DE69108755T2 - Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem. - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kraftstoffeinspritzsysteme für Verbrennungsmotoren und, mehr insbesondere, auf ein Hochdruckkraftstoffeinspritzsystem für Dieselmotoren.
• Die Kraftstoffeinspritzung wird sowohl bei mit Diesel als auch bei mit Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotoren wegen der erzielbaren präzisen Steuerung der Kraftstoffzufuhr, des Optimierens der Kraftstoffzeitsteuerung und -dosierung und einer damit verbundenen Verbesserung des Motorwirkungsgrads benutzt. Ein typisches Kraftstoffeinspritzsystem hat einen Kraftstoffversorgungstank, eine Kraftstofförderpumpe (Niederdruck) eine Einspritzpumpe (Hochdruck), wenigstens eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und ein Steuersystem. Unter Druck stehender Kraftstoff wird durch die Einspritzpumpe einer Kammer zugeführt, die sich innerhalb der Einspritzvorrichtung an einer Auslaßsprühdüse, welche eine oder mehrere Sprühöffnungen hat, befindet. Eine solche Kraftstoffeinspritzvorrichtung hat üblicherweise ein federvorgespanntes Ventil an dem Eingang zu den Sprühöffnungen und eine Kraftstoffleckleitung, die Leckkraftstoff zu dem Kraftstofftank zurückleitet, um einen Druckaufbau innerhalb der Federkammer zu verhindern, welcher die Leistung der Einspritzvorrichtung nachteilig beeinflussen würde.
• Bei Dieselmotoren existiert ein Problem mit Emissionen von Teilchen, welche über einem breiten Bereich von Motordrehzahlen erzeugt werden. Solche Teilchen bestehen üblicherweise entweder aus kohlenstoffhaltigen Feststoffen, kondensierten und/oder adsorbierten Kohlenwasserstoffen oder Sulfaten, wobei die Feststoffkomponente dieser Emissionen mit der Rauchopazität korreliert ist. Diese Teilchen werden in den kraftstoffreichen Gebieten innerhalb einer Verbrennungskammer gebildet, und es wird angenommen, daß sie hauptsächlich aus einer Niederdruckkraftstoffeinspritzung resultieren, welche eine schlechte Kraftstoffzerstäubung bewirkt. Es werden zwar über 95% der gebildeten Teilchen anschließend verbrannt, wenn sich die Vermischung und Verbrennung in der Verbrennungskammer fortsetzt, die verbleibenden 5% werden jedoch mit dem Motorabgas an die Atmosphäre abgegeben.
• Erhöhte Einspritzdrücke können zwar sowohl die Teilchenemissionen als auch den Kraftstoffverbrauch reduzieren, es ist jedoch schwierig, die richtigen Einspritzdrücke über einem breiten Bereich von Motordrehzahlen und -belastungen zu erzielen. Im allgemeinen liefert eine Einspritzpumpe eine niedrigere Kraftstoffzufuhrmenge bei niedrigen Drehzahlen und eine höhere Kraftstoffzufuhrmenge bei hohen Drehzahlen. Da die typische Einspritzvorrichtungsdüse eine feste Öffnung ist, führt die veränderliche Einspritzmenge zu einer Veränderung des Einspritzdruckes. Bei niedriger Drehzahl ist der Einspritzdruck niedrig, und bei hoher Drehzahl ist er hoch. Sowohl ein natürlich beatmeter als auch ein mit Turbolader versehener Motor benötigen den gleichen oder einen höheren Einspritzdruck bei Drehzahlen und Belastungen, die niedriger als die Nennwerte sind, für eine gute Vermischung und Verbrennung. Das Einspritzsystem, die Pumpe und die Düsenöffnungsgröße werden für den maximalen Druck und die maximale Durchflußmenge, die bei den Motorbedingungen maximalen Nennwerts verlangt werden, festgelegt. Da das für den Zustand maximaler Belastung und Drehzahl erfolgt, liefern diese Einspritzsysteme im allgemeinen weniger als die optimale Ausgangsgröße bei anderen Motordrehzahlen und -belastungen, wodurch der Verbrennungswirkungsgrad reduziert und das Ausmaß an Teilchenemissionen vergrößert wird.
• Eine Lösung für dieses Problem beinhaltet das Modifizieren der Pumpe, um höhere Drücke bei Niederdrehzahlbedingungen zu erzeugen. Das kann jedoch zu sehr hohen Drücken bei Bedingungen hoher Drehzahl führen, die das Einspritzsystem überbeanspruchen und die Motorleistung verschlechtern würden. Eine Druckabbauvorrichtung kann in der Hochdruckkraftstoffver-sorgungsleitung vorgesehen werden, um den überschüssigen Druck abzubauen. Die Pumpenkonstruktion wird jedoch dann komplizierter, insbesondere bei einem Mehrfacheinspritzsystem. Um eine richtige Kraftstoffverteilung auf jeden Motorzylinder zu gewährleisten, wäre eine separate Druckabbauvorrichtung wegen der sequentiellen Einspritzerfordernisse des Motors erforderlich. So ein komplexes System würde die Kosten eines Einspritzsystems beträchtlich erhöhen und wäre mit einer wahrscheinlichen Verringerung der Zuverlässigkeit verbunden. Die Verwendung einer Druckabbauvorrichtung reduziert auch den Pumpwirkungsgrad durch Abzapfen von variierenden Mengen an unter Druck stehendem Kraftstoff.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• In der EP-A-0 255 350, auf welcher die zweiteilige Form der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 basiert, ist ein Kraftstoffeinspritzsystem beschrieben, welches den Einspritzdruck über einem vorbestimmten Bereich von Motordrehzahl- und -belastungsbedingungen verstärkt, indem es wahlweise den Restdruck in der Einspritzvorrichtung und den zugeordneten Leitungen erhöht, um Teilchenemissionen zu reduzieren und die Kraftstoffwirksamkeit zu erhöhen. Der Restdruck wird mit Hilfe einer Druckbeeinflussungseinrichtung wie z .B. einem Druckregelventil erhöht, das in der Einspritzvorrichtungleckrückleitung angeordnet ist und durch ein Motorsteuersystem betätigt werden kann, welches den Motorbetrieb überwacht und steuert.