EP0141044A2 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung bei Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0141044A2
EP0141044A2 EP84108303A EP84108303A EP0141044A2 EP 0141044 A2 EP0141044 A2 EP 0141044A2 EP 84108303 A EP84108303 A EP 84108303A EP 84108303 A EP84108303 A EP 84108303A EP 0141044 A2 EP0141044 A2 EP 0141044A2
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EP
European Patent Office
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injection
piston
pressure
fuel
pump
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EP84108303A
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English (en)
French (fr)
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EP0141044A3 (en
EP0141044B1 (de
Inventor
Erhard Sitter
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP0141044A3 publication Critical patent/EP0141044A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device according to the preamble of the main claim.
  • a known fuel injection device of this type (DE-OS 30 11 376) is used for the exclusive application, on the one hand unwilling to ignite, promoted by a high pressure injection pump main fuel and on the other hand by a separate pump delivered ignition fuel via a hydraulic auxiliary pump separate injection nozzles for main fuel and ignition fuel at one
  • a pre-injection piston under the delivery pressure of the high-pressure injection pump is driven by a piston of larger diameter and displaces a pre-injection quantity from an upstream working area to the separate nozzle for the pre-injection.
  • the pre-injection piston has a stroke limiting Adjusting means.
  • the time allocation between pre-injection and main injection is structurally determined by an effective stop in the upstream working area and defining the stroke end of the pre-injection piston and by the so-called swallowing volume of the larger piston. It should therefore be problematic or impossible to achieve an in-phase assignment of pre-injection and main injection with an injection device of this type, since dependencies on the speed and load due to the dynamic influence of the lines and the throttle channels cannot be excluded.
  • a device is also known (DE-PS 1 252 001), in which a separate small piston for the pre-injection is offset axially parallel to a loading piston for the main injection within an Fuel injection valve is arranged. There is no separate low-pressure supply and the pre-injection quantity is obtained from the fuel supply for the main injection quantity, which does not preclude an adverse influence on the stand pressure in the pressure line and thus an inaccuracy with regard to the quantity control.
  • the fuel injection device with the characterizing features of the main claim has the advantage over that the main injection takes place at a precisely predetermined distance from the pre-injection, which is adjustable. Since the delivery pressure built up by the high-pressure injection pump initially serves exclusively for the pre-injection, only the pressure side of the pre-injection piston is acted on and no pressure division takes place from the beginning, as is customary, it is done the invention possible, both the time of the start of the pre-injection and the pre-injection quantity - in the usual way by specifying the pre-injection piston stroke -, then the exact spray distance between the pre-injection and the main injection. injection and, based on the total amount of fuel delivered, the main injection quantity and to classify all of this in a time-definable grid.
  • the fuel supplied by the high-pressure injection pump does not flow to the components which are responsible for the main injection until the pre-injection piston has traveled a predetermined stroke, usually when the pre-injection has ended , there is a high injection speed and a correspondingly high pressure for the main injection.
  • the need to provide a pressure stage to prevent the main injection during the pre-injection is completely eliminated.
  • the two pistons provided for realizing the present invention namely pre-injection pistons and the storage pistons which specify the spraying distance by means of its setting data, are actuated in chronological succession by the delivery pressure of the high-pressure injection pump.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention, which is also suitable for use in two-substance operation roughly schematic representation and FIG. 2 the hydraulically driven pilot injection auxiliary pump, which also contains partial elements for the main injection, corresponding to FIG. 1, in cross section; 3 shows a second schematic representation of a fuel injection device, which is largely unsuitable for use in dual-fuel operation and corresponds to the embodiment of FIG. 1, in which the fuel volume stored in the area of the main injection can be used to fill the pre-injection element, and FIG. 4 in section the hydraulic pilot injection auxiliary pump from FIG. 3, also in cross section.
  • the basic idea of the present invention is to use pistons in the form of a pre-injection piston and a main injection storage piston, which are separate from the delivery pressure of a high-pressure injection pump, for the areas of pre-injection and main injection, the pre-injection piston moving at least indirectly through its movement the subsequent supply of the high pressure -Injection pump with high-pressure fuel controls the area of the main injection, so that as a result of this measure the entire delivery pressure of the high-pressure injection pump initially benefits the pre-injection piston and its stroke movement.
  • the high pressure injection pump is generally designated 10; its sequence is controlled by a camshaft 11 and, moreover, of a generally known embodiment, so that it need not be discussed further here.
  • the fuel volume delivered by the high-pressure injection pump 10 via a pressure line 12, into which two parallel-connected, but oppositely opening check valves 13 are switched, for each stroke of the pump piston 10a, is supplied by a low-pressure delivery pump 14 via a delivery line 15 fed.
  • the same fuel delivered by the low-pressure feed pump 14 also reaches the area of the pre-injection via a connecting line 15a.
  • this connecting line 15a does not apply to the dual-fuel operation when the present invention is used, in which the internal combustion engine is initially supplied with ignition fuel, for example, via a pre-injection nozzle and then, in the course of the main injection, via a main injection nozzle, and is replaced by a separate pressure line 15 '. which is shown in broken lines in FIG. 1 and via which ignition fuel is supplied from a separate tank 16 by a second low-pressure feed pump 14 ′′ provided in this case.
