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Title:
FUEL INJECTION SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/049442
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a fuel injection system having a fuel injection pump, the high-pressure delivery of which is determined by an electrically operated valve (24) which controls a discharge channel (21). The high-pressure delivery phase is determined by closing this valve (24). In order to carry out an injection, sub-divided into a pre-injection and a main injection, and in order to simplify control of the electrically operated valve (24), the cam (5) driving the pump piston (1) is so designed as to create an area in which the pump piston (1), in order to interrupt injection between pre-injection and main injection, maintains the position attained, moves backward, or moves forward more slowly, and the valve (24) is controlled in such a way that, at low rotational speed, the pump working area (10) is closed when the pump piston (1) is in front of the beginning of the cam area (V) preceding the area (P), and open when the pump piston (1) is in the cam area (V), and is closed again at the beginning of the cam area (H) following the area (P), before being opened again in order to complete injection; whereas at high rotational speed the first closing of the valve (24) per delivery stroke takes place in the area (P) without prior pre-injection.

Inventors:
NICOL STUART-WILLIAM (DE)
Application Number:
PCT/DE1998/000452
Publication Date:
November 05, 1998
Filing Date:
February 17, 1998
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
NICOL STUART WILLIAM (DE)
International Classes:
F02M41/12; F02M45/06; F02M59/36; (IPC1-7): F02M45/06; F02M59/36; F02M41/12
Foreign References:
DE3644257A11987-07-02
DE3720544A11988-01-14
US3690768A1972-09-12
DE3644257A11987-07-02
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Description:
Kraftstoff einspritzsystem Stand der Technik Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzsystem gemmai3 der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen, durch die DE-A-36 44 257 bekannten System ist als Kraft- stoffeinspritzpumpe eine Verteilereinspritzpumpe vorgesehen, mit einem hin-und hergehend angetriebenen und zugleich rotierenden Pumpenkolben, der bei seiner Drehbewegung und seinem Pumphub jeweils eine von mehreren Einspritzleitungen, die zu je einem Kraftstoffeinspritzventil führen, mit auf Einspritzdruck gebrachtem Kraftstoff versorgt. Zur Unterteilung der Einspritzung in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung wird das elektrisch gesteuerte Ventil, das ein Magnetventil ist, kurzzeitig geöffnet, um so den Pumpenarbeitsraum zu entlasten und den erzielten Kraft- stoffdruck kurzzeitig abzubauen. Dies bedeutet, daß ein sehr schnell schaltendes Magnetventil erforderlich ist, das einen erheblichen Aufwand an die elektrische Steuerung und an die Konstruktion des Ventils erfordert. Besonders nachteilig ist dabei die Tatsache, daß die Unterbrechung der Einspritzung

durch ein Magnetventil zeitgesteuert erfolgen muß. Dadurch wird mit zunehmender Drehzahl ein immer größer werdender Teil des verfügbaren Nockenhubes für die Unterbrechung der Einspritzung in Anspruch genommen. Bei einer Verteilerein- spritzpumpe steht ein gegenüber den Möglichkeiten einer Rei- heneinspritzpumpe, bei der ein Nocken allein jeweils einen Pumpenkolben antreibt ein wesentlich geringerer Hub pro Einispritzvorgang zur Verfügung, weil der hier verfügbare Nockenhub wegen der begrenzten Länge der Nockenbahn beschränkt ist. Eine zeitgesteuerte Unterbrechung der Ein- spritzung durch Zwischenentlastung des Pumpenarbeitsraumes mittels eines Magnetventils bedeutet daher eine wesentliche Einschränkung der durch die Kraftstoffeinspritzpumpe bereit- gestellte Leistung. Weiterhin ist auch ein spezielles Druck- ventil in der Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum und Ein- spritzventil vorgesehen, das bei Kraftstoffhochdruckförderung zur Kraftstoffeinspritzdüse in Förderrichtung öffnet und bei Beendigung der Einspritzung schließt und das geeignet ist, Druckwellen zwischen dem Druckventil und dem Kraftstoffeinspritzventil abzubauen und in diesem Bereich einen angestrebten konstanten Standdruck während der Einspritzpausen zu halten. Vorteilhaft ist es bei einer unterteilten Kraftstoffeinspritzung mit einer Vor- einspritzung und einer Haupteinspritzung pro Arbeitstakt des jeweiligen zu versorgenden Zylinders der Brennkraftmaschine für einen konstanten Standdruck in den Einspritzpausen zu sorgen.

