DE3044254C2

DE3044254C2 -

Info

Publication number: DE3044254C2
Application number: DE19803044254
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. 8904 Friedberg De Mikota
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1980-11-25
Filing date: 1980-11-25
Publication date: 1989-11-30
Also published as: DE3044254A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Hochdruckspeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1

Konstantdruckeinspritzsysteme der eingangs genannten Art - wie sie beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE 30 09 750 A1 bekannt sind - ermöglichen unter anderem, daß immer der gewünschte Zünddruck erreicht wird und die in die einzelnen Zylinder eingespritzten Brennstoffmengen gleich sind. Letzteres wird durch eine entsprechend exakte Steuerung der Einspritzventile und durch den konstanten Brennstoffdruck erzielt, so daß der Einspritzdruck vor den Düsenbohrungen eines Einspritzventiles während der gesamten Einspritzphase in erster Näherung konstant gehalten wird. Obschon durch bekannte elektronisch gesteuerte Konstantdruckeinspritzsysteme gegenüber konventionellen Einspritzsystemen bereits eine Brennstoffverbrauchsreduzierung erzielbar ist, so stellt diese Brennstoffverbrauchsreduzierung jedoch noch kein Optimum dar. Letzteres basiert insbesondere auf dem Effekt, daß infolge des bei derartigen Konstantdruckeinspritzsystemen während der gesamten Einspritzphase konstant gehaltenen Einspritzdruckes insbesondere während der Zündverzugsphase eine zu große Kraftstoffmenge in den Zylinder eingespritzt wird. Bei gegebenem Einspritzdruck könnte diese Menge beispielsweise über Verkleinerungen des Gesamtquerschnittes der Düsenbohrungen eines Einspritzventiles herabgesetzt werden, was sich jedoch insofern als nachteilig erweisen würde, daß der Brennstoffstrom über die gesamte Einspritzphase und damit auch die freigegebene Wärmemenge während der Verbrennung pro Grad Kurbelwinkel kleiner würde als für einen optimalen Druckverlauf im Zylinder mit gutem Kraftstoffverbrauch erforderlich wäre.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bekannte Konstantdruckeinspritzsysteme derart weiterzubilden, daß mittels einer Beeinflussung des Druckanstiegs und Druckabbaus eine weitere Optimierung des Brennstoffverbrauches erzielbar ist.

Diese Aufgabe ist bei einer Brennstoffeinspritzvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie deren Vorteile anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein ersten Ausführungsbeispiel einer Brennstoffeinspritzvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer Brennstoffeinspritzvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 in schematischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel einer Brennstoffeinspritzvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4 in schematischer Darstellung ein viertes Ausführungsbeispiel einer Brennstoffeinspritzvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 ein Diagramm mit Details aus einem Einspritzzyklus der Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Fig. 1.

