DE4337048A1 - Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffes in eine Zweistoffdüse nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bekanntlich können Brennraumspitzentemperaturen und damit Stickoxide dadurch reduziert werden, daß Wasser in den Brennraum zum Zeitpunkt der Verbrennung gezielt eingespritzt wird.

Aus der EP 0 282 819 A2 ist z. B. eine Kraftstoffeinspritzanlage als Zweistoffsystem bekannt, bei dem während der Einspritzpause von einer Förderpumpe gefördertes Wasser im Druckraum der Zweistoffdüse eingelagert und mit dem nachgelagerten Dieselkraftstoff zur Reduzierung der Stickoxide in den Brennraum gespritzt wird. Die jeweilige Wassermenge wird durch ein Steuerventil in der Zusatzflüssigkeitsleitung bestimmt. Während der Wassereinlagerung sorgt ein selbsttätig öffnendes Druckventil in der Hochdruckpumpe für eine Entlastung in der Hochdruckverbindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kraftstoffeinspritzanlage der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß eine Förderpumpe für die Zusatzflüssigkeit mit geringerer Pumpleistung unabhängig von der Höhe des Systemdrucks in der Hochdruckverbindung verwendet und daß nach der Einspritzung ein rascher Druckaufbau in der Hochdruckverbindung wieder hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Durch die besondere Anordnung des Steuerventiles und der Möglichkeit, die Kraftstoffhochdruckverbindung zur Zweistoffdüse abzuschalten und gleichzeitig eine Entlastungsverbindung der Düsenvorderseite zu schaffen, ist eine leistungsschwache Förderpumpe einzusetzen, die lediglich die Federkraft des Rückschlagventiles in der zur Zweistoffdüse führenden Zusatzflüssigkeitsleitung überwinden muß. Außerdem ist nach jeder Einspritzung durch den kurzen Strömungsweg von dem Steuerventil zur Düsenvorderseite der Systemdruck in sehr kurzer Zeit wieder aufgebaut, was schließlich auch zu einem geringeren Energieaufwand der Hochdruckpumpe führt.

Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 3 ergibt sich eine Zwischenlagerung der Zusatzflüssigkeit bzw. eine aus Kraftstoff - Zusatzflüssigkeit - Kraftstoff bestehende Schichtung, somit wird zunächst der Kraftstoff und dann nach dem Entzünden des Kraftstoffes das Wasser eingespritzt, wodurch eine gezielte Absenkung der Spitzentemperatur erreicht und die NO_x-Entstehung wirksam unterbunden wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anhand eines Ausführungsbeispieles im folgenden näher erläutert.

Eine Kraftstoffeinspritzanlage 1 als Zweistoffsystem für eine Dieselbrennkraftmaschine besteht im wesentlichen aus einer den Dieselkraftstoff fördernden Hochdruckpumpe 2 und einer gemeinsamen Versorgungsleitung 3 (Common Rail) für magnetventilgesteuerte Zweistoffdüsen 4 sowie einer das Wasser fördernden leistungsschwachen Förderpumpe 5.

Die Zweistoffdüse 4 enthält eine federbelastete Düsennadel 6, die beim Öffnungsdruck entgegen der Strömungsrichtung von ihrem Ventilsitz 7 abhebt. Eine Druckschulter 8 der Düsennadel 6 begrenzt einen Druckraum 9, in den ein in der Zweistoffdüse 4 verlaufender Leitungsabschnitt 10 der von der Versorgungsleitung 3 abzweigenden Einspritzleitung 11 einmündet. Zwischen Druckraum 9 und Ventilsitz 7 befindet sich ein die Düsennadel 6 umgebender Ringraum 12, in die - mit definiertem Abstand zum Ventilsitz 7 hin - eine Zumeßbohrung 13 einer ein Rückschlagventil 14 aufweisenden Zusatzflüssigkeitsleitung 15 einmündet.

