WO1988001019A1 - Injection device for introducing fuels in the combustion chamber of an internal combustion engine - Google Patents

Injection device for introducing fuels in the combustion chamber of an internal combustion engine Download PDF

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Günter Elsbett
Klaus Elsbett
Konrad Weigel
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Elsbett G
Klaus Elsbett
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • Injection device for introducing fuels into the combustion chamber of an internal combustion engine
  • the invention relates to an injection device for introducing fuels into the combustion chamber of an internal combustion engine;
  • Existing devices of common injection technology which may be considered prior art, such as pump element, pressure relief valve, injection nozzle, pressure line, etc., which have previously only been used to introduce one fuel, are to be used.
  • Another solution is based on mixing other fuels in the injection pump and only then feeding them into the injection line (DE-PS 29 32 325).
  • the introduction of the alternative fuels works via a separate pump, which builds up the pressure necessary to convey alternative fuels into the area between the pressure relief valve chamber of this pump and the nozzle needle valve chamber of the nozzle during the relaxation phase of the injection pump of the injection system .
  • the desired amount of the alternative fuel to be introduced depends on the size of the relief valve, the fuel elasticity and the pressure of the pump and can be designed according to these parameters so that, for. B. a fuel mixture of main and alternative fuels is formed or only alternative fuels or only one alternative fuel are introduced.
  • the alternative fuel (s) are required to ignite the internal combustion engine, it is advisable to regulate the amount of fuel to be introduced into the injection system so that it corresponds exactly to the amount injected at this speed.
  • the main fuel coming from the injection pump has an oscillating effect, the fuel only moving in front of it, which in the injection phase by the pressure of the injection pump in one direction and the pressure relief phase of the injection pump by the feed pump of the alternative fuel (s) is pushed back again.
  • a device can be attached which connects the switching off of the internal combustion engine with a brief delivery of the alternative fuel, so that alternati ⁇ ver for the starting process of the internal combustion engine There is fuel at the nozzle needle tip.
  • Figure 1 shows an injection device consisting in a manner known per se of an injection pump, injection line and injection nozzle.
  • a pump plunger (11) oscillates in the pump element (1). Via the fuel connection (10), the fuel flows through a bore (16) into the pump element (1) until the lifting pump plunger (11) covers this bore with its upper edge, so that the connection between the connection (10) and the room (19) above the pump ram (11) is interrupted.
  • connection (7) is installed in addition to the leakage oil connection (8) which is already present.
  • FIG. 2 shows that this connection (8) can also be used directly to introduce a fuel instead of (7). If this connection is blocked, the leakage is automatically conveyed back into the pressure line (4) when its pressure exceeds the stand pressure in the line (4).
  • Figure 3 shows that the addition of fuel is introduced via a connection (7) via a check valve (14), first into the space (5) of the nozzle spring, from where it in the above manner outlined in the pressure line (4), passes .

Description

Einspritzvorrichtung zum Einbringen von Kraft¬ stoffen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzvorrichtung zum Einbringen von Kraftstoffen in den Brennraum einer Brenn¬ kraftmaschine; dabei sollen bestehende Vorrichtungen gängi¬ ger Einspritztechnik zur Verwendung kommen, die als Stand der Technik gelten können, wie Pumpenelement, Druckentla¬ stungsventil, Einspritzdüse, Druckleitung etc., die zur Ein¬ bringung nur eines Kraftstoffes schon bisher gedient haben.
Das Einbringen mehrerer Kraftstoffe gewinnt unter dem Aspekt des Aufkommens alternativer Kraftstoffe, der Mischung von Kraftstoffen, der Einbringung von Zündkraftstoffen, dem Be¬ treiben von Brennkraftmaschinen alternativ mit mehreren Kraftstoffen und dem Betreiben von Brennkraftmaschinen wäh¬ rend einer Warmlaufphase mit einem Kraftstoff, welche die thermische Aufbereitung oder Zündvoraussetzung eines anderen Kraftstoffes höherer Viskosität oder Zündunwilligkeit be¬ treibt, zunehmend an Bedeutung. Das Besorgen des Einbringens mehrerer Kraftstoffe kann da¬ durch gelöst werden, daß zusätzliche Einspritzdüsen in Ver¬ wendung kommen, mittels derer die verschiedenen Kraftstoffe in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht werden. Dies erfordert jedoch hohe Aufwendung für parallele Systeme und ist aus Platzgründen nur bei großen Brennkra tmaschinen möglich (DE-OS 32 21 374) .
