DE19625698A1 - Einspritzeinrichtung zum kombinierten Einspritzen von Kraftstoff und Zusatzflüssigkeit - Google Patents

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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.