EP0946828B1 - Kraftstoffeinspritzanlage für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzanlage für eine brennkraftmaschine Download PDF

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EP0946828B1 EP98942475A EP98942475A EP0946828B1 EP 0946828 B1 EP0946828 B1 EP 0946828B1 EP 98942475 A EP98942475 A EP 98942475A EP 98942475 A EP98942475 A EP 98942475A EP 0946828 B1 EP0946828 B1 EP 0946828B1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F02M43/04Injectors peculiar thereto
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
  • Derartige Kraftstoffeinspritzanlagen sind beispielsweise aus der DE 43 37 048 C2 bekannt. Dabei ist einerseits eine Zweistoffdüse vorgesehen, die der geschichteten Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit, beispielsweise Dieselkraftstoff und Wasser dient, um den Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine zu vermindern und gegebenenfalls den Wirkungsgrad zu erhöhen. Andererseits ist bei der bekannten Einspritzanlage auch die sogenannte Common-Rail-Technik verwirklicht, bei der sämtliche die Brennkraftmaschine bedienenden Einspritzdüsen mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus einem Common-Rail-Druckspeicher beschickt werden.
  • Bei der bekannten Kraftstoffeinspritzanlage wird für jeden einzelnen Injektor zur Mengendosierung der Zusatzflüssigkeit ein aufwendiges und relativ teures 3/2-Wegeventil sowie für die Steuerung der Dieseleinspritzmenge ein weiteres 3/2-Wegeventil verwendet. Zum Vorlagern der Zusatzflüssigkeit wird dabei mit dem ersten 3/2-Wegeventil die Kraftstoffzufuhr vom Common-Rail-Druckspeicher zur Einspritzdüse unterbrochen und gleichzeitig ein die Einspritzdüse umgebender Druckraum, in dem unter Hochdruck stehender Kraftstoff gelagert ist, durch eine entsprechende Stellung des ersten 3/2-Wegeventils zur Kraftstoff-Niederdruckseite hin abgelassen. Durch den entstehenden Druckabfall im Druckraum wird über eine entsprechende Leitung Zusatzflüssigkeit in den Druckraum gefördert, die das entsprechende Kraftstoffvolumen verdrängt. Anschließend wird das erste 3/2-Wegeventil wieder in eine Stellung gebracht, die eine Verbindung zwischen dem Common-Rail-Druckspeicher und dem Druckraum im Einspritzventil herstellt. Zur mengengenauen Dosierung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, die der vorgelagerten Zusatzflüssigkeit bei dem durch die nächste Ventilöffnung hervorgerufenen Einspritzstoß folgen soll, ist das weitere 3/2-Wege-Magnetventil vorgesehen, welches die Rückseite der Düsennadel, die von einer Feder in Schließstellung gehalten wird, wahlweise entweder mit dem Common-Rail-Druckspeicher oder mit der Kraftstoff-Niederdruckseite verbindet und dadurch zeitlich den Hub der Ventilnadel, das Öffnen und Schließen des Ventils und damit die gewünschte Einspritzmenge steuert.
  • Prinzipiell benötigt die bekannte Kraftstoffeinspritzanlage für jeden einzelnen Injektor die beiden genau arbeitenden und damit aufwendigen 3/2-Steuermagnetventile um sowohl die gewünschte Kraftstoffmenge als auch die erforderliche Menge an Zusatzflüssigkeit exakt dosieren zu können.
  • Eine Kraftstoffeinspritzanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem Dokument EP 0 418 601 A bekannt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage weist zur baulichen Vereinfachung und damit zur preisgünstigeren Herstellbarkeit die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Dadurch können die beiden aufwendigen und teuren 3/2-Magnetsteuerventile durch ein einziges einfacheres und preiswerteres 2/2-Wegeventil ersetzt werden, weil die Mengendosierung für die Zusatzflüssigkeit funktionell und konstruktiv von den Baugruppen zur Kraftstoffeinspritzung getrennt ist. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Druckspeicherbehälters für Zusatzflüssigkeit können die aus der Common-Rail-Technik für die Kraftstoffeinspritzung bekannten Vorteile ausgenutzt werden. Insbesondere können vom Druckspeicherbehälter mehrere, jeweils zu unterschiedlichen Zweistoffdüsen führende Zusatzflüssigkeitsleitungen abgehen und es kann zur Beschickung einer ganzen Gruppe von Zweistoffdüsen mit Zusatzflüssigkeit jeweils nur eine einzige Ventileinheit vorgesehen sein.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen zu entnehmen.
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Beschaltung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage mit einem Druckspeicherbehälter für Zusatzflüssigkeit.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine zur bifluiden Einspritzung von Kraftstoff (in der Regel Dieselkraftstoff) und einer Zusatzflüssigkeit (in der Regel Wasser) versorgt eine Hochdruckpumpe 1 aus einem Tank 14 einen Common-Rail-Druckspeicher 2 mit Kraftstoff auf einem Druckniveau von etwa 1800 bar. Zwischen dem Common-Rail-Druckspeicher 2 und einem von diesem über eine Einspritzleitung 6 mit Kraftstoff zu versorgenden Druckraum 3.5, der die Düsennadel 3.1 einer Zweistoffdüse 3 umgibt, muß nun ein mengendosierendes Bauelement angeordnet werden, da ja die früher übliche klassische Einspritzpumpe durch die Kombination aus Common-Rail-Druckspeicher 2 und der einfacheren Hochdruckpumpe 1 ersetzt wurde und der Raildruck auf einem gewissen Niveau ständig vorhanden ist. Diese Aufgabe übernimmt bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein 2/2-Wegeventil MV1. Dieses sollte als schnelles Magnetventil mit guter Reproduzierbarkeit und mehr oder weniger fließendem Übergang zwischen den beiden Extremstellungen ausgelegt sein, da eventuell ein zeitlich gestaltbarer Einspritzmengenverlauf benötigt wird. Die genaue Mengendosierung wird über den bekannten (gemessenen oder gesteuerten) Druckabfall zwischen dem Commom-Rail-Druckspeicher 2 und dem von der Zweistoffdüse 3 zu versorgenden Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine durch ein genaues Zeitfenster, dessen Größe von anderen Einflußfaktoren abhängt, über eine elektrische Ansteuerung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ermöglicht.
  • Der Aufbau und die Wirkungsweise der verwendeten Zweistoffdüse 3 ist abgesehen von kleineren Details aus dem Stand der Technik bekannt. Beim erfindungsgemäßen System ist jedoch zusätzlich an dem der Düsennadelspitze abgewandten stumpfen axialen Ende der Düsennadel (Injektorstößel) 3.1 ein kleiner Kolben 3.3 vorgesehen, der mit seinem der Düsennadel 3.1 abgewandten Ende in einen Raum 3.6 ragt, welcher über eine Leitung 4 direkt mit dem Common-Rail-Druckspeicher 2 verbunden ist und mit dem dort herrschenden Hochdruck beaufschlagt wird. Dies hat zur Folge, daß zur Bewegung des Injektorstößels 3.1 stets die im wesentlichen gleiche Widerstandskraft überwunden werden muß, da nun bedingt durch die konstanten Kolbenflächenverhältnisse und das Ausschalten der Einflüsse des Absolutdrucks im Common-Rail-Druckspeicher 2 nur ein konstanter Federdruck von einem Druckimpuls aus dem (veränderlichen) Raildruck überwunden werden muß. Damit stellen sich regeltechnisch willkommenere, annähernd konstante Schaltzeiten (Bewegungszeit des Injektorstößels) ein. Zur Belüftung des Raumes 3.2, der das stumpfe axiale Ende der Düsennadel 3.1 aufnimmt, und der gegen den Raum 3.6 hochdruckmäßig abgedichtet ist, ist eine zur Kraftstoff-Niederdruckseite hin führende Belüftungsleitung 5 vorgesehen.
  • Die Einspritzung von Zusatzflüssigkeit in die Zweistoffdüse 3 erfolgt aus einem Druckspeicherbehälter 7 über ein Einlagerungsventil 10, das eine zu einem Rückschlagventil 3.4 in der Zweistoffdüse 3 führende Zusatzflüssigkeitsleitung 13 öffnen oder schließen kann. Der Druckspeicherbehälter 7 wird über ein Rückschlagventil 11 von einer Pumpe 8 aus einem Vorratsbehälter 12 mit Zusatzflüssigkeit beschickt. Der Druck im Druckspeicherbehälter 7 wird über ein Druckregelventil 9 auf einem gewünschten Niveau gehalten.
  • Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Common-Rail-Druckspeicher 2 für den Kraftstoff und der Druckspeicherbehälter 7 für die Zusatzflüssigkeit einstückig ausgeführt, um Platz im Motorraum der Brennkraftmaschine einzusparen.
  • Vom Druckspeicherbehälter 7 aus können mehrere, jeweils zu unterschiedlichen Zweistoffdüsen führende Zusatzflüssigkeitsleitungen abgehen, die in der Zeichnung pauschal mit "13' " bezeichnet sind. Zur Beschickung einer ganzen Gruppe von Zweistoffdüsen mit Zusatzflüssigkeit kann jeweils auch nur eine einzige Ventileinheit vorgesehen sein, die dann als entsprechendes Mehrwegeventil ausgestaltet sein muß. Ebenso können auch vom Common-Rail-Druckspeicher mehrere Injektoren über geeignete Ventileinheiten mit Kraftstoff beschickt werden.
  • Die Pumpe 8 zur Beschickung des Druckspeicherbehälters 7 mit Zusatzflüssigkeit kann eine elektrisch betriebene Pumpe, beispielsweise eine zweistufige Zahnradpumpe sein, die bis zu einem Druckniveau von ca. 50 bar Zusatzflüssigkeit fördern kann.
  • Der erfindungsgemäße Druckspeicherbehälter 7 für Zusatzflüssigkeit ist bei Motoren mit unterschiedlichster Zylinderzahl und für Einspritzanlagen unterschiedlichsten Aufbaus einsetzbar.

Claims (7)

  1. Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (1) zur Förderung des Kraftstoffes, vorzugsweise Dieselkraftstoff, in eine Zweistoffdüse (3) sowie mit einer Fördereinrichtung zur Förderung einer über ein Rückschlagventil (3.4) geführten Zusatzflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, in eine zu der Zweistoffdüse (3) führende Zusatzflüssigkeitsleitung (13), wobei ein Druckspeicherbehälter (7) mit unter Druck stehender Zusatzflüssigkeit vorgesehen ist, der über die Zusatzflüssigkeitsleitung (13) und das Rückschlagventil (3.4) mit der Zweistoffdüse (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass über die Zusatzflüssigkeitsleitung (13) und das Rückschlagventil (3.4) gesteuert durch ein Einlagerungsventil (10), das in der Zusatzflüssigkeitsleitung eingesetzt ist, die Zweistoffdüse (3) mit einer jeweils vorgebbaren Menge an Zusatzflüssigkeit beschickt wird, wobei der Druckspeicherbehälter mittels einer Pumpe (8) über ein weiteres Rückschlagventil (11) mit Zusatzflüssigkeit beschickt wird und der Innendruck des Druckspeicherbehälters (7) durch ein Druckregelventil (9) auf einem gewünschten Niveau gehalten wird.
  2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (8) einen elektrischen Antrieb aufweist.
  3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (8) eine vorzugsweise zweistufige Zahnradpumpe ist.
  4. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gefüllter Common-Rail-Druckspeicher (2) vorgesehen ist, der eine zur Zweistoffdüse (3) führende Einspritzleitung (6) mit Kraftstoff beschicken kann.
  5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicherbehälter (7) für Zusatzflüssigkeit und der Common-Rail-Druckspeicher (2) einstückig ausgeführt sind.
  6. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Druckspeicherbehälter (7) mehrere, jeweils zu unterschiedlichen Zweistoffdüsen führende Zusatzflüssigkeitsleitungen (13') abgehen.
  7. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschickung einer ganzen Gruppe von Zweistoffdüsen (3) mit Zusatzflüssigkeit jeweils nur eine Einlagerungs-Ventileinheit vorgesehen ist.
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