[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Vor- und Haupteinspritzmenge
mit dazwischenliegender Einspritzpause für eine Brennkraftmaschine, insbesondere
mit Luftverdichtung und Selbstzündung, gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Merkmalen.
[0002] Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-AS 1 260 865 bekannt, bei der ein zwischen
einer Kraftstoffeinspritzpumpe und Einspritzdüse angeordnetes Steuerteil mit einem
einzigen Steuerkolben die Voreinspritzmenge und die in der Einspritzpause abgesteuerte
Menge volumetrisch steuert. Die Voreinspritzung wird derart erzeugt, daß ein mittlerer
Teil des geschlossenen Förderstoßes des Pumpenkolbens nicht mehr zur Einspritzdüse
geleitet, sondern kurzzeitig über eine als Zwischenentlastung dienende Leitung in
einen Behälter abgesteuert und dadurch die Einspritzung in Vor- und Haupteinspritzung
mit dazwischenliegender Einspritzpause aufgeteilt wird. Die bekannte volumetrische
Steuerung hat gegenüber den üblichen Feder- bzw. Drucksteuerungen den Vorteil höherer
Genauigkeit.
[0003] Die Steuerung von Voreinspritzung und Einspritzpause mit einem einzigen Steuerkolben
erfordert zwecks genauer Einhaltung der Voreinspritzmenge einen kleinen Kolbendurchmesser.
Hierbei ist jedoch von Nachteil, daß diese Ausführung wegen der erforderlichen großen
Einspritzpause und der sich daraus ergebenden großen Pausenabsteuermenge zu großen
und bezüglich der Steuerkolbenrückholfeder nicht mehr beherrschbaren Steuerkolbenwegen
führt. Umgekehrt wird bei kleinen und hinsichtlich der Rückholfeder beherrschbaren
Wegen der Kolbendurchmesser zu groß und damit der Steuerweg für die Voreinspritzmenge
zu klein bzw. bezüglich der für die Genauigkeit der Voreinspritzmenge erforderlichen
Toleranzen nicht mehr beherrschbar.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu beseitigen
und die Vorrichtung derart auszubilden, daß bei der rein volumetrischen Steuerung
die Voreinspritzung im Verhältnis zur Haupteinspritzung sehr klein, jedoch die Einspritzpause
zwischen Vor- und Haupteinspritzung dem Erfordernis genügend entsprechend groß ist.
[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
[0006] Durch die Anordnung und Ausbildung eines zusätzlichen Steuerteiles als Pausensteuerteil
sind die für die Genauigkeit der Voreinspritzmenge notwendigen Toleranzen wesentlich
besser beherrschbar und damit weiche Verbrennungsgeräusche der Brennkraftmaschine
erzielbar.
[0007] In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes
angegeben.
[0008] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Steuereinheit mit zwei Steuerteilen und nachgeschaltetem Speicher oder
Absteuerraum,
Fig. 2a die Volumina der Voreinspritzmenge, Pausenmenge und Haupteinspritzmenge über
der Zeit aufgetragen,
Fig. 2b den Einspritzdüsennadelhub mit Einspritzpause,
Fig. 3 die Ausbildung des Pausenkolbens gleichzeitig als Federkolbenspeicher,
Fig. 4 die Steuereinheit mit Ansteuerung einer Vor- und Haupteinspritzdüse.
[0009] Für eine luftverdichtende selbstzündende Brennkraftmaschine vorgesehene Steuereinheit
1 besteht aus einem für die Voreinspritzung maßgebenden Steuerteil 2 und einem die
Einspritzpause bestimmenden Steuerteil 3 sowie aus einem Speicher wahlweise als Volumenspeicher
4 oder Federkolbenspeicher 5 oder aus einem niederdruckseitigen Absteuerraum 6.
[0010] Das Steuerteil 1 liegt im Wege einer Druckleitung 7, die einerseits an einer Kraftstoffeinspritzpumpe
8 und andererseits an einer Einspritzdüse 9 angeschlossen ist.
[0011] Das Steuerteil 2 setzt sich im wesentlichen aus einem Zylinder 10 und darin gegen
die Kraft einer Rückholfeder 11 geführten Steuerkolben 12 zusammen, der mit seiner
obenliegenden und zugleich als Anschlag dienenden Stirnfläche 13 einen einspritzpumpenseitigen
Zylinderraum 14 begrenzt und an seiner diesem Raum abgewandten Seite einen als Wegbegrenzer
wirkenden und in den Federraum 15 der Rückholfeder 11 hineinragenden Anschlagbolzen
16 aufweist, der bei niedergedrucktem Steuerkolben 12 den Mündungsquerschnitt 17
der zur Einspritzdüse 9 führenden Druckleitung 7 abdichtend verschließt. Der Steuerkolben
12 ist mit einem in Längsrichtung dieses Kolbens verlaufenden Durchlaß 18 mit einer
Ausgleichsdrossel 19 versehen. Mit 20 ist die obenliegende Steuerkante des Steuerkolbens
12 bezeichnet, die mit einem als Umlaufnut ausgebildeten Steuerquerschnitt 21 im Zylinder
10 zusammenwirkt.
