EP0195948A2 - Einspritzvorrichtung für Kraftstoffe bei Dieselmotoren - Google Patents

Einspritzvorrichtung für Kraftstoffe bei Dieselmotoren Download PDF

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EP0195948A2
EP0195948A2 EP86102511A EP86102511A EP0195948A2 EP 0195948 A2 EP0195948 A2 EP 0195948A2 EP 86102511 A EP86102511 A EP 86102511A EP 86102511 A EP86102511 A EP 86102511A EP 0195948 A2 EP0195948 A2 EP 0195948A2
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Caterpillar Motoren GmbH and Co KG
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Krupp Mak Maschinenbau GmbH
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    • F02M37/04Feeding by means of driven pumps
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention relates to an injection device for fuels in diesel engines, consisting of an injection pump driven by the engine and a spring-loaded nozzle holder of the injection nozzle.
  • the injection pump is driven by a corresponding cam of the engine.
  • the amount of fuel injected is influenced by an adjustable inclined edge located on the pump plunger and an overflow bore located in the pump element itself, or in other cases by overflow valves that can be regulated at the time of opening.
  • the achievable injection pressure is dependent on the engine speed and thus causes low injection pressures and the associated mixture formation ratios, especially at low engine speeds.
  • Injection systems are also known in which fuel upstream in the injectors is conveyed via a special high-pressure pump.
  • the injection pump, the start of injection and the injection duration are regulated by externally controlled opening and closing of the nozzle needles.
  • This actuation is carried out mechanically, for example via rocker arms, bumpers and corresponding control devices take, whereby the control takes place by cams on the camshaft as well as by electronic control of electro-hydraulic actuation mechanisms.
  • These systems have the advantage that the fuel is introduced into the cylinder in an optimal ratio with a mixture formation at all possible loads and engine speeds.
  • the electronic-hydraulic actuation of the injection valve has so far not been developed to series production due to technical difficulties in the electro-hydraulic part of the high pressures to be overcome by the feed pumps and the high costs of the electronic control.
  • the object of the invention is to improve injection devices of the known type and to easily create a device which enables a practical solution and ensures an increase in the overall pressure level.
  • an additional pump in the form of an independently drivable high-pressure pump is switched on in the fuel supply to the injection pump, and a high admission pressure can be applied to the suction chamber of the injection pump.
  • a conventional intermittent injection system is raised in its entire pressure level by the additional pump in such a way that both opening and closing of the nozzle needle takes place at pressures which are already optimal for the combustion. Improvements in mixture formation are also achieved.
  • the spring space of the nozzle holder of the injection nozzle can be acted upon simultaneously by the pressure of the additional pump.
  • the opening and closing pressure of the valve of the injection nozzle changed by appropriate support of the spring, but there is also the possibility of influencing the time of opening via the.
  • Choice of the admission pressure to vary the beginning of the injection This aspect is particularly important for the optimization of fuel consumption in diesel engines.
  • the additional pump can be controlled via a controller, which can be supplied with setpoint inputs of the motor via a computing unit.
  • the supply line for the spring space of the nozzle holder of the injection nozzle has a pressure control valve controlled by a controller, the controller being able to be supplied with setpoint inputs of the engine via a computing unit.
  • the fuel supply line to the injection pump can be switched as multi-way valves and additional lines as a ring line when the engine is not running.
  • the fuel is fed via a feed pump 1 from a fuel tank 2 via line 3 to a pump 4, which generates a pre-pressure for an injection pump 5 and is connected via a line 6 to the suction chamber of the injection pump 5.
  • the injection pump 5 delivers the fuel to an injection nozzle 8 via a pressure line 7 Via a line 9, the spring space of the nozzle holder of the injection nozzle 8 is acted upon by the pre-pressure of the pump 4.
  • the pump 4 for generating the admission pressure is controlled by a controller 10, which can be supplied with setpoint inputs of the engine via a computing unit 11.
  • a controller 10 which can be supplied with setpoint inputs of the engine via a computing unit 11.
  • the speed of the engine nMot, charge F, charge air temperature t Lt , cooling water temperature tKw, fuel temperature t Br st is taken into account, for example, via the computing unit 11.
  • a pressure control valve 18 is switched on in line 9 as a supply space to the spring space of the injector 8, which can be controlled via a controller 12 and at the same time influenced by the computing unit 11. This makes it possible to set different pressure ratios on the injection nozzle 8 and as a pre-pressure on the injection pump 5 by hydraulic means.
