DE3201818A1

DE3201818A1 - Brennstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE3201818A1
Application number: DE19823201818
Authority: DE
Inventors: Matsuyama Saitama Higashi; Tomohiko Komada Hideaki Terada
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1981-01-24
Filing date: 1982-01-21
Publication date: 1982-08-05
Also published as: JPS57124032A; JPS6249459B2; US4440132A

Description

Die Erfindung betrifft Brennstoffeinspritzsysteme für Dieselmotoren und insbesondere ein Brennstoffeinspritzsystem derjenigen Bauart, wobei ein Druckverstärker vorhanden ist, um den Druck des einer Einspritzdüse zuzuführenden Brennstoffs zu verstärken, und wobei ein Düsennadelantrieb vorhanden ist, um eine Brennstoffeinspritzung von der Einspritzdüse in Abhängigkeit von einer Steuerung eines an diesem aufgebrachten Flüssigkeitsdrucks zu regeln.

Ein Brennstoffeinspritzsystem dieser Art ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 55-87 ^51/1900 beschrieben. Dieses bekannte Einspritzsystem ist so aufgebaut, daß der Druckverstärker limd der Düsennadelantrieb durch eine unter Druckgesetzte Flüssigkeit betätigt werden, die der einzuspritzende Brennstoff selbst ist. Das bedeutet, daß Brennstoff durch die zusätzlichen Leitungen für die Betätigung des Druckverstärkers und des Düsen-

s-

nadelantriebs neben dem in der Brennstoffzuleitung zu der Brennstoffdüse umgewälzt wird. Das ist jedoch im Hinblick auf die gegenwärtige Situation in der weltweiten Ölversorgung und somit im Hinblick auf den zukünftigen Einsatz von rohem Erdöl (Rohöl) unerwünscht. Bei Rohöl werden sich verschiedenartige Verunreinigungen, wie Teer und Pech, die darin enthalten sind, an Richtungsoder Umsteuerventilen, am Druckverstärker, Düsennadelantrieb, an Leitungen u.dgl. absetzen, wodurch der Betrieb solcher Bauteile nicht mehr reibungslos oder fehlerfrei abläuft. Dadurch wird die Regelung der Brennstoffeinspritzung durch die Einspritzdüse in bedenklicher Weise beeinträchtigt.

Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, ein Brennstoffeinspritzsystem zu schaffen, das der erwarteten Verwendung von Rohöl angepaßt ist, ohne irgendein für die Regelung der Brennstoffeinspritzung bestimmtes Bauteil negativ zu beeinflussen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, ein Brennstoffeinspritzsystem zu schaffen, in dem die außergewöhnliche Anordnung eines Druckregelventils bewirkt, daß der Druckverstärker in Übereinstimmung mit verschiedenartigen Motorlasten arbeitet, während er verhindert, daß der Verstärkerdruck einen Arbeitsdruck für einen Düsennadelantrieb trotz der Anwendung einer gemeinsamen Druckflüssigkeitsquelle beeinträchtigt.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, ein allgemein verbes-. sertes Brennstoffeinspritzsystem zu schaffen.

Diese Ziele werden mit einem Brennstoffeinspritzsystem nach den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen erreicht.

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Erfindungsgemäß wird ein Brennstoffeinspritzsystern geschaffen, das eine Brennstoffzuleitung hat, die von einem Brennstoffbehälter zu einer Einspritzdüse durch einen Druckverstärker verläuft und flüssigkeitsseitig von einem Flüssigkeitslcreis zum Betrieb des Druckverstärkers und von einem Flüssigkeitslcreis zum Betrieb eines Düsennadelantriebs, der arbeitsseitig mit der Brennstoffeinspritzdüse zur Steuerung der Brennstoffeinspritzung verbunden ist, getrennt ist. Die beiden Flüssigkeitskreise haben eine gemeinsame Druckflüssigkeitsvorratsquelle, die vom Brennstoffbehälter unabhängig und geeignet ist, allgemeine Hydraulikeinheiten zu betreiben. Ein elektronisch betätigtes Druckregelventil wird von einem Regler gesteuert, um den Druckverstärker mit einem Flüssigkeitsdruck anzutreiben, der sich im Verhältnis zu einer veränderlichen Motorlast, d.h. Vollast, Teillast und Leerlauf, ändert.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus eines Brennstoffeinspritzsystems gemäß der Erfindung ;

