DE19716221B4

DE19716221B4 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere für schwer zündbare Kraftstoffe

Info

Publication number: DE19716221B4
Application number: DE1997116221
Authority: DE
Inventors: Jaroslaw Hlousek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2017-04-19
Also published as: GB2324343B; DE19716221A1; JPH10299601A; FR2762362A1; GB2324343A; GB9806938D0; FR2762362B1

Abstract

Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung bei Brennkraftmaschinen, mit einer Hochdruckeinspritzpumpe (17), die über eine erste Förderleitung (22) mit einer Voreinspritzdüse (13) verbunden ist, mit einer Niederdruckeinspritzpumpe (33), die über eine zweite Förderleitung (38, 42) eine Haupteinspritzdüse (14) versorgt, wobei in der zweiten Förderleitung (38, 42) eine Hochdruckpumpe (41) zwischengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckeinspritzpumpe (17) einen ersten Kraftstoff für die Voreinspritzung in einen Speicher (18) fördert, dass die Niederdruckeinspritzpumpe (33) und die Hochdruckpumpe (41) einen anderen Kraftstoff für die Haupteinspritzung fördern, dass die Hochdruckpumpe (41) durch ein Servosystem (47) mit einem elektrisch gesteuerten Ventil (91) und einem mit diesem verbundenen hydraulisch gesteuerten Ventil (61) gesteuert wird und dass die Ansteuerung des Servosystems (47) und die Betätigung der Hochdruckpumpe (41) durch den von der Hochdruckeinspritzpumpe (17) geförderten ersten Kraftstoff für die Voreinspritzung erfolgen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE 33 30 774 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung bei Brennkraftmaschinen bekannt, die insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen vorgesehen ist. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Haupteinspritzdüse auf, die von einer Hochdruckeinspritzpumpe mit einer Haupteinspritzmenge versorgt wird. Über eine hydraulische, vom Förderdruck der Hochdruckeinspritzpumpe angetriebene Voreinspritz-Hilfspumpe wird ein Voreinspritzkolben angesteuert, aus welchem eine Voreinspritzmenge zu einer Voreinspritzdüse gefördert wird. Im Bereich der Haupteinspritzung ist separat ein Speicherkolben vorgesehen, der ohne mechanische Verbindung zum Voreinspritzkolben ohne Druckteilung zunächst ausschließlich vom Förderdruck der Hochdruckeinspritzpumpe beaufschlagt wird und erst im Verlauf des Voreinspritzkolbenhubs mindestens mittelbar einer zum Speicherkolben weiterführenden Leitung für den geförderten Kraftstoff auf gesteuert wird.

Diese Kraftstoffeinrichtung weist den Nachteil auf, daß die Steuerung der Voreinspritzung in Abhängigkeit der Haupteinspritzung erfolgt. Aufgrund dieser Abhängigkeit kann die Formung des Einspritzverlaufes, beispielsweise für die Voreinspritzung mittels eines Dieselkraftstoffes zur Erhöhung der Zündwilligkeit eines über die Haupteinspritzdüse geförderten alternativen Kraftstoffes, nicht unabhängig gesteuert werden, wodurch kein Einfluß auf die Formung des Einspritzverlaufes und der Verbrennung im Brennraum genommen werden kann.

Durch die DE 31 51 293 A1 ist ebenfalls eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung bei Brennkraftmaschinen bekannt. Dabei sind separate Vor- und Haupteinspritzdüsen vorgesehen, die jeweils hinsichtlich ihrer Einspritzöffnungen für die Vor- bzw. Haupteinspritzung optimiert sind. Die Vor- und Haupteinspritzdüsen werden von jeweils einer Einspritzpumpe versorgt. Für Vor- und Haupteinspritzung wird derselbe Kraftstoff verwendet. Die Ausbildung der Einspritzpumpen für die Vor- und Haupteinspritzung ist hier nicht detailiert angegeben.

Durch die JP 03130572 AA ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der durch eine Kraftstoffpumpe über eine Förderleitung Kraftstoff zu einer Einspritzdüse gefördert wird. In der Förderleitung ist eine Hochdruckpumpe zwischengeschaltet, die durch ein Servosystem mit einem elektrisch gesteuerten Ventil und einem mit diesem verbundenen hydraulisch gesteuerten Ventil gesteuert wird. Die Ansteuerung des Servosystems und die Betätigung der Hochdruckpumpe erfolgt durch den von der Kraftstoffpumpe geförderten Kraftstoff, der auch durch die Einspritzdüse eingespritzt wird. Eine Vor- und Haupteinspritzung mit unterschiedlichen Kraftstoffen ist hier nicht vorgesehen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Voreinspritzung des Voreinspritzungskraftstoffs und die Haupteinspritzung des Haupteinspritzungskraftstoffs unabhängig voneinander elektrisch steuerbar sind. Durch die Ansteuerung des Servosystems und die Betätigung der Hochdruckpumpe durch den von der Hochdruckeinspritzpumpe geförderten Voreinspritzungskraftstoff ist sichergestellt, dass dieses nicht mit dem Haupteinspritzungskraftstoff in Kontakt gelangt. Dies ist insbesondere bei Verwendung von Schweröl als Haupteinspritzungskraftstoff vorteilhaft, da Schweröl zähflüssig ist und mit Verschmutzungen belastet ist, was zu Schäden im Servosystem führen würde.

