DE3700599C2 - Einspritzvorrichtung für Dieselmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzvor­ richtung für Dieselmotoren, bestehend aus einer vom Motor angetriebenen Einspritzpumpe, aus einem durch eine Feder belasteten Einspritzventil mit zusätzlicher hydraulischer Unterstützung der Feder sowie aus einem zwischen der Einspritzpumpe und dem Einspritzventil an­ geordneten Steuerblock.

Bei einer bekannten Anordnung wird die Einspritzpumpe über einen Nocken des Motors angetrieben. Hierbei wird die Menge des eingespritzten Kraftstoffes durch eine am Pumpenstempel befindliche einstellbare Schrägkante und eine im Pumpenelement selbst befindliche Überström­ bohrung oder in anderen Fällen durch im Öffnungszeit­ punkt regelbare Überströmventile beeinflußt.

Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, daß aufgrund der Kompressibilität des Kraftstoffes ein gewisser Förderhub bzw. Zeitraum benötigt wird, bis die Düsen­ nadel bei einem für die Gemischbildung relativ niedrigen Druck öffnet. Dieser Druck ist durch die konstruktiven Gegebenheiten sowie durch die erreich­ baren Vorspannungen der Düsenhalterfedern begrenzt. Aus den gleichen Gründen, mit den ebenfalls gleichen Nach­ teilen, erfolgt das Schließen der Düsennadeln schleichend unter für die Gemischbildung ungünstigen Verhältnissen.

Aus der US 2 052 737 ist eine Einspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, bekannt. Diese Einspritzpumpe weist einen zweistufigen Druckaufbau auf. Die Pumpe zur Erzielung eines hohen Einspritzdruckes ist mit der Pumpe für den geringeren Einspritzdruck so verbunden, daß der Druck zu variieren ist. Die Pumpen sind unabhängig regelbar voneinander ausgeführt, so daß der Druck nach Sollwerten des Motors steuerbar ist.

Durch den Antrieb des Einspritznockens direkt vom Motor aus ist der erreichbare Einspritzdruck von der Drehzahl des Motors abhängig und bedingt somit besonders bei niedrigen Drehzahlen niedrige Einspritzdrücke sowie damit zusammenhängende ungenügende Gemischbildungsver­ hältnisse.

Bei niedrigen Belastungen und hoher Drehzahl des Motors führt der aufgrund der Kompressibilität des Kraft­ stoffes über der Zeit langsam ansteigende Druck im System ebenfalls bei kleinen Einspritzmengen zu niedrigen Drücken und damit ungenügenden Gemischbil­ dungsverhältnissen.

Es ist bekannt, diesen negativen Eigenschaften dadurch entgegenzuwirken, daß bei voller Last und Drehzahl hohe Einspritzdrücke in Kauf genommen werden, um bei kleinen Lasten und Drehzahlen ausreichende Gemischbildungsver­ hältnisse zu erzielen. Hierdurch wird der Antrieb, der in vielen Fällen ebenfalls die Ventilsteuerung be­ tätigt, überlastet.

Es hat sich gezeigt, daß hieraus unerwünschte Bean­ spruchungen resultieren, die durch ungenügende Dimensionierung zum Ausfall des Motors bzw. der be­ troffenen Teile führen können. Aufgrund der Zuver­ lässigkeit, Einfachheit und niedrigen Gestehungskosten sind aber Einspritzsysteme dieser Art weit verbreitet.

Weiterhin sind Einspritzsysteme bekannt, bei denen über eine besondere Hochdruckpumpe Kraftstoff in den Ein­ spritzdüsen vorgelagerte Speicher gefördert wird. Hier­ bei wird die Einspritzmenge, der Einspritzbeginn und die Einspritzdauer durch von außen gesteuertes Öffnen und Schließen der Düsennadeln geregelt. Die Betätigung wird sowohl in mechanischer Art und Weise, beispiels­ weise über Kipphebel, Stoßstangen und entsprechende Steuervorrichtungen, vorgenommen, wobei der Antrieb durch Nocken auf der Nockenwelle erfolgt als auch durch elektronische Ansteuerung von elektro-hydraulischen Betätigungsmechanismen durchgeführt wird.

Diese Systeme haben den Vorteil, daß der Kraftstoff bei allen in Frage kommenden Lasten des Motors mit für die Gemischbildung optimalen Verhältnissen in den Zylinder eingebracht wird.

Die Nachteile eines mechanisch gesteuerten sogenannten Speichersystems bestehen in der Kompliziertheit des mechanischen Antriebs der Düsennadelbetätigung und be­ sonders des Regelmechanismus. Dieser Tatbestand ist der Grund, daß sich diese Systeme trotz ihrer unbestreit­ baren verbrennungstechnischen Vorteile nur in Einzel­ fällen durchgesetzt haben.

