DE3133288A1 - "brennstoffeinspritzsystem an einer brennkraftmaschine" - Google Patents

Description

• Brennstoffeinspritzsystem an einer Brennkraftmaschine
• Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem an einer Brennkraftmaschine mit Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Bei herkömmlichen Brennstoffeinspritzsystemen ist je Maschinenzylinder ein Einspritzventil vorgesehen, das von einer Einspritzpumpe mit Brennstoff versorgbar ist.
• Diese Einspritzpumpe ist durch die Nocken einer Nockenwelle betätigbar und besitzt in der Regel einen verdrehbaren Pumpenkolben, dessen Verdrehung durch ein entsprechendes Regelgestänge bewerkstelligt wird. Der Brennstoffeinspritzpumpe wiederum ist eine Förderpumpe vorgeschaltet, die ihr den erforderlichen Brennstoff aus einem Reservoir zuführt. Neben derartigen Einspritzsystemen gibt es aber auch noch Hochdruckeinspritzsysteme, die zwar ohne eine Brennstoffeinspritzpumpe auskommen, dafür aber zusätzlich einen Hochdruckspeicher und komplizierte hydraulische und elektronische Steuerkreise aufweisen, die in der Regel wieder eine komplizierte Funktionsüberwachung erfordern.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffeinspritzsystem an einer Brennkraftmaschine mit einem herkömmlichen federbslasteten Einspritzventil je Maschinenzylinder derart auszubilden, daß dieses gegenüber den eingangs geschilderten Einspritzsystemen wesentlich einfacher aufgebaut ist, mit weniger komplizierten Bauteilen auskommt und trotzdem die Anforderungen eines Hochdruckeinspritzsystems erfüllt.
• Diese Aufgabe ist bei einem Brennstoffeinspritzsystem der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Mittel gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem erfordert keine Einspritzpumpe, sondern nur eine einfache Förderpumpe. Die Kosten einer Einspritzpumpe sowie für deren Nockensteuerung und die Steuerung für die Verdrehung der Pumpenkolben sind bei einem Brennstoffeinspritzsystem nach der Erfindung daher eingespart.
• Es können ferner in vorteilhafter Weise herkömmliche Brennstoffeinspritzventile verwendet werden, so daß eine einfache Nachrüstung bei bereits in Betrieb befindlichen Brennkraftmaschinen möglich ist. Ferner ist in vorteilhafter Weise bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystem kein Servoölkreislauf für Steuerzwecke wie bei eingangs erwähnten Hochdrucksteuersystemen mit hydraulisch gesteuerten Einspritzventilen erforderlich. Als Steuermittel wird lediglich Luft verwendet, die in unbeschränktem Umfange vorhanden ist.
• Ein weiterer Vorteil ist beim erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystem darin begründet, daß der Förderdruck der Brennstofförderpumpe niedriger ist als der öffnungsdruck des Einspritzventiles, wodurch eine ungewollte Einspritzung auch bei Hängenbleiben des Vorschaltventiles in öffnungsstellung vermeidbar ist.
• Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems sind in der nachfolgenden Beschreibung desselben anhand der Zeichnung dargelegt.
• In der Zeichnung ist schematisch der prinzipielle Aufbau eines Brennstoffeinspritzsystemes nach der Erfindung dargestellt. In der Zeichnung sind brennstoffführende Leitungen durch Doppellinien mit abwechselnd schwarzen und weißen Feldern eingezeichnet, während luftführende Leitungen durch Doppellinien und stromführende Leitungen durch einfache Linien dargestellt sind. Die in der Zeichnung desweiteren eingetragenen Pfeile geben bei den brennstoff- und luftführenden Leitungen die Strömungs- bzw. Druckrichtung es jeweils eingeschlossenen Mediums und bei den stromführenden Leitungen die Richtung der Signalübertragung an.