  • the pilot injector 17, the main injector 18 and the hydraulic auxiliary pump, driven by the delivery pressure of the high-pressure injection pump, are designated 19;
  • a separate return line 20 ′ from the return line of the pre-injection nozzle 17 into the other tank 16 is of course also provided for the pre-injection nozzle .
  • the part of the connecting line 15a lying between two interfaces S1 is omitted, and the return line 20 connected to the pre-injection nozzle 17 is separated at the interface S2.
  • the pre-injection system 23 comprises a piston 25 for pre-injection, which is slidably mounted in a stepped bore 26 of the housing 22.
  • the pressure side of the piston 25 is closed by a pressure connection 27, which is connected to the pressure line 12 coming from the high-pressure feed pump 10.
  • the piston 25 extends with a spring plate 28 into an enlarged working space 29, in which a bias spring 30, designed as a compression spring, is arranged, which presses the piston against its stop on the left in the illustration in FIG. 2.
  • the piston 25 can have an extension 31 beyond the spring plate 28, which contains a throttle point 32 which is part of a longitudinal piston bore 33 which connects the working space 29 with a transverse bore 35 opening into an annular groove 34 on the piston.
  • the inlet connection for the low-pressure feed pump inlet is denoted by 36.
  • the pre-injection quantity displaced from the working chamber 29 of the pre-injection piston 25 flows via a pressure connection 37 to the pre-injection nozzle 17 (FIG. 1).
  • piston 25 In the starting position of the pilot injection shown in FIG. 2 piston 25 (stop on the left, caused by the contact, for example, of the spring plate 28 on a shoulder 28a formed by the stepped bore 26 or by contact of a pressure surface of the piston on the screwed-in pressure connection 27) and therefore blocks the pre-injection piston 25 itself in the sense of a later pressure distribution
  • Main injection system 24 further internal pressure channel 38, which is formed by a transverse bore or a transverse channel.
  • the main injection system 24 comprises a storage piston 40 which is slidably mounted in a bore 39 and which, in its starting position on the right in the plane of the drawing, extends from a.
  • Compression spring 41 is pressed, which abuts the piston rear surface and is supported in the further bore base of a threaded sleeve 42, which in turn is screwed into a portion 43 of the bore 39 which is enlarged in diameter and has an internal thread.
  • An adjusting screw 45 extends through an inner bore 44 with a thread in the threaded sleeve, so that the distance between its inner end and the piston end, and thus the distance traveled by the accumulator piston 40 when the delivery pressure of the high-pressure injection pump acts, can be adjusted by tightening the adjusting screw 45 more or less can. Threaded sleeve 42 and adjusting screw 45 are fixed with the help of corresponding locknuts -46 and 47.
  • Another pressure line 48 connects the working space 39a of the accumulator piston 40 formed by the bottom of the bore 39 with the pressure connection (not shown in the drawing) for the main injection, which is screwed into the thread shown at 49.
  • the amount of fuel delivered by the high-pressure injection pump 10 first presses the pre-injection piston 25, and only this, since it can only act on it, against the spring force of its pre-tensioning spring 30 to the right in the plane of the drawing and causes the displacement of a predetermined, pre-injection quantity that can be determined by design Working space 29 to the pre-injection nozzle 17.
  • the pre-injection begins at the moment in which a web 50 adjoining the annular groove 34 on the pre-injection piston 25 covers an inlet bore 36a from the low-pressure feed pump 14 and continues as the stroke of the pre-injection piston 25 progresses until the web 50 frees the bore again, so that there is a relief of the working space 39a via the annular groove 34. Due to this activation by the pre-injection piston 25 itself, a specific pre-injection quantity QVE results. During the stroke of the pre-injection piston 25, preferably after activation or after the end of the pre-injection, the driven pre-injection piston 25 releases the pressure channel 28 as a connecting bore between the two systems 23 and 24.
  • the accumulator piston 40 now assumes a quantity storage of the fuel quantity delivered by the high-pressure feed pump 10 by carrying out its stroke against the spring pressure acting on it until it hits the stop formed by the adjusting screw 45. Only then does the pressure to the main injection nozzle 18 increase accordingly and the main injection begins. The accumulation of the accumulator piston 40 on the stop and the amount of fuel absorbed thereby ensures the necessary Spraying distance (for example 7 to 8 ° NW) during which the high-pressure injection pump 10 continues to deliver as the main injection pump.
  • the total amount of fuel stored is then either pushed back into the main injection pump 10 by the return springs 41 and 30 of both systems; however, it can also be used as a filling quantity for the pre-injection, which is explained further below with reference to the representation of FIGS. 3 and 4.
  • a pressure ratio is in the range. pre-injection dispensable; nevertheless, the arrangement made by the invention ensures a large swallowing volume, which can be varied as desired by the position of the adjusting screw 45 in the sense of a variable spraying distance.
  • the throttle 32 in the longitudinal channel 33 of the pre-injection piston 25 is expediently not chosen too narrow to ensure the immediate relief of the working space 29 during the overflow stroke.
  • FIGS. 3 and 4 adopts the essential components and functional features of the first exemplary embodiment identically, such identical parts are provided with the same reference numerals and only the respective differences are discussed in more detail below. Slightly different parts have the same name and are provided with index lines.