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung schafft diese ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Liefern eines steuerbaren Restkraftstoffdruckes innerhalb einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zwischen den Einspritzungen, mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe, die mit einer Kraftstoffversorgung verbunden ist und eine Steuerzahnstange hat; wenigstens einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum periodischen Einspritzen von Kraftstoff in einen Motor; einer Leitungseinrichtung, die die Kraftstoffeinspritzpumpe mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Versorgen derselben mit Kraftstoff verbindet; einem Rückschlagventil, das zwischen der Kraftstoffeinspritzpumpe und der Leitungseinrichtung angeordnet ist, um eine Kraftstoffrückströmung zu der Kraftstoffeinspritzpumpe zu verhindern; einer Kraftstoffrückleiteinrichtung zum Zurückleiten von Leckagekraftstoff aus der Einspritzvorrichtung zu der Kraftstoffversorgung; einer Druckbeeinflussungseinrichtung, die ein Steuerventil umfaßt, das innerhalb der Kraftstoffrückleiteinrichtung angeordnet ist, zum Steuern des Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffrückleiteinrichtung gemäß Motorbetriebsbedingungen, wobei ein Anstieg des Druckes innerhalb der Kraftstoffrückleiteinrichtung einen entsprechenden Anstieg des Restdruckes innerhalb der Einspritzvorrichtung und der Leitungseinrichtung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein Ventil mit variabler Öffnung umfaßt, das auf unter Druck stehenden Kraftstoff anspricht, der gemäß der Motorlast geregelt wird, und daß ein Druckregelventil mit einer Kraftstoffquelle mit einem konstanten Versorgungsdruck verbunden ist, wobei das Druckregelventil mit der Steuerzahnstange der Einspritzpumpe verbunden ist und den unter Druck stehenden Kraftstoff geregelt gemäß der Motorbelastung dem Ventil mit variabler Öffnung zuführt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung schafft diese ein Kraftstoffeinspritzsystem zum wahlweisen Steuern des Restkraftstoffdruckes innerhalb einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zwischen den Einspritzungen, um dadurch den Kraftstoffeinspritzdruck, der durch die Einspritzvorrichtung erzeugt wird, wahlweise zu vergrößern, mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe, die mit einer Kraftstoffversorgung verbunden ist; wenigstens einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum periodischen Einspritzen von Kraftstoff in einen Motor; einer Leitungseinrichtung, die die Kraftstoffeinspritzpumpe mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verbindet, um dieser Kraftstoff zu liefern; einem Rückschlagventil, das zwischen der Kraftstoffeinspritzpumpe und der Leitungseinrichtung angeordnet ist, um eine Kraftstoffrückströmung zu der Einspritzpumpe zwischen den Einspritzungen zu verhindern; einem Leckdurchlaß zum Empfangen von Leckkraftstoff aus der Einspritzvorrichtung und einer Druckbeeinflussungseinrichtung, die ein Steuerventil zum Steuern des Kraftstoffdruckes innerhalb des Leckdurchlasses umfaßt wodurch die Druckbeeinflussungseinrichtung den Leckdruck in dem Leckdurchlaß und den Restkraftstoffdruck innerhalb der Einspritzvorrichtung zwischen den Einspritzungen gemäß Motorbetriebsbedingungen wahlweise erhöht; dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein druckverstärkendes Ventil mit variabler Öffnung ist, das in der Einspritzvorrichtung angeordnet ist und auf einen geregelten Kraftstoffdruck anspricht; und daß ein Druckregelventil mit einer Kraftstoffquelle mit einem konstanten Versorgungsdruck verbunden ist, wobei das Druckregelventil durch den Motoreinlaßkanaldruck gesteuert wird und den geregelten Kraftstoffdruck, welcher zu der Motorbelastung im wesentlichen umgekehrt proportional ist, an das Ventil mit variabler Öffnung abgibt.
• Vorteilhafte Merkmale des Kraftstoffeinspritzsystems sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 und 9 bis 11 angegeben.
• Es wird somit bei beiden Ausführungsformen der Erfindung die Druckbeeinflussungsvorrichtung gemäß der Motorbelastung modifiziert. Das Kraftstoffeinspritzsystem nach der Erfindung optimiert die Pumpeffizienz und verwendet im wesentlichen herkömmliche Kraftstoffeinspritzpumpen und Einspritzvorrichtungen und läßt sich demgemäß wirtschaftlich herstellen und einbauen.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen derselben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines bekannten Hochdruckkraftstoffeinspritzsystems;
• die Fig. 2A und 2B sind grafische Darstellungen von zwei typischen Pumpzyklen für ein Kraftstoffeinspritzsystem bei hohem bzw. niedrigem Kraftstoffbedarf;
• die Fig. 3A und 3B sind grafische Darstellungen der vorteilhaften Wirkungen des erhöhten Restdruckes, welcher durch das Hochdruckkraftstoffeinspritzsystem bei zwei Pumpzyklen bei hohem bzw. niedrigem Kraftstoffbedarf erzeugt wird;
• Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Hochdruckkraftstoffeinspritzsystems nach der Erfindung;
• Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Hochdruckkraftstoffeinspritzsystems nach der Erfindung;
• Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht des eingekreisten Teils in Fig. 5;
• Fig. 7 ist eine vergrößerte Schnittansicht des oberen Endes der Einspritzvorrichtung des in Fig. 5 gezeigten Systems;
• Fig. 8 ist eine vergrößerte Schnittansicht nach der Linie 8-8 in Fig. 5, die Einzelheiten des Kraftstoffdruckregelventils zeigt;
• Fig. 9 ist eine grafische Darstellung, die den Einspritzdruck als eine Funktion der Drehzahl bei Nullast-, Teillast- und Vollastbedingungen für eine herkömmliche Pumpe zeigt und mit unterbrochener Linie den gewünschten Einspritzdruck für alle Belastungen als Funktion der Drehzahl zeigt;
• Fig. 10 ist eine grafische Darstellung, die den erzielbaren Einspritzdruck für alle Belastungen als eine Funktion der Drehzahl für eine Pumpe zeigt, die mit der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist;
• Fig. 11 ist eine grafische Darstellung, die den Einlaßkanaldruck als eine Funktion der Drehzahl von Nullast- bis Vollastbedingungen für einen typischen Dieselmotor zeigt; und
• Fig. 12 ist eine grafische Darstellung, die den geregelten Versorgungsdruck oder eine Funktion der Drehzahl von Nullast bis Vollast bei Verwendung bei der vorliegenden Erfindung zum Steuern der Vorrichtung zum Beeinflussen des Einspritzvorrichtungsdruckes zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• In Fig. 1 ist ein bekanntes Kraftstoffeinspritzsystem schematisch gezeigt. In den meisten Fällen sind zwar mehrere Einspritzvorrichtungen vorhanden, es ist jedoch ein Einzeleinspritzvorrichtungssystem gezeigt, um unnötige Komplexität zu vermeiden. Der Motorl für den dieses System die Kraftstoff zufuhr bewirkt, ist nicht gezeigt, es handelt sich aber um einen mit Kolben versehenen Dieselmotor, der eine Verbrennungskammer hat, in die das System zerstäubten Kraftstoff in zeitgerechten Intervallen einspritzt.
