EP0259708A2 - Einspritzverfahren und -vorrichtung für selbstzündende Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0259708A2
EP0259708A2 EP87112454A EP87112454A EP0259708A2 EP 0259708 A2 EP0259708 A2 EP 0259708A2 EP 87112454 A EP87112454 A EP 87112454A EP 87112454 A EP87112454 A EP 87112454A EP 0259708 A2 EP0259708 A2 EP 0259708A2
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EP
European Patent Office
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pressure
injection
pressure pump
fuel
pump
Prior art date
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EP87112454A
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EP0259708B1 (de
EP0259708A3 (en
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Onno Dr.-Ing. Syassen
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Caterpillar Energy Solutions GmbH
Original Assignee
Motoren Werke Mannheim AG
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Publication date
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Publication of EP0259708A3 publication Critical patent/EP0259708A3/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
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/16—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps characterised by having multi-stage compression of fuel
    • 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
    • F02M39/00—Arrangements of fuel-injection apparatus with respect to engines; Pump drives adapted to such arrangements
    • F02M39/005—Arrangements of fuel feed-pumps with respect to fuel injection apparatus
    • 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
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/04—Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • the mixture is only prepared in the combustion chamber shortly before or at the start of the work cycle.
  • the processing of the injected fuel droplets takes a certain amount of time, given the state of the compressed combustion air enclosed in the combustion chamber, while the fuel supply continues via the injection.
  • the start of the ignition of the first droplets has the result that the amount of fuel that has already been injected ("pre-injection amount") is processed and ignited very quickly and therefore burns "suddenly".
  • pre-injection amount the amount of fuel that has already been injected
  • the sudden combustion which is associated with a rapid increase in combustion pressure in relation to the crankshaft angle, is a major cause of the typical, hard diesel noise.
  • a proposal that has been known for a long time is to interrupt the injection shortly after it has started in order to wait for the self-ignition of the - small - pre-injection quantity and only then to inject the main injection quantity into the already burning pre-injection quantity of the fuel.
  • this process is technically difficult, cumbersome and complex, since in its original form it requires an additional second complete injection system and a second control system that optimizes the injection time and quantity allocation depending on the load and speed.
  • this design has the disadvantage that the small amount of pre-injection is injected when the pressure begins to rise after the spray pressure has been exceeded. This means that the pre-injection takes place at a still relatively low injection pressure level via the relatively wide injection nozzle cross sections of the injection nozzles designed for the main quantity to be injected.
  • the fuel atomization is only moderately fine and relatively inexact.
  • the overall injection process becomes relatively strong because of the need to build up pressure twice and the injection interruption elongated. As a result, the combustion is unsatisfactory in terms of quality and efficiency.
  • the quality of the atomization can basically be significantly improved by increasing the injection pressure.
  • This general trend which is also known, is essentially limited by the technical problems associated with the generation of high individual pressure surges. The phases of pressure build-up before the start and the pressure drop at the end of the injection remain unsatisfactory.
  • the object of the invention is to reduce the noise emission of a self-igniting internal combustion engine, the combustion in the internal combustion engine also to be improved in terms of quality, emissions and efficiency.
  • the admission pressure generated by the admission pressure pump is at least 10 bar and the ratio of high pressure to admission pressure is limited to the maximum value of 80. If the boundary conditions with regard to the spray pressure remain unchanged, the pressure build-up time reduced to a fraction of the original time. Using the max. permissible 80-fold pressure increase, the injection time pressure is increased to at least 800 bar.
  • the two complementary measures ensure that: - A finer atomization of the injection jets is achieved by increasing the spray pressure.
  • pre-injection phase This is particularly advantageous for the pre-injection phase; - well atomized smallest pre-injection quantities can be achieved to achieve a low combustion noise; the total injection time is reduced to a relatively short total time period required to achieve good conversion efficiency from the start of the pre-injection to the end of the main injection; - The distance between pre-injection and main injection can be reduced by the faster and better mixture preparation and the faster ignition due to the finer atomization; - The minimum distance between the pre-injection and the main injection can be achieved by shortening the pressure build-up and pressure reduction phases by reducing the pressure difference between the spray pressure and the pre-pressure.
  • the pressure reduction (at the end of the pre-injection) and the pressure rebuilding at the start of the main injection in the known injection process takes too much time for an optimal two-stage injection process; If the overall injection level is high, one may not be able to close exactly by closing Sufficient pre-injection of the injection nozzle needle at a lower than the main injection pressure level (but naturally at least equal to the pre-pressure level) is sufficient; - A reduction in exhaust gas emissions (in particular NOx ) is achieved by the possibility of delaying the start of injection with a relatively short total injection time (due to the high injection rate), in order to reduce the maximum pressure and the maximum temperature of the combustion process which promotes NOx formation.
