DE19746489A1 - Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentan­ spruchs 1.

Derartige Kraftstoffeinspritzanlagen sind beispielsweise aus der DE 43 37 048 C2 bekannt. Dabei ist einerseits eine Zwei­ stoffdüse vorgesehen, die der geschichteten Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit, beispielsweise Die­ selkraftstoff und Wasser dient, um den Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine zu vermindern und gegebenenfalls den Wir­ kungsgrad zu erhöhen. Andererseits ist bei der bekannten Einspritzanlage auch die sogenannte Common-Rail-Technik ver­ wirklicht, bei der sämtliche die Brennkraftmaschine bedie­ nenden Einspritzdüsen mit unter Hochdruck stehendem Kraft­ stoff aus einem Common-Rail-Druckspeicher beschickt werden.

Nachteilig bei der bekannten Kraftstoffeinspritzanlage ist, daß für jeden einzelnen Injektor zur Mengendosierung der Zu­ satzflüssigkeit ein aufwendiges und relativ teures 3/2-Wege­ ventil sowie für die Steuerung der Dieseleinspritzmenge ein weiteres 3/2-Wegeventil benötigt wird. Zum Vorlagern der Zu­ satzflüssigkeit wird dabei mit dem ersten 3/2-Wegeventil die Kraftstoffzufuhr vom Common-Rail-Druckspeicher zur Ein­ spritzdüse unterbrochen und gleichzeitig ein die Einspritz­ düse 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 Druck­ raum wird über eine entsprechende Leitung Zusatzflüssigkeit in den Druckraum gefördert, die das entsprechende Kraft­ stoffvolumen verdrängt. Anschließend wird das erste 3/2-We­ geventil wieder in eine Stellung gebracht, die eine Verbin­ dung zwischen dem Common-Rail-Druckspeicher und dem Druck­ raum im Einspritzventil herstellt. Zur mengengenauen Dosie­ rung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, die der vorgela­ gerten Zusatzflüssigkeit bei dem durch die nächste Ventil­ öffnung hervorgerufenen Einspritzstoß folgen soll, ist das weitere 3/2-Wege-Magnetventil vorgesehen, welches die Rück­ seite der Düsennadel, die von einer Feder in Schließstellung gehalten wird, wahlweise entweder mit dem Common-Rail-Druck­ speicher oder mit der Kraftstoff-Niederdruckseite verbindet und dadurch zeitlich den Hub der Ventilnadel, das Öffnen und Schließen des Ventils und damit die gewünschte Einspritzmen­ ge steuert.

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.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage weist zur baulichen Vereinfachung und damit zur preisgünstigeren Her­ stellbarkeit die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruchs 1 auf. Dadurch können die beiden aufwendigen und teuren 3/2-Magnetsteuerventile durch einfachere und preis­ wertere 2/2-Wegeventile ersetzt werden, wobei gleichzeitig die Möglichkeit eröffnet wird, die Mengendosierung für die Zusatzflüssigkeit auf ein einziges, genau arbeitendes Do­ sierventil zu verlagern, das eine ganze Gruppe von Injekto­ ren bedienen kann. Während das zweite 2/2-Wegeventil ledig­ lich die Öffnungs- und Schließzeit für die Zusatzflüssig­ keitsvorlagerung bestimmt, wird die Mengendosierung für die einzuspritzende Kraftstoffmenge durch eine entsprechende Zeitsteuerung des ersten 2/2-Wegeventils in der Einspritz­ leitung zwischen dem Common-Rail-Druckspeicher und dem Druckraum bewirkt.

