DE19625698A1 - Einspritzeinrichtung zum kombinierten Einspritzen von Kraftstoff und Zusatzflüssigkeit - Google Patents
Einspritzeinrichtung zum kombinierten Einspritzen von Kraftstoff und ZusatzflüssigkeitInfo
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Description
Die Erfindung geht von einer Einspritzeinrichtung zum
kombinierten Einspritzen von Kraftstoff und einer
Zusatzflüssigkeit, insbesondere Wasser, in einen Brennraum
einer Brennkraftmaschine aus.
Die kombinierte Einspritzung von Kraftstoff und
Zusatzflüssigkeit, insbesondere Wasser, dient dazu, vor
allem bei selbstzündenden Brennkraftmaschienen die
Stickoxid- und Rußemission zu senken.
Bei einer bekannten Einspritzeinrichtung der gattungsgemäßen
Art (DE 44 07 052 C1) erfolgt eine Kraftstoffhochdruck
einspritzung bei Dieselbrennkraftmaschinen mittels einer
Kraftstoffeinspritzpumpe der Reihenbauart, deren
Hochdruckfördermenge pro Pumpenkolbenhub durch eine bekannte
Schrägkantensteuerung veränderbar ist. Die Fördereinrichtung
für die Zusatzflüssigkeit bei dieser bekannten
Einspritzeinrichtung wird von einem Teilförderhub des
Pumpenkolbens unterstützt derart, daß an dem Nockenantrieb
der Kraftstoffeinspritzpumpe ein erweiterten Nockenbereich
vorgesehen ist, der nach erfolgter Haupteinspritzung erneut
einen Pumpenkolbenantrieb bewirkt und damit Kraftstoff über
ein 4/2-Wege-Magnetventil mit Federrückstellung der
Fördereinrichtung zuführt. Mittels eines vom Druck dieses
Kraftstoffs beaufschlagten Förderkolbens wird der Druckraum
des Kraftstoffeinspritzventils mit einer entsprechenden
Wassermenge versorgt, die eine entsprechende Kraftstoffmenge
aus dem Druckraum verdrängt und über das 4/2-Wege-Magnetventil
abfließen läßt. Der Förderkolben ist zugleich
Trennkolben zwischen den Medien Zusatzflüssigkeit und
Kraftstoff der Hochdruckantriebsseite. Die Ansteuerung des
Förderkolbens erfolgt über eine 3/2-Wege-Magnetventil
derart, daß der Förderkolben zur Förderung der
Zusatzflüssigkeit vom Förderdruck des Pumpenkolbens
beaufschlagt wird und zur Beendigung dieser
Zusatzflüssigkeitsförderung mit einer Entlastungsseite
verbunden wird.
Die erfindungsgemäße Einspritzeinrichtung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat
demgegenüber den Vorteil, daß der dargestellte Aufwand
mittels eines Zusatznockens entfällt, daß die Dosierung der
Kraftstoffeinspritzmenge wesentlich universaler und in
Abhängigkeit von vielfältigen Parametern gesteuert werden
kann und daß weiterhin die Dosierung der Zusatzflüssigkeit
gleicherweise mittels eines Magnetventil gesteuert mehrere
Parameter berücksichtigen kann. Dadurch daß ein
Hochdruckspeicher vorgesehen ist, steht der Einspritzdruck
jederzeit in festgelegter Höhe zur Verfügung und kommt
mittels der ein Elektromagnetventil aufweisenden
Zumeßeinrichtung exakt in Menge und Einspritzzeitpunkt
gesteuert zur Einspritzung.
In vorteilhafter Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 und 3
ist die Förderung von Zusatzflüssigkeit nicht mehr von den
Arbeitstakten eines einzelnen Pumpenkolbens abhängig wie
beim Stand der Technik, sondern kann mittels des elektrisch
gesteuerten Ventils und dem immer zur Verfügung stehenden
Kraftstoffhochdruck für den erforderlichen Zeitpunkten in
dem Kraftstoffeinspritzventil vorgelagert werden.
Besonders vorteilhaft ist gemäß Patentanspruch 3, wenn als
Kraftstoffhochdruckquelle für den Kraftstoffhochdruck, der
den Förderkolben der Fördereinrichtung antreibt, der
Hochdruckspeicher dient. Dabei folgt aufgrund des
Flächenunterschieds zwischen Arbeitsfläche und Förderfläche
eine Druckübersetzung, derart, daß auch gegen anstehenden
Kraftstoffhochdruck im Kraftstoffeinspritzventil die
Zusatzflüssigkeit in den Druckraum des Einspritzventils
eingebracht werden kann.
In abgewandelter Form wird gemäß Anspruch 4 ein höherer
Kraftstoffdruck zur Betätigung des Förderkolbens der
Fördereinrichtung dadurch zur Verfügung gestellt, daß ein
Zusatzspeicher vorgesehen ist, der unmittelbar von der
Hochdruckförderpumpe gespeist wird und zwar in einer
Druckhöhe, die durch das Druckventil, über das der
Kraftstoffhochdruckspeicher gespeist wird, bestimmt wird.
Dieses als Rückschlagventil ausgeführte Druckventil
ermöglicht die Speisung des Kraftstoffhochdruckspeichers bei
überschreiten des Öffnungsdruckes des Druckventils, wo
hingegen der Druck des Hochdruckspeichers selbst durch das
Drucksteuerventil auf einen niedrigeren Wert eingesteuert
werden kann. Auf diese Weise kann die Arbeitsfläche des
Förderkolbens gleich groß sein wie die Förderfläche. Dies
erlaubt eine wesentliche Vereinfachung der
Fördereinrichtung, die mit einem einfachen, in einem
Zylinder gleitender Kolben ausgeführt sein kann.
Der Zusatzspeicher kann nach Patentanspruch entweder als
Volumenspeicher mit z. B. dem Volumeninhalt der
Verbindungsleitung zwischen Hochdruckförderpumpe und
Fördereinrichtung oder gemäß Patentanspruch 6 als an diese
Verbindungsleitung zusätzlich angeschlossener Speicher
ausgeführt sein, der eine gegen eine Rückstellkraft
bewegliche Wand aufweist. Dies erlaubt eine größere
Unabhängigkeit der zuzumessenden Zusatzflüssigkeit von der
Verbindungslänge zwischen Hochdruckförderpumpe und
Fördereinrichtung.
Die Fördereinrichtung ist in vorteilhafter Weise gemäß
Patentanspruch 7 mit einer Feder versehen, die auf den
Förderkolben entgegen dem Kraftstoffhochdruck wirkt und als
Vorspannfeder ausgebildet ist. Dabei kann in den Pausen der
Zumessung von Zusatzflüssigkeit in vorteilhafter Weise der
Förderkolben vorgespannt werden, auf einen vorgesehenen
Vorspannhub entsprechend der zuzumessenden
Zusatzflüssigkeitsmenge. Im Zeitpunkt des erforderlichen
Zuführens der Zusatzflüssigkeitsmenge wird der an die
Arbeitsfläche des Förderkolbens angrenzende Arbeitsraum
gezielt mittels des z. B. als Magnetventil ausgeführten
elektrisch gesteuerten Ventils entlastet und es erfolgt eine
Förderung, die immer gleichmäßig entsprechend der
Charakteristik der Vorspannfeder durchgeführt wird.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung wird eine einzige
Fördereinrichtung zur Versorgung von mehreren
Kraftstoffeinspritzventilen vorgesehen werden, wobei mit
geringem Aufwand auszuführender Art gemäß Patentanspruch 11
die Förderleitung der Fördereinrichtung über von ihr
abzweigende Leitungen jeweils mit einem der
Kraftstoffeinspritzventile verbunden wird. Der Druckraum
dieser Einspritzventile ist dabei jeweils über ein
Rückschlagventil zur Fördereinrichtung hin abgekoppelt, so
daß sich ein sehr hoher Druck in den abzweigenden Leitungen
nur innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils aufbauen kann.
Eine verbesserte, genauere Zumessung von Zusatzflüssigkeits
mengen ist dann gegeben, wenn in der Förderleitung der
Fördereinrichtung gemäß Patentanspruch 12 in vorteilhafter
Weise ein Verteiler angeordnet ist, der synchron zur
Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben wird und dabei
jeweils das Kraftstoffeinspritzventil ansteuert, über das
als nächstes Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Hier läßt sich
pro Einspritzventil eine bestimmte Zusatzflüssigkeitsmenge
durch die Fördereinrichtung fördern, während bei der
vorgenannten einfacheren und mit weniger Aufwand
herzustellenden Art die Fördereinrichtung zugleich für alle
Einspritzventile zeitgerecht Flüssigkeitsmenge in einem
einzigen Förderhub zuführen muß. Für die Einleitung der
erforderlichen Flüssigkeitsmenge pro Einspritzvorgang kann
diese auch mit mehreren Förderhüben des Förderkolbens
zugeführt werden. In vorteilhafter Weise wird zur Erhöhung
der Genauigkeit der Zumessung der Zusatzflüssigkeit gemäß
Patentanspruch 13 am Förderkolben ein Wegmesser vorgesehen,
der ein Rückmeldesignal an eine elektrische
Steuereinrichtung gibt, die der Steuerung der Magnetventile
unter Berücksichtigung der eingangs genannten
Betriebsparameter dient.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit
einer Fördereinrichtung, die einen gestuften Förderkolben
aufweist, der über ein 3/2-Wege-Magnetventil zu seinem
Antrieb mit dem Hochdruckspeicher verbindbar ist,
Fig. 2 eine Teildarstellung des Ausführungsbeispiels nach
Fig. 1 mit zwei 2/2-Wege-Magnetventile,
Fig. 3 ein alternatives Antriebsprinzip für den
Förderkolben der Fördereinrichtung,
Fig. 4 eine vereinfachte Ausführung zum Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1, bei dem ein vormals vorgesehener Verteiler
durch Leitungsverzweigungen ersetzt ist, wobei der
Förderkolben synchron zu den Arbeitstakten der
Brennkraftmaschine Zusatzflüssigkeit fördert,
Fig. 5 ein Diagramm zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 4
mit Darstellung des zeitlichen Ablaufes der Vorlagerung von
Zusatzflüssigkeit bei den einzelnen Kraftstoffeinspritz
ventilen.
Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei
dem der Förderkolben der Fördereinrichtung von einem durch
Rückschlagdruckventile von der Hochdruckförderpumpe
abgekoppelten Zusatzspeicher versorgt wird, deren
Speicherdruck durch Druckventile, die zum Hochdruckspeicher
führen, bestimmt wird,
Fig. 7 eine Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach Fig.
1, bei dem die Verteilung der von der Fördereinrichtung
geförderten Zusatzflüssigkeit über einen Verteiler erfolgt,
der das jeweilige Einspritzventil im Wechsel mit der
Förderleitung der Fördereinrichtung und einer
Entlastungsleitung verbindet.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Einspritzeinrichtung
dient zur Versorgung von mehreren Zylindern einer
Brennkraftmaschine, insbesondere einer fremdgezündeten
Brennkraftmaschine, in deren Zylinder sowohl Kraftstoff als
auch eine Zusatzflüssigkeit, insbesondere Wasser,
eingespritzt wird, um die Schadstoffbildung bei der
Verbrennung in Brennräumen einer Brennkraftmaschine zu
reduzieren. Diese Einspritzeinrichtung weist zur
Kraftstoffversorgung eine Hochdruckförderpumpe 1 auf, die
vorzugsweise synchron zur Drehzahl der Brennkraftmaschine
angetrieben wird und aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 2
Kraftstoff unter Hochdruck einem Kraftstoffhochdruckspeicher
3 zuführt. Zusammen bildet dies eine
Kraftstoffhochdruckquelle. Der in den Hochdruckspeicher 3
eingebrachte Kraftstoff wird mittels eines
Drucksteuerventils 4 auf einen vorgegebenen Wert gehalten
und dabei kann dieses Ventils mechanisch oder über eine
elektronische Steuereinrichtung 5 geregelt sein, die von
einem Drucksensor 6 ein Rückmeldesignal über den Druck im
Kraftstoffhochdruckspeicher erhält und so den Druck auf
einen bestimmten Wert eingestellt, der sowohl ein konstanter
Wert sein kann als auch ein von Betriebsparametern der
Brennkraftmaschine abhängiger Wert sein kann.
Über je eine Druckleitung 7 wird der auf Hochdruck gebrachte
Kraftstoff vom Hochdruckspeicher 3 einem Einspritzventil 8
zugeführt. Pro Zylinder der zugehörigen Brennkraftmaschine
ist je ein solches Einspritzventil vorgesehen, welche
insgesamt von der Kraftstoffhochdruckquelle 1, 3 versorgt
werden.
Das Einspritzventil 8 ist in der Zeichnung vereinfacht
dargestellt. Es handelt sich dabei um einen sog. ,,Injektor"
mit einem Ventilkörper 9, in dem in einer Führungsbohrung
ein Ventilglied 10 in bekannterweise geführt wird. Die in
dem Brennraum zugewandte Spitze des Ventilglieds weist eine
kegelförmige Dichtfläche 11 auf, die mit einem entsprechend
kegelförmigen Ventilsitz 12 des Ventilkörpers 8
zusammenwirkt. In der gezeigten geschlossenen Stellung des
Ventilglieds trennt dieses ein brennraumseitiges Sackloch
13, von dem Einspritzöffnungen 14 zum Brennraum austreten,
von einem sich andererseits anschließenden Druckraum 15 im
Ventilkörper 9. In diesen mündet die Druckleitung 7 vom
Hochdruckspeicher 3 her ein und ferner mündet eine
zusätzliche Leitung 16 in den Druckraum 15 ein, die
innerhalb des Einspritzventils liegend ein Rückschlagventil
17 enthält, das in Richtung Druckraum 15 öffnet. Die
zusätzliche Leitung 16 dient der Zufuhr einer
Zusatzflüssigkeit, die im vorgesehenen Ausführungsbeispiel
vorzugsweise Wasser ist, das von einer
Zusatzflüssigkeitsdruckquelle 20 bereitgestellt wird. Diese
weist eine Fördereinrichtung 21 auf mit einem Förderkolben
22, der die Form eines Stufenkolbens hat mit einem im
Durchmesser kleineren Teil 23, der in einem Stufenzylinder
25 stirnseitig einen Förderraum 26 begrenzt. Ein im
Durchmesser größerer Teil 27 des Stufenkolbens 22 begrenzt
mit seiner Ringfläche zwischen seinem im Durchmesser
größeren Teil 27 und seinem im Durchmesser kleineren Teil 23
zusammen mit einer entsprechenden Ringfläche zwischen dem im
Durchmesser größeren Teil und dem im Durchmesser kleineren
Teil des Stufenzylinders 25 einen Arbeitsraum 29. Auf der
diesem Arbeitsraum 29 abgewandten Seite wird der im
Durchmesser größere Teil 27 des Stufenkolbens 22 durch eine
Druckfeder 30 in Förderrichtung beaufschlagt. Auf dieser
Seite ist der Stufenzylinder 25 druckentlastet. Der Weg, den
der Stufenkolben gegen die Kraft der Druckfeder 30
zurücklegt, ist dabei durch einen Wegmesser 32 erfaßbar,
der in bekannter Weise beispielsweise als induktiver
Wegmesser mit einem mit dem Stufenkolben gekoppelten Teil 33
ausgebildet sein kann.
Der Förderraum 26 ist über eine Förderleitung 36, die vom
Förderraum weg in Förderrichtung öffnendes
Förderrückschlagventil 34 enthält, mit dem Eingang eines
synchron zur Brennkraftmaschine in einem Zylinder 40
rotierenden Verteilers 35 verbunden. Die das
Förderrückschlagventil 34 enthaltende Förderleitung 36
mündet in eine Ringnut 37 des Verteilers 35, die ihrerseits
über einen Verteilerkanal 38 und eine Verteileröffnung 39
bei der Drehung des Verteilers im Wechsel mit jeweils einer
der zusätzlichen Leitungen 16 verbunden wird, die zu den
Einspritzventilen 8 führen. Verteilerkanal und
Verteileröffnung können auch als von der Ringnut abgehende
Längsnut realisiert werden. Die zusätzlichen Leitungen 16
zweigen von dem den Verteiler 35 aufnehmenden Zylinder 40 ab
und sind am Umfang dieses Zylinders entsprechend der Zahl
der zu versorgenden Einspritzventile und Einspritztakten
dieser Einspritzventile verteilt angeordnet.
Der Förderraum 26 der Fördereinrichtung ist ferner über ein
in den Förderraum 26 öffnendes Rückschlagfüllventil 41 mit
einer Vorförderpumpe 42 verbunden, die kontinuierlich aus
einem Zusatzflüssigkeitvorratsbehälter 43 Zusatzflüssigkeit
in den Förderraum 26 fördert, so lange die Druckverhältnisse
am Rückschlagfüllventils 41 es gestatten. Der Förderdruck
der Vorförderpumpe 42 wird dabei über ein übliches
Drucksteuerventil 44 eingestellt.
Zur Betätigung des Förderkolbens 22 wird der Arbeitsraum 29
vom Druck des Hochdruckspeichers beaufschlagt. Dazu ist eine
Verbindungsleitung 46 vorgesehen, in der ein 2/3-Wege-Ventil
in Form eines elektrisch gesteuerten Ventils, hier als
Magnetventils 47, angeordnet ist. Je nach Stellung des
Ventilglieds dieses Ventils wird der Arbeitsraum 29 entweder
mit dem Hochdruckspeicher 3 oder mit einem Entlastungsraum
48 verbunden. In der Verbindungsleitung 46 ist eine Drossel
60 vorgesehen, damit der Arbeitsraum 29 gleichmäßig mit
kontrollierter Füllrate gefüllt wird. Im ersten Falle wird
der Förderkolben 22 gegen die Kraft der Feder 30 zu einem
Füllhub angetrieben. Je nach Dauer des Öffnungszustandes des
2/3-Wege-Ventils legt der Stufenkolben 22 einen größeren
oder kleineren Füllhub zurück, bei dem der Förderraum 26
über das Rückschlagfüllventil 41 mit Zusatzflüssigkeit
gefüllt bleibt und die Druckfeder vorgespannt wird. Wird
daraufhin das 2/3-Wege-Ventil in seine andere Stellung
gebracht, wird der Druckraum 29 entlastet und es kann der
Förderkolben 22 unter Einwirkung der Vorspannkraft der Feder
30 seinen Förderhub ausführen. Je nach Drehstellung des
Verteilers 35 wird dabei eines der Einspritzventile mit
Zusatzflüssigkeit versorgt, die in dem Druckraum 15
vorgelagert wird unter Verdrängung des sich vorher dort
befindlichen Kraftstoffs zum Hochdruckspeicher 3 hin. Dazu
ist es erforderlich, daß der Förderdruck der
Fördereinrichtung 21 höher ist als der im Hochdruckspeicher
3 zur Verfügung stehende Kraftstoffdruck. Durch Verwendung
des oben beschriebenen Stufenkolbens ist eine
Druckübersetzung zu diesem Zwecke möglich, wenn der
Förderkolben 22 durch den Druck im Hochdruckspeicher 3
beaufschlagt wird.
Zur Steuerung der Einspritzung ist in dem Einspritzventil
ein Steuerraum 49 vorgesehen, der über eine Drossel 50
ständig mit der Druckleitung 7 in Verbindung ist und der von
einer Stirnfläche eines Kolbens 51 begrenzt wird. Durch den
Druck in den Steuerraum 49 erfolgt eine Krafteinwirkung auf
einen Stößel 52, der wiederum auf das Ventilglied 10 in
Schließrichtung wirkt. Zusätzlich wirkt in Schließrichtung
noch eine Schließfeder 53, deren Kraft jedoch nicht alleine
ausreicht, um das Ventilglied 10 in Schließstellung zu
halten. Dieses wird außer von der Kraft dieser Schließfeder
53 noch ständig vom Druck im Druckraum 15 beaufschlagt,
wobei dieser Druck an einer Schulter 55 am Ventilglied 10 in
Öffnungsrichtung des Ventilsschließgliedes wirkt.
Der Steuerraum 49 ist nun zusätzlich über eine Drossel 56
und ein elektrisch gesteuertes Ventil, hier ein Magnetventil
57, entlastbar. Wenn das Ventil 57 öffnet, überwiegt die vom
Druckraum 15 her auf das Ventilschließglied 10 ausgeübte
Öffnungskraft, so daß das Einspritzventil zu seinem
Einspritzvorgang öffnet. Bei diesem Einspritzvorgang wird
die zuvor im Druckraum 15 vorgelagerte Wassermenge zusammen
mit dem vom Hochdruckspeicher 3 her nachfließenden
Kraftstoff in den Brennraum eingebracht, solange das
Einpritzventil gesteuert durch das Magnetventil 57 in
Öffnungsstellung ist. Zum Schließen des Einspritzventils
wird das Magnetventil 57 wieder geschlossen, so daß sich in
dem Steuerraum 49 wieder der Druck des Hochdruckspeichers 3
einstellen kann. Dadurch gelangt das Ventilglied in
Schließstellung und die Einspritzung wird beendet. Das
Magnetventil 57 wird ebenfalls über die elektrische
Steuereinrichtung 5 im erforderlichen synchronen Takt der
Arbeitsfolgen der Brennkraftmaschine gesteuert. Zugleich
erfolgt außer dieser zeitlichen Steuerung auch die Steuerung
der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge. Die zugleich in
den Brennraum gelangende Zusatzflüssigkeitsmenge wird von
der elektrischen Steuereinrichtung durch Ansteuerung des
2/3-Wege-Magnetventils 47 gesteuert. Dieses kann dabei mit
der einzigen Fördereinrichtung 21 jedem einzelnen der
vorgesehenen Einspritzventile nacheinander die erforderliche
Zusatzflüssigkeitsmenge zuführen, die sich exakt steuern
läßt. In vorteilhafter Weise steht zum Antrieb der
Fördereinrichtung 21 der bereits vorhandene
Kraftstoffhochdruck zur Verfügung, so daß hier keine
weiteren Druckquellen erforderlich sind und bei geringem
Aufwand die Aufgabe der Einspritzung einer Zusatzflüssigkeit
erzielt werden kann.
In Abwandlung zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel kann
anstelle des 2/3-Wege-Ventils 47 auch die Kombination zweier
elektrisch gesteuerter 2/2-Ventile 58 und 58′ angewendet
werden, die in Fig. 2 gezeigt sind und hier als
Magnetventile ausgeführt sind. Dabei befindet sich das eine
dieser Ventile 58 zwischen dem Hochdruckspeicher 3 und der
unmittelbar zum Arbeitsraum 29 führenden Verbindungsleitung
46, während das andere der 2/2-Ventile 58′ sich zwischen
dieser Verbindungsleitung 46 und einem Entlastungsraum
befindet. Die Ventile werden im Gegentakt angetrieben, so
daß jeweils immer eines dieser Ventile geöffnet und das
andere geschlossen ist. Es besteht jedoch auch die
Möglichkeit beide Ventile geschlossen zu halten, um einen
Beharrungszustand des Förderkolbens 22 einzustellen.
Eine Variante zur Ausführung des Förderkolbens gemäß Fig. 1
ist in Fig. 3 gezeigt. Während beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 die den dort definierten Ringraum bzw.
Arbeitsraum 29 begrenzende Ringfläche des im Durchmesser
größeren Kolbenteils 27 des Förderkolbens 22 als
Arbeitsfläche 59 diente, ist nun beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 die gesamte Querschnittsfläche des im
Durchmesser größeren Teils 27′ des Förderkolbens 22′ als
Arbeitsfläche 59′ ausgebildet. Der von dieser Arbeitsfläche
59 in dem Stufenzylinder 25′ eingeschlossene Arbeitsraum 29′
wird nun wiederum über ein dem 3/2-Wegeventil 47
entsprechendes Ventil 47′ entweder mit dem Hochdruckspeicher
3 oder mit einem Entlastungsraum verbunden. Dabei erfolgt
die Verbindung zum Hochdruckspeicher wie auch im
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 über eine Drossel 60 zur
gleichmäßigen Befüllung des Arbeitsraumes 29 bzw. 29′. Der
auf der dem Arbeitsraum 29′ abgewandten Seite des im
Durchmesser größeren Teils 27′ des Förderkolbens 22′
eingeschlossene Ringraum wird zu einem Entlastungsraum hin
entlastet, zu dem insbesondere Leckkraftstoff abfließen
kann. An der Stirnseite, bzw. der Förderfläche 62′ des im
Durchmesser kleineren Teils des Förderkolbens 22′ greift nun
eine Feder 30′ an, die jetzt nicht mehr der fördernden
Rückstellung des Förderkolbens 22′ dient, sondern der
Ausführung des Saughubes des Förderkolbens 22′, wenn der
Arbeitsraum 29 entlastet ist. Es ist ferner eine Ringnut 63
zwischen den im Durchmesser kleineren Teil 23′ des
Förderkolbens 22′ und dem ihn führenden Stufenzylinder 25′
vorgesehen, die der Rückführung von Leckmengen der
Zusatzflüssigkeit zu einem Vorratsbehälter dient. Der
Förderraum 26 ist dann in der selben Weise mit der
Förderpumpe 42 bzw. den Einspritzventilen 8 verbunden wie
bei Fig. 1.
Diese Ausführung, der ebenfalls auch noch ein Wegsensor
zugeordnet werden kann, hat den Vorteil, daß eine größere
Arbeitsfläche 59′ im Verhältnis zur Förderfläche 62′ zur
Verfügung steht und gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 so eine größere Druckübersetzung bei gleicher
Baugröße erzielt werden kann.
Anstelle des beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1
vorgesehenen Verteilers 35 wird vereinfacht gemäß
Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ein Leitungsverteiler 65
vorgesehen, derart, daß die Förderleitung 36 sich direkt in
die zusätzlichen Leitungen 16a, 16b, 16c und 16d, je nach
Zahl der zu versorgenden Kraftstoffeinspritzventile,
verzweigt. Diese zusätzlichen Leitungen 16 a bis 16d führen
wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 über je ein
Rückschlagventil 17 in den Druckraum 15 der
Einspritzventile. Bei jedem Förderhub des Förderkolbens 22
bzw. 22′ erfolgt nun eine Förderung in alle Druckräume 15
der zugehörigen Einspritzventile 8 zugleich. Die
Förderphasen des Förderkolbens 22 liegen so, daß die
Zusatzflüssigkeitsförderung in die Einspritzventile jeweils
in den Spritzpausen der Einspritzventile erfolgt. Damit
nicht mit einem einzigen Förderhub die Gesamtmenge der
Zusatzflüssigkeit gefördert werden muß, die allen
Einspritzventilen für den jeweiligen Einspritzvorgang von
Kraftstoff und Zusatzflüssigkeit genügt, wird die Förderung
der Zusatzflüssigkeit in mehreren Förderhüben durchgeführt,
wie es das Diagramm in Fig. 5 zeigt. Dabei erfolgt die
Vorlagerung von Zusatzflüssigkeit sequentiell in
festgelegten Stufen, bis eine Höchstmenge an
Zusatzflüssigkeit unmittelbar vor dem beabsichtigten
Einspritzvorgang erreicht ist, der durch einen Blitzpfeil in
der Zeichnung gekennzeichnet ist. Unterhalb dieser
Teildiagramme sind die Förderbewegungen des Förderkolbens 22
über den Kurbelwellenwinkel dargestellt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 erfolgt
der Antrieb des Förderkolbens 122 nicht mehr unmittelbar vom
Hochdruckspeicher 3 sondern über einen Zusatzspeicher 67.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Druckversorgung der
Kraftstoffeinspritzventile mit einzuspritzendem Kraftstoff
weiterhin gleich wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Es ist somit die Hochdruckförderpumpe 1 vorgesehen, die aus
dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 Kraftstoff unter hohem Druck
in den Hochdruckspeicher 3 fördert, dessen Druck über den
Drucksensor 6 überwacht wird und mit Hilfe des
Drucksteuerventils 4 gesteuert wird. Druckleitungen 7 führen
dann zu dem jeweiligen Kraftstoffeinspritzventil 8, das in
der gleichen Weise aufgebaut ist wie beim
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und hier in der Fig. 6
nicht mehr weiter gezeigt wird. Die Zufuhr des von der
Hochdruckförderpumpe 1 geförderten Kraftstoffs erfolgt über
ein oder zwei Druckrückschlagventile 68, deren Öffnungsdruck
höher ist als der im Kraftstoffhochdruckspeicher 3
einzuhaltende Kraftstoffdruck. Mit der Förderseite der
Hochdruckförderpumpe ist ferner ein Zusatzspeicher 67 über
Rückschlagventile 69 verbunden, die Kraftstoff unter einem
Druck in den Zusatzspeicher 67 lassen, der durch den
Öffnungsdruck der Druckrückschlagventile 68 begrenzt ist.
Dieser Zusatzspeicher 67 kann wie Fig. 6 zunächst gezeigt
ein Leitungsspeicher sein, mit im wesentlichen festen
Volumen oder ein sogenannter Volumenspeicher sein, es kann
aber auch zur Speicherung von größeren Druckmittelmengen ein
Speicher 67′ vorgesehen werden, der von einer beweglichen
Wand 70 begrenzt wird, wie das gestrichelt in der Zeichnung
angegeben ist.
Aufgrund des nun zum Antrieb zur Verfügung stehenden
gegenüber dem Druck im Hochdruckspeicher 3 höheren Drucks im
Zusatzspeicher 67 ist es nun möglich, den Förderkolben 122
dieses Ausführungsbeispiels als normalen, ungestuften Kolben
auszuführen, der z. B. durch eine Rückstellfeder 71 in
Richtung zu einer Ausgangslage beaufschlagt wird. In dieser
in der Zeichnung gezeigten Ausgangslage wird der Förderraum
126 dieses Förderkolbens 122 analog zum Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 von einer Vorförderpumpe 42 und über ein
Rückschlagfüllventil 41 mit Zusatzflüssigkeit versorgt Die
jeweilige Stellung des Förderkolbens 122 wird dabei auch wie
im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch einen Weggeber 72
überwacht und das ermittelte Wegsignal an die elektrische
Steuereinrichtung 5 zurückgemeldet. Zur Betätigung des
Förderkolbens 122 wird ein 2/2-Wege-Ventil 74, hier
ebenfalls ein Magnetventil, in der Verbindungsleitung 146
zwischen Zwischenspeicher 67 und Arbeitsraum 129 des
Förderkolbens 122 geöffnet, so daß Kraftstoff unter
Hochdruck den Förderkolben 122 zu seinem Förderhub
verschiebt. Zur Beendigung diese Förderhubs wird dieses 2/2-Magnet
ventil 74 wieder geschlossen und statt dessen ein
zweites 2/2-Magnetventil 75 geöffnet, über das der
Arbeitsraum 129 druckentlastet wird. Dies geschieht in der
Ausführung, wie sie bereits zur Fig. 2 beschrieben ist.
Die Zufuhr der vom Förderkolben 122 geförderten
Zusatzflüssigkeit wird dann entweder nach dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 über einen synchron zur
Drehzahl der Brennkraftmaschine angetriebenen Verteiler 35
durchgeführt oder über einen Leitungsverteiler 65 gemäß
Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. Entsprechend wird dann
auch die Arbeitsfolge des Förderkolbens 122 eingestellt. Bei
diesem Ausführungsbeispiel kann unter Einsatz von einfachen
Druckventilen ein höherer Bearbeitungsaufwand für die
Bereitstellung eines gestuft ausgebildeten Förderkolben
vermieden werden. Insbesondere in Verbindung mit einem
Leitungsverteiler gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 4
ergibt sich somit eine sehr kostengünstige Lösung. Mit einem
etwas erhöhten Aufwand ist dann auch ein Zusatzspeicher 67′
mit beweglicher Wand realisierbar.
Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 4 mit einem
Leitungsverteiler 65, aber auch bei der Ausgestaltung nach
Fig. 1 mit einem Verteiler 35 kann beim Betrieb der
Einspritzeinrichtung der Fall auftreten, daß es trotz
anfänglich ausgeglichenem Druckniveau zwischen Verteiler und
Druckraum 15 des jeweiligen Einspritzventils 8 beim der
Vorlagerung nachfolgendem Einspritzvorgang zu einer
Druckabsenkung im Druckraum 15 kommt, mit der Folge, daß
eine geringe Menge Zusatzflüssigkeit aus der zusätzlichen
Leitung 16 nachgesaugt wird.
Um dies zu verhindern, ist der Verteiler 135 gemäß Fig. 7
mit einer zweiten Ringnut 80 versehen, die jenseits der von
der ersten Ringnut 37 abgehenden Verteileröffnung 39
angeordnet ist und eine zur ersten Ringnut weisende
Verteilernut 81 aufweist. Diese arbeitet ebenfalls mit den
vom Zylinder 40 abführenden zusätzlichen Leitungen 16
zusammen, die in der Arbeitsfolge der Einspritzung jeweils
nach der Unterbrechung ihrer Verbindung der Verteileröffnung
39 mit dieser Verteilernut 81 in Verbindung kommen. Die
zweite Ringnut 80 ist ständig mit einer Entlastungsleitung
82 verbunden, in der zur Einhaltung eines konstanten,
abgesenkten Druckes, der mit Sicherheitsabstand unterhalb
des sich im Druckraum 15 einstellenden Druckes liegt, ein
Druckbegrenzungsventil 84 eingesetzt ist.
Claims (15)
1. Einspritzeinrichtung zum kombinierten Einspritzen von
Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit, insbesondere Wasser, in
einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem
Einspritzventil (8), das einen einer Einspritzöffnung (14), die
durch ein Ventilglied (10) gesteuert wird, vorgelagerten
Druckraum (15) aufweist, der über eine Druckleitung (7) mit
einer Kraftstoffhochdruckquelle (1, 3) verbunden ist und über
ein Rückschlagventil (17) und eine zusätzliche Leitung (16) mit
einer Zumeßeinrichtung (20) verbunden ist zum intermittierenden
Vorlagern von zugemessener Zusatzflüssigkeit in den Druckraum
(15), jeweils zeitlich vor dem Öffnen der Einspritzöffnung (14)
durch das Ventilglied (10) für einen Einspritzvorgang von
Kraftstoff und Zusatzflüssigkeit in den Brennraum der
Brennkraftmaschine, mit einer vom Kraftstoffhochdruck der
Hochdruckquelle (1, 3) über wenigstens ein elektrisch
gesteuertes Ventil (47, 74, 75) intermittierend betätigbaren
Fördereinrichtung (21), die Teil der Zumeßeinrichtung (20) ist
und mit einer ein Steuerventil in Form eines elektrisch
gesteuerten Ventils (57) aufweisenden
Einspritzmengensteuereinrichtung zum Steuern der dem
Einspritzventil (8) aus der Kraftstoffhochdruckquelle (1, 3) zur
Einspritzung zugeführten Kraftstoffeinspritzmenge, dadurch
gekennzeichnet, daß als Kraftstoffhochdruckquelle eine
Hochdruckförderpumpe (1) vorgesehen ist, die einen
Hochdruckspeicher (3) versorgt, in dem ein bestimmter Druck
eingestellt wird und aus dem jeweils der für die
Kraftstoffeinspritzung bestimmte Kraftstoff gesteuert durch das
einem jeden Einspritzventil (8) zugeordnete Steuerventil (57)
entnommen wird.
2. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fördereinrichtung (21) für Zusatzflüssigkeit einen
Förderkolben (22) aufweist, der durch eine Feder (30, 30′) in
eine Vorzugsstellung bringbar ist und einen Förderraum (26) in
einem Zylinder (25) begrenzt, der sowohl über ein
Füllrückschlagventil (41) mit einer Zusatzflüssigkeitsversorgung
(42) verbindbar ist, über die in den Förderpausen der Förderraum
mit Zusatzflüssigkeit gefüllt wird, als auch über ein in
Förderrichtung öffnendes Förderrückschlagventil (34) über eine
Förderleitung (36) mit wenigstens einem Einspritzventil (8)
verbunden ist und durch den über das elektrisch gesteuerte
Ventil (47) zugeführten Kraftstoffhochdruck gegen die Kraft der
Feder (30, 30′) verschiebbar ist.
3. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kraftstoffhochdruck zur Betätigung des Förderkolbens
(22) dem Hochdruckspeicher (3) entnommen wird und einer dem
Hochdruck ausgesetzten Arbeitsfläche (59, 59′), die in
Wirkverbindung mit dem Förderkolben (22) steht, größer ist als
die an den Förderraum angrenzende Förderfläche (62) des
Förderkolbens (22).
4. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Krafstoffhochdruck zur Betätigung des Förderkolbens
(122) einem Zusatzspeicher (67, 67′) entnommen wird, der über
ein in Richtung Zusatzspeicher öffnendes Rückschlagventil (69)
mit der Hochdruckförderpumpe (1) verbunden ist und stromaufwärts
des Rückschlagventils (69) von der Hochdruckförderpumpe (1) eine
Leitung zum Kraftstoffhochdruckspeicher (3) abzweigt, die als
Förderventil ein Druckventil (68) enthält, dessen Öffnungsdruck
über dem höchsten durch ein Drucksteuerventil (4) im
Kraftstoffhochdruckspeicher (3) eingestelltem Druck liegt.
5. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zusatzspeicher (67) ein Volumenspeicher ist.
6. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zusatzspeicher (67′) eine bewegliche Wand (70) aufweist.
7. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder (30), die auf den Förderkolben (22) entgegen dem
Kraftstoffhochdruck wirkt, als Vorspannfeder ausgebildet ist und
zur Zusatzflüssigkeitsförderung ein an die Arbeitsfläche (59)
angrenzender Arbeitsraum (29) über das elektrisch gesteuerte
Ventil (47) entlastet und zum Wiederfüllen des Förderraumes (26)
über das elektrisch gesteuerte Ventil (47) wieder dem
Kraftstoffhochdruck (3) ausgesetzt wird.
8. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder, die auf den Förderkolben (22) entgegen dem
Kraftstoffhochdruck wirkt, als Rückstellfeder (30′) ausgebildet
ist und zur Zusatzflüssigkeitsförderung ein an die Arbeitsfläche
(59′) des Förderkolbens (22′) angrenzender Arbeitsraum (29′)
über das elektrisch gesteuerte Ventil (47′) mit dem Hochdruck
verbunden und zur Beendigung der Förderung der Zusatzflüssigkeit
über das elektrisch gesteuerte Ventil (47′) wieder entlastet
wird.
9. Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch gesteuerte Ventil
(47, 47′) ein 2/3-Ventil ist.
10. Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Bewegung des
Förderkolbens (22) zwei elektrisch gesteuerte Ventile (58, 58′)
vorgesehen sind, von denen das eine der Verbindung des
Arbeitsraumes (29) mit der Kraftstoffhochdruckquelle (3, 67)
dient und das andere der Entlastung des Arbeitsraumes (29)
dient.
11. Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Förderraum (26, 126) über von
der Förderleitung (36) abzweigende zusätzliche Leitungen (16a,
16b, 16c, 16d) mit je einem der Einspritzventile (8) über
jeweils das dem Einspritzventil (8) zugeordnete Rückschlagventil
(17) verbunden ist.
12. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 3 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Förderraum über einen in der
Förderleitung (36) angeordneten, synchron zur Drehzahl der
Brennkraftmaschine angetriebenen Verteiler (35) mit je einem
der Einspritzventile (8) über jeweils das dem Einspritzventil
(8) zugeordnete Rückschlagventil (17) verbunden ist.
13. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verteiler (135) eine ständig mit der
Förderleitung (36) verbundene erste Verteileröffnung (39)
aufweist, die bei der Drehung des Verteilers (135) nacheinander
mit je einer zu einem Einspritzventil (8) führenden zusätzlichen
Leitung (16a, 16b, 16c, . .) verbunden wird und eine zweite
Verteileröffnung (81) aufweist, die ständig mit einer
Entlastungsleitung (82) verbunden ist und die mit der jeweiligen
zusätzlichen Leitung (16a, 16b, 16c) im Anschluß an die Verbindung
der ersten Verteileröffnung (39) mit der jeweiligen zusätzlichen
Leitung verbunden wird.
14. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Entlastungsleitung (82) ein
Druckhalteventil (84) angeordnet ist.
15. Einspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß den Förderkolben (22, 122) ein
Wegmesser (32, 72) zugeordnet ist, über den ein Steuersignal an
eine Steuereinrichtung (5) zur Steuerung des elektrisch
gesteuerten Ventils (47, 47′) oder der elektrisch gesteuerten
Ventile (58, 58′, 74, 75) abgegeben wird.
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