KRAFTSTOFFEINSPRITZANLAGE FÜR EINE BRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

[0002] Derartige Kraftstoffeinspritzanlagen sind beispielsweise aus der DE 43 37 048 C2 bekannt. Dabei ist einerseits eine Zweistoffdüse vorgesehen, die der geschichteten Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit, beispielsweise Dieselkraftstoff und Wasser dient, um den Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine zu vermindern und gegebenenfalls den Wirkungsgrad zu erhöhen. Andererseits ist bei der bekannten Einspritzanlage auch die sogenannte Common-Rail-Technik verwirklicht, bei der sämtliche die Brennkraftmaschine bedienenden Einspritzdüsen mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus einem Common-Rail-Druckspeicher beschickt werden.

[0003] Bei der bekannten Kraftstoffeinspritzanlage wird für jeden einzelnen Injektor zur Mengendosierung der Zusatzflüssigkeit ein aufwendiges und relativ teures 3/2-Wegeventil sowie für die Steuerung der Dieseleinspritzmenge ein weiteres 3/2-Wegeventil verwendet. Zum Vorlagern der Zusatzflüssigkeit wird dabei mit dem ersten 3/2-Wegeventil die Kraftstoffzufuhr vom Common-Rail-Druckspeicher zur Einspritzdüse unterbrochen und gleichzeitig ein die Einspritzdüse umgebender Druckraum, in dem unter Hochdruck stehender Kraftstoff gelagert ist, durch eine entsprechende Stellung des ersten 3/2-Wegeventils zur Kraftstoff-Niederdruckseite hin abgelassen. Durch den entstehenden Druckabfall im Druckraum wird über eine entsprechende Leitung Zusatzflüssigkeit in den Druckraum gefördert, die das entsprechende Kraftstoffvolumen verdrängt. Anschließend wird das erste 3/2-Wegeventil wieder in eine Stellung gebracht, die eine Verbindung zwischen dem Common-Rail-Druckspeicher und dem Druckraum im Einspritzventil herstellt. Zur mengengenauen Dosierung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, die der vorgelagerten Zusatzflüssigkeit bei dem durch die nächste Ventilöffnung hervorgerufenen Einspritzstoß folgen soll, ist das weitere 3/2-Wege-Magnetventil vorgesehen, welches die Rückseite der Düsennadel, die von einer Feder in Schließstellung gehalten wird, wahlweise entweder mit dem Common-Rail-Druckspeicher oder mit der Kraftstoff-Niederdruckseite verbindet und dadurch zeitlich den Hub der Ventilnadel, das Öffnen und Schließen des Ventils und damit die gewünschte Einspritzmenge steuert.

[0004] Prinzipiell benötigt die bekannte Kraftstoffeinspritzanlage für jeden einzelnen Injektor die beiden genau arbeitenden und damit aufwendigen 3/2-Steuermagnetventile um sowohl die gewünschte Kraftstoffmenge als auch die erforderliche Menge an Zusatzflüssigkeit exakt dosieren zu können.

[0005] Eine Kraftstoffeinspritzanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem Dokument EP 0 418 601 A bekannt.

Vorteile der Erfindung

[0006] Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage weist zur baulichen Vereinfachung und damit zur preisgünstigeren Herstellbarkeit die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Dadurch können die beiden aufwendigen und teuren 3/2-Magnetsteuerventile durch ein einziges einfacheres und preiswerteres 2/2-Wegeventil ersetzt werden, weil die Mengendosierung für die Zusatzflüssigkeit funktionell und konstruktiv von den Baugruppen zur Kraftstoffeinspritzung getrennt ist. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Druckspeicherbehälters für Zusatzflüssigkeit können die aus der Common-Rail-Technik für die Kraftstoffeinspritzung bekannten Vorteile ausgenutzt werden. Insbesondere können vom Druckspeicherbehälter mehrere, jeweils zu unterschiedlichen Zweistoffdüsen führende Zusatzflüssigkeitsleitungen abgehen und es kann zur Beschickung einer ganzen Gruppe von Zweistoffdüsen mit Zusatzflüssigkeit jeweils nur eine einzige Ventileinheit vorgesehen sein.