In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Bauteile der Übersichtlichkeit halber mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Jede der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Brennstoffeinspritzvorrichtungen für Brennkraftmaschinen weist einen Hochdruckspeicher 1 auf, dem Brennstoff aus einem Reservoir 2 mittels weniger einer Pumpe 3 zuführbar und dem zur Konstanthaltung eines einstellbaren Druckniveaus eine Druckregeleinrichtung 4 zugeordnet ist. Der Druck im Hochdruckspeicher liegt in der Größenordnung mehrerer hundert bar. Vom Hochdruckspeicher 1 zweigen Brennstoffzuleitungen 5 ab, von denen jede zu einem Brennstoffvorlageraum 6 an der Ventilnadel 7 eines Einspritzventiles 8 führt, das im Zylinderkopf eines Zylinders der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Eine im Hochdruckspeicher 1 überschüssige und von der Druckregeleinrichtung 4 abgesteuerte Brennstoffmenge ist über eine Rücklaufleitung 9 ins Reservoir 2 rückführbar. Die Ventilnadel 7 besitzt an ihrer Spitze als Schließelement einen Ventilkegel 10, dem ein kegeliger Ventilsitz 11 zugeordnet ist, an den sich zum Brennraum hin ein Sackloch 12 anschließt, von dem eine oder mehrere Düsenbohrungen abzweigen. Jeder Brennstoffzuleitung 5 ist ein Vorschaltventil 14 zugeordnet, das von einer maschinensynchron gesteuerten Betätigungseinrichtung 15 steuerbar ist. Am Vorschaltventil 14 ist ein Schließelement 16 angeordnet, durch das die Brennstoffzuleitung 5 je nach Schaltstellung des Vorschaltventiles 14 abgesperrt bzw. freigegeben ist. Bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen besteht die Betätigungseinrichtung 15 aus einem allen Einspritzventilen 8 der Brennkraftmaschine gemeinsamen Mikroprozessor 17 und elektrohydraulischen Servoventilen 18, von denen jeweils eines einem Einspritzventil 8 zugeordnet ist. Die Servoventile 18 sind in einen nur teilweise dargestellten hydraulischen Steuerkreis eingeschaltet, innerhalb dessen jedem Servoventil 18 über eine Steuerdruckleitung 19 Druckflüssigkeit konstanten Druckes zuführbar ist, welche Druckflüssigkeit über eine Entlastungsleitung 20 in den Kreislauf rückführbar ist. Jedes elektrohydraulische Servoventil 18 ist über eine elektrische Steuerleitung 21 an den Mikroprozessor 17 angeschlossen und besitzt zwei hydraulische Steuerausgänge, an die jeweils eine hydraulische Steuerdruckleitung 22 bzw. 23 angeschlossen ist und die wechselweise - durch interne Umschaltung des Servoventiles 18 - an die Steuerdruckleitung 19 oder die Entlastungsleitung 20 anschließbar sind. Die Steuerdruckleitung 22 führt dabei bei allen Ausführungsbeispielen zu einem Schließdruckraum 24, der innerhalb eines Gehäuses 25 für das Vorschaltventil 14 und dort an der dem Schließelement 16 gegenüberliegenden Stirnseite des Vorschaltventiles 14 angeordnet ist. Die Steuerdruckleitung 23 dagegen führt bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 zu einem Schließdruckraum 26 eines Entlastungsventiles 27, das ebenso wie das Vorschaltventil 14 im Gehäuse 25 angeordnet ist. Das Entlastungsventil 27 ist im Detail weiter hinten beschrieben. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zweigt von der Steuerdruckleitung 23 eine Steuerdruckleitung 28 ab, die zu einem Öffnungsdruckraum 29 an der Vordersseite eines auf die Ventilnadel 7 einwirkenden Steuerkolbens 30 führt. An der Rückseite des Steuerkolbens ist ein Schließdruckraum 31 angeordnet, der über eine von der Brennstoffzuleitung 5 abzweigende Zuleitung 32 ständig mit Brennstoff konstanten Druckes beaufschlagt ist. Die Bauteile 29, 30, 31 und 32 des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1 sind auch bei den Einspritzventilen 8 gemäß Fig. 3 und 4 vorhanden und dort mit gleichen Bezugszeichen angezogen; es sind bei den Einspritzventilen 8 gemäß Fig. 3 und 4 jedoch keine Entlastungsventile 27 vorgesehen, so daß die Steuerdruckleitung 23 direkt an den Öffnungsdruckraum 29 angeschlossen ist. Das Öffnen und Schließen des Einspritzventiles 8 erfolgt bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 1, 3 und 4 demnach durch hydraulische Be- und Entlastung des Öffnungsdruckraumes 29. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dagegen ist eine andere Gattung von Einspritzventilen verwendet, nämlich solche mit Ventilnadeln 7, die durch eine an ihrer Rückseite angreifende Schließdruckfeder 33 ständig in Schließrichtung beaufschlagt sind und im Bereich des Brennstoffvorlageraumes 6 eine Öffnungsdruckfläche 34 aufweisen, an welcher der Druck des im Brennstoffvorlageraum 6 anstehenden Brennstoffes in Öffnungsrichtung der Ventilnadel 7 wirksam wird.

Vom absperrbaren, in der Zeichnung mit 5/1 bezeichneten, zwischen Brennstoffvorlageraum 6 und Vorschaltventil 14 gelegenen Teil jeder Brennstoffzuleitung 5 zweigt eine Druckentlastungsleitung 35 ab, in die eine Drosselstelle 36 eingeschaltet ist.

