DE3931338A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Einspritzpumpe zur Förderung einer Haupt­ einspritzmenge über eine Haupteinspritzleitung und einem mit einer Voreinspritzleitung gekoppelten Voreinspritzkolbenraum, der zur Ein­ spritzung einer Voreinspritzmenge mit einem von der Einspritzpumpe gegen eine Federkraft hydraulisch beaufschlagten Voreinspritzkolben zusammenwirkt.

Aus der DE-OS 30 02 851 ist eine gattungsgemäße Brennstoffeinspritz­ vorrichtung bekannt, bei der ein zündunwilliger Hauptkraftstoff, bei­ spielsweise Alkohol in einer Haupteinspritzung und ein anderer Zünd­ kraftstoff in einer Voreinspritzung der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Es sind zwei getrennte Kraftstoffzuführungen, insbesondere zwei Kraftstofftanks und zwei Kraftstoffpumpen zum Betrieb der Brennkraft­ maschine erforderlich. Die Voreinspritzung erfolgt dabei dadurch, daß der in der Einspritzpumpe dem zündunwilligen Kraftstoff aufgeprägte Druck den Voreinspritzkolben gegen dessen Federkraft bewegt, so daß die Voreinspritzleitung und eine Düse in einen Brennraum der Brenn­ kraftmaschine gefördert wird. Der wesentliche Nachteil dieser Anord­ nung ist darin zu sehen, daß für die Füllung des Voreinspritzkolben­ raumes eine eigene Föderpumpe erforderlich ist.

Die DE-OS 33 34 620 betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, bei der ein von einem Voreinspritzkolben verschloßener Voreinspritzkol­ benraum hydraulisch von einem Treib-Ausweichkolben beaufschlagt wird, welcher wiederum hydraulisch von einer Hochdruckeinspritzpumpe betä­ tigt wird. Der Druckraum zwischen den beiden Kolben ist dabei über geeignete durch den Treib-Ausweichkolben verschließbare Steuerbohrun­ gen und -kanten entlastbar, so daß die Parameter des Voreinspritzver­ laufes definiert einstellbar sind. Nachteilig bei dieser Ausführung wirkt sich ebenfalls aus, daß für die Förderung des Brennstoffs in den Voreinspritzkolbenraum eine eigene Niederdruckförderpumpe erforderlich ist, die neben der Einspritzpumpe für die Haupteinspritzung benötigt wird.