[0007] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen zu entnehmen.

Zeichnung

[0008] Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Beschaltung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage mit einem Druckspeicherbehälter für Zusatzflüssigkeit.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0009] Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine zur bifluiden Einspritzung von Kraftstoff (in der Regel Dieselkraftstoff) und einer Zusatzflüssigkeit (in der Regel Wasser) versorgt eine Hochdruckpumpe 1 aus einem Tank 14 einen Common-Rail-Druckspeicher 2 mit Kraftstoff auf einem Druckniveau von etwa 1800 bar. Zwischen dem Common-Rail-Druckspeicher 2 und einem von diesem über eine Einspritzleitung 6 mit Kraftstoff zu versorgenden Druckraum 3.5, der die Düsennadel 3.1 einer Zweistoffdüse 3 umgibt, muß nun ein mengendosierendes Bauelement angeordnet werden, da ja die früher übliche klassische Einspritzpumpe durch die Kombination aus Common-Rail-Druckspeicher 2 und der einfacheren Hochdruckpumpe 1 ersetzt wurde und der Raildruck auf einem gewissen Niveau ständig vorhanden ist. Diese Aufgabe übernimmt bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein 2/2-Wegeventil MV1. Dieses sollte als schnelles Magnetventil mit guter Reproduzierbarkeit und mehr oder weniger fließendem Übergang zwischen den beiden Extremstellungen ausgelegt sein, da eventuell ein zeitlich gestaltbarer Einspritzmengenverlauf benötigt wird. Die genaue Mengendosierung wird über den bekannten (gemessenen oder gesteuerten) Druckabfall zwischen dem Commom-Rail-Druckspeicher 2 und dem von der Zweistoffdüse 3 zu versorgenden Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine durch ein genaues Zeitfenster, dessen Größe von anderen Einflußfaktoren abhängt, über eine elektrische Ansteuerung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ermöglicht.

[0010] Der Aufbau und die Wirkungsweise der verwendeten Zweistoffdüse 3 ist abgesehen von kleineren Details aus dem Stand der Technik bekannt. Beim erfindungsgemäßen System ist jedoch zusätzlich an dem der Düsennadelspitze abgewandten stumpfen axialen Ende der Düsennadel (Injektorstößel) 3.1 ein kleiner Kolben 3.3 vorgesehen, der mit seinem der Düsennadel 3.1 abgewandten Ende in einen Raum 3.6 ragt, welcher über eine Leitung 4 direkt mit dem Common-Rail-Druckspeicher 2 verbunden ist und mit dem dort herrschenden Hochdruck beaufschlagt wird. Dies hat zur Folge, daß zur Bewegung des Injektorstößels 3.1 stets die im wesentlichen gleiche Widerstandskraft überwunden werden muß, da nun bedingt durch die konstanten Kolbenflächenverhältnisse und das Ausschalten der Einflüsse des Absolutdrucks im Common-Rail-Druckspeicher 2 nur ein konstanter Federdruck von einem Druckimpuls aus dem (veränderlichen) Raildruck überwunden werden muß. Damit stellen sich regeltechnisch willkommenere, annähernd konstante Schaltzeiten (Bewegungszeit des Injektorstößels) ein. Zur Belüftung des Raumes 3.2, der das stumpfe axiale Ende der Düsennadel 3.1 aufnimmt, und der gegen den Raum 3.6 hochdruckmäßig abgedichtet ist, ist eine zur Kraftstoff-Niederdruckseite hin führende Belüftungsleitung 5 vorgesehen.

[0011] Die Einspritzung von Zusatzflüssigkeit in die Zweistoffdüse 3 erfolgt aus einem Druckspeicherbehälter 7 über ein Einlagerungsventil 10, das eine zu einem Rückschlagventil 3.4 in der Zweistoffdüse 3 führende Zusatzflüssigkeitsleitung 13 öffnen oder schließen kann. Der Druckspeicherbehälter 7 wird über ein Rückschlagventil 11 von einer Pumpe 8 aus einem Vorratsbehälter 12 mit Zusatzflüssigkeit beschickt. Der Druck im Druckspeicherbehälter 7 wird über ein Druckregelventil 9 auf einem gewünschten Niveau gehalten.

[0012] Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Common-Rail-Druckspeicher 2 für den Kraftstoff und der Druckspeicherbehälter 7 für die Zusatzflüssigkeit einstückig ausgeführt, um Platz im Motorraum der Brennkraftmaschine einzusparen.

[0013] Vom Druckspeicherbehälter 7 aus können mehrere, jeweils zu unterschiedlichen Zweistoffdüsen führende Zusatzflüssigkeitsleitungen abgehen, die in der Zeichnung pauschal mit "13' " bezeichnet sind. Zur Beschickung einer ganzen Gruppe von Zweistoffdüsen mit Zusatzflüssigkeit kann jeweils auch nur eine einzige Ventileinheit vorgesehen sein, die dann als entsprechendes Mehrwegeventil ausgestaltet sein muß. Ebenso können auch vom Common-Rail-Druckspeicher mehrere Injektoren über geeignete Ventileinheiten mit Kraftstoff beschickt werden.

[0014] Die Pumpe 8 zur Beschickung des Druckspeicherbehälters 7 mit Zusatzflüssigkeit kann eine elektrisch betriebene Pumpe, beispielsweise eine zweistufige Zahnradpumpe sein, die bis zu einem Druckniveau von ca. 50 bar Zusatzflüssigkeit fördern kann.

[0015] Der erfindungsgemäße Druckspeicherbehälter 7 für Zusatzflüssigkeit ist bei Motoren mit unterschiedlichster Zylinderzahl und für Einspritzanlagen unterschiedlichsten Aufbaus einsetzbar.

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (1) zur Förderung des Kraftstoffes, vorzugsweise Dieselkraftstoff, in eine Zweistoffdüse (3) sowie mit einer Fördereinrichtung zur Förderung einer über ein Rückschlagventil (3.4) geführten Zusatzflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, in eine zu der Zweistoffdüse (3) führende Zusatzflüssigkeitsleitung (13), wobei ein Druckspeicherbehälter (7) mit unter Druck stehender Zusatzflüssigkeit vorgesehen ist, der über die Zusatzflüssigkeitsleitung (13) und das Rückschlagventil (3.4) mit der Zweistoffdüse (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass über die Zusatzflüssigkeitsleitung (13) und das Rückschlagventil (3.4) gesteuert durch ein Einlagerungsventil (10), das in der Zusatzflüssigkeitsleitung eingesetzt ist, die Zweistoffdüse (3) mit einer jeweils vorgebbaren Menge an Zusatzflüssigkeit beschickt wird, wobei der Druckspeicherbehälter mittels einer Pumpe (8) über ein weiteres Rückschlagventil (11) mit Zusatzflüssigkeit beschickt wird und der Innendruck des Druckspeicherbehälters (7) durch ein Druckregelventil (9) auf einem gewünschten Niveau gehalten wird.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (8) einen elektrischen Antrieb aufweist.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (8) eine vorzugsweise zweistufige Zahnradpumpe ist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gefüllter Common-Rail-Druckspeicher (2) vorgesehen ist, der eine zur Zweistoffdüse (3) führende Einspritzleitung (6) mit Kraftstoff beschicken kann.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicherbehälter (7) für Zusatzflüssigkeit und der Common-Rail-Druckspeicher (2) einstückig ausgeführt sind.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Druckspeicherbehälter (7) mehrere, jeweils zu unterschiedlichen Zweistoffdüsen führende Zusatzflüssigkeitsleitungen (13') abgehen.

7. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschickung einer ganzen Gruppe von Zweistoffdüsen (3) mit Zusatzflüssigkeit jeweils nur eine Einlagerungs-Ventileinheit vorgesehen ist.

Claims

1. Fuel injection system for an internal combustion engine, with a high-pressure pump (1) for conveying the fuel, preferably diesel fuel, into a dual-fuel nozzle (3), and with a conveying device for conveying an additional liquid, preferably water, guided via a non-return valve (3.4), into an additional-liquid line (13) leading to the dual-fuel nozzle (3), a pressure reservoir (7) with additional liquid which is under pressure being provided, which is connected to the dual-fuel nozzle (3) via the additional-liquid line (13) and the non-return valve (3.4), characterized in that the dual-fuel nozzle (3) is fed with an in each case predeterminable quantity of additional liquid in a controlled manner, via the additional-liquid line (13) and the non-return valve (3.4), by means of an intercalation valve (10) which is inserted in the additional-liquid line, the pressure reservoir being fed with additional liquid by means of a pump (8) via a further non-return valve (11), and the internal pressure of the pressure reservoir (7) being maintained at a desired level by means of a pressure-regulating valve (9).

2. Fuel injection system according to Claim 1, characterized in that the pump (8) has an electrical drive.

3. Fuel injection system according to Claim 1 or 2, characterized in that the pump (8) is a preferably two-stage gear pump.

4. Fuel injection system according to one of the preceding claims, characterized in that a common-rail pressure accumulator (2) filled with fuel which is under high pressure is provided, which can feed an injection line (6) leading to the dual-fuel nozzle (3) with fuel.

5. Fuel injection system according to Claim 4, characterized in that the pressure reservoir (7) for additional liquid and the common-rail pressure accumulator (2) are produced in one piece.

6. Fuel injection system according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of additional-liquid lines (13') leading in each case to different dual-fuel nozzles emanate from the pressure reservoir (7).

7. Fuel injection system according to Claim 6, characterized in that only one intercalation-valve unit is provided in each case for feeding an entire group of dual-fuel nozzles (3) with additional liquid.

Revendications

1. Système d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne, avec une pompe à haute pression (1) pour envoyer le carburant, de préférence du gazole, dans une buse à deux matières (3) ainsi qu'avec un dispositif de transport pour envoyer un liquide supplémentaire, de préférence de l'eau, conduit par une soupape anti-retour (3.4), dans une conduite de liquide supplémentaire (13) conduisant à la buse à deux matières (3), dans lequel il est prévu un réservoir d'accumulation de pression (7) avec du liquide supplémentaire se trouvant sous pression, qui est raccordé à la buse à deux matières (3) par la conduite de liquide supplémentaire (13) et la soupape anti-retour (3.4),
caractérisé en ce que
sous la commande d'une soupape intercalée (10) montée dans la conduite de liquide supplémentaire, la buse à deux matières (3) est alimentée par la conduite de liquide supplémentaire (13) et la soupape anti-retour (3.4) avec une quantité chaque fois prédéterminée de liquide supplémentaire, le réservoir d'accumulation de pression étant alimenté en liquide supplémentaire au moyen d'une pompe (8) par une autre soupape anti-retour (11) et la pression interne du réservoir d'accumulation de pression (7) étant maintenue à un niveau désiré par une soupape de régulation de pression (9).

2. Système d'injection de carburant selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la pompe (8) présente un entraînement électrique.

3. Système d'injection de carburant selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
la pompe (8) est une pompe à engrenages de préférence à deux étages.

4. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'
un accumulateur de pression à rampe commune (common rail) (2) rempli de carburant se trouvant sous haute pression, est prévu pour alimenter en carburant une conduite d'injection (6) conduisant à la buse à deux matières (3).

5. Système d'injection de carburant selon la revendication 4,
caractérisé en ce que
le réservoir d'accumulation de pression (7) pour le liquide supplémentaire et l'accumulateur de pression à rampe commune (common rail) (2) sont réalisés d'une seule pièce.

6. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
plusieurs conduites de liquide supplémentaire (13') conduisant chacune à des buses à deux matières différentes partent du réservoir d'accumulation de pression (7).

7. Système d'injection de carburant selon la revendication 6,
caractérisé en ce qu'
une seule unité de soupape intercalée est prévue chaque fois pour alimenter tout un groupe de buses à deux matières (3) avec du liquide supplémentaire.

Zeichnung