DE3601462A1

DE3601462A1 - Fuel injection device

Info

Publication number: DE3601462A1
Application number: DE19863601462
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Haefner; Hans-Juergen Dipl Ing Schacht
Original assignee: Krupp Mak Maschinenbau GmbH
Current assignee: Caterpillar Motoren GmbH and Co KG
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1986-01-20
Publication date: 1987-07-23

Abstract

It is proposed in this connection that the injection pump be actuated by a double cam and that fuel be delivered after approximately each 360 DEG rotation of the crankshaft. At the same time, a pressure accumulator is connected to the injection pump on the outlet side and an outlet valve is additionally located in the pressure line upstream of the injection nozzle, which valve can be controlled by way of a computer with reference value inputs from the internal combustion engine. The injection timing is thereby freely selectable and good utilisation of fuel can be obtained.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, bei der jedes Einspritzventil eine in Schließrichtung druckbeaufschlagte Ventilnadel aufweist, die über eine Druckleitung mit einer Einspritzpumpe verbunden ist, welche in öeinem Pumpengehäuse einen Pumpenzylinder mit darin arbeitendem nockenwellengesteuerten Pumpenkolben und einen Pumpendruckraum mit wenigstens einer Saugbohrung und Abströmbohrung aufweist.The invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine in which each Injector a pressurized in the closing direction Has valve needle, which via a pressure line with a Injection pump is connected, which is in a pump housing a pump cylinder with a camshaft-controlled one working in it Pump piston and a pump pressure chamber with has at least one suction hole and outflow hole.

Einspritzvorrichtungen dieser Art sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, daß Probleme durch eine stoßhafte Belastung des Nockentriebes bestehen und die höchste Einspritzintensität zum gewünschten Einspritzzeitpunkt für einen günstigen Kraftstoffverbrauch nicht erreicht wird.Injectors of this type are available in many different ways Embodiments known. But it has been in practice shown that problems caused by an impulsive load on the There are cam drives and the highest injection intensity at the desired injection time for low fuel consumption is not achieved.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzsystem zu schaffen, das eine geringe Belastung des Nockenwellentriebs ermöglicht und eine hohe Einspritzintensität zum richtigen Zeitpunkt gewährleistet.The object of the invention is to provide an injection system create a low load on the camshaft drive enables and a high injection intensity for the right one Time guaranteed.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Einspritzpumpe durch einen Doppelnocken auf der Nockenwelle zur Kraftstofförderung steuerbar ist und zwischen Einspritzventil und Einspritzpumpe ein Druckspeicher mit einem Ventil zur Einspritzbeginnbestimmung angeordnet ist, das über eine Recheneinheit mit Sollwerteingaben der Brennkraftmaschine steuerbar ist.According to the invention, this object is achieved by that the injection pump by a double cam on the Camshaft for fuel delivery is controllable and between Injector and injection pump with a pressure accumulator a valve for determining the start of injection is arranged, via a computing unit with setpoint inputs of the internal combustion engine is controllable.

Hierdurch wird erreicht, daß alle 360 Grad der Kurbelwelle eine Kraftstofförderung erfolgt und der sonst üblicherweise nötige Nutzhub praktisch pro Hub der Nocke halbiert wird. Damit kann trotz hoher Geschwindigkeit des Pumpenstempels mit mäßigen Federkräften in der Einspritzpumpe gearbeitet werden. Der durch die hohe Geschwindigkeit auch für hohe Einspritzintensität flächenklein gestaltbare Pumpenstengel ergibt dann seinerseits geringe Belastungen auf der Nocke. Darüber hinaus werden durch den Druckspeicher mit dem steuerbaren Ventil günstige Einspritzverhältnisse geschaffen, indem das mechanische System mit der Kraftstoffmengenzuteilung mit der Steuerkantenkonfiguration des Pumpenkolbens durch das Abströmventil mit seiner Steuerung überlagert und somit der Einspritzpunkt frei wählbar ist. Dieses Ventil sorgt zusätzlich bei Ausfall der Funktion des Nadelventils der Einspritzdüse dafür, daß sich der Druckspeicher nicht zur falschen Zeit entleert.This ensures that every 360 degrees of the crankshaft fuel is supplied and usually otherwise necessary useful stroke practically per stroke of the cam is halved. This means that despite high speed of the pump plunger with moderate spring forces in the injection pump be worked. Because of the high speed also small for high injection intensity customizable pump stems then result in turn low loads on the cam. Beyond that through the pressure accumulator with the controllable valve favorable injection ratios created by that mechanical system with the fuel quantity allocation with the control edge configuration of the pump piston the discharge valve is overlaid with its control and thus the injection point is freely selectable. This valve also ensures that the needle valve function fails the injector for the pressure accumulator not emptied at the wrong time.