Die elektronisch-hydraulische Betätigung des Einspritz­ ventils (Elektronisches Einspritzsystem) ist bisher aufgrund technischer Schwierigkeiten im elektro-hydrau­ lischen Teil, der hohen Drücke, die von den Förder­ pumpen zu überwinden sind, und den hohen Kosten der elektronischen Steuerung in keinem Fall zur Serienreife entwickelt worden.

Weiterhin ist nach der DE 35 10 301 eine Anordnung be­ kannt, bei der ein der Zuführungsbohrung zum Pumpen­ arbeitsraum vorgelagerte Raum, durch eine in die Zu­ führungsleitung zur Pumpe eingeschaltete Förderpumpe unter einen hohen Druck gesetzt werden kann. Hiermit können die erwünschten Effekte bzgl. der Einspritz­ hydraulik zweifelsfrei ebenfalls erzeugt werden. Diese Anordnung ist aber mechanisch praktisch nicht regelbar und bewirkt extrem hohe Belastungen der Einspritz­ pumpenkomponenten und des gesamten Antriebs.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, Einspritzvorrichtun­ gen der bekannten Art zu verbessern und auf eine ein­ fache Art eine Vorrichtung zu schaffen, die eine praktische Lösung des Problems ermöglicht und im ge­ samten Betriebsbereich optimale Gemischbildungsverhält­ nisse herstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vor­ teilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.

Vorteile des erfindungsgemäßen Einspritzsystems liegen darin, daß durch die zwei Druckstufen ohne Veränderung von Einspritznocken oder Vergrößerung der Pumpenzylin­ der die Einspritzraten erhöht und damit die Einspritz­ dauer zwecks Verbesserung des Motorwirkungsgrades ver­ kürzt wird. Dieser Gesichtspunkt ist besonders wichtig, weil die fortlaufende Steigerung des Wirkungsgrades der Dieselmotoren über die Verkürzung der Einspritzdauer zu ständig ansteigenden Belastungen von Nockenwellen, Ventiltrieb und Nockenwellenantrieb führt.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Anordnung eines hydraulisch-elektronisch steuerbaren Steuerblocks zwischen Einspritzpumpe und Düse. Hierdurch kann bei entsprechender Steuerung über die Motorsolldaten ein optimaler Einspritzzeitpunkt eingestellt werden und besonders bei niedrigen Motordrehzahlen kann der Druck vor dem Steuerblock erhöht werden.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß trotz der sehr hohen Einspritzdrücke vor der Düse, die von den ein­ zelnen Pumpenkolben zu überwindenden Druckdifferenzen in beherrschbaren Größenordnungen liegen.

Zur Vervollkommnung der Anordnung wird vorgeschlagen, die erste Druckstufe der Einspritzpumpe ebenfalls regelbar zu gestalten, um über eine zweckentsprechende Wahl des Stufendruckverhältnisses die Verhältnisse vor der Düse optimal einstellen zu können.

Die Betätigung des eigentlichen Hochdruck-Pumpenkolbens über einen gesonderten und vom Nocken betätigten kleineren Stößel hat den Vorteil, daß der Antrieb der Pumpe wegen des erhöhten Druckes im gesamten Pumpenraum teilweise entlastet werden kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schaltplan der Einspritzvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Einspritzpumpe und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Steuerblock.

Bei der dargestellten Anordnung wird Kraftstoff über eine Förderpumpe 2 aus einem Kraftstoffbehälter 1 in eine Kraftstoffleitung 3 sowie in eine erste Druckstufe 11 einer Einspritzpumpe 4 gefördert. Der so vor­ komprimierte Kraftstoff gelangt über ein Rückschlag­ ventil 20a und einen Überströmkanal 20 in eine zweite Druckstufe 14 der Einspritzpumpe 4. In dieser wird der Kraftstoff im Raum 13 auf den Enddruck gebracht und dann über die Leitung 5a vor den Steuerblock 5 geför­ dert und von hier über die Leitung 5b zur Einspritzdüse 7. Das in diesem Steuerblock 5 eingebaute und durch den Kolben 12 und den Regler R1 gesteuerte Druckventil öffnet bei dem vom Rechner 6 vorgegebenen Druck, so daß der Kraftstoff vor die Einspritzdüse 7 gelangen kann. Die Einspritzung wird nach Erreichen des Düsenöffnungs­ druckes eingeleitet.

Der Ruhedruck in der Einspritzleitung wird ebenfalls durch die Charakteristik des im Steuerblock 5 ebenfalls eingebauten Rückströmventils 17 sowie dem nach der ersten Stufe 11 der Einspritzpumpe 4 anstehenden und je nach Last und Drehzahl vom Regler R2 vorgegebenen Druck bestimmt.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die erste Druck­ stufe 11 der Einspritzpumpe 4 und der Kolben 12 des Steuerblocks 5 über die Regler R1 und R2 gesteuert, die über den Rechner 6 mit Sollwertangaben des Motors ver­ sorgbar sind. Hierbei wird beispielsweise über diese die Drehzahl des Motors n_mot, die Pumpenfüllung F, die Ladelufttemperatur t₁₁, die Kühlwassertemperatur T_kw oder die Brennstofftemperatur t_Br berücksichtigt.

Weiterhin zeigt das Ausführungsbeispiel die vom gleichen Nocken N angetriebene erste Stufe 11 der Ein­ spritzpumpe 4 sowie die zweite Stufe 14 mit dem mit vorkomprimiertem Kraftstoff angefüllten Raum 15 und 13, den abgestuften und in einer eigenen Führung laufenden und abgedichteten Stößel 16. Vom Raum 15 zweigt eine Leitung 10a zum Regler R2 ab.

Mit dieser Anordnung ist es möglich, daß der Pumpenkol­ ben der zweiten Stufe 14 der Einspritzpumpe 4 den be­ reits vorkomprimierten Kraftstoff kurzfristig auf ein hohes Druckniveau bringt, über den je nach Last und Drehzahl des Motors einzustellenden Steuerblock 5 im gewünschten Zeitpunkt vor die Düse fördert und bei auf­ grund der Konstruktion des Düsenhalters optimalen Ge­ mischbildungsverhältnissen in den Zylinder einspritzt.

Claims (6)

1. Einspritzvorrichtung für Dieselmotoren, bestehend

• (a) aus einer vom Motor angetriebenen Einspritz­ pumpe,
• (b) aus einem durch eine Feder belasteten Ein­ spritzventil mit zusätzlicher hydraulischer Unter­ stützung der Feder, sowie
• (c) aus einem zwischen der Einspritzpumpe und dem Einspritzventil angeordneten Steuerblock,

dadurch gekennzeichnet,

• (d) daß die Einspritzpumpe (4) mit zwei Druckstufen (11, 14) ausgeführt ist,
• (e) daß die erste Druckstufe (11) mit der zweiten Druckstufe (14) durch einen Überströmkanal (20) verbunden ist,
• (e1) in dem ausgangsseitig des ersten Pumpenar­ beitsraumes (19) ein Rückschlagventil (20a) ange­ ordnet ist,
• (e2) daß der Überströmkanal (20) stromabwärts in einen Raum (15) der zweiten Druckstufe (14) mündet,
• (f) wobei der Raum (15) den, dem Pumpenarbeitsraum (13) der zweiten Druckstufe (14) abgewandten, Be­ reich des Pumpenzylinders (18) und des Pumpen­ kolbens (15a) der zweiten Druckstufe (14) um­ schließt,
• (f1) und der Raum (15) hydraulisch abgetrennt ist von einem Raum, in dem eine Nockenwelle mit Nocken (N) angeordnet ist,
• (f2) und der Raum (15) eine Verbindung (15c) zu einer Zuführbohrung (21) des Pumpenarbeitsraumes (13) der zweiten Druckstufe (14) hat,
• (g) daß die zweistufige Förderung in den Druckstufen (11, 14) über von demselben Nocken (N) phasenver­ setzt angetriebene Pumpenkolben (19a, 15b) über Stößel (16) erfolgt,
• (h) daß der im Raum (15) befindliche Kraftstoff auf einen hohen Druck mittels des Pumpenkolbens (19a) der ersten Druckstufe (11) vorkomprimierbar ist,
• (i) daß der Steuerblock (5) ein über einen hydraulisch geregelt belasteten zusätzlichen Kolben (12) in seinem Öffnungsdruck verstellbares Rück­ schlagventil aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Druckstufe (11) der Einspritz­ pumpe (4) unabhängig von der zweiten Druckstufe (14) regelbar ausgeführt ist, derart, daß ein über einen Rechner (6) gesteuerter Regler (R2) die Druckwerte im Einspritzsystem nach Sollwertangaben des Motors regelt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Druckstufe (14) der Ein­ spritzpumpe (4) über einen getrennt abgedichteten und in einer eigenen Führung laufenden Stößel (16) betätigbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stößel (16) zur Teil­ entlastung des Pumpenantriebes kleiner dimensioniert ist als der Kolben (15a) der zweiten Druckstufe (14).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der auf dem zusätzlichen Kolben (12) stehende Druck in Abhängigkeit von Sollwertangaben des Motors mittels des Reglers (R1) verstellbar ist.