[0012] Das Steuerteil 3 besteht aus gleichen Elementen, d.h. Zylinder 22 mit ebenfalls
als Umlaufnut ausgebildetem Steuerquerschnitt 23, Pausenkolben 24 mit Durchlaß 25
und Ausgleichsdrossel 26 sowie Anschlagbolzen 27, Steuerkante 28 und Rückholfeder
29. Der Pausenkolben 24 ist gegenüber dem Steuerkolben 12 im Durchmesser größer ausgebildet.
[0013] Steuerteil 2 und Steuerteil 3 sind durch eine Leitung 30 miteinander verbunden, die
einerseits in die Umlaufnut 21 des Zylinders 10 und andererseits in den Zylinderraum
31 des Zylinders 22 einmündet. Vom Steuerteil 3, und zwar vom Steuerquerschnitt 23,
führt eine Haupteinspritzleitung 32 zum stromab des Steuerteils 2 liegenden Abschnitt
7b der Druckleitung 7. Ferner ist eine von dem Federraum 33 des Zylinders 22 ausgehende
Leitung 34 über eine Drossel 35 an dem Volumenspeicher 4 oder Federkolbenspeicher
5 angeschlossen oder mit dem Absteuerraum 6 verbunden.
[0014] Zwischen Drossel 35 und Speicher 4 oder 5 befindet sich ein Rückschlagventil 36 mit
einem dieses umgehenden Bypass 37 mit Rückstromdrossel 38, während zwischen Drossel
35 und Absteuerraum 6 ein Druckhalteventil 39 vorgesehen ist.
[0015] Bei Anordnung der Speicher 4 oder 5 kann eine den stromauf der Steuereinheit 1 liegenden
Abschnitt 7a der Druckleitung 7 mit der Leitung 30 verbindende Leitung 40 angeordnet
sein, die entweder ein Rückschlagventil 41 oder eine Drossel enthält. Außerdem können
Speicher 4 oder 5 über eine Leitung 42 oder 43 mit dem Federraum der Einspritzduse
9 verbunden sein.
Wirkungsweise:
[0016] Der Förderstoß des Pumpenkolbens 8a überdrückt das Ventil 44, durchläuft den Abschnitt
7a und bewegt den Steuerkolben 12 vom obenliegenden Anschlag 45 so weit weg, bis
die Steuerkante 20 die Umlaufnut 21 öffnet. Der Steuerkolben 12 bleibt stehen, da
das weitere Fördervolumen jetzt über die Umlaufnut 21 und Leitung 30 in den Zylinderraum
31 des Steuerteiles 3 fließt.
[0017] Die bis zum Öffnen der Umlaufnut 21 aus dem Federraum 15 in den Abschnitt 7b zur
Einspritzdüse 9 hin verdrängte Menge Q
VE (Fig. 2a) bestimmt die Voreinspritzmenge. Die Menge Q
VE ergibt sich aus dem Weg "a" des Steuerkolbens 12 (Fig.1) multipliziert mit seiner
Fläche und ist damit volumetrisch exakt gesteuert .
[0018] Das über die Leitung 30 zum Steuerteil 3 weiterlaufende Fördervolumen Q
p (Pausenmenge) + Q
HE (Haupteinspritzmenge) löst dort den gleichen Vorgang aus wie im Steuerteil 2, d.h.,
es wird volumetrisch exakt gesteuert vom Pausenkolben 24 die Pausenmenge Q
p über die Leitung 34 und Drossel 35 in den Volumenspeicher 4 oder Federkolbenspeicher
5 oder in den Absteuerraum 6 verdrängt.
[0019] Nach Öffnen des Steuerquerschnitts 23 durch den Pausenkolben 24 fließt das weitere
Fördervolumen Q
HE über die Haupteinspritzleitung 32 und den Abschnit 7b zur Einspritzdüse 9 und verläßt
diese als Haupteinspritzung. Die Drossel 35 hat etwa den Ausflußquerschnitt der Einspritzdüse
9, um Unstetigkeiten in den Abflußbedingungen beim Wechsel von Voreinspritzung zu
Pause und dann auf Haupteinspritzung zu vermeiden.