Fig. 2 ein Zeitdiagramra zur Darstellung der Betriebsweise eines Druckverstärkers und eines Düsennadelantriebs, die in das Brennstoffeinspritzsystem von Fig. 1 eingegliedert sind, in Form von Änderungen im Flüssigkeitsdruck.

Wenn auch das Brennstoffeinspritzsystem gemäß der Erfindung zahlreiche körperliche Ausbildungsformen in Abhängigkeit von der Umgebung und von den Anforderungen bei seiner Anwendung annehmen kann, so wurde die hier gezeigte und beschriebene Ausführungsform in beträchtlicher Anzahl gefertigt, geprüft und angewendet, wobei alle in einer hervorragend zufriedenstellenden Weise gearbeitet haben.

Das in Fig. 1 gezeigte Brennstoffeinspritzsystem enthält eine Druckflüssigkeitsquelle oder einen Druckflüssigkeitsvorratsbehälter 10, in der bzw. dem Druckflüssigkeit unter im wesentlichen atmosphärischen Druck zur Betätigung von verschiedenen Hydraulikeinheiten gespeichert ist. Der Behälter 10 ist über ein Filter 12 mit der Ansaugöffnung einer Flüssigkeitspumpe l4 in Verbindung, deren Druckseite über ein Filter 18 sowie einen Speicher an ein elektronisch betätigtes Druckminder- oder -regelventil l6 angeschlossen ist. Das Druckregelventil l6 steht flüssigkeitsseitig mit einem elektromagnetisch betätigten ersten 4/2-Richtungssteuer- oder Umsteuerventil 22 in Verbindung. Die Druckleitung von der Pumpe 14 zum Umsteuerventil 22 wird als erster Flüssigkeitskreis 24 bezeichnet. Ein Druckbegrenzungs- oder Entspannungsventil 26 ist mit dem ersten Flüssigkeitskreis 24 verbunden, um den Flüssigkeitsdruck im Kreis 24 auf einem vorgewählten konstanten Pegel zu halten. Die P_umpe 14 wird von einem Motor 28 in Umdrehung versetzt. Das Druckregelventil l6 wird von einem Regler 30, worauf noch eingegangen wird, betätigt und regelt seinen konstanten Eingangsdruck in Übereinstimmung mit der unterschiedlichen Last am Motor 28, d.h. Vollast, TeilLast oder Leerlauf. Die geregelte Austrittsmenge wird dem Umsteuerventil 22 zugeführt.

Ein Druckverstärker 33 weist miteinander verbundene obere und untere Bohrungen 33a bzw. 33b auf, von denen die obere 33a einen größeren Durchmesser hat als die untere

Bohrung 33b. Ein Stellkolben 34 ist in den oberen und unteren Bohrungen 33a bzw. 33b verschiebbar aufgenommen und hat einen oberen Kolben 34a sowie einen unteren Kolben 34b, die in ihren Durchmessern jeweils der oberen bzw. unteren Bohrung 33a bzw. 33b entsprechen.Der obere

Kolben 34a ist somit größer als der untere Kolben 34b und begrenzt eine Kammer 35a über sich sowie eine Kammer 35b unter sich. Die Kammer 35a ist nach Wahl mit dem

Vorratsbehälter 10 und dem Druckregelventil l6 zu verbinden, was von der Stellung des Umsteuerventils 22 abhängt. Die Kammer 35b ist in ständiger Verbindung mit dem Vorratsbehälter 10. Der untere Kolben 34b begrenzt unter sich eine Kammer 35c, in der ein Vorrat an Brennstoff komprimiert wird, wenn der Stellkolben 34 einen Abwäifcshub ausführt. Diese Kammer 35c steht flüssigkeitsseitig mit einer Brennstoffvorratsquelle oder einem Brennstoffbehälter 36 soxvie mit einer Brennstoffeinspritzdüse 50 in Verbindung.

