DE3743645A1

DE3743645A1 - Kraftstoffeinspritzsystem mit druckakkumulation

Info

Publication number: DE3743645A1
Application number: DE19873743645
Authority: DE
Inventors: Mario Montuschi; Mario Incardona
Original assignee: Iveco Fiat SpA
Current assignee: Iveco SpA
Priority date: 1987-01-12
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1988-07-21
Also published as: IT210456Z2; FR2609503A1; IT8752823V0

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckakkumulierung für Brennkraftmaschinen mit einer Pumpe, einer zu den Einspritzdüsen führenden Speiseleitung, einem in dieser Speiseleitung stromaufwärts der Einspritzdüsen angeordneten Drucksensor, einem stromaufwärts des Drucksen sors angeordneten Druckregelventil und einer elektronischen Steuereinheit zur Steuerung des Speisedrucks der Einspritz düsen in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brenn kraftmaschine und von einem Signal des Drucksensors, das für den Speisedruck kennzeichnend ist, wobei das Druckregel ventil von der elektronischen Steuereinheit steuerbar ist.

Bei solchen Einspritzsystemen muß der Speisedruck des Kraft stoffs zwischen 250 und 1000 Bar liegen. Dieser Wert wird mit Hilfe der elektronischen Steuereinheit in Abhängigkeit insbesondere von der Drehzahl und der Belastung des Motors geregelt. Die Regelung des Drucks erfolgt durch eine Umlei tung der Flüssigkeit stromabwärts der Pumpe. Die Förder leistung der Pumpe, die eine volumetrische Pumpe ist, ent spricht dem von den Einspritzdüsen benötigten Gesamtdruck. Außerdem ist der Durchsatz der Pumpe der Motordrehzahl proportional. Hieraus folgt, daß unter bestimmten Betriebs bedingungen des Fahrzeugs (z.B. bei Abwärtsfahrt mit maxi maler Motordrehzahl und der Notwendigkeit kurzer Beschleu nigungen) die von der Pumpe entwickelte Leistung sehr groß ist. Diese Leistung wird durch Ladungsverluste in den strom abwärts der Pumpe liegenden und durch das Regelventil füh renden Leitungen aufgebraucht, was eine entsprechende Erwär mung des Kraftstoffs im Tank, ferner die Entwicklung von Kraftstoffdämpfen sowie eine Vergrößerung des Verbrauchs, aber auch eine Gefahrenerhöhung zur Folge hat, insbesondere wenn sich in dem Tank nur eine geringe Kraftstoffmenge befindet.

Unter anderen Bedingungen, z.B. bei hohen Drehzahlen und Teillastbetrieb, ergibt sich eine erhebliche Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs.

Bei anderen Systemen des Drucks an den Einspritzdüsen dadurch geregelt, daß man das Regelventil stromaufwärts der Pumpe anordnet, d.h. das Ansaugen "parzialisiert". In diesem Fall ist die Förderleistung der Pumpe nur so groß wie von den Einspritzdüsen benötigt, so daß der Energieverbrauch entsprechend niedriger ist. Dieses System bringt jedoch schwerwiegende Probleme mit sich, z.B. die Gefahr der Kavitationsbildung sowie einer ungenügenden Schmierung der Pumpe, ferner die Gefahr von Flüssigkeitsschwingungen in den Druckleitungen, Ausbildung von Dämpfen in der Pumpe usw.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoff einspritzsystem zu schaffen, das die vorangehend beschrie benen vermeidet und eine Verringerung der benötigten Förder leistung der Pumpe bei geregeltem Druck ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem System der eingangs beschrie benen Art dadurch gelöst, daß zwischen dem Druckregelventil und dem Drucksensor ein Rückschlagventil eingefügt ist, das dazu dient, den Speisedruck der Pumpe beim Öffnen des Druckregelventils zum Auslaß zu minimieren.

Aufgrund dieser Merkmale arbeitet das System sicher und zuverlässig, mit niedrigem Energieverbrauch, begrenzter Erwärmung des Kraftstoffs, ohne die Gefahr der Kavitations bildung und mit wirksamer Schmierung der Pumpe.

Stromabwärts des Rückschlagventil ist vorzugsweise ein Überdruckventil eingesetzt zur Begrenzung eventueller Druckspitzen, die auf Einschwingerscheinungen zurückzuführen sind, die sich beim Öffnen des Druckregelventils einstellen können.

