Brennstoffeinspritzeinrichtung bei Brennkraftmaschinen. Die Erfindung betrifft eine Brennstoff- einspritzeinrichtung bei Brennkraftmaschi- nen mit einer Brennstoffpumpe und minde stens einer Einspritzdüse, deren Verbindung mit ihrer Brennstoffzuführung von einem Einspritzventil gesteuert wird, das sich unter dem Druck des Brennstoffes in der Zu führung entgegen dem Druck eines mit Brennstoff belasteten Kolbens (Belastungs kolben) öffnet,
wobei in einer Förderperiode der Brennstoffpumpe eine mittels eines be sonderen Voreinspritzkolbens, der von der Brennstoffpumpe hydraulisch angetrieben wird, herbeigeführte Voreinspritzung von Brennstoff, dann eine Erhöhung der Schliess kraft des Einspritzventils, und hierauf die Haupteinspritzung des Brennstoffes bewirkt wird.
Bei solchen Einspritzeinrichtungen soll die Verwendung eines besonderen Vorein- spritzkolbens zum Bewirken der Vorein- spritzung es ermöglichen, eine verhältnis- mässig kleine Brennstoffmenge einzuspritzen, deren Grösse bei Förderung durch den Pum- penkolben selbst nur schlecht beherrscht werden könnte.
Bei einer vom Erfinder früher vorgeschlagenen Einrichtung dieser Art ist der Zylinder des Voreinspritz- kolbens in der Brennstoffpumpe unterge bracht, und sein Arbeitsraum ist mit der Ein spritzdüse über die als verhältnismässig lange Rohrleitung ausgebildete Einspritzleitung verbunden, durch welche der Brennstoff auch bei der nachfolgenden Haupteinspritzung zur Düse gefördert wird.
Ferner ist bei der Einrichtung nach die sem früheren Vorschlag im Gehäuse der Ein spritzdüse zur Belastung des Steuerorganes der Düse mit einem im Sinne des Schliessens der Düse wirkenden Brennstoffdruck ein Brennstoffraum vorgesehen, der über eine be sondere Leitung mit dem Arbeitsraum der Brennstoffpumpe verbunden ist; diese Ver bindung wird vom Voreinspritzkolben am Ende seines Druckhubes freigegeben, so dass das Einspritzventil erst nach der Vorein- spritzung zusätzlich mit dem Brennstoff druck belastet wird.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist unter Einsparung der besonderen Rohrlei tung zur Verbindung der Brennstoffpumpe mit dem zur Belastung des Einspritzventils dienenden Brennstoffraum der Ventilbela- stungskolben unabhängig vom Einspritzven- til beweglich und die Antriebsräume sowohl des Voreinspritzkolbens als auch des Ven- tilbelastungskolbens sind über eine Leituni;
an den Druckraum der Brennstoffpumpe derart angeschlossen und der Ventilbela- stungskolben ist derart ausgebildet, dass er seinen Druckhub anschliessend an den des Voreinspritzkolbens ausführt.
Diese Ausbildung der Einspritzeinrich- tung bietet den Vorteil, dass Voreinspritz- kolben und Ventilbelastungskolben im Düsen gehäuse untergebracht werden können, in dem auch das die Düse steuernde Ventil an geordnet sein kann. Dadurch kann wiederum die Verbindung des Arbeitsraumes des Vor- einspritzkolbens mit der Einspritzdüse ganz kurz und der Rauminhalt der diese Verbin- dung bildenden oder mit ihr zusammen hängenden Kanäle sehr klein gehalten wer den.
Die für das Offnen und Schliessen des Einspritzventils erforderlichen Änderungen des Brennstoffdruckes in diesen Kanälen sind dann durch verhältnismässig kleine Ver schiebungen des V-.einspritzkolbens erziel bar. Ausserdem können Schwingungen des Brennstoffes vermieden werden, welche die genaue Beherrschung der einzuspritzenden Brennstoffmenge und des Einspritzzeit- punktes beeinträchtigen.
Es wird zweckmässig zur Erzielung einer genau begrenzten Voreinspritzmenge der Druckhub des Voreinspritzkolbens und zur Erzielung bestimmter Ventilschliesskräfte bei der Vor- und Haupteinspritzung der Weg des Ventilbelastungskolbens in beiden Richtun gen durch je einen Anschlag begrenzt.