Vorteile der Erfindung Durch die erfindungsgemäße Lösung erfolgt eine sichere Unterbrechung der Einspritzung zwischen Vor-und Hauptein- spritzung bei geringen Anforderungen an die Schnelligkeit eines zeitgesteuerten Ventils. Dabei wird während der Unter-

brechung der Einspritzung zwischen Vor-und Haupteinspritzung kein oder nur ein sehr geringe Teil des verfügbaren Nockenhubes in Anspruch genommen. Durch die kon- struktiv über die Nockenform unterstütze Unterbrechung der Einspritzung wird erreicht, daß selbst bei höherer Drehzahl eine sichere Unterbrechung der Einspritzung zwischen Vor- und Haupteinspritzung einhaltbar ist, ohne, daß es zu einer Einbuße an für die Hochdruckförderung bereitstellbaren Nockenhub kommt. Der drehzahlunabhängige Einfluß der Schalt- zeit wird durch durch den zweiten Teilbereich des Nocken kompensiert, so daß auch keine allzugroße Anforderungen an die Schnelligkeit des elektrisch gesteuerten Ventils gestellt werden müssen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Kraftstoffeinspritzpumpe, die von einem Magnetventil gesteu- ert wird, Figur 2 einen Verlauf der erfindungsgemäßen Nockenbahn in Form einer Nockenerhebungskurve über den Dreh- winkel mit einer ersten Steuerungssequenz des Ventils bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine und Figur 3 einen Verlauf der erfindungsgemäßen Nockenbahn über den Drehwinkel mit einer zweiten Steuerungssequenz des Ventils bei hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Beschreibung Die erfindungsgemäße Lösung ist beim nachfolgend beschrie- benen Ausführungsbeispiel anhand einer Verteilereinspritz- pumpe realisiert, wie sie schematisch in der Figur 1 darge- stellt ist. Es handelt sich dort um eine Verteilerein-

spritzpumpe der Axialkolbenbauart, wenn auch der Gegenstand der Erfindung auch bei anderen Kraftstoffeinspritzpumpen verwendbar ist, wie z. B. Verteilereinspritzpumpen der Ra- dialkolbenpumpenbauart oder Einzelpumpen mit nur einem Pum- penkolben zur Versorgung eines einzelnen Zylinders einer Brennkraftmaschine oder Reihenpumpen. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung aber bei einer Verteilereinspritzpumpe verwirklichbar, weil hier der verfügbare Nockenhub wegen der begrenzten Länge der Nockenbahn kleiner ist als bei z. B. einer Reiheneinpritzpumpe. Bei der Verteilereinspritzpumpe der in der Figur 1 gezeigten Art ist ein Pumpenkolben 1 vor- gesehen, der in einer Zylinderbohrung 2 verschieb-und ver- drehbar angeordnet ist und dort stirnseitig einen Pumpenar- beitsraum 10 einschließt. Der Pumpenkolben ist dabei mit einer Nockenscheibe 6, die axial nach unten weisende Nocken 5 der erfindungsgemäßen Ausgestaltung aufweist, z. B. über eine nicht weiter gezeigte Feder, gekoppelt. Die Nocken- scheibe wird rotierend, insbesondere synchron zur Drehzahl der von der Einspritzpumpe versorgten Brennkraftmaschine von einer nicht weiter gezeigten Antriebswelle in bekannter Weise angetrieben, wobei die Nockenscheibe unter Einfluß der Feder auf einem bekannten axial feststehenden Rollenring abläuft und in der Folge den rotierenden Pumpen-und Verteilerkolben in eine hin-und hergehende fördernden und ansaugende Bewegung versetzt. Der zeitliche bzw. drehwin- kelabhängige Ablauf der Rollen auf der Nockenflanke bestimmt also die Hublage des Pumpenkolbens. Bei seiner Drehbewegung in Zuordnung zu einem Pumpenförderhub, bei dem aus dem Pum- penarbeitsraum 10 Kraftstoff unter Hochdruck verdrängt wird, kommt der Pumpenkolben mit einer von mehreren Einspritzlei- tungen 7 über eine Verteilernut 8 in der Mantelfläche des Pump-und Verteilerkolbens in Verbindung. Die Verteilernut ist dabei über einen Längskanal 9 ständig mit dem Pumpenar- beitsraum verbunden. Die Einspritzleitung führt über ein

Druckventil 12 zu einem Kraftstoffeinspritzventil 13, das dem jeweiligen Zylinder einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist.