  • an additional cross connection 54 is provided back from the main injection system 24" to the pre-injection system 23 ", which branches off from the pressure outlet channel 48 of the main injection system 24" with a suitable one Junction point in the piston guide for the pre-injection piston 25 connects, so that in the starting position before the delivery stroke of the high-pressure injection pump 10, the pre-injection system 23 "can take up the corresponding amount of fuel and supply it to its working chamber 29.
  • this connecting channel 54 is shown in such a way that it opens in the starting position of the pre-injection piston 25 in the region of the annular groove 34.
  • the leakage oil return line 52 provided with the check valve 51 is connected axially to the working chamber 29 and is connected to the piston guide for the pilot injection piston 25.
  • the fuel volume displaced by the storage piston 40 of the main injection system 24 ′′ therefore passes through the transverse and longitudinal bores 35, 33 in the piston 25 in the working chamber 29, the control for determining the pre-injection quantity can be carried out either by connecting the leakage oil return line 52 via the annular groove 34 "with transverse bore 35" to the piston longitudinal channel 33 and the working chamber 29, or in that the pre-injection piston 25 after he has opened the first connecting channel 38, runs up against a stop 53.
  • the remaining elements of the auxiliary pump shown in FIG. 4 correspond to the representation of FIG. 2 in terms of function and effect, so that they do not need to be explained further and also do not need to be provided with reference numerals.

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Abstract

Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung bei Dieselbrennkraftmaschinen. Eine Hochdruck-Einspritzpumpe (10) führt einer Haupteinspritzdüse (18) eine Haupteinspritzmenge zu, während eine hydraulische, vom Förderdruck der Hochdruck-Einspritzpumpe angetriebene Voreinspritz-Hilfspumpe (19) über einen Kolben (25) eine Voreinspritzmenge verdrängt und einer separaten oder mit der Haupteinspritzdüse (18) kombinierten Voreinspritzdüse (17) zuführt. Im Bereich der Haupteinspritzung ist separat ein Speicherkolben (40) vorgesehen, der ohne mechanische Verbindung zum Voreinspritzkolben (25) ohne Druckteilung zunächst ausschließlich vom Förderdruck der Hochdruck-Einspritzpumpe (10) beaufschlagt wird und erst im Verlauf des Voreinspritz-Kolbenhubs mindestens mittelbar eine zum Speicherkolben (40) weiterführende Leitung (38) für den geförderten Kraftstoff aufgesteuert wird.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung dieser Art (DE-OS 30 11 376) wird für den ausschließlichen Anwendungsfall, einerseits zündunwilligen, von einer Hochdruck-Einspritzpumpe geförderten Hauptkraftstoff und andererseits von einer gesonderten Pumpe geförderten Zündkraftstoff über eine hydraulische Hilfspumpe separaten Einspritzdüsen für Hauptkraftstoff und Zündkraftstoff bei einem Dieselmotor zuzuführen, in der Hilfspumpe ein Voreinspritzkolben unter dem Förderdruck der Hochdruck-Einspritzpumpe von einem im Durchmesser größeren Kolben angetrieben und verdrängt eine Voreinspritzmenge aus einem ihm vorgelagerten Arbeitsraum zur separaten Düse für die Voreinspritzung. Um den Hubweg des die Voreinspritzmenge verdrängenden Voreinspritzkolben und damit die Voreinspritzmenge selbst während des Betriebs der Brennkraftmaschine einstellen zu können, verfügt der Voreinspritzkolben über seinen Hub begrenzende Einstellmittel. Bei dieser bekannten Einspritzeinrichtung ist aber die zeitliche Zuordnung zwischen Vor- und Haupteinspritzung konstruktiv durch einen in Förderrichtung wirksamen, das Hubende des Voreinspritzkolbens festlegenden Anschlag im vorgelagerten Arbeitsraum und durch das sogenannte Schluckvolumen des größeren Kolbens festgelegt. Es dürfte somit problematisch bzw. unmöglich sein, mit-einer Einspritzeinrichtung dieser Art eine phasenrichtige Zuordnung von Vor- und Haupteinspritzung zu erzielen, da außerdem Abhängigkeiten von der Drehzahl und der Last durch den dynamischen Einfluß der Leitungen und der Drosselkanäle nicht ausgeschlossen werden können. Ferner ist es nicht möglich, den Einspritzzeitpunkt für die Voreinspritzmenge gezielt und in seiner zeitlichen Zuordnung zur Haupteinspritzung zu verändern, bei gleichzeitiger Beibehaltung der Voreinspritzmengenbestimmung.
  • Allgemein ist es-bekannte daß unerwünschte Laufgeräusche bei Dieselmotoren auf die sehr schnelle Energiefreisetzung zu Beginn der Verbrennung zurückzuführen sind, so daß schon seit längerem versucht wird, die Verbrennung durch eine begrenzbare und zeitlich in wünschenswerter Weise zur Haupteinspritzung positionierbare Voreinspritzmenge einzuleiten und so die Verbrennungsgeschwindigkeit zu begrenzen. Die sich in diesem Zusammenhang anbietende Lösung der Anordnung von zwei kompletten, getrennten und parallel arbeitenden Einspritzsystemen ist aufwendig und nicht empfehlenswert, da zwei Pumpen, zwei Leitungen und zwei Düsen erforderlich sind, ferner die notwendigen Synchronisierungsmittel zwischen den beiden Systemen.