Aus der DE-OS-33 34 619 ist schließlich eine weitere Brennstoffein­ spritzvorrichtung bekannt geworden, bei der ein Voreinspritzkolben koaxial und gleitverschieblich in einem den Beginn der Haupteinsprit­ zung bestimmenden Speicherkolben gelagert ist. Auch diese Anordnung benötigt funktionsnotwendig eine getrennte Niederdruckförderpumpe für den der Voreinspritzung bestimmten Brennstoff.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, mittels der eine getrennte Vor- und Haupteinspritzung von Brennstoff erzielbar ist, ohne daß eine separate Niederdruckeinspritzpumpe für die Voreinspritzmenge erforderlich ist. Weiterhin soll eine konstruk­ tiv möglichst einfache Ausführung geschaffen werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Hauptdruck­ ventil zwischen Einspritzpumpe und der Haupteinspritzleitung vorgese­ hen ist, wobei die Haupteinspritzleitung über einen Verbindungskanal mit dem Voreinspritzkolbenraum verbunden ist, ferner die Sitzgeometrie und Federkraft des Voreinspritzkolbens so bemessen ist, daß die Voreinspritzung vor Öffnung des Hauptventiles eingeleitet ist, wobei der Voreinspritzkolben bei Beendigung der Voreinspritzung die Verbin­ dung zwischen Haupt- und Voreinspritzleitung unterbricht.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die Brennstoffversorgung des Voreinspritzkolbenraumes auf einfache Weise über den Verbindungskanal aus dem in der Hauptein­ spritzleitung befindlichen Brennstoffvolumen erfolgt, wenn das Haupt­ ventil nach Beendigung der Haupteinspritzung verschlossen ist. Dadurch erübrigt sich vorteilhafterweise eine separate Niederdruckförderpumpe für die Voreinspritzmenge des Brennstoffes, denn die Auffüllung des Voreinspritzkolbenraumes erfolgt über die in der Haupteinspritzleitung befindliche Brennstoffmenge.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist eine Druckleitung vom Pumpenraum der Einspritzpumpe zur pumpenraumseitigen Stirnfläche des Voreinspritzkolbens vorgesehen. Diese Stirnfläche ist vorzugsweise größer als der Dichtungsquerschnitt der Druckleitung. Hierdurch wird bewirkt, daß bei Erreichen eines bestimmten Schwellendruckes im Pum­ penraum, der den Voreinspritzkolben entgegen dessen Federkraft und dem Standdruck im Voreinspritzkolbenraum in Bewegung setzt, der Pumpen­ raumdruck nach geringfügigem Anheben des Druckventilkolbens schlagar­ tig auf die größere Fläche des Druckventilkolbendurchmessers wirkt. Durch das hierdurch bewirkte schlagartige Anwachsen der Druckkraft springt der Voreinspritzkolben auf und erzeugt eine Druckwelle, die sich über die Voreinspritzleitung bis zur Voreinspritzdüse fort­ pflanzt. Dieses Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet den wesentlichen Vorteil der Erfindung: Die Erzeugung einer Druckwelle bestimmter Höhe in der Voreinspritzleitung fast unabhängig von der Drehzahl der Einspritzpumpe.

Vorzugsweise sind die Voreinspritzleitung und die Haupteinspritzlei­ tung hinsichtlich ihrer Länge zur Erzielung einer gewünschten Sprei­ zung zwischen Vor- und Haupteinspritzung aufeinander abgestimmt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß die Öffnungsdrücke des Voreinspritzventils und des Haupteinspritzventils zur Erzielung einer gewünschten Spreizung zwischen Vor- und Hauptein­ spritzung aufeinander abgestimmt sind.

Weiterhin von Vorteil ist, daß die Einspritzpumpe, das Hauptdruckven­ til und der Voreinspritzkolbenraum eine kompakte bauliche Einheit bilden. Somit läßt sich die Anzahl und Größe der im Motorraum einzu­ bauenden Vorrichtungen weitestgehend minimieren. Insbesondere sind statt der bisher verwendeten drei Bauteile - Hochdruckeinspritzpumpe, Niederdruckförderpumpe und Kraftstoffeinspritzvorrichtung - nur noch eine einzige, alle drei Funktionen ausführende Vorrichtung erforder­ lich. Dadurch werden weiterhin die Längen der benötigten Zuleitungen minimiert. Ferner wird der Herstellungs-, Einbau- und Wartungsaufwand gegenüber den bekannten Vorrichtungen reduziert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Brennstoff­ einspritzvorrichtung nebst Einspritzventilen,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch die Brennstoffein­ spritzvorrichtung.

In Fig. 1 ist schematisch die 8rennstoffeinspritzvorrichtung 1 ge­ zeigt, die im wesentlichen aus einer Einspritzpumpe 2 und einem an diesen angeflanschten Einspritzmengenverteilkopf 3 besteht. Mit diesen verbunden ist einerseits eine Haupteinspritzleitung 4, die mit einem Haupteinspritzventil 5 kommuniziert. Weiterhin zweigt vom Einspritz­ verteilkopf 3 eine Voreinspritzleitung 6 ab, die wiederum mit einem Voreinspritzventil 7 gekoppelt ist.