Die Versorgung des Pumpenarbeitsraumes 10 mit Kraftstoff er- folgt über eine Saugleitung 15, die von einem Saugraum 17, der im wesentlichen nur noch gestrichelt dargestellt ist und innerhalb des Gehäuses der Kraftstoffeinspritzpumpe einge- schlossen ist, versorgt. Der Saugraum erhält Kraftstoff von einer Kraftstofförderpumpe 18, die synchron zur Kraft- stoffeinspritzpumpe, z. B. von der Antriebswelle her, ange- trieben wird und somit Kraftstoff in drehzahlabhängigen Men- gen in den Saugraum fördert. Mit Hilfe eines zusätzlichen Drucksteuerventils 19 wird der Druck im Saugraum üblicher- weise drehzahlabhängig gesteuert, wenn mit Hilfe dieses Drucks Zusatzfunktionen der Kraftstoffeinspritzpumpe gesteu- ert werden sollen. Über eine Überlaufdrossel 22 fließt be- ständig Kraftstoff zum Vorratsbehälter 23 zurück, so daß da- durch für Kühlung der Einspritzpumpe bzw. Entgasung des Saugraumes gesorgt ist. Die Saugleitung 15 führt über ein Rückschlagventil 16 in den Pumpenarbeitsraum, wobei das Rückschlagventil in Richtung Pumpenarbeitsraum öffnet.

Parallel zu diesem Rückschlagventil ist ein elektrisch ge- steuertes Ventil 24 vorgesehen, das eine Bypassleitung 21 zum Druckventil 16 steuert und mit dessen Hilfe beim Öffnen des Ventils eine Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum 10 und Saugraum 17 hergestellt ist und beim Schließen des Ven- tils der Pumpenarbeitsraum 10 verschlossen ist. Das als Ma- gnetventil symbolisierte elektrisch gesteuerte Ventil 24 wird von einer Steuereinrichtung 25 entsprechend Betriebspa- rametern in an sich bekannter Weise gesteuert. Bei genügend großem Durchflußquerschnitt des Ventils 24 kann jedoch das Rückschlagventil 16 auch entfallen. In diesem Falle wird der

Pumpenarbeitsraum beim Saughub ausschließlich über das elek- trischgesteuerte Ventil gefüllt.

Mit Hilfe dieses elektrisch gesteuerten Ventils, wird der Beginn der Hochdruckförderung des Pumpenkolbens gesteuert.

Mit dem Ventil kann letztendlich auch der Spritzbeginn ge- steuert werden. Neben dieser Möglichkeit kann der Spritzbe- gin durch eine separate Spritzbeginnverstelleinrichtung verstellt werden, die bekannterweise einen relativ zum den Nocken abtastenden Pumpenkolben verdrehbarer Nockenantriebs- teil aufweist. Beim Verschließen des Ventils baut sich im Pumpenarbeitsraum 10 aufgrund der Förderbewegung des Pum- penkolbens ein für einen Einspritzvorgang erforderlicher Druck auf. Der so auf Einspritzdruck gebrachte Kraftstoff wird über den Längskanal 9 und die Verteilernut 8 einer der Einspritzleitungen 7 zugeführt. Mit dem Wiederöffnen des elektrisch gesteuerten Ventils wird die Hochdruckförderung unterbrochen. Die Schließdauer des Ventils bestimmt die Ein- spritzmenge, ggf. kann, wie oben gesagt, mit diesem auch der Spritzzeitpunkt gesteuert werden.

Erfindungsgemäß sind die Hochdruckförderseiten der Nocken- flanken der Nocken 5, so ausgebildet, daß sie wie in der Figur 2 oder 3 dargestellt über die Zeit einen Hubverlauf des Pumpenkolbens erzeugen, der unterteilt ist in einen ersten Bereich V der beginnend mit den Förderhub des Kolbens nach einem kleinen Förderhub endet, in einen zweiten Bereich P in dem der Kolben dann gar nicht oder nur so geringfügig in Förderrichtung bewegt wird, daß er in diesem Bereich für eine Hochdruckförderung nicht wirksam ist und eine Ein- spritzpause entsteht und schließlich in einen dritten Bereich H, in dem die Nockenflanke wieder ansteigt und den Pumpenkolben zwecks weiterer Förderung der Haupteinspritz- menge weiter verschiebt. Im Bereich P kann der Nocken waage-

recht, leicht steigend oder auch leicht fallend verlaufen.

