EP0813652B1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine selbstzündende brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine selbstzündende brennkraftmaschine Download PDF

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EP0813652B1
EP0813652B1 EP96906735A EP96906735A EP0813652B1 EP 0813652 B1 EP0813652 B1 EP 0813652B1 EP 96906735 A EP96906735 A EP 96906735A EP 96906735 A EP96906735 A EP 96906735A EP 0813652 B1 EP0813652 B1 EP 0813652B1
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EP
European Patent Office
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fuel injection
injection device
pressure
valve
fuel
Prior art date
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EP96906735A
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English (en)
French (fr)
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EP0813652A1 (de
Inventor
Franz X. Moser
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Deutz AG
Original Assignee
Deutz AG
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Publication date
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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
    • F02M39/00—Arrangements of fuel-injection apparatus with respect to engines; Pump drives adapted to such arrangements
    • 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
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025—Common rails
    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device for a self-igniting Internal combustion engine with a rotatable in a crankcase mounted crankshaft, at least one carrying a piston Connecting rod is articulated, with the piston in one of a cylinder head covered cylinder is movable, still the fuel injector at least one high-pressure pump that promotes fuel which has the fuel in a supply store (common rail) promotes the at least one metering valve with at least one Injector is connected.
  • a supply store common rail
  • Such a fuel injection device is from the company brochure from MAN "Electronic injection safe for future fuel qualities" known from 4/1980.
  • Fuel injection device is designed for use in an Two-stroke process working ship diesel engine.
  • This fuel injector has a fuel pressure accumulator, which the under approximately a constant fuel pressure of approx. 700 bar electronically controlled for supply to the individual injection valves can be removed.
  • the entire control device is like this built that this in addition to the electronic control Working medium in the form of a hydraulic fluid needed with which the individual Valves and actuators are operated. At least they are Approximately to scale components "cylinder unit and High pressure pump "arranged far apart, so that together with that arranged elsewhere on the internal combustion engine Fuel pressure accumulator long connecting lines for the under Pressurized fuel are necessary. This makes the system overall hydraulically soft, so that basically with the fuel injection system shown achievable advantages cannot be achieved.
  • a fuel injector with one in the crankcase a self-igniting internal combustion engine high pressure pump according to the preamble of claim 1 is from DE-C-4 340 311.
  • the invention has for its object a fuel injection device to provide for a self-igniting internal combustion engine that is hydraulic is stiff and compact.
  • the high-pressure pump is housed in the Crankcase inserted.
  • This training has the advantage that on the one hand a separate housing for the high pressure pump is saved and on the other hand, the overall system becomes mechanically stiffer because gained space by eliminating a separate pump housing is used for reinforcement of the crankcase in this area can be exploited. Also fall through the elimination of the separate Pump housing the otherwise necessary fits or connections away from the pump housing to the crankcase, which is at least affects the processing effort.
  • the camshaft has cams for actuating the gas exchange valve on and is over a single tooth mesh from the crankshaft driven.
  • This training is especially at a In-line internal combustion engine is advantageous because it creates a separate camshaft to drive the high pressure pump is saved.
  • the camshaft advantageously designed so that at least in some areas three cam sections directly next to each other along the camshaft arranged and bordered by bearings. This will be two Cam sections for controlling the gas exchange valves (inlet and outlet) needed during the third cam section to actuate the high pressure pump is used.
  • the camshaft is further stiffened, so that from a bend or twisting of the camshaft from possible sources of error are almost eliminated.
  • the bearing points can also be provided and the intermediate cam areas are seamless, i. H. without To let punctures merge. This minimizes Space requirement made another contribution to a rigid camshaft.
  • the camshaft for driving the High pressure pump two, three or more on the circumference of the camshaft distributed cams on.
  • This training has the advantage that with a single Rotation of the camshaft the high pressure pump several times Can fill supply storage.
  • the filling of the high pressure accumulator is independent from the respective work cycle to which the injection pump element is put together must be aligned with the injector.
  • the flanks of the cams can be redesigned to the extent that the steep flanks of injection pump elements are defused because - as stated before - no steep for high pressure pumps Pressure increase, as with injection pump elements to meet specified Injection laws are required. Rather, the nocks regarding the load of the high pressure pump and the whole Systems can be optimized.
  • the number on the circumference of the camshaft Arranged cams therefore depend on the particular circumstances for the internal combustion engine (number of cylinders, size of the high pressure pump etc.).
  • the supply memory extends along at least one row of cylinders of the internal combustion engine.
  • the invention can be used a single supply storage in the V space between be arranged in the two rows of cylinders, this training offers especially for small V-angles, i.e. if the two rows of cylinders are relatively closely aligned. Otherwise it is in Of course, the scope of the invention also provides two supply lines to be provided, in which case one supply memory each Row of cylinders is assigned.
  • the supply store (s) can advantageously also be integrated in the cylinder head.
  • the supply memory with the High pressure outlet of the high pressure pump connected via a short pressure line.
  • the metering valve is on the supply store arranged or in a further development of the invention directly on the injector.
  • a solution will be chosen that the best meets the respective requirements. So one is right on Injection valve arranged metering valve capable of the injection valve amount of fuel to be metered in terms of quantity and timing to control precisely, because between the metering valve and the injection valve there are no lines adversely affecting metering are.
  • one arranged on the supply store Metering valve in turn the possibility of a very compact and also unit to be manufactured or pre-assembled from a high pressure pump, Provide supply storage and metering valves.
  • the metering valves at least largely be solenoid valves that are already in use solenoid valve-controlled injection systems (MV systems from KHD) Find use. These are systems in which the Injection pump element is provided with such a solenoid valve, the one connected to an injection pump element or solenoid valve The fuel quantity to be injected controls. For actuation the metering valves can also use piezo switching elements become.
  • the supply line prevailing pressure via a hydraulic and / or electrical Transmission acts on an actuator, which then the Control rod adjusting inclined edge actuated.
  • the supply line to be provided at the end with a pressure transmission line, which in the actuator designed as a pressure converter opens and the Control rod for adjusting the inclined edges controls.
  • the pressure in the supply storage electrically for example, using sensors and measuring them Use the value to adjust the control rod. This can be done, for example a corresponding servomotor, for example a stepper motor be used.
  • the electrical signals for controlling a hydraulic adjustment device the control rod the control rod.
  • the actuating device is the front end Internal combustion engine, in particular arranged instead of a speed controller.
  • This training has the advantage that no additional space is required on the internal combustion engine to accommodate such an actuating device is required. Rather, the internal combustion engine as a whole be designed so that it can be used with a conventional Injection system with or without the solenoid valve technology described above is equipped or with the system according to the invention with a supply storage.
  • the actuating device is provided in an opening of the crankcase instead of an injection pump element to use.
  • Openings for injection pump elements are required because of the generation the high pressure in the supply storage fewer high pressure pumps required are. It can then be used in an unused Opening the actuator.
  • This actuator is then basically constructed similar to a high-pressure pump, whereby this Actuator then of course no drive from the camshaft having. Rather, it becomes "quasi backwards" from the supply memory hydraulically and / or electrically transmitted pressure the control rod to control the flow rate of the other high pressure pumps transfer.
  • This training represents a particularly compact one Execution, this device also as a carrier for the Supply storage used according to one of the previous training courses can be.
  • the fuel injection device according to the invention can also be realized with conventional plug-in pumps.
  • the injection pump element or the high pressure pump in its own pump housing arranged.
  • This pump housing can predominantly in Crankcase of the internal combustion engine or partly in and partly on the same be arranged and an external fuel supply in contrast to the fuel supply advantageously arranged in the crankcase have in the previously described training.
  • This arrangement offers the advantage that the high pressure chamber of the high pressure pump interacting particularly closely with the supply store to that Injector can be used. Besides, the danger of Fuel heating and fuel leakage inside the crankcase the external fuel supply avoided.
  • the self-igniting internal combustion engine shown schematically in Figure 1 has 6 cylinders which are arranged in one Row are arranged.
  • the internal combustion engine 1 is basically conventional constructed and initially has a crankshaft 2, which in the crankcase 3 (see also Figures 2 and 3) is mounted. Farther a camshaft 4 is mounted in the crankcase 3, the camshaft 4 driven by the crankshaft 2 via a single tooth engagement is.
  • the crankshaft 2 and the camshaft are located on the front side 4 gears 5a, 5b arranged, which are designed so that the camshaft 4 is driven at half the crankshaft speed.
  • the camshaft 4 has gas exchange valve cams assigned to each cylinder 6a, 6b, to which cams 7a, 7b, 7c continue to connect same axial area of the camshaft 4 lying on the circumference of the Camshaft 4 are arranged distributed ( Figures 2 and 3). Framed the gas exchange cams 6a, 6b and the cams 7a, 7b, 7c of bearing points 8a, 8b, which are directly on the gas exchange valve cams 6a and connect the cams 7a, 7b, 7c. The transition from Bearing points 8a, 8b to the individual cam areas without transition, i.e. essentially without the camshaft 4 weakening punctures between the individual cam areas. Shown in Figure 1 are otherwise only the bearing points 8a, 8b with the intermediate cam areas for a cylinder, just like the crankshaft 2 in only one Sub-area is shown. Of course, both components extend in the illustrated embodiment over the entire length of the internal combustion engine 1.
  • the roller tappet 9 runs on the cams 7a, 7b, 7c of the camshaft 4 a high pressure pump 10 and drives a pump plunger 18 which Fuel in a extending along the internal combustion engine 1 Supply store 11 (common rail) via a short pressure line 12 promotes ( Figures 1 and 2).
  • the high pressure pump 10 is of its basic Structure of an injection pump element with an inclined edge control. That is, the aforementioned pump plunger 18 has one Inclined edge 17 which, depending on the rotation of the pump plunger 18th cooperates with a drain hole. This twist can the delivery rate of the high pressure pump 10 between a zero delivery rate and a maximum delivery rate can be varied.
  • The is adjusted Pump plunger 18 from a control rod 13, which in turn extends along of the internal combustion engine 1 extends.
  • the high-pressure pump When operating the internal combustion engine, the high-pressure pump now 10 continuously promoted fuel in the supply store 11. From this supply memory 11 branch according to the respective Number of cylinders of the internal combustion engine 1 from injection lines 14, 14 ' ultimately connected to an injection valve 15, 15 '. It is according to the embodiment of Figure 2, the supply memory 11 arranged and attached to the crankcase 3 or the cylinder bank. The injection lines branching off from this supply store 11 14 open into an arranged on the injection valve 15 Metering valve 16.
  • This metering valve 16 is, for example, one of an electronic control unit designed to control a solenoid valve, the fuel flow according to the respective operating parameters controls from the injection line 14 into the injection valve 15.
  • the supply memory 11 directly on the High pressure pump 10 attached.
  • the metering valve 16 is in turn arranged directly on the supply memory 11 so that the injection line 14 'opens directly into the injection valve 15'.
  • the metering valve 16 directly on the injection valve 15. Due to the illustrated design of the internal combustion engine with a supply memory 11 is in almost all operating conditions the supply storage of the fuel under an approximately the same Pressure of, for example, 1,400 bar is available and can be via the metering valves 16 the injectors in almost any controlled manner 15, 15 'are supplied. This allows the running behavior the internal combustion engine, but especially the exhaust gas emissions and noise emissions and also fuel consumption.
  • the quantity to be delivered by the high-pressure pumps 10 is controlled - as previously stated - by the bevelled edge 17 Pump plunger 18, which is adjusted by the control rod 13.
  • This pressure converter 19 is connected to the supply store via a control line 20 11 connected.
  • This system is coordinated that when the pressure in the supply memory 11 drops, this falling pressure via the control line 20 into the pressure converter 19 is forwarded and accordingly the pressure converter 19 the control rod 13 towards an increase in the delivery rate of the high pressure pumps 10 adjusted.
  • This is an automatic in a simple manner Pressure control in the supply store 11 possible.
  • the pressure in the supply store 11 to be detected, for example, by pressure sensors and these Apply signals to the pressure converter 19.
  • the Pressure converter 19 preferably as an electrically actuated control element educated.
  • the actuating device in the form of a pressure converter 19 'in addition to a high pressure pump 10 similar to this in the crankcase 3 of the internal combustion engine.
  • This actuating device is then basically analogous to a high-pressure pump 10, but has no roller tappet 9 on. Rather, that of the control line 20 'of the actuating device transmitted pressure in the supply memory 11 only for adjusting the Control rod 13 used.

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Description

Die Erfindung betriffl eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einer in einem Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder bewegbar ist, wobei weiterhin die Kraftstoffeinspritzvorrichtung zumindest eine den Kraftstoff fördemde Hochdruckpumpe aufweist, die den Kraftstoff in einen Versorgungsspeicher (Common-Rail) fördert, der über zumindest ein Zumessventil mit zumindest einem Einspritzventil verbunden ist.
Eine derartige Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist aus dem Firmenprospekt der Fa. MAN "Elektronische Einspritzung sicher bei zukünftigen Kraftstoffqualitäten" von 4/1980 bekannt. Die in diesem Dokument beschriebene Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist ausgelegt zur Verwendung bei einem im Zweitakt-Verfahren arbeitenden Schiffs-Dieselmotor. Diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist einen Kraftstoff-Druckspeicher auf, dem der unter angenähert einem konstanten Druck von ca. 700 bar stehende Kraftstoff elektronisch gesteuert zur Zuführung zu den einzelnen Einspritzventilen entnommen werden kann. Dabei ist die gesamte Steuereinrichtung so aufgebaut, daß diese zusätzlich zu der elektronischen Steuerung noch ein Arbeitsmedium in Form eines Hydraulikfluids benötigt, mit dem die einzelnen Ventile und Stellglieder betätigt werden. Zudem sind die zumindest angenähert maßstabsgerecht dargestellten Bauteile "Zylindereinheit und Hochdruckpumpe" weit voneinander entfernt angeordnet, so daß zusammen mit dem an sonstiger Stelle an der Brennkraftmaschine angeordneten Kraftstoff-Druckspeicher lange Verbindungsleitungen für den unter Druck stehenden Kraftstoff nötig sind. Dadurch ist das System insgesamt hydraulisch weich, so daß die grundsätzlich mit dem dargestellten Kraftstoffeinspritzsystem erzielbaren Vorteile nicht erreicht werden.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer im Kurbelgehäuse einer selbstzündenden Brennkraftmaschine eingesetzten Hochdruckpumpe gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der DE-C-4 340 311 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine selbstzündende Brennkraftmaschine bereitzustellen, die hydraulisch steif ausgebildet und kompakt aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale gemäß Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Hochdruckpumpe gehäuselos in das Kurbelgehäuse eingesetzt. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß einerseits ein separates Gehäuse für die Hochdruckpumpe eingespart wird und andererseits das Gesamtsystem dadurch mechanisch steifer wird, da durch den Wegfall eines separaten Pumpengehäuses Platz gewonnen wird, der für eine Verstärkung des Kurbelgehäuses in diesem Bereich ausgenutzt werden kann. Auch fallen durch den Wegfall des separaten Pumpengehäuses die sonst notwendigen Passungen bzw. Verbindungen von dem Pumpengehäuse zu dem Kurbelgehäuse weg, was sich zumindest hinsichtlich des Bearbeitungsaufwandes auswirkt.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Nockenwelle Nocken zur Gaswechselventilbetätigung auf und ist über einen einzigen Zahneingriff von der Kurbelwelle angetrieben. Diese Ausbildung ist insbesondere bei einer Reihenbrennkraftmaschine vorteilhaft, da dadurch eine separate Nockenwelle zum Antrieb der Hochdruckpumpe eingespart wird. Im übrigen ist die Nockenwelle vorteilhaft so ausgebildet, daß zumindest in Teilbereichen entlang der Nockenwelle drei Nockenabschnitte direkt nebeneinander angeordnet und von Lagerstellen eingefaßt sind. Dabei werden zwei Nockenabschnitte zur Steuerung der Gaswechselventile (Ein- und Auslaß) benötigt, während der dritte Nockenabschnitt zur Betätigung der Hochdruckpumpe verwendet wird. Durch die Einfassung dieser Abschnitte von Lagerstellen wird die Nockenwelle weiter versteift, so daß von einer Verbiegung oder Verdrehung der Nockenwelle ausgehende Fehlerquellen nahezu eliminiert sind. Weiterhin kann vorgesehen sein, die Lagerstellen und die dazwischen liegenden Nockenbereiche übergangslos, d. h. ohne Einstiche ineinander übergehen zu lassen. Dadurch wird bei minimalem Raumbedarf ein weiterer Beitrag zu einer steifen Nockenwelle geleistet. Durch den Antrieb der Nockenwelle über einen einzigen Zahneingriff von der Kurbelwelle werden Verdrehungen der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle, die bei bekannten Nockenwellenantrieben über mehrere Zahnräder, Zahnriemen oder Ketten auftreten, und die den erreichbaren Spitzendruck vermindern zw. die genaue Steuerung beeinträchtigen, vermieden.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Nockenwelle zum Antrieb der Hochdruckpumpe zwei, drei oder mehr auf dem Umfang der Nockenwelle verteilte Nocken auf. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß bei einer einzigen Umdrehung der Nockenwelle die Hochdruckpumpe mehrfach den Versorgungsspeicher befüllen kann. Im Gegensatz zu einem Einspritzpumpenelement ist die Befüllung des Hochdruckspeichers unabhängig von dem jeweiligen Arbeitstakt, auf den das Einspritzpumpenelement zusammen mit dem Einspritzventil ausgerichtet sein muß. Darüber hinaus können die Flanken der Nocken insofem umgestaltet werden, daß die steilen Flanken bei Einspritzpumpenelementen entschärft werden, da - wie schon zuvor ausgeführt- bei den Hochdruckpumpen kein steiler Druckanstieg, wie bei Einspritzpumpenelementen zur Erfüllung von vorgegebenen Einspritzgesetzen erforderlich ist. Vielmehr können die Nokken hinsichtlich der Belastung der Hochdruckpumpe und des gesamten Systems optimiert werden. Die Anzahl der auf dem Umfang der Nockenwelle angeordneten Nocken hängt daher von den jeweiligen Gegebenheiten bei der Brennkraftmaschine (Zylinderzahl, Größe der Hochdruckpumpe usw.) ab.
In Weiterbildung der Erfindung sind zwei oder mehr Hochdruckpumpen entlang der Brennkraftmaschine verteilt angeordnet. Auch hierzu gilt das zuvor gesagte, daß hier eine Optimierung nach den zuvor genannten Parametern (Zylinderzahl, Fördervolumen der Hochdruckpumpe usw.) erfolgt.
In Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der Versorgungsspeicher entlang zumindest einer Zylinderreihe der Brennkraftmaschine. Dadurch wird im Zusammenwirken mit der schon zuvor dargestellten nahen Anordnung und Ausrichtung der Hochdruckpumpe hin zu einem Zylinderkopf mit dem zugeordneten Einspritzventil ein weiterer Beitrag zu einem steifen System geliefert, da durch diese Anordnung die Länge der Verbindungen von Hochdruckpumpe zu Versorgungsspeicher und von Versorgungsspeicher zu den einzelnen Einspritzventilen soweit wie möglich verringert wird. Bei einer Ausbildung der Brennkraftmaschine in V-Bauart kann erfindungsgemäß ein einziger Versorgungsspeicher in den V-Raum zwischen den beiden Zylinderreihen angeordnet sein, wobei sich diese Ausbildung insbesondere bei kleinen V-Winkeln anbietet, wenn also die beiden Zylinderreihen relativ eng zueinander ausgerichtet sind. Ansonsten ist es im Rahmen der Erfindung natürlich auch vorgesehen, zwei Versorgungsleitungen vorzusehen, wobei dann jeweils eine Versorgungsspeicher einer Zylinderreihe zugeordnet ist. In vorteilhafter Weise können der (die) Versorgungsspeicher auch im Zylinderkopf integriert sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Versorgungsspeicher mit dem Hochdruckauslaß der Hochdruckpumpe über eine kurze Druckleitung verbunden. Durch diese Ausbildung wird - wie zuvor angedeutet - erreicht, daß die Verluste bzw. Druckschwankungen, die sich bei langen Druckleitungen ergeben, quasi ausgeschlossen sind. Dabei ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Versorgungsspeicher von zwei oder mehr Hochdruckpumpen getragen wird. Diese Ausbildung ist besonders dann sinnvoll, wenn beispielsweise zwei oder drei Hochdruckpumpen vorgesehen sind, die entlang der Brennkraftmaschine verteilt angeordnet sind, beispielsweise an den beiden Enden und in der Mitte einer Zylinderreihe, wobei dann der Versorgungsspeicher direkt auf diesen Hochdruckpumpen befestigt ist. Dadurch kann ggf. auf eine separate Befestigung des Versorgungsspeichers an der Brennkraftmaschine verzichtet werden, so daß darüber hinaus auch beispielsweise eine komplette Einheit bestehend aus Hochdruckpumpen und Versorgungsspeicher vormontierbar ist und als Einheit an der Brennkraftmaschine endmontiert wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Zumessventil an dem Versorgungsspeicher angeordnet oder aber in Weiterbildung der Erfindung direkt an dem Einspritzventil. Hier wird eine Lösung gewählt werden, die den jeweiligen Erfordemissen am besten genüge trägt. So ist ein direkt am Einspritzventil angeordnetes Zumessventil in der Lage, die dem Einspritzventil zuzumessende Kraftstoffmenge mengenmäßig und zeitmäßig sehr genau zu steuern, da zwischen dem Zumessventil und dem Einspritzventil keine die Zumessung negativ beeinträchtigenden Leitungen vorhanden sind. Andererseits bietet ein an dem Versorgungsspeicher angeordnetes Zumessventil wiederum die Möglichkeit, eine sehr kompakte und auch vorzufertigende bzw. vorzumontierende Einheit aus Hochdruckpumpe, Versorgungsspeicher und Zumessventilen bereitzustellen. Darüber hinaus wird durch den Wegfall des Zumessventils im Bereich des Zylinderkopfs die Bauhöhe verringert, die in vielen Anwendungsfällen kaum zur Verfügung steht. In Ausgestaltung der Erfindung können die Zumessventile zumindest weitgehend Magnetventile sein, die schon bei gebräuchlichen magnetventilgesteuerten Einspritzanlagen (MV-Systeme der Fa. KHD) Verwendung finden. Hierbei handelt es sich um Systeme, bei denen das Einspritzpumpenelement mit einem derartigen Magnetventil versehen ist, das die einem mit einem Einspritzpumpenelement bzw. Magnetventil verbundenen Einspritzventil zuzuführende Kraftstoffmenge steuert. Zur Betätigung der Zumessventile können auch Piezo-Schaltelemente herangezogen werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der in der Versorgungsleitung herrschende Druck über eine hydraulische und/oder elektrische Übertragung auf eine Stelleinrichtung einwirkt, die dann die die Schrägkante verstellende Regelstange betätigt. Dabei kann in der einfachsten Ausführung vorgesehen sein, die Versorgungsleitung beispielsweise stimseitig mit einer Druckübertragungsleitung zu versehen, die in die als Druckumsetzer ausgebildete Stelleinrichtung mündet und der die Regelstange zur Verstellung der Schrägkanten steuert. Alternativ kann es aber auch vorgesehen sein, den Druck in dem Versorgungsspeicher elektrisch beispielsweise über Sensoren zu erfassen und diesen gemessenen Wert zur Verstellung der Regelstange heranzuziehen. Hierzu kann beispielsweise ein entsprechender Stellmotor, beispielsweise ein Schrittschaltmotor herangezogen werden. Genauso ist es aber auch möglich, die elektrischen Signale zur Ansteuerung einer hydraulischen Verstelleinrichtung der Regelstange heranzuziehen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Stelleinrichtung stimseitig der Brennkraftmaschine, insbesondere anstelle eines Drehzahlreglers angeordnet. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß kein zusätzlicher Platzbedarf an der Brennkraftmaschine zur Unterbringung einer derartigen Stelleinrichtung erforderlich ist. Vielmehr kann die Brennkraftmaschine insgesamt so ausgebildet sein, daß sie wahlweise mit einem konventionellen Einspritzsystem mit oder ohne der zuvor beschriebenen Magnetventiltechnik ausgerüstet wird oder aber mit dem erfindungsgemäßen System mit einem Versorgungsspeicher.
Schließlich ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die Stelleinrichtung in eine Öffnung des Kurbelgehäuses anstelle eines Einspritzpumpenelementes einzusetzen. Wie zuvor ausgeführt wurde, werden in aller Regel nicht alle bei einer konventionellen Brennkraftmaschine vorhandenen Öffnungen für Einspritzpumpenelemente benötigt, da zur Erzeugung des Hochdrucks in dem Versorgungsspeicher weniger Hochdruckpumpen erforderlich sind. Dabei kann dann in eine nichtbenutzte Öffnung die Stelleinrichtung eingesetzt werden. Diese Stelleinrichtung ist dann prinzipiell ähnlich wie eine Hochdruckpumpe aufgebaut, wobei diese Stelleinrichtung dann selbstverständlich keinen Antrieb von der Nockenwelle aufweist. Vielmehr wird dann "quasi rückwärts" der von dem Versorgungsspeicher hydraulisch und/oder elektrisch übertragene Druck auf die Regelstange zur Steuerung der Fördermenge der anderen Hochdruckpumpen übertragen. Diese Ausbildung stellt eine besonders kompakte Ausführung dar, wobei diese Einrichtung auch mit als Träger für den Versorgungsspeicher gemäß einer der vorherigen Ausbildungen herangezogen werden kann.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung auch mit üblichen Steckpumpen realisiert werden. Hier ist das Einspritzpumpenelement bzw. die Hochdruckpumpe in einem eigenen Pumpengehäuse angeordnet. Diese Pumpengehäuse können überwiegend im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine oder teils in und teils auf demselben angeordnet sein und eine außenliegende Kraftstoffversorgung im Gegensatz zu der vorteilhaft im Kurbelgehäuse angeordneten Kraftstoffversorgung bei der zuvor geschilderten Ausbildung aufweisen. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß der Hochdruckraum der Hochdruckpumpe besonders nahe zusammenwirkend mit dem Versorgungsspeicher an das Einspritzventil herangezogen werden kann. Außerdem ist die Gefahr von Kraftstoffaufheizung und kurbelgehäuseinterner Kraftstoffleckage durch die außenliegende Kraftstoffversorgung vermieden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
Es zeigen:
Figur 1:
eine schematische Seiteneinsicht einer Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
Figur 2:
eine schematische Stimansicht einer Brennkraftmaschine mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wobei der Versorgungsspeicher an der Zylinderreihe befestigt und das Zumessventil auf dem Einspritzventil angeordnet ist und
Figur 3:
eine schematische Stimansicht der Brennkraftmaschine, wobei der Versorgungsspeicher auf der Hochdruckpumpe befestigt und gleichzeitig das Zumessventil auf dem Versorgungsspeicher angeordnet ist.
Die in Figur 1 schematisch dargestellte selbstzündende Brennkraftmaschine 1 weist in dem Ausführungsbeispiel 6 Zylinder auf, die in einer Reihe angeordnet sind. Die Brennkraftmaschine 1 ist grundsätzlich konventionell aufgebaut und weist zunächst eine Kurbelwelle 2 auf, die in dem Kurbelgehäuse 3 (siehe auch Figuren 2 und 3) gelagert ist. Weiterhin ist in dem Kurbelgehäuse 3 eine Nockenwelle 4 gelagert, wobei die Nokkenwelle 4 über einen einzigen Zahneingriff von der Kurbelwelle 2 angetrieben ist. Dazu sind stimseitig auf der Kurbelwelle 2 und der Nockenwelle 4 Zahnräder 5a, 5b angeordnet, die so ausgelegt sind, daß die Nokkenwelle 4 mit halber Kurbelwellendrehzahl angetrieben wird. Die Nokkenwelle 4 weist jedem Zylinder zugeordnete Gaswechselventilnocken 6a, 6b auf, an die sich weiterhin Nocken 7a, 7b, 7c anschließen, die im gleichen axialen Bereich der Nockenwelle 4 liegend auf dem Umfang der Nockenwelle 4 verteilt angeordnet sind (Figuren 2 und 3). Eingerahmt werden die Gaswechselnocken 6a, 6b und die Nocken 7a, 7b, 7c von Lagerstellen 8a, 8b, die sich direkt an den Gaswechselventilnocken 6a und die Nocken 7a, 7b, 7c anschließen. Dabei erfolgt der Übergang von den Lagerstellen 8a, 8b zu den einzelnen Nockenbereichen übergangslos, d.h. im wesentlichen ohne die Nockenwelle 4 schwächende Einstiche zwischen den einzelnen Nockenbereichen. Dargestellt in Figur 1 sind im übrigen nur die Lagerstellen 8a, 8b mit den dazwischenliegenden Nockenbereichen für einen Zylinder, ebenso wie die Kurbelwelle 2 nur in einem Teilbereich dargestellt ist. Beide Bauteile erstrecken sich selbstverständlich in der dargestellten Ausbildung über die gesamte Länge der Brennkraftmaschine 1.
Auf den Nocken 7a, 7b, 7c der Nockenwelle 4 läuft der Rollenstößel 9 einer Hochdruckpumpe 10 ab und treibt einen Pumpenplunger 18 an, der Kraftstoff in einen entlang der Brennkraftmaschine 1 sich erstreckenden Versorgungsspeicher 11 (Common Rail) über eine kurze Druckleitung 12 fördert (Figuren 1 und 2). Die Hochdruckpumpe 10 ist von ihrem grundsätzlichen Aufbau her ein Einspritzpumpenelement mit einer Schrägkantensteuerung. Das heißt der zuvor erwähnte Pumpenplunger 18 weist eine Schrägkante 17 auf, die je nach der Verdrehung des Pumpenplungers 18 mit einer Absteuerbohrung zusammenwirkt. Durch diese Verdrehung kann die Fördermenge der Hochdruckpumpe 10 zwischen einer Nullfördermenge und einer Maximalfördermenge variiert werden. Verstellt wird der Pumpenplunger 18 von einer Regelstange 13, die sich wiederum entlang der Brennkraftmaschine 1 erstreckt.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird nun von der Hochdruckpumpe 10 fortlaufend Kraftstoff in den Versorgungsspeicher 11 gefördert. Von diesem Versorgungsspeicher 11 zweigen entsprechend der jeweiligen Zylinderzahl der Brennkraftmaschine 1 Einspritzleitungen 14, 14' ab, die letztendlich mit einem Einspritzventil 15, 15' verbunden sind. Dabei ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 der Versorgungsspeicher 11 an dem Kurbelgehäuse 3 oder der Zylinderbank angeordnet und befestigt. Die von diesem Versorgungsspeicher 11 abzweigenden Einspritzleitungen 14 münden in einem auf dem Einspritzventil 15 angeordneten Zumessventil 16. Dieses Zumessventil 16 ist beispielsweise als ein von einer elektronischen Steuereinheit steuerbares Magnetventil ausgebildet, das entsprechend den jeweiligen Betriebsparametem den Kraflstofffluß von der Einspritzleitung 14 in das Einspritzventil 15 steuert.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 der Versorgungsspeicher 11 direkt auf der Hochdruckpumpe 10 befestigt. Weiterhin ist das Zumessventil 16 seinerseits direkt auf dem Versorgungsspeicher 11 angeordnet, so daß die Einspritzleitung 14' direkt in das Einspritzventil 15' einmündet. Selbstverständlich ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Möglichkeit gegeben, das Zumessventil 16 direkt an dem Einspritzventil 15 anzuordnen. Durch die dargestellte Ausbildung der Brennkraftmaschine mit einem Versorgungsspeicher 11 steht unter nahezu allen Betriebsbedingungen in dem Versorgungsspeicher der Kraftstoff unter einem angenähert gleichen Druck von beispielsweise 1.400 bar zur Verfügung und kann über die Zumessventile 16 in nahezu beliebig gesteuerter Art und Weise den Einspritzventilen 15, 15' zugeführt werden. Dadurch lassen sich das Laufverhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere aber die Abgasemissionen und Geräuschemissionen und auch der Kraftstoffverbrauch positiv beeinflussen.