• Gemäß Fig. 1, auf die weiter Bezug genommen wird, enthält eine Einspritzpumpe 1 einen Zumeßplunger 2, der innerhalb einer Trommel 3 hin- und herbewegbar und drehbar ist. Zu Erläuterungszwecken ist die Pumpe 1 eine Dieselkraftstoffeinspritzpumpe wie z.B. das Pumpenmodell 300, das von AMBAC International, Columbia, South Carolina, hergestellt wird. Die Pumpe 1, die durch den Motor angetrieben wird, liefert Kraftstoff 4 zu einer Einspritzvorrichtung 5 über eine Kraftstoffeinspritzleitung 6. Der Kraftstoff wird mit einem geregelten niedrigen Druck einem Kraftstoffsumpf 7 der Pumpe 1 durch eine Versorgungspumpe 8 zugeführt, die mit einem Kraftstoffversorgungstank 9 verbunden ist. Wenn der Plunger 2 am unteren Ende seines Hubes ist, tritt Kraftstoff in die Trommelkammer 11 oberhalb des Plungers über einen Einlaßkanal aus dem Sumpf 7 ein. Der sich nach oben bewegende Plunger schließt den Einlaß, wodurch er die Kraftstoffzufuhr unter hohem Druck zu der Einspritzleitung 6 einleitet. Die Kraftstoffzufuhr endet, wenn der wendelförmige Schlitz 10 des Plungers mit einer Absteuerbohrung in Verbindung ist. Die Drehung des Plungers durch die Steuerzahnstange steuert die Dauer der Einspritzung und damit die Kraftstoffzumessung durch Verändern des effektiven Pumphubes des Plungers. Eine schnelle Hin- und Herbewegung des Plungers liefert demgemäß Hochdruckimpulse an zugemessenem Kraftstoff zu der Einspritzvorrichtung 5 über die Einspritzleitung 6. Ein Rückschlagventil 12 ist an dem Eingang der Einspritzleitung 6 angeordnet, um eine Rückströmung aus der Einspritzvorrichtung 5 zu der Pumpe 1 und dadurch das Abzapfen des Resteinspritzvorrichtungsdruckes über die Pumpe zu verhindern. Das Rückschlagventil 12 hat kein Rückzugsvolumen und keine Sitzleckage.
• Die Einspritzvorrichtung 5 hat einen Körper 13 und ein Einspritzventil 14, das innerhalb einer Kraftstoffdruckkammer 15 innerhalb der Einspritzvorrichtung 5 hin- und herbewegbar ist, wobei ein Kraftstoffkanal 16 eine Fluidverbindung zwischen der Kammer 15 und der Einspritzleitung 6 herstellt. Die Einspritzvorrichtung 5 kann z.B. eine Dieselkraftstoffeinspritzvorrichtung wie das von AMBAC International, Columbia, South Carolina, vertriebene Modell NHM 780352 sein. Eine Feder 17 ist in einer Federkammer 18 angeordnet und spannt das Ventil 14 elastisch nach unten vor. Das Ventil 14 hat ein Ventilende 19, das mit einem Ventilsitz 20 zusammenpaßt und zusammen mit diesem eine Ventilvorrichtung 21 bildet. Unterhalb der Ventilvorrichtung 21 ist eine Sprühkammer 22, die eine oder mehrere Sprühöffnungen 23 aufweist. Das Ventil 14 hat außerdem eine abgeschrägte Stirnfläche 24, die sich auf einem Teil des Plungers befindet, welcher in der Druckkammer 15 angeordnet ist. Ein Spalt 25 zwischen dem Ventil 14 und dem Einspritzvorrichtungskörper gestattet die Hin- und Herbewegung des Plungers und bildet aufgrund des hohen Druckes in der Druckkammer 15 auch einen Leckageweg für Kraftstoff in die Federkammer 18. Ein zusätzlicher Leckageweg zwischen dem Hochdruckkanal 16 und der Federkammer 18 kann auch in Form einer kleinen Öffnung vorgesehen sein. Das kann die Leckagesteuerung und die Restdruckerzeugungsrate verbessern. Eine Kraftstoffrück- oder -leckleitung 26 bildet eine Einrichtung zum Zurückleiten des Leckageanteils des zugeführten Kraftstoffes zu dem Kraftstoffversorgungstank 9.
• Eine Druckbeeinflussungsvorrichtung 28, vorzugsweise ein Regelventil, ist in der Rückleitung 26 angeordnet und dient zum variablen Begrenzen der Kraftstoffrückströmung, um dadurch den Restdruck innerhalb der Federkammer 18, der Druckkammer 15, des Kanals 16 und der Einspritzleitung 6 variabel zu steuern. Es wird zwar ein Regelventil bevorzugt, es können jedoch auch andere Druckbeeinflussungsvorrichtungen benutzt werden.
• Im Betrieb wird die Einspritzpumpe 1 durch den Motor angetrieben und gibt periodische Druckimpulse zugemessenen Kraftstoffes an die Einspritzvorrichtungsdruckkammer 15 über die Einspritzleitung 6 und den Einspritzvorrichtungskanal 16 ab. Jeder Druckimpuls verursacht einen Druckaufbau in der Kammer 15, welcher auf die Ventilstirnfläche 24 des Plungers 14 entgegengesetzt zu der Ventilschließkraft der Feder 17 einwirkt. Wenn der Druck in der Kammer 15 ausreicht, um die Federvorspannung zu überwinden, wird der Plunger 14 abgehoben, wodurch die Ventilvorrichtung 21 geöffnet und unter Druck stehendem Kraftstoff gestattet wird, durch die Sprühkammer 22 zu den Öffnungen 23 zu gelangen. Während des Einspritzintervalls leckt, wenn der Druck in der Kammer 15 hoch ist, Kraftstoff durch den Spalt 25 und/oder den alternativen Öffnungsweg in die Federkammer 18. Zum Verhindern eines ungesteuerten Unterdrucksetzens der Federkammer 18, was später die Einspritzvorrichtungsöffnungs- und -schließkenndaten verändern würde, wird dieser Leckagekraftstoff durch die Federkammer 18, die Leitung 27 und die Rückleitung 26 in den Kraftstoffversorgungstank geleitet.
• In einem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystem wird durch die Anfangsverzögerung bei dem Ventilschließen in Kombination mit der Leckage durch den Spalt 25 und dem Rückzugsvolumen des Rückschlagventils 12 der Restdruck zwischen Einspritzvorgängen auf einen sehr niedrigen Druck reduziert. In den Fig. 2A und 2B, auf die nun Bezug genommen wird, sind herkömmliche Druckkurven für einen einzelnen Einspritzzyklus für zwei unterschiedliche Kraftstoffbedarfswerte gezeigt. Aus Fig. 2B ist zu erkennen, daß bei einem Bedarfswert von 30 mm³ der Einspritzdruck bei im wesentlichen null beginnt, auf etwa 34,5 MPa (5 kpsi) ansteigt und dann wieder auf im wesentlichen null abfällt. Eine solche Niederdruckkraftstoffeinspritzung, die in großem Maße durch den niedrigen Restdruck verursacht wird, führt zu reduzierter Verbrennungseffizienz und zu verstärkten Teilchenemissionen.
• Durch das Hinzufügen der Druckbeeinflussungsvorrichtung 28, bei der es sich vorzugsweise um ein Regelventil handelt, in der Kraftstoffrückleitung 26 und durch die Verwendung eines Rückschlagsventils 12 mit einem Rückzugsvolumen von null kann der Druck des Kraftstoffes in der Einspritzleitung 6, dem Kanal 16, der Einspritzvorrichtungskammer 15 und der Federkammer 18 erhöht werden, um einen Restdruck zu schaffen, der größer als der herkömmliche Düsenöffnungsdruck ist. Infolgedessen wird die gesamte Einspritzzyklusdruckkurve zu höheren Werten verschoben, was eine Einspritzung mit höherem Druck ergibt, die über allen Motorbereichen von der Drehzahl unabhängig ist. Diese Hochdruckeinspritzung verstärkt die Zerstäubung, verbessert die Vermischung innerhalb der Verbrennungskammer und reduziert dadurch Teilchenbildung und -emissionen.