Die Druckentlastungsleitungen 35 der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 und 2 sind durch das Entlastungsventil 27, das taktweise im Wechsel mit dem Vorschaltventil 14 durch das Servoventil 18 angesteuert ist, freigebbar bzw. absperrbar. Zu diesem Zweck besitzt jedes Entlastungsventil 27 ein Schließelement 37 in Form eines Ventilkegels, der mit einem entsprechend kegelig ausgebildeten Ventilsitz an der Entlastungsleitung 35 zusammenwirkt.

Erfindungsgemäß münden die Druckentlastungsleitungen 35 aller Einspritzventile 8 in allen gemeinsamen Niederdruckspeicher 38, der wesentlich kleiner dimensioniert ist als der Hochdruckspeicher 1 ist. Der Niederdruckspeicher 38 kann beispielsweise durch eine Rohrleitung mit entsprechendem Querschnitt gebildet sein. Vom Niederdruckspeicher 38 zweigt eine Rücklaufleitung 40 ab, die in die zum Reservoir 2 führende Rücklaufleitung 9 einmündet - oder direkt zum Reservoir 2 geführt ist - und in die eine Entlastungsdruckregeleinrichtung 41 eingeschaltet ist. Mittels der Entlastungsdruckregeleinrichtung 41 ist im Niederdruckspeicher 38 ein in einem bestimmten Verhältnis zu jenem des Hochdruckspeichers 1 stehendes Brennstoffdruckniveau einstellbar und haltbar. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1, 2 und 3 ist das Druckniveau im Niederdruckspeicher 38 über die Entlastungsdruckregeleinrichtung 41 unabhängig vom Druckniveau des Hochdruckspeichers 1 und der diesem zugeordneten Druckregeleinrichtung 4 ein- bzw. verstellbar, während beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 das Druckniveau im Niederdruckspeicher 38 automatisch in einem bestimmten Verhältnis zum einstellbaren Druckniveau des Hochdruckspeichers gehalten ist. Hierzu ist der Druckregeleinrichtung 4 ein Druckteiler 42 zugeordnet, der auch die Funktion der Entlastungsdruckregeleinrichtung 41 übernimmt; im Druckteiler 42 sind ein erster, an den Hochdruckspeicher 1 angeschlossener Druckraum 43, ein zweiter, an den Niederdruckspeicher 38 angeschlossener Druckraum 44, ein zwischen beiden Druckräumen 43, 44 arbeitender Differentialkolben 45 sowie ein Entlastungsraum 46 vorgesehen. Letzterer ist an die zum Reservoir 2 führende Rücklaufleitung 9 angeschlossen. Der Differentialkolben 45 besteht aus zwei zylindrischen Kolbenteilen mit durchmesserverschiedenen Stirnflächen 47 bzw. 48, wobei die durchmesserkleinere Stirnfläche 47 dem im Druckraum 43 herrschenden Brennstoffdruck und die durchmessergrößere Stirnfläche 48 dem im Druckraum 44 herrschenden Brennstoffdruck ausgesetzt ist. Der Druck P _NDS im Niederdruckspeicher 38 verhält sich mithin zum Druck P _HDS im Hochdruckspeicher 1 wie die Stirnfläche 47 zur Stirnfläche 48 am Differentialkolben 45. Der durchmessergrößere Kolbenteil 49 des Differentialkolbens 45 dient außerdem zur Freigabe bzw. Absperrung einer Abflußöffnung 50, die im Führungsrohr 51 für das Kolbenteil 49 eingeformt ist und durch die jene überschüssige Brennstoffmenge, die während einer Entlastungsphase eines Einspritzventiles 8 in den Niederdruckspeicher 38 sowie von diesem in den Druckraum 44 eingespeist wird, in den Entlastungsraum 46 überleitbar und von diesem über die Rücklaufleitung 9 zum Reservoir 2 rückführbar ist.