  • a reduction in the exhaust gas emission (NO x ) is made possible by a late start of injection, this being made possible by a reduction in the total injection time due to a high injection rate due to the high mean injection pressure without an unacceptable deterioration in efficiency; - An improvement of the operating behavior in the lowest speed range and an expansion of the idle speed range to lower idle speeds is made possible; - The start and run-up behavior of the internal combustion engine is improved with reduced HC emissions.
  • the fuel of the pre-injection and the main injection is preferably injected into the combustion chamber of each cylinder via an injection nozzle which is supplied with fuel by a high-pressure pump.
  • a high-pressure pump it may also be advantageous to accept two completely separate injection systems or one high while accepting the higher construction costs per cylinder pressure pump and two injection nozzles.
  • the idea of the invention to supply the high pressure pump (s) with high admission pressure can also be used there in the same way.
  • the upstream pressure generated by the upstream pressure pump is preferably at least 100 bar. Such a pre-pressure enables the shortest remaining pressure build-up times to be achieved until the spray pressure or the highest injection pressure is reached. In addition, injection pressures of 1000 bar and more are made possible with such a raised upstream pressure at a very low pressure ratio: "high pressure upstream pressure" and correspondingly low pressure surges.
  • the admission pressure pump is designed to generate a pressure of one hundred bar and more, but at least ten bar.
  • the admission pressure pump is advantageously designed as a structural unit together with the high pressure pump.
  • a back pressure pump supplies fuel to a high pressure pump.
  • the supply of fuel from the admission pressure pump to the high pressure pump is unproblematic and the high pressure-resistant connecting lines, which are necessary when the admission pressure pump is installed separately, are eliminated.
  • a similarly favorable attachment also results for block pumps in which the high-pressure pumps for the individual cylinders are combined in one housing unit. The same applies to so-called distributor pumps.
  • the situation can be different with single injection pumps. Under certain circumstances, the use of only one (or two for V-machines) form pressure pump (s) and form pressure systems is advantageous.
  • block pumps and distributor pumps require appropriate high-pressure-resistant connecting lines between the pre-pressure pump and the single injection pumps because of the spatial separation of the individual injection pumps.
  • At least one high-pressure reservoir can be connected between the admission pressure pump and the high-pressure pump, the high pressure being generated mechanically, hydraulically or pneumatically in the high-pressure reservoir independently of the admission pressure pump.
  • the pre-pressure pump only takes over the fuel supply to the high-pressure reservoir, while the high pressure in the reservoir is generated by an independent mechanical, hydraulic or pneumatic pressure system.
  • high-pressure storage tanks in the injection system. These can then be pressurized independently of one another by pressure systems.
  • Internal combustion engines provided with such a high-pressure storage container are preferably used in all vehicles and (construction) machines in which a hydraulic or pneumatic pressure system is required anyway, as is the case, for example, with agricultural vehicles and excavators.
  • the existing pressure system for generating the high pressure in the high-pressure reservoir need only be tapped in a correspondingly controlled manner.
  • a reservoir can be arranged in terms of flow between the upstream pressure pump and the high pressure pump. It is thereby achieved that pressure fluctuations in the fuel originating from the admission pressure pump are reduced.
  • a pressure control valve is further arranged on the accumulator or in the flow connection between the upstream pressure pump and the high pressure pump, which regulates the pressure prevailing in the accumulator to predeterminable values.
  • the control valve can be designed as an adjustable pressure relief valve that the amount of fuel to be discharged leads via a line, for example, to the suction side of the admission pressure pump. This device ensures that the form is kept at a constant pressure level.
  • check valves are advantageously used in the supply and discharge lines in and out of the memory.
  • the check valves ensure that the predetermined fuel pressure is retained in the memory even when the internal combustion engine is at a standstill.
  • the high-pressure pump is immediately available with fuel under pressure, which, for example, facilitates and accelerates the start-up and run-up process of the internal combustion engine.
  • the delivery rate of the form pump is variable.
  • the delivery rate of the admission pressure pump can be changed directly depending on the admission pressure or can be regulated in another embodiment depending on the pressure prevailing in the accumulator. With such a device, it is possible to adapt the delivery rate of the admission pressure pump to the need of the high pressure pump at any time.
  • the delivery rate is regulated, for example, by changing the speed of the admission pressure pump, this method is e.g. B. applicable to a gear pump.
  • the delivery rate can be adjusted by changing the piston stroke in a reciprocating piston pump used as a primary pressure pump.
  • the internal combustion engine 1 shown schematically in the drawing has a crankcase 2, a plurality of cylinders 3 and a cylinder head 4.
  • the cylinder head 4 can also be divided into several individual cylinder heads divided according to the number of cylinders.
  • the subject matter of the invention is independent of the number of cylinders 3, i.e. the internal combustion engine 1 can also be designed as, for example, a one, two or four cylinder in-line or V internal combustion engine.
  • injection nozzles 5 are installed in nozzle holders.
  • an additional interruption element in the form of a pressure interrupter or an escape piston (AWK nozzle holder) or, for example, a second, vertically offset control bore is built into the injection pump in the injection nozzles or in the nozzle holder 5.
  • ANK nozzle holder escape piston
  • the injection process can be easily divided into a pre-injection and a main injection without the use of additional injection nozzles, injection lines or injection pumps.
  • the pre-injection and main injection can of course also be carried out in a different way, as described above.
  • the high-pressure pumps 6 are designed as ram pumps and combined to form a series block pump (or distributor pump).
  • the outlet openings of the high-pressure pumps 6 are connected to the nozzle holders 5 by means of injection lines 7.
  • the pistons of the high-pressure pumps 6 are moved by a camshaft 8, which is arranged in the housing of the high-pressure pumps 6.
  • the camshaft 8 is driven by the crankshaft 9 of the internal combustion engine 1 via a corresponding gear 10.
  • a delivery start adjuster 11 is connected upstream of the high-pressure pumps 6, with which the start of delivery of the high-pressure pumps 6 can be adjusted depending on, for example, the speed of the internal combustion engine 1.
  • a pre-pressure pump 12 and a store 13 are integrated in the housing of the high-pressure pumps 6.
  • fuel reaches the form pressure pump 12 from a storage container via, if necessary, intermediate fuel filters and is brought to a pressure of at least 100 bar by the latter.
  • the fuel under this pressure is fed into a reservoir 13, which in turn is connected to the high-pressure pumps 6. Pressure fluctuations caused by the admission pressure pump 12 are largely eliminated in the memory. Furthermore, check valves are used in the inflow and outflow of the accumulator 13, which ensure that the pre-pressure of the fuel in the accumulator 13 is maintained when the internal combustion engine is at a standstill. From the reservoir 13, the fuel reaches the high-pressure pumps 6, which increase the pressure of the fuel to the desired pressure.
  • the fuel under pressure is supplied via the injection lines 7 to the injection nozzles arranged in the nozzle holders 5 leads, the fuel according to the interruption organ, for example from a pressure divider or from an evasive piston in the nozzle holder 5 or in the injection nozzle, graduated pilot bores in the stamp guide or the like. exists, injected into the combustion chamber of the internal combustion engine 1 in a pre-injection and a main injection. Relative pre-injection quantity and time interval to the main injection can be freely selected. If necessary, they can be very small.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in zumindest einen Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine (1) vorgestellt, wobei der Einspritzvorgang in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung aufgeteilt ist. Dabei soll die Gesamteinspritzdauer trotz der Doppel-Einspritzung relativ kurz sein. Dazu wird der von einer Vordruckpumpe (12) erzeugte Vordruck auf mindestens zehn bar festgelegt und das Verhältnis von Hochdruck und Vordruck auf einen Wert kleiner als achzig begrenzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bekanntermaßen erfolgt beim Diesel-Verfahren die Gemisch­aufbereitung erst im Brennraum kurz vor bzw. bei Beginn des Arbeitstaktes. Die Aufbereitung der eingespritzten Kraftstofftröpfchen benötigt bei dem gegebenen Zustand der im Brennraum eingeschlossenen komprimierten Verbrennungs­luft eine gewisse Zeitspanne, während die Kraftstoffzufuhr über die Einspritzung weitergeht. Der Beginn der Zündung der ersten Tröpfchen hat zur Folge, daß die inzwischen be­reits eingespritzte Kraftstoffmenge ("Voreinspritmenge") sehr schnell aufbereitet und entzündet wird und deshalb "schlagartig" verbrennt. Die schlagartige Verbrennung, die mit einem schnellen Verbrennungsdruckanstieg bezogen auf den Kurbelwellenwinkel verbunden ist, stellt eine wesent­liche Ursache für das typische, harte Dieselgeräusch dar.
  • Vorschläge zu Ausführungen, die den für das harte Diesel­geräusch verantwortlichen Einspritzablauf günstiger ge­stalten, sind beispielsweise in den folgenden Formen be­kannt geworden.
  • Ein seit langem bekannter Vorschlag besteht darin, die Einspritzung kurz nach ihrem Beginn zu unterbrechen, um die Selbstentzündung der - kleinen - Voreinspritzmenge ab­zuwarten und erst dann die Haupteinspritzmenge in die be­reits brennende Voreinspritzmenge des Kraftstoffs hinein­zuspritzen. Dieses Verfahren ist aber technisch schwierig, umständlich und aufwendig, da es in seiner ursprünglichen Form ein zusätzliches zweites komplettes Einspritzsystem und ein zweites Regelsystem erfordert, das die Einspritz­zeit- und Mengenzuordnung je nach Last und Drehzahl opti­miert.
  • Weiterhin gibt es Verfahren mit nur einer Einspritzpumpe für Vor- und Haupteinpsritzung, aber mit zwei Einspritzdü­sen je Zylinder. Dabei wird zunächst eine nach der letzten Einspritzung vorgelagerte Kraftstoffteilmenge - die Vor­einspritzmenge - über ein mechanisches oder hydraulisches Druckteilersystem oder ein Druckunterbrechersystem vorab eingespritzt. Dieses Verfahren ist ebenfalls relativ auf­wendig und kostspielig wegen der erforderlichen zweiten Einspritzdüse und des Druckteilersystems. Eine optimale Zuordnung der beiden Einspritzzeiten und -mengen nach Last und Drehzahl ist nicht möglich. Darüber hinaus verursacht die Freihaltung der kleinen Voreinspritzdüse von Verkokun­gen wegen ihres vergleichweise geringen Kraftstoffdurch­satzes erhebliche Probleme. Auch ist die räumliche Anord­nung von zwei Einspritzdüsen im Zylinderkopf einer Brenn­ kraftmaschine unter Umständen problematisch, da die für die Gemischbildung optimale Lage nicht zur Verfügung steht.
  • In weiterer Entwicklung ist vorgeschlagen worden, den Kraftstoff in einer Vor- und Haupteinspritzung mit nur einer Einspritzpumpe und einer Einspritzdüse sowie einem zusätzlichen Unterbrechungsorgan, einer zweiten Absteuer­bohrung in der Einspritzpumpen-Stempelführung bzw. mit Hilfe eines AWK-Düsenhalters (AWK = Ausweichkolben) oder ähnlicher Einrichtungen einzuspritzen.
  • In prinzipiell ähnlicher Weise wird bei der gattungsge­mäßen EP-A 0024 803 Vor- und Hauptkraftstoff in den Brenn­raum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Hochdruck­pumpe wird von einer Vordruckpumpe mit Kraftstoff ver­sorgt, wobei der von der Vordruckpumpe erzeugte Kraft­stoffdruck maximal 2,5 bar beträgt. Um den Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, erhöht die Hochdruckpumpe den Kraftstoffdruck auf den geforderten Einspritzdruck, der üblicherweise im Bereich von ca. 700 bar bei einem Ein­spritzdüsenöffnungsdruck von ca. 300 bar liegt. Demzufolge ergibt sich ein Druckverhältnis von Hochdruck zu Vordruck im Bereich von etwa 280.
  • Diese Ausbildung hat aber den Nachteil, daß die kleine Voreinspritzmenge bereits bei beginnendem Druckanstieg nach Überschreiten des Abspritzdruckes eingespritzt wird. Das heißt, die Voreinspritzung erfolgt bei noch relativ geringem Einspritzdruckniveau über die relativ weiten Ein­spritzdüsenquerschnitte der auf die einzuspritzende Haupt­menge ausgelegten Einspitzdüsen. Die Kraftstoffzerstäubung ist dabei nur mäßig fein und relativ unexakt. Der Gesamt­einspritzvorgang wird wegen des erforderlichen zweimaligen Druckaufbaus und der Einspritzunterbrechung relativ stark in die Länge gezogen. Die Verbrennung ist infolgedessen qualitäts- und wirkungsgradmäßig unbefriedigend.
  • Die Qualität der Zerstäubung kann grundsätzlich durch Er­höhung des Einspritzdruckes wesentlich verbessert werden. Diese ebenfalls bekannte allgemeine Tendenz ist im wesent­lichen durch die technische Problematick der Erzeugung hoher Einzel-Druckstöße begrenzt. Unbefriedigend bleiben dabei die Phasen des Druckaufbaus vor Beginn und des Druckabfalls bei Ende der Einspritzung.
  • Weiterhin ist ein sogenanntes Konstantdrucksystem bekannt, bei dem der Kraftstoff in einem Speicher unter hohem Druck gehalten und über ein elektromagnetisch bzw. hydraulisch gesteuertes Einspritzventil direkt in den Brennraum einge­spritzt wird. Eine mit einem derartigen Konstantdruck­system zu realisierende Doppeleinspritzung wäre zwar im Hinblick auf den Einspritzvorgang als günstig anzusehen, ist aber wegen des hohen technischen Aufwandes und der Probleme bei der Steuerung derartig kurzer Zeiten am Ein­spritzventil derzeit technisch nur mit erheblichem Aufwand realisierbar.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Geräuchemission einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zu verringern, wobei auch die Verbrennung bei der Brennkraftmaschine quali­täts- emissions- und wirkungsgradmäßig verbessert werden soll.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der von der Vor­druckpumpe erzeugte Vordruck mindestens 10 bar beträgt und das Verhältnis von Hochdruck zu Vordruck auf den Höchst­wert von 80 begrenzt wird. Bei unveränderten Randbedingun­gen bezüglich des Abspritzdruckes wird die Druckaufbauzeit auf einem Bruchteil der ursprünglichen Zeit verringert. Unter Ansnutzung der erfindungsgemäß max. zulässigen 80-fachen Druckerhöhung wird der Einspritzzeitdruck auf mindestens 800 bar erhöht. Durch die beiden, einander ergänzenden Maßnahmen wird erreicht, daß:

    - durch die Erhöhung des Abspritzdruckes eine feinere Zerstäubung der Einspritzstrahlen erreicht wird. Dies ist insbesondere für die Voreinspritzphase vor­teilhaft;
    - gut zerstäubte kleinste Voreinspritzmengen zur Erzielung eines geringen Verbrennungsgeräusches realisierbar sind;
    - die Gesamt-Einspritzdauer auf eine zur Erzielung eines guten Umsetzungswirkungsgrades erforderliche relativ kurze Gesamt-Zeitspanne vom Beginn der Vor­einspritzung bis zum Ende der Haupteinspritzung ver­kürzt wird;
    - der Abstand zwischen Voreinspritzung und Hauptein­spritzung durch die schnellere und bessere Gemisch­aufbereitung sowie der schnelleren Zündung infolge der feineren Zerstäubung reduziert werden kann;
    - der Minimalabstand zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung durch Kürzung der Druckaufbau- ­und Druckabbauphasen mittels Verkleinerung der Druckdifferenz zwischen Abspritzdruck und Vordurck realisierbar ist. Hinzu kommt, daß der Druckabbau (am Ende der Voreinspritzung) und der Druckwieder­aufbau zu Beginn der Haupteinspritzung bei dem bekannten Einspritzverfahren (Abbau des Drucks zwi schen den Einspritzungen auf einen relativ geringen Vordruck) alleine schon zu viel Zeit für ein optimales Zweistufeneinspritzverfahren einnimmt; bei insgesamt hohem Einspritzniveau kann unter Um­ständen auch bereits eine nicht exakt durch Schlie­ ßen der Einspritzdüsennadel abgegrenzte Vorein­spritzung auf einem niedrigeren als dem Hauptein­spritzdruckniveau (aber naturgemäß mindestens gleich dem Vordruckniveau) ausreichen;

    - eine Verringerung der Abgasemission (insbesondere NOx) durch die Möglichkeit erreicht wird, den Ein­spritzbeginn bei relativ kurzer Gesamt-Einspritzzeit (inforlge der hohen Einspritzrate) später zu legen, um damit den Höchstdruck und die die NOx-Bildung fördernde Höchsttemperatur des Verbrennungs­prozesses zu vermindern.
    - alternativ eine Verringerung der Abgasemission (NOx) durch einen ebenfalls späten Einspritz­beginn ermöglicht wird, wobei dieser durch eine Reduzierung der Gesamt-Einspritzzeit durch eine hohe Einspritzrate infolge des hohen mittleren Einspritzdruckes ohne eine nicht akzeptale Wirkungs­gradverschlechterung ermöglicht wird;
    - eine Verbesserung des Betriebsverhaltens im unter sten Drehzahlbereich und eine Erweiterung des Leer laufdrehzahlbereichs zu niedrigeren Leerlauf­drehzahlen ermöglicht wird;
    - das Start- und Hochlaufverhalten der Brennkraft maschine bei verringerten HC-Emmissionen verbessert wird.
  • Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Kraftstoff der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung über eine Einspritzdüse, die von einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff beschickt wird, in den Brennraum jedes Zylin­ders eingespritzt. Es kann aber auch vorteilhaft sein, unter Inkaufnahme des höheren Bauaufwandes je Zylinder zwei komplett getrennte Einspritzsysteme oder eine Hoch­ druckpumpe und zwei Einspritzdüsen vorzusehen. Der Erfin­dungsgedanke, die Hochdruckpumpe(n) mit hohem Vordruck zu versorgen, ist auch dort in gleicher Weise anwendbar.
  • Der von der Vordruckpumpe erzeugte Vordruck beträgt vor­zugsweise mindestens 100 bar. Ein derartiger Vordruck ermöglicht die Realisierung kürzester Rest-Druckaufbau­zeiten bis zur Erreichung des Abspritz- bzw. höchsten Einspritzdruckes. Außerdem werden mit einem derartig ange­hobenen Vordruck Einspritzdrücke von 1000 bar und mehr bei einem sehr niedrigen Druckverhältnis: "Hochdruck - Vor­druck" und entsprechend geringen Druckstößen ermöglicht.
  • Zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß vorge­sehen, daß die Vordruckpumpe zur Erzeugung eines Druckes von einhundert bar und mehr, mindestens aber zehn bar ausgelegt ist.
  • Weiterhin ist die Vordruckpumpe vorteilhaft als Baueinheit zusammen mit der Hochdruckpumpe ausgebildet. Dabei ver­sorgt eine Vordruckpumpe eine Hochdruckpumpe mit Kraft­stoff. Bei dermaßen kompakt aufgebauten Pumpeneinheiten ist die Zufuhr von Kraftstoff von der Vordruckpumpe zu der Hochdruckpumpe unproblematisch und die bei einem separaten Anbau der Vordruckpumpe nötigen hochdruckfesten Verbin­dungsleitungen entfallen. Ein ähnlich günstiger Anbau ergibt sich auch bei Blockpumpen, bei denen die Hochdruck­pumpen für die einzelnen Zylinder in einer Gehäuseeinheit zusammengefaßt sind. Das Gleiche gilt für sogenannte Ver­teilerpumpen. Anders kann die Situation bei Einzel-­Einspritzpumpen sein. Hier ist unter Umständen die Verwen­dung nur einer (oder bei V-Maschinen zweier) Vordruckpum­pe(n) und Vordrucksysteme vorteilhaft. Bei einer derarti­gen Ausführung sind allerdings im Gegensatz zu Einzel-­ Hochdruck-Vordruckpumpen, Blockpumpen und Verteilerpumpen wegen der räumlichen Trennung der Einzel-Einspritzpumpen entsprechende hochdruckfeste Verbindungsleitungen zwischen Vordruckpumpe und Einzel-Einspritzpumpen nötig.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann zwischen der Vordruck­pumpe und der Hochdruckpumpe zumindest ein Hochdruckvor­ratsbehälter geschaltet sein, wobei der Hochdruck in dem Hochdruckvorratsbehälter unabhängig von der Vordruckpumpe mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch erzeugt wird. In diesem Fall übernimmt die Vordruckpumpe nur die Kraft­stoffversorgung des Hochdruckvorratsbehälters, während der Hochdruck in dem Behälter von einem unabhängigen mecha­nisch, hydraulischen oder pneumatischen Drucksystem er­zeugt wird. Eine derartige Ausbildung ist unter anderem beim Start einer Brennkraftmaschine vorteilhaft, da bei­spielsweise aus einem Luftdruckbehälter zugeführte Druck­luft schon zu Beginn des Startvorgangs den gewünschten Vordruck erzeugt. Auch wird durch eine derartige Ausbil­dung das Hochlaufverhalten der Brennkraftmaschine verbes­sert. Je nach Auslegung bzw. Gestaltung der Brennkraft­maschine kann es vorteilhaft sein, zwei oder mehr Hoch­druckvorratsbehälter in das Einspritzsystem zu inte­grieren. Diese können dann unabhängig voneinander durch Drucksysteme unter Hochdruck gesetzt werden. Bevorzugt verwendet werden mit dermaßen ausgestalteten Hochdruckvor­ratsbehältern versehene Brennkraftmaschinen bei allen Fahrzeugen und (Bau-)Maschinen, bei denen ein Hydraulik- ­oder Pneumatikdrucksystem ohnehin erforderlich ist, wie das beispielsweise bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen und Baggern der Fall ist. Hierbei braucht das vorhandene Drucksystem zur Erzeugung des Hochdrucks in dem Hochdruck­vorratsbehälter nur entsprechend gesteuert angezapft zu werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann strömungstechnisch zwischen der Vordruckpumpe und der Hochdruckpumpe ein Speicher angeordnet werden. Dadurch wird erreicht, daß von der Vordruckpumpe herrührende Druckschwankungen im Kraft­stoff abgebaut werden. Dabei ist erfindungsgemäß an dem Speicher oder in der Strömungsverbindung zwischen Vor­druckpumpe und Hochdruckpumpe weiterhin ein Druckregel­ventil angeordnet, daß den in dem Speicher herrschenden Druck auf vorgebbare Werte einregelt. Dabei kann das Re­gelventil als einstellbares Überdruckventil ausgebildet sein, daß die abzusteuernde Kraftstoffmenge über eine Leitung beispielsweise zu der Saugseite der Vordruckpumpe leitet. Durch diese Einrichtung wird erreicht, daß der Vordruck auf einem konstanten Druckniveau gehalten wird. Weiterhin sind in vorteilhafter Weise in die Zu- und Ab­führleitungen in bzw. aus dem Speicher Rückschlagventile eingesetzt. Durch die Rückschlagventile ist gewährleistet, daß der vorgegebene Kraftstoffdruck auch während des Stillstands der Brennkraftmaschine in dem Speicher erhal­ten bleibt. Somit steht beim Start der Brennkraftmaschine sofort der Hochdruckpumpe unter Vordruck stehender Kraft­stoff zur Verfügung, wodurch beispielsweise der Start- und Hochlaufvorgang der Brennkraftmaschine erleichtert und beschleunigt wird.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Fördermenge der Vordruckpumpe variabel. Dabei kann die Fördermenge der Vordruckpumpe direkt in Abhängigkeit des Vordrucks geän­dert werden oder in einer anderen Ausbildung in Abhängig­keit des in dem Speicher herrschenden Druckes geregelt werden. Mit einer derartigen Einrichtung ist es möglich, die Fördermenge der Vordruckpumpe jederzeit dem Bedarf der Hochdruckpumpe anzupassen. Geregelt wird die Fördermenge beispielsweise durch Änderung der Drehzahl der Vordruck­ pumpe, dieses Verfahren ist z. B. bei einer Zahnradpumpe anwendbar. Weiterhin kann die Fördermenge bei einer als Vordruckpumpe verwendeten Hubkolbenpumpe durch Änderungen des Kolbenhubs eingestellt werden.
  • Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Erfinung ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist.
  • Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Brennkraft­maschine 1 weist ein Kurbelgehäuse 2, mehrere Zylinder 3 und einen Zylinderkopf 4 auf. Der Zylinderkopf 4 kann auch in mehrere entsprechend der Zahl der Zylinder unterteilte Einzelzylinderköpfe aufgeteilt sind. Der Erfindungsgegen­stand ist unabhängig von der Zahl der Zylinder 3, d.h., die Brennkraftmaschine 1 kann auch als beispielsweise Ein-, Zwei- oder Vier-Zylinder-Reihen- oder V-Brennkraft­maschine ausgebildet sein.
  • In dem Zylinderkopf 4 sind entsprechend der Zahl der Zy­linder 3 in Düsenhaltern 5 eingesetzte Einspritzdüsen eingebaut. Dabei ist in die Einspritzdüsen bzw. in die Düsenhalter 5 jeweils ein zusätzliches Unterbrechungsorgan in Form eines Druckunterbrechers oder eines Ausweichkol­bens (AWK-Düsenhalter) oder z.B. eine zweite, höhenver­setzte Steuerbohrung in die Einspritzpumpe eingebaut. Durch diese Einrichtung bzw. Ausbildung läßt sich der Einspritzvorgang in einfacher Weise in eine Vor- und eine Haupteinspritzung ohne Verwendung von zusätzlichen Ein­spritzdüsen, Einspritzleitungen oder Einspritzpumpen auf­teilen. Die Vor- und Haupteinspritzung kann natürlich, wie zuvor beschrieben, auch in anderer Weise erfolgen.
  • Die Hochdruckpumpen 6 sind als Stempel-Pumpen ausgebildet und zu einer Reihen-Blockpumpe (oder Verteilerpumpe) zu­sammengefaßt. Die Austrittsöffnungen der Hochdruckpumpen 6 sind mittels Einspritzleitungen 7 mit den Düsenhaltern 5 verbunden. Bewegt werden die Stempel der Hochdruckpumpen 6 von einer Nockenwelle 8, die in dem Gehäuse der Hochdruck­pumpen 6 angeordnet ist. Die Nockenwelle 8 wird von der Kurbelwelle 9 der Brennkraftmaschine 1 über ein ent­sprechendes Getriebe 10 angetrieben. Antriebsseitig ist den Hochdruckpumpen 6 ein Förderbeginnversteller 11 vorge­schaltet, mit dem der Förderbeginn der Hochdruckpumpen 6 in Abhängigkeit von beispielsweise der Drehzahl der Brenn­kraftmaschine 1 verstellt werden kann. In Verlängerung der Hochdruckpumpen 6 ist in das Gehäuse der Hochdruckpumpen 6 eine Vordruckpumpe 12 und ein Speicher 13 integriert.
  • Über eine Einlaßleitung 14 gelangt Kraftstoff von einem Vorratsbehälter über ggfs. zwischengeschaltete Kraft­stoffilter in die Vordruckpumpe 12 und wird von dieser auf einen Druck von mindestens 100 bar gebracht.
  • Der unter diesem Druck stehende Kraftstoff wird in einen Speicher 13 geleitet, der wiederum mit den Hochdruckpumpen 6 verbunden ist. In dem Speicher werden von der Vordruck­pumpe 12 hervorgerufene Druckschwankungen weitgehend eli­miniert. Weiterhin sind in den Zufluß und den Abfluß des Speichers 13 Rückschlagventile eingesetzt, die dafür sor­gen, daß bei Stillstand der Brennkraftmaschine der Vor­druck des Kraftstoffs in dem Speicher 13 aufrechterhalten wird. Von dem Speicher 13 gelangt der Kraftstoff zu den Hochdruckpumpen 6, die den Druck des Kraftstoffs auf den gewünschten Druck erhöhen. Der dermaßen unter Druck stehende Kraftstoff wird über die Einspritzleitungen 7 den in den Düsenhaltern 5 angeordneten Einspritzdüsen zuge­ führt, die den Kraftstoff zufolge des Unterbrechungs­organs, das z.B. aus einem Druckteiler oder aus einem Ausweichkolben im Düsenhalter 5 bzw. in der Einspritzdüse, gestuften Absteuerbohrungen in der Stempelführung o.ä. besteht, in einer Vor- und einer Haupteinspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt. Relative Voreinspritzmenge und Zeitabstand zur Haupteinspritzung sind dabei frei wählbar. Sie können ggf. sehr klein sein.

Claims (9)

1. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine (1), wobei der Einspritzvorgang in eine Voreinspritzung und ei­ne Haupteinspritzung unterteilt ist und der Kraftstoff der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung vorzugsweise über eine gemeinsame Einspritzdüse in den Brennraum einge­spritzt wird und wobei der Kraftstoff der Einspritzdüse unter Hochdruck von einer Hochdruckpumpe (6) zugeführt wird und die Hockdruckpumpe (6) von einer Vordruckpumpe (12) mit unter Vordruck stehendem Kraftstoff versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Hockdruck zu Vordruck kleiner als achzig ist und der Vordruck minde­stens zehn bar beträgt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine (1), wobei der Ein­spritzvorgang durch eine Hochdruckpumpe (6) in eine Vor­einspritzung und eine Haupteinspritzung unterteilt ist, und der Hochdruckpumpe (6) Kraftstoff von einer Vordruck­pumpe (12) zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Hochdruckvor­ratsbehälter zwischen Vordruckpumpe (12) und Hochdruckpum­pe (6) geschaltet ist, wobei der Hochdruck in dem Hoch­druckvorratsbehälter unanbhängig von der Vordruckpumpe (12) mechanisch, hydraulisch und/oder pneumatisch erzeug­bar ist.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine (1), wobei der Ein­spritzvorgang durch eine Hochdruckpumpe (6) in eine Vor­einspritzung und eine Haupteinspritzung unterteilt ist, und der Hockdruckpumpe (6) Kraftstoff von einer Vordruck­pumpe (12) zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vordruckpumpe (12) zur Er­zeugung von eine Druckes vorsugsweise mehr als einhundert bar, mindestens aber zehn bar ausgelegt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vordruckpumpe (12) eine Baueinheit mit der Hochdruckpumpe (6) bildet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (13) vorgesehen ist, der strömungstechnisch zwischen Vordruckpumpe (12) und Hochdruckpumpe (6) geschaltet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckregeleinrichtung vorgesehen ist, die den in der Strömungsverbindung zwi­ schen Vordruckpumpe (12) und Hochdruckpumpe (16) und/oder in dem Speicher (13) herrschenden Druck auf vorgebbare Werte einregelt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge der Vordruck­pumpe (12) variabel ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge der Vordruck­pumpe (12) in Abhängigkeit des Vordrucks änderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge der Vordruck­pumpe (12) in Abhängigkeit des in dem Speicher (13) herrschenden Drucks regelbar ist.
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