DE2309916B2 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrich- μ tung für ein- oder mehrzylindrige Brennkraftmaschinen mit einer durch eine Nockenwelle angetriebenen Kolbeneinspritzpumpe und mit jeweils zwei einem Brennkraftmaschinenzylinder zugeordneten, über getrennte Einspritzleitungen mit der Pumpe in Verbin- y> dung stehenden Einspritzdüsen, von denen die eine der Einspritzung einer regelbaren Hauptkraftstoffmenge in einen dem Einlaßventil eines Brennkraftmaschinenzylinders benachbarten Abschnitt des Ansaugrohres und die andere Düse der direkten Einspritzung einer gegebenenfalls regelbaren Nebenkraftstoffmenge unmittelbar in den Brennraum der Brennkraftmaschine dient.

Die Bedeutung solcher Brennkraftmaschinen, bei denen mit zwei getrennten Einspritzventilen je Zylinder μ die Hauptkraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Last in das Saugrohr vor das Einlaßventil und die Nebenkraftstoffmenge direkt in den Brennraum insbesondere in die Nähe einer Zündkerze gespritzt wird, liegt vor allem in der verringerten Emission schädlicher Abgasbestandteile.

Insbesondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen sind Anordnungen bekannt, bei denen während eines Arbeitszyklus zwei zeitlich voneinander getrennte Einspritzmengen — jedoch in Abweichung von der oben beschriebenen Anordnung durch nur ein Einspritzventil — in den Brennraum eingebracht werden. Die zeitliche Trennung der Einspritzmengen kann dabei in bekannter Weise dadurch erreicht werden, daß entweder die Bewegung des Pumpenkolbens während eines Förderhubes unterbrochen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder fortgesetzt wird, oder daß der Pumpenkolben pro Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine zwei völlig unabhängige Fördervorgänge ausführt. Schwierigkeiten können dabei bekanntlich in Verbindung mit hohen Einspritzdrücken bei der Mechanik der Kolbenbewegung auftreten.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung der eingangs beschriebenen Art (DE-OS 18 08 650) führt zur zeitlichen und räumlichen Trennung der Einspritzmengen je Pumpenarbeitsraum eine Haupteinspritzleitung für die Hauptkraftstoffmenge zu einer Einspritzdüse im Saugrohr eines Brennkraftmaschinenzylinders, von der zusätzlich eine Hilfseinspritzleitung abzweigt, uurch die eine Nebenkraftstoffmenge zu einer in den Brennraum jedoch eines anderen Brennkraftmaschinenzylinders einspritzenden Düse gefördert wird. Beide Einspritzungen lassen sich unabhängig voneinander ändern, wobei zur Änderung der Nebenkraftstoffmenge ein Zumeßkolben in einem zusätzlich vorgesehenen Steuergerät Verwendung findet.

Nachteilig bei dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist, daß die über den Zumeßkolben geförderte Nebenkraftstoffmenge nur mit niedrigerem Druck eingespritzt werden kann als die Hauptkraftstoffmenge. Dies steht im Widerspruch zu den Anforderungen bei Einspritzung der Nebenkraftmenge direkt in den Brennraum und bedingt unerwünscht hohe Einspritzdrücke für die Hauptkraftstoffmenge. Außerdem besteht eine erhebliche Einschränkung bei der Verwendung einer solchen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, da die zeitliche Zuordnung von Haupt- und Nebenkraftstoffmenge durch die Zahl und die Zündfolge der einzelnen Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine festgelegt ist. Ferner stellen das Steuergerät und die Zumeßkolben einen zusätzlichen Aufwand und Störungsquellen dar.

Ein weiterer Nachteil ist der Umstand, daß während der Einspritzung ein verzweigtes Einspritzleitungssystem beaufschlagt wird, wodurch Störungen durch Druckschwingungen verstärkt werden können.