Die Einrichtung ist zweckmässig so aus gebildet, dass der Ventilbelastungskolben, so lange er von dem von der Brennstoffpumpe erzeugten Druck verstellt werden kann, das heisst solange er weder von der Pumpe ab gesperrt ist, noch an einem diese Verstellbe- wegeng begrenzenden Anschlag ansteht, unter der Einwirkung dieses Druckes die Schliesskraft des Einspritzventils jeweils so einstellt, dass letzteres geschlossen gehalten wird, wenn dieser Druck vom Druck in der Brennstoffzufiihrung der Düse nicht Über schritten wird.
Hierfür wird der Querschnitt des Ventilbelastungskolbens grösser gewählt als die Fläche des Einspritzventils, an wel cher der Brennstoffdruck im Sinne des Off- nens der Düse angreift.
Der Ventilbelastungskolben wirkt zweek- mässig in der Weise auf das Einspritzventil, dass er bei seiner Bewegung das Widerlager einer Feder verstellt, die die Schliesskraft auf das Einspritzventil überträgt.
Um die Voreinspritzung bei geringerer Schliesskraft des Einspritzventils ausführen zu können als die Haupteinspritzung, muss der Druckhub des Ventilbelastungskolbens nach dem des Voreinspritzkolbens erfolgen. Das kann dadurch erreicht werden, dass die Verbindung zwischen der Brennstoffzufüh rung und dem Antriebsraum des Ventilbela- stungskolbens über einen vom Voreinspritz- kolben gesteuerten Kanal geht.
In diesem Falle wird dieser Raum mit der Brennstoff zuführung zweckmässig über einen Rüek- strömkanal verbunden, der, renn die ge nannte Verbindung abgesperrt ist, den Brennstoffrückfluss in der Richtung gegen die Pumpe ermöglicht. Es ist zur Vermeidung heftiger Brennstoffbewegungen von Vorteil, wenn dieser Rückströmkanal eine Drossel stelle enthält.
Um zu vermeiden, dass die Hauptein spritzung beginnt, bevor der Ventilbela- stungskolben einen wesentlichen Teil seines Druekhiibes zurückgelegt hat, kann die Ver bindung zwischen der Brennstoffpumpe und der Einspritzdüse von diesem Kolben ge steuert werden.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungs beispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt im Vertikalschnitt eine Ein spritzeinrichtung, die aus einer Brennstoff pumpe A und einem durch eine Druckleitung mit ihr verbundenen Einspritzaggregat 13 be steht; Fig. 2 zeigt in grösserem Massstab einen Teil des Einspritzaggregates nach Fig. 1, wo bei die beweglichen Glieder wie in Fig. 1 in ihrer Stellung am Anfang einer Förder- periode der Brennstoffpumpe gezeichnet sind;
In Fig. 3 sind die in Fig. 2 dargestellten Glieder in 'ihrer Stellung während der Haupteinspritzung gezeichnet.
Die Brennstoffpumpe A in Fig. 1 hat einen Zylinder 1, in welchem ein Pumpen kolben 2 über einen -in der Zeichnung nicht dargestellten Antrieb von der Brennkraft maschinenwelle zwischen der gezeichneten äussern Hubendlage und einer innern Ilubend- lage hin und her bewegt wird, wobei der Einwärtshub des Pumpenkolbens jeweils in einer im Verhältnis zur Dauer des ganzen Arbeitsspiels kurzen Zeit erfolgt.
Die Dreh stellung des Pumpenkolbens ist mittels einer von Hand oder durch einen Regler zu betä- tigenden, in der Zeichnung nicht dargestell ten Vorrichtung veränderbar. Diese Vor richtung kann zum Beispiel in bekannter Weise mit einem gleichachsig mit dem Kol ben am festehenden Gehäuse gelagerten Zahnrad oder Hebel ausgeführt sein, dessen Nabenbohrung mit Führungsnuten versehen ist, in welchen entsprechende Nocken des Kolbens laufen.