• Die Zunahme des Restdruckes, der in der Federkammer 18 auf das obere Ende der Plungerstirnfläche 29 einwirkt, hebt den Effekt der Druckverstärkung an der Ventilstirnfläche 24 in der Einspritzvorrichtungsdruckkammer mehr als auf, so daß die Ventilvorrichtungsöffnungs- und -schließgeschwindigkeiten hauptsächlich von den Federdruckveränderungen abhängig sind, wobei nur eine geringe Abweichung durch den vergrößerten Restkraftstoffdruck bewirkt wird. Das gestattet die Verwendung von herkömmlich aufgebauten Kraftstoffeinspritzvorrichtungen ohne Veränderung der Federeinstellungen und mit wenig Vergrößerung der Sitzstoßbelastung bei dem Verschließen der Düse, obgleich der Düsenschließdruck beträchtlich erhöht worden ist.
• In den Fig. 3A und 3B, auf die nun Bezug genommen wird, sind die auf eine höhere Stufe verlegten Druckkurven für ein Einspritzsystem nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, welches einen Restdruck zwischen den Einspritzungen von im wesentlichen 69 MPa (10 kpsi) erzeugt. Aus dem Diagramm in Fig. 3A ist zu erkennen, daß bei einem Kraftstoffbedarfswert von 30 mm³ der Kraftstoff mit einem Druck von mehr als 172,5 MPa (25 kpsi) eingespritzt wird. Der Restdruck zwischen den Einspritzungen ist eine Funktion des geregelten Druckes in der Federkammer 18.
• Es könnte zwar ein einfaches, eingebautes Druckregelventil, das den Restdruck erfaßt und durch variables Begrenzen der Kraftstoffrückströmung auf diesen anspricht, benutzt werden, um eine konstante Verstärkung des Einspritzdruckes über dem vollen Bereich der Motordrehzahlen zu bewirken, es kann jedoch auch ein ferngesteuertes Ventil benutzt werden, das durch ein Motorsteuersystem betätigt wird, welches den Motorbetrieb überwacht und steuert, um dadurch die Verringerung an Teilchen zu optimieren und die Kraftstoffausnutzung zu maximieren. Selbstverständlich werden die Wahl der Druckbeeinflussungsvorrichtung und der gewünschte Grad der Steuerung mit jedem besonderen Fall variieren.
• Wenn es mit der Motorkonstruktion kompatibel ist, könnte eine einzelne Druckbeeinflussungsvorrichtung benutzt werden, um den Restdruck in einem Mehrfacheinspritzsystem zu verstärken. Die Rückleitungen könnten mit einer gemeinsamen Rückleitung verbunden werden, welche das Ventil oder die Pumpe enthält, um den Restdruck zu verstärken, der für alle Einspritzvorrichtungen verstärkt wird. Dadurch werden die Modifikationen, die in dem Einspritzsystem erforderlich sind, sowie die Steuersystemanforderungen beträchtlich vereinfacht.
• Das Einspritzsystem wird zwar in Relation zu einem System mit separater Pumpe und separater Einspritzvorrichtung beschrieben, dem einschlägigen Fachmann ist jedoch klar, daß die Erfindung gleichermaßen bei einstückigen Einspritzvorrichtungen anwendbar ist, bei denen integrierte Pumpen verwendet werden.
• In Fig. 4 ist ein Einspritzsystem nach der Erfindung schematisch dargestellt, bei dem der Restdruck innerhalb der Einspritzvorrichtung und der damit verbundenen Leitungen zwischen den Einspritzungen gesteuert wird. In dieser Ausführungsform sind Einrichtungen vorgesehen zum variablen Steuern des Restdruckes in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen, insbesondere der Belastung und der Drehzahl.
• Das Einspritzsystem nach Fig. 4 weist eine Pumpe 1 und eine Einspritzvorrichtung 5 auf, die von demselben Typ sind, der in Fig. 1 gezeigt ist. Wie bei dem bekannten Einspritzsystem ist die Pumpe 1 mit einem Rückschlagventil versehen, das kein Rückzugsvolumen hat. Kraftstoff aus einem Kraftstoffversorgungstank 9 wird durch die Versorgungspumpe 8 in die Einspritzpumpe 1 geleitet, und der Einspritzpumpenplunger (nicht dargestellt), der so wie in Fig. 1 gezeigt aufgebaut ist, pumpt zeitgerechte und zugemessene Impulse von Kraftstoff mit hohem Druck durch die Einspritzleitung 6 in den Einspritzvorrichtungskanal 16, aus welchem er in die Kammer 15 strömt, um den Einspritzvorrichtungsplunger 14 gegen die Kraft der Feder 17 in der Federkammer 18 anzuheben. Bei dem Öffnen des Plungers gelangt unter Druck stehender Kraftstoff durch die Sprühöffnungen 23 in den Motorzylinder. Leckage längs des Plungerspalts 25 in die Federkammer 18 wird zu dem Kraftstofftank 9 über die Rückleitung 26 zurückgeleitet, wobei die Strömung durch das Rohr 26 durch die Druckbeeinflussungsvorrichtung 28 hindurchgeht, die in der Ausführungsform nach Fig. 4 eine Druckregelvorrichtung der Kolbenbauart aufweist. Diese Vorrichtung hat eine geschlossene zylindrische Kammer 30, in welcher ein Kolben 32 verschiebbar angeordnet ist. Ein Ventilelement 34 erstreckt sich von einer Seite des Kolbens 32 aus und ist so angeordnet, daß es mit einem Ventilsitz 36 zusammenwirkt, welcher zu einem Anschluß 38 führt, der mit dem Rückleitungsteil 26a in Verbindung steht. Der Kolben 32 unterteilt den Zylinder 30 in geschlossene Kammern 30a und 30b, wobei die Kammer 30b Kraftstoff über den Anschluß 38 empfängt, der die variable Öffnung zwischen dem Ventilelement 34 und dem Ventilsitz 36 passiert hat. Die Kammer 30b wird durch die Verbindung mit dem Kraftstofftank über den Rückleitungsteil 26b auf einem niedrigen, im wesentlichen atmosphärischen Druck gehalten. Die Kammer 30a ist durch eine Abzapfleitung 31, die eine begrenzte Öffnung 31b hat, mit der Rückleitung 26b verbunden. Der Durchmesser des Kolbens 32 ist wesentlich größer als der Durchmesser des Ventilsitzes 36, und in einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Verhältnis der resultierenden Flächen etwa 200:1. Der Restdruck in der Federkammer 18 würde in demselben Verhältnis zu dem Druck in der Kammer 30a sein.
