DE3310030C2

DE3310030C2 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3310030C2
Application number: DE19833310030
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. 7143 Vaihingen Höfken
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 1983-03-19
Filing date: 1983-03-19
Publication date: 1986-12-04
Also published as: GB2136884A; GB2136884B; FR2542815A1; JPS59176463A; DE3310030A1; GB8404724D0; FR2542815B1

Abstract

Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Speicher mit einem druckbeaufschlagten Differentialkolben wird der Förderhub des Speicherkolbens gemessen und ein Magnetventil in der Einspritzleitung geschlossen, wenn ein vorgegebener Förderhub erreicht ist. Damit kann das Volumen des jeweils eingespritzten Kraftstoffes genau dosiert werden.

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem von einem Steuergerät gesteuerten Magnetventil in einer zu einer Einspritzdüse führenden Einspritzleitung und ir.it einer Förderpumpe, die den Kraftstoff in einen Speicherraum fördert und dabei einen im Speicherraum angeordneten, durch einen Kraftspeicher belasteten Druckkolben verstellt der nach dem Förderende der Pumpe bei geöffnetem Magnetventil den Kraftstoff zur Einspritzdüse weiterfördert

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vorbezeichneten Art ist aus der DE-OS 19 42 610 bekannt.

Einspritzsysteme dieser Art, bei denen die Einspritzung durch den Entladevorgang eines Akkumulators bzw. Speichers bewirkt und durch das Öffnen bzw. Schließen eines elektromagnetischen Ventils gesteuert wird, haben gegenüber konventionellen Einspritzsystemen mit einer querschnittsgesteuerten Einspritzpumpe den Vorteil, daß der Einspritzdruck auch bei sich ändernder Drehzahl im wesentlichen konstant ist und daß der Einspritzbeginn in Abhängigkeit von der Drehzahl in weiten Grenzen veränderbar ist.

Bei der vorbekannten Vorrichtung wird der Druck im Speicher dadurch aufrechterhalten, daß der Speicherkolben von einer Schraubenfeder belastet ist. Wegen der bekannten Hooke'schen Federkennlinie können mit der vorbekannten Vorrichtung nur äußerst kleine Speichervolumina bei noch als konstant anzusehendem Druck eingespritzt werden. Die Einspritzung größerer Volumina oder die Änderung der Einspritzvolumina bei der gleichen Einspritzvorrichtung ist praktisch nicht möglich, wenn man die Länge der verwendeten Federn auf den zur Verfügung stehenden Bauraum beschränken muß. Demnach wird bei der vorbekannten Vorrichtung nur so viel Kraftstoff gespeichert, wie für den jeweiligen Lastzustand des Motors gerade notwendig ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vorbekannten Art so weiterzubilden, daß die Zumessung der Einspritzmenge vereinfacht wird, und daß die Baugröße der Vorrichtung für hohe Kraftstoffdrücke und relativ große Einspritzmengen gering gehalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung der Kraftspeicher von einem unter einem Druck stehenden Flüssigkeitsvolumen gebildet ist, daß der Einspritzhub des Druckkolbens von einer Meßeinrichtung erfaßt und dem Steuergerät zugeführt wird und daß ein Schaltsignal des Steuergeräts das Magnetventil schließt und den Einspritz-

Vorgang beendet wenn ein vorgegebener Einspritzhub des Druckkolbens erreicht ist

Aus der DE-OS 26 09 358 ist es zwar bekannt den Hub eines Druckkolbens zu messen, um damit eine Ventilanordnung zu steuern. Dieser Druckschrift kann jedoch kein Hinweis darauf entnommen werden, den Einspritzhub zu messen und den Einspntzvorgang in Abhängigkeit davon zu steuern, um so zu einer genauen Kraftstoffdosierung zu gelangen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfüllt die gestellten Aufgaben vollkommen und arbeitet sehr genau. Vorteilhaft ist es, wenn der Druckkolben von einem unter einem bestimmten Druck stehenden Flüssigkeitsvolumen vorzugsweise einem Kraftstoffvolumen beaufschlagt wird. Zur Unterstützung des den Kolben beaufschlagenden Druckes soll vorzugsweise ein Gasfederspeicher eingesetzt werden, besonders dann, wenn das zur Verfügung stehende Volumen der Druckspeicherflüssigkeit relativ gering ist

Bei einer besonders bevorzugten Ausführung wird der Kolben als Differentialkolben ausgebildet Damit läßt sich ein hoher Einspritzdruck bsi verhältnismäßig geringem Gegendruck realisieren, und es genügt ein Druckerzeuger geringer Leistung, da lediglich Leckverluste dieser Druckflüssigkeit ausgeglichen werden müssen.