[0020] Nach beendeter Einspritzung kehren Steuer- und Pausenkolben 12 und 24 durch ihre
Rückholfedern 11 und 29 wieder in die Ausgangslage zurück. Die dabei zwischen dem
jeweiligen Zylinder- und Federraum auszugleichenden Volumina strömen über die Ausgleichsdrosseln
19, 26 in den Durchlässen 18, 25.
[0021] Die Ausgleichsdrosseln und Rückholfedern sind so dimensioniert, daß einerseits die
bei der Zumeßbewegung auftretende Strömung durch die Drosseln die Genauigkeit der
Zumessung unmerkbar beeinflußt und andererseits der Volumenausgleich nach der Einspritzung
rechtzeitig vor der nächsten Einspritzung beendet ist.
[0022] Eine nach der Zumessung und während der weiteren Förderung noch mögliche Strömung
durch die Drosseln 19 und 26 würde die volumetrisch zugemessene Menge übersteigen
und deren Genauigkeit u.U. stören. Dies kann vermieden werden, wenn die Länge der
Anschlagbolzen 16, 27 so ausgelegt wird, daß sie nach Öffnen der Umlaufnut 21 und
des Steuerquerschnitts 23 mit ihren Anschlagflächen 16a, 27a an die Gegenflächen des
Zylinders 10, 22 dichtend angedrückt werden.
[0023] Die Speicherung der Pausenmenge erfolgt im Volumenspeicher 4 durch Kompression des
Kraftstoffes, beim Federkolbenspeicher 5 durch Ausweichen des Speicherkolbens 5a
gegen die Speicherfeder 5b, die durch die Einspritzdüsenfeder der Einspritzdüse 9
gebildet werden kann, indem diese mit ihrer der Einspritzdüsenadel abgewandten Seite
gegen den Speicherkolben 5a drückt.
[0024] Über die Leitung 42, 43 kann der Speicherdruck auf die Rückseite der Düsennadel gegeben
und dadurch der Öffnungs- und Schließdruck der Einspritzdüse für die Haupteinspritzung
erhöht werden. Dies verbessert die Kraftstoffzerstäubung und vermindert die Gefahr
von Nachspritzen. Außerdem ist damit keine Leckkraftstoffleitung mehr erforderlich.
[0025] Nach dem Einspritzvorgang würden sich die Speicher 4 und 5 stoßartig in die Steuerteile
2, 3 und die Druckleitung 7 entladen und dadurch eine motorisch unerwünschte Nachspritzung
bewirken. Um dies zu vermeiden, werden die Speicher 4, 5 durch die Rückschlagventile
36 verschlossen und können sich dann über die sehr kleinen Rückströmdrosseln 38 nur
noch langsam entladen. Die Drosseln 38 werden so dimensioniert, daß die Entladung
vor der nächsten Einspritzung beendet ist. Eine Behinderung der Entladung durch das
Schließen der Umlaufnut 21 wird durch das Rückschlagventil 41 oder durch eine anstelle
des Rückschlagventiles 41 angeordnete Drossel (nicht dargestellt) vermieden.
[0026] Um bei Anwendung des Federkolbenspeichers 5 oder niederdruckseitigen Absteuerraumes
6 nach der Einspritzung einen Standdruck im Einspritzsystem zu halten, können die
Anlageflächen 46, 47 im Federkolbenspeicher 5 dichtend ausgeführt oder es kann bei
Anordnung des Absteuerraumes 6 ein Druckhalteventil 39 eingesetzt werden.
[0027] Die Steuereinheit 1 kann bei Pumpe-Leitung-Düse-Einspritzsystemen und bei Pumpedüsen
vorgesehen sein. Bei Pumpe-Leitung-Düse-Einspritzsystemen kann die Steuereinheit 1
in der Einspritzpumpe 8, in der Einspritzdüse 9 oder zwischen Pumpe und Düse angeordnet
sein. Die Elemente der Steuereinheit 1 können aber auch aus der Steuereinheit herausgenommen
und räumlich verteilt in anderen Baueinheiten untergebracht sein.
[0028] Zur Vermeidung von Störungen durch Kompression von Kraftstoff in Totvolumina und
durch Druckwellen in längerenn Leitungen ist es zweckmäßig, die Elemente so nahe wie
möglich zusammenzulegen. Bei Pumpe-Leitung-Düse-Systemen ist aus den vorgenannten
Gründen eine Anordnung insbesondere der Steuerteile 2 und 3 so nahe wie möglich an
der Einspritzdüse 9 bzw. in derselben so nahe wie möglich an den Spritzlöchern vorteilhaft.