Für die Betriebssicherheit ist es schließlich ungünstig, daß bei Störungen an einem Pumpenelement gleich zwei Zylinder betroffen sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die einfach im Aufbau und unabhängig von der Zylinderzahl, sowie ohne daß es einer besonderen Berücksichtigung der Zündfolge der Brennkraftmaschine bedarf, verwendbar ist, und mit der betriebliche Nachteile aufgrund ungünstiger F.inspritzdrücke für die Haupt- und Nebenkraftstoffmenge oder gegenseitiger Beeinflussung der Druckwellen in den beiden zu den Einspritzdüsen führenden Leitungen, weitgehend vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß die beiden Einspritzleitungen derart an den Pumpenarbeitsraum bzw. jeweils eines Pumpenkolbens angeschlossen sind, daß die zu der iris Saugrohr einspritzenden Düse führende Leitung so im Bereich der Gleitbahn für den Pumpenkolben im Pumpenarbeitsraum mündet, daß die Mündungsstelle der Leitung von einer Steuerkante am Pumpenkolben gesteuert v.ird, und die zur brennraumseitig einspritzenden, gegenüber der Saugfoiirdüse im öffnungsdruck höher liegenden Düse führende Leitung an den Totraumabschnitt des Pumpenarbeitsraumes angeschlossen ist und daß schließlich die Haupt-, gegebenenfalls auch die Nebenkraftstoffmenge, mit Hilfe einer den Hub des Pumpenkolbens verstellbaren Schwinge oder mit Hilfe schräger Steuerkanten an dem verdrehbar angeordneten Pumpenkolben geregelt werden.

Ein Vorteil dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung gegenüber der bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung liegt in dem einfachen Aufbau. Auf Zumeßkolben in den Einspritzleitungen für die Nebenkraftstoffmenge kann verzichtet werden. Ferner ist man vollkommen unabhängig von dem zeitlichen Abstand der Arbeitszyklen in den Arbeitszylindern mehrzylindriger Brennkraftmaschinen. Das bedeutet Unabhängigkeit von Zylinderzahl und Zündfolge. Ferner erlaubt es die Anordnung mit einfachen Mitteln, den für eine wirksame t inspritzung in den Brennraum notwendigen hohen Druck zu erhalten, ohne damit gleichzeitig auch die Saugrohreinspritzung mit den Komplikationen des hohen Druckes zu belasten. Die Hauptkraftstoff menge wird vielmehr mit einem wesentlich niedrigeren Druckniveau ins Saugrohr eingespritzt. Weiter lassen sich gegenseitige Beeinflussungen der Druckwellen in den beiden zu den Einspritzdüsen führenden Leitungen vermeiden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß sowohl im Saugrohr als auch im Brennraum einfache Einspritzventile verwendet werden können.

Aus der US-PS 23 15 907 ist zwar eine Einspritzvorrichtung bekannt, bei der vom Pumpenarbeitsraum ebenfalls zwei Förderkanäle zu jeweils einer Einspritzdüse abgehen. Bei dieser Einspritzvorrichtung handelt es sich jedoch nicht um eine solche mit Einspritzung einer Hauptkraftstoffmenge in das Saugrohr und Einspritzung einer Nebenkraftstoffmenge in den Brennraum eines Brennkraftmaschinenzylinders, sondern um eine Einspritzpumpe, die mit den beiden Einspritzdüsen zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist, so daß über die beiden im gemeinsamen Düsenkörper benachbart angeordneten Düsennadeln sowohl die Haupt- als auch so die Nebenkraftstoffmenge unmittelbar in den Brennraum des Brennkraftmaschinenzylinders eingespritzt wird. Der Anschluß der beiden zu den Einspritzdüsen führenden Förderkanäle an den Pumpenarbeitsraum ist derart, daß entweder beide Kanäle von dem mit Steuerkanten versehenen und verdrehbar angeordneten Pumpenkolben gesteuert werden, oder de. Förderkanal für die Hauptkraftstoffmenge vom Totraum des Pumpenarbeitsraumes abgeht und nur der Förderkanal für die Nebenkraftstoffmenge vom Pumpenkolben eo gesteuert wird. Im ersten Fall sind die Öffnungsdrücke für die beiden Düsennadeln gleich, wohingegen im letztgenannten Fall der Düsennadelöffnuiigsdruck für die Nebenkraftstoffmenge auf einen niedrigeren Wen eingestellt ist. Nachteilig ist im letzteren Fall, daß beide fc5 Förderkanäle während der Einspritzung der Nebenkraftstoffmenge in Verbindung stehen, so daß eine gegenseitige Beeinflussung durch Druckschwirigungcn in den Förderkanälen stattfinden kann. In beiden genannten Fällen ist jedoch als nachteilig anzusehen, daß der Förderkanal für die Nebenkraftstoffmenge unter Drosselung öffnet. Hierdurch entsteht eine Verzögerung beim Auffüllen und Erhöhen des Druckes im Leitungssystem bis zur Düse, was sich insbesondere bei den relativ kleinen Nebenkraftstoffmengen ungünstig auswirkt