Bei einem Mehrzylindermotor wird man gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine gemeinsame Druckspeicherleitung für alle den einzelnen Zylindern zugeordnete Kolben vorsehen, weil dadurch ohne wesentlichen Mehraufwand ein großes Druckflüs-jigkeitsvolumen und damit eine vorteilhafte flache Federkennlinie geschaffen wird.

Als Ergebnis ist damit ein Einspritzsystem geschaffen, bei dem mit einfachen Mitteln ein hoher, konstanter Einspritzdruck realisiert werden kann und bei dem der Einspritzvorgang hinsichtlich Einspritzbeginn und Einspritzmenge mit ausreichender Genauigkeit steuerbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele hervor.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einspritzvorrichtung und

Fig. 2 eine entsprechende Darstellung für einen Mehrzylindermotor.

Ein Nocken 1 einer Nockenwelle bewegt über eine Rolle 2 und einen Stößel 3, an dem eine Feder 4 angreift, den Plunger 6 der Pumpe, der in einen schraffiert angedeuteten Führungskörper 7 eingeläppt ist und den Pumpenraum 8 abgrenzt. Der Plunger 6 ist mit einem Saugventil 9 ausgerüstet, über das beim Saughub des Plungers 6 Kraftstoff aus der Kraftstoffzuleitung ¹O in den Pumpenraum 8 einströmt.

Der Speicher weist einen Differentialkolben 11 mit einem Speicherkolben 13 und einem Druckkolben 12 auf. Die Kolbenfläche des Druckkolbens 12 grenzt den Pumpenraum 8 ab. Der Speicherkolben 13 wird von einem unter einem bestimmten Druck stehenden Flüssigkeitsvolumen in einer Druckspeicherleitung 14 beaufschlagt. Die Kolbenfläche dieses Speicherkolbens 13 ist größer als die Kolbenfläche des Druckkolbens 12.

Beim Saughub des Pumpenplungers 6 strömt Kraftstoff in den Pumpenraum 8 ein. Beim anschließenden Förderhub des Plungers 6 wird durch den im Pumpenraum 8 eingeschlossenen Kraftstoff der Druckkolben 12 bzw. der Differentialkolben 11 verstellt. Der Nocken 1 ist so ausgebildet daß sein Radius, der den maximalen Förderhub bestimmt in einem Winkelbereich λ konstant ist Folglich bleibt der Plunger 6 nach Abschluß des Förderhubes in Ruhe, während sich der Nocken 1 um den Winkel cc weiterdreht. Wählend dieses Zeitraumes steht die in den Pumpenraum 8 eingeschlossene Flüssigkeit unter dem Druck

PX = P2 χ

Kolbenfläche des Speicherkolbens 13
Kolbenfläche des Druckkolbens 12

wobei P2 der Druck in der Druckspeicherleitung 14 ist Man erkennt also, daß durch die Verwendung eines Differentialkolbens der Druck im Pumpenraum 8 sehr viel höher sein kann als der Druck in der Druckspeicherleitung 14 und konstant auf diesem Wert gehalten wird, so 'ange der Plunger 6 bei Drehung der Nockenwelle 1 um den Winkel <* in Ruhe ist.
Vom Pumpenraum 8 geht die Einspritzleitung aus, die zunächst einen durch ein Magnetventil 16 steuerbaren Druckkanal 17 aufweist Bei geöffnetem Magnetventil 16 strömt der unter Hochdruck stehende Kraftstoff aus dem Pumpenraum 8 am Ventilkegel 18 vorbei in die Leitung 22 und zum Einspritzventil 19 mit einer nicht näher bezeichneten Einspritzdüse. Bei geschlossenem Magnetventil, das heißt bei abgeschlossenem Druckkanal 17, kann sich der Kraftstoff in der Leitung 22 über die Entlastungsleitung 23 und ein Gleichdruckventil 24 entlasten. Das Gleichdruckventil 24 ist auf einen bestimmten öffnungsdruck eingestellt der so gewählt ist, daß der Druck zwischen zwei Einspritzvorgängen in der Entlastungsleitung 23 nicht zu stark abfällt Vom Druckkanal 17 zweigt außerdem eine Leitung 26 zu einem Sicherheitsventil 27 ab, welches einen unzulässig hohen Druckanstieg im Pumpenraum 8 etwa bei einem Ausfall des Magnetventils 16 oder bei einem Klemmen des Differentialkolbens 11 verhindert. In der Zeichnung erkennt man weiterhin verschiedene Leitungen zur Rückführung von Lecköl zu einem Kraftstoffbehälter, aus dem über eine Vorförderpumpe MV der Kraftstoff in die Kraftstoffzuleitung 10 gefördert wird.