Gesteuert wird die von den Hochdruckpumpen 10 zu fördemde Menge - wie zuvor ausgeführt-durch die mit der Schrägkante 17 versehenen Pumpenplunger 18, die durch die Regelstange 13 verstellt wird. Dabei erfolgt die die Verstellung bewirkende axiale Verschiebung der Regelstange 13 durch eine Stelleinrichtung in Form eines Druckumsetzers 19, der gemäß Figur 1 an der Stimseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Dieser Druckumsetzer 19 ist über eine Steuerleitung 20 mit dem Versorgungsspeicher 11 verbunden. Dabei ist dieses System so abgestimmt, daß bei einem Absinken des Drucks in dem Versorgungsspeicher 11 dieser abfallende Druck über die Steuerleitung 20 in den Druckumsetzer 19 weitergeleitet wird und dementsprechend der Druckumsetzer 19 die Regelstange 13 hin zu einer Erhöhung der Fördermenge der Hochdruckpumpen 10 verstellt. Dadurch ist in einfacher Art und Weise eine selbsttätige Druckregelung in dem Versorgungsspeicher 11 möglich. Im Rahmen der Erfindung ist es auch vorgesehen, den Druck in dem Versorgungsspeicher 11 beispielsweise durch Drucksensoren zu erfassen und diese Signale auf den Druckumsetzer 19 aufzuschalten. Dabei ist dann der Druckumsetzer 19 vorzugsweise als elektrisch betätigtes Stellelement ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere-wie in der allgemeinen Beschreibung beschrieben - vorgesehen, die Stelleinrichtung in Form eines Druckumsetzers 19` neben einer Hochdruckpumpe 10 analog zu dieser in das Kurbelgehäuse 3 der Brennkraftmaschine einzusetzen. Dabei ist dann diese Stelleinrichtung grundsätzlich analog zu einer Hochdruckpumpe 10 ausgebildet, weist aber keinen Rollenstößel 9 auf. Vielmehr wird der von der Steuerleitung 20' der Stelleinrichtung übermittelte Druck in dem Versorgungsspeicher 11 nur zur Verstellung der Regelstange 13 verwendet.

Claims (14)

  1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einer in einem Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder bewegbar ist. wobei weiterhin die Kraftstoffeinspritzvorrichtung zumindest eine den Kraftstoff fördernde Hochdruckpumpe aufweist, die in das Kurbelgehäuse (3) eingesetzt und hochdruckseitig in einem Bereich nahe eines Zylinders angeordnet ist und antriebsseitig von einer Nockenwelle (4) angetrieben ist und die den Kraftstoff in einen Versorgungsspeicher fördert, der über zumindest ein Ventil mit zumindest einem Einspritzventil verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Zumessventil (16) ist, das entsprechend den jeweiligen Betriebsparametern den Kraftstofffluß in das Einspritzventil (15) steuert, daß der im Versorgungsspeicher (Common Rail) (11) herrschende Druck zur Steuerung der Hochdruckpumpe (10) herangezogen wird, und daß die Hochdruckpumpe (10) einen Zylinder und einen in diesen bewegbaren Pumpenkolben mit einer Schrägkante aufweist und mit einer im Kurbelgehäuse (3) gelagerten Regelstange (13) zur Mengensteuerung in Wirkverbindung steht.
  2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe (10) gehäuselos in das Kurbelgehäuse (3) eingesetzt ist.
  3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (4) Nocken (6a, 6b) zur Gaswechselventilbetätigung aufweist und über einen einzigen Zahneingriff von der Kurbelwelle (2) angetrieben ist.
  4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (4) zum Antrieb der Hochdruckpumpe (10) zwei, drei oder mehr auf dem Umfang der Nockenwelle (4) verteilte Nocken (7a, 7b, 7c) aufweist.
  5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Hochdruckpumpen (10) entlang der Brennkraftmaschine (1) verteilt angeordnet sind.
  6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsspeicher (11) sich entlang zumindest einer Zylinderreihe der Brennkraftmaschine (1) erstreckt.
  7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsspeicher (11) mit dem Hochdruckauslaß der Hochdruckpumpe (10) über eine kurze Druckleitung (12) verbunden ist und die Hochdruckpumpe(n) (10) je ein Druckhalteventil aufweist beziehungsweise aufweisen.
  8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsspeicher (11) von zwei oder mehr Hochdruckpumpen (10) getragen wird.
  9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß-der Versorgungsspeicher (11) im Zylinderkopf (3a) der Brennkraftmaschine (1) integriert ist.
  10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Zumessventil (16) an dem Versorgungsspeicher (11) angeordnet ist.
  11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Zumessventil (16) an dem Einspritzventil (15, 15') angeordnet ist.
  12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der im Versorgungsspeicher (11) herrschende Druck über eine hydraulische und/oder elektrische Übertragung auf eine Stelleinrichtung (19) einwirkt, die mittels der Regelstange (13) die Schrägkante(n) (17) der Hochdruckpumpe(n) (10) betätigt.
  13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (19) an einer Stimseite der Brennkraftmaschine (1), insbesondere anstelle eines Drehzahlreglers, angeordnet ist.
  14. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (19`) in eine Öffnung des Kurbelgehäuses (3) anstelle eines Einspritzpumpenelementes eingesetzt ist.
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