• In dem System nach Fig. 4 ist die Kammer 30a der Vorrichtung 28 durch die Leitung 40 mit einem Anschluß 42 der Einspritzpumpe verbunden, der mit dem geregelten Ausgangsdruck der Versorgungspumpe 8 in Verbindung steht, die üblicherweise einen im wesentlichen konstanten Kraftstoffdruck von etwa 350 kPa (50 psi) an dem Anschluß 42 liefert. Ein Druckregelventil 44 ist in der Leitung 40 zwischen dem Anschluß 42 und der Vorrichtung 28 angeordnet um den Druck in der Kammer 30a gemäß wenigstens der Motorbelastung und möglicherweise der Motordrehzahl, was von den Bedürfnissen des besonderen Systems abhängig ist, zu steuern. Das Regelventil 44 hat einen Ventilsitz 46 und ein Ventilelement 48, das mit diesem zusammenwirkt und an einem Kolben 50 angebracht ist, der durch eine Feder 52 in Richtung zu dem Ventilsitz vorgespannt ist. Die Feder 54 sitzt an ihrem zu dem Kolben 50 entgegengesetzten Ende auf einem verschiebbaren Federsitz 54, der durch ein Verbindungsglied 56 mit einem Ende eines Hebels 58 verbunden ist. Der Hebel 58 ist bei 60 an einem verschiebbar gelagerten Teil 62 mittig drehbar angelenkt, das in einer Richtung bewegbar ist, die zu der Bewegung des Kolbens 50 des Ventils 44 im wesentlichen parallel ist. An seinem zu der Verbindung mit dem Verbindungsglied 56 entgegengesetzten Ende ist der Hebel 58 an einem Verbindungsglied 64 drehbar angelenkt, das seinerseits an der Kraftstoffsteuerzahnstange 66 der Pumpe 1 drehbar angelenkt ist. In der Ansicht in Fig. 4 führt die Bewegung der Zahnstange 66 nach rechts zu einer verstärkten Kraftstofförderung der Pumpe, wogegen eine Bewegung nach links eine verringerte Kraftstofförderung bewirken würde.
• Bei der beschriebenen Anordnung ist zu erkennen, daß die Bewegung der Kraftstoffsteuerstange 66 nach rechts, um ein größeres Ausgangsdrehmoment des Motors zu erzeugen, zu einer Drehung des Hebels 58 im Uhrzeigersinn und infolgedessen zu einer Bewegung des Federsitzes 54 nach links führen wird, wodurch die Federkraft der Feder 52 effektiv vergrößert und der geregelte Druck der Kammer 30a der Vorrichtung 28 verringert wird. Das wird eine Bewegung des Kolbens 32 nach links und eine vergrößerte Öffnung des Ventilteils 34 und infolgedessen eine Verringerung des Drucks in dem Rückleitungsteil 26a, der Federkammer 18 und der Druckkammer 15 sowie des Kanals 16 und der Einspritzleitung 6 hervorrufen.
• Umgekehrt, eine Bewegung der Kraftstoffzahnstange 66 in Richtung einer Position verringerten Kraftstoffes wird zu einer Bewegung des Hebels 58 im Gegenuhrzeigersinn, zu einer Bewegung des Federsitzes 54 nach rechts und zu einem höheren Ausgangsdruck des Ventils 44 führen, wodurch ein höherer Druck in der Kammer 30a, eine Bewegung des Kolbens 32 und des Ventils 34 nach rechts und infolgedessen eine Zunahme des Restdruckes in der Rückleitung 26, der Federkammer 18, der Druckkammer 15 und den zugeordneten Leitungen erzeugt werden. Der Bereich des geregelten Ausgangsdruckes des Ventils 44 könnte typisch von 0 bis 350 kPa (0 bis 50 psi) variieren, was, wenn ein Verhältnis von 200:1 der Vorrichtung 28 vorgesehen wäre, einen Restdruckbereich von etwa 0 - 69 MPa (0 - 10000 psi) in der Federkammer 18 ergeben würde. Die Bereiche sind selbstverständlich beispielshalber angegeben und könnten nach Bedarf ohne weiteres verändert werden, um sie den Forderungen der besonderen Systeminstallation anzupassen.
• In gewissen Situationen, z.B. bei denjenigen Motoren, die wenig Reservedrehmoment haben, wird die Einspritzpumpe weniger als den gewünschten Einspritzdruck mit der Zahnstange bei Vollast erzeugen. Für solche Motoren wird erwünschtermaßen eine Drehzahlfunktion dem Einfluß des Regelventils 44 hinzugefügt. Bei dem in Fig. 4 schematisch dargestellten System ist zu erkennen, daß ein elektronischer Drehzahlsensor 70 vorgesehen ist, welcher der Einspritzpumpenantriebswelle zugeordnet ist, die mit der Motorkurbelwelle gekuppelt ist. Der Drehzahlsensor steuert über Verstärker- und Logikschaltungen 72 und Schaltkreise 74 das Solenoid 76 eines Magnetventils 78. Das Ventil 78 steuert wahlweise die Bewegung von Druckluft durch Leitungen 80 zu einem Luftzylinder 82, dessen Kolbenstange 84 mit dem verschiebbaren Teil 62 verbunden ist, an welchem der Hebel 58 bei 60 drehbar angelenkt ist. Zum Erzielen einer vergrößerten Einspritzdruckverstärkung in einem vorbestimmten Drehzahlbereich wird der Sensor 70 bei dem Erfassen eines Drehzahleintritts in den Bereich über die Schaltungen 72 und 74 das Solenoid 76 mit Strom versorgen, um den Zylinder 82 zu betätigen und den Anlenkpunkt 60 des Hebels 58 in eine neue Position nach rechts zu bewegen, z.B. bei 60', wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Dadurch wird der Ausgangsdruck des Druckregelventils 44 und somit der Restdruck in der Einspritzvorrichtung effektiv vergrößert, ohne den Einfluß des Belastungserfassungsmechanismus (Hebel 58, Verbindungsglieder 56, 64) an dem Ventil nachteilig zu beeinflussen.
• Um die Übertragung von Leckagekraftstoff aus dem Spalt 25 in die Federkammer zu verbessern, ist in dem Einspritzdistanzhalter 87 ein Loch 86 vorgesehen. Darüber hinaus kann der Spalt 25 gegenüber der herkömmlichen Praxis von 0,002 - 0,003 mm (80 - 120 Millionstel) auf etwa 0,0028 - 0,0038 mm (110 - 150 Millionstel) etwas vergrößert werden. Die resultierende geringfügige Zunahme der Leckage in die Federkammer wird zu einem schnelleren Ansprechen des Systems auf den Druckregler führen.
• Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 5 8 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist die Druckbeeinflussungsvorrichtung 28' in das obere Ende des Einspritzvorrichtungskörpers einverleibt. Das Druckregelventil 44' ist ein Trommelventil, das hauptsächlich durch den Motoreinlaßkanaldruck gesteuert wird, um den Kraftstoffversorgungsdruck zu modulieren, der seinerseits die Druckbeeinflussungsvorrichtung 28' steuert. Gemäß der Darstellung in Fig. 11 ist bei den meisten Motoren mit Turbolader der Einlaßkanaldruck eine Funktion der Belastung.
• Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 5, auf die nun Bezug genommen wird, ist die Kraftstoffeinspritzpumpe 1' mit einem mechanischen Regler 90 versehen, der einen im wesentlichen herkömmlichen Aufbau hat. Die Pumpe 1' ist mit Rückschlagventilen ausgerüstet, die kein Rückzugsvolumen haben. Die Hochdruckkraftstoffauslässe der Pumpe 1' sind mit mehreren Einspritzvorrichtungen 5' über Einspritzleitungen 6 verbunden Der Einfachheit halber sind nur eine Einspritzvorrichtung 5' und eine Einspritzleitung 6 in Fig. 5 gezeigt. Die Einspritzpumpe 1' wird mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 9 versorgt, wobei der Kraftstoff den Pumpenplungern durch eine interne Kraftstoffversorgungspumpe (nicht gezeigt) auf herkömmliche Weise zugeführt wird. Die Kraftstoffversorgungspumpe hält einen im wesentlichen konstanten Ausgangsdruck von etwa 50 psi aufrecht, wobei der Versorgungspumpenausgangsdruck zur Verwendung durch das Regelventil 44' an einem Anschluß 42 der Einspritzpumpe verfügbar gemacht wird, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform. Dieser Versorgungsdruck wird durch eine Leitung 92 zu dem Regelventil 44' geleitet, das an dem Ende des Reglers 90 angebracht ist. Der geregelte Druck aus dem Regelventil 44 wird durch die Leitung 40 zu der Einspritzvorrichtung 5' und über eine interne Einspritzvorrichtungsleitung 40a zu der Druckbeeinflussungsvorrichtung 28 übertragen.