Zum elektrischen Teil der Einspritzvorrichtung gehört eine Meßeinrichtung 30 mit einem elektrisch arbeitenden Weggeber.

Das Signal dieser Meßeinrichtung wird einem Steuergerät 31 über einen Meßwertverstärker 32 zugeführt. Dieses Steuergerät 31 löst Schaltsignale zur Ansteuerung des Magnetventils 16 aus, die diesem über einen Leistungsverstärker 33 zugeführt werden. Dem Steuergerät 31 werden in bekannter Weise weitere Eingangssignale, beispielsweise das Signal eines Fahrhebels 34 zur Einstellung der Motorleistung und über die Leitung 35 das Signal eines nicht näher dargestellten, mit der Nockenwelle gekoppelten Drehzahlgebers zugeführt.

Das Steuergerät errechnet aus diesen Eingangssignalen den Einspritzbeginn und löst bei einer bestimmten Winkelstellung der Nockenwelle ein Schaltsignal zum öffnen des Magnetventils 16 aus. Außerdem vergleicht das Steuergerät 31 den von der Meßeinrichtung 30 angezeigten Förderhub des Differentialkolbens 11 mit einem vorgegebenen Wert und löst ein Schaltsignal zum Schließen des Magnetventils 16 aus, wenn ein vorgegebener Förderhub erreicht ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Förderpumpe bei allen Belastungszuständen des Motors dem optimalen Wert genau entspricht.

Der Winkelbereich λ mit konstantem Radius des Nockens 1 ist so sewählt daß bei den üblichen Betriebs-

bedingungen der Plunger 6 in Ruhe bleibt, bis der Einspritzvorgang abgeschlossen ist. Bei einer Weiterdrehung des Nockens beginnt dann schließlich wieder der Saughub der Pumpe, denn der Plunger 6 wird durch die Kraft der Feder 4 nach unten bewegt. Dieser Abwärtsbewegung folgt der Differentialkolben 11, bis der Speicherkolben 13 an dem Anschlag 25 anliegt. Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Plungers 6 öffnet das Saugventil 9, und neuer Kraftstoff störmt in den Pumpenraum 8 ein. Danach wiederholt sich der zuvor ge- ίο schilderte Einspritzvorgang.

In Fig. 1 ist angedeutet, daß die Druckspeicherleitung 14 durch ein Druckspeichersicherheitsventil 40 abgesichert ist. Außerdem ist angedeutet, daß durch ein kleines Pumpenaggregat MA Leckverluste, die am Differentialkolben 1 i entstehen könnten, ausgeglichen werden sollen, so daß der Druck in dieser Druckspeicherleitung 14 konstant auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Schließlich ist noch ein Gasfederspeicher 48 angedeutet, der dann benötigt wird, wenn das in der Druckspeicherleitung 14 eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen verhältnismäßig klein ist und daher von diesem Flüssigkeitsvolumen nicht die erforderlichen Federeigenschaften erwartet werden können. Die Federeigenschaft wird dann im wesentlichen durch den Gasfederspeicher 48 realisiert. Der Druck in der Druckspeicherleitung 14 kann auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, so daß auch mit unterschiedlichen, aber jeweils konstanten Einspritzdrücken gearbeitet werden kann. Bei der in der Druckspeicherleitung 14 eingeschlossenen Flüssigkeit kann es sich vorteilhafterweise ebenfalls um Kraftstoff handeln.

Rg. 2 zeigt schematisch eine 'Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit η Zylindern. Dabei ist jedem dieser Zylinder a, b... η ein Differentialkolben 1 ί zugeordnet. Alle diese Differentialkolben werden durch den Druck einer Flüssigkeit in einer gemeinsamen Druckspeicherleitung 14 beaufschlagt Dadurch wird der technische Aufwand gegenüber bekannten Systemen herabgesetzt, weil nicht für jeden Zylinder ein für sich funktionsfähiger Speicher benötigt wird. Die für alle Differentialkolben 11 gemeinsame Druckspeicherleitung 14 wird von einem einzigen Pumpenaggregat MA aufgefüllt. Da bei dieser Ausführung das Flüssigkeitsvolumen in der Druckspeicherleitung 14 verhältnismäßig groß ist, kann man unter Umständen auf den zusätzlichen Gasfederspeicher 48 verzichtgen, wenn das Flüssigkeitsvolumen bereits die erforderlichen Federeigenschaften aufweist

Abschließend wird noch auf einige weitere vorteilhafte Merkmale der in den Zeichnungen dargestellten Kraftstoffeinspritzvorrichtung hingewiesen.