Desweiteren ist erfindungsgemäß dem nach dem Vorschaltventil 14 gelegenen Brennstoffweg - 5/1, 6 - an beliebiger Stelle ein Pufferspeicherraum 52 zugeordnet. Dieser Pufferspeicherraum 52 bildet ein Zusatzvolumen mit einer begrenzten Elastizität; er nimmt während jeder Einspritzphase eine bestimmte Menge Brennstoffes auf und gibt sie anschließend wieder ab. Der Pufferspeicherraum 52 kann durch starre Wände begrenzt sein, in welchem Falle die Elastizität dieses Zusatzvolumens durch die Elastizität des Brennstoffes gegeben ist. Der Pufferspeicherraum 52 ist in den Figuren nur schematisch dargestellt; es handelt sich dabei um einen Raum, in dem eine begrenzt variable Brennstoffmenge zwischenspeicherbar ist, die bezogen auf den Auslegungspunkt der Brennkraftmaschine etwa 10mal so groß ist wie jene Brennstoffmenge, die pro Arbeitsspiel eines Einspritzventiles während einer Einspritzphase in den zugehörigen Zylinder eingespritzt wird.

Der Pufferspeicherraum 52 kann aber auch selbst nachgiebig ausgebildet und durch einen Hohlkörper mit elastisch verformbarer Wandung begrenzt sein; die Elastizität des Zusatzvolumens kann somit durch Dehnung von Wandteilen, alternativ jedoch auch durch eigens hierfür vorgesehene Volumenvergrößerungselemente, wie eine Feder-Kolben-Anordnung - siehe Fig. 2 - oder eine Membran-Anordnung - siehe Fig. 4 - realisiert sein. Die Wirkungsweise des Pufferspeicherraums ist weiter hinten anhand der Funktionsbeschreibung näher erläutert. Der Pufferspeicherraum 52 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 über eine Zuleitung 53 am absperrbaren Teil 5/1 der Brennstoffzuleitung 5 unmittelbar hinter dem Vorschaltventil 14 angeschlossen; beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zweigt die Zuleitung 53 zum Pufferspeicherraum 52 ebenfalls vom absperrbaren Teil 5/1 der Brennstoffzuleitung 5, in Strömungsrichtung des Brennstoffes gesehen jedoch näher zum Brennstoffvorlageraum 6 hin gelegen ab. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der Pufferspeicherraum 52 direkt in die Druckentlastungsleitung 35 eingeschaltet; beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wiederum ist der Pufferspeicherraum 52 über die Zuleitung 53 direkt an den Brennstoffvorlageraum 6 angeschlossen. Obschon in den Fig. 1 bis 4 jeweils außerhalb eines Einspritzventiles 8 dargestellt, kann der Pufferspeicherraum 52 jederzeit auch innerhalb des Einspritzventilgehäuses und/oder dem damit verbundenen, das Vorschaltventil 14 aufnehmenden Gehäuse 25 angeordnet sein.

Im Brennstoffweg zwischen dem Vorschaltventil 14 und dem Niederdruckspeicher 38 ist eine Drosselstelle 36 eingeschaltet. Zwischen dem Hochdruckspeicher 1 und dem Vorschaltventil 14 ist im Brennstoffweg 5 eine weitere Drosselstelle 54 angeordnet. Die Querschnitte der beiden Drosselstellen 36 und 54 sind dabei derart bemessen, daß der Druck im Pufferspeicherraum 52 während jeder Einspritzphase des zugehörigen Einspritzventiles 8 ausgehend vom im Niederdruckspeicher 38 herrschenden Druckniveau P _NDS annähernd auf jenes Druckniveau P _HDS des Hochdruckspeichers 1 ansteigt und während jeder Entlastungsphase wieder vollständig auf das Ausgangsdruckniveau, mithin jenes des Niederdruckspeichers 38 absinkt, mit der Folge eines am Anfang jeder Einspritzphase verzögernd ansteigenden Einspritzdruckes und einer anfangs kleinen, dann zunehmend größer werdenden, in den zugehörigen Zylinder eingespritzten Brennstoffmenge.