Das Einbringen von Kraftstoffen kann auch so gelöst werden, daß in einer Einspritzdüse zusätzliche Bohrungen für andere Kraftstoffe bis zur Düsenspitze vorgesehen sind (DE-OS 30 12 418) . Das bedeutet parallele Systeme in nur einer Düse; es bedeutet aber auch, daß solche Einspritzdüsen solche Ab¬ messungen haben müssen, daß Zusatzbohrungen ohne Probleme anzubringen sind. Besonders das Einleiten von Kraftstoff über Bohrungen in der Düsennadel setzt große Düsennadeln voraus (DE-OS 29 22 682) .
Die genannten Problemlösungen gehen von mehr oder weniger aufwendigen Modifikationen v.a. der Einspritzdüse aus, wo¬ bei zusätzlich noch Druckräume (DE-OS 29 24 128) oder Ein¬ lagerungsräume mit Ventilen (DE-PS 568 366) geschaffen wer¬ den oder gar zusätzliche Druckentlastungsventile in der Düse (DE-OS 31 17 796) .
Eine andere Lösung geht davon aus, andere Kraftstoffe noch in der Einspritzpumpe zu mischen und erst dann in die Ein¬ spritzleitung zu befördern (DE-PS 29 32 325) .
Während die vorgeschlagenen Lösungen entweder den Kraftstoff in der Pumpe mischen oder ein paralleles System der Alterna¬ tivkraftstofführung bis zur Düsenspitze vorsehen, geht vor¬ liegende Anmeldung davon aus, Kraftstoffe in dem Bereich zwischen dem Druckentlastungsventilraum der Pumpe und Düsen- nadelventilraum der bestehenden Einspritzanlage einzubringen.
Die Vorteile einer solchen Anordnung bestehen darin, einer¬ seits nicht zu weit von dem Düsennadelventilraum und Brenn- räum entfernt andere Kraftstoffe einleiten zu können, ande¬ rerseits aber auf zusätzliche Leitungs- und Bohrungssysteme für die zusätzlichen Kraftstoffe verzichten zu können. Es kann auf ein eigenes Zuführungssystem für zusätzliche Kraft¬ stoffe verzichtet werden, indem die zusätzlichen Kraftstoffe in das bestehende System eingegeben werden. Dies bedeutet eine wesentliche Einsparung von Vorrichtungen; auch kann das anmeldungsgemäße System an bereits in Betrieb befindliche Brennkraftmaschinen nachträglich leicht angebracht werden.
Dabei funktioniert das Herbeiführen der alternativen Kraft¬ stoffe über eine eigene Pumpe, die den nötigen Druck aufbaut, um während der Entspannungsphase der Einspritzpumpe des Ein¬ spritzsystems alternative Kraftstoffe in den Bereich zwi¬ schen Druckentlastungsventilraum dieser Pumpe und dem Düsen- nadelventilraum der Düse zu fördern. Die gewünschte Menge des zusätzlich einzubringenden Alternativkraftstoffes ist dabei abhängig von der Größe des Entlastungsventils, von der Kraftstoffelastizität und dem Druck der einbringenden Pumpe und kann je nach Wunsch entsprechend dieser Parameter so ausgelegt werden, daß z. B. ein Kraftstoffgemisch aus Haupt- und Alternativkraftstoffen entsteht oder nur Alternativ¬ kraftstoffe oder nur ein Alternativkraftstoff eingebracht werden.
Werden der/die alternativen Kraftstoffe zum Zünden der Brennkraftmaschine benötigt, empfiehlt es sich, die Menge des in das Einspritzsystem einzubringenden Kraftstoffes zu regulieren, daß sie der eingespritzten Menge bei dieser Drehzahl exakt entspricht. Dabei nimmt der Hauptkraftstoff von der Einspritzpumpe kommend eine oszillierende, den Kraft¬ stoff nur vor sich herschiebende Wirkung ein, der in der Einspritzphase durch den Druck der Einspritzpumpe in die eine Richtung und der Druckentlastungsphase der Einspritz¬ pumpe durch die Förderpumpe des/der alternativen Kraftstoffe wieder zurückgedrängt wird. - -i- -
Geschieht das Einleiten des/der alternativen Kraftstoffe zum Zwecke der Zündung der Brennkraftmaschine in Entfernung vom Düsennadelventil, kann eine Vorrichtung angebracht sein, die das Abstellen der Brennkraftmaschine mit einer kurzzeitigen Förderung des alternativen Kraftstoffes verbindet, so daß für den Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine sich alternati¬ ver Kraftstoff an der Düsennadelspitze befindet.