  • multi-way valves 13, 14 for controlling an additional line 15 and also in a return line 17 from the suction chamber of the injection pump 5 are provided with a multi-way valve 16 to enable a ring system in heavy oil engines for the circulation of the preheated fuel when the engine is stopped .

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Abstract

Bei einer Einspritzvorrichtung ist vorgesehen, in der Kraftstoffzuführung zur Einspritzpumpe eine unabhängig antreibbare Hochdruckpumpe einzuschalten. Hierdurch soll ermöglicht werden, die Einspritzpumpe mit einem hohen Vordruck zu beaufschlagen. Ferner ist vorgesehen, daß der Federraum des Düsenhalters der Einspritzdüse gleichzeitig durch den Vordruck beaufschlagbarwird. Es ist damit möglich, das Öffnen und Schließen der Düsennadel der Einspritzdüse bei Druckwerten zu gewährleisten, die bereits optimale Gemischbildungsverhältnisse garantieren.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzvorrichtung für Kraftstoffe bei Dieselmotoren, bestehend aus einer vom Motor angetriebenen Einspritzpumpe und einem federbelasteten Düsenhalter der Einspritzdüse.
  • Bei diesen bekannten Anordnungen wird die Einspritzpumpe über einen entsprechenden Nocken des Motors angetrieben. Hierbei wird die Menge des eingespritzten Kraftstoffes durch eine am Pumpenstempel befindliche einstellbare Schrägkante und eine im Pumpenelement selbst befindliche Uberstrombohrung oder in anderen Fällen duch im Öffnungszeitpunkt regelbare Überstromventile beeinflußt.
  • Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, daß aufgrund des Kompressibilität des Kraftstoffes ein gewisser Förderhub bzw. Zeitraum benötigt wird, bis die Düsennadel bei einem für die Gemischbildung relativ niedrigen Druck öffnet. Dieser Druck ist durch die konstruktiven Gegebenheiten sowie die erreichbaren Vorspannungen der Düsenhalterfedern begrenzt. Aus den gleichen Gründen mit den ebenfalls auftretenden Nachteilen erfolgt das Schließen der Düsennadeln schleichend unter für die Gemischbildung ungünstigen Verhältnissen.
  • Durch den Antrieb des Einspritznockens direkt vom Motor ist der erreichbare Einspritzdruck von der Drehzahl des Motors abhängig und bedingt somit besonders bei niedrigen Drehzahlen niedrige Einspritzdrucke sowie damit zusammenhängende Gemischbildungsverhältnisse.
  • Ferner führen niedrige Belastungen des Motors aufgrund der Kompressibilität des Kraftstoffes mit über die Zeit relativ langsam ansteigenden Einspritzdruck bei kleinen Einspritzmengen ebenfalls zu niedrigen Drücken und ungenügenden Gemischbildungsverhältnissen.
  • Bei niedrigen Belastungen und hoher Drehzahl des Motors führt der aufgrund der Kompressibilität des Kraftstoffes mit über die Zeit relativ langsam ansteigenden Einspritzdruck bei kleinen Einspritzmengen ebenfalls zu niedrigen Drücken und ungenügenden Gemischbildungsverhältnissen.
  • Es ist bekannt, diesen negativen Eigenschaften dadurch entgegenzuwirken, daß bei voller Last und Drehzahl hohe Einspritzdrücke in Kauf genommen werden, um bei kleinen Lasten und Drehzahlen ausreichende Gemischbildungsverhältnisse zu erreichen. Hierdurch wird der Antrieb, der in vielen Fällen ebenfalls die Ventilsteuerung betätigt, überlastet. Es hat sich gezeigt, daß hieraus unerwünschte Beanspruchungen resultieren, die durch nicht genügender Dimensionierung zum Ausfall des Motors bzw. der betroffenen Teile führen können. Aufgrund der Zuverlässigkeit, Einfachheit und niedrigen Gestehungskosten sind aber Einspritzsysteme dieser Art weit verbreitet.
  • Weiterhin sind Einspritzsysteme bekannt, bei denen über eine besondere Hochdruckpumpe Kraftstoff in den Einspritzdüsen vorgelagerte Speicher gefördert wird. Hierbei wird die Einspritzpumpe, der Einspritzbeginn und die Einspritzdauer durch von außen gesteuertes Öffnen und Schließen der Düsennadeln geregelt. _Diese Betätigung wird sowohl in mechanischer Art und Weise, beispielsweise über Kipphebel, Stoßstangen und entsprechende Steuervorrichtungen, vorgenommen, wobei durch Nocken auf der Nockenwelle als auch durch elektronische Ansteuerung von elektro-hydraulichen Betätigungsmechanismen die Steuerung erfolgt. Diese Systeme haben den Vorteil, daß der Kraftstoff bei allen in Frage kommenden Lasten und Drehzahlen des Motors mit einer Gemischbildung im optimalen Verhältnis in den Zylinder eingebracht wird.
