DE4332837C1

DE4332837C1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer den Kraftstoff in einen Speicher fördernden Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE4332837C1
Application number: DE19934332837
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Thoma
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1994-07-21
Anticipated expiration: 2013-09-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer den Kraftstoff in einen Speicher fördernden Hochdruckpumpe nach den im Oberbegriff des Patent anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei derartigen Speichereinspritzsystemen wird der Einspritz druck meist durch eine zentrale Hochdruckpumpe erzeugt und über Speicher und Leitungen oder über eine als Speicher wirkende Versorgungsleitung (Common Rail) an magnetventilgesteuerte Einspritzdüsen weitergeleitet.

Aus dem SAE TECHNICAL PAPER, Nr. 910 252 ist ein solches Spei chereinspritzsystem mit magnetventilgesteuerten Einspritzdüsen bekannt, bei dem die Düsennadel jeder Einspritzdüse mit einem Hydraulikkolben verbunden ist. Die Druckseite des Hydraulik kolbens ist durch eine Wegesteuerung entweder mit der Hoch druckseite oder mit der Niederdruckseite des Systems verbind bar. Das beim Öffnen der Einspritzdüse von dem Hydraulikkolben verdrängte Kraftstoffvolumen strömt über eine Drossel, wobei sich infolge des etwa konstanten Systemdrucks eine etwa lineare Zeit-Abhängigkeit des Hubes der Düsennadel ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen am Kraft stoffeinspritzsystem vorzusehen, durch die auf einfache Weise ein brennkraftmaschinengerechterer Einspritzverlauf über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine erreicht werden kann.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich bei einem Kraftstoffeinspritzsystem mit etwa konstantem Speicher- bzw. Systemdruck und mit gesteuertem Drosselzapfen ein entsprechend geformter und verbesserter Einspritzverlauf mit etwa Dreiecks form bzw. mit flacher Anstiegsflanke und steiler Abfallsflanke, wobei gleichzeitig die von der Brennkraftmaschine benötigte größte Einspritzmenge bei vorgegebenem Systemdruck, bei vorge gebener Spritzdauer und vorgegebenem Düsennadelhub-Zeitverlauf erreicht wird.

Aus der DE 27 09 917 A1 ist zwar eine Drosselzapfendüse mit konisch nach außen verjüngend ausgebildetem Drosselzapfen be kannt, der Arbeitshub der Düsennadel ist jedoch federgesteuert und damit nicht beeinflußbar. Bei diesem Einspritzsystem wirkt eine intermittierende Druckwelle gegen die Düsennadel, die bei Erreichen eines bestimmten Druckes öffnet und somit einen kaum steuerbaren Einspritzverlauf ergibt, der meist eine nicht brennkraftmaschinengerechte steile Anstiegsflanke hat.

In den Unteransprüchen sind förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Der Einspritzverlauf läßt sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen gemäß den Ansprüchen 2 und 3 weiter optimieren, wobei sich auf einfache Weise durch die Anordnung eines niederdruckseitigen Druckreglers auch ein Optimum des Einspritzverlaufs im kritischen unteren Drehzahlbereich errei chen läßt (Anspruch 4).

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anhand eines Ausführungsbeispieles im folgenden näher be schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem mit Drosselzapfen düse in schematischer Darstellung,

Fig. 2 den kraftstoffaustrittsseitigen Bereich der Drosselzapfendüse in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 den Querschnitts-Hub-Verlauf,

Fig. 4 den Einspritzverlauf im oberen Drehzahlbereich und den relativ flachen Einspritzverlauf im un teren Drehzahlbereich.

Ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 für eine luftverdichtende selbstzündende Brennkraftmaschine besteht im wesentlichen aus einer nockenbetätigten Hochdruckpumpe 2, einer als Speicher dienenden Versorgungsleitung 3 sowie aus magnetventilge steuerten Einspritzdüsen 4, von denen jede eine Düsennadel 5 und einen nadelrückseitigen Hydraulikkolben 6 aufweist, der ebenso wie die federbelastete Düsennadel 5 vom Speicher- bzw. Systemdruck gleichermaßen beaufschlagt ist.

Die Einspritzdüse 4 ist als Drosselzapfendüse ausgebildet, die nicht wie bei bekannten Nebenkammer-Dieselbrennkraftmaschinen durch den Förderstoß gegen die Rückstellkraft einer Feder öff net und nach Abklingen des Förderstoßes durch die Feder schließt, sondern dadurch öffnet, daß ein Steuerelement 7 als elektromagnetisches 3/2-Wegeventil Steuerelement 7 die Druck seite des Hydraulikkolbens 6 mit der Niederdruckseite 8 des Systems 1 verbindet, und dadurch schließt, daß das 3/2-Wege ventil die Druckseite des Hydraulikkolbens 6 mit der Hochdruckseite 9 verbindet. Das 3/2-Wegeventil ist durch eine Betriebsparameter verarbeitende Steuereinheit 10 ansteuerbar, wobei als Betriebsparameter z. B. Drehzahl, Last, Kühlmittel temperatur herangezogen werden können.