Die Erfindung im einzelnen ist den beigegebenen Ansprüchen zu entnehmen. Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es handelt sich dabei lediglich um Beispiele.
Funktions- und Bildbeschreibung
Bild 1 zeigt eine Einspritzvorrichtung bestehend in an sich bekannter Weise aus Einspritzpumpe, Einspritzleitung und Einspritzdüse. Im Pumpenelement (1) bewegt sich oszillierend ein Pumpenstempel (11) . Über den Kraftstoffanschluß (10) fließt der Kraftstoff solange über eine Bohrung (16) in das Pumpenelement ( 1 ) , bis der sich hebende Pumpenstempel (11) diese Bohrung mit seiner Oberkante überdeckt, so daß die Verbindung zwischen Anschluß (10) und dem Raum (19) über dem Pumpenstempel (11) unterbrochen wird. Bei weiterem Hub des Stempels wird nun der darüber befindliche Kraftstoff im Raum (19) komprimiert und dadurch ein Entlastungsventil (15) im Ventilgehäuse (2) soweit angehoben, daß der Kraftstoff in an sich bekannter Weise nach Verdrängung des Entlastungs o¬ lumens durch den Federraum (18) und die Einspritzleitung (4) in den Düsenhalter (6) und Düsenkörper (3) strömen kann, bis zum Raum (17) unmittelbar vor dem Sitz der Düsennadel (12), wodurch diese angehoben wird und die Einspritzung erfolgt. Gefördert wird bei fortgesetztem Hub solange, bis eine Steu¬ erkante am Pumpenelement (1) die Verbindung zwischen (10) und (19) wieder freigibt. Diese an sich bekannte Einrichtung wird nun erfindungsgemäß ergänzt durch einen weiteren Kraftstoffanschluß (7) . Während der entlasteten Phase der Einspritzung kann über diesen An¬ schluß Kraftstoff in den Raum zwischen (17) und (18) einge¬ bracht werden in dem Maße, wie der schon darin befindliche Kraftstoff nachgibt. Der Druck des über Anschluß (7) einge¬ leiteten Kraftstoffes darf nicht so hoch sein, daß die Ein¬ spritznadel (12) öffnet. Erst wenn der Pumpenstempel (11 ) fördert, wird der Druck so hoch, daß die Düse öffnet. Das Rückschlagventil (13) verhindert, daß der Kraftstoff über Anschluß (7) zurückfließt. Mit jedem Pumpenhub wird so der über Anschluß (7) eingebrachte Kraftstoff ein Stück weiter in Richtung Düsenöffnung gefördert. Bei dieser Anordnung ist Anschluß (7) zusätzlich zum ohnehin vorhandenen Lecköl- anschluß (8) angebracht.
Bild 2 zeigt, daß dieser Anschluß (8) auch direkt zum Ein¬ bringen eines Kraftstoffes anstelle (7) benutzt werden kann. Wird dieser Anschluß blockiert, wird die Leckage automa¬ tisch in die Druckleitung (4) zurückbefördert, wenn deren Druck den Standdruck in der Leitung (4) übersteigt.
Bild 3 zeigt, daß der Zusatzkraftstoff über einen Anschluß (7) über ein Rückschlagventil (14) eingebracht wird, und zwar zunächst in den Raum (5) der Düsenfeder, von wo aus er in oben geschilderter Weise in die Druckleitung (4), gelangt.

Claims

- 5 -P ATENTANSP RÜCHE
1. Einspritzvorrichtung zum Einbringen von Kraftstoffen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, die Pumpenelement (1 ) , Druckentlastungsventil (2), Einspritzdüse (3) und Druckleitung oder -bohrung (4) aufweist, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zwischen Druckentlastungsventilrau (18) und Düsennadelventilrau (17) in diese Druckleitung oder -bohrung (4) über einen oder mehrere zusätzliche An¬ schlüsse (7) wahlweise unterschiedliche Kraftstoffe ein¬ gebracht werden können.
2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die zusätzliche Kraftstoff enge während der druckentlasteten Phase der Einspritzung in die Drucklei¬ tung (4) eingebracht wird und durch ein Rückschlagventil (13) ein Rückfluß während der Druckphase der Einspritzung verhindert wird.