In Fig. 2 ist die aus der Einspritzpumpe 2 und dem darin angebrachten Einspritzverteilkopf 3 bestehende Brennstoffeinspritzvorrichtung 1 im schematischen Längsschnitt zu sehen. Die Einspritzpumpe 2 besteht aus einem Pumpengehäuse 8, in dem eine Kolbenführung 9 eingepaßt ist. Zwischen Pumpengehäuse 8 und Kolbenführung 9 ist ein ringförmiger Saugraum 10 eingelassen, der mit einem nicht dargestellten Brennstoff­ vorratsbehälter kommuniziert. Die Kolbenführung 9 weist einen zentra­ len Pumpenraum 11 auf, in dem ein Pumpenkolben 12 oszillierend beweg­ bar ist. Der Pumpenkolben 12 wird über eine nicht dargestellte Nocken­ kinematik oszillierend bewegt.

Der Pumpenraum 11 steht über Steuerbohrungen 13 mit dem Saugraum 10 in Verbindung, wobei Brennstoff bei einer abwärtigen Bewegung des Pumpenkolbens 12 aus dem Saugraum 10 über die Steuerbohrungen 13 in den Pumpenraum 11 angesaugt wird. Der Pumpenkolben 12 weist Steuerkan­ ten 14 und 15 auf, mittels denen in bekannter Weise Beginn und Ende des Druckhubes steuerbar sind. Hierzu ist in bekannter Weise der Pum­ penkolben 12 in Umfangsrichtung um einen gewissen Winkel drehbar.

Der Pumpenraum 11 steht über eine Hauptbohrung 16 mit einer Haupteinspritzleitung 4 in Verbindung, wobei zwischen Hauptboh­ rung 16 und Haupteinspritzleitung 4 ein Hauptventil 18 vorgese­ hen ist, das einen Schließzylinder 19 aufweist, der durch eine Druckfeder 20 gegen eine ringförmige Dichtschulter 21 zum Ver­ schließen der Hauptbohrung 16 gedrückt ist.

Im Einspritzverteilkopf 3 ist ferner ein Voreinspritzkolbenraum 22 vorgesehen, der gegenüber dem Druckpumpenraum 11 durch den Vorein­ spritzkolben 23 verschlossen ist. Der Voreinspritzkolben 23 ist über die Druckfeder 24 gegen eine zweite Dichtschulter 25 gedrückt. Die mit dem Pumpenraum 11 verbundene Druckleitung 26 weist dabei einen gerin­ geren Durchmesser und somit eine geringere Fläche auf als die Stirn­ fläche des Voreinspritzkolbens 23.

Der Voreinspritzkolbenraum 22 steht ferner einerseits mit einer Vor­ einspritzleitung 6 in Verbindung, die, wie aus Fig. 1 ersichtlich, mit dem Voreinspritzventil 7 gekoppelt ist. Außerdem steht der Vorein­ spritzkolbenraum 22 über den Verbindungskanal 27 mit der Hauptein­ spritzleitung 4 in Verbindung.

Der Pumpenraum 11 ist ferner über eine Überdruckbohrung 28 mit einem antiparallel zum Hauptventil 18 geschalteten Überdruckven­ til 29 verbunden, wobei die Druckseite des Überdruckventils 29 mittels der Leitung 30 mit der Haupteinspritzleitung 4 kommuni­ ziert.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung ist wie folgt: Der Pumpenkolben 12 befinde sich - wie in Fig. 2 darge­ stellt - in seinem unteren Totpunkt. Der Füllungsvorgang von Brenn­ stoff aus dem Saugraum 10 über die Steuerbohrungen 13 in den Pumpen­ raum 11 ist abgeschlossen, d. h., dieser ist mit Brennstoff gefüllt. Der Pumpenkolben 12 bewegt sich anschließend wieder in den Pumpenraum 11 hinein, wobei solange kein Druckaufbau im Pumpenraum 11 stattfin­ det, bis die vordere Steuerkante 14 des Pumpenkolbens 12 die Steuer­ bohrungen 13 verschlossen haben. Bis zu diesem Zeitpunkt fließt ein Teil des Brennstoffes wieder in den Saugraum 10 ab. Der Schließzylin­ der 19 des Hauptventiles 18 sowie der Voreinspritzkolben 23 werden währenddessen durch den gemeinsamen Standdruck in den Einspritzleitun­ gen 4 und 6 sowie durch die Federkraft der Druckfedern 20 und 24 in ihrer unteren Endlage gehalten, wobei der Schließzylinder 19 die Hauptbohrung 16 entlang der Dichtschulter 21 gegenüber der Hauptein­ spritzleitung 4 abdichtet.