  • Es ist ferner bekannt, durch geeignete Dimensionierung einer normalen Einspritzanlage Voreinspritzeffekte zu erzielen; hierbei ist dann ein bestimmter Größen- und Funktionszusammenhang von Vorhub, Leitungsdurchmesser, Düsenlöcher und Düsenfedern einzuhalten. Dies führt jedoch zu einer nachteiligen Abhängigkeit von Last und Drehzahl und den sich ändernden dynamischen Einflüssen beim Betrieb der Brennkraftmaschine.
  • Es ist ferner eine bekannte Maßnahme, bei Einspritzpumpen zusätzliche Steuereinrichtungen sowie einen Zwischenspeicher vorzusehen, wodurch es gelingt, eine Herabsetzung der Fördergeschwindigkeit durch Drosselung bis in die Nähe von Null zu erzielen. Da sich hierbei in der zur Düse laufenden Druckwelle eine Anfangsstufe ausbilden kann, kann man eine Art Voreinspritzung bei bestimmten Drehzahlen und Laststufen erreichen.
  • Selbst wenn die Voreinspritzung in ihrer Dosierung und zeitlichen Position durch zwei Systeme mit zwei Einspritzpumpen vorgenommen wird, deren Nockenwellen miteinander gekuppelt sind, ergeben sich aber Schwierigkeiten in der phasenrichtigen Zuordnung von Vor- und Haupteinspritzung infolge der durch den dynamischen Einfluß der beiden Leitungen verursachten Abhängigkeit von Drehzahl und Last.
  • Zur Erzielung einer Vor- und Haupteinspritzung ist ferner eine Einrichtung bekannt (DE-PS 1 252 001), bei der ein separater kleiner Kolben für die Voreinspritzung achsparallel versetzt zu einem Belastungskolben für die Haupteinspritzung innerhalb eines Kraftstoffeinspritzventils angeordnet ist. Dabei entfällt eine getrennte Niederdruckversorgung und die Voreinspritzmenge wird aus der Kraftstoffzufuhr für die Haupteinspritzmenge gewonnen, was eine nachteilige Beeinflussung des Standdrucks in der Druckleitung und damit eine Ungenauigkeit bezüglich der Mengensteuerung nicht ausschließt.
  • Schließlich ist es noch bekannt (DE-OS 28 34 633), zur Steuerung der Voreinspritzung bei Brennkraftmaschinen einen einteiligen, entgegen der Kraft einer Feder verschiebbaren Steuerschieber vorzusehen, der mit deutlicher Zwischenentlastung in einen Speicher über Steuerkanten die jeweils gewünschten Verbindungen zur Vor-und Haupteinspritzung herstellt. Auch hier wird die Voreinspritzung von der Fördermenge der auch die Haupteinspritzmenge liefernden Einspritzpumpe abgezweigt, so daß die Genauigkeit der Mengensteuerung für die Haupteinspritzmenge eine negative Beeinflussung erfährt.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demge genüber den Vorteil, daß die Haupteinspritzung in einem präzise vorgebbaren Abstand zur Voreinspritzung erfolgt, der beliebig einstellbar ist. Da der von der Hochdruck-Einspritzpumpe aufgebaute Förderdruck anfänglich ausschließlich der Voreinspritzung dient, ausschließlich die Druckseite des Voreinspritzkolbens beaufschlagt und keine Druckteilung, wie sonst üblich, von Anfang an erfolgt, ist es durch die Erfindung möglich, sowohl den Zeitpunkt des Beginns der Voreinspritzung als auch die Voreinspritzmenge - in üblicher Weise durch Vorgabe des Voreinspritzkolbenhubs - , anschließend den genauen Spritzabstand zwischen Voreinspritzung und Hauptein- . spritzung sowie, bezogen auf die insgesamt geförderte Kraftstoffmenge, die Haupteinspritzmenge vorzugeben und dies alles in einem zeitlich bestimmbaren Raster einzuordnen.
  • Da entsprechend einem wesentlichen Merkmal vorliegender Erfindung der Zufluß des von der Hochdruck-Einspritzpumpe geförderten Kraftstoffs zu den Bauelementen, die für die Haupteinspritzung zuständig sind, überhaupt erst dann erfolgt, wenn der Voreinspritzkolben einen vorgegebenen Hub zurückgelegt hat, üblicherweise also, wenn die Voreinspritzung beendet ist, ergibt sich für die Haupteinspritzung eine hohe Einspritzgeschwindigkeit und ein entsprechend großer Druck. Die Notwendigkeit, zur Verhinderung der Haupteinspritzung während der Voreinspritzung eine Druckstufe vorzusehen, entfällt gänzlich.
  • Vorteilhaft ist es ferner, daß die beiden, zur Realisierung vorliegender Erfindung vorgesehenen Kolben, nämlich Voreinspritzkolben und der den Spritzabstand durch seine Einstelldaten vorgebende Speicherkolben in zeitlicher Aufeinanderfolge vom Förderdruck der Hochdruck-Einspritzpumpe betätigt werden.
