DE4422552C1 - Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kraft
stoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Kraft
stoffpumpenanordnung und einer eine Düsennadel aufweisenden Ein
spritzdüse sowie mit einer Zusatzeinrichtung zum Einspritzen
einer Zusatzflüssigkeit in den Brennraum mittels einer Zusatz
pumpe nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen
Merkmalen.
Aus der DE-OS 22 52 307 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage be
kannt, bei der eine schrägkantengesteuerte Einspritzpumpe Kraft
stoff unter hohem Druck zu einer Einspritzdüse fördert, in dem
Wasser als Zusatzflüssigkeit eingelagert ist. Sobald der Öff
nungsdruck der Düsennadel erreicht ist, wird Kraftstoff und
Wasser eingespritzt. Die erneute Wassereinlagerung erfolgt zu
einem Zeitpunkt, wenn in der zur Einspritzdüse führenden Kraft
stoffzuführleitung durch die Rückbewegung des Rückschlagventiles
der Druck abfällt. Durch den erzeugten Druckabfall wird eine be
stimmte Wassermenge aus dem Wassertank über ein Rückschlagventil
in der Zulaufleitung angesaugt und mit dem Kraftstoff für die
nächste Einspritzung gemischt. In der wasserführenden Zulauflei
tung ist ein Absperr- bzw. Steuerventil vorgesehen, das in Ab
hängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine öffnet
oder schließt. Bei dieser Kraftstoffeinspritzanlage ist jeder
Einspritzdüse eine mengensteuernde Einspritzpumpe als Hochdruck
pumpe zugeordnet.
Aus der DE 37 24 987 A1 ist eine Einspritzvorrichtung bekannt,
bei der mittels einer Zusatzpumpe eine andere Kraftstoffart
zwischen dem Entlastungsventil einer Einspritzpumpe und dem
Düsennadeldruckraum der Einspritzdüse eingebracht wird, und zwar
während der förderfreien Phase der Einspritzpumpe. Somit wird
dem unter Druck stehenden Kraftstoff in der Einspritzleitung
zwischen dem Entlastungsventil und der Einspritzdüse noch
anderer Kraftstoff zugeführt zum Zwecke eines besseren Anlaßver
haltens und einer besseren Zündung der Brennkraftmaschine, wobei
eine exakte Bemessung des Zusatzkraftstoffes notwendig ist, um
ein frühzeitiges Öffnen der Einspritzdüse durch erhöhten Druck
zu vermeiden.
Aus der DE 39 29 115 A1 ist ein Einspritzsystem für eine Brenn
kraftmaschine bekannt, bei dem zum wahlweisen Betrieb mit
Dieselkraftstoff oder anderen Kraftstoffen einerseits eine Vor
pumpe und eine Einspritzpumpe für den Hauptkraftstoff und
andererseits eine Zusatzpumpe für den Startkraftstoff verwendet
wird, der mit einem geringeren Druck als der Hauptkraftstoff ge
fördert wird. Die verschiedenen Kraftstoffe werden derselben
Einspritzpumpe zugeführt. In den Kraftstoffleitungen für den
Hauptkraftstoff und den Startkraftstoff sind Ventile enthalten,
von denen das für den Startkraftstoff bestimmte Ventil ein Rück
schlagventil und das für den Hauptkraftstoff bestimmte Ventil
ein elektrisch betätigtes Steuerventil ist. Die parallel ge
schalteten Ventile in den Kraftstoffleitungen dienen dem
schnellen Kraftstoffwechsel.
Ferner ist aus JP-Abstract 61-16 71 59 (A) eine Einspritzanlage
mit einem Zweistoffsystem bekannt, bei dem von einer Zusatzpumpe
geförderte Zusatzflüssigkeit mittels eines in einer zur Düse
führenden Zulaufleitung angeordneten Steuerventiles so gesteuert
wird, daß die Verbrauchsmenge auf ein Minimum reduziert werden
kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Möglich
keit für die Steuerung der Vorlagerung einer Zusatzflüssigkeit
bei einer Zweistoffeinspritzung darzustellen.
Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1
angegebenen Merkmale gelöst.
In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen der
Erfindung angegeben.