Etwa zum Zeitpunkt des Verschließens der Steuerbohrungen 13 durch die Steuerkante 14 des Pumpenkolbens 12 wird im Pumpenraum 11 derjenige Förderdruck erreicht, der die den Voreinspritzkolben 23 zuhaltenden Kräfte überwindet.

Der zum Öffnen des Voreinspritzkolbens 23 erforderliche Druck im Pumpenraum wirkt nur auf die vom Dichtungsquerschnitt der Drucklei­ tung 26 gebildeten Fläche und muß deshalb größer sein als der Standdruck der Einspritzleitungen 4 und 6, welche auf die größere Stirnfläche des Voreinspritzkolbens 23 wirkt und zusätzlich noch durch die Kraft der Druckfeder 24 unterstützt wird.

Hat sich der Voreinspritzkolben 23 durch diesen ausreichenden Druck im Pumpenraum 11 geringfügig angehoben, dann ist die Dichtung am Dichtdurchmesser der Druckleitung 26 nicht mehr wirksam, und der Pumpenraumdruck wirkt nun schlagartig auf die größere Stirnfläche des Voreinspritzkolbens 23, nachdem dieser von der zweiten Dichtschul­ ter 25 abgehoben hat.

Der Voreinspritzkolben 23 springt auf und erzeugt eine Druckwelle, die sich über die Voreinspritzleitung 6 bis zum Voreinspritzven­ til 7 fortpflanzt. Der Voreinspritzkolben 23 bewegt sich entgegen der Kraft der Druckfeder 24 unter Verdrängung des im Voreinspritz­ kolbenraum 22 befindlichen Brennstoffes vornehmlich in die Vorein­ spritzleitung 6 solange, bis dessen ringförmiger Dichtflansch 31 an der Dichtfläche 32 des Einspritzverteilkopfes 3 anliegt. Da­ durch wird der Verbindungskanal 27 verschlossen, so daß die Vor­ einspritzleitung 6 gegenüber der Haupteinspritzleitung 4 abgedich­ tet ist. Die Brennstoffmenge der Voreinspritzung wird durch den Hub des Voreinspritzkolbens 23 bestimmt.

Die Brennstoffmenge im Pumpenraum 11 besitzt im Zeitpunkt der Vor­ einspritzung noch keine Abflußmöglichkeit, so daß sich der Druck im Pumpenraum 11 noch weiter aufbaut. Dies geschieht solange, bis der Förderdruck auch die am Schließzylinder 19 anstehenden Gegenkräfte aus Standdruck in der Haupteinspritzleitung 4 und Federkraft der Druckfeder 20 überwindet. Sodann bewegt sich der Schließzylin­ der 19 nach oben an seinen oberen Anschlag 33 und die Förderung der Haupteinspritzmenge erfolgt aus dem Pumpenraum 11 über die Hauptbohrung 16 und ein Kanalsystem 34 im Inneren des Schließzy­ linders zur Haupteinspritzleitung 4, von der die Einspritzung über das Haupteinspritzventil 5 erfolgt. Die Haupteinspritzung erfolgt nach Abschluß der Voreinspritzung und Aufwärtsbewegung des Schließzy­ linders 19 solange, bis die hintere Steuerkante 15 des Pumpenkol­ bens 12 den Pumpenraum 11 wieder mit der Steuerbohrung 13 ver­ bindet, so daß der verbleibende Kraftstoff wieder in den Saugraum 10 entweicht.