Ferner ist zur günstigen Ausgestaltung vorgesehen, daß der Förderhub durch die erste Nocke gegenüber dem Hub der zweiten Nocke kürzer ist. It is also provided for the favorable embodiment that the conveying stroke through the first cam opposite the stroke the second cam is shorter.

Eine günstige Vervollkommnung der Erfindung wird dadurch geschaffen, daß die Ventilnadel der Einspritzdüse mit einem variabel steuerbaren Vordruck beaufschlagbar ist, der über die Recheneinheit mit Sollwerteingaben der Brennkraftmaschine steuerbar und vorzugsweise der Einspritzdruck an der Ventilnadel höher als der Halbzeitdruck ist. Hierdurch ist eine Auslegung auf optimalen Kraftstoffverbrauch möglich und bedeutet, daß der Abspritzdruck bei kleiner Motorleistung im allgemeinen höher ist als bei großer Motorleistung.This is a favorable perfection of the invention created that the valve needle of the injector with a variably controllable form can be acted upon the arithmetic unit with setpoint inputs of the internal combustion engine controllable and preferably the injection pressure at the valve needle is higher than the mid-term pressure. This is one Design for optimal fuel consumption possible and means that the spray pressure at low engine power is generally higher than with high engine power.

Ferner wird vorgeschlagen, daß das Volumen im Druckspeicher derart bemessen ist, daß der durch die erste Nocke mit seinem Förderhub der Einspritzpumpe erzeugte Druck geringer bemessen ist als der halbe maximale Einspritzdruck.It is also proposed that the volume in the pressure accumulator is dimensioned such that with the first cam its delivery stroke of the injection pump generated lower pressure is measured as half the maximum injection pressure.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die Doppelnocken geringfügig asymetrisch zueinander angeordnet sind. Hierdurch ist je nach Anzahl der Motorzylinder beim ersten Nockenhub eine zeitversetzte Ansteuerung möglich, daß Schwingungen, die von einem anderen Pumpenzylinder angeregt werden, in der Steuerwelle gedämpft werden.It is also provided that the double cam slightly are arranged asymmetrically to each other. This is depending on the number of engine cylinders during the first cam stroke a delayed control possible that vibrations, which are excited by another pump cylinder, in the control shaft are damped.

Eine günstige Ausbildung wird dadurch geschaffen, daß der Druck im Druckspeicher über ein gesteuertes Ventil entsprechend dem benötigten Systemdruck einstellbar ist.A favorable training is created in that the Pressure in the pressure accumulator via a controlled valve accordingly the required system pressure is adjustable.

Um eine unerwünschte Einspritzung zu vermeiden, ist vorgesehen, daß in die Druckleitung ein vor der Auslaßnocke gesteuertes Ventil angeordnet ist.In order to avoid undesired injection, that in the pressure line in front of the outlet cam controlled valve is arranged.