Der Brennstoffbehälter 36 steht mit einer Flüssigkeitspumpe 38 in Verbindung, die über ein Filter 40, einen Speicher 42 sowie ein Rückschlagventil 44 mit der Kammer 35c des Druckverstärkers 32 verbunden ist. Ein Druckbegrenzungs- oder Entspannungsventil 46 ist mit der Druckseite der Pumpe 38 verbunden, um den Förderdruck der Pumpe 38 konstantzuhalten. Die Pumpe 38 wird von einem Antrieb 48 bewegt, um Brennstoff vom Behälter 36 anzusau-

gen und unter Druck zu setzen.

Das Umsteuerventil 22 hat zwei Stellungen I und II, die wechselseitig durch den Regler 30 ausgewählt werden. In der Stellung I des Ventils 22 bekommt die obere Kammer (Kolbenkammer) 35a des Druckverstärkers 32 Verbindung mit dem Druckregelventil l6, so daß die Flüssigkeit unter geregeltem Druck vom Ventil l6 in die Kolbenkammer 35a eintritt, um den Stellkolben 3^ abwärts zu bewegen. Damit wird der in der unteren Kammer (Druckkammer) 35c enthal-

tene Brennstoff komprimiert und über eine Leitung 52 der Brennstoffeinspritzdüse 50 zugeführt. In der Stellung II des Ventils 22 wird die Kolberikammer 35a mit dem Vorratsbehälter 10 verbunden, während Brennstoff unter

Druck von der Pumpe 38 in die Druckkammer 35c gefördert 35

wxrd. Durch den Brennstoffdruck in der Druckkammer 55c wird ein Aufwärtshub für den Stellkolben 34 bewirkt. Der Druckverstärker 32 ist bei dieser Auführungsform

so ausgelegt, daß ein Bronnstoffvorrat in der Druckkammer 35c auf einen Druck angehoben wird, der etwa dem sechsfachen geregelten Förderdruck der Pumpe 38 entspricht, wenn die Stellung des Ventils 22 von II nach I uingeschaltet wird.

Die Brennstoffeinspritzdüse 50 hat einen Körper 5^, der mit Düsenöffnungen 56 sowie mit einer Brennstoffbohrung 58 nahe den Öffnungen 56 ausgestattet ist. Im Düsenkörper 5k ist eine Düsennadel 60 verschiebbar aufgenommen, die normalerweise auf einem Düsennadelsitz durch einen auf sie von einem Druckstift 62 ausgeübten Abwärtsdruck gehalten wird, um die Düsenöffnungen 56 geschlossen zu halten« Durch den Düsenkörper 5^ erstreckt sich ein Brennstoffansaugkanal 64, der die Leitung 52 mit der Brennstoffbohrung 58 verbindet.

Ein Düsennadelantrieb 66 ist oberhalb der Einspritzdüse 50 angeordnet und arbeitsseitig mit dieser verbunden. Wie ^O gezeigt ist, hat der Düsennadelantrieb 66 einen Körper mit einer darin axial verlaufenden Bohrung 70 > in. der ein erster Kolben 72 mit einem abwärts gerichteten kegelförmigen Ende verschiebbar aufgenommen ist. Ferner befindet sich in der Bohrung 70 ein zweiter Kolben 7^, de** unterhalb des ersten Kolbens 72 und koaxial zu diesem angeordnet ist. Vom unteren, entfernt vom kegelförmigen Ende des ersten Kolbens 72 gelegenen Ende des zweiten Kolbens 7^t erstreckt sich eine Stange 76 abwärts, die ständig auf dem oberen Ende des Druckstifts 62 ruht, welcher ver-

schiebbar im oberen Ende des Düsenkörpers 5^ aufgenommen ist. Der obere Kolben 72 begrenzt zusammen mit dem Körper 68 des Dusennandelantrxebs 66 eine Kammer 77a» während der untere Kolben 7^ zusammen mit dem Körper 68