• In der Zeichnung ist als Teil des dargestellten Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine ein einem Maschinenzylinder zugeordnetes Einspritzventil bezeichnet, dessen Ventilnadel 2 entgegen der Kraft einer Schließfeder 3 durch die Kraft des dem Brennstoffvorlageraum 4 über die Zuleitung 5 zugeführten Brennstoffes in öffnungsrichtung bewegbar ist. Erfindungsgemäß ist dem Einspritzventil 1 ein Pufferspeicher 6 zur Aufnahme der einzuspritzenden Brennstoffmenge vorgeschaltet. Der Pufferspeicher 6 ist an eine vorzugsweise mittels eines Elektromotors 7 angetriebene Brennstofförderpumpe 8 angeschlossen und von dieser fortlaufend mit Brennstoff versorgbar, dessen Förderdruck niedriger als der öffnungsdruck des Einspritzventiles 1 ist. Der Brennstoff ist aus dem Pufferspeicher 6 mittels eines pneumatisch im Takt der Maschine betätig- baren Druckübersetzungskolbens 9 dem Einspritzventil 1 zuführbar. In die Leitung 10 zwischen Pufferspeicher 6 und Einspritzventil 1 ist ein Vorschaltventil 11 eingeschaltet, durch das sie im Takt der Maschine auf-und zusteuerbar ist. Die Leitung 10 ist außerdem mittels eines dem Vorschaltventil 11 in Strömungsrichtung nachgeschalteten Druckentlastungsventiles 12 jeweils nach Schließen des Vorschaltventiles 11 über eine von der Leitung 10 abzweigende und zu einem Brennstoffreservoir 13 rückführende Druckentlastungsleitung 14 druckentlastbar.
• Der Pufferspeicher 6 ist durch einen Pumpzylinder 15 gebildet, in dem der Druckübersetzungskolben 9 mit seinem Förderkolben 16 arbeitet. An den Förderkolben 16 schließt sich rückwärtig ein in einem Druckzylinder 17 arbeitender, durchmessergrößerer Kolben 18 an, der zusammen mit der Wandung des Druckzylinders 17 einen pneumatischen Druckraum 19 begrenzt. Vom Pumpzylinder 15 zweigt einerseits die Leitung 10 ab, andererseits mündet in ihn eine Brennstoffzuführleitung 20 ein. Letztere zweigt von einer Brennstoffördeleitung 21 ab, die wie derum am Förderausgang der Brennstofförderpumpe 8 angeschlossen ist und zur Versorgung aller Einspritzventile mit Brennstoff dient. In die Brennstoffzufuhrleitung 20 ist ein Rückschlagventil 22 eingeschaltet, das nur in Brennstoffzufuhrrichtung durchlässig ist und somit einen Rückfluß von Brennstoff aus dem Pufferspeicher 6 in die Brennstofförderleitung 21 beim Förderhub des Druckübersetzungskolbens 9 verhindert. Die Brennstofförderpumpe 8 saugt den Brennstoff aus dem Brennstoffreservoir 13 über einen Filter 23 und eine Saugleitung 24 an und fördert den Brennstoff in die Brennstofförderleitung 21 mit einem Druck, der etwa 10 bis 20 % niedriger liegt als der öffnungsdruck des Einspritzventiles 1. Zum Einstellen und Halten des gewünschten Förderdruckes ist der Brennstofförderpumpe ein Druckregelventil 25 zugeordnet, das in eine Drucküberwachungsleitung eingeschaltet ist, die nach der Brennstofförderpumpe 8 von der Brennstofförderleitung 21 abzweigt und strömungsmäßig vor der Förderpumpe 8 wieder in die Saugleitung 24 einmündet.
• Zur Belieferung jedes Druckraumes 19 mit Druckluft ist ein Luftbehälter 26 vorgesehen, der mittels eines von einem Elektromotor 27 angetriebenen Kompressors 28 mit Druckluft versorgbar ist. Der Kompressor 28 saugt die erforderliche Luft über einen Luftfilter 29 wie eine Saugleitung 30 an und fördert die komprimierte Luft über eine Förderleitung 31 in den Luftbehälter 26. In die Förderleitung 31 sind ein in Förderrichtung öffnendes Rückschlagventil 32 sowie ein Druckregelventil 33 eingeschaltet, welch letzteres in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsfaktoren der Maschine ein- bzw.
• verstellbar ist.
