Anordnung zur Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine solche Anordnung ist aus der Zeitschrift "Ölhydraulik und Pneumatik" 36 (1992), Nr. 5, Seiten 304 bis 310 bekannt. Danach ist es auch bekannt, den Druck im Hochdruckspeicher über den Förderstrom der Hochdruckpumpe zu steuern. Eine steuerbare Hochdruckpumpe ist jedoch aufwendig, zumal wenn sie mehrere Kolben aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff die Steuerung des Förderstroms zu vereinfachen.

Grundgedanke der Erfindung gemäß Anspruch 1 ist es, die

Steuerung des KraftstoffStromes auf die Niederdruckseite zu verlegen. Man kommt dann mit einem einzigen Stellglied für den Kraftstoffström aus, auch wenn eine Hochdruckpumpe mit mehreren Kolben verwendet wird; und kann mit einer einfachen, nicht regelbaren Hochdruckpumpe arbeiten.

Eine Problematik des erfindungsgemäßen Konzeptes liegt darin, daß die ungeregelte Hochdruckpumpe für den maximal nötigen Kraftstoffström (Maximalwert) bemessen ist: Sie saugt daher ein "Leervolumen" an, wenn auf der Niederdruckseite ein kleinerer Kraftstoffstrom eingestellt wird, der kleiner als der vorgenannte Maximalwert ist. Die daraus resultierende "Hohlraumbildung" führt zu einer fehlerhaften Kraftstoff- Förderung. Um diese zu vermeiden, sind bei der Erfindung weiter Maßnahmen vorgesehen, durch die eine solche

"Hohlraumbildung" auf der Niederdruckseite vor dem ansaugsei- tigen Rückschlagventil der Hochdruckpumpe vermieden wird.

Zur Einstellung des Kraftstoffstromes abhängig von den Motor¬ parametern durch die Steuereinheit kann eine druck- und/oder volumengesteuerte Niederdruckpumpe dienen. Vorzugsweise wird jedoch eine nicht steuerbare Niederdruckpumpe verwendet und der Kraftstoffstrom durch ein steuerbares Ventil zwischen Niederdruckpumpe und Hochdruckpumpe eingestellt; ein Ausfüh¬ rungsbeispiel dieser Art wird anhand der Figuren näher erläu¬ tert. Es zeigen:

Figur 1 schematisch den erfindungsrelevanten Ausschnitt aus einer Einrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder einer Brennkraftmaschine;

Figur 2 eine erste Ausführungsform und

Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer Hochdruckpumpe.

Gemäß Figur 1 fördert eine Niederdruckpumpe 1 Kraftstoff mit einem vorgegebenen Druck (beispielsweise 2 bar) aus einem

Tank 2. Ein Druckbegrenzungsventil 3 regelt den Kraftstoff- Förderdruck auf den vorgegebenen Wert. Weiter ist ein Steuer¬ ventil 4 vorgesehen, das zwischen einer Leitung 5 und 6 angeordnet ist. Die Leitung 6 steht mit zwei Differenzdruck- ventilen 7 und 8 in Verbindung, die zur Hochdruckpumpe füh¬ ren. Die Hochdruckpumpe weist im wesentlichen jeweils einen in einem Gehäuse 9, 10 angeordneten Kolben 11, 12 auf, der jeweils von einem Nocken 13, 14 antreibbar ist. Zwischen den Kolben 11, 12 und den Gehäusen 9, 10 ist jeweils ein Raum 15, 16 angedeutet, der jeweils einerseits mit einem der Diffe¬ renzdruckventile 7, 8 und andererseits mit je einem Rück¬ schlagventil 17, 18 in Verbindung steht. Die Rückschlagven¬ tile 17, 18 stehen mit einer Hochdruckleitung 19 in Verbin¬ dung, die zu einem nicht gezeigten Hochdruckspeicher führt. An der Hochdruckleitung 19 ist ein Drucksensor 42 angeschlos¬ sen, der den Druck in der Hochdruckleitung 19 ermittelt und den ermittelten Wert zu einer Steuereinheit 21 liefert, die

ihrerseits aufgrund motorspezifischer Daten einen Steuerbe¬ fehl zum Steuerventil 4 liefert.

Die Einrichtung arbeitet wie folgt:

Die Niederdruckpumpe 1 fördert Kraftstoff aus dem Tank 2 und bringt den Kraftstoff auf einen vorgegebenen Druck von bei¬ spielsweise 2 bar. Die nachfolgenden Druckangaben sollen immer nur beispielhafte Druckangaben sein. Das Steuerventil 4 regelt den Kraftstoffström in der Leitung 6 so, daß er dem

Bedarf der Brennkraftmaschine entspricht. Die Differenzdruck¬ ventile 7, 8 sind so gewählt, daß sie bei einer Druckdiffe¬ renz von 0,5 bar öffnen. In der dargestellten Lage wird der Kolben 12 aufgrund der Bewegung des Nockens 14 (Pfeil B) nach unten bewegt (die Kolben 11, 12 sind in dieser Richtung durch eine nicht gezeigte Feder vorgespannt) , so daß der Kompres¬ sionsraum 16 über das Differenzdruckventil 8 mit Kraftstoff gefüllt wird. Der andere Nocken 13 bewegt sich in Richtung auf seinen oberen Totpunkt, so daß im Kompressionsraum 15 befindlicher Kraftstoff über das Rückschlagventil 17 in die Hochdruckleitung 19 und den Hochdruckspeicher gepreßt wird. Die Nocken 13, 14 sind so positioniert, daß in jeder Phasen¬ lage nur ein Kolben ansaugt, um ein gleichmäßiges Befüllen der Kompressionsräume 15, 16 zu gewährleisten.

Unter den eingangs genannten Umständen kann sich bei der Abwärtsbewegung eines Kolbens 11 oder 12 ein Hohlraum bilden. Die Differenzdruckventile 7, 8 bewirken dann, daß der Hohl¬ raum jeweils über den Kolben in den Kompressionsräumen 15,16 und nicht in der Leitung 6 entsteht.

Die Figur 2 zeigt eine Ausführungsform, mit der eine gleich¬ mäßige Befüllung der Kompressionsräume 15,16 erzielt werden kann. Dabei sind die in Figur 1 gezeigten Differenzdruckven- tile 7, 8 in den Gehäusen 9, 10 angeordnet.

4 In Figur 2 ist wiederum ein Gehäuse 9 dargestellt, das aus einem Zylinder 22 und einem Pumpenkopf 23 besteht. Eine im Pumpenkopf 23 angeordnete Zulaufbohrung 24 führt zu einem Kompressionsraum 25, an den sich ein im Zylinder 22 ver- schiebbar angeordneter Kolben 26 anschließt. Unmittelbar nach der Zulaufbohrung 24 ist ein Differenzdruckventil 32 angeord¬ net, das aus einer Tellerfeder 27 und einer Ventilscheibe 28 besteht, wobei sich die Ventilscheibe 28 an einen ringförmi¬ gen Ventilsitz 29 des Pumpenkopfes 23 anlegt und der Ventil- sitz 29 eine Dichtkante bildet. In einer Austrittsbohrung 30, die einerseits in den Kompressionsraum 25 mündet und anderer¬ seits mit dem Hochdruckspeicher in Verbindung steht, ist ein Rückschlagventil 31 angeordnet, das dem Rückschlagventil 17 in Figur 1 entspricht.

Ein Befüllen des Kompressionsraums 25 ist nun möglich, wenn das Differenzdruckventil öffnet. Dazu muß der Druck in der Zulaufbohrung/Ansaugleitung entsprechend größer als der im Kompressionsraum sein. Diese Bedingung ist nur erfüllt, wenn und solange die Ansaugleitung mit Kraftstoff gefüllt ist, so daß sich ein Hohlraum immer nur im Kompressionsraum 25 und nicht in der Zuleitung bilden kann. Aufgrund der Ausbildung des Ventils 32 als Tellerfeder 27 und einer Ventilscheibe 28 ist das Schadvolumen in der OT-Stellung (obere Totpunkt- Stellung) des Kolbens 26 minimal.

In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.

Der obere Teil der Hochdruckpumpe entspricht der in Figur 2 gezeigten Anordnung und ist daher mit den gleichen Bezugszei¬ chen versehen.

Im unteren Teil der Hochdruckpumpe ist in einem Nockenwellen- gehäuse 33 eine Nockenwelle 34 mit einem Nocken 35 gelagert. Der Nocken 35 steht mit einer Stößelrolle 36 in Verbindung, die in einem Stößel 37 drehbar gelagert ist. Der Stößel 37

wird von einer in einem Raum 38 angeordneten Stößelfeder 39 immer in Richtung auf die Nockenwelle 34 gedrückt, so daß die Stößelrolle 36 auf dem Nocken 35 rollt. Der Raum 38 steht mit einem Nockenwellenraum 40 über eine Entlastungsbohrung 41 in Verbindung, in dem die Nockenwelle 34 gelagert ist.

Im Gegensatz zu Figur 2 ist der Kolben 26 nicht durch eine Feder in Richtung auf die Nockenwelle vorgespannt. Das heißt, daß der Kolben 26 freischwebend im Zylinder geführt ist. Wird nun bei einer Abwärtsbewegung des Stößels 37 über das Steuer¬ ventil 4 (Figur 1) ein definiertes Volumen von Kraftstoff über das Ventil 32 in den Kompressionsraum 25 gedrückt, so macht der Kolben 26 eine entsprechende Abwärtsbewegung. Bei der Aufwärtsbewegung des Stößels 37, der über die Stößelrolle 36 vom Nocken 35 angetrieben wird, legt der Stößel 37 erst einen gewissen Leerhub zurück, bis er am Kolben an dessen Unterseite zum Anliegen kommt. Bei weiterer Aufwärtsbewegung des Stößels 37 und des Kolbens 26 wird der auf hohen Druck komprimierte Kraftstoff über das Rückschlagventil 31 und die Austrittsbohrung 30 in den Hochdruckspeicher gedrückt.

Die Anordnung von Figur 3 hat gegenüber der Anordnung von Figur 2 den Vorteil, daß sich auch im Kompressionsraum kein Hohlraum bilden kann, da bei einer bestimmten eingeströmten Kraftstoffmenge der Kolben stehenbleibt. Damit braucht weiter das Ventil 32 nicht als aufwendiges Differenzdruckventil ausgebildet zu werden. Die Federkraft des Ventils 32 muß dann nicht allzu genau sein, so daß ein preiswerteres Ventil verwendet werden kann.

Darüberhinaus hat eine Trennung von Kolben 26 und Stößel 37 den Vorteil, daß der Befüllungsdruck nur die kleine Masse des Kolbens bewegen muß. Der Befüllungsdruck kann demnach relativ klein gehalten werden, der Kolben 26 weicht schnell genug aus, und es steht damit genügend Zeit für den Füllvorgang zur Verfügung.