[0029] Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist weitgehend baugleich mit demjenigen gemäß
Fig. 1, zumindest was die Anordnung und Verbindung von der Einspritzpumpe 8, Steuerteil
2 bis zur Einspritzdüse 9 anbelangt. Unterschiede bestehen darin, daß die Leitung
30 eine Drossel 48 kurz vor dem Steuerteil 3 enthält und von dieser Leitung 30 stromauf
der Drossel 48 eine Leitung 49 abzweigt, die in einen Steuerquerschnitt einmündet,
der in Höhe des als Tasche ausgebildeten Steuerquerschnitts 23′liegt.
[0030] Die Pausensteuerung erfolgt wie beim Steuerteil 3 gemäß Fig. 1 durch volumetrische
Zumessung der Pausenmenge bzw. durch Bewegen des Pausenkolbens 24′ von seiner Anlagefläche
51 weg bis zum Öffnen des Steuerquerschnitts 23′. Die Drossel 48 übernimmt dabei die
Funktion der Drossel 35 in Fig. 1. Um den während der Haupteinspritzung störenden
Einfluß der Drossel 48 auszuschalten, wird gleichzeitig mit dem Steuerquerschnitt
23′ auch der Steuerquerschnitt 50 geöffnet, so daß das Haupteinspritzfördervolumen
Q
HE ungedrosselt über die Leitung 49, den Steuerquerschnitt 50, die Haupteinspritzleitung
32 zur Einspritzdüse 9 weiterfließen kann. Zum Vermeiden von Standdruckverlusten im
Einspritzsystem können die Anlageflächen 51, 52 des Pausenkolbens 24 sowie zugeordnete
Gegenflächen 53, 54 im Zylinder 22 dichtend ausgeführt sein.
[0031] Der Pausenkolben 24′ wirkt über einen Federteller 55 auf die Einspritzdüsenfeder
56 der hier nicht näher dargestellten Einspritzdüse 9, wobei dieser Kolben den Speicher
selbst bildet.
[0032] Die Vorteile dieser Ausführung gemäß Fig. 3 liegen im kleineren Bauvolumen sowie
in der geringen Anzahl der Einzelteile.
[0033] In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Steuereinheit
1 entsprechend derjenigen nach Fig. 1 neben einer Einspritzdüse 9′ noch mit einer
zusätzlichen Einspritzdüse 57 verbunden ist. Die Einspritzdüse 9′ ist für die Voreinspritzung
und die Einspritzdüse 57 für die Haupteinspritzung bestimmt. Beide Düsen können getrennt
angeordnet oder als Doppelnadeldüse 58 ausgebildet sein.
[0034] Die Wegführung der Pausenmenge entspricht weitgehend der Ausführung nach Fig. 1,
d.h. mit dem Unterschied, daß hier die Leitung 30 und die Haupteinspritzleitung 32′
durch eine eine Standdruckausgleichsdrossel 59 enthaltende Zwischenleitung 60 verbunden
sind.
[0035] Die Funktion entspricht Fig. 1, allerdings mit dem Unterschied, daß das Haupteinspritzfördervolumen
über die Haupteinspritzleitung 32 zur Haupteinspritzdüse 57 oder zur Haupteinspritznadel
der Doppelnadeleinspritzdüse 58 geleitet wird.
[0036] Die Ausführung gemäß Fig. 4 ist besonders für den Einsatz bei Pumpe-Leitung-Düse-Systemen
geeignet. Für die Lage der Steuereinheit 1 im Einspritzsystem und deren Elemente gilt
das für Fig. 1 Gesagte, wobei bevorzugt das Steuerteil 2 so nahe wie möglich an der
Einspritzdüse oder sogar in dieser angeordnet werden kann.