eine Kammer 77b begrenzt.
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Mit der oberen Kammer 77a im Körper 68 des Düsennadelantriebs 66 ist über einen zweiten Flüssigkeitskreis 80 ein zweites Richtungssteuer- oder Umsteuerventil 78 verbunden. Dieses Ventil 78 ist wie das Ventil 22 ein elektromagnetisch betätigtes 4/2-Wegeventil, das elektrisch an den Regler 30 angeschlossen ist. Das Umsteuerventil 78 verbindet wahlweise den zweiten Flüssigkeitskreis 8O und damit die Kammer 77a mit dem ersten Flüssigkeitskreis 2k über eine Flüssigkeitsvorlaufleitung 82 sowie den zweiten Kreis über eine Flüssigkeitsrücklaufleitung 84: mit dem Vorratsbehälter 10. Die Flüssigkeitsvorlaufleitung 82 zweigt vom ersten Flüssigkeitskreis 2k stromab von der Pumpe Ik und stromauf vom Druckregelventil l6 ab.

Mit der unteren Kammer 77b ist ein drittes Richtungssteuer- oder Umsteuerventil 86 über einen dritten Flüssigkeitskreis 88 verbunden. Auch dieses Ventil 86 ist ein elektromagnetisch betätigtes 4/2-Wegeventil, das elektrisch an den Regler 50 angeschlossen ist. Das Umsteuerventil 86 verbindet wahlweise den dritten Flüssigkeitskreis 88 über die Flüssigkeitsvorlaufleitung ;82 mit dem ersten Kreis 2k und den dritten Kreis 88 über

die Rücklaufleitung Qk mit dem Vorratsbehälter 10. 25

Mit dem Regler 30 sind ein Motordrehzahlfühler 90 sowie ein Drosselklappenstellungsfühler 92 elektrisch verbunden, um dem Regler elektrische Signale, die für eine

Motordrehzahl bzw. eine Stellung dos Drosselklappenhebels 30

kennzeichnend sind, zuzuführen. Der Regler 30 verarbeitet diese Eingangssignal wie auch andere, um Steuersignale für die Betätigung der Umsteuerventile 22, 78 und 86 zu liefern.

Im Betrieb wird die Flüssigkeitspumpe Ik durch den Motor 28 in Umdrehung versetzt, um die Flüssigkeit, die sie vom Vorratsbehälter 10 ansaugt, unter Druck zu setzen.

Der Flüssigkeitsdruck im ersten Flüssigkeitskreis 24 wird durch das Druckbegrenzungsventil 26 geregelt, so daß er unter einem vorbestimmten Pegel liegt. Dieser im wesentlichen konstante Flüssigkeitsdruck wird durch das Druckregelventil 16 unter Steuerung durch den Regler 30 im Verhältnis zur veränderlichen Motorlast modifiziert.

Wenn das erste Umsteuerventil 22 in der Stellung I ist, gelangt der Flüssigkeitsdruck vom Druckregelventil 16 über das Ventil 22 in die Kolbenkammer 35a des Drukverstärkers 52. Der Flüssigkeitsdruck zwingt den Stellkolben Jtk abwärts, obgleich die Druckkammer 35c mit. Brennstoff aus der vorherigen Stellung II des Ventils 22 gefüllt ist. Bei seinem Abwärtshub komprimiert der Stellkolben 3^li den Brennstoff in der Druckkammer 35c und dieser verstärkte Ausstoß wird über die Leitung 52 der Einspritzdüse 50 zugeführt. Der Brennstoff fließt von der Leitung 52 durch den Ansaugkanal 6k des Düsenkörpers 5^t, um die Brennst off bohr ung 58, die mit den Düsenöffnungen 56 in Verbindung ist, zu füllen. Es ist klar, daß der resultierende Flüssigkeitsdruck in der Brennstoffbohrung 58 vom Volumen der unter Druck gesetzten, der Kolbenkammer 35a des Druckverstärkers 32 zugeführten Flüssigkeit abhängig ist, d.h. vom Austrittsdruck des Druck-

_r

regelventils 16, der vom Regler 30 aus der veränderlichen Motorlast geregelt wird.