Auch bei der aus der DE-PS 6 41 322 bekannten Einspritzvorrichtung sind zwei zu Einspritzdüsen führende Einspritzleitungen an den Pumpenarbeitsraum angeschlossen. Ebenfalls wie bei der Vorrichtung nach der US-PS 23 15 907 erfolgt die Einspritzung über beide Düsen unmittelbar in den Brennraum und erfolgt die Förderung der Kraftstoffmengen aus dem Pumpenarbeitsraum zu den Düsen über vom verdrehbar angeordneten Kolben aufgesteuerte Bohrungen. Im übrigen treten auch hier die im Zusammenhang mit der Vorrichtung nach der US-PS beschriebenen Nachteile des gedrosselten öffnens beim Aufsteuern der mit den Einspritzleitungen in Verbindung stehenden Bohrung auf.

Schließlich ist noch aus der DE-PS 5 98 345 die Verwendung einer verstellbaren Schwinge zur Änderung der Kr^ftstoffeinspritzmenge bekannt.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine zusätzlich eine Drosselklappe angeordnet, dererr mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch bewirkte Winkelverstellung in Abhängigkeit von der Regelung der Einspritzmenge derart erfolgt, daß sich die Drosselklappe im Bereich niedriger Teillast bis Leerlauf mit abnehmender Einspritzmenge zunehmend schließt.

Wie sich herausgestellt hat, ist nahezu über den gesamten Betriebsbereich einer mit einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung betriebenen Brennkraftmaschine keine Drosselung der Ansaugluft notwendig. Die Leistung der Maschine wird in erster Linie über die Hauptkraftstoffmenge und nur bei sehr kleinen Lasten über die Nebenkraftstoffmenge eingestellt. Lediglich für den Bereich sehr niedriger Belastung und beim Leerlauf hat sich eine Drosselung der angesaugten Luft als zweckmäßig erwiesen. Das Abgasverhalten kann dadurch weiter verbessert werden.

Durch die Gemischregelung nur im Bereich sehr niedriger Motorbelastung wird eine komplizierte und aufwendige, durchgehende, d. h. sich auf alle Betriebspunkte erstreckende Gemischregelung, wie sie z. B. in der DE-AS 11 25 232 beschrieben ist, überflüssig und werden zudem unnötige Drosselverluste weitgehend vermieden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand zweier in den Fig. I und 11 dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In Fig. I wird bei Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 1 im Pumpengehäuse 2 der Druck des zuvor über ein Saugventil 3 in den Pumpenarbeitsraum 4 angesaugten Kraftstoffes erhöht. Dadurch öffnet sich ein Druckventil 5 in einer Förderbohrung 6 für die Hauptkraftstoffmenge, so daß Kraftstoff durch eine NiHerdruckeinspritzleitung 7 und eine Einspritzdüse 8, die bei niedrigem Druck öffnet, in das Saugrohr 9 der Brennkraftmaschine vor das Einlaßventil 10 gespritzt wird, (iberschleift die obere Kante 11 des PumpetiKolbens 1 die höchste Kante 12 der Förderbohrung 6 für die Hauptkraftstoffmenge. so kann kein Kraftstoff mehr in uic Buiiiuiif; 6 gcmidcii werden und die Einspritzung