  • Die Nachteile eines mechanisch gesteuerten sogenannten Speichersystems bestehen in der Kompliziertheit des mechanischen Antriebs der Düsennadelbetätigung und besonders des Regelmechanismus. Dieser Tatbestand ist der Grund, daß sich diese Systeme trotz ihrer unbestreitbaren verbrennungstechnischen Vorteile nur in Einzelfällen durchgesetzt haben.
  • Die elektronisch-hydraulische Betätigung des Einspritzventils (elektronisches Einspritzsystem) ist bisher aufgrund technischer Schwierigkeiten im elektro-hydraulischen Teil der hohen Drücke, die von den Förderpumpen zu überwinden sind, und den hohen Kosten der elektronischen Steuerung in keinem Fall zur Serienreife entwickelt worden.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, Einspritzvorrichtungen der bekannten Art zu verbessern und auf einfache Weise eine Vorrichtung zu schaffen, die eine praktikable Lösung ermöglicht und eine Anhebung des gesamten Druckniveaus gewährleistet.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß in der Kraftstoffzuführung zur Einspritzpumpe eine zusätzliche Pumpe in Form einer unabhängig antreibbaren Hochdruckpumpe eingeschaltet und der Saugraum der Einspritzpumpe mit einem hohen Vordruck beaufschlagbar ist.
  • Hierdurch wird ein konventionelles intermittierendes Einspritzsystem durch die zusätzliche Pumpe in ihrem gesamten Druckniveau derartig angehoben, daß sowohl das Öffnen als auch das Schließen der Düsennadel bei bereits für die Verbrennung optimalen Drücken erfolgt. Dabei werden auch Verbesserungen in der Gemischbildung erzielt.
  • Weiterhin ist zur Verbesserung vorgesehen, daß der Federraum des Düsenhalters der Einspritzdüse durch den Druck der zusätzlichen Pumpe gleichzeitig beaufschlagbar ist. Hierdurch wird nicht nur der Öffnungs-und Schließdruck des Ventils der Einspritzdüse durch entsprechende Unterstützung der Feder verändert, sondern es ergibt sich auch die Möglichkeit, durch Beeinflussung des Öffnungszeitpunktes über die. Wahl des Vordruckes den Beginn der Einspritzung zu variieren. Dieser Gesichtspunkt ist besonders für die Optimierung des Brennstoffverbrauchs bei Dieselmotoren wichtig.
  • Weitere Vorteile eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems liegen in der Tatsache, daß durch die äußere Zufuhr von Druckenergie, d.h. der Beginn und Verlauf des Einspritzvorganges von einem hohen Druckniveau aus, die Einspritzraten ohne Veränderung von Einspritznocken oder Vergrößerung der Einspritzpumpen-Zylinder erhöht und damit die Einspritzdauer in entscheidendem Maße zwecks Verbesserung des Motorwirkungsgrades verkürzbar ist. Dieser Gesichtspunkt ist besonders deshalb wichtig, da die fortlaufende Steigerung des Wirkungsgrades der Dieselmotoren über die Verkürzung der Einspritzdauer zu ständig ansteigenden Belastungen von Nockenwellen, Ventilantrieb und Nockenwellenantrieb geführt haben, die bei vielen Motorkonstruktionen bereits echte Engpässe ergeben. Ein weiterer Vorteil ist es, daß der Vordruck durch die zusätzliche Pumpe nur auf Werte gebracht werden muß, die mit herkömmlichen serienmäßigen Hochdruckpumpen, wie sie in der Hydraulik verwendet werden, zu erreichen sind.
  • Zur Vervollkommnung der erfindungsgemäßen Anordnung wird vorgeschlagen, daß die zusätzliche Pumpe über einen Regler steuerbar ist, die über eine Recheneinheit mit Sollwerteingaben des Motors versorgbar ist.
  • Weiterhin ist vorgesehen, daß die Zuführleitung für den Federraum des Düsenhalters der Einspritzdüse ein über einen Regler gesteuertes Druckregelventil aufweist, wobei der Regler über eine Recheneinheit mit Sollwerteingaben des Motors versorgbar -ist.