In der in Fig. 1 dargestellten Lage von 3/2-Wegeventil, Hy draulikkolben 6 und Düsennadel 5 der Drosselzapfendüse ist die Düsennadel 5 zumindest weitgehend druckausgeglichen, da in der Düsennadeldruckkammer 11 und in der Hydraulikkolbendruckkammer 12 der gleiche Systemdruck anliegt. Lediglich eine Rückstell feder 13 zwischen Hydraulikkolben 6 und Düsennadel 5 drückt die Düsennadel mit ihrem Sitzkegel 14 auf einen entsprechend als kegelförmige Sitzfläche im Düsenkörper 15 ausgebildeten Ven tilsitz 16.

Die Düsennadel 5 ist - wie aus Fig. 2 ersichtlich - mit einem in ein zylindrisch ausgebildetes Spritzloch 17 eingetauchten Drosselzapfen 18 versehen, der in zwei Zapfenteile 19,20 auf geteilt ist, von denen der obenliegende Zapfenteil 19 zylin drisch und der untenliegende Zapfenteil 20 durchgehend konisch bis in den Brennraum 21 hineinragend ausgebildet ist. Der Übergang zwischen beiden Zapfenteilen 19,20 liegt bei Schließ stellung der Düsennadel 5 in der oberen Hälfte des Spritzloches 17. Beim Abheben der Düsennadel 11 von ihrem Ventilsitz 16 er gibt sich somit zunächst ein durchlaßbestimmender gleich großer Ringquerschnitt, der bei weiterem Öffnungshub der Düsennadel 5, sobald der Übergang das Spritzloch 17 verläßt, stetig zunimmt. Der Hub der Düsennadel 5 entspricht etwa dem größten Durchmes ser des Drosselzapfens 18 oder dem obenliegenden Zapfenteil 19.

Durch diese besondere Drosselzapfenausführung ergibt sich ein dem Durchflußquerschnitt-Düsennadelhub-Verlauf von Fig. 3 ähn licher Querschnitt-Zeit-verlauf und wegen des etwa konstanten Systemdrucks auch ein entsprechend geformter, mit durchgehender Kennlinie gekennzeichneter dreiecksförmiger Einspritzverlauf a (mit flacher Anstiegsflanke mit im Anfangsbereich abgesetztem noch flacherem Flankenverlauf sowie mit einer steilen Abfallsflanke ( Fig. 4).

Um zu vermeiden, daß bei niedrigen Drehzahlen die Anstiegs flanke des Einspritzverlaufes a zu steil bzw. die Einspritz dauer zu kurz ist, ist die Niederdruckseite 8 mit einem ge steuerten Druckregler 22 versehen, durch den die Bewegung der Düsennadel 5 verzögert werden kann, so daß sich ein für diese Drehzahlen weiter abgeflachter und mit strichpunktierter Kenn linie gekennzeichneter optimierter Einspritzverlauf b ergibt.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer den Kraftstoff in einen Speicher fördernden Hochdruck pumpe, mit ventilgesteuerten Einspritzdüsen mit auf ihren Ven tilsitz aufliegender Düsennadel, die nadelrückseitig durch ein von einer elektronischen Steuereinheit ansteuerbaren Steuer element entweder mit der zum Speicher führenden Hochdruckseite oder mit einer Niederdruckseite verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einspritzdüse (4) als Drosselzapfendüse mit zwischen Drosselzapfen (18) der Düsennadel (5) und Spritzloch (17) sich zur Kraftstoffaustrittsseite hin dermaßen erweiterndem Durch laßquerschnitt bei zunehmendem Nadelhub ausgebildet ist, daß sich ein weitgehend dreiecksförmiger Einspritzverlauf mit flacher Anstiegsflanke und steiler Abfallsflanke ergibt.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, mit durch Fe derkraft auf ihrem Ventilsitz aufliegender Düsennadel, zwischen der und dem als elektromagnetisch betätigbares Wegeventil aus gebildeten Steuerelement ein mit der Düsennadel zusammenwir kender Hydraulikkolben angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselzapfen (18) zumindest zu einem großen Teil durchgehend konisch ausgebildet ist und zumindest mit diesem Teil bei Schließstellung der Düsennadel (5) im zylindrisch ausgeführten Spritzloch (17) liegt.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselzapfen (18) in zwei Zapfenteile aufgeteilt ist, von denen der untenliegende den durchgehend konischen Zapfen teil (20) und der obenliegende einen zylindrischen Zapfenteil (19) stromab des Ventilsitzes (16) bildet, wobei der Übergang zwischen beiden Zapfenteilen in der oberen Hälfte des Spritz loches (17) bei Schließstellung der Düsennadel liegt.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsbewegung der Düsennadel (5) zumindest im unte ren Drehzahlbereich durch einen niederdruckseitigen Druckregler (22) im Sinne einer Verzögerung oder Beschleunigung steuerbar ist.