• Vom Luftbehälter 26 zweigt eine Lufthauptleitung 34 ab, die zur Druckluftversorgung aller Druckräume 19 dient. Jeder Druckraum 19 ist über eine von der Lufthauptleitung 34 abzweigende Luftzuleitung 35 mit Druckluft versorgbar. In die LuE;zuleitung 35 ist ein elektromagnetisch betätigbares Zweiwege-Umschaltventil 36 eingeschaltet, das einen Eingang sowie zwei Ausgänge besitzt, wobei an den Eingang die Luftzuleitung 35, an den ersten Ausgang eine mit dem Druckraum 19 verbundene Be- und Entlastungsleitung 37 sowie am zweiten Ausgang eine Druckentlastungsleitung 38 angeschlossen sind. Zwecks Vermeidung von Luftverlusten wird die bei der Druckentlastug des Druckraumes 19 anfallende Luft in vorteilhafter Weise über die Druckentlastungsleitung 38 einem gemeinsamen Luftsammelbehälter 39 über dessen Hauptsammelleitung 40 zugeführt sowie aus diesem vom Kompressor 28 über die in die Saugleitung 30 einmündende Auslaßleitung 41 abgesaugt. Da der Druck im Luftsammelbehälter 39 größer als Atmosphärendruck ist, ist in die Förderleitung 30 jeweils vor und nach der Einmündestelle der Auslaßleitung 41 ein nur in Saugrichtung öffnendes Rückschlagventil 42 bzw. 43 eingeschaltet. Es bleibt in diesem Zusammenhang jedoch anzumerken, daß die Druckentlastung des pneumatischen Druckraumes 19 auch in die Atmosphäre erfolgen kann.
• Vom Pumpzylinder 15 und dort von jenem Bereich, der vom Förderkolben 16 des Druckübersetzungskolbens 9 bei seinen Hubbewegungen nicht freigelegt wird, zweigt eine zum Brennstoffreservoir 13 rückführende Leckbrennstoffleitung 44 ab, in die ein Druckregelventil 45- eingeschaltet ist, das derart eingestellt ist, daß der Leckkraftstoffdruck gleich oder größer dem öffnungsdruck des Einspritzventiles 1 ist.
• An die Leitung 10 zwischen Pufferspeicher 6 und Einspritzventil 1 ist strömungsmäßig nach dem Vorschaltventil 11 eine Drucküberwachungsvorrichtung 46 angeschlossen, die zwecks Signalisierung etwaiger Unregelmäßigkeiten in den Einspritzprozessen mit einer Alarmvorrichtung 47 und/oder der systemeigenen elektronischen, einen Mikroprozessor umfassenden Regel- und Steueranlage 48 zur Ermöglichung der Auslösung von Notstopp-Maßnahmen verbunden sein kann.
• Das Vorschaltventil 11, das Druckentlastungsventil 12 sowie das Zweiwege-Umschaltventil 36 sind jeweils durch übererregte Hubmagneten betätigbar, die ihre Steuerbefehle ebenso wie das Druckregelventil 33 und gegebenenfalls auch die beiden anderen Druckregelventile 25 und 45 des Systems von der elektronischen Regel- und Steueranlage 48 erhalten. Das Druckregelventil 33 wird dabei in Abhängigkeit von Betriebsfaktoren der Maschine, beispielsweise der Drehzahl, dem Ladedruck oder dergleichen ein- bzw. verstellt, so daß dem jeweiligen pneumatischen Druckraum 19 Luft mit jeweils den herrschenden bzw. angestrebten Betriebsbedingungen der Maschine angepaßtem Druck zuführbar ist. Infolge dieses variablen Luftdruckes ist brennstoffseitig eine entsprechende Beeinflussung der Einspritzprozesse und damit deren Anpassung an die vorherrschenden oder gewünschten Betriebsbei ' zungen der Maschine gewährleistet.
• Nachstehend ist die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystemes anhand eines vollständigen Einspritzzykluses beschrieben. Als Ausgangsstellung ist angenommen, daß der Pufferspeicher 6 bereits mit Brennstoff gefüllt ist, ferner das Vorschaltventil 11 sich in Schließlage und das Druckentlastungsventil 12 sich in Offenstellung befindet, außerdem das Zweiwege-Umschaltventil 36 in Durchschaltstellung für eine Druckentlastung steht, damit der pneumatische Druckraum 19 druckentlastet ist und außerdem am Eingang des Zwetwege-Umschaltventiles 36 Luft mit gewünschtem Druck ansteht.