Weitere Vorteile und Eigenschaften des Systems gemäß der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen:

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftstoff einspritzsystems mit Druckakkumulierung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Einspritz systems gemäß der Erfindung,

Fig. 3 und 4 zeigen Diagramme, die qualitativ den Verlauf des Einspritzdrucks in Abhängigkeit von der Zeit bei der Regelung wiedergeben,

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das den Verlauf der Förder leistung der Pumpe in Abhängigkeit von der Zeit in einem System nach Fig. 1 qualitativ wiedergibt,

Fig. 6 zeigt ein zu Fig. 5 analoges Diagramm für das System von Fig. 2.

Mit 10 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem in seiner Gesamt heit bezeichnet. Es handelt sich um ein System mit Druck akkumulierung, insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen. Das System besitzt eine volumetrische Pumpe 12, die den Kraftstoff von einem Tank 14 zu einem Hochdruck-Kollektor 16 zur Speisung der Einspritzdüsen 18 fördert. Zwischen der Pumpe 12 und dem Kollektor 16 befindet sich eine Drucklei tung 20 mit einer Abzweigung 20 a, in der ein Regelventil 22 installiert ist, dessen Ablaß 20 b in den Tank 14 führt.

An der Druckleitung 20 ist stromabwärts der Abzweigung 20 a und stromaufwärts des Kollektors 16 ein Drucksensor 24 ange ordnet, der mit einer elektronischen Steuereinheit 26 zur Steuerung des Regelventils 22 und der Einspritzdüsen 18 verbunden ist. Der Steuereinheit 26 werden außerdem weitere Signale P zugeführt, die für die verschiedenen Betriebspara meter des Motors kennzeichnend sind. Bei dem in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Einspritzsystem oszilliert die Druckleistung der Pumpe 12 zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert, die dem Öffnen bzw. dem Schließen des Regelventils 22 entsprechen. Dies wird aus der Betrachtung von Fig. 5 erkennbar, in der qualitativ die Änderung der mit H bezeichneten Förderleistung der Pumpe in Abhängigkeit von der mit t bezeichneten Zeit aufgetragen ist. Der Abschnitt R des Diagramms entspricht dem Übergangsvorgang, bei dem im Bereich des Kollektors 16 ein höherer Druck gefordert wird. Die Punkte M des Diagramms entsprechen dem Beginn des Öffnens des Regelventils 22, das die Leitung 20 mit dem Auslaß 20 b verbindet. Die Punkte L entsprechen dem Schließen des Regelventils 22. Das Öffnen und das Schließen werden durch Signal des Drucksensors 24 gesteuert.

Bei dem (in Fig. 2 gezeigten) System 10 gemäß der Erfindung ist in der Druckleitung 20 zwischen der Abzweigleitung 20 a und dem Drucksensor 24 ein Rückschlagventil 30 mit kurzer Ansprechzeit angeordnet. Außerdem zweigt stromabwärts des Rückschlagventils 30 eine Ablaßleitung 21 ab, in der sich ein Überdruckventil 23 befindet.

In dem Kollektor 16, der bekanntlich eine gewisse Druckspei cherkapazität besitzt, die sowohl auf die Elastizität der Wandungen als auch auf die Kompressibilität des Kraftstoffs zurückzuführen ist, herrscht in einem bestimmten Betriebs zeitpunkt ein bestimmter Druck, der in Fig. 3 und 4 mit p _i bezeichnet ist und der von dem Zeitpunkt an, in dem die Steuereinheit 26 das Öffnen des Regelventils 22 bewirkt, im wesentlichen konstant gehalten wird, wobei das Rückschlag ventil 30 dafür sorgt, daß die Verbindung zwischen dem Kollektor 16 und dem Auslaß 20 b geschlossen ist. Gleichzei tig wird der gesamte Durchsatz der Pumpe 12 über die Abzwei gung 20 a und das Regelventil 22 zum Auslaß 20 b gefördert, wobei der Ladungsverlust durch die Pumpe im wesentlichen gleich Null ist. Sobald die Steuereinheit 26 die Einspritz düsen 18 zum Einspritzen von Kraftstoff veranlaßt, wird, falls der Betriebzustand so ist, daß er den in dem Kollektor 16 herrschenden Druck erfordert, auch das Schließen des Regelventils 22 veranlaßt. Falls der mit p _r bezeichnete erforderliche Druck kleiner ist als der in dem Kollektor 16 herrschende Druck p _c (Fig. 3), findet ein Übergang S statt, bei dem der Druck des Kollektors 16 über die Einspritzdüsen entladen wird, so daß der Druck während einiger Einspritz zyklen größer ist als der optimale Druck, bis schließlich das Regelventil 22 geschlossen wird. Falls, wie in Fig. 4 gezeigt, der erforderliche Druck p _r größer ist als der Druck p _c in dem Kollektor 16, bewirkt das Schließen des Regelven tils 22, daß der Druck in dem Kollektor 16 rasch auf den erforderlichen Wert ansteigt, wobei eventuelle Druckspitzen aufgrund einer "Überregelung" oder Druckstöße durch das Überdruckventil 23 begrenzt werden.