  • Schließlich ergibt sich ein besonderer Vorteil noch dadurch, daß-bei ausschließlichem Voreinspritzbetrieb, wenn also der Kraftstoff für die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung aus der gleichen Quelle stammen - im Gegensatz zum Zweistoffbetrieb - die Befüllung des Voreinspritzelementes aus dem im Haupteinspritzbereich gespeicherten Kraftstoffvolumen erfolgen kann.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die achsparallele Versetzung des Voreinspritzkolbens zum Speicherkolben für die Haupteinspritzung und die sich hierdurch ergebende Möglichkeit., durch Anordnung eines einfachen, durch die Bewegung des Voreinspritzkolbens selbst aufgesteuerten Druckkanals im gemeinsamen Gehäuse den von der Hochdruck-Einspritzpumpe geförderten Kraftstoff nach Beendigung der Voreinspritzung jetzt demBereich der Haupteinspritzung zuzuführen; es erfolgt insoweit auch keine Druckteilung, sondern eine Druckweiterleitung, wobei beide Systeme (Bereich Voreinspritzung und Bereich Haupteinspritzung) immer vom vollen Druck beaufschlagt sind, so daß die bei üblicher Druckteilung sonst vorhandenen, längeren Verbindungs- und Druckleitungen und deren dynamisches Verhalten, auch in Abhängigkeit zu Last und Drehzahl, nicht berücksichtigt zu werden brauchen.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine erste, auch für die Anwendung im Zweistoffbetrieb geeignete Ausführungsform der Erfindung in grob schematisierter Darstellung und Fig. 2 die hydraulisch angetriebene Voreinspritz-Hilfspumpe, die auch Teilelemente für die Haupteinspritzung enthält, entsprechend Fig. 1, im Querschnitt; Fig. 3 zeigt eine zweite, für die Anwendung im Zweistoffbetrieb nicht geeignete, in weiten Bereichen mit der Ausführungsform der Fig. 1 übereinstimmende schematische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, bei der im Bereich der Haupteinspritzung gespeichertes Kraftstoffvolumen zur Befüllung des Voreinspritzelements verwendet werden kann und Fig. 4 im Schnitt die hydraulische Voreinspritz-Hilfspumpe aus Fig. 3, ebenfalls im Querschnitt.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, für die Bereiche Voreinspritzung und Haupteinspritzung getrennte, vom Förderdruck einer Hochdruck-Einspritzpumpe bewegte Kolben in Form eines Voreinspritzkolbens und eines Haupteinspritz-Speicherkolbens zu verwenden, wobei der Voreinspritzkolben durch seine Bewegung mindestens mittelbar die spätere Zuführung des von der Hochdruck-Einspritzpumpe mit hohem Druck geförderten Kraftstoff zum Bereich der Haupteinspritzung steuert, so daß als Folge dieser Maßnahme anfänglich der gesamte Förderdruck der Hochdruck-Einspritzpumpe dem Voreinspritzkolben und seiner Hubbewegung zugute kommt.
  • In Fig. 1 ist die Hochdruck-Einspritzpumpe allgemein mit 10 bezeichnet; sie ist in ihrem Ablauf von einer Nockenwelle 11 gesteuert und im übrigen von allgemein bekannter Ausführungsform, so daß hierauf nicht weiter eingegangen zu werden braucht. Das von der Hochdruck-Einspritzpumpe 10 über eine Druckleitung 12, in welche zur Gleichdruck-Entlastung zwei parallel geschaltete, jedoch gegenläufig öffnende Rückschlagventile 13 eingeschaltet sind, bei jedem Hub des Pumpenkolbens 10a geförderte Kraftstoffvolumen wird dieser von einer Niederdruck-Förderpumpe 14 über eine Förderleitung 15 zugeführt. Über eine weiterführende Verbindungsleitung 15a gelangt der gleiche, von der Niederdruck-Förderpumpe 14 geförderte Kraftstoff auch in den Bereich der Voreinspritzung. Diese Verbindungsleitung 15a entfällt jedoch bei Anwendung vorliegender Erfindung auf den Zweistoffbetrieb, bei welchem der Brennkraftmaschine beispielsweise über eine Voreinspritzdüse zunächst Zündkraftstoff und anschließend im Verlauf der Haupteinspritzung über eine Haupteinspritzdüse zündunwilliger Kraftstoff zugeführt wird, und wird ersetzt durch eine separate Druckleitung 15'. die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist und über welche von einer in diesem Fall dann vorgesehenen zweiten Niederdruck-Förderpumpe 14" aus einem separaten Tank 16 Zündkraftstoff zugeführt wird.
  • In Fig. 1 ist die Voreinspritzdüse mit 17, die Haupteinspritzdüse mit 18 und die hydraulische, vom Förderdruck der Hochdruck-Einspritzpumpe angetriebene Hilfspumpe mit 19 bezeichnet; Rücklaufleitungen in einen Tank 21, aus dem die erste Niederdruck-Förderpumpe 14 ihren Kraftstoff entnimmt, tragen das Bezugszeichen 20. Bei Anwendung auf den Zweistoffbetrieb ist für die Voreinspritzdüse eine separate Rücklaufleitung 20' vom Rücklauf der Voreinspritzdüse 17 in den anderen Tank 16 selbstverständlich noch vorgesehen. Dabei entfällt der zwischen zwei Schnittstellen Sl liegende Teil der Verbindungsleitung 15a, und die an die Voreinspritzdüse 17 angeschlossene Rücklaufleitung 20 ist an der Schnittstelle S2 getrennt.