der Hauptkraftstoffmenge ist beendet. Eine weitere Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 1 bewirkt eine weitere Drucksteigerung im Pumpenarbeitsraum 4, bis eine Einspritzdüse 15 sich öffnet, Kraftstoff über ein Druckventil 13 und eine Hochdruckeinspritzleitung 14 gefördert wird und somit die direkte Einspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine vor sich geht, wobei im Fall einer Unterteilung in einen Hauptbrennraum und eine Nebenkammer 16 die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung in dieser erfolgt. Der Pumpenkolben 1 wird über einen Stößel 17 von einer Nockenwelle 18 angetrieben, wobei durch eine geeignete Gestaltung des Nockens zur Betätigung des Pumpenstempels die Nebenkraftstoffmenge gegen Ende der Verdichtung, also kurz vor der Zündung, in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, während der Einspritzzeitpunkt für die Hauptkraftstoffmenge entweder bei geöffnetem oder bei geschlossenem Einlaßventil des Arbeitszylinders erfolgen kann. Durch die niedrigen Einspritzdrücke während der Förderung der Hauptkraftstoffmenge wird die Gestaltung des Einspritznockens und der übrigen mechanischen Teile im Vergleich zu einer zweistufigen Hochdruckeinspritzung erheblich erleichtert und vereinfacht. In F i g. 1 ist die Ausbildung zweier Nockenbereiche 19 und 20 so vorgenommen und sind die Zeiträume für die Einspritzung der Haupt- und der Nebenkraftstoffmenge so festgelegt, daß durch eine konzentrisch zum Nockenwellenmittelpunkt liegende Kreisbahn auf der Nockenwelle der Pumpenkolben nach Abschluß der Einspritzung der Hauptkraftstoffmenge solange gehalten wird, bis der Arbeitsprozeß in der Brennkraftmaschine so weit fortgeschritten ist, daß die Einspritzung der Nebenkraftstoffmenge erfolgen kann. Während die Nebenkraftstoffmenge durch den festgelegten Hub nach Überschleifen der Förderbohrung für die Hauptkraftstoffmenge konstant bleibt, kann die Hauptkraftstoff menge durch die Verstellung einer Schwinge 21 mit Hilfe eines Taststiftes 22 verändert werden, der über eine Regelkulisse 26 mit einer Kontur 23 vertikal nach oben und unten verschoben werden kann. Durch Schraubendruckfedern 23 bzw. 25 wird der Pumpenkolben in seine Ausgangsstellung gebracht bzw. der Stößel kraftschlüssig auf der Nockenwelle gehalten. Die Regelkulisse 26 kann lastabhängig verschoben werden. Fest verbunden mit der Kulisse ist ein Bolzen 27, der sich bei der Verstellung der Kulisse in dem Langloch 28 einer Verbindungsstange 29 bewegt. Die Verbindungsstange besitzt ein Langloch 30, in das ein Exzenter 31 einer Exzenterwelle 32 eingreift, an der koaxial eine Drosselklappenwelle mit einer Drosselklappe 33 befestigt ist. Im unteren Teillastbereich ist die Kulisse 26 soweit nach links gerückt, daß der Bolzen 27 am Ende des Langloches 28 angekommen ist Durch ein weiteres Verstellen der Kulisse nach links wird die Verbindungsstange 29 durch den Bolzen 27 in die gleiche Richtung bewegt und somit über den Exzenter 31 der Exzenterwelle 32 die Drosselklappenwelle mi der Drosselklappe 33 verdreht, so daß im Bereich der niedrigen Teillast bis Leerlauf eine zunehmende Drosselung der Ansaugluft erfolgen kann. Wird di Kulisse 26 wieder nach rechts bewegt, so wird durch di Zugkraft 34 die Drosselklappe wieder geöffnet.

In Fig. II ist ausschnittsweise eine Anordnung

ίο dargestellt, bei der die Haupt- und Nebenkraftstoffmen ge mittels schräger Steuerkanten 38,47 am Pumpenkol ben geregelt werden. Der Pumpenkolben 35 bewegt sich im Pumpengehäuse 36 nach oben. Die Einspritzung der Hauptkraftstoffmenge beginnt, wenn durch die Aufwärtsbewegung des Pumpenkolben die Ansaug- und Entlastungsbohrung 37 von der schrägen Steuerkante 38 überschliffen ist und der Druck des im Pumpenarbeitsraumabschnitt 39 befindlichen Kraftstoffes ansteigt. Der Pumpenarbeitsraumabschnitt 39 ist mi einem Pumpenarbeitsraumabschnitt 40 über eine im Pumpenkolben vorhandene Längsbohrung 41 und eine damit verbundene Querbohrung 42 verbunden. Da dadurch der Druck in beiden Pumpenarbeitsraumabschnitten immer gleich ist, beginnt bei geringem Druckanstieg in diesen die Förderung der Hauptkraft stoffmenge durch eine Bohrung 43 über ein Druckventil 49 in die Einspritzleitung 7 zur Einspritzungsdüse im Saugrohr (9 in F i g. I). Die Einspritzung der Hauptkraft stoffmenge ist in dem Moment beendet, wo die Steuerkante 44 des Pumpenkolbens 35 die obere Kante 45 der Förderbohrung für die Hauptkraftstoffmeng« überschliffen hat