In Fig. 6, die direkt mit Fig. 5 vergleichbar ist, ist der Verlauf der Förderleistung H der Pumpe in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. Die Punkte A des Diagramms zeigen die Zeitpunkte, in denen das Rückschlagventil 30 geschlossen wird. Dies erfolgt gleichzeitig mit dem geregelten Öffnen des Ventils 22. Die Punkte B des Diagramms sind die Zeit punkte, in denen das System über den Drucksensor 24 einen Druck erfordert, der geringfügig größer ist als der Druck im Kollektor 16. In den Zeitpunkten B erhöht die Förderleistung H der Pumpe sich augenblicklich bis auf den vor dem Wirksam werden des Rückschlagventils 30 vorhandenen Wert. Aus dem Vergleich von Fig. 5 und 6 ergibt sich offensichtlich, daß die im Mittel erforderliche Förderleistung der Pumpe bei dem Einspritzsystem gemäß der Erfindung wesentlich kleiner ist als der Mittelwert der Förderleistung bei einem herkömmli chen System, wie es beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist.

Zur Entladung des in dem Kollektor 16 bei stillstehendem Motor akkumulierten Drucks und damit zur Verhinderung einer möglichen Kraftstoff-Tropfenbildung in den Zylindern des Motors sieht das System gemäß der Erfindung einen zusätzli chen Abzweig 32 vor, der im Bereich des Rückschlagventils 30 parallel zu der Leitung 20 verläuft und eine kalibrierte Öffnung 34 aufweist, die eine Entladung des Drucks in dem Kollektor in einer vorbestimmten Zeit in der Größenordnung von einigen Minuten gewährleistet.

Offensichtlich muß der Kreislauf des Einspritzsystems insgesamt so dimensioniert sein, das Druckstöße und Kavita tionsbildung vermieden werden. Insbesondere sind die Ventile 22 und 30 derart bemessen, daß sie in gegenseitiger Abstim mung so arbeiten, daß der Niederdruck-Bypass nur dann wirk sam wird, wenn die Kraftstoffanforderung der Einspritzdüsen 18 sehr niedrig ist, so daß die Verdichtungszyklen in dem Kollektor 16 auf den erforderlichen Druck p _r mit geringer Frequenz erfolgt.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckakkumulierung für Brennkraftmaschinen mit
einer Pumpe (12),
einer zu den Einspritzdüsen (18) führenden Speise leitung 20),
einem in dieser Speiseleitung stromaufwärts der Ein spritzdüsen angeordneten Drucksensor (24),
einem stromaufwärts des Drucksensors angeordneten Druckregelventil (22)
und einer elektronischen Steuereinheit (26) zur Steuerung des Speisedrucks der Einspritzdüsen in Abhängig keit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und von einem Signal des Drucksensors, das für den Speisedruck kennzeichnend ist,
wobei das Druckregelventil von der elektronischen Steuereinheit steuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Druckregelventil (22) und dem Druck sensor (24) ein Rückschlagventil (30) eingefügt ist, das dazu dient, den Speisedruck der Pumpe (12) beim Öffnen des Druckregelventils (22) zum Auslaß zu minimieren.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß parallel zu dem Rückschlagventil (30) eine Umgehungsleitung vorgesehen ist mit einer Kalibrie rungsöffnung (34), die bei Stillstand der Brennkraftmaschine das Ablassen des in dem System stromabwärts des Rückschlag ventils (30) herrschenden Drucks ermöglicht.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß stromabwärts des Rückschlagventils (30) ein Überdruckventil (23) zur Begrenzung eventueller Druck spitzen angeordnet ist.