Die Druckänderungen in der oberen bzw. unteren Kammer

35a bzw» 35c des Druckverstärkers 32 sind durch die Kur-30

ven a und b in Fig. 2 dargestellt. In jeder der Kurven a und b entspricht eine ausgezogene Linie einem Vollastzustand des Motors, eine gestrichelte Linie einem Leerlauf oder Nullastzustand des Motors.

Wenn das zweite Umsteuerventil 7& von der Stellung I in die Stellung II umgeschaltet wird, so wird die obere Kammer 77& des Düsennadelantriebs 66 über den zweiten Flüssigkeitskreis 80, das Ventil 78 sowie die Rücklaufleitung 8k zum Vorratsbehälter 10 entleert, wodurch ein sofortiger Abfall des Drucks innerhalb der Kammer 77a auf Atmosphärendruck bewirkt wird. Dann hebt der Flüssigkeitsdruck in der Brennstoffbohrung 58 der Einspritzdüse 50 die Düsennadel 60 zusammen mit den Kolben 7k und 72 an, so daß die Düsenöffnungen 56 unversperrt sind, um eine Brennstoffeinspritzung auszulösen. In der Zwischenzeit wird die untere Kammer 77b des Düsennadelantriebs 66 über den dritten Flüssigkeitskreis 88, das Ventil 86 sowie die Rücklauf leitung 84b zum Vorratsbehälter 10 entleert.

Wenn das dritte Umsteuerventil 86 von der Stellung I zurück in die Stellung II geschaltet wird, wird die untere Kammer 77b des Düsennadelantriebs 66 in Verbindung mit dem ersten Flüssigkeitskreis 2k über den dritten Flüssigkeitskreis 88, das Ventil 86 sowie die Vorlaufleitung 22 gebracht. Der auf diese Weise vom ersten Flüssigkeitskreis Zk der Kammer 77b zugeführte Flüssigkeitsdruck überwindet den auf die Drulcstufe der Düsennadel 60 wirkenden Druck, um die Düsennadel 60 abzusenken. Das hat zur Folge, daß der untere Kolben 7k abwärts bewegt wird, um auf dem Ventilsitz aufzuruhen und damit die Brennstoffeinspritzung von den Düsenöffnungen 56 zu beenden. Die Kurven c und d in Fig. 2 geben in Wechselbeziehung stehende Veränderungen in den Flüssigkeitsdrücken, die sich in den Kammern 77a bzw. 77b des Düsennadelantriebs 66 entwickeln, an. Diese zeitlich richtig festgelegten Druckänderungen in den Kammern 77a und 77b bestimmen die Brennstoffeinspritzcharakteristik (Druck in der Brennstoffbofarung 58), wie durch eine Kurve e angegeben ist, in der X. eine Dauer einer Brennstoffeinspritzung zeigt. Die ausgezogenen Linien entsprechen wieder einem Voll-

lastzustand, die gestrichelten Linien einem Leerlaufzustand des Motors.

Aus Obigem folgt, daß erfindungsgemäß ein Brennstoffeinspritzsystem geschaffen wird, das mit Sicherheit die verschiedenen Einspritzsteuerelemente gegen eine Ablagerung von Verunreinigungen trotz der gegenwärtigen Tendenz, Rohöl zu verwexiden, schützt.

Bei einer gemeinsamen Druckflüssigkeitsquelle, an der der Druclcverstärkerkreis und der Einspritzregelkreis teilhaben, wird der Düsennadelantrieb, der die Brennstoffeinspritzung steuert, durch den veränderlichen Flüssigkeitsdruck, der den Druckverstärker betätigt, nachteilig beeinflußt werden. Die Erfindung verwirklicht sicher und zuverlässig die gemeinsame Verwendung einer einzigen Druckflüssigkeitsquelle für den Verstärkerkreis und den Einspritzregelkreis, indem der Verstärkerarbeitsdruck mit einem elektronischen Druckregelventil, das in dem ersten Flüssigkeitskreis angeordnet ist, gesteuert wird, während der Brennstoffeinspritzregelkrexs mit einem Flüssigkeitsdruck vom ersten Flüssigkeitskreis stromauf vom Druckregelventil gespeist wird.