Die Voreinspritzung wird dabei weiterhin durch das elek- trisch gesteuerte Ventil gesteuert und zwar so, daß es ge- schlossen ist, wenn die Rollen in den zweiten Bereich P kommen.

Für einen Betrieb bei niedriger Drehzahl ist dem Diagramm in Figur 2 entnehmbar, daß das elektrisch gesteuerte Ventil, z. B. ein Magnetventil oder auch ein von einem Piezo betätigtes Ventil, zur Steuerung des Beginns der Vorein- spritzmengenförderung in U. T., d. h. vor dem Anstieg der Nockenkurve aus einem Grundkreis geschlossen wird und in dem Nockenbereich V vor Erreichen des Nockenbereichs P wieder geöffnet wird. Nach einer Spritzpause im Bereich P folgt dann ein Wiederschließen des Ventils 24 mit Beginn der Hoch- druckförderung für die Haupteinspritzung im anschließenden Nockenflankenteil H, wo danach durch Öffnen des Ventils 24 die Hochdruckförderung wiederum unterbrochen und die Haupt- einspritzung beendet wird. Im Punkt des Wiedeerschließens sind die Anforderungen an die Exaktheit des Steuerpunktes niedriger als bei einer sonstigen Steuerung eines Spritzbeginns.

Für den Betrieb bei hoher Drehzahl ist eine Unterterteilung in Vor-und Haupteinsprizung nicht so dringend erforderlich, da hier auf Grund der im wesentlichen zeitkonstant ablaufenden Verbrennungsvorgängen eine Verschiebung der Ver- brennung in Drehrichtung nach dem oberen Totpunkt des Brenn- kraftmaschinenkolbens erfolgt und sich hier Zündverzüge bei eingespritzten Kraaftstoffmengen nicht mehr so nachteilig auf die Geräuschbildung bemerkbar machen. für diesen Fall, der in Figur 3 gezeigt ist, wird das Ventil 24 so angesteuert, daß es erst im Bereich des Nockenflankenteils P geschlossen wird, so daß es sicher geschlossen ist, wenn die

Kraftstoffförderung für die nun alleinige Haupteinspritzung im Bereich des sich dem Bereich P anschließenden Nockenflan- kenteils H erfolgt. Das Ende der Einspritzung wird wiederum durch Öffnen des Ventils gesteuert, was dann in der Regel noch vor dem oberen Totpunkt des Nocken der Einspritzpumpen erfolgt.

Diese Ansteuerung hat den Vorteil, daß bei hohen Drehzahlen der Pumpenarbeitsraum der Einspritzpumpe ausreichend mit Kraftstoff gefüllt werden kann, da die Füllphase nun gegen über der Steuerung bei niedriger Drehzahl verlängert ist und die Kolbenbewegung in Füllrichtung, d. h. beim Saughub nur bis inden Hubbereich gelangen muß auf dem sich der zweite Berreich P befindet. Wegen der erst ab dem Bereich P erfol- genden Hochdruckförderung ist die erforderliche Füllmenge des Pumpemnarbeitsraumes reduziert. Das elektrisch gesteuerte Ventil schließt also erst im Bereich P der Nockenflanke, so daß der Saughub zum Angesaugen von Kraft- stoff über die ablaufende Nockenflanke V voll ausgenutzt werden kann. Der Einströmfüllungseffekt wirkt sich noch im beginnenden Teil der Nockenflanke vor dem Bereich P aus so- lange das Ventil noch nicht geschlossen ist.

In Einzelfällen ist es möglich, die Nockenform zu modifizieren, im Sinne einer gewollten unterteilten Ein- spritzung und in Unterstützung der Steuerarbeit des Ventils.

Statt eine rückläufigen Hubbewegung des Kolben zu erzeugen, kann dieser auch lediglich in seiner Stellung verharren oder nur so geringfügig weiterbewegt werden, daß seine Bewegung nicht ausreicht, eine Einspritzung nennenswerter Art zu ermöglichen, derart, daß auch schon ohne dem Einfluß des Ventils eine wirksame Spritzpause konstruktiv vorgegebener Länge auftreten kann, die die Kraftstoffzufuhr in den Brenn- raum der Brennkraftmaschine reduziert, so daß der Druckan- stieg im Brennraum kleiner wird und eine geräuscharme Ver- brennung erzielt werden kann.