Zur einfachen Ansteuerung wird vorgeschlagen, daß die Ventile und die Düsennadel über elektrisch-hydraulische Steuerelemente einstellbar sind.For simple control, it is proposed that the Valves and the nozzle needle via electric-hydraulic Controls are adjustable.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Anordnung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung schematisch dargestellt. Die dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung besteht aus einem Einspritzventil 1, das eine in Schließrichtung druckbeaufschlagte Ventilnadel 2 aufweist und über eine Druckleitung 3 mit einer Einspritzpumpe 4 verbunden ist. Die Einspritzpumpe 4 weist einen Pumpenkolben 5 auf, der in einem Zylinder 6 geführt ist und über eine Nockenwelle 7 gesteuert wird. Ein gebildeter Pumpendruckraum 8 ist dabei mit einer Saugbohrung 9 versehen, die mit der Brennstoffzuführung verbunden ist, und besitzt eine Abströmbohrung 10, die durch ein Druckventil 11 abgeschlossen ist.In the drawing, an arrangement of a fuel injection device according to the invention is shown schematically. The fuel injection device shown consists of an injection valve 1 , which has a valve needle 2 pressurized in the closing direction and is connected to an injection pump 4 via a pressure line 3 . The injection pump 4 has a pump piston 5 , which is guided in a cylinder 6 and is controlled via a camshaft 7 . A formed pump pressure chamber 8 is provided with a suction bore 9 , which is connected to the fuel supply, and has an outflow bore 10 , which is closed by a pressure valve 11 .

Die Nockenwelle 7 trägt Doppelnocken 12, 13 zur Steuerung des Pumpenkolbens, wobei der Förderhub durch die erste Nocke 12 gegenüber dem Hub der zweiten Nocke 13 vorzugsweise kürzer ist. Dabei soll bei konstanter Leistung das in der Einspritzpumpe 4 gesteuerte erste Volumen höchstens gleich der halben benötigten Einspritzmenge sein. Es ergeben sich je nach Druckniveau bei den beiden Hüben entsprechend der Kompressibilität des Kraftstoffs unterschiedliche Fördermengen pro Hub.The camshaft 7 carries double cams 12, 13 for controlling the pump piston, the delivery stroke through the first cam 12 being preferably shorter than the stroke of the second cam 13 . At constant power, the first volume controlled in the injection pump 4 should be at most equal to half the required injection quantity. Depending on the pressure level, there are different delivery rates per stroke for the two strokes, depending on the compressibility of the fuel.

Die Abströmbohrung 10 der Einspritzpumpe 4 ist über einen Druckspeicher 14 mit der Druckleitung 3 verbunden, wobei ein Abströmventil 15 mit einem elektro-hydraulischen Steuerelement 16 und ein Ventil 17 mit einem Steuerelement 18 ebenfalls in der Druckleitung 3 liegen. Dabei wird das Ventil 17, solange eine Einspritzung unerwünscht ist, geschlossen gehalten. Als Steuergröße für das Steuerelement wird die Auslaßnocke verwendet, d. h. wenn das Auslaßventil geöffnet ist, kommt es zu keiner Einspritzung. The outflow bore 10 of the injection pump 4 is connected to the pressure line 3 via a pressure accumulator 14 , an outflow valve 15 with an electro-hydraulic control element 16 and a valve 17 with a control element 18 likewise being located in the pressure line 3 . The valve 17 is kept closed as long as an injection is undesirable. The exhaust cam is used as the control variable for the control element, ie no injection occurs when the exhaust valve is open.

Zusätzlich besitzt der Druckspeicher 14 ein Ventil 19, das über ein Steuerelement 20 einstellbar ist und eine Rückführung 21 zum Pumpendruckraum 8 aufweist. Das Ventil 19 regelt den im Druckspeicher 14 aufgebauten Druck nach dem Förderhub der ersten Nocke 12 derart ab, daß beim Förderhub der zweiten Nocke 13 der gewünschte Maximaldruck abhängig von den Motorparametern, wie Drehzahl, Drehmoment, Verbrennungsablauf, besteht. Hierzu ist das zugehörige Steuerelement 20 mit einer entsprechenden Recheneinheit 21 verbunden.In addition, the pressure accumulator 14 has a valve 19 which can be adjusted via a control element 20 and has a return 21 to the pump pressure chamber 8 . The valve 19 regulates the pressure built up in the pressure accumulator 14 after the delivery stroke of the first cam 12 in such a way that during the delivery stroke of the second cam 13 the desired maximum pressure is dependent on the engine parameters, such as speed, torque, combustion process. For this purpose, the associated control element 20 is connected to a corresponding computing unit 21 .