Durch eine weitere Aufwärtsbewegung des Pumpen kolbens 35 erhöht sich der Druck in den Pumpenarbeits raumabschnitten 39 und 40 solange, bis die Einspritzdü se (15 in Fig. I) für die Nebenkraftstoffmenge geöffne wird und die Förderung des Kraftstoffes über eir Hochdruckventil 46 und die Hochdruckeinspritzleitung 14 beginnt Diese Einspritzung der Nebenkraftstoffmen ge wird beendet, wenn die schräge Steuerkante 47 arr Pumpenkolben die untere Kante 48 der Ansaug- unc Entlastungsbohrung 37 überstreicht, weil dann dei Druck in den Pumpenarbeitsraumabschnitten 39 und 4C rasch abfällt und das Druckventil 46 geschlossen wird Durch Verdrehen des Pumpenkolbens 35 um seine Längsachse werden über die Steuerkante 38 die Hauptkraftstoffmenge und über die Steuerkante 47 die Nebenkraftstoffmenge lastabhängig verändert Der Pumpenkolben wird in an sich bekannter Weise verdreht und ist in F i g. II nicht dargestellt. Durch einer geeigneten Mechanismus ähnlich F i g. I wird auch hier vom untersten Teillastbereich bis zum Leerlauf die angesaugte Luftmasse durch eine Drosselklappe geregelt. Diese Regelung kann auch auf elektrischem pneumatischem oder hydraulischem Wege erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kraftstoff einspritz vorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer durch eine Nockenwelle angetriebenen Kolbeneinspritzpumpe und mit jeweils zwei einem Brennkraftmaschinenzylinder zugeordneten, über getrennte Einspritzleitungen mit der Pumpe in Verbindung stehenden Einspritzdüsen, von denen die eine der Einspritzung einer regelbaren Hauptkraftstoffmenge in einen dem Einlaßventil ίο eines Brennkraftmaschinenzylinders benachbarten Abschnitt des Ansaugrohres und die andere Düse der direkten Einspritzung einer gegebenenfalls regelbaren Nebenkraftstoffmenge unmittelbar in den Brennraum der Brennkraftmaschinen dient, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einspritzleitungen (7, 14) derart an den Pumpenarbeitsraum (4 bzw. 39, 40) jeweils eines Pumpenkolbens (1 bzw. 35) angeschlossen sind, daß die zu der ins Saugrohr (9) einspritzenden Düse (8) führende Leitung (7) so im Bereich der Gleitbahn für den Pumpenkolben (1 bzw. 35) im Pumpenarbeitsraum (4 bzw. 40) mündet, daß die Mündungsstelle der Leitung (7) von einer Steuerkante (11 bzw. 44) am Pumpenkolben (1 bzw. 35) gesteuert wird, und die zur brennraumseitig einspritzenden, gegenüber der Saugrohrdüse (8) im öffnungsdruck höher liegenden Düse (15) führende Leitung (14) an den Totraumabschnitt des Pumpenarbeitsraumes (4 bzw. 39, 40) angeschlossen ist, und daß schließlich die Haupt-, gegebenenfalls auch die Nebenkraftstoffmenge, mit Hilfe einer den Hub des Pumpenkolbens (1) verstellenden Schwinge (21) oder mit Hilfe schräger Steuerkanten (38, 47) an dem verdrehbar angeordneten Pumpenkolben (35) geregelt werden.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansaugrohr (9) der Brennkraftmaschine zusätzlich eine Drosselklappe (33) angeordnet ist, deren mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch bewirkte Winkelverstellung in Abhängigkeit von der Regelung der Einspritzmenge derart erfolgt, daß sich die Drosselklappe (33) im Bereich niedriger Teillast bis Leerlauf mit abnehmender Einspritzmenge zunehmend schließt.