Durch den Saughub der Hochdruckpumpe bei zeitweise geschlossenem
Steuerventil in der zur Hochdruckpumpe führenden Kraftstoffzu
führleitung vergrößert sich das Volumen im Arbeitsraum der Hoch
druckpumpe und Zusatzflüssigkeit kann unter Verdrängung des vor
der Düsenöffnung gelagerten Kraftstoffes vorgelagert werden. Der
zwischen Steuerventil und Druckkammer gelagerte Kraftstoff
bleibt somit verlustfrei erhalten.
Durch den Einsatz einer ungeregelten und lediglich einen
niederen Förderdruck erzeugenden Kraftstoffpumpe als Vorpumpe,
die für Niederdruck-Common-Rail-Systeme und somit für die Kraft
stoffversorgung mehrerer Zweistoffeinspritzdüsen besonders ge
eignet ist, werden Dichtprobleme in den Leitungsanordnungen bzw.
-verbindungen vermieden. Die Förderung der Zusatzflüssigkeit
wird lediglich von einer leistungsschwachen Zusatzpumpe
übernommen, die nur einen unter dem niedrigen Förderdruck der in
der Kraftstoffzuführleitung angeordneten Vorpumpe liegenden För
derdruck liefern muß.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand dargestellt und im
folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Eine Kraftstoffeinspritzanlage 1 als Zweistoffsystem für Diesel
brennkraftmaschinen setzt sich aus einer den Dieselkraftstoff
fördernden Kraftstoffpumpe als Vorpumpe 2, einer gemeinsamen
Versorgungsleitung 3 (Common Rail) für magnetventilgesteuerte
Zweistoffinjektoren 4 und einer eine Zusatzflüssigkeit fördern
den leistungsschwachen Zusatzpumpe 5 zusammen. Als Zusatzflüs
sigkeit ist hier Wasser vorgesehen.
Der Zweistoffinjektor 4 umfaßt eine Einspritzdüse mit einer
Düsennadel 6, die beim Öffnungsdruck gegen die Kraft einer Feder
7 und entgegen der Kraftstoffströmungsrichtung von ihrem Ventil
sitz 8 abhebt, sowie eine Hochdruckpumpe 9 mit einem Drucküber
setzungskolben und ein von einem Elektromagneten 10 beeinflußba
res federbelastetes Ventil 11, das von einem betriebsparameter
abhängig arbeitenden elektronischen Steuergerät 12 ansteuerbar
ist und die Strömungsverbindung von einem unter hohem Druck
stehenden Ölkreislauf zu dem Druckübersetzungskolben der Hoch
druckpumpe 9 freigibt oder unterbricht.
Der Druckübersetzungskolben begrenzt einen Arbeitsraum 13, der
mit einer von der Vorpumpe 2 ausgehenden und zu einer die Düsen
nadel 6 umgebenden Druckkammer 14 hinführenden Kraftstoffzuführ
leitung 15 verbunden ist.
Die Kraftstoffzuführleitung 15 ist unterteilt in eine
Förderleitung 15a, die die Vorpumpe 2 mit der Versorgungsleitung
3 verbindet, in eine ein Steuerventil 16 enthaltenden
Steuerleitung 15b, die die Versorgungsleitung 3 mit dem Arbeits
raum 13 des Zweistoffinjektors 4 verbindet, und schließlich in
eine Hochdruckleitung 15c, die den Arbeitsraum 13 mit der Druck
kammer 14 verbindet.
Das Steuerventil 16 verschließt entgegen der Kraftstoff
strömungsrichtung die Steuerleitung 15b, wobei die Betätigung
des Steuerventiles 16 durch einen Aktuator 17 erfolgt. Der
Aktuator 17 kann als Elektromagnet oder Piezoelement ausgeführt
sein und wird von dem elektronischen Steuergerät 12 angesteuert.
Die Wasserversorgung geschieht durch die Zusatzpumpe 5, die aus
einem Tank 18 Wasser ansaugt und durch eine Zulaufleitung 19
über ein Rückschlagventil 20 in eine aus Düsennadel 6 und Düsen
körper 21 gebildete Ringkammer 22 unterhalb der Druckkammer 14
fördert.
