DE19746491A1

DE19746491A1 - Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19746491A1
Application number: DE19746491A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Stutzenberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1999-04-29
Also published as: CN1242819A; EP0946828B1; KR20000069637A; EP0946828A1; JP2001506728A; DE59811107D1; US6142107A; WO1999020890A1; CN1109815C

Description

Stand der Technik

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

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-We geventil 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 ent stehenden Druckabfall im Druckraum wird über eine entspre chende Leitung Zusatzflüssigkeit in den Druckraum gefördert, die das entsprechende Kraftstoffvolumen verdrängt. Anschlie ßend wird das erste 3/2-Wegeventil wieder in eine Stellung gebracht, die eine Verbindung zwischen dem Common-Rail- Druckspeicher und dem Druckraum im Einspritzventil her stellt. Zur mengengenauen Dosierung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, die der vorgelagerten Zusatzflüssigkeit bei dem durch die nächste Ventilöffnung hervorgerufenen Ein spritzstoß folgen soll, ist das weitere 3/2-Wege-Magnetven til 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 Ven tils und damit die gewünschte Einspritzmenge 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 ein einziges einfache res und preiswerteres 2/2-Wegeventil ersetzt werden, weil die Mengendosierung für die Zusatzflüssigkeit funktionell und konstruktiv von den Baugruppen zur Kraftstoffeinsprit zung getrennt ist. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Druckspeicherbehälters für Zusatzflüssigkeit können die aus der Common-Rail-Technik für die Kraftstoffeinspritzung be kannten Vorteile ausgenutzt werden. Insbesondere können vom Druckspeicherbehälter mehrere, jeweils zu unterschiedlichen Zweistoffdüsen führende Zusatzflüssigkeitsleitungen abgehen und es kann zur Beschickung einer ganzen Gruppe von Zwei stoffdüsen mit Zusatzflüssigkeit jeweils nur eine einzige Ventileinheit vorgesehen sein.

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

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffein spritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen ist in der Zeich nung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Beschaltung ei nes Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoff einspritzanlage mit einem Druckspeicherbehälter für Zusatz flüssigkeit.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brenn kraftmaschine 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 Ein spritzleitung 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 einfa cheren Hochdruckpumpe 1 ersetzt wurde und der Raildruck auf einem gewissen Niveau ständig vorhanden ist. Diese Aufgabe übernimmt bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein 2/2-Wege ventil MV1. Dieses sollte als schnelles Magnetventil mit gu ter Reproduzierbarkeit und mehr oder weniger fließendem Übergang zwischen den beiden Extremstellungen ausgelegt sein, da eventuell ein zeitlich gestaltbarer Einspritzmen genverlauf benötigt wird. Die genaue Mengendosierung wird über den bekannten (gemessenen oder gesteuerten) Druckabfall zwischen dem Common-Rail-Druckspeicher 2 und dem von der Zweistoffdüse 3 zu versorgenden Verbrennungsraum der Brenn kraftmaschine durch ein genaues Zeitfenster, dessen Größe von anderen Einflußfaktoren abhängt, über eine elektrische Ansteuerung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, er möglicht.

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.

Die Einspritzung von Zusatzflüssigkeit in die Zweistoffdüse 3 erfolgt aus einem Druckspeicherbehälter 7 über ein Einla gerungsventil 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 Druckregel ventil 9 auf einem gewünschten Niveau gehalten.

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.

Vom Druckspeicherbehälter 7 aus können mehrere, jeweils zu unterschiedlichen Zweistoffdüsen führende Zusatzflüssig keitsleitungen 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 wer den.

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 för dern kann.

Der erfindungsgemäße Druckspeicherbehälter 7 für Zusatzflüs sigkeit ist bei Motoren mit unterschiedlichster Zylinderzahl und für Einspritzanlagen unterschiedlichsten Aufbaus ein setzbar.

Claims

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), dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckspeicherbehälter (7) mit unter Druck ste hender Zusatzflüssigkeit vorgesehen ist, der über ein Einlagerungs-Ventil (10) die Zusatzflüssigkeitsleitung (13) mit einer jeweils vorgebbaren Menge an Zusatzflüs sigkeit beschicken kann, der seinerseits mittels einer Pumpe (8) über ein Rückschlagventil (11) mit Zusatz flüssigkeit beschickt werden kann, und dessen Innen druck durch ein Druckregelventil (9) auf einem ge wünschten Niveau gehalten werden kann.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Pumpe (8) einen elektrischen An trieb aufweist.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Pumpe (8) eine vorzugs weise 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 Zwei stoffdüse (3) führende Einspritzleitung (6) mit Kraft stoff beschicken kann.

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

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

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