• Das Regelventil 44' wird, wie dargestellt, hauptsächlich durch den Motoreinlaßkanaldruck gesteuert, und für diesen Zweck ist eine Leitung 94 zum Übertragen des Einlaßkanaldrucks zu dem Ventil 44' vorgesehen. Eine Ablaßleitung 96 verbindet das Ventil 44' mit dem Tank für einen Zweck, der aus der folgenden Beschreibung der Einzelheiten des Regelventils deutlich werden wird.
• Die Einspritzvorrichtung 5' ist grundsätzlich herkömmlich aufgebaut, abgesehen von dem Zusatz der Vorrichtung 28', und trägt demgemäß dieselben Bezugszahlen wie die vorherigen Ausführungsformen. Eine Abweichung von den vorherigen Ausführungsformen ist die Substitution einer Anzapföffnung 88, welche die Federkammer 18 mit dem Einspritzvorrichtungskanal 16 verbindet. Diese Anordnung eliminiert die Notwendigkeit des vergrößerten Spalts zwischen der Ventilnadel und dem Einspritzvorrichtungskörper, der bei der Ausführungsform nach Fig. 4 beschrieben worden ist.
• Die Einzelheiten der Druckbeeinflussungsvorrichtung 28', die in dem oberen Ende der Einspritzvorrichtung 5' angeordnet ist, sind in Fig. 7 gezeigt, in welcher zu erkennen ist, daß die Vorrichtung 28' innerhalb einer Bohrung 98 in dem oberen Ende des Ventilkörpers angeordnet ist. Die Vorrichtung 28' weist im wesentlichen ein Membranventil auf, das eine Rollmembran 100 hat, die zwischen ein oberes Ventilteil 102 und ein unteres Ventilteil 104 eingespannt ist. Die Ventilteile sind durch Paßstifte 106 ausgerichtet und sind in der Bohrung 98 durch einen unteren Dichtring 108 und einen oberen Dichtring 110 abgedichtet. Ein Gewindestopfen 112 in der Bohrung 114 liegt an dem Dichtring 110 an, um die Ventilvorrichtung in ihrer position abgedichtet einzuspannen.
• Eine Ventilnadel 116 ist an ihrem oberen Ende an der Membran 100 befestigt und ist in einer Bohrung 118 in dem unteren Ventilteil 104 verschiebbar angeordnet. An ihrem unteren Ende wirkt die Ventilnadel 116 mit einem Ventilsitz 120 zusammen, um die Strömung durch einen Durchlaß 122 zu regeln, der mit der Federkammerleckleitung 27 in Verbindung steht.
• Die Kammer 124 unter der Membran 100 wird über einen Durchlaß 126 in dem Ventilkörper auf Atmosphärendruck belüftet. Die Kammer 128 wird mit dem geregelten Versorgungspumpendruck versorgt, der der Einspritzvorrichtung über die Leitung 40 zugeführt wird. Die Leitung 40 steht mit der inneren Leitung 40a in Verbindung, die in einen Ringraum 130 zwischen dem unteren Ventilteil 104 und dem Ende der Bohrung 98 mündet. Der Ringraum 130 ist mit der Kammer 128 über der Membran 100 durch einen Durchlaß 132 verbunden. Leckkraftstoff, der von der Leckleitung 27 aus durch den Durchlaß 122 hindurchgeht, strömt durch den Durchlaß 134 in den Ringraum 130.
• Die Vorrichtung 28' funktioniert auf dieselbe Weise wie die in der Ausführungsform nach Fig. 4 beschriebene Vorrichtung 28. Der geregelte Kraftstoffversorgungsdruck, der gemäß Motorbetriebsbedingungen moduliert wird, betätigt das Membranventil gegen den Referenzatmosphärendruck, um den Leckleitungsdruck zu regulieren. Die Vorrichtung 28' unterscheidet sich von der Vorrichtung 28 dadurch, daß der Kraftstoff, der durch das Ventil hindurchgeht, statt in die zu dem Tank führende Leitung zu gehen, in die den geregelten Versorgungsdruck führende Leitung geht. Diese Strömung ist gering, und deshalb gibt es, wie im folgenden beschrieben, eine Anzapfung zum Ablaß in der Leitung der geregelten Kraftstoffversorgung, die notwendig ist, um ein schnelles Ansprechen der Vorrichtung 28' auf sich ändernde Motorbetriebsbedingungen zu gestatten.
• Das Regelventil 44' ist im einzelnen in Fig. 8 gezeigt und weist einen Ventilkörper 136 auf, der eine Ventilbohrung 138 hat, welche sich teilweise durch ihn hindurch erstreckt. Ein Steuerschieber 140 ist in der Bohrung 138 verschiebbar angeordnet und wird in der Darstellung in Fig. 8 nach rechts durch eine Feder 142 vorgespannt, die in einem eingeschraubten Auslaßanschlußstück 144 angeordnet ist. Das linke Ende der Bohrung 138 ist mit der Ablaßleitung 96 zu dem Tank mittels einer Gewindebohrung 146 in dem Anschlußstück 144 verbunden.
• Die Position des Plungers 140 wird durch eine Verbindungsstange 148 gesteuert, die in einem Durchlaß 150 des Ventilkörpers 136 verschiebbar angeordnet ist. Die Steuerstange 148 erstreckt sich in eine Bohrung 152, die mit der Bohrung 138 ausgerichtet ist, und liegt an einer Membran 154 an, welche festgelegt ist, um die Bohrung 152 durch das Membranhaltedistanzstück 156 zu verschließen, das seinerseits durch das mit Gewinde versehene Auslaßanschlußstück 158 in seiner Lage festgehalten wird. Der Gewindeauslaßanschluß 160 des Anschlußstücks 158 ist mit der Leitung 94 verbunden, die zu dem Motoreinlaßkanal führt. Die Membran 154 wird demgemäß mit dem Motoreinlaßkanaldruck auf der rechten Seite in der Darstellung in Fig. 8 beaufschlagt. Die linke Seite der Membran ist mit dem Ablaß mittels einer Nebenschlußöffnung 162 verbunden, die von der Bohrung 152 zu dem inneren Ablaßkanal 164 in dem Ventilkörper 136 führt, der mit dem linken Ende der Bohrung 138 und daher mit der Ablaßleitung 96 zu dem Tank in Verbindung steht. Die Position des Plungers 140 wird demgemäß durch den Motoreinlaßkanaldruck bestimmt, der zu der Motorbelastung im wesentlichen proportional ist.
• Der Plunger 140 enthält einen Ringraum 166, welcher eine Schulter 168 an seiner rechten Seite aufweist. Ein innerer Durchlaß 170 in dem Plunger verbindet den Ringraum 166 mit dem rechten Ende der Bohrung 138.
• Ein Ringraum 172 in dem Ventilkörper um die Bohrung 138 steht mit einer Leitung 174 und mit dem mit Gewinde versehenen Auslaß 176 zu der Kraftstoffleitung 92 in Verbindung, die mit der Kraftstoffversorgungspumpe bei 42 verbunden ist. Eine geringfügige Bewegung der Membran 154 nach rechts aufgrund eines abnehmenden Einlaßkanaldruckes wird dem Plunger gestatten, sich unter der Kraft der Feder 142 nach rechts zu bewegen, was der Schulter 168 gestattet, den Rand des Ringraums 172 zu passieren und dem Kraftstoffversorgungspumpendruck aus den Leitungen 92 und 174 zu gestatten, in den Plungerringraum 166 und von da aus durch den Durchlaß 170 zu dem rechten Ende der Bohrung 138 zu gelangen. Eine Leitung 178, die mit dem rechten Ende der Bohrung 138 in Verbindung steht, führt zu dem mit Gewinde versehenen Auslaß 180, der mit der Leitung 40 und daher mit der Einspritzvorrichtung verbunden ist, um den Druck zu modulieren, der die Vorrichtung 28' steuert. Eine Nebenschlußöffnung 182 verbindet den Durchlaß 178 mit dem Ablaßdurchlaß 164 und gestattet durch Vorsehen einer ständigen Abzapfung zum Ablaß dem Plunger, sich auf Einsaugkanaldruckänderungen hin entsprechend zu bewegen.