Wirkungsweise des Zweistoffsystems als Niederdruck-Common-Rail-
System:
Die Wassereinlagerung erfolgt während der Rückstellbewegung des
druckentlasteten Druckübersetzungskolbens der Hochdruckpumpe 9.
Durch das Geschlossenhalten des Steuerventiles 16 mit Hilfe des
Aktuators 17 entsteht während der Rückstellbewegung des Druck
übersetzungskolbens 9 ein Unterdruck im Arbeitsraum 13, der be
wirkt, daß das mit einem Druck von ca. 2 bar in der Zulaufleitung
19 anstehende Wasser über das Rückschlagventil 20 in die Ring
kammer 22 des Düsenkörpers 21 gesaugt wird.
Durch Freischaltung (Öffnen) des Steuerventils 16 kann die
Wassereinlagerung beendet werden, da ab diesem Zeitpunkt der von
der Vorpumpe 2 geförderte Kraftstoff den Arbeitsraum 13 befüllt
und den Unterdruck dort abbaut.
Der Kraftstofförderdruck von ca. 3 bar liegt über dem Wasserver
sorgungsdruck, um zu gewährleisten, daß beim Öffnen des Steuer
ventiles 16 Kraftstoff sofort in den Arbeitsraum 13 strömt und
die Wassereinlagerung beendet. Die eingelagerte Wassermenge kann
durch den Aktuator 17 gesteuert werden.
Der nachfolgend notwendige hohe Einspritzdruck an der Düsennadel
6 wird durch einen separaten Ölkreislauf (nicht dargestellt)
und den Druckübersetzungskolben im jeweiligen Zweistoffinjektor
erzeugt, indem über eine mit dem Ölkreislauf in Verbindung
stehende Ölleitung 23 durch das von dem Elektromagneten 10
betätigte Ventil 11 aufgesteuert und der Druckübersetzungskolben
auf der Rückseite seines durchmessermäßig größeren Kolbenteils
beaufschlagt wird. Durch seinen Arbeitshub wird das im Arbeits
raum 13 befindliche Volumen verdrängt. Nach Schließen des
Steuerventiles 16 steigt der Druck im Arbeitsraum 13 bis zum
Düsennadelöffnungsdruck an. Die gemeinsame Einspritzung von
Kraftstoff und Wasser erfolgt.
Die Einspritzung wird beendet, wenn das Ventil 11 in Ausgangs
stellung und die Rückseite des Druckübersetzungskolbens mit
einem drucklosen Ölrücklauf (nicht dargestellt) verbunden und
entlastet wird.
Claims (6)
1. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum
einer Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffpumpenanordnung
und einer eine Ventilnadel aufweisenden Einspritzdüse, und mit
einer Zusatzeinrichtung zum Einspritzen einer Zusatzflüssigkeit
in den Brennraum mittels einer Zusatzpumpe, welche die Zusatz
flüssigkeit über ein Rückschlagventil in eine nadelseitige
Druckkammer der Einspritzdüse fördert, wobei die Kraftstoff
pumpenanordnung aus einer Vorpumpe und einer Hochdruckpumpe be
steht und zwischen der Vorpumpe und der Hochdruckpumpe ein
Steuerventil angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Saughubs der Hochdruckpumpe (9) das Steuerventil
(16) zeitweise geschlossen bleibt und die Zusatzflüssigkeit in
der zur Düsenöffnung führenden Kraftstoffleitung (15) dem Kraft
stoff vorgelagert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuerventil (16) in Abhängigkeit von Betriebsparametern
der Dieselbrennkraftmaschine ansteuerbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der von der Vorpumpe (2) erzeugte Kraftstofförderdruck
deutlich niedriger als der von der Zusatzpumpe (5) erzeugte
Druck ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzflüssigkeit Wasser ist.
5. Kraftstoffeinspritzanlage zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hochdruckpumpe (9) und die Einspritzdüse in einem ge
meinsamen Gehäuse angeordnet sind, und daß der Pumpenarbeitsraum
(13) der Hochdruckpumpe (9) in offener Verbindung zwischen dem
Steuerventil (16) und der Druckkammer (14) angeordnet ist.
6. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzflüssigkeit einem die Düsennadel (6) umgebenden
Ringraum (22) zwischen der Druckkammer (14) und der Einspritz
düse zugeführt wird.
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