• Wenn nun ein Einspritzvorgang erfolgen soll, wird vor der Regel- und Steueranlage 48 über eine Steuerleitung 49 ein Impuls zum Zweiwege-Umschaltventil 36 weitergeleitet, wobei der angeschlossene Hubmagnet anzieht und das Zweiwege-Umschaltventil 36 in die in der Zeichnung dargestellte Durchlaßstellung verschiebt.
• Hierdurch kann die am Eingang desselben in der Luft zuleitung 35 anstehende Druckluft dem Druckraum 19 über die Druckbe- und -entlastungsleitung 37 zugeführt werden. Zu einem geeigneten Zeitpunkt wird von der Regel- und Steueranlage 48 über eine Steuerleitung 50 ein Impuls an den Hubmagneten des Vorschaltventiles 11 gegeben, so daß dieses öffnet und damit der Brennstoffweg vom Pufferspeicher 6 über die Leitung 10 zum Einspritzventil 1 freigegeben ist. Gleichzeitig geht über die Steuerleitung 51 ein Impuls an den Hubmagneten des Druckentlastungsventiles 12, so daß letzteres schließt und die Druckentlastungsleitung 14 gesperrt ist. Durch die im Druckraum 19 anstehende Druckluft wird dann der Druckübersetzungskolben 9 in der Zeichenebene nach unten verschoben, wobei dessen Förderkolben 16 den im Pufferraum 6 befindlichen Brennstoff aus diesem heraus verdrängt und dem Einspritzventil 1 zuführt; sobald der Brennstoffdruck im Brennstoffvorlageraum 4 des Einspritzventiles 1 den öffnungsdruck des letzteren übersteigt, öffnet das Einspritzventil 1 und der Einspritzvorgang läuft ab. Dabei kann maximal jene Menge eingespritzt werden, die vorher im Pufferspeicher 6 zwischengelagert worden ist. Zur Beendigung des Einspritzvorganges wird das Vorschaltventil 11 wieder geschlossen, gleichzeitig wird von der Regel- und Steueranlage 48 über eine Steuerleitung 51 an den Hubmagneten des Druckentlastungsventiles 12 ein Impuls abgegeben, so daß letzteres öffnet und der Druck im Brennstoffweg nach dem Vorschaltventil 11 über die Druckentlastungsleitung 14 abgebaut wird. Gleichzeitig gibt die Regel- und Steueranlage 48 über eine Steuerleitung 52 einen Befehl an den anderen Hubmagneten des Zweiwege-Umschaltventiles 36, dergestalt, daß dieses in seine Druckentlastungsstellung überführt wird, in der danndie Druckbe- und -entlastungsleitung 37 mit der Druckentlastungsleitung 38 verbunden ist und somit sich der im Druckraum 19 vorhandene Luftdruck über den durchgeschalteten Leitungsweg abbauen kann. Es erfolgt dann ein erneutes Füllen des Pufferspeichers 6 mit Brennstoff über die Brennstoffzufuhrleitung 20, wobei der Druckübersetzungskolben 9 wieder in seine Ausgangsstellung rückgeführt wird. Das Brennstoffeinspritzsystem ist dann für einen neuen Einspritzvorgang bereit.
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Claims (10)

1. Patentansprüche: Brennstoffeinspritzsystem an einer Brennkraftmaschine mit einem Einspritzventil je Maschinenzylinder, dessen Ventilnadel entgegen der Kraft einer Schließfeder durch den Druck zugeführten Brennstoffes in Öffnungsrichtung bewegbar ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale, a) dem Einspritzventil (1) ist ein Pufferspeicher (6) zur Aufnahme der maximal einzuspritzenden Brennstoffmenge vorgeschaltet, b) der Pufferspeicher (6) ist an eine Brennstoffförderpumpe (8) angeschlossen und von ieser for-tlaufend mit Brennstoff versorgbar, dessen Druck niedriger als der Öffnungsdruck des Einspritzventiles (1) ist, c) der Brennstoff ist aus dem Pufferspeicher (6) mittels eines pneumatisch im Takt der Maschine betätigbaren Druckübersetzungskolbens (9) dem Einspritzventil (1) zuführbar, d) die Leitung (10) zwischen Pufferspeicher (6) und Einspritzventil (1) ist im Takt der Maschine mittels eines Vorschaltventiles (11) auf- und zusteuerbar sowie mittels eines, letzterem in Strömungsrichtung nachgeschalteten Druckentlastungsventiles (12) nach Schließen des Vorschaltventiles (11) druckentlastbar.