Die Förderpumpe wird über einen Nocken 1 angetrieben, an dem sich die Rolle 2 abstützt Da kurze Förderzeiten bei diesem Einspritzsystem mit einem Speieher nicht erforderlich sind, ist die Flächenpressung zwischen Nocken und Rolle und damit auch der Verschleiß verhältnismäßig gering. Durch die Verwendung einer Saugventilpumpe, deren Saugventil im Pumpenplunger angeordnet ist, sind keine Zu- und Absteuerbohrungen in dem Bereich der Plungerführung notwendig, in dem die hohen Drücke entstehen.

Insgesamt zeichnet sich daher diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung durch eine hohe Lebensdauer und einen geringen Konstruktionsaufwand aus. Insbesondere ist der Einspritzbeginn in weiten Grenzen einstellbar, und auch bei einem hohen, konstanten Einspritzdruck über 1000 bar wird die Einspritzmenge genau den erforderlichen Betriebsbedingungen angepaßt.

Schließlich wird noch darauf hingewiesen, daß die Steuerelektronik 31 bei Mehrzylindermotoren so ausgebildet werden kann, daß sie die Hübe der verschiedenen Differentialkolben 11 vergleicht und bei Abweichungen dieser Hübe untereinander das entsprechende Magnetventil oder die Ventile zeitlich so steuert, daß alle Differentialkolben den gleichen Hub ausführen. Dies führt dann zu einer gleichen Volumeneinspritzung in alle Zylinder.

25

30

35 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem von einem Steuergerät gesteuerten Magnetventil in einer zu einer Einspritzdüse führenden Einspritzleitung und mit einer Förderpumpe, die den Kraftstoff in einen Speicherraum fördert und dabei einen im Speicherraum angeordneten, durch einen Kraftspeicher belasteten Druckkolben verstellt, der nach dem Förderende der Pumpe bei geöffnetem Magnetventil den Kraftstoff zur Einspritzdüse weiterföidert, da durch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher von einem unter einem Druck stehenden Flüssigkeitsvolumen gebildet ist, daß der Einspritzhub des Druckkolbens (12) von einer Meßeinrichtung (30) erfaßt und dem Steuergerät (3,1) zugeführt wird und daß ein Schaltsignal des Steuergeräts (31) das Magnetventil (16) schließt und den Einspritzvorgang beendet, wenn ein vorgegebener Einspritzhub des Druckkolbens (12) erreicht ist

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (12) von einem unter einem bestimmten Druck stehenden Flüssigkeitsvolumen, vorzugsweise einem Kraftstoffvolumen beaufschlagt wird.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Druckkolben (12) beaufschlagende Druck durch einen Gasfederspeicher (48) erzeugt wird.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (12) zusammen mit einem Speicherkolben (13) einen Differentialkolben (11) bildet, wobei die den Pumpenraum (8) abgrenzende Kolbenfläche des Druckkolbens (12) kleiner ist als die von dem Druck des Flüssigkeitsvolumens bzw. des Gasfederspeichers (48) beaufschlagte Kolbenfläche des Speicherkolbens (13).

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Speicherkolben (13) beaufschlagende Druck einstellbar ist

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindem (a, b ... n) eine gemeinsame, die Flüssigkeit aufnehmende Druckspeicherleitung (14) für alle den einzelnen Zylindern zugeordneten Speicherkolben (13) vorgesehen ist.

7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Leckverluste der den Speicherkolben (13) beaufschlagenden Flüssigkeit durch einen Druckerzeuger (MA) ausgeglichen werden. βο

S. Krafistoifeinspriizvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kraftstoff in den Pumpenraum (8) fördernde Pumpe eine Saugventilpumpe mit einem Saugventil (9) im Pumpenlager (6) ist.

9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenplunger (6) über einen Nocken (1) angetrieben wird und daß der den maximalen Förderhub des Plungers (6) bestimmende Radius des Nokkens (1) in einem bestimmten Winkelbereich (λ) während des Einspritzvorganges konstant ist

10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (a, b... n)die Förderhübe der einzelnen Differentialkolben (11) miteinander verglichen werden und durch eine davon abhängige Ansteuerung der einzelnen Magnetventile (16) in alle Zylinder das gleiche Kraftstoffvolumen eingespritzt wird.