  • Im Gehäuse 22 der hydraulischen Voreinspritz-Hilfspumpe 19 sind zwei Systeme in räumlicher Zuordnung, vorzugsweise nebeneinander achsparallel versetzt . angeordnet, die in ihrem Funktionsablauf zeitlich hintereinandergeschaltet sind. Es handelt sich um ein erstes System 23, zuständig für die Voreinspritzung und ein zweites System 24, zuständig für die Haupteinspritzung. Wie aus dem in Fig. 2 in größerem Detail gezeigten Darstellung erkennbar, umfaßt das Voreinspritzsystem 23 einen Kolben 25 für Voreinspritzung, der in einer abgestuften Bohrung 26 des Gehäuses 22 gleitverschieblich gelagert ist. Die Druckseite des Kolbens 25 ist abgeschlossen von einem Druckanschluß 27, der mit der von der Hochdruck-Förderpumpe 10 kommenden Druckleitung 12 verbunden ist. Der Kolben 25 erstreckt sich mit einem Federteller 28 in einen erweiterten Arbeitsraum 29, in welchem auch eine Vorspannungsfeder 30,als Druckfeder ausgebildet, angeordnet ist, die den Kolben an seinen in der Darstellung der Fig. 2 linksseitigen Anschlag drückt. Der Kolben 25 kann über den Federteller 28 hinaus eine Verlängerung 31 aufweisen, die eine Drosselstelle 32 enthält, die Teil einer Kolbenlängsbohrung 33 ist, die den Arbeitsraum 29 mit einer in eine Ringnut 34 am Kolben einmündende Querbohrung 35 verbindet. Der Zuflußanschluß für den Niederdruck-Förderpumpenzulauf ist mit 36 bezeichnet. Die aus dem Arbeitsraum 29 des Voreinspritzkolbens 25 verdrängte Voreinspritzmenge fließt über einen Druckanschluß 37 zur Voreinspritzdüse 17 (Fig. 1).
  • In der in Fig. 2 dargestellten Ausgangsposition des Voreinspritzkolbens 25 (Anschlag links, bewirkt durch die Anlage beispielsweise des Federtellers 28 an einer durch die Stufenbohrung 26 gebildeten Schulter 28a oder durch Anlage einer Druckfläche des Kolbens am eingeschraubten Druckanschluß 27) überdeckt und sperrt daher der Voreinspritzkolben 25 selbst einen im Sinne einer späteren Druckteilung zum Haupteinspritzsystem 24 weiterführenden, inneren Druckkanal 38, der von'einer Querbohrung bzw. von einem Querkanal gebildet ist.
  • Das Haupteinspritzsystem 24 umfaßt einen in einer Bohrung 39 gleitverschieblich gelagerten Speicherkolben 40, der in seine in der Zeichenebene rechte Ausgangsposition von einer. Druckfeder 41 gepreßt ist, die an der Kolbenrückfläche anliegt und sich im weiterführenden Bohrungsgrund einer Gewindehülse 42 abstützt, welche ihrerseits in einen im Durchmesser erweiterten und ein Innengewinde aufweisenden Teilbereich 43 der Bohrung 39 eingeschraubt ist. Durch eine Innenbohrung 44 mit Gewinde in der Gewindehülse erstreckt sich eine Einstellschraube 45, so daß durch stärkeres oder schwächeres Einschrauben der Einstellschraube 45 der Abstand ihres inneren Endes zum Kolbenende und damit der vom Speicherkolben 40 bei Einwirken des Förderdrucks der Hochdruck-Einspritzpumpe zurückgelegte Hub eingestellt werden kann. Fixiert werden Gewindehülse 42 und Einstellschraube 45 mit Hilfe von entsprechenden Kontermuttern -46 und 47.
  • Eine weitere Druckleitung 48 verbindet den vom Bohrungsgrund der Bohrung 39 gebildeten Arbeitsraum 39a des Speicherkolbens 40 mit dem in der Zeichnung nicht dargestellten Druckanschluß für die Haupteinspritzung, der in das bei 49 gezeigte Anschluß gewinde eingeschraubt wird.