Nachstehend ist die Funktion der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung anhand des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1 und der Diagramme von Fig. 5 erläutert. In Fig. 5 sind die Verhältnisse während eines Arbeitsspiels des Einspritzventiles 8 von Fig. 1 aufgezeigt; ein solches Arbeitsspiel ist in Fig. 5D zwischen Pfeilen mit 55 bezeichnet, während in der gleichen Figur die Einspritzphase eines Einspritzventiles 8 mit 56 sowie die Entlastungsphase mit 57 bezeichnet ist, welche Phasen ebenfalls jeweils zwischen Pfeilen eingezeichnet sind. In Fig. 5A ist in oberster Position zwischen den mit 0 und 1 bezeichneten Hilfslinien die Öffnungs- und Schließperiode des Vorschaltventiles 14, darunter zwischen den mit 0 und 1 bezeichneten Hilfslinien die Öffnungs- und Schließperiode der Ventilnadel 7 und darunter wiederum zwischen einer mit 0 und 1 bezeichneten Hilfslinie die Öffnungs- und Schließperiode des Entlastungsventiles 27 aufgezeigt. Im Diagramm gemäß Fig. 5B ist der Verlauf des im Brennstoffvorlageraum 6 während eines Arbeitsspieles herrschenden Brennstoffdruckes aufgetragen, wobei die obere Hilfslinie den Druck P _HDS im Hochdruckspeicher 1 und die untere Hilfslinie den Brennstoffdruck P _NDS im Niederdruckspeicher 38 markiert. Das Diagramm gemäß Fig. 5C gibt den Druckverlauf des im Sackloch 12 während eines Arbeitsspieles herrschenden Brennstoffdruckes wieder.

Beschreibung eines Arbeitsspieles Vor dem Einspritzvorgang

Die Ventilnadel 7 und das Vorschaltventil 14 befinden sich in Schließlage; das Entlastungsventil 27 ist in Öffnungsposition. Diese Schaltzustände sind aus Fig. 5A ersichtlich. Im abgesperrten Teil 5/1 der Brennstoffzuleitung 5, in der Zuleitung 53 und dem an dieser angeschlossenen Pufferspeicherraum 52, ferner der entlastungsventilseitig freigegebenen Druckentlastungsleitung 35 sowie im Brennstoffvorlageraum 6 herrscht der gleiche Druck P _NDS wie im Niederdruckspeicher 38; letzteres ist aus Fig. 5B ersichtlich.

Einspritzbeginn

Vom Mikroprozessor 17 wird ein Steuerimpuls über die Leitung 21 an das Servoventil 18 gegeben, wodurch dieses intern umschaltet, dadurch die Steuerdruckleitung 23 und damit auch die Steuerdruckleitung 28 an die Steuerdruckleitung 19, die Steuerdruckleitung 22 dagegen an die Entlastungsleitung 20 angeschlossen werden, mit der Folge, daß der Druckraum 26 druckbelastet wird, damit das Entlastungsventil 27 schließt und die Entlastungsleitung 35 absperrt, ferner gleichzeitig der Öffnungsdruckraum 29 im Einspritzventil 8 druckbelastet und dadurch die Ventilnadel 7 in Öffnungslage angehoben wird, und außerdem der Schließdruckraum 24 druckentlastet wird, so daß das Vorschaltventil 14 öffnet; diese Schaltpositionen sind aus Fig. 5A ersichtlich.

Einspritzvorgang

Durch den Querschnitt der Drosselstelle 54 in der Brennstoffzuleitung 5 strömt Brennstoff mit einem Druckgefälle Δ P _HDS = P _HDS - P _V in den Brennstoffvorlageraum 6 ein, wobei mit P _V der Druck im Brennstoffvorlageraum 6 bezeichnet ist. Vom Brennstoffvorlageraum 6 strömt durch die Düsenbohrungen 13, deren Gesamtquerschnitt mit A _DB bezeichnet ist, Brennstoff mit einem Druckgefälle Δ P _DB = P _V - P _CYL in den zugehörigen Zylinder ein, wobei mit P _CYL der Zylinderdruck bezeichnet ist. Am Beginn der Einspritzphase 56 wird dabei der Pufferspeicherraum 52 mit Brennstoff geladen, wobei der Druck in diesem ausgehend vom Druckniveau P _NDS des Niederdruckspeichers 38 annähernd auf jenes Druckniveau P _HDS des Hochdruckspeichers ansteigt. In Abhängigkeit von diesem Ladevorgang des Pufferspeicherraumes 52, ferner der Elastizität des von diesem begrenzten Zusatzvolumens, außerdem in Abhängigkeit von der Größe der Querschnitte der Drosselstelle 54 und der Düsenbohrungen 13 steigt mit der Zeit der Druck P _V im Brennstoffvorlageraum verursacht durch den Unterschied zwischen der einströmenden und ausströmenden Brennstoffmenge an. Dieser Druckanstieg im Brennstoffvorlageraum 6 ist aus dem Diagramm gemäß Fig. 5B und dort durch die Kurve 58 ersichtlich. Der Verlauf des Brennstoffdruckes im Sackloch 12 ist durch die Kurve 59 in Fig. 5C markiert. Durch den am Anfang jeder Einspritzphase verzögernd ansteigenden Einspritzdruck ist während dieser Phase das Einspritzen einer anfangs nur kleinen, dann jedoch zunehmend größer werdenden Einspritzmenge pro Zeiteinheit oder Grad Kurbelwinkel gewährleistet.