• Das Regelventil 44' spricht zwar hauptsächlich auf die Motorbelastung an, es ist jedoch eine Einrichtung vorgesehen zum Übersteuern der Einlaßkanaldrucksteuerung bei niedriger Motordrehzahl. Diese Einrichtung umfaßt einen Durchlaß 184, der von dem Ringraum 172 zu einer Bohrung 186 führt, welche sich quer zu der Bohrung 138 erstreckt. Ein weiterer Durchlaß 188 verbindet die Bohrung 186 mit der Bohrung 152. Ein Drehzahlerfassungsventilelement 190 ist in der Bohrung 186 verschiebbar angeordnet, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, und wird durch eine Feder 192 nach rechts vorgespannt, die sich an einem Stopfen 194 an dem linken Ende der Bohrung 186 abstützt. Das Ventilelement 190 enthält einen Fortsatz 196, der durch eine Bohrung 198 in dem Reglergehäuse hindurchgeht. Das Ende 200 des Fortsatzes erfaßt das untere Ende des Regelhebels 202 des Reglers, dessen Position im wesentlichen von der Motordrehzahl abhängig ist, die hauptsächlich durch die Position von Fliehgewichten 204 diktiert wird. Bei dem Kollabieren der Fliehgewichte bei niedriger Drehzahl bewegt die Reglerfeder 206 das untere Ende des Regelhebels in der Darstellung in Fig. 5 nach rechts, und das Ventil 190 folgt dieser Bewegung unter dem Einfluß der Feder 192, wodurch dem linken Ende 190a gestattet wird, die Verbindung zwischen den Durchlässen 184, 188 und der Bohrung 186 zu öffnen. Das gestattet Kraftstoff mit Versorgungspumpendruck, in die Bohrung 152 hinter der Membran 154 zu gelangen und so die Membran gegen den Einlaßkanaldruck nach rechts zu bewegen und dem Plunger 140 zu gestatten, sich ebenfalls nach rechts zu bewegen, wodurch der modulierte Kraftstoffdruck in der Leitung 40 und daher in der Vorrichtung 28' vergrößert wird.
• Das Drehzahlerfassungsventilelement 190 sorgt demgemäß für eine Übersteuerung des Einlaßkanaldruckes, der auf die Membran 154 bei niedrigen Drehzahlbedingungen einwirkt. Dieses Drehzahlerfassungsventil ist ein optionales Merkmal des Regelventils 44' und sollte nur für gewisse Typen von Motoren benötigt werden, z.B. für diejenigen, die wenig Drehmomentreserve haben.
• Die Diagramme in den Fig. 9 - 12 veranschaulichen die Art und Weise, auf welche die Erfindung und insbesondere die Ausführungsform nach den Fig. 5 - 8 benutzt werden kann, um den gewünschten hohen Einspritzdruck über dem vollen Drehzahlbereich des Motors zu erzeugen. In Fig. 11 ist zu erkennen, daß sich der Einlaßkanaldruck bei einem herkömmlichen Motor mit Turbolader als eine Funktion der Belastung und sekundär der Drehzahl verändert. Demgemäß verändert sich gemäß der Darstellung in Fig. 12 der geregelte Druck, der aus dem Regelventil 44' erzielt wird, umgekehrt mit der Belastung und der Drehzahl und wird demgemäß eine größere Verstärkung für den Restdruck in der Einspritzvorrichtung über die Vorrichtung 28' bei Niederdrehzahl- und Niederlastbedingungen bewirken.
• Fig. 9 zeigt exakt das, was bei dem herkömmlichen Einspritzsystem benötigt wird, da es üblicherweise nur bei Vollast und Nenndrehzahl der Fall ist, daß die gewünschten hohen Einspritzdrücke erzielt werden. Die Erfindung könnte zwar auf die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Art und Weise benutzt werden, um den Einspritzdruck für alle Belastungsbedingungen zu verstärken, das kann jedoch zu Einspritzdrücken bei Vollast und Nenndrehzahl führen, die höher als erwünscht sind. Es wird demgemäß bevorzugt, die Verstärkung maßzuschneidern, die durch die Erfindung erreicht wird, um geeignet höhere Zunahmen im Einspritzdruck bei niedrigeren Belastungen und niedrigeren Drehzahlen zu bewirken.
• In Fig. 10 ist das Ergebnis, das durch die Verwendung der Erfindung erzielt wird, veranschaulicht, wobei der gewünschte, im wesentlichen konstante, hohe Einspritzdruck über dem vollen Belastungs- und Drehzahlbereich des Motors erzielbar ist. Das führt zu ausgezeichneter Kraftstoffzerstäubung und zu einer Minimierung von Teilchenemissionen bei allen Motorbetriebsbedingungen.
• Ein Vorteil der Ausführungsform der Einspritzvorrichtung, die in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Lage von allen Hochdruckkammern und Durchlässen innerhalb des Einspritzvorrichtungskörpers. Weiter, der Leckdurchlaß, der bei modernen Vier-Ventil-Motoren in das Motorgußstück eingebaut ist, kann als die Leitung 40 für geregelten Kraftstoff benutzt werden, was die Notwendigkeit von zusätzlichen Installationen eliminiert.
• Die Ausführungsformen nach Fig. 4 und nach den Fig. 5 - 8 können, obwohl sie mit einer einzelnen Einspritzvorrichtung gezeigt sind, offenbar in einem System mit mehreren Einspritzvorrichtungen benutzt werden. Die Pumpe, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, hat tatsächlich drei Auslaßanschlüsse zur Verwendung bei einem System mit drei Einspritzvorrichtungen.
• Sollte das System nach Fig. 4 in einem System mit mehreren Einspritzvorrichtungen benutzt werden, kann entweder eine separate Druckbeeinflussungsvorrichtung 28 für jede Einspritzvorrichtungsrückleitung 26 oder in jeder Einspritzvorrichtungsleitung 27 vorhanden sein oder die Einspritzvorrichtungsrückleitungen können alle durch eine einzelne Druckbeeinflussungsvorrichtung 28 geregelt werden.
• Aus den vorstehenden Darlegungen ist zu erkennen, daß das vorliegende System ohne weiteres an die Verwendung mit herkömmlichen Einspritzsystemkomponenten anpaßbar ist, da wenig oder keine Modifikation für die Einspritzpumpe oder die Einspritzvorrichtungen erforderlich ist und keine Modifikation an dem Motor erforderlich ist.
• Es sind zwar mechanische Anordnungen in den Ausführungsformen nach Fig. 4 und nach den Fig. 5 - 8 zum Modifizieren der Druckbeeinflussungsvorrichtung gemäß der Motorbelastung gezeigt, es dürfte jedoch klar sein, daß diese Funktion ebensogut durch elektronische Steuerungen erfüllt werden könnte.

Claims (11)

1. Kraftstoffeinspritzsystem zum Liefern eines steuerbaren Restkraftstoffdruckes innerhalb einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5) zwischen den Einspritzungen, mit:

einer Kraftstoffeinspritzpumpe (1), die mit einer Kraftstoffversorgung (8) verbunden ist und eine Steuerzahnstange hat;

wenigstens einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5) zum periodischen Einspritzen von Kraftstoff in einen Motor;

einer Leitungseinrichtung (6), die die Kraftstoffeinspritzpumpe (1) mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5) zum Versorgen derselben mit Kraftstoff verbindet;

einem Rückschlagventil (12), das zwischen der Kraftstoffeinspritzpumpe (1) und der Leitungseinrichtung (6) angeordnet ist, um eine Kraftstoffrückströmung zu der Kraftstoffeinspritzpumpe (1) zu verhindern;

einer Kraftstoffrückleiteinrichtung (26) zum Zurückleiten von Leckagekraftstoff aus der Einspritzvorrichtung zu der Kraftstoffversorgung (8);

einer Druckbeeinflussungseinrichtung (28), die ein Steuerventil umfaßt, das innerhalb der Kraftstoffrückleiteinrichtung (26) angeordnet ist, zum Steuern des Kraftstoffdruckes innerhalb der Kraftstoffrückleiteinrichtung (26) gemäß Motorbetriebsbedingungen, wobei ein Anstieg des Druckes innerhalb der Kraftstoffrückleiteinrichtung (26) einen entsprechenden Anstieg des Restdruckes innerhalb der Einspritzvorrichtung (5) und der Leitungseinrichtung (6) erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein Ventil mit variabler Öffnung umfaßt, das auf unter Druck stehenden Kraftstoff anspricht, der gemäß der Motorlast geregelt wird, und daß ein Druckregelventil (44) mit einer Kraftstoffquelle mit einem konstanten Versorgungsdruck verbunden ist, wobei das Druckregelventil (44) mit der Steuerzahnstange der Einspritzpumpe (1) verbunden ist und den unter Druck stehenden Kraftstoff geregelt gemäß der Motorbelastung dem Ventil mit variabler Öffnung zuführt.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung in der Einspritzvorrichtung (5) zum Verstärken des Ansprechens der Druckbeeinflussungsvorrichtung (28)

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, wobei die Einspritzvorrichtung (5) einen Einspritzvorrichtungsplunger (14) aufweist, der in enger Paßbeziehung innerhalb des Einspritzvorrichtungskörpers verschiebbar angeordnet ist, und wobei die Einrichtung zum Verstärken des Ansprechens der Druckbeeinflussungseinrichtung (28) einen vergrößerten Spalt (25) zwischen dem Einspritzvorrichtungsplunger (14) und dem Körper aufweist, um den Durchfluß von Leckkraftstoff zwischen denselben zu vergrößern.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, wobei die Einrichtung zum Verstärken des Ansprechens der Druckbeeinflussungseinrichtung (28) eine Anzapföffnung zwischen der Leitungseinrichtung (6) und der Kraftstoffrückleiteinrichtung (26) aufweist.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei das Ventil mit variabler Öffnung ein Kolben-Zylinder-Ventil umfaßt, das einen Kolben (32) hat, der einen geschlossenen Zylinder (30) in eine erste und eine zweite Kammer (30a, 30b) unterteilt, wobei die erste Kammer (30b) mit der Kraftstoffversorgung (8) in Verbindung steht, wobei ein Anschluß (38) in der ersten Kammer (30b) mit der Kraftstoffrückleiteinrichtung (26) verbunden ist, ein Ventilsitz (36) dem Anschluß (38) zugeordnet ist und ein Ventilelement (34) durch den Kolben (32) getragen wird, um die Leckkraftstoffströmung durch den Anschluß (38) gemäß der Kolbenposition in dem Zylinder (30) zu regeln, wobei die zweite Kammer (30a) mit dem geregelten, unter Druck stehenden Kraftstoff verbunden ist.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffeinspritzpumpe (1) eine Kraftstoffversorgungspumpe (8) aufweist und wobei die Quelle unter Druck stehenden Kraftstoffes die Kraftstoffversorgungspumpe (8) umfaßt.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung (70) zum Erfassen der Motordrehzahl und mit einer Einrichtung zum weiteren Steuern des Druckregelventils (44) als eine Funktion der Motordrehzahl.

8. Kraftstoffeinspritzsystem zum wahlweisen Steuern des Restkraftstoffdruckes innerhalb einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5') zwischen den Einspritzungen, um dadurch den Kraftstoffeinspritzdruck, der durch die Einspritzvorrichtung (5') erzeugt wird, wahlweise zu vergrößern, mit:

einer Kraftstoffeinspritzpumpe (1'), die mit einer Kraftstoffversorgung verbunden ist;

wenigstens einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5') zum periodischen Einspritzen von Kraftstoff in einen Motor;

einer Leitungseinrichtung (6), die die Kraftstoffeinspritzpumpe (1') mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5') verbindet, um dieser Kraftstoff zu liefern;

einem Rückschlagventil (12), das zwischen der Kraftstoffeinspritzpumpe (1') und der Leitungseinrichtung (6) angeordnet ist, um eine Kraftstoffrückströmung zu der Einspritzpumpe zwischen den Einspritzungen zu verhindern;

einem Leckdurchlaß (27) zum Empfangen von Leckkraftstoff aus der Einspritzvorrichtung (5); und

einer Druckbeeinflussungseinrichtung (28'), die ein Steuerventil zum Steuern des Kraftstoffdruckes innerhalb des Leckdurchlasses (27) umfaßt, wodurch die Druckbeeinflussungseinrichtung (28') den Leckdruck in dem Leckdurchlaß (27) und den Restkraftstoffdruck innerhalb der Einspritzvorrichtung (5') zwischen den Einspritzungen gemäß Motorbetriebsbedingungen wahlweise erhöht;

dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein druckverstärkendes Ventil mit variabler Öffnung ist, das in der Einspritzvorrichtung (5') angeordnet ist und auf einen geregelten Kraftstoffdruck anspricht; und

daß ein Druckregelventil (44') mit einer Kraftstoffquelle mit einem konstanten Versorgungsdruck verbunden ist, wobei das Druckregelventil (44') durch den Motoreinlaßkanaldruck gesteuert wird und den geregelten Kraftstoffdruck, welcher zu der Motorbelastung im wesentlichen umgekehrt proportional ist, an das Ventil mit variabler Öffnung abgibt.

9. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, mit einer auf die Drehzahl ansprechenden Einrichtung zum weiteren Steuern des Regelventils (44').

10. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, wobei der Leckkraftstoff, der durch das Ventil mit variabler Öffnung hindurchgeht, in die den geregelten Kraftstoffdruck führende Leitung gelangt.

11. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, wobei das verstärkende Ventil ein Membranventil ist und wobei der geregelte Druck auf die Membran (100) einwirkt, um das Ventil in eine geschlossene Position zu drängen.