In dem Leitungsabschnitt 10 ist ein Steuerventil 16 vorgesehen, das möglichst nah an das gewünschte maximal eingelagerte Wasservolumen plaziert und als elektromagnetisch betätigbares 3- Wegeventil ausgebildet ist, durch das entweder die Hochdruckverbindung zwischen der Versorgungsleitung 3 und den Druckraum 9 bzw. Zwischenraum 12 der Zweistoffdüse 4 oder eine Entlastungsverbindung zwischen dem Zwischenraum 12 und einer Entlastungsleitung 17 herstellbar ist. Die Entlastungsleitung 17 kann eine in einen Kraftstoffbehälter führende Leckageleitung sein.

Ein weiteres Magnetventil 18 als 3-Wegeventil befindet sich auf der Rückseite der Düsennadel 6. Durch dieses Magnetventil 18 ist die Düsennadelrückseite mit der Hochdruckseite oder mit der Niederdruckseite verbindbar und somit die Düsennadel 6 im Hinblick auf Einspritzbeginn und Einspritzdauer steuerbar.

Steuerventil 16 und Magnetventil 18 sind von einem betriebsparameterabhängig arbeitenden elektronischen Steuergerät 19 ansteuerbar.

Wirkungsweise

Durch das Steuerventil 16 wird der Zwischen- und Druckraum 12, 9 während der Wassereinlagerung kurzzeitig vom Hochdruck, z. B. 1500 bar, entlastet. Die Wasserzuführung erfolgt durch die Förderpumpe 5 bei relativ geringem Druck von ca. 20 bar. Die über das Rückschlagventil 14 in den Zwischenraum 12 geförderte Wassermenge verdrängt ein äquivalentes Kraftstoffvolumen über die Leckageleitung. Das Steuerventil übernimmt dabei die Funktion der Wassermengendosierung, da die eingelagerte Wassermenge bei konstantem Förderdruck proportional der Schaltzeit des Steuerventiles 16 ist.

Sobald das Steuerventil 16 unbestromt ist, endet die Wassereinlagerung und der volle Hochdruck wirkt wieder auf den Druckraum 9. Das Rückschlagventil 14 vermeidet den Wasserrücklauf.

Bei Ansteuerung des Magnetventiles 18 beginnt die geschichtete Einspritzung von Dieselkraftstoff - Wasser - Dieselkraftstoff

Claims (4)

1. Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffes in eine Zweistoffdüse sowie mit einer Förderpumpe zur Förderung einer von einem Steuerventil gesteuerten Zusatzflüssigkeit, insbesondere Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kraftstoffeinspritzanlage (1) mit einem die Be- und Entlastung der Düsenrückseite der Zweistoffdüse (4) entgegen des in Öffnungsrichtung wirkenden Speicherdrucks steuernden Magnetventil (18) die Kraftstoffhochdruckverbindung zur Zweistoffdüse (4) durch das düsennahe Steuerventil (16) zur Einsteuerung der Zusatzflüssigkeit unterbrechbar ist bei gleichzeitiger Entlastung der Düsenvorderseite.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, mit einem Rückschlagventil in einer zur Zweistoffdüse führenden Zusatzflüssigkeitsleitung, die mit einem die Düsennadel umgebenden Druckraum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (16) als ein die Zusatzflüssigkeitsmenge steuerndes elektromagnetisches 3-Wegeventil in der Kraftstoffhochdruckverbindung zwischen einer für alle Zweistoffdüsen gemeinsamen Versorgungsleitung (3) und dem Druckraum (9) ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einen zwischen Druckraum (9) und Ventilsitz (7) der Düsennadel (6) vorgesehenen Ringraum (12) die Zusatzflüssigkeitsleitung mit einem definierten Abstand zum Ventilsitz (7) einmündet.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (16) in der Zweistoffdüse (4) im nahen Bereich des maximal eingelagerten Wasservolumens vorgesehen ist.