Einspritzende

Sobald vom Mikroprozessor 17 ein Signal für das Einspritzende an das Servoventil 18 gegeben wird, schaltet dieses intern wieder in seine Ausgangslage zurück, wodurch die Steuerdruckleitung 22 wieder an die Steuerdruckleitung 19 und die Steuerdruckleitung 23 wieder an die Entlastungsleitung 20 angeshlossen werden; dadurch wird der Schließdruckraum 24 druckbeaufschlagt und das Vorschaltventil 14 geschlossen, außerdem der Schließdruckraum 26 sowie der Öffnungsdruckraum 29 druckentlastet, damit die Ventilnadel 7 in Schließlage und das Entlastungsventil 27 in Öffnungslage gebracht. Durch die nunmehr durch das Entlastungsventil 27 freigegebene Entlastungsleitung 35 strömt der Brennstoff in diese aus dem Brennstoffvorlageraum 6, dem abgesperrten Teil 5/1 der Brennstoffzuleitung 5 sowie dem Pufferspeicherraum 52 durch die Drosselstelle 36 in den Niederdruckspeicher 38 ein. Dieser Vorgang geht innerhalb der Entlastungsphase 57 vonstatten; der diesbezügliche Druckverlauf im Brennstoffvorlageraum 6 ist in Fig. 5B durch die Kurve 60 und der Druckverlauf im Sackloch 12 in Fig. 5C durch die Kurve 61 gekennzeichnet. Der Verlauf des Druckabfalles im Brennstoffvorlageraum 6 ist unmittelbar abhängig von der Größe des Querschnittes der Drosselstelle 36; der Mindestquerschnitt der Drosselstelle 36 muß so groß bemessen sein, daß der Druckabfall auf das Druckniveau P _NDS des Niederdruckspeichers 38 innerhalb der Einspritzpause zwischen zwei Einspritzvorgängen, mithin in der Entlastungsphase 57 vollständig vonstatten gehen kann.

Diese vorbeschriebenen Vorgänge wiederholen sich bei jedem Arbeitsspiel 55 des Einspritzventiles 8. Der Ablauf der Vorgänge innerhalb eines derartigen Arbeitsspieles ist auch bei den in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsvarianten prinzipiell gleich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Vorteile der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung

Durch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung ist es möglich, in jedem Lastbereich der Brennkraftmaschine die hierbei erforderliche optimale Brennstoffmenge in jeder Einspritzphase gesteuert der Luft im Zylinder zuzuführen, so daß eine gezielte Steuerung des Verbrennungsablaufes durch den Einspritzverlauf gegeben ist. Dabei ist es durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Brennstoffeinspritzvorrichtung möglich, daß während der Zündverzugsphase nur eine relativ kleine Brennstoffmenge in den Zylinder eingespritzt wird; dabei ist infolge der gegebenen Druckverhältnisse eine gute Zerstäubung des in den Zylinder eingespritzten Brennstoffes garantiert. Im weiteren Verlauf der Einspritzphase ist ferner gewährleistet, daß die in den Zylinder pro Grad Kurbelwinkel eingespritzte Brennstoffmenge dem jeweiligen Lastbereich der Brennkraftmaschine optimal angepaßt ist und somit einem gewünschten Verbrennungsablauf angepaßt ist. Die Eindringtiefe der Brennstoffstrahlen nimmt während der Einspritzphase bis zu deren Ende infolge des verzögert ansteigenden Einspritzdruckes stetig zu. Hierdurch ist gewährleistet, daß der Brennstoff bis in die Nähe der Brennraumwand vordringen kann, ohne daß jedoch die Wand selbst zu stark bespritzt wird. Der im Brennraum vorhandenen Luft wird somit Brennstoff in einer Weise zugeführt, durch die eine optimale Ausnutzung desselben für den Verbrennungsablauf gegeben ist. Durch die bei der erfindungsgemäßen Brennstofeinspritzvorrichtung gegebene Möglichkeit der Anpassung der Drücke im Hochdruckspeicher 1 und Niederdruckspeicher 38 bleibt die relative Eindringtiefe der Brennstoffstrahlen auch in allen anderen vom Vollastbereich abweichenden Lastbereichen annähernd gleich, so daß in allen Lastbereichen infolge der gezielten Brennstoffeinspritzung eine gute Verbrennung gewährleistet ist. Durch die erfindungsgemäße Anbindung jedes Einspritzventiles 8 sowohl an den Hochdruckspeicher 1 als auch den Niederdruckspeicher 38 ist gewährleistet, daß die Einspritzvorgänge bei allen Zylindern angepaßt an den jeweiligen Lastbereich der Brennkraftmaschine gleich ablaufen.