2. 2. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher (6) durch einen Pumpzylinder (15) gebildet ist, in dem der Druckübersetzungskolben (9) mit seinem Förderkolben (16) arbeitet, an welch letzteren sich ein in einem Druckzylinder (17) arbeitender, durchmessergrößerer Kolben (18) anschließt, der nach hinten einen pneumatischen Druckraum (19) begrenzt.
3. 3. Brennstoffeinspritzsystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Druckübersetzungskolbens (9) dem pneumatischen Druckraum (19) aus einem fortlaufend mit Druckluft versorgten Luftbehälter (26) zuführbare Luft sowie ein elektromagnetisch betätigbares Zweiwege-Umschaltventil (36), das in die Luftzuleitung (35, 37) zum pneumatischen Druckraum (19) eingeschaltet ist und zur taktmäßigen Be- und Entlastung des letzteren dient, vorgesehen sind.
4. 4. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Versorgung des Luftbehälters (26) mit Druckluft ein elektromotorisch angetriebener Kompressor (28) vorgesehen ist, und daß in die von letzterem zum Luftbehälter (26) führende Förderleitung (31) ein in Förderrichtung öffnendes Rückschlagventil (32) sowie ein in Abhängigkeit von bestimmten Betriebs faktoren der Maschine ein- bzw.

   verstellbares Druckregelventil (33) eingeschaltet sind.
5. 5. Brennstoffeinspritzsystem nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsausgang des Zweiwege-Umschaltventiles an einen zweiten Luftbehälter (39) angeschlossen ist, aus dem die rückgeführte Druckluft vom Kompressor (28) absaugbar und in das System erneut einleitbar ist.
6. 6. Brennstoffeinspritzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschaltventil (11), das Druckent- lastungsventil (12) sowie das Zweiwege-Umschaltventil (36) durch übererregte Hubmagneten betätigbar sind, die ihre Steuerbefehle ebenso wie das Druckregelventil (33) und gegebenenfalls weitere Druckregelventile (25, 45) des Brennstoffeinspritzsystemes von einer elektronischen, einen Mikroprozessor umfassenden Regel- und Steueranlage (48) erhalten.
7. 7. Brennstoffeinspritzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in eine von der an der Brennstofförderpumpe (8) angeschlossenen Förderleitung (21) abzweigende Brennstoffzuleitung (20) zum Pufferspeich (6) ein in Förderrichtung öffnendes Rückschlagventil (22) eingeschaltet ist.
8. 8. Brennstoffeinspritzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstofförderpumpe (8) elektromotorisch angetrieben und dieser ein Druckregelventil (25) zur Konstanthaltung des eingestellten Förderdruckes zugeordnet ist.
9. 9. Brennstoffeinspritzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Leitung (10) zwischen Pufferspeicher (6) und Einspritzventil (1) strömungsmäßig nach dem Vorschaltventil (11) eine Drucküberwachungsvorrichtung (46) angeschlossen ist, die zwecks Signalisierung etwaiger Unregelmäßigkeiten in den Einspritzprozessen mit einer Alarmvorrichtung (47) und/oder der Regel- und Steueranlage (48) zur Auslösung von Notstopp-Maßnahmen verbunden ist.
10. 10. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom Pumpzylinder (15) und dort von jenem Bereich, der vom Förderkolben (16} des Druckübersetzungskolbens (9) bei seinen Hubbewegungen nicht freigelegt wird, eine zum Brennstoffreservoir (13) rückführende Leckbrennstoffleitung (44) abzweigt, in die ein Druckregelventil (45) eingeschaltet ist, das derart eingestellt ist, daß der Leckbrennstoffdruck größer/gleich dem Offnungsdruck des Einspritzventiles (1) ist.