3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Einbringung der zusätzlichen Kraft¬ stoffmenge durch eine manuell oder maschinell betriebene Pumpe erfolgt, deren Druck höher als der in der Drucklei¬ tung (4) verbleibende Standdruck während der Entlastungs¬ phase ist .
4. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Druck der einbringenden Pumpe niedriger als der Düsenöffnungsdruck ist.
5. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Menge des zusätzlich über- (7) zufließenden Kraftstoffes vom Volumen der Leitung (4) und deren Druck von der Größe des Entlastungsventils, von der Kraftstoffelastizität und dem Druck der einbringenden Pumpe abhängt .
6. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Menge des über Anschluß (7) zufließenden Kraftstoffs pro Einspritztakt, maximal der Einspritzmenge des vorausgegangenen Taktes entspricht.
7. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, da¬ durch gekennzeichnet, daß der oder die zusätzlichen An¬ schlüsse (7) am Düsenhalter (6) angebracht sind.
8. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Zufluß des zusätzlichen Kraftstoffes über den druckentlasteten Raum (5) für die Düsenfeder führt (Bild 2) oder mit diesem verbunden ist (Bild 3) und daß dadurch der übliche Leck-Anschluß (8) (Bild 1 ) entfällt.
9. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zur Vermeidung des Rückflusses von Leckage über Anschluß (7) ein weiteres Rückschlagventil (14) vor¬ gesehen ist und daß dann ein Abfluß der Leckage in die Druckleitung stattfindet, wenn der Druck im Federraum (5) größer wird als der in der Druckleitung (4) verbleibende Standdruck .
10. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen nach Anspruch 8 und 9 im Oberteil des Düsenhalters (6) untergebracht sind und mit dem Düsenhalter eine Funktionseinheit bil¬ den.
11. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Einstellscheiben (9) zur Justierung des Düsenöffnungsdruckes durchgebohrt sind.
12. Einspritz orrichtung nach Anspruch 1 und folgende, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Zeit oder die Anzahl der Einspritztakte, bis der in der Strecke zwischen Rück¬ schlagventil (13) und Düsennadelventilraum (17) befind-, liehe Kraftstoff nach Einschalten der Förderung eines zweiten Kraftstoffes ganz oder teilweise durch diesen er¬ setzt ist und letzterer unver ischt oder teilweise ver¬ mischt eingespritzt wird, davon abhängt, wie groß das Vo¬ lumen in dieser Strecke ist.
13. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Mischungsverhältnis der verschiedenen Kraftstoffe durch die vom Pumpenelement (1) gesteuerte Gesamteinspritzmenge und die durch Anschluß (7) fließende Menge des zweiten Kraftstoffes gebildet wird nach der Formel "Anteil des Zusatzkraftstoffes in der Einspritz¬ menge (%) = 100 x Zusatzfördermenge/Gesamteinspritzung" und daß dieses Mischungsverhältnis regelbar ist durch Regelung der Zusatzfördermenge.
14. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis nach Einschal¬ ten der Zusatzförderung fest eingestellt ist, vorzugs¬ weise auf 100 % Zweitkraftstoff.
15. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Volumen zwischen Rück- schlagventil (13) und Drucknadelventilraum (17) kleinst- öglich ist, soweit technisch sinnvoll und praktikabel.
16. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Förderung und damit die Einspritzung von einem oder mehreren zusätzlichen Kraft¬ stoffen am drehenden Motor jederzeit und unabhängig von Drehzahl und Last zugeschaltet werden kann, vorausge¬ setzt, daß überhaupt eine Einspritzung stattfindet.
17. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Förderung eines zweiten Kraftstoffes beim Anlassen und in der Warmlaufphase eines Motors ein¬ geschaltet wird, vorzugsweise bei Verwendung von in kal¬ tem Zustand schlecht fließenden oder zündunwilligen Erst- kraftstoffen und unter gleichen Bedingungen zündwillige¬ ren Zweitkraftstoffen.
18. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 16 und 17, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Förderung eines zweiten Kraftstof¬ fes unmittelbar vor dem Stillsetzen des Motors einsetzt, wobei noch soviele Motorumdrehungen nötig sind, daß der zweite Kraftstoff bis zum Düsennadelventilraum ((17) ge¬ langt und beim Wiederstart sofort eingespritzt wird.
19. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, da¬ durch gekennzeichnet, daß als Erstkraftstoff Pflanzenöl zum Einsatz kommt.
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