Es sei abschließend darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die in den Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Insbesondere können für die Steuerung der Ventilnadel 7, des Vorschaltventiles 14 bzw. Entlastungsventiles 27 andere Steuermittel als in den Figuren dargestellt und vorstehend beschrieben, vorgesehen sein; die Steuerung dieser Teile kann beispielsweise rein elektrisch durchführbar sein. Die Darstellungen in den Figuren sind darüber hinaus rein schematischer Natur und veranschaulichen nur den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung.

Claims

1. Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einem Hochdruckspeicher (1), dem Brennstoff aus einem Reservoir (2) mittels wenigstens einer Pumpe (3) zuführbar ist und dem eine Druckregeleinrichtung (4) zur Konstanthaltung eines einstellbaren Druckniveaus zugeordnet ist, von dem ferner Brennstoffzuleitungen (5) abzweigen, von denen jede zum Brennstoffvorlageraum (6) an der Ventilnadel (7) eines Einspritzventiles (8) führt und durch ein, von einer maschinensynchron gesteuerten Betätigungseinrichtung (15) steuerbares Vorschaltventil (14) absperrbar bzw. freigebbar ist, wobei vom absperrbaren, zwischen Brennstoffvorlageraum (6) und Vorschaltventil (14) gelegenen Teil (5/1) jeder Brennstoffzuleitung (5) eine Druckentlastungsleitung (35) abzweigt, in die eine Drosselstelle (36) eingeschaltet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale,

- die Druckentlastungsleitungen (35) aller Einspritzventile (8) münden in einen allen gemeinsamen Niederdruckspeicher (38), von dem eine Rücklaufleitung (40) abzweigt und in dem mittels einer in letztere eingeschalteten Entlastungsdruckregeleinrichtung (41) ein Brennstoffdruckniveau einstellbar sowie in einem bestimmten Verhältnis zu jenem des Hochdruckspeichers (1) gehalten ist,
- von dem nach dem Vorschaltventil (14) gelegenen Brennstoffweg (5/1, 6) zweigt an beliebiger Stelle eine Verbindung (53; 35) zu einem Pufferspeicherraum (52) ab,
- im Brennstoffweg zwischen dem Hochdruckspeicher (1) und dem Vorschaltventil (14) ist eine weitere Drosselstelle (54) angeordnet,
- die Querschnitte der beiden Drosselstellen (36, 54) sind derart bemessen, daß der Druck im Pufferspeicherraum (52) während jeder Einspritzphase (56) ausgehend vom Druckniveau P _NDS des Niederdruckspeichers (38) annähernd auf das Druckniveau P _HDS des Hochdruckspeichers (1) ansteigt und während jeder Einspritzpause (57) wieder vollständig auf das Ausgangsniveau absinkt, mit der Folge eines am Anfang jeder Einspritzphase (56) verzögert ansteigenden Einspritzdruckes und einer anfangs kleinen, dann zunehmend größer werdenden, in den zugehörigen Zylinder eingespritzten Brennstoffmenge.

2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckspeicher (38) wesentlich kleiner als der Hochdruckspeicher (1) dimensioniert ist.

3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckspeicher (39) von einem Rohr mit entsprechendem Querschnitt gebildet wird.

4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicherraum (52) eine begrenzte Elastizität aufweist.

5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicherraum (52) durch starre Wände begrenzt ist.

6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicherraum (52) eine solche Größe besitzt, daß in ihm eine Brennstoffmenge zwischenspeicherbar ist, die bezogen auf den Auslegungspunkt der Brennkraftmaschine etwa dem Zehnfachen jener Brennstoffmenge entspricht, die pro Arbeitsspiel (55) eines Einspritzventiles (8) in den zugehörigen Zylinder eingespritzt wird.

7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicherraum (52) nachgiebig ausgebildet und durch einen Hohlkörper mit elastisch verformbarer Wandung begrenzt ist.

8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pufferspeicherraum (52) zur Erzielung einer Elastizität eine Feder-Kolben-Anordnung zugeordnet ist.

9. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Pufferspeicherraum (52) zur Erzielung einer Elastizität eine Membran angeordnet ist.

10. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicherraum (52) über eine Zuleitung (53) am absperrbaren Teil (5/1, 6) der Brennstoffzuleitung (5) angeschlossen ist.

11. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (53) unmittelbar hinter dem Vorschaltventil (14) abzweigt.

12. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (53) etwa in der Mitte des Brennstoffweges zwischen Vorschaltventil (14) und Brennstoffvorlageraum (6) vom absperrbaren Teil (5/1) der Brennstoffzuleitung (5) abzweigt.

13. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (53) vom Brennstoffvorlageraum (6) abzweigt.

14. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicherraum (52) außerhalb eines Einspritzventiles (8) angeordnet ist.

15. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicherraum (52) innerhalb eines Einspritzventiles (8) angeordnet und in dessen Ventilgehäuse integriert ist.

16. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicherraum (52) innerhalb des Gehäuses (25) für das Vorschaltventil integriert ist.

17. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicherraum (52) sowohl im Gehäuse des Einspritzventiles (8) als auch dem damit verbundenen Gehäuse (25) für das Vorschaltventil (14) integriert ist.

18. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckniveaus P _HDS bzw. P _NDS des Hochdruckspeichers (1) bzw. des Niederdruckspeichers (38) für eine gezielte Steuerung des Brennstoffbedarfs in den unterschiedlichen Lastbereichen der Brennkraftmaschine unabhängig voneinander über die diesen zugeordnete Druckregeleinrichtungen (4 bzw. 41) einstellbar sind.

19. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckniveau P _NDS im Niederdruckspeicher (38) durch einen Druckteiler (42) automatisch in einem bestimmten Verhältnis zum einstellbaren Druckniveau P _HDS des Hochdruckspeichers (1) gehalten ist.

20. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckteiler (42) einen ersten, an den Hochdruckspeicher (1) angeschlossenen Druckraum (43), einen zweiten, an den Niederdruckspeicher (38) angeschlossenen Druckraum (44), einen zwischen diesen Druckräumen (43, 44) arbeitenden Differentialkolben (45) sowie einen Entlastungsraum (46) aufweist, der ablaufseitig an die zum Reservoir (2) führende Rücklaufleitung (9) angeschlossen und zulaufseitig über eine vom Differentialkolben (45) auf- und zusteuerbare Abflußöffnung (50) mit dem Druckraum (44) verbindbar ist.

21. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben (45) aus zwei zylindrischen Kolbenteilen mit durchmesserverschiedenen Stirnflächen (47 bzw. 48) besteht, wobei die durchmesserkleinere Stirnfläche (47) dem im Druckraum (43) herrschenden Brennstoffdruck, die durchmessergrößere Stirnfläche (48) dagegen dem im Druckraum (44) herrschenden Brennstoffdruck ausgesetzt ist und somit folgende Verhältnisse gegeben sind, nämlich

22. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußöffnung (50) in einem Führungsrohr (51) für das durchmessergrößere Kolbenteil (49) eingeformt und durch letzteres absperrbar bzw. freigebbar ist, derart, daß jene überschüssige Brennstoffmenge, die während einer Entlastungsphase eines Einspritzventiles (8) in den Niederdruckspeicher (38) und von dort in den Druckraum (44) eingespeist wird, in den Entlastungsraum (46) überleitbar ist.