Der Pumpenkolben 2 begrenzt im Zy linder 1 einen Arbeitsraum 3. In der Wand des Zylinders 1 ist ein Saug- und Rück- strömkanal 5 vorgesehen, der über eine Lei tung 6 mit dem in der Zeichnung nicht dar gestellten Brennstoffbehälter oder mit dem Druckraum einer Vorförderpumpe in Verbin dung steht und derart im Zylinder angeord net ist, dass er bei der äussern Hubendlage des Pumpenkolbens 2 an dessen Stirnkante 8 vorbei unmittelbar in den Arbeitsraum 3 mündet. Der Pumpenkolben 2 hat ein Aus- nehmung 9, die .durch eine Längsnut 10 mit dem Arbeitsraum 3 in offener Verbindung steht.
Eine schraubenförmige Kante 11 bildet auf einem Teil des Kolbenumfanges die Grenze zwischen der Ausnehmung 9 und dem längs der Stirnkante 8 an den Arbeitsraum 3 anschliessenden Teil 12 der Kolbenlauf- fläche. Dank dieser Anordnung der ganten 8 und 11 wird bei der Hin- und Herbewe- gung des Pumpenkolbens 2 die Mündung des Kanals 5 je nach der Drehstellung des Kol bens über eine kürzere oder längere Strecke des Kolbenhubes vom Teil 12 der Kolben lauffläche verdeckt.
Im Boden des Pumpenzylinders 1 geht vom Arbeitsraum 3 ein zylindrischer Druck kanal 13 aus, dessen Mündung in den Druck raum 14 der Brennstoffpumpe von einem Kegelventil 15 beherrscht wird. Dieses hat einen Kragen 18, der bei geschlossenem Ven til den Querschnitt des Druckkanals 13 aus füllt, so dass der Brennstoff beim !Öffnen des Ventils erst dann aus dem Arbeitsraum 3 in den Druckraum 14 übertreten kann, wenn. die Ringkante 19 des Kragens 18 die Ringkante 20 des Ventilsitzes erreicht hat.
Das Ventil 15 ist von einer Schliessfeder 21 belastet, und sein Öffnungsweg ist durch den Anschlag 22 begrenzt. Der Druckraum 14 ist durch Ka näle 23 mit der Einspritzleitung 24 verbun den.
Am Anfang des Druckhubes des Pumpen kolbens 2 ist der Arbeitsraum 3 mit Brenn stoff unter dem geringen Druck gefüllt, der in der Leitung 6 herrscht Bei der Einwärts- bewegung des Pumpenkolbens wird die Mün dung des Kanals 5 von der Kolbenlauffläche verdeckt und dieser Kanal vom Arbeitsraum 3 abgesperrt.
Dann verdrängt der Pumpen kolben Brennstoff aus dem Arbeitsraum 3 nach dem Druckkanal 13, wo der Brennstoff druck am Ventil 15 angreift und dieses ent gegen der Kraft der Schliessfeder 21 und dem Brennstoffdruck im Druckraum 14 ver schiebt, wobei das Ventil 15 seinerseits Brennstoff aus diesem Druckraum in die Lei tung 24 verdrängt. Bevor es durch den An schlag 22 aufgehalten wird, gibt es den Durchfluss des Brennstoffes aus dem Arbeits raum 3 nach dem Druckraum 14 frei, Danach wird der Brennstoff selbst vom Pumpen kolben 2 aus dem Arbeitsraum 3 in den Druckraum 14 und @ von da in die Einspritz- Leitung 24 gefördert.
Die Entwicklung des Brennstoffdruckes in dieser hängt von der weiter unten zu beschreibenden Ausbildung und den Abmessungen der an diese Leitung angeschlossenen Vorrichtungen, sowie von der Geschwindigkeit des Pumpenkolbens 2 ab.
Nenn die schraubenförmige Steuerkante 11 die Mündung des Kanals 5 erreicht, kommt der Arbeitsraum 3 durch die Längs nut 10 und die Ausnehmung 9 mit der unter niedrigem Brennstoffdruck stehenden Lei tung 6 in Verbindung. Das Ventil 15 wird dann sofort von der Schliessfeder 21 und vom Brennstoffdruck im Raum 14 geschlossen. Bis zum Augenblick, wo die Ringkante 19 die Ebene der Ringkante 20 des Ventilsitzes erreicht, kann noch Brennstoff aus dem Druckraum 14 durch den Druckkanal 13 in den Arbeitsraum 3 zurückfliessen. Nachher bewirkt der Kragