Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritz- Vorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei Dieselmotoren mit Direkteinspritzung ergeben sich durch die schlagartige Verbrennung erhebliche Geräusch- probleme. Eine merkliche Geräuschreduzierung läßt sich indes durch die Aufteilung der Kraftstoffeinspritzmenge in eine kleinere Voreinspritzmenge und eine von der Dreh¬ zahl und der Last des Dieselmotors abhängige Hauptein¬ spritzmenge erzielen. Zur Aufteilung der Einspritzmenge hat man daher zusätzlich zu der Kraftstoffeinspritzpumpe eine gesonderte Voreinspritzeinheit vorgesehen, welche eine Voreinspritzmenge der Einspritzdüse zuführt.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen der eingangs genannten Art (DE-OS 27 21 628) weist die Voreinspritzeinheit eine Voreinspritzpumpe auf, die mit einem piezoelek- trischen Antrieb versehen ist. Der Piezoantrieb wird von einem Steuerkreis erregt, der seinerseits von einem rotierenden Teil der Brennkraftmaschiπe, z.B. von der Kurbelwelle, ein drehwinkelabhängiges Signal erhält. Die Kraftstoffeinspritzpumpe konventioneller Bauart wird in Synchronisation mit der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Voreinspritzpumpe weist einen Kolben auf, der in einem mit der Kraftstoffleitung zwischen Kraftstoffeinspritzpumpe und Einspritzdüse in Verbin¬ dung stehenden Zylinder axial verschiebbar ist. Wird der Piezoantrieb erregt,so verschiebt er ggf. ber eine hydraulische Über¬ setzung den Kolben auf kleinstes Zylindervolumen.Dadurch wird Kraft¬ stoff aus dem Zylinder verdrängtund bewirkt ein Öffnen der Einspritzdüse, durch welche die Voreinspritzmenge aus¬ tritt. Am Ende des Kolbenhubs bleibt der Piezoantrieb erregt, wodurch nunmehr der von der Kraftstoffeinspritz- pumpe geförderte Kraftstoff die Einspritzdüse geöffnet hält oder erneut öffnet,und somit die Haupteinspritz¬ menge durch die geöffnete Einspritzdüse austreten kann. Gegen Ende des Förderhubs der Kraftstoffeinspritzpumpe wird der Piezoantrieb entregt, wodurch sich der Kolben in die Stellung mit größtem Zylindervolumen zurückbe¬ wegt. Dadurch wird das Volumen der Kraftstoffleitung schlagartig vergrößert. Damit fällt der Druck in der Kraftstoffleitung und in der Einspritzdüse schlagartig ab, und die Einspritzdüse schließt.

Bei dieser Ausbildung der Voreinspritzeinheit ist die Voreinspritzmenge durch den Hub des Kolbens bestimmt und konstruktiv unabänderlich festgelegt. Lediglich der Zeitpunkt der Voreinspritzung läßt sich steuern.

Damit ist eine optimale Auslegung der Voreinspritzung hinsichtlich der maximalen Geräuschreduzierung durch fehlende Justiermöglichkeiten nicht möglich. Außerdem läßt sich die Voreinspritzung zeitlich auch nicht ohne Beeinflussung der Haupteinspritzung verändern, da diese immer unmittelbar nach Beendigung der Voreinspritzung einsetzt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Hydraulikkreise für Haupt- und Vorein¬ spritzung vollkommen voneinander getrennt sind und damit die Voreinspritzung die Haupteinspritzung in keiner Weise beeinflußt. Durch die Zeitsteuerung des Magnetventils läßt sich die Voreinspritzmenge in weiten Grenzen einstellen. Beidef zusammen macht eine optimale Auslegung der Vorein¬ spritzung bezüglich Geräuschreduktion ohne Nachteile in Verbrauch und Abgas möglich. Die Zuordnung der Vorein¬ spritzung zur Haupteinspritzung ist frei wählbar, so daß die Kennwerte, wie Spritzbeginn und Einspritzmenge, in Kennfeldern abgelegt werden können. Durch die Tren¬ nung der Voreinspritzung von der nach wie vor konventio¬ nellen Haupteinspritzung ist das benötigte Volumen des Hochdruckspeichers entsprechend klein, wodurch auch der Kapazitätsbedarf der Pumpe zur Speicherdruckversorgung gering ist.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Ma߬ nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse¬ rungen der im Anspruch 1 angegebenen Kraftstoffeinspritz- Vorrichtung möglich.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 2. Die getrennten Düsenquer¬ schnitte, die z.B. durch eine Doppelnadeldüse gemäß Anspruch ^" 3 realisiert werden können, erleichtern die optimale Auslegung der Voreiπspritzung ohne Inkauf- nehmen von Nachteilen bei der Haupteinspritzung.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 4,5 oder 6. Bei diesen Ausführungs¬ formen können konventionelle Einspritzdüsen verwendet werden. Bei den Ausführungsformen gemäß Anspruch 4 und 5 ergeben sich die zusätzlichen Vorteile, daß die Lei¬ tungslängen zwischen Hochdruckspeicher und Magnetventil unkritisch sind, daß die sich beim Schließen der Ein¬ spritzdüsen ausbildenden Druckwellen ein gutes Ausschwing- verhalten zeigen und daß keine Kraftstoffabsteuerung zu der Kraftstoffrückführleitung hin durch das Magnet¬ ventil erfolgt.

Die Ausführungsformen der Erfindung gemäß Anspruch 8 - 11 zeigen weitere Möglichkeiten von Kraftstoffeinspritz— Vorrichtungen, die jedoch eine besondere Ausbildung der Vor¬ einspritzdüsen erfordern. Bei diesen Einspritzdüsen wird durch Druck auf der Düsennadelrückseite die Ein¬ spritzdüse geschlossen gehalten. Durch Absteuerung des Schließdruckes können die Düsenquerschnitte geöffnet werden.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung darge¬ stellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Dieselmotor,

Fig. 2 jeweils eine Vorspritzeinheit mit Voreinsυritzdüse der bis 5 Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fig. 1 gemäß weitere Ausführungsbeispiele.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Kraftstoffein¬ spritzvorrichtung für einen vierzylindrigen Dieselmotor als Beispiel einer Verbrennungskraft- maschine weist eine Einspritzpumpe 10 mit vier Druck¬ leitungsanschlüssen 11 auf, die über Kraftstoffleitun- gen 12 mit jeweils einer einem Zylinder zugeordneten Einspritzdüse 13 verbunden sind. Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 1 nur eine Einspritzdüse 13 für einen Zylinder des Dieselmotors dargestellt. Bei einem vier¬ zylindrigen Dieselmotor sind vier Einspritzdüsen 13 vorhanden, die über jeweils eine Kraftstoffleitung 12 mit der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 verbunden sind. Die eingangsseitig über eine Ansaugleitung 14 mit einem Kraftstoffbehälter 15 verbundene Kraftstoffeinspritz- pumpe 10 wird in Synchronisation mit dem Dieselmotor angetrieben und kann als Reihen- oder Verteilereinspritz¬ pumpe ausgebildet sein. Die in Haupteinspritzdüse 131 und Voreinspritzdüse 132 unterteilte Einspritzdüse 13 ist eine sog. Doppelnadeldüse, die einen Düsenhalter 16 mit zwei Einspritzkammern 17,18 und zwei Düsennadeln 19,20 aufweist. Jede Einspritzkammer 17, 18 weist eine Spritzöffnung 21 bzw. 22 auf, die von der zugeordneten Düsennadel 19 bzw. 20 geschlossen oder frei- gegeben wird. Der Querschnitt der Spritzöffnungen ist unterschiedlich ausgebildet, wobei der Voreinspritzdüse 13 der kleinere Querschnitt zugeordnet ist.Die in dem Düsenhal¬ ter 16 axial beweglichen Düsennadeln 19,20 sind so ausgebildet,

daß sie von dem Druck in den Einspritzkammern 17,18 in Öffnungsrichtung beaufschlagt.werden.

Auf der Rückseite der beidenDüser_nadeln 19,20 greift jeweils eine Schließkraft an, welche die Düsennadeln 19,20 in Schließrichtung belastet. Die Schlie߬ kraft wird von Schließfedern 23 erzeugt, die in jeweils einem Federraum 24 des Düsenhalters 16 untergebracht sindund sich einerseits an dem Düsenhalter 16 und andererseits überjeweils einen Druckbolzen 25 auf der Rück- seite der beiden Düsennadeln 19,20 abstützen. Zwecks Rückführung von Kraftstoff-Leckmengen sind die Feder¬ räume24 über eine Kraftstoffrückführleitung 26 mit dem Kraftstoffbehälter 15 verbunden. Die von der Kraft¬ stoffeinspritzpumpe 10 kommende Kraftstoffleitung 12 mündet in der Einspritzkammer 17 der Haupteinspritz¬ düse 131, während die Einspritzkammer 18 der Voreinspritz düse 132 mit einer Voreinspritzeinheit 27 verbunden ist.

Die Voreinspritzeinheit 27 besteht aus einem Hochdruck¬ speicher 28, der mittels einer Kraftstoffδrderpumpe 29 mit Kraftstoff auf Einspritzdruck gespannt wird, und aus vier zeitgesteuerten Magnetventilen 30, deren Magneter¬ regung von einer Steuereinheit 31 gesteuert wird. Die Anzahl der vorhandenen Magnetventile 30 richtet sich nach der Anzahl der vorhandenen Einspritzdüsen 13. In Fig. 1 ist entsprechend der einen Einspritzdüse 13 nur ein Magnetventil 30 dargestellt. Hochdruckspeicher 28, Kraftstofförderpumpe 29 und Steuereinheit 31 sind unab¬ hängig von der Anzahl der Einspritzdüsen 13 nur einmal vorhanden. Die Kraftstofförderpumpe 29 ist. dabei über eine weitere Ansaugleitung 32 wiederum .mit dem Kraft¬ stoffbehälter 15 verbunden. Das Magnetventil 30 ist als 2/2-Wegeventil 33 mit Federrückstellung ausgebildet, wobei von seinen beiden gesteuerten Anschlüssen einer mit der Einspritzkammer 18 der Einspritzdüse 13 und der

andere mit dem Hochdruckspeicher 28 verbunden ist. Das 2/2-Wegeventil 33 ist in seinem stromlosen, d.h. uner¬ regten, Ruhezustand geschlossen und unterbricht die Verbindungsleitung 34 zwischen Hochdruckspeicher 28 und Einspritzkammer 18 der Einspritzdüse 13. Zur Syn¬ chronisation der Ansteuerung des Magnetventils 30 mit dem Förderhub der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 weist die Steuereinheit 31 weiter nicht dargestellte Sensoren auf, die die Triggerung des Magnetventils 30 auslösen. Ein solcher Sensor kann z.B. ein Kurbel¬ winkelsensor sein, der drehwinkelabhängige Trigger¬ signale liefert. Als Sensor kann aber auch ein Düsen- nadelbewegungsfühler verwendet werden. Durch entspre¬ chende zeitliche Verschiebung der Triggerung des Magnet- ventils 30 gegenüber diesen Sensorsignalen in der Steuer¬ einheit 31 kann der Voreinspritzbeginn und die Vorein¬ spritzmenge in weiten Grenzen eingestellt und variiert werden. Die mittels der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 über die Einspritzkammer 17 und die Spritzöffnung 21 durchgeführte Haupteinspritzung ist konventionell und allgemein bekannt.

In Fig. 2 bis Fig. 5 ist jeweils eine Variante der Vor¬ einspritzeinheit 27 in Fig. 1 dargestellt. Von der Einspritz¬ düse 13 ist dabei nur die ^' Voreinspritzdüse 132 gezeigt. Jede der Vorspritzeinheiten 227 - 527 ist wiederum für einen vierzylindrigen Dieselmotor konzipiert und kann in Fig. 1 an die Stelle der Vorspritzeinheit 27 treten.

Die Voreinspritzeinheit 227 in Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dadurch, daß für die vier Voreinsoritzdüsen 132 ein zwangsgesteuertes mechanisches Verteilerelement 35 vorgesehen ist, das ausgangsseitig mit jeweils einer Einspritzkammer 18 der Einspritzdüsen 13 und eingangs-

seitig über das Magnetventil 30 mit dem Hochdruck¬ speicher 28 verbunden ist. Das Magnetventil 30 ist als 3/2-Wegeventil 36 ausgebildet, von dessen drei gesteuerten Anschlüssen einer mit dem Ausgang des Hochdruckspeichers 28, einer mit dem Eingang des

Verteilerelements 35 und einer über eine Kraftstoff- Rückführleitung 37 mit dem Kraftstoffbehälter 15 ver¬ bunden ist. In der Kraftstoff-Rückführleitung 37 ist noch ein Rückschlagventil 38 angeordnet, das in dem 3/2-Wegeventil 36 integriert sein kann.

Bei dieser Voreinspritzeinheit 227 ist nur noch ein einziges Magnetventil 30 erforderlich, da die synchrone Ansteuerung der vierVoreinspritzdüsen 132 durch das zwangs- gesteuerte Verteilerelement 35, das von dem Dieselmotor angetrieben wird, erfolgt.

Die Voreinspritzeinheiten in Fig. 3 bis Fig. 5 erfordern eine abgewandelte Bauart der Voreinspritzdüsen 132. Hier sind zumindest die der Vorspritzeinheit zugeordneten Düsennadeln 20 so ausgebildet, daß sie mit ihrer von der Spritzöffnung 22 abgekehrten Stirnfläche 39 einen Steuerraum 40 im Düsenhalter 16 (in Fig. 3 - 5 nicht dargestellt) begrenzen. Der Steuerraum 40 ist mit Kraft¬ stoff aus dem Hochdruckspeicher 28 füllbar und mittels des Magnetventils 30 wahlweise absperr- oder freigebbar. Für jede Einspritzdüse 13 ist wiederum ein gesondertes Magnetventil 30 erforderlich, so daß bei einem vier¬ zylindrigen Dieselmotor insgesamt vier Magnetventile 30 vorhanden sind- Die Magnetventile 30 werden wiederum von der Steuereinheit 31 getriggert. Bei allen Vorein- spritzeinheiten 327 - 527 ist jede Einspritzkammer 18 der Voreinspritzdüse 132 über die Verbindungsleitung 34 unmittelbar mit dem Hochdruckspeicher 28 verbunden.

Bei der in Fig. 3 schematisch skizzierten Voreinspritz¬ einheit 327 ist der Steuerraum 40 einerseits über eine Drossel 41 mit dem Hochdruckspeicher 28 und anderer¬ seits mit der zu dem Kraftstoffbehälter 15 führenden Kraftstoffrückführleitung 26 verbunden. In die Kraft¬ stoffrückführleitung 26 ist das wiederum als 2/2- Wegeventil 33 mit Federrückstellung ausgebildete Magnet¬ ventil 30 eingeschaltet, das in seinem stromlosen Zu¬ stand sperrt, also die Kraftstoffrückführleitung 26 unterbricht,und den Steuerraum 40 abschließt. In der Kraftstoffrückführleitung 26 zwischen Steuerraum 40 und Magnetventil 30 ist noch ein Rückschlagventil 42 vorgesehen.