  • Unter Zugrundelegung des soeben beschriebenen, mechanischen Aufbaus ergibt sich dann folgende.Funktion. Die von der Hochdruck-Einspritzpumpe 10 geförderte Kraftstoffmenge drückt zunächst den Voreinspritzkolben 25, und zwar ausschließlich diesen, da sie lediglich auf diesen einwirken kann, gegen die Federkraft seiner Vorspannungsfeder 30 in der Zeichenebene nach rechts und bewirkt die Verdrängung einer vorgegebenen konstruktiv festlegbaren Voreinspritzmenge aus dem Arbeitsraum 29 zur Voreinspritzdüse 17. Die Voreinspritzung beginnt in dem Moment, in welchem ein sich an die Ringnut 34 anschließender Steg 50 am Voreinspritzkolben 25 eine Zulaufbohrung 36a von der Niederdruck-Förderpumpe 14 überdeckt und dauert mit fortschreitendem Hub des Voreinspritzkolbens 25 so lange an, bis der Steg 50 die Bohrung wieder freigibt, so daß sich über die Ringnut 34 eine Entlastung des Arbeitsraums 39a ergibt. Aufgrund dieser Aufsteuerung durch den Voreinspritzkolben 25 selbst ergibt sich eine bestimmte Voreinspritzmenge QVE. Während des Hubs des Voreinspritzkolbens 25, vorzugsweise nach der Aufsteuerung bzw. nach Spritzende der Voreinspritzung wird vom angetriebenen Voreinspritzkolben 25 der Druckkanal 28 als Verbindungsbohrung zwischen den beiden Systemen 23und 24 freigegeben. Der Speicherkolben 40 übernimmt nunmehr eine Mengenspeicherung der von der Hochdruck-Förderpumpe 10 geförderten Kraftstoffmenge, indem er gegen den auf ihn einwirkenden Federdruck seinen Hub bis zum Auflaufen auf den von der Einstellschraube 45 gebildeten Anschlag durchführt. Erst dann steigt der Druck zur Haupteinspritzdüse 18 entsprechend an und die Haupteinspritzung beginnt. Das Auflaufen des Speicherkolbens 40 auf den Anschlag und die hierdurch aufgenommene Kraftstoffmenge sorgt somit für den erforderlichen Spritzabstand (beispielsweise 7 bis 8° NW) während welchem die Hochdruck-Einspritzpumpe 10 als Haupteinspritzpumpe weiter fördert. Nach Beendigung der Haupteinspritzung (Aufsteuern der Hochdruck-Einspritzpumpe) wird die insgesamt gespeicherte Kraftstoffmenge durch'die Rückstellfedern 41 und 30 beider Systeme dann entweder in die Haupteinspritzpumpe 10 zurückgedrückt; sie kann aber auch als Füllungsmenge für die Voreinspritzung verwendet werden, was weiter unten anhand der Darstellung der Fig. 3 und 4 erläutert wird. Da anfänglich der volle Druck des von der Hochdruck-Einspritzpumpe geförderten Kraftstoffs ausschließlich auf den Voreinspritzkolben 25 einwirkt, ist eine Druckübersetzung im Bereich . der Voreinspritzung entbehrlich; dennoch wird durch die durch die Erfindung getroffene Anordnung ein großes Schluckvolumen sichergestellt, welches durch die Position der Einstellschraube 45 beliebig variierbar ist im Sinne eines veränderbaren Spritzabstands. Die Drossel 32 im Längskanal 33 des Voreinspritzkolbens 25 ist zweckmäßigerweise nicht zu eng gewählt, um die unmittelbare Entlastung des Arbeitsraums 29 beim Überlaufhub sicherzustellen.
  • Da das in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel wesentliche Komponenten und Funktionsmerkmale des ersten Ausführungsbeispiels identisch übernimmt, sind solche identischen Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und es wird im folgenden auch nur auf die jeweiligen Unterschiede genauer eingegangen. Geringfügig abweichende Teile sind gleich bezeichnet und mit Indexstrichen versehen.
  • Die Ausführungsform der Fig. 3 und 4 ist für die Verwendung beim Zweistoffbetrieb nicht geeignet; es ist nur eine einzige Druckleitung 12 vorgesehen, die von der Hochdruck-Förderpumpe 10 zur hydraulischen Hilfspumpe 19" führt. Eine gesonderte Niederdruck-Versorgungsleitung von der hier nur noch die Hochdruck-Einspritzpumpe versorgenden Niederdruck-Förderpumpe 14 zur Hilfspumpe 19" ist entbehrlich. Es ist lediglich eine über ein Rückschlagventil 51 abgesicherte Lecköl-Rückflußleitung 52 vom Voreinspritzsystem 23" etwa bis zum Lecköl-Anschluß an die Rücklaufleitung 20" der Voreinspritzdüse 17 erforderlich, da als Füllungsmenge für die Voreinspritzung'die gespeicherte Kraftstoffmenge verwendet wird, die der Speicherkolben 40 des Haupteinspritzsystems 24" nach dem Förderhub der Hochdruck-Einspritzpumpe 10 aus seinem Arbeitsraum 39a verdrängt. Zu diesem Zweck ist eine zusätzliche Querverbindung 54 zurück vom Haupteinspritzsystem 24" zum Voreinspritzsystem 23" vorgesehen, die einen Abzweig vom Druckauslaßkanal 48 des Haupteinspritzsystems 24" mit einer geeigneten Einmündungsstelle in der Kolbenführung für den Voreinspritzkolben 25 verbindet, so daß in der Ausgangsposition vor dem Förderhub der Hochdruck-Einspritzpumpe 10 das Voreinspritzsystem 23" die entsprechende Kraftstoffmenge aufnehmen und seinem Arbeitsraum 29 zuführen kann.
  • Bei der detaillierten Darstellung der Fig. 4 ist dieser Verbindungskanal 54 so dargestellt, daß er in der Ausgangsposition des Voreinspritzkolbens 25 im Bereich der Ringnut 34 einmündet. Axial zum Arbeitsraum 29 hin versetzt ist die mit dem Rückschlagventil 51 versehene Lecköl-Rückflußleitung 52 an die Kolbenführung für den Voreinspritzkolben 25 angeschlossen. Das vom Speicherkolben 40 des Haupteinspritzsystems 24" verdrängte Kraftstoffvolumen gelangt daher über die Quer- und Längbohrungen 35, 33 im Kolben 25 in den Arbeitsraum 29, wobei die Aufsteuerung zur Bestimmung der Voreinspritzmenge entweder durch die Verbindung der Lecköl-Rückflußleitung 52 über die Ringnut 34" mit Querbohrung 35" zum Kolbenlängskanal 33 und Arbeitsraum 29 vorgenommen werden kann, oder dadurch, daß der Voreinspritzkolben 25, nachdem er den ersten Verbindungskanal 38 aufgesteuert hat, an einem Anschlag 53 aufläuft. Die restlichen Elemente der in Fig. 4 gezeigten Hilfspumpe entsprechen der Darstellung der Fig. 2 nach Funktion und Wirkung, so daß diese nicht weiter erläutert und auch nicht mit Bezugszeichen versehen zu werden brauchen.
  • Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden. Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (8)

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselbrennkraftmaschinen, mit einer von einer Hochdruck-Einspritzpumpe (10) mit einer Haupteinspritzmenge versorgten Haupteinspritzdüse (18) und einer hydraulischen, vom Förderdruck der Hochdruck-Einspritzpumpe angetriebenen Voreinspritz-Hilfspumpe (19, 19'), die einen Voreinspritzkolben (25) und einen diesem vorgelagerten Arbeitsraum (29), enthält, aus welchem die Voreinspritzmenge zu einer Voreinspritzdüse (17) verdrängt wird, ferner mit Mitteln zur Nutzhubeinstellung des Voreinspritzkolbens (25) und damit Vorgabe der Voreinspritzmenge (QVE), dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig vom Voreinspritzkolben (25) und mechanisch vcn diesem getrennt ein Speicherkolben (40) für die Bestimmung eines vorgebbaren Spritzabstandes zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung vorgesehen ist und daß der Voreinspritzkolben (25) so angeordnet und gelagert ist, daß unter Vermeidung einer anfänglichen Druckteilung der von der Hochdruck-Einspritzpumpe (10) erzeugte Förderdruck ausschließlich auf den Voreinspritzkolben (25) einwirkt und erst durch dessen Hubbewegung nachfolgend einenDrückkanal (38)zum Speicherkolben (40) freigibt.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeitsraum (29) des Voreinspritzkolbens (25) Kraftstoff von einer Niederdruck-Förderpumpe (14) gesondert zugeführt ist, die auch der Hochdruck-Einspritzpumpe (10) Kraftstoff zuführt oder daß für den Zweistoffbetrieb eine weitere Niederdruckpumpe (14") vorgesehen ist, die unter- 'schiedlichen Kraftstoff (Zündkraftstoff) dem Arbeitsraum des Voreinspritzkolbens zuführt.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Voreinspritzkolben (25) und der unter dem Förderdruck der Hochdruck-Einspritzpumpe (10) vor Einspritzbeginn der Haupteinspritzung bis auf einen einstellbaren Anschlag (45) unter Aufnahme eines vorgebbaren Schluckvolumens zurückweichende Speicherkolben (40) (Vorgabe des. Spritzabstandes zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung) achsparallel zueinander versetzt im gleichen Gehäuse (22) angeordnet sind.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckkanal ein erster, in der Ausgangsposition des Voreinspritzkolbens (25) von diesem zunächst verdeckter und daher abgesperrter Querkanal (38)zum dem Speicherkolben (40) vorgelagerten Arbeitsraum (39a) vorgesehen.ist, der dann freigegeben wird, wenn der Speicherkolben (25) seinen Arbeitshub zur Verdrängung der Voreinspritzmenge zurückgelegt hat.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,. daß zur Bestimmung der Voreinspritzmenge eine Ringnut (34) am Voreinspritzkolben (25) vorgesehen ist, die nach vorgegebenem Hub den Arbeit sraum (29) durch Aufsteuerung in einen Niederdruck-Förderpumpenzulauf oder Leckölanschluß entlastet.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einstellmittel (45) zur Hubbegrenzung des Speicherkolbens (40) zur Einstellung des gewünschten Spritzab standes zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung vorgesehen sind.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel für den Spritzabstand eine in einer Gewindehülse (42) gelagerte Einstellschraube (45) ist, deren Abstand zur Speicherkolbenrückseite verstellbar ist.
8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Querkanal (54) vorgesehen ist, der den Arbeitsraum (39a) des Speicherkolbens (40) mindestens indirekt mit dem Arbeitsraum (29) des Voreinspritzkolbens (25) verbindert, derart, daß die durch das Zurückweichen des Speicherkolbens (40) gespeicherte Kraftstoffmenge die Füllungsmenge für die Voreinspritzung beim nächsten Hub bildet.
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