Die Druckdifferenz zwischen dem Pumpenraum 11 und der Haupteinspritz­ leitung 4 ist durch das antiparallel zum Hauptventil 18 eingebaute Überdruckventil 29 einstellbar. Nach einem gewissen Druckabfall durch die Öffnung der Steuerbohrungen 13 bewegt sich der Schließzylinder 19 nach unten und dichtet die Haupteinspritzleitung 4 gegenüber dem Pum­ penraum 11 an der Dichtschulter 21 ab. Bis sich der Standdruck in den Einspritzleitungen 4 und 6 eingestellt hat, ist der Voreinspritzkolben 23 durch die Kraftwirkung der Druckfeder 24 und der Druckdifferenz zwischen den Einspritzleitungen 4 und 6 und dem Pumpenraum 11 in seine untere Endlage zurückgekehrt.

Der Voreinspritzkolbenraum 22 füllt sich mit Brennstoff, der über den Verbindungskanal 27 aus der Haupteinspritzleitung 4 in den Voreinspritzkolbenraum 22 zufließt. Parallel fließt Brennstoff aus der Haupteinspritzleitung 4 bis zum Erreichen des eingestellten Standdruckes am Überdruckventil 29 über die Überdruckbohrung 28 zurück in den Pumpenraum 11. Durchfährt der Pumpenkolben 12 seinen oberen Totpunkt, beginnt der Saughub. Der Pumpenraum 11 füllt sich dabei mit Kraftstoff aus dem Saugraum 10, sofern die Steuerbohrun­ gen 13 nicht gerade vom Pumpenkolben 12 verschlossen sind. Nach Durchfahren des unteren Totpunktes durch den Pumpenkolben 12 ist die Brennstoffeinspritzvorrichtung 1 bereit für einen neuen Einspritz­ vorgang.

Claims (8)

1. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Einspritzpumpe zur Förderung einer Haupteinspritzmenge über eine Haupteinspritzleitung und mit einem mit einer Voreinspritz­ leitung gekoppelten Voreinspritzkolbenraum, in dem ein von der Einspritzpumpe gegen eine Federkraft hydraulisch beaufschlagter Voreinspritzkolben arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptventil (18) zwischen Einspritzpumpe (2) und der Hauptein­ spritzleitung (4) vorgesehen ist, wobei die Haupteinspritzleitung (4) über einen Verbindungskanal (27) mit dem Voreinspritzkolben­ raum (22) verbunden ist, und die Sitzgeometrie und Federkraft des Voreinspritzkolbens (23) so bemessen ist, daß die Förderung der Voreinspritzmenge vor Öffnung des Hauptventils (18) erfolgt und der Voreinspritzkolben (23) bei Beendigung der Voreinspritzung die Verbindung zwischen Haupt- und Voreinspritzleitung unterbricht.

2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Druckleitung (26) vom Pumpenraum (11) der Einspritzpumpe (2) zur pumpenraumseitigen Stirnfläche des Vor­ einspritzkolbens (23) führt.

3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die pumpenraumseitige Stirnfläche des Voreinspritz­ kolbens (23) größer ist als der Dichtungsquerschnitt der Drucklei­ tung (26).

4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreinspritzleitung (6) und die Haupteinspritzleitung (4) hinsichtlich ihrer Länge zur Erzielung einer gewünschten Spreizung zwischen Vor- und Hauptein­ spritzung aufeinander abgestimmt sind.

5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsdrücke des Vor­ einspritzventils (7) und des Haupteinspritzventils (5) zur Erzie­ lung einer gewünschten Spreizung zwischen Vor- und Hauptein­ spritzung aufeinander abgestimmt sind.

6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Überdruckventil (29) antiparallel zum Hauptven­ til (18) vorgesehen ist.

7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptventil (18) einen federgespannten Schließzylinder (19) aufweist, der in seiner Durchflußstellung den Verbindungskanal (27) sperrt.

8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzpumpe (2), das Hauptventil (18) und der Voreinspritzkolbenraum (22) eine kompakte bauliche Einheit bilden.