Auch die Ventilnadel 2 wird über ein Steuerelement 22 mit einem variabel steuerbaren Vordruck beaufschlagt, der über die Recheneinheit 21 entsprechend der Motorenwerte einstellbar ist. Ferner wird auch das Steuerelement 16 des Abströmventils 15 über die Recheneinheit 21 mit den eingegebenen Sollwerten des Motors gesteuert.The valve needle 2 is also acted upon by a control element 22 with a variably controllable admission pressure which can be set according to the engine values via the computing unit 21 . Furthermore, the control element 16 of the outflow valve 15 is also controlled via the computing unit 21 with the input desired values of the engine.

Durch diese Ausbildung ist der Einspritzpunkt über das Abströmventil 15 frei wählbar, so daß unter der Verücksichtigung der vorliegenden Betriebsverhältnisse des Motors günstige Verbrennungsabläufe einstellbar sind. Zur Sicherheit wird über das Ventil 17 verhindert, beispielsweise bei Ausfall der Funktion der Ventilnadel 2 des Einspritzventils 1, daß der Druckspeicher 14 sich zur falschen Zeit entleert.This configuration allows the injection point to be freely selected via the outflow valve 15 , so that favorable combustion processes can be set taking into account the existing operating conditions of the engine. For safety, the valve 17 prevents, for example in the event of failure of the function of the valve needle 2 of the injection valve 1 , that the pressure accumulator 14 is emptied at the wrong time.

Die Redundanz des Systems ist so ausgelegt, daß die Förderung der Einspritzmenge bei Ausfall des elektro- hydraulischen Systems nur durch die Steuerkanten des Steuerkolbens 5 der Einspritzpumpe 4 erfolgt, wobei eine etwas größere Kraftstoffmenge eingespritzt wird als in den Nachbarzylindern. Die Steuerung des Einspritzdrucks fällt bei Ausfall der elektronischen Steuerung auf den höchsten Einspritzdruck zurück, so daß in jedem Fall ein Dichthalten des Speichervolumens gewährleistet ist.The redundancy of the system is designed in such a way that the injection quantity is conveyed only through the control edges of the control piston 5 of the injection pump 4 in the event of failure of the electro-hydraulic system, a somewhat larger quantity of fuel being injected than in the neighboring cylinders. If the electronic control fails, the control of the injection pressure falls back to the highest injection pressure, so that the storage volume is always kept tight.

Claims

1. A fuel injection device for an internal combustion engine, in which each injection valve has a valve needle pressurized in the closing direction, which is connected via a pressure line to an injection pump, which in a pump housing has a pump cylinder with a camshaft-controlled pump piston working therein and a pump pressure chamber with at least one suction bore and outflow bore, characterized in that the injection pump ( 4 ) can be controlled by a double cam ( 12, 13 ) on the camshaft ( 7 ) for fuel delivery and between the injection valve ( 1 ) and injection pump ( 4 ) a pressure accumulator ( 14 ) with a valve ( 15 ) for Injection start determination is arranged, which can be controlled via a computing unit ( 21 ) with setpoint data of the internal combustion engine.

2. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the delivery stroke through the first cam ( 12 ) compared to the stroke of the second cam ( 13 ) is shorter.

3. Fuel injection device according to claim 1 or 2, characterized in that the valve needle ( 2 ) of the injection nozzle ( 1 ) can be acted upon with a variable controllable admission pressure which can be controlled via the computing unit ( 21 ) with setpoint inputs of the internal combustion engine and preferably the injection pressure at the valve needle ( 2 ) is higher than the half-time pressure.

4. Fuel injection device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the volume in the pressure accumulator ( 14 ) is dimensioned such that the pressure generated by the first cam ( 12 ) with its delivery stroke of the injection pump ( 4 ) is smaller than that half maximum injection pressure.

5. Fuel injection device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the double cams ( 12, 13 ) are arranged slightly asymmetrically to one another.

6. Fuel injection device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pressure in the pressure accumulator ( 14 ) via a controlled valve ( 19 ) is adjustable according to the required system pressure.

7. Fuel injection device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a valve ( 17 ) controlled by the outlet cam is arranged in the pressure line.

8. Fuel injection device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the valves ( 15, 19 ) and the nozzle needle ( 2 ) via electric-hydraulic control elements ( 16, 20, 22 ) are adjustable.