Um gleichbleibende Druckverhältnisse im Leitungssystem zu gewährleisten und insbesondere auch bei hohen Temperaturen ein Ausgasen der Zusatzflüssigkeit, in der Regel Wasser, bei Überschreiten des Siedepunktes zu verhindern, empfiehlt sich der Einsatz eines Rückschlagventils zwischen dem zweiten 2/2-Wegeventil und der Kraftstoff-Niederdruckseite.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Düsennadel am stumpfen En­ de ihres Injektorstößels in radialer Verlängerung einen kleinen Kolben trägt, der in einen mit Hochdruck vom Common- Rail-Druckspeicher beaufschlagten Raum ragt, welcher seiner­ seits druckdicht gegen den die Düsennadel umgebenden Raum abgedichtet ist. Durch die Beaufschlagung der gleichbleiben­ den Kolbenfläche mit dem Common-Rail-Druck werden die Steu­ erbewegungen der Düsennadel beim Einspritzvorgang unabhängig von den Absolutdruckverhältnissen im Common-Rail-Druckspei­ cher, weil zur Bewegung des Injektorstößels stets der glei­ che Widerstand, nämlich die Federkraft der Ventilfeder über­ wunden werden muß, so daß die Bewegungskräfte konstant blei­ ben. Dadurch ergeben sich regeltechnisch günstige konstante Schaltzeiten, die durch die jeweilige Bewegungszeit des In­ jektorstößels bestimmt werden.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Kraftstoffeinspritzanlage, bei der zur Förderung der Zusatzflüssigkeit ein Trennkolben-Adapter eingesetzt wird, der einerseits von einer Füllpumpe mit Zusatzflüssigkeit aus einem entsprechenden Vorratsbehälter beschickt wird und an­ dererseits mengendosierend von der Betriebsflüssigkeit einer Förderpumpe angetrieben wird, die mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird und bei einem bestimmten Kurbelwellenwinkel die Förderung der Betriebsflüssigkeit, in der Regel Dieselkraftstoff, möglicherweise aber auch ein an­ deres Fluid mit günstigen Schmiereigenschaften, bewirkt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Förderpumpe als vorzugsweise elektrisch und/oder hy­ draulisch angesteuerte Verstellpumpe, ganz besonders bevor­ zugt als verstellbare Kugel-Rotor-Pumpe ausgeführt.

Eine Kugel-Rotor-Pumpe ist an sich bekannt aus der DE 43 12 498 A1. Die bekannte Kugel-Rotor-Pumpe ist jedoch nicht verstellbar und daher für den obigen Anwendungszweck nicht geeignet. In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt daher auch eine Kugel-Rotor-Pumpe, die einen Verstell­ mechanismus zur Verstellung des Exzentermaßes "e" umfaßt.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Kugel-Rotor-Verstellpumpe in einem die Rotor-Kugel aufneh­ menden inneren Pumpengehäuse einen Ringraum aufweist, der durch meridional abdichtende Stollen in einen Druckraum und einen Ansaugraum aufgeteilt ist und mit einer Förderbohrung bzw. mit einer Saugbohrung im inneren Pumpengehäuse verbun­ den ist.

Um dem Trennkolben des Trennkolbenadapters einen Saughub zu ermöglichen, ist ein zusätzlich angebrachter Steuerschlitz in der hydraulischen Ansteuermimik der Kugel-Rotor-Verstell­ pumpe bei der oben ausgeführten Anwendung der Erfindung er­ forderlich, der mit technisch einfachen Mitteln durch ent­ sprechende Nuten in der Rotor-Kugel realisiert werden kann, die mit dem Ansaugraum zusammenwirken können.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen­ stands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen zu entnehmen.

Zeichnung

Vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoff­ einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Beschaltung eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffein­ spritzanlage mit zwei 2/2-Wegeventilen zur Mengen­ steuerung der Förderung bzw. Einspritzung von Kraft­ stoff und Zusatzflüssigkeit durch eine schematisch im Längsschnitt dargestellte Zweistoffdüse, wobei die Zusatzflüssigkeitsleitung zur Zweistoffdüse von einem Trennkolbensystem mit Gleichdruckventilanord­ nung beschickt wird;

Fig. 2 ein weiteres, besonders bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel, bei dem die den Trennkolben des Trennkolben- Adapters mit Betriebsflüssigkeit beschickende M-Pum­ pe durch eine einfachere Niederdruck-Förderpumpe er­ setzt ist;

Fig. 3a einen Vertikalschnitt durch eine verstellbare Kugel- Rotor-Pumpe, die als Förderpumpe in der Anordnung nach Fig. 2 eingesetzt werden kann;