Bei dieser Voreinspritzeinheit 327 wirkt der .Druck im Hochdruckspeicher 28 auf die Einspritzkammer 18 und über die Drossel 41 auf den Steuerraum 40 und damit auf die Rückseite der Düsennadel 20. Wird das Magnetventil 30 erregt und steuert in ^" seinen geöffneten Zustand, so wird der Druck im Federraum 40 über die Kraftstoff- rückführleitung 26 abgesteuert. Damit öffnet die Düsen¬ nadel 20 und gibt die Spritzöffnung 22 frei. Das Ein¬ spritzende wird durch erneutes Schalten des Magnet¬ ventils 30 eingeleitet.

Bei der Voreinspritzeinheit 427 in Fig. 4 ist der Steuer- räum 40 einerseits über das Magnetventil 30 mit dem Hoch¬ druckspeicher 28 und andererseits über die Kraftstoff¬ rückführleitung 26 mit dem Kraftstoffbehälter 15 verbun¬ den. In der Kraftstoffrückführleitung 26 ist eine Dros¬ sel 41 angeordnet. Das Magnetventil 30 ist wiederum als 2/2-Wegeventil 33 mit Federrückstellung ausgebildet, das in seiner stromlosen Ruhestellung geöffnet ist und den Hochdruckspeicher 28 mit dem Steuerraum 40 verbindet.

Durch Betätigung des Magnetventils 30 wird die Ver¬ bindung zwischen Hochdruckspeicher 28 und Steuerraum 40 der Voreinspritzdüse 132 unterbrochen. Der Druck im Steuerraum 40 wird über die Drossel 41 abgesteuert, so daß die Düsennadeln 20 unter dem Druck der Ein¬ spritzkammer 18 öffnet und die Spritzöffnung 22 frei¬ gibt. Das Spritzende wird durch Umschalten des Magnet¬ ventils 3θ in seine Ruhestellung eingeleitet, in wel¬ cher der Steuerraum 40 wiederum mit unter Einspritzdruck stehendem Kraftstoff gefüllt wird.

Bei der Voreinspritzeinheit 527 in Fig. 5 ist der Steuer¬ raum 40 über das als 3/2-Wegeventil 36 mit Federrückstel¬ lung ausgebildete Magnetventil 30 wechselweise mit dem Hochdruckspeicher 28 und mit der zu dem Kraftstoffbe- hälter 15 führenden Kraftstoffrückführleitung 26 ver¬ bindbar. Von den drei gesteuerten Anschlüssen des 3/2- Wegeventils 36 ist der eine mit dem Ausgang des Hoch¬ druckspeichers 28, der andere mit dem Eingang des Steuerraums 40 und der dritte mit der Kraftstoffrück- führleitung 26 verbunden. In der Kraftstoffrückführ¬ leitung 26 ist noch eine Drossel 41 eingeschaltet, die vorzugsweise in dem 3/2-Wegeventil 36 integriert ist. In stromlosem Zustand verbindet das Magnetventil 30 den Steuerraum 40 mit dem Hochdruckspeicher 28. Durch den Einspritzdruck im Steuerraum 40 verschließt die Düsen¬ nadel 2θ die Spritzöffriung 22. Mit Ansteuerung des Mag¬ netventils 30 wird der Steuerraum 40 mit der Kraftstoff¬ rückführleitung 26 verbunden und der Hochdruckspeicher 28 abgesperrt. Der Druck im Steuerraum 40 wird abge- steuert und die Düsennadel 20 gibt die Spritzöffnung 22 frei. Die Voreinspritzeinheit 527 arbeitet in gleicher Weise wie die Voreinspritzeinheit 427 in Fig. 4, ver¬ meidet jedoch die Instabilität der Vorspritzeinheit 427

wegen des dort über die Drossel 41 ständig vorhandenen Druckabfalls.