1. Vorrichtung zur Steuerung einer Voreinspritzmenge und Haupteinspritzmenge mit dazwischenliegender
Einspritzpause für eine Brennkraftmaschine, insbesondere mit Luftverdichtung und
Selbstzündung, bei der in einer eine Kraftstoffeinspritzpumpe und Einspritzdüse verbindenden
Druckleitung ein die Einspritzung steuerndes Steuerteil mit einem in einem Zylinder
geführten Steuerkolben mit Rückholfeder angeordnet ist, durch den ein einspritzpumpenseitiger
Zylinderraum mit einem Steuerquerschnitt im Zylinder und daran angeschlossener Leitung
zur Beendigung der Voreinspritzung verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß neben dem ersten Steuerteil (2) mit seinem nur die Voreinspritzung bewirkenden
Steuerkolben (12) ein getrennt von diesem Steuerteil liegendes zweites Steuerteil
(3) mit einem die Einspritzpausenmenge steuernden federbelasteten Pausenkolben (24;24′)
vorgesehen ist, der im Durchmesser größer als der Steuerkolben (12) ist und der einen
mit der Leitung (30) verbundenen Zylinderraum (31) begrenzt und der auf der dem Zylinderraum
(31) abgewandten Seite mit einem Speicher (4; 5) oder Absteuerraum (6) in Wirkverbindung
steht oder der einen Speicher selbst bildet, und daß ferner der Zylinderraum (31)
des zweiten Steuerteiles (3) über einen vom Pausenkolben (24) gesteuerten Steuerquerschnitt
(23) im Zylinder (22) mit einer zur Einspritzdüse führenden Haupteinspritzleitung
(32;32′) verbindbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerkolben (12) einen in den Federraum (15) der Rückholfeder (11) hineinragenden
und den Weg des Steuerkolbens (12) begrenzenden Anschlagbolzen (16) aufweist, der
beim Anschlagen auf einer Anschlagfläche des Zylinders (10) zugleich den Öffnungsquerschnitt
der zur Düse führenden Druckleitung (7) abdichtend verschließt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mit dem Steuerkolben (12) in Wirkverbindung stehende Pausenkolben (24) mit
seiner den Zylinderraum (31) begrenzenden Stirnfläche eine den Steuerquerschnitt (23)
steuernde Steuerkante (28) bildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Pausenkolben (24) mit einer Anschlagfläche versehen ist, deren Gegenanschlag
durch den den Federraum (33) begrenzenden Zylinder (22) gebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Federraum (33) über eine Leitung (34) mit zwischengeschalteter Drossel (35)
mit dem als Volumenspeicher (4) ausgebildeten Speicher verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Federraum (33) über eine Leitung (34) mit zwischengeschalteter Drossel (35)
mit dem als Federkolbenspeicher (5) ausgebildeten Speicher verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitung (34) ein Rückschlagventil (36) sowie einen dieses umgehenden Bypass
(37) mit einer Ruckstromdrossel (38) enthält.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Federraum (33) über eine Leitung (34) mit zwischengeschalteter Drossel (35)
und stromab liegendem Druckhalteventil (39) mit dem niederdruckseitigen Absteuerraum
(6) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Pausenkolben (24) einen den Zylinderraum (31) und den Federraum (33) verbindenden
Durchlaß (25) mit Ausgleichdrossel (26) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Volumenspeicher (4) oder Federkolbenspeicher (5) über eine Leitung (42 oder
43) mit dem Federraum der Einspritzdüse (9) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitung (30) eine Drossel (48) enthält und stromauf dieser Drossel eine Leitung
(49) abzweigt, die in einen Steuerquerschnitt (50) des Zylinders (22) mündet, welcher
in Höhe des als Tasche ausgebildeten Steuerquerschnitts (23′) liegt, und daß die gegen
den Pausenkolben (24′) wirkende Feder gleichzeitig die Einspritzdüsenfeder (56) der
Einspritzdüse (9) ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stirnflächen des Pausenkolbens (24′) Anlageflächen (51;52) bilden, die mit
zugeordneten Gegenflächen (53;54) im Zylinder (22) dichtend ausgeführt sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitung (30) und die Haupteinspritzleitung (32′) über eine eine Standdruckausgleichdrossel
(59) aufweisende Zwischenleitung (60) miteinander in Verbindung stehen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dem ersten Steuerteil (2) zugeordnete Einspritzdüse (9′) nur als Voreinspritzdüse
ausgebildet und daß eine separate Haupteinspritzdüse (57) vorgesehen ist, an der die
Haupteinspritzleitung (32′) angeschlossen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Einspritzdüse eine die Voreinspritzmenge und die Haupteinspritzmenge bewirkende
Doppelnadeleinspritzdüse (58) vorgesehen ist, die einen Anschluß für die von dem ersten
Steuerteil (2) ausgehende Druckleitung (7) und einen weiteren Anschluß für die von
dem zweiten Steuerteil (3) ausgehende Haupteinspritzleitung (32′) aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Verbindungsleitung (40) mit einem Rückschlagventil (41) oder einer Drossel
einerseits an der zwischen Einspritzpumpe (8) und erstem Steuerteil (2) verlaufenden
Druckleitung (7) und andererseits an der Leitung (30) angeschlossen ist.