DE4337048C2 - 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 eine Ventilanordnung, nämlich durch ein Steuerventil in der zur Zweistoffdüse führenden Zusatzflüssigkeitsleitung und einem Ventil in der Hochdruckpumpe, bestimmt. Während der Wassereinlagerung sorgt das selbsttätig öffnende Druckventil in der Hochdruckpumpe für eine Entlastung in der Hochdruckverbindung.

Aus dem JP-Abstract 61-167 159 ist eine Zweistoffdüse konventioneller Art bekannt, bei der zum Vorlagern einer Zusatzflüssigkeit ein Steuerventil vorgesehen ist, welches in der Zusatzflüssigkeitsleitung angeordnet ist. Die Verbrauchsmenge der Zusatzflüssigkeit soll mit Hilfe des Steuerventiles auf ein Minimum reduziert werden.

Ferner ist aus der CH-PS 234 210 eine konventionelle Zweistoffdüse bekannt, bei der mittels eines Entlastungsventiles an der Pumpe Zusatzflüssigkeit im Düsenbereich der Zweistoffdüse einlagerbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ventilanordnung in der gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage zu vereinfachen unter Beibehaltung einer Förderpumpe mit geringerer Pumpleistung für die Zusatzflüssigkeit unabhängig von der Höhe des Systemdrucks in der Hochdruckverbindung. Außerdem soll nach der Einspritzung ein rascher Druckaufbau in der Hochdruckverbindung wieder hergestellt werden können.

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 und Ausbildung 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 4 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 als Common-Rail-Druckspeicher für magnetventilgesteuerte Einspritzdüsen 4 sowie einer das Wasser fördernden leistungsschwachen Förderpumpe 5.

Die als Zweistoffdüse ausgebildete Einspritzdüse 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 dem Common-Rail-Druckspeicher 3 abzweigenden Einspritzleitung 11 einmündet. Zwischen Druckraum 9 und Ventilsitz 7 befindet sich ein die Düsennadel 6 umgebender Ringraum 12 als Zwischenraum, in den - 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 dem Common-Rail-Druckspeicher 3 und dem Druckraum 9 bzw. Ringraum 12 der Zweistoffdüse 4 oder eine Entlastungsverbindung zwischen dem Ringraum 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 Ringraum 12 und Druckraum 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 Ringraum 12 geförderte Wassermenge verdrängt ein äquivalentes Kraftstoffvolumen über die Leckageleitung. Das Steuerventil 16 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 (5)

1. Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffes in eine Zweistoffdüse sowie mit einer Förderpumpe zur Förderung einer über ein Rückschlagventil geführten Zusatzflüssigkeit in eine zu der Zweistoffdüse führenden Zusatzflüssigkeitsleitung, welche mit einem eine Düsennadel der Zweistoffdüse umgebenden Druckraum verbunden ist, ferner mit einer Ventilanordnung zum Vorlagern der Zusatzflüssigkeitsmenge in der Zweistoffdüse, dadurch gekennzeichnet, daß das öffnen und Schließen der Düsennadel (6) durch den Druck eines Common-Rail-Druckspeichers (3) erfolgt, daß die Ventilanordnung in der Einspritzleitung angeordnet ist und beim Vorlagern der Zusatzflüssigkeit die Kraftstoffzufuhr zur Einspritzdüse (4) unterbricht und den Druckraum (9) mit einer Kraftstoff-Niederdruckseite verbindet, und ansonsten die Verbindung zur Kraftstoff-Niederdruckseite unterbricht und den Druckraum (9) mit Hochdruckkraftstoff beaufschlagt.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzflüssigkeit Wasser ist.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (16) als ein die Zusatzflüssigkeitsmenge steuerndes elektromagnetisches 3-Wegeventil in der Kraftstoffhochdruckverbindung zwischen dem für alle Zweistoffdüsen (4) bestimmten Common-Rail-Druckspeicher (3) und dem Druckraum (9) ausgebildet ist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einen zwischen Druckraum (9) und Ventilsitz (7) der Düsennadel (6) vorgesehenen Ringraum (12) die Zusatzflüssigkeitsleitung (10) mit einem definierten Abstand zum Ventilsitz (7) einmündet.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (16) in der Zweistoffdüse (4) im nahen Bereich des maximal eingelagerten Zusatzflüssigkeitsvolumens vorgesehen ist.