Claims

Patentansprüche

( 1·) Brennstoff einspritzsystem, gekennzeichnet

a) durch eine Brennstoffvorratsquelle (36),

b) durch einen von einem Druckgefälle zwischen seinen gegenüberliegenden Stirnseiten betätigten Druckverstärker (32), der den von der Vorratsquelle

(36) zugeführten Brennstoff komprimiert, so daß dieser einen ersten Flüssigkeitsdruck entwickelt,

c) durch eine Brennstoffeinspritzdüse (50)» die eine vom Druckverstärker komprimierte Brennstoffmenge einspritzt,

d) durch einen Düsennadelantrieb (66), der arbeitsseitig mit der Einspritzdüse (50) verbunden und durch ein Druckgefälle zwischen seinen gegenüberliegenden Enden (77a, 77b) betätigt ist, um eine Brennstoffeinspritzung auszulösen oder zu beenden,

e) durch eine Druckflüssigkeitsvorratsquelle (lO), f) durch einen ersten Flüssigkeitskreis (2*0 , der einen Flüssigkeitsdruck mit vorbestimmten* Pegel erzeugt und mit der Druckflüssigkeitsvorratsquelle

(10) verbunden ist,

g) durch eine Druckregeleinrichtung (16), die den vorbestimmten Flüssigkeitsdruck im ersten Fliissigkeitskreis (2h) regelt und den geregelten Druck der anderen Stirnseite (5^^a) des Druckverstärkers (32) über eine erste Umsteuereinrichtung (22) als einen zweiten Flüssigkeitsdruck zuführt, h) durch einen zweiten Flüssigkeitskreis (80), der durch eine zweite Umsteuereinrichtung (78) in ausgewählter Weise ein Ende (77a) des Düsennadelantriebs (66) mit dem ersten Flüssigkeitskreis (2k) sowie der Druckflüssigkeitsvorratsquelle (10) verbindet,

i) durch einen dritten Flüssigkeitskreis (88), der durch eine dritte Umsteuereinrichtung (86) in ausgewählter Weise das andere Ende (77b) des Düsennadelantriebs (66) mit der Druckflüssigkeitsvorratsquelle (10), wenn das eine Ende (77a) mit dem ersten Flüssigkeitskreis (24) verbunden ist, und mit dem ersten Flüssigkeitskreis, wenn das eine Ende mit der Druckflüssigkeitsvorratsquelle (10) verbunden ist, verbindet, und

j) durch eine Regeleinrichtung (30), die den Auslaßdruck der Druckregeleinrichtung (l6) sowie die Schaltzustände der ersten bis dritten Umsteuereinrichtungen (22, 78, 86) regelt.

2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die Druckregelein- ^O richtung (l6) ein elektronisch betätigtes Druckminderventil umfaßt und daß die Regeleinrichtung (30) so ausgelegt ist, daß sie das Druckminderventil in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Parameter des Motorbetriebs steuert.

* 3· Einspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorbetriebsparameter eine Motorlast ist.

k. Einspritzsysbem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (30) so ausgelegt ist, daß sie elektrische Ausgangesignale eines Motordrehzahlfühlers (90) und eines Drosselklappenstellungsfühlers (92) verarbeitet.

5· Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Flüssigkeit skr eis (24) eine von einem Motor (28) angetriebene Flüssigkeitspumpe (.Ik) enthält und mit der Druckflüssigkeitsvorratsquelle (10) sowie einem Entspannungsventil (26) verbunden ist.

6. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß jede der Umsteuereinrichtungen (22, 78» 86) ein Wegeventil mit zwei Schaltstellungen sowie vier Wegen ist.