Fig. 3b eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Ku­ gel-Rotor-Pumpe nach Fig. 3a;

Fig. 3c eine geknickte Schnittansicht eines Teilbereichs der Kugel-Rotor-Pumpe längs der Linien A-B in Fig. 3a; und

Fig. 4 einen schematischen Zeit- bzw. Kurbelwellenwinkel­ verlauf des vom Kolben der Förderpumpe verdrängten Volumens sowie des Kolbenhubs (oben) und der ent­ sprechenden Vorlagerung von Zusatzflüssigkeit (H₂O) sowie der Schaltzeiten der 2/2-Wegeventile MV1 und MV2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten 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 einen Common-Rail-Druckspeicher 2 mit Kraftstoff auf einem Druck­ niveau von etwa 1800 bar. Zwischen dem Common-Rail-Druck­ speicher 2 und einem von diesem über eine Einspritzleitung 6 mit Kraftstoff zu versorgenden Druckraum 3.5, der die Düsen­ nadel 3.1 einer Zweistoffdüse 3 umgibt, muß nun ein mengen­ dosierendes Bauelement angeordnet werden, da ja die früher übliche klassische Einspritzpumpe durch die Kombination aus Common-Rail-Druckspeicher 2 und der einfacheren Hochdruck­ pumpe 1 ersetzt wurde und der Raildruck auf einem gewissen Niveau ständig vorhanden ist. Diese Aufgabe übernimmt bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein erstes 2/2-Wegeventil MV1. Dieses sollte als schnelles Magnetventil mit guter Re­ produzierbarkeit 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 be­ kannten (gemessenen oder gesteuerten) Druckabfall zwischen dem Common-Rail-Druckspeicher 2 und dem von der Zweistoffdü­ se 3 zu versorgenden Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine durch ein genaues Zeitfenster, dessen Größe von anderen Ein­ flußfaktoren abhängt, über eine elektrische Ansteuerung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ermöglicht.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der verwendeten Zweistoff­ düse 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 ab­ gewandten Ende in einen Raum 3.6 ragt, welcher über eine Leitung 4 direkt mit dem Common-Rail-Druckspeicher 2 verbun­ den ist und mit dem dort herrschenden Hochdruck beaufschlagt wird. Dies hat zur Folge, daß zur Bewegung des Injektorstö­ ßels 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 (verän­ derlichen) 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 hoch­ druckmäßig abgedichtet ist, ist eine zur Kraftstoff-Nieder­ druckseite hin führende Belüftungsleitung 5 vorgesehen.

Für die Einbringung von Zusatzflüssigkeit muß nun, wie im Prinzip aus dem Stand der Technik an sich bekannt, ein Weg für den durch die Zusatzflüssigkeit zu verdrängenden Kraft­ stoff aus der Zweistoffdüse 3 freigegeben werden. Dies ge­ schieht durch geeignetes Beschalten eines zweiten 2/2 -Wege­ ventils MV2, dessen Eingang über eine Zufuhrleitung 7 mit der Einspritzleitung 6 und dessen Ausgang über eine Abfuhr­ leitung 8 mit der Kraftstoff-Niederdruckseite verbunden ist. Wenn Zusatzflüssigkeit zudosiert werden soll, ist das erste 2/2-Wegeventil MV1 geschossen und das zweite 2/2-Wegeventil wird auf Durchgang geschaltet. Dadurch entweicht unter Hoch­ druck stehender Kraftstoff aus dem Druckraum 3.5 über die Einspritzleitung 6, die Zufuhrleitung 7, die Abfuhrleitung 8 und ein Rückschlagventil 9 zur Kraftstoff-Niederdruckseite, in der Regel den Kraftstofftank. Dadurch kann Zusatzflüssig­ keit von einer zur Zweistoffdüse 3 führenden Zusatzflüssig­ keitsleitung 15 über ein Rückschlagventil 3.4 (mit p₀ = 15 bar) in den Druckraum 3.5 nachströmen. Die fluidführenden Bohrungen der Zweistoffdüse 3 und die Leitungslängen müssen allerdings so dimensioniert werden und die Leitungen so an­ gebracht sein, daß keine Zusatzflüssigkeit in den Kraft­ stofftank gelangen kann.

Vor dem eigentlichen Einspritzvorgang der Zusatzflüssigkeit muß die richtige Menge derselben zugemessen und bei noch niedrigem Systemdruck in die Zweistoffdüse 3 gefördert wer­ den. Dies wird mittels einer sogenannten M-Pumpe 13 bewirkt, die eine Betriebsflüssigkeit auf einem Vordruckniveau von ungefähr 2,5 bar in einen Trennkolben-Adapter 10 mit einem Trennkolben 11 und einem Gleichdruckventil 12 fördert. Der Trennkolben-Adapter 10 separiert die Betriebsflüssigkeit (in der Regel Dieselkraftstoff) der M-Pumpe 13 von der einzu­ bringenden Zusatzflüssigkeit (in der Regel Wasser). Dabei wird die Wasserseite eines Laufzylinders im Trennkolben 11 von einer Füllpumpe 14 über ein Rückschlagventil 16 mit Zu­ satzflüssigkeit auf niedrigem Druck (p < 2 bar) beschickt. Zum richtigen Zeitpunkt vor der eigentlichen Einspritzung, also zwischen den Einspritztakten, wird von der M-Pumpe 13 eine gewünschte Menge an Betriebsflüssigkeit mit einem höhe­ ren Druck als demjenigen, mit dem das Rückschlagventil 3.4 der Zweistoffdüse 3 eingestellt ist, an den Trennkolben 11 abgegeben. Dadurch wird die Menge an Zusatzflüssigkeit, die auf der anderen Seite des Trennkolbens 11 der Menge an Be­ triebsflüssigkeit der M-Pumpe 13 entspricht, über das Gleichdruckventil 12 an die Zusatzflüssigkeitsleitung 15 weitergegeben. Das Gleichdruckventil 12 dient zur Druckent­ spannung bzw. zur richtigen Vordruckversorgung der Zusatz­ flüssigkeitsleitung 15 zwischen dem Trennkolben-Adapter 11 und der Zweistoffdüse 3.

Das zweite 2/2-Wegeventil MV2 kann übrigens ein relativ ein­ faches und kostengünstigeres Ventil als das erste 2/2-Wege­ ventil MV1 sein, da die Exaktheit des letzteren für die Funktion der Kraftstoffverdrängung aus dem Druckraum 3.5 zum Zwecke der Vorlagerung von Zusatzflüssigkeit nicht unbedingt benötigt wird und im übrigen nur ein eindeutiges ja/nein- Verhalten des Ventils MV2 erforderlich ist.

Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten dadurch, daß die teure M-Pumpe durch eine erheblich preisgünstigere und einfacher aufgebaute Verstellpumpe 23 ersetzt ist. Diese soll ähnlich wie die M-Pumpe 13 mengendosierte Betriebsmittelflüssigkeit an den Trennkolben 11 des Trennkolben-Adapters 10 liefern, jedoch mit der Einschränkung, daß nur in einem bestimmten Betriebspunkt der zu bedienenden Verbrennungskraftmaschine mit der Zugabe von Zusatzflüssigkeit gefahren werden soll. Dieser Betriebspunkt soll im Vollastbereich des Motors lie­ gen, so daß auch nur während eines bestimmten Kurbelwellen­ winkels eine Einspritzung von Zusatzflüssigkeit notwendig ist. Falls der fixierte Kurbelwellenwinkel auch für einen Teillastbereich passen sollte, so kann hier ebenfalls bei Bedarf mit der Zugabe von Zusatzflüssigkeit gefahren werden.

Die Betriebsflüssigkeitsmenge kann durch die Verstellbarkeit der Förderpumpe 23 bestimmt werden. Bei Nichtgebrauch einer Einspritzung von Zusatzflüssigkeit wird die Verstellpumpe 23 auf "Nullförderung" gestellt, was vorzugsweise elektrisch oder elektro-hydraulisch erfolgt. Diese Verstellung sollte allerdings schnell genug vor sich gehen können, um bei Ein­ satz der Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug den Fahrerwün­ schen und der geforderten Fahrdynamik zu genügen. Daher sollte dieser Verstellmechanismus auch in der Lage sein, während der Zumessungsphase von Zusatzflüssigkeit, also wäh­ rend der Arbeit der Förderpumpe 23, eine Verstellforderung auszuführen. Der Verstellmechanismus sollte mithin kräftig genug ausgebildet sein.

Es ergibt sich also die Möglichkeit, mit einer Verstellpumpe 23 mittels genau in der richtigen Winkellage zum geeigneten Kurbelwellen-Winkel positionierten Einlaß- und Auslaßschlit­ zen, beispielsweise im Bereich der höchsten Pumpenkolben-Ge­ schwindigkeit, die der gewünschten Pumpenverstellung ent­ sprechende Betriebsflüssigkeitsmenge an den Trennkolben 11 des Trennkolben-Adapters 10 abzugeben. Die Auslaßschlitze der Verstellpumpe 23 können aber auch durch Rückschlag-Ven­ tile ersetzt sein, so daß keine aufwendige Schlitzsteuerung erforderlich ist und dennoch ein Zurückströmen von Betriebs­ flüssigkeit während der Ansaugphase des Trennkolbens 11 ver­ mieden wird.

Um das vorher in den Trennkolben-Adapter 10 eingebrachte Zu­ messungsvolumen an Betriebsflüssigkeit wieder in das Ansaug­ gebiet der Verstellpumpe 23 zurückdrücken zu können, ist ein zusätzlich angebrachter Steuerschlitz in der hydraulischen Ansteuermimik der Verstellpumpe erforderlich. Die in Fig. 1 gezeigte M-Pumpe 13 erledigt dies über geeignete Bohrungen, die vom Pumpenkolben überfahren werden.

Als Überlastschutz ist in einer Leitung, die von der Verbin­ dung zwischen der Förderpumpe 23 und dem Trennkolben-Adapter 10 abzweigt und in einen Behälter 24 mit Betriebsflüssigkeit führt, ein Sicherheitsventil 21 angeordnet.

Die in den Fig. 3a bis 3c in verschiedenen Schnittansich­ ten gezeigte verstellbare Kugel-Rotor-Pumpe 30 eignet sich besonders gut für den Einsatz als Verstellpumpe 23 in der Kraftstoffeinspritzanlage nach Fig. 2. Dabei ist in einem inneren Pumpengehäuse 31, das längsbeweglich in einer Füh­ rung 32 untergebracht ist und gegen ein äußeres Gehäuse 33 anschlagen kann, in einer Ausnehmung eine Rotor-Kugel 36 drehbar aufgenommen. Beim Anschlag des inneren Pumpengehäu­ ses 31 am äußeren Gehäuse 33 soll das in der Zeichnung ge­ zeigte Exzentermaß "e" annähernd Null sein.

Die Verstellbarkeit der Kugel-Rotor-Pumpe 30 wird durch ei­ nen Elektromotor 34.1 besorgt, welcher über eine Gewinde­ spindel 34.2, die im inneren Pumpengehäuse 31 gelagert ist, das letztgenannte relativ zum äußeren Gehäuse 33 hin- und herbewegt und dabei das Exzentermaß "e" verändert, woraus unterschiedliche Fördermengen der Pumpe resultieren.

Die Kugel-Rotor-Pumpe 30 wird über eine an die Nockenwelle der Brennkraftmaschine winkelstarr angekoppelte Antriebswelle 35.2 angetrieben, an deren Ende innerhalb des äußeren Ge­ häuses 33, in welcher die Antriebswelle 35.2 drehbar gela­ gert ist, ein Mitnahmeflansch 35.1 ebenfalls winkelstarr an­ gebracht ist. In diesem Mitnahmeflansch 35.1 stützen sich (im gezeigten Beispiel drei) Hubkolben 31.1, 31.2, 31.3 ab, welche längsbeweglich in der Rotor-Kugel 36 aufgenommen sind.

Bei einem endlichen Exzentermaß "e", also einer Parallelver­ schiebung der Achse von Antriebswelle 35.2 und Rotor-Kugel 36, nehmen bei Rotation des Mitnahmeflansches 35.1 die Kol­ ben 36.1 bis 36.3 die Rotor-Kugel 36 nicht nur in einer Drehbewegung mit, sondern führen auch noch längs jeweils ei­ ne individuelle, durch das Exzentermaß "e" genau festgelegte Hubbewegung aus, so daß entsprechende Druckstöße in der Be­ triebsflüssigkeit innerhalb eines Druckraumes 31.1 im inne­ ren Pumpengehäuse 31 bewirkt werden.

Wenn, wie oben vorgeschlagen, beim Anschlag des längsbeweg­ lichen inneren Pumpengehäuses 31 gegen das äußere Gehäuse 33 das Exzentermaß "e" gerade Null ist, finden keine Hubbewe­ gungen der Hubkolben 36.1 bis 36.3 bei Umdrehung des Mitnah­ meflansches 35.1 statt. In dieser Stellung kann die elektri­ sche Ansteuerung des Elektromotors 34.1 auf Null gesetzt werden.

Die Anzahl der Hubkolben 36.1 bis 36.3 bestimmt die Anzahl der Gruppe von Injektoren, die erfindungsgemäß von der ver­ stellbaren Kugel-Rotor-Pumpe 30 jeweils über einen individu­ ellen Trennkolben-Adapter 11 mit Zusatzflüssigkeit versorgt werden können.

Die hydraulische Schlitzsteuerung der Kugel-Rotor-Verstell­ pumpe 30 wird mittels Aufteilung eines Ringraumes 37, der durch eine Ringnut in der die Rotor-Kugel 36 aufnehmenden Ausnehmung des inneren Pumpengehäuses 31 gebildet wird, in einen Druckraum 37.1 im Bereich der höchsten Hubkolbenge­ schwindigkeit und in einen Ansaugraum 37.2 gestaltet. Der Druckraum 37.1 wird vom Ansaugraum 37.2 durch meridional ab­ dichtende Stollen 38 abgetrennt. Die Stollen 38 tragen in ihrer Berührungslinie mit der Rotor-Kugel 36 feine, fast über die gesamte Umfangslänge der Stollen 38 durchgehende Volumenentlastungsnuten, die in der Zeichnung aus Übersicht­ lichkeitsgründen nicht dargestellt sind. Dadurch können die Hubkolben 36.1 bis 36.3 bei Umdrehung der Rotor-Kugel 36 kontinuierlich fördern, ohne daß es zu ruckartigen Bewegun­ gen während des Pumpenbetriebes kommen könnte.

Nach Überschreiten des unteren Totpunktes können die Hub­ kolben 36.1 bis 36.3 zwar weiterhin keine Betriebsflüssig­ keit mehr ansaugen, aber nunmehr bis in den Bereich des er­ sten Stollens 38 (in Bewegungsrichtung der Rotorumdrehung gesehen) in den Ansaugraum 37.2 zurückfördern. Sowie der er­ ste Stollen 38 überschritten wird, kann der jeweilige Hub­ kolben eine echte Fördermenge bringen und diese dann weiter­ hin an den Trennkolben 11 abgeben.

Um dem Trennkolben 11 für seinen Saughub Freiheit zu geben, muß das von der Verstellpumpe an den Trennkolben 11 abgege­ bene Treibervolumen wieder zurückströmen können. Dazu sind an geeigneten Stellen auf der Rotor-Kugel 36 jeweils Nuten 39 eingelassen, die während der Umdrehung der Rotor-Kugel 36 zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Zeitspanne von der durch die Verstellpumpe 30 angesteuerten Seite des Trennkolbens 11 für dessen Saughub ein Zurückdrücken des ge­ förderten Treibervolumens in eine mit dem Ansaugraum 37.2 verbundene Saugbohrung S ermöglichen. Die Nuten 39 können beispielsweise durch Einstechschleifen an den entsprechenden Stellen auf der Rotor-Kugel 36 erzeugt werden.

Die graphische Darstellung von Fig. 4 veranschaulicht als Funktion der Zeit bzw. des Kurbelwellenwinkels in ihrer obe­ ren Hälfte das von den Hubkolben 36.1 bis 36.3 verdrängte Volumen an Betriebsflüssigkeit sowie den entsprechenden Kol­ benhub bei unterschiedlichen Einstellungen des Exzentermaßes "e" und in ihrem unteren Teil die zeitliche Abfolge der Vor­ lagerung von Betriebsflüssigkeit (H₂O) sowie die entspre­ chenden Schaltaktivitäten der 2/2-Wegeventile Mv1 und Mv2.

Claims (20)

1. Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (1) zur Förderung des Kraft­ stoffes, vorzugsweise Dieselkraftstoff, in eine Zwei­ stoffdüse (3) sowie mit einer Fördereinrichtung zur Förderung einer über ein Rückschlagventil (3.4) geführ­ ten Zusatzflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, in eine zu der Zweistoffdüse (3) führende Zusatzflüssigkeitslei­ tung (15), welche mit einem eine Düsennadel (3.1) der Zweistoffdüse (3) umgebenden Druckraum (3.5) verbunden ist, ferner mit einer Ventilanordnung zum Vorlagern der Zusatzflüssigkeitsmenge in der Zweistoffdüse (3), wobei das Öffnen und Schließen der Düsennadel (3.1) durch den Druck eines mit Kraftstoff unter Hochdruck gefüllten Common-Rail-Druckspeichers (2) erfolgt, die Ventilan­ ordnung zumindest teilweise in der Einspritzleitung (6) angeordnet ist und beim Vorlagern der Zusatzflüssigkeit die Kraftstoffzufuhr zur Einspritzdüse (3) unterbricht und den Druckraum (3.5) mit einer Kraftstoff-Nieder­ druckseite verbindet, und ansonsten die Verbindung zur Kraftstoff-Niederdruckseite unterbricht und den Druck­ raum (3.5) mit Hochdruckkraftstoff beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes 2/2-Wegeventil (MV1) in der Einspritz­ leitung (6) zwischen dem Common-Rail-Druckspeicher (2) und dem Druckraum (3.5) sowie ein zweites 2/2-Wegeven­ til (MV2), dessen Eingang über eine Zufuhrleitung (7) mit der Einspritzleitung (6) an einer Stelle zwischen dem ersten 2/2-Wegeventil (MV1) und dem Druckraum (3.5), und dessen Ausgang über eine Abfuhrleitung (8) mit der Kraftstoff-Niederdruckseite verbunden ist, vor­ gesehen sind.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Abfuhrleitung (8) zwischen dem zweiten 2/2-Wegeventil (MV2) und der Kraftstoff-Nieder­ druckseite ein Rückschlagventil (9) vorgesehen ist.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß an dem der Düsennadelspitze abgewandten stumpfen axialen Ende der Düsennadel (3.1) in deren axialer Verlängerung ein Kolben (3.3) fest, vorzugsweise einstückig mit der Düsennadel (3.1) ver­ bunden ist, welcher mit seinem der Düsennadel (3.1) ab­ gewandten axialen Ende in einen Raum (3.6) ragt, der gegen den das stumpfe axiale Ende der Düsennadel (3.1) aufnehmenden Raum (3.2) der Zweistoffdüse (3) druckfest abgedichtet und mit dem im Common-Rail-Druckspeicher (2) herrschenden Hochdruck beaufschlagt ist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der das stumpfe axiale Ende der Dü­ sennadel (3.1) aufnehmende Raum (3.2) über eine Belüf­ tungsleitung (5) mit der Kraftstoff-Niederdruckseite verbunden ist.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zwei­ stoffdüse (3) führende Zusatzflüssigkeitsleitung (15) andernends in einen Trennkolben-Adapter (10) mündet, der einen Trennkolben (11), dessen eine Seite von einer Förderpumpe (13; 23; 30) mit einer Betriebsflüssigkeit, vorzugsweise Dieselkraftstoff, und dessen andere Seite von einer Füllpumpe (14) mit Zusatzflüssigkeit be­ schickt wird, sowie ein Gleichdruckventil (12) umfaßt.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß von der Leitung zwischen Förderpumpe (13; 23; 30) und Trennkolben-Adapter (10) eine mit ei­ nem Sicherheitsventil (21) versehene Leitung abzweigt, die in einen Behälter (24) mit Betriebsflüssigkeit mün­ det.

7. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe (23; 30) einen Antriebsanschluß an die Stirnseite einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine aufweist.

8. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe (23; 30) eine, vorzugsweise elektrisch und/oder hydraulisch angesteuerte Verstellpumpe ist.

9. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verstellpumpe statt Auslaßschlit­ zen Rückschlagventile aufweist.

10. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 8 oder 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verstellpumpe eine hy­ draulische Ansteuermimik mit einem zusätzlichen Steuer­ schlitz aufweist, der ein Zurückfließen von Betriebs­ flüssigkeit in die Verstellpumpe während eines Saughubs des Trennkolben (11) ermöglicht.

11. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellpumpe (23; 30) ein inneres Pumpengehäuse (31) umfaßt, das längsbeweglich in einer Führung (32) untergebracht ist, und daß ein das Pumpengehäuse (31) umgebendes äußeres Gehäuse (33) vorgesehen ist, gegen welches das bewegli­ che Pumpengehäuse (31) in einer Endstellung anschlagen kann.

12. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Elektromotor (34.1) vorgesehen ist, der die Verstellung der Förderpumpe (23; 30) durch Antreiben einer im Pumpengehäuse (31) gelagerten Gewin­ despindel (34.2) bewirken kann.

13. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe (23; 30) eine verstellbare Kugel-Rotor-Pumpe ist.

14. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kugel-Rotor-Verstellpumpe (30) eine Rotor-Kugel (36) enthält, die in einer Ausnehmung des inneren Pumpengehäuses (31) drehbar aufgenommen ist und ihrerseits einen oder mehrere Hubkolben (36.1 bis 36.3) längsbeweglich aufnimmt, die sich einenends über Kugeln in einem Mitnahmeflansch (35.1) abstützen, der an eine drehbare Antriebswelle (35.2) starr angekoppelt ist, und andernends in einen Druckraum (31.1) im inne­ ren Pumpengehäuse (31) ragen, daß das innere Pumpenge­ häuse (31) in der Ausnehmung einen durch eine Ringnut gebildeten Ringraum (37) aufweist, der durch meridional abdichtende Stollen (38) in einen Druckraum (37.1) und einen Ansaugraum (37.2) aufgeteilt ist, und daß der Druckraum (37.1) mit einer Förderbohrung (P), der An­ saugraum (37.2) mit einer Saugbohrung (S) im inneren Pumpengehäuse (31) verbunden ist.

15. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stollen (38) feine, fast über die gesamte Umfangslänge der Stollen (38) durchgehende Vo­ lumenentlastungsnuten tragen.

16. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 10 und einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rotor-Kugel (36) Nuten (39) eingelassen sind, die bei entsprechender Stellung der Rotor-Kugel (36) mit dem Ansaugraum (37.2) zusammenwirken können.

17. Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 7 und einem der Ansprüche 8 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe (23; 30) durch entsprechende Ankopplung des Antriebsanschlusses an einen bestimmten Nockenwellenwinkel im Vollast-Be­ reich der Brennkraftmaschine eine Förderung von Zusatz­ flüssigkeit bewirkt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Förderung von Zusatzflüssigkeit auch in einem Teillastbereich der Brennkraftmaschine von der Förder­ pumpe (23; 30) bewirkt wird, falls der fixierte Nocken­ wellenwinkel dazu paßt.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Nichtgebrauch einer Zusatzflüssig­ keitseinspritzung die Verstellpumpe (23; 30) auf Null­ förderung gestellt wird.

20. Kugel-Rotor-Pumpe, insbesondere mit einem oder mehreren Merkmalen nach den Ansprüchen 9 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kugel-Rotor-Pumpe (30) eine Verstell­ vorrichtung zur Verstellung des Exzentermaßes (e) um­ faßt.