  • Um eine Zirkulation von vorgewärmten Kraftstoff zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Temperaturniveaus zu gestatten, wird vorgeschlagen, daß die Kraftstoffzuführleitung zur Einspritzpumpe über Mehrwegeventile und Zusatzleitungen als Ringleitung bei Stillstand des Motors schaltbar ist.
  • In der Zeichnung ist ein Einspritzsystem schematisch dargestellt.
  • Bei der dargestellten Anordnung wird der Kraftstoff über eine Förderpumpe 1 aus einem Kraftstoffbehälter 2 über Leitung 3 einer Pumpe 4 zugeführt, die einen Vordruck für eine Einspritzpumpe 5 erzeugt und über eine Leitung 6 mit dem Saugraum der Einspritzpumpe 5 verbunden ist. Über eine Druckleitung 7 fördert die Einspritzpumpe 5 den Kraftstoff zu einer Einspritzdüse 8. Parallel zur Leitung 6 wird über eine Leitung 9 der Federraum des Düsenhalters der Einspritzdüse 8 mit dem erzeugten Vordruck der Pumpe 4 beaufschlagt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird die Pumpe 4 zur Erzeugung des Vordrucks über einen Regler 10 gesteuert, der über eine Recheneinheit 11 mit Sollwerteingaben des Motors versorgbar ist. Hierbei wird beispielsweise über die Recheneinheit 11 die Drehzahl des Motors nMot, Füllung F, Ladelufttemperatur tLt, Kühlwassertemperatur tKw, Brennstofftemperatur tBr st berücksichtigt.
  • In der Leitung 9 als Zuführraum zum Federraum der Einspritzdüse 8 ist ein Druckregelventil 18 eingeschaltet, das über einen Regler 12 steuerbar und gleichzeitig von der Recheneinheit 11 beeinflußbar ist. Hierdurch ist es möglich, unterschiedliche Druckverhältnisse an der Einspritzdüse 8 und als Vordruck an der Einspritzpumpe 5 auf hydraulischem Weg einzustellen.
  • Zusätzlich sind in den Leitungen 6 und 3 Mehrwegeventile 13, 14 zur Steuerung einer Zusatzleitung 15 und weiterhin in einer Rückleitung 17 vom Saugraum der Einspritzpumpe 5 mit einem Mehrwegeventil 16 versehen, um ein Ringsystem bei Schwerölmotoren zur Zirkulation des vorgewärmten Kraftstoffes bei Stillstand des Motors zu ermöglichen.
  • Mit dieser Anordnung ist es nunmehr möglich, daß der Pumpenkolben der Einspritzpumpe 5 nach Erreichen des Druckes in der Druckleitung 7 den Kraftstoff über die Einspritzdüse 8 in den Zylinder fördert. Hierbei ist der jeweilige Druck durch das Druckregelventil 18 im Federraum der Einspritzdüse 8 höher als der Vordruck im Saugraum der Einspritzpumpe 5 Es wird damit sichergestellt, daß' bei entsprechender Vorgabe des Vordruckes das Öffnen und Schließen der Düsennadel der Einspritzpumpe 5 bei Druckwerten erfolgt, die bereits optimale Gemischbildungsverhältnisse garantieren.

Claims (5)

1. Einspritzvorrichtung für Kraftstoffe bei Dieselmotoren, bestehend aus einer vom Motor angetriebenen Einspritzpumpe und einem federbelasteten Düsenhalter der Einspritzdüse, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kraftstoffzuführung (3,6) zur Einspritzpumpe (5) eine zusätzliche Pumpe (4) in Form einer unabhängig antreibbaren Hochdruckpumpe eingeschaltet und der Saugraum der Einspritzpumpe (5) mit einem hohen Vordruck beaufschlagbar ist.
2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum des Düsenhalters der Einspritzdüse (8) durch den Druck der zusätzlichen Pumpe (4) gleichzeitig beaufschlagbar ist.
3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Pumpe (4) über einen Regler (10) steuerbar ist, der über eine Recheneinheit (11) mit Sollwerteingaben des Motors versorgbar ist.
4. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (9) für den Federraum des Düsenhalters der Einspritzdüse (8) ein über einen Regler (6) gesteuertes Druckregelventil (18) aufweist, wobei der Regler (6) über eine Recheneinheit (11) mit Sollwerteingaben des Motors versorgbar ist.
5. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführleitung (3,6) zur Einspritzpumpe (5) über Mehrwegventile (13,14,16) und Zusatzleitungen (15,17) als Ringleitung bei Stillstand des Motors schaltbar ist.
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