Durch die vorteilhafte Ausgestaltung des Servosystems, das eine Verbindung zwischen dem hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventil mittels einer ersten Bohrung zum elektrisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventil und von diesem Drei-Zwei-Wegeventil abführend eine zweite Bohrung wiederum zum hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventil aufweist, ist ermöglicht, daß eine präzise Steuerung des hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils ermöglicht ist, welches für die Zuführung des alternativen Kraftstoffes sorgt. Dies wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß an dem Zulauf des hydraulischen Drei-Zwei-Wegeventils ein Hochdruck anliegt, der über die erste und zweite Bohrung in Abhängigkeit der Stellung des elektrischen Magnetventiles auf eine Steuerfläche des Steuerventils im hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils wirkt. Somit kann unabhängig von dem an dem hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventil anliegenden Hochdruck aufgrund der Ansteuerung des Steuerventilgliedes über das elektrisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils eine entsprechende Steuerposition des Steuerventilgliedes des hydraulischen Drei-Zwei-Wegeventil ermöglicht sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Steuerventilglied des hydraulischen Drei-Zwei-Wegeventils einen ersten Steuerkolben, einen zweiten Steuerkolben, der über eine Steuerkante den Zulauf mit einer Förderleitung zur Hochdruckpumpe in einer ersten Steuerposition trennt und in einer zweiten Steuerposition öffnet und einen dritten Steuerkolben, der in einer ersten Steuerposition die Verbindung zwischen der Förderleitung und dem Ablauf öffnet und in einer zweiten Steuerposition die Verbindung über eine Steuerkante schließt, aufweist. Dadurch kann eine einfache Herstellung und Ausbildung des Steuerventilgliedes des hydraulischen Drei-Zwei-Wegeventils gegeben sein, mit dem die unterschiedlichen Schaltzustände zur Ansteuerung der Haupteinspritzdüse für den alternativen Kraftstoff ansteuerbar sind. Desweiteren ist durch diese Ausgestaltung des Steuerventilgliedes ermöglicht, daß eine Steuerung über das Magnetventil gegeben ist und die erste und zweite Steuerposition des hydraulischen Ventils einstellbar ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der erste Steuerkolben des Steuerventilgliedes größer als der zweite Steuerkolben ausgebildet ist. Dadurch kann eine einfache Überführung des Steuerventilgliedes aus einer ersten Schaltposition in eine zweite Schaltposition erfolgen, da der unter Hochdruck stehende Kraftstoff auf eine der Steuerfläche des ersten Steuerkolbens gegenüberliegende Ringfläche wirkt. In dieser Schaltposition kann der Kraftstoff aus dem Druckraum des hydraulischen Ventils herausgedrückt werden kann, so daß das verdrängte Volumen des Kraftstoffs über das Magnetventil in einen Kraftstoffspeicher zurückführbar ist. Somit kann eine Steuerung des Steuerventilgliedes aufgrund der unterschiedlichen Flächenverhältnisse ohne zusätzliche Zwischenschaltung weiterer Schaltelemente erfolgen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Steuerventilglied an einem dem Druckraum gegenüberliegenden Ende einen den Nutzhub begrenzenden, vorzugsweise einstellbaren Anschlag vorgesehen ist. Dadurch kann die maximale Hubbewegung von einer ersten Schaltposition in eine zweite Schaltposition begrenzt werden, wobei der Anschlag vorzugsweise als Einstellschraube vorgesehen ist und derart in einen Aufnahmeraum des Steuerventilgliedes hineinragt, daß in einer ersten Schaltstellung der zweite Steuerkolben die ihm gegenüberliegende Steuerkante gerade schließt, so daß die Verbindung zwischen dem Zulauf und der Hochdruckpumpe getrennt sein kann. Durch diese Hubbegrenzung kann eine zeit- und wegoptimierte Schaltung des hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils ermöglicht sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das elektrische Drei-Zwei-Wegeventil in einer ersten Schaltstellung einen Durchflußraum zwischen der ersten und zweiten Bohrung öffnet, wodurch der Druckraum mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllt wird, so daß das Steuerventilglied des hydraulischen Ventils in einer zweiten Schaltstellung positionierbar ist. Dadurch kann die die Haupteinspritzdüse steuernde Hochdruckpumpe drucklos geschaltet werden. In dieser Schaltstellung kann über ein weiteres Steuerventil, welches in der zur Voreinspritzdüse führenden Druckleitung vorgesehen ist, geöffnet werden, so daß die Voreinspritzung erfolgen kann. Durch diese Ausgestaltung kann gleichzeitig über den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff das Servosystem angesteuert werden.

Zur Haupteinspritzung des alternativen Kraftstoffes ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß das elektrische Drei-Zwei-Wegeventil bestromt wird, wodurch der Durchflußraum zwischen der ersten und zweiten Bohrung getrennt wird, und gleichzeitig ein druckloses Abströmen des in dem Druckraum des hydraulischen Ventils sich befindenden Kraftstoff über das elektrische Drei-Zwei-Wegeventil ermöglicht ist. Dadurch kann das Steuerventilglied in eine zweite Schaltstellung übergeführt werden, so daß die Hochdruckpumpe mittels Kraftstoff über den Zulauf beaufschlagbar ist.

In dem elektrisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventil ist vorteilhafterweise eine Drossel vorgesehen, wodurch die Geschwindigkeit des Nutzhubes des Steuerventilgliedes aus einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung regelbar ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die dem Servosystem, insbesondere des hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils nachgeschaltete Hochdruckpumpe einen ersten mit dem Zulauf in Verbindung stehenden Steuerkolben aufweist, der mit einem zweiten, den alternativen Kraftstoff komprimierenden Kolben in Wirkverbindung steht. Somit kann mittels des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffes die Förderung des alternativen Kraftstoffes ermöglicht sein.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß der erste Kolben der Hochdruckpumpe eine im Durchmesser größer ausgebildete Kolbenfläche als der zweite Kolben aufweist, so daß in konstruktiv einfacher Weise ein erhöhter Einspritzdruck für den alternativen Kraftstoff erzeugt werden kann.

Durch die vorteilhafterweise unabhängig voneinander ansteuerbaren elektrisch und hydraulisch ausgebildeten Drei-Zwei-Wegeventile des Servosystems kann eine exakte Steuerung der Voreinspritzmenge, der Haupteinspritzmenge sowie des Spritzbeginnes der Haupteinspritzung elektronisch gesteuert werden. Eine exakte Ansteuerung ermöglicht eine exakte Einspritzformung, die wiederum für das Motormanagement reproduzierbar ist.

Zeichnung
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schaltungsanordnung eines Einspritzsystems für schwer zündbare Kraftstoffe mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Servosystem,
2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Servosystems in einer ersten Steuerposition eines Ventilgliedes des hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils,
3 eine schematische Querschnittsdarstellung des Servosystems mit einem Steuerventilglied des hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils, welches von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung übergeführt wird,
4 eine schematische Querschnittsdarstellung des Servosystems mit einem in einer zweiten Schaltstellung angeordneten Steuerventilglied des hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils und
5 eine schematische Querschnittsdarstellung des Steuerventilgliedes des hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils, welches von einer zweiten Schaltstellung in eine erste Schaltstellung übergeführt wird.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist schematisch dargestellt ein elektronisch gesteuertes Einspritzsystem 11 für schwer zündbare Kraftstoffe. Dieses Einspritzsystem 11 weist eine Einspritzeinheit 12 mit einer Voreinspritzdüse 13 und einer Haupteinspritzdüse 14 auf. Über die Voreinspritzdüse 13 bzw. Zündstrahldüse 13 wird beispielsweise Dieselkraftstoff eingespritzt, um eine sichere Zündung eines alternativen Kraftstoffes, wie beispielsweise Biokraftstoffe, zu ermöglichen, die über die Haupteinspritzdüse 14 in einen Brennraum gefördert werden. Die Einspritzung über die Zündstrahldüse 13 ist sehr kurz bemessen und dient nur zur Initialisierung der Zündung des alternativen Kraftstoffes, der beispielsweise schwer zündbar ist und eine niedrige Cetan-Zahl, d.h. eine niedrige Zündwilligkeit, aufweist.
Das Einspritzsystem 11 weist einen Kraftstoffbehälter 15 auf, der Dieselkraftstoff für die Voreinspritzmenge bzw. Zündmenge und auch den Kraftstoff zur Steuerung eines zweiten, den alternativen Kraftstoff fördernden Kreislauf, aufweist. Eine Kraftstoff-Förderleitung 16 führt über eine Hochdruckpumpe 17 den Kraftstoff einem Hochdruckakkumulator 18 zu. An dem Hochdruckakkumulator 18 ist ein Drucksensor 19 vorgesehen, der den Druck im zentralen Speicher 18 erfaßt und die elektronisch gesteuerte Hochdruckpumpe 17 über eine vorzugsweise zentrale Steuereinheit 21 ansteuert, um den erforderlichen Druck darin aufzubauen. Von dem Hochdruckakkumulator 18 führt eine Förderleitung 22 über einen Vorspeicher 23, der zur Formung des Einspritzverlaufes dient, zu einem vorzugsweise elektrisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventil 24. Eine zur Voreinspritzdüse 13 führende Bohrung 26, die mit dem Drei-Zwei-Wegeventil 24 verbunden ist, führt in Abhängigkeit der Schaltstellung des Ventils 24 Krafstoff der Voreinspritzdüse 13 zu. Im über die Steuereinheit 21 bestromten Zustand des Drei-Zwei-Wegeventils 24 wird der Kraftstoff aus dem Vorspeicher 23 über die Förderleitung 26 zur Zündstrahldüse 13 gefördert. In einem unbestromten Zustand des Drei-Zwei-Wegeventils 24 wird die Förderung des Dieselkraftstoffes beendet und über eine an die Bohrung 26 anschließende Verbindungsleitung 27, die in den Kraftstoffbehälter 15 führt, eine drucklose Verbindung geschaffen, so daß der verbleibende Dieselkraftstoff zurückgeführt werden kann.
Für die Förderung des alternativen Kraftstoffes ist ein zweiter Förderkreislauf vorgesehen. Aus einem zweiten Kraftstoffbehälter 31 für alternativen Kraftstoff wird über eine Förderleitung 32 mittels einer Niederdruckpumpe 33 Kraftstoff in einen Verteiler 34 gefördert. Zwischen der Niederdruckpumpe 33 und dem Verteiler 34 zweigt eine Förderleitung 36 ab, in der ein druckgesteuertes Regelventil 37 vorgesehen ist, welches bei einem, durch die Niederdruckpumpe 33 erzeugten Überdruck öffnet, so daß der zuviel geförderte schwer zündbare bzw. alternative Kraftstoff wieder in den Kraftstoffbehälter 31 zurückgeführt werden kann. Der Verteiler 34 weist mehrere von diesem abführende Leitungen auf, die der Anzahl der pro Zylinder vorgesehenen Einspritzeinheiten 12 entspricht. Zwischen der Förderleitung 38 und der Einspritzeinheit 12 ist eine Hochdruckpumpe 41 vorgesehen, die im Betrieb aus dem Verteiler 34 alternativen Kraftstoff ansaugt und über eine Förderleitung 42 der Einspritzeinheit 12 bzw. der Haupteinspritzdüse 14 zuführt.
Die Hochdruckpumpe 41 wird durch den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff gesteuert. Von der von dem Hochdruckakkumulator 18 abgehenden Förderleitung 22 zweigt eine Förderleitung 43 ab, die in einen Vorspeicher 44 führt und über einen Zulauf 46 zu dem Servosystem 47 führt, welches die Förderung des alternativen Kraftstoffes über die Hochdruckpumpe 41 steuert. Das Servosystem 47, welches nachfolgend noch genauer anhand der 2 bis 5 erörtert wird, weist eine Verbindung 48 zu einer Druckkammer 49 der Hochdruckpumpe 41 auf. Über die Druckkammer 49 wird ein Kolben 51 entgegen einer Federkraft einer Rückstellfeder 52 beaufschlagt, wodurch ein im Durchmesser gegenüber dem ersten Kolben 51 kleiner ausgebildeter zweiter Kolben 53 betätigt wird. Dieser zweite Kolben 53 ist in einem Hochdruckraum 54 geführt, welcher in einer Förderbewegung entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 52 alternativen Kraftstoff in die zur Haupteinspritzdüse 14 führende Förderleitung 42 pumpt. Die zwischen der Hochdruckpumpe 41 und dem Verteiler 34 vorgesehene Verbindung 38 wird über ein Rückschlagventil 55 bei der Förderung und Komprimierung des alternativen Kraftstoffes geschlossen. Um einen alternativen Kraftstoff in eine Hochdruckkammer 54 zu fördern, ist erforderlich, daß das Servosystem 47 über die Steuereinheit 21 stromlos geschalten wird, so daß eine Verbindung zwischen der Verbindungsleitung 48 der Hochdruckpumpe 41 und einem in den Kraftstoffbehälter 15 führenden Ablauf geschaffen ist. Die Rückstellfeder 52 drückt den in der Druckkammer 49 befindlichen Kraftstoff in den kraftstoffbehälter 15 zurück, wodurch in dem Hochdruckraum 54 ein Unterdruck entsteht, so daß aus dem Verteiler 34 alternativer Kraftstoff in den Hochdruckraum 54 angesaugt wird. Über das Flächenverhältnis der Kolben 51, 53 kann erzielt werden, daß der alternative Kraftstoff in dem Hochdruckraum 54 komprimiert wird, so daß dieser unter erhöhtem Druck eingespritzt werden kann.
In 2 ist ein schematischer Querschnitt des erfindungsgemäßen Servosystems 47 in einer ersten Ausgangslage vor Beginn einer Einspritzung von Dieselkraftstoff und alternativem Kraftstoff dargestellt. Das Servosystem 47 weist ein hydraulisch gesteuertes Drei-Zwei-Wegeventil 61 und ein damit verbundenes und elektrisch gesteuertes Drei-Zwei-Wegeventil 91 auf. Ein Gehäuse 62 des hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils 61 weist einen mit dem Zulauf 46 verbundenen ersten Kanal 63, einen mit dem Ablauf 56 in Verbindung stehenden Kanal 64 und einen dritten Kanal 66 auf, der zur Verbindung 48 der Hochdruckpumpe 41 führt. Ein in dem Gehäuse 62 angeordnetes Steuerventilglied 67 ermöglicht in einer zweiten Schaltposition 86 eine Verbindung zwischen dem ersten Kanal 63 und dem dritten Kanal 66, wodurch der Kolben 51 mit Kraftstoff beaufschlagt wird, und in einer ersten Schaltposition 84, wie dargestellt, eine Verbindung zwischen dem dritten Kanal 66 und dem zweiten Kanal 64 für einen Rücklauf des Kraftstoffes in den Kraftstoffbehälter 15. Das Steuerventilglied 67 und das Gehäuse 62 sind dafür folgendermaßen ausgebildet:
Das Steuerventilglied 67 weist einen ersten Steuerkolben 68 auf, der in einer Bohrung 69 geführt ist. An einem zum elektrisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventil 91 weisenden Ende ist ein Druckraum 71 vorgesehen, über den das Steuerventilglied 67 mit dem Systemdruck des Dieselkraftstoffes beaufschlagbar und steuerbar ist. Dafür ist in dem ersten Kanal 63 eine erste Bohrung 72 vorgesehen, die in einen Druckraum 92 des elektrischen Drei-Zwei-Wegeventils 91 führt und in eine zweite Bohrung 93 umgelenkt wird, um in den Druckraum 71 zu gelangen.
Der Steuerkolben 68 des Steuerventilgliedes 67 weist in einem ersten Arbeitsraum 73 einen im Querschnitt gegenüber dem Steuerkolben 68 verjüngten Schaft 74 auf, der wiederum in einen im Durchmesser gegenüber dem Schaft 74 vergrößerten Steuerkolben 76 übergeht, der jedoch im Durchmesser kleiner als der Steuerkolben 68 ausgebildet ist. Der Steuerkolben 76 wirkt mit einer ersten Steuerkante 77 des Gehäuses 62 in der in 2 dargestellten Position des Steuerventilgliedes 67 zusammen und trennt den Zulauf 46 zur Verbindung 48. An den Steuerkolben 76 schließt sich ein zweiter Schaft 78 an, der den dritten Kanal 66 durchquert und in einen dritten Steuerkolben 79 übergeht. Dieser Steuerkolben 79 wirkt mit einer zweiten Steuerkante 81 in einer zweiten Schaltposition 86, wie beispielsweise in 4 dargestellt ist, zusammen. Durch die in 2 dargestellte Anordnung des Steuerventilgliedes 67 ist der dritte Kanal 66 mit dem zweiten Kanal 64 verbunden, so daß der Kraftstoff abströmen kann.
Das Steuerventilglied 67 liegt mit seinem dem Druckraum 71 gegenüberliegenden Ende an einem Hubanschlag 82 an, wodurch der Nutzhub des Steuerventilgliedes 67 begrenzt ist. Der Hubanschlag 82 ist vorteilhafterweise als Einstellschraube mit einer Kontermutter vorgesehen, so daß eine gesicherte Einstellung gegeben sein kann.
Das hydraulisch gesteuerte Drei-Zwei-Wegeventil 61 und das elektrisch gesteuerte Drei-Zwei-Wegeventil 91 sind über die erste Bohrung 72 und zweite Bohrung 93 miteinander verbunden. Die erste Bohrung 72 führt zu einem Steuerventilglied 94 des elektrisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils 91. Dieses weist zwischen der ersten Bohrung 72 und zweiten Bohrung 93 ein Ventil 96 mit einem Kegelventilsitz 97 auf. Desweiteren ist an dem Steuerventilglied 94 ein zweites Ventil 98 vorgesehen, welches einen mit der zweiten Bohrung 93 in Verbindung stehenden Druckraum 92 schließt bzw. öffnet und ein aus dem Druckraum 71 abströmendes Steuervolumen über den Ablauf 56 zum Kraftstoffbehälter 15 zurückführt. Das zweite Ventil 98 weist einen Flachsitz 101 auf und steht mit einer nicht näher dargestellten Drossel 102 in Verbindung.
Das erfindungsgemäße Servosystem 47 wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und durch die 2 bis 5 näher erläutert:
In 2 ist eine Ausgangslage des Servosystems 47 vor Beginn einer Einspritzphase dargestellt. Das elektrisch gesteuerte Ventil 91 bzw. dessen Magnet 103 ist nicht bestromt. Dadurch ist das Steuerventilglied 94 in einer ersten Steuerposition 104 angeordnet, in der das zweite Ventil 98 den Druckraum 92 mit seinem Flachsitz 101 abdichtet und das erste Ventil 96 geöffnet ist, so daß ein Durchgang zwischen der ersten Bohrung 72 und der zweiten Bohrung 93 freigegeben ist. Der in dem Vorspeicher 44 vorliegende Hochdruck des Kraftstoffes bewirkt, daß über den Zulauf 46, die erste Bohrung 72 und die zweite Bohrung 93 der Druckraum 71 mit einem Steuervolumen beaufschlagt ist, so daß das Steuerventilglied 67 in einer zweiten Schaltposition 86 am Hubanschlag 82 anliegt bzw. in diese Position gedrückt wird. In dieser Position wird die Druckkammer 49 der Hochdruckpumpe 41 nicht mit Druck beaufschlagt, so daß über die Rückstellfeder 52 der Kolben 51 derart bewegt wird, daß der in der Druckkammer 49 sich befindende Kraftstoff herausgedrückt wird, um über die Verbindung 48 in den dritten Kanal 66 zum zweiten Kanal 64 und anschließend in den Ablauf 56 zu strömen. Die Druckkammer 49 ist also drucklos geschalten. Der erste Kanal 63 ist zu dem dritten Kanal 66 durch den zweiten Steuerkolben 76 über die erste Steuerkante 77 abgedichtet. Hingegen ist die zweite Steuerkante 81 nicht durch den dritten Steuerkolben 79 abgedichtet, sondern geöffnet, so daß der Kraftstoff abströmen kann.
Der Förderbeginn für die Zündung für schwer zündbare Kraftstoffe wird über die Steuereinheit 21 geregelt, wobei zunächst das Drei-Zwei-Wegeventil 24 bestromt wird, so daß über den Vorspeicher 23 Dieselkraftstoff der Zündstrahldüse 13 zugeführt wird, so daß eine Voreinspritzmenge bzw. Zündmenge in den Brennraum gelangt. Durch das Steuergerät 21 ist der Spritzbeginn der Zündmenge und das Spritzende der Zündmenge einstellbar. Gleichzeitig wird über die Steuereinheit 21 das elektrohydraulische Magnetventil 91 bestromt, so daß das Steuerventilglied 94 in eine zweite Steuerposition 105 übergeführt wird, wie in 3 dargestellt ist. In dieser Steuerposition 105 ist der Kegelsitz 97 des Ventils 96 geschlossen, so daß eine Verbindung zwischen der ersten Bohrung 72 und der zweiten Bohrung 93 unterbrochen ist. Durch diese zweite Steuerposition 105 des Steuerventilgliedes 94 hebt das zweite Ventil 98 von dem Flachsitz 101 ab, so daß ein Durchgang zwischen der Bohrung 93 und dem Ablauf 56 geschaffen ist.
Über den Zulauf 46 wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff aus dem Vorspeicher 44 über den Kanal 63 in den ersten Arbeitsraum 73 geführt, wodurch aufgrund des im Durchmesser größer ausgebildeten ersten Steuerkolbens 68 gegenüber dem zweiten Steuerkolben 76 bewirkt wird, daß das Steuerventilglied 67 in Richtung auf die zweite Bohrung 93 bewegt, und das Steuervolumen aus dem Druckraum 71 verdrängt wird, um gedrosselt über die Drossel 102 des elektrischen Drei-Zwei-Wegeventils 91 abgeführt zu werden. Durch diese Überführung des Steuerventilgliedes 67 aus einer zweiten Schaltposition 86 in eine erste Schaltposition 84, wie dies in 3 dargestellt ist, wird die Verbindung zwischen dem dritten Kanal 66 und dem zweiten Kanal 64 durch den dritten Steuerkolben 79 an der zweiten Steuerkante 82 abgedichtet und der zweite Steuerkolben 76 öffnet eine Verbindung an der ersten Steuerkante 77, so daß der Dieselkraftstoff über den Zulauf 46 in die Druckkammer 69 übergeführt werden kann. Dadurch wird der Kolben 51 der Hochdruckpumpe 41 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 52 bewegt, wodurch der Kolben 53 den alternativen Kraftstoff in der Druckkammer 54 komprimiert und über die Förderleitung 42 zur Haupteinspritzdüse 14 fördert. Die Hubbewegung des Steuerventilgliedes 67 ist dann beendet, wenn ein an der Steuerfläche des ersten Steuerkolbens 68 angeordneter Anschlag 87 an einer durch das elektrische Drei-Zwei-Wegeventil 91 gebildeten Begrenzung des Druckraumes 71 anliegt.
Sobald die Haupteinspritzung erfolgt, kann über die Steuereinheit 21 die Voreinspritzung beendet werden, wodurch das Drei-Zwei-Wegeventil 24 in einen unbestromten Zustand übergeführt wird. Die Haupteinspritzung bzw. die Haupteinspritzmenge kann über die Steuereinheit 21 wiederum elektrisch gesteuert werden. Das Ende der Haupteinspritzung erfolgt dadurch, daß das elektrische Drei-Zwei-Wegeventil 91 in einen unbestromten Zustand gesetzt wird, wodurch zumindest eine Feder 106 das Steuerventilglied 94 in eine zweite Steuerposition 105 überführt, in der das zweite Ventil 98 über dessen Flachsitz 101 abgedichtet wird.
Das Ende der Einspritzung ist in 5 dargestellt. Durch das unbestromte elektrische Drei-Zwei-Wegeventil 91 wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff über den Vorspeicher 44 dem Zulauf 46 zugeführt, wobei dieser Kraftstoff über die erste Bohrung 72 und zweite Bohrung 93 in den Druckraum 71 strömt, und das Steuerventilglied 67 eine Hubbewegung in Richtung des Hubanschlages 82 ausführt. Dadurch dichtet der zweite Steuerkolben 76 den ersten Arbeitsraum 73 an der ersten Steuerkante 77 ab. Gleichzeitig öffnet der dritte Steuerkolben 79 eine Verbindung an der zweiten Steuerkate 82 zwischen dem Kanal 66 und 64, wodurch die Druckkammer 49 der Hochdruckpumpe drucklos geschaltet wird. Über die Rückstellfeder 42 wird der Kolben 51 beaufschlagt und das Steuervolumen in der Druckkammer 49 über den Ablauf 56 in den Kraftstoffbehälter 15 zurückgeführt. Durch das Öffnen der Verbindung des Kanals 66 zum Kanal 64 an der Steuerkante 82 wird schlagartig der Kolben 51 entlastet, wodurch unmittelbar die Förderung der Hochdruckpumpe beendet wird. Dies bedeutet, daß durch die elektrische Ansteuerung des elektrischen Drei- Zwei-Wegeventils 91 ein exakter Beginn und Ende der Einspritzmenge bestimmt werden kann.
Der Nutzhub des Steuerventilgliedes 67 ist dann beendet, wenn dieses am Hubanschlag 82 zur Anlage kommt, wie in 2 dargestellt ist.
Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Servosystems 47 ermöglicht somit frei steuerbare Einspritzparameter für eine optimale Steuerung der Zündung und Verbrennung von alternativen, schwer zündbaren Kraftstoffen in allen Last- und Drehzahlbereichen.

11: Einspritzsystem
12: Einspritzeinheit
13: Voreinspritzdüse
14: Haupteinspritzdüse
15: Kraftstoffbehälter
16: Kraftstoff-Förderleitung
17: Hochdruckeinspritzpumpe
18: Hochdruckakkumulator
19: Drucksensor
21: zentrale Steuereinheit
22: Förderleitung
23: Vorspeicher
24: Drei-Zwei-Wegeventil
26: Bohrung
27: Verbindungsleitung
31: Kraftstoffbehälter (alternativ)
32: Förderleitung
33: Niederdruckpumpe
34: Verteiler
36: Förderleitung
37: Regelventil
38: Leitungen
41: Hochdruckpumpe
42: Förderleitung
43: Förderleitung
44: Vorspeicher
46: Zulauf
47: Servosystem
48: Verbindung
49: Druckkammer
51: Kolben
52: Rückstellfeder
53: Kolben
54: Hochdruckraum
55: Rückschlagventil
56: Ablauf
61: hydr. gesteuertes 3-2-Wegeventil
62: Gehäuse
63: erster Kanal
64: zweiter Kanal
66: dritter Kanal
67: Steuerventilglied von 61
68: Steuerkolben
69: Bohrung
71: Druckraum
72: erste Bohrung
73: erster Arbeitsraum
74: Schaft
76: zweiter Steuerkolben
77: erste Steuerkante
78: zweiter Schaft
79: dritter Steuerkolben
81: zweite Steuerkante
82: Hubanschlag
84: erste Schaltposition von 67
86: zweite Schaltposition von 67
87: Anschlag
91: elektr. gesteuertes 3-2-Wegeventil
92: Druckraum
93: zweite Bohrung
94: Steuerventilglied von 91
96: Ventil
97: Kegelventilsitz
98: zweites Ventil von 91
99: Druckraum
101: Flachkegelsitz
102: Drossel
103: Magnet
104: erste Steuerposition
105: zweite Steuerposition

Claims

Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung bei Brennkraftmaschinen, mit einer Hochdruckeinspritzpumpe (17), die über eine erste Förderleitung (22) mit einer Voreinspritzdüse (13) verbunden ist, mit einer Niederdruckeinspritzpumpe (33), die über eine zweite Förderleitung (38, 42) eine Haupteinspritzdüse (14) versorgt, wobei in der zweiten Förderleitung (38, 42) eine Hochdruckpumpe (41) zwischengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckeinspritzpumpe (17) einen ersten Kraftstoff für die Voreinspritzung in einen Speicher (18) fördert, dass die Niederdruckeinspritzpumpe (33) und die Hochdruckpumpe (41) einen anderen Kraftstoff für die Haupteinspritzung fördern, dass die Hochdruckpumpe (41) durch ein Servosystem (47) mit einem elektrisch gesteuerten Ventil (91) und einem mit diesem verbundenen hydraulisch gesteuerten Ventil (61) gesteuert wird und dass die Ansteuerung des Servosystems (47) und die Betätigung der Hochdruckpumpe (41) durch den von der Hochdruckeinspritzpumpe (17) geförderten ersten Kraftstoff für die Voreinspritzung erfolgen.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung eines Steuerventilgliedes (67) des hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils (61) ein mit der Hochdruckeinspritzpumpe (17) verbundener Zulauf (46) eine erste und davon abzweigende Bohrung (72) aufweist, die über ein erstes Ventil (96) des elektrisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils (91) mit einer zweiten Bohrung (93) verbindbar ist und in einen Druckraum (71) des hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils (61) führt, in dem eine an einem ersten Steuerkolben (68) angeordnete Steuerfläche (87) des Steuerventilgliedes (67) beaufschlagbar ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (67) des hydraulisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils (61) den ersten Steuerkolben (68), einen zweiten Steuerkolben (76), der über eine erste Steuerkante (77) den Zulauf (46) von einer Förderleitung (48) zur Hochdruckpumpe (41) in einer ersten Schaltposition trennt und in einer zweiten Schaltposition öffnet, und einen dritten Steuerkolben (79), der in der ersten Schaltposition die Verbindung zwischen der Förderleitung (48) und einem drucklosen Ablauf (56) öffnet und in der zweiten Schaltposition diese Verbindung über eine zweite Steuerkante (81) schließt, aufweist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerkolben (68) des Steuerventilgliedes (67) im Durchmesser größer als der zweite Steuerkolben (76) ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (67) an einem dem Druckraum (71) gegenüberliegenden Ende einen den Nutzhub begrenzenden vorzugsweise einstellbaren Anschlag (82) aufweist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch gesteuerte Drei-Zwei-Wegeventil (91) in einer ersten Steuerposition (104) einen Durchflussraum zwischen der ersten Bohrung (72) und der zweiten Bohrung (93) öffnet und der am Zulauf (46) anliegende Hochdruck das Steuerventilglied (67) in die zweite Schaltposition überführt, in der die die Haupteinspritzdüse (14) steuernde Hochdruckpumpe (41) drucklos schaltbar ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Förderung des anderen Kraftstoffes für die Haupteinspritzung nach der Voreinspritzung des ersten, leicht zündbaren Kraftstoffes das elektrisch gesteuerte Drei-Zwei-Wegeventil (91) bestromt wird und das darin angeordnete Steuerventilglied (94) den Durchflussraum zwischen der ersten Bohrung (72) und der zweiten Bohrung (93) trennt und ein zweites zum drucklosen Ablauf (56) führendes Ventil (98) des elektrisch gesteuerten Drei-Zwei-Wegeventils öffnet, wodurch das Steuervolumen im Druckraum (71) über das zweite Ventil (98) abströmt und das Steuerventilglied (67) weg vom Anschlag (82) in die erste Schaltposition überführbar ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abströmen des Steuervolumens aus dem Druckraum (71) mittels einer am zweiten Ventil (98) angeordneten Drossel (102) steuerbar ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (41) in einer Druckkammer (49), die mit der Förderleitung (48) in Verbindung steht, einen ersten Kolben (51) aufweist, der mit einem zweiten Kolben (53), der in einem Druckraum (54) angeordnet ist, wirkverbunden ist und der andere Kraftstoff für die Haupteinspritzung mittels des zweiten Kolbens (53) komprimierbar ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerfläche des ersten Kolbens (51) im Durchmesser größer als die Steuerfläche des zweiten Kolbens (53) ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzbeginn und das Einspritzende unabhängig voneinander über eine Steuereinheit (21) durch ein die Voreinspritzdüse steuerndes elektrisches Ventil (24) und das die Haupteinspritzdüse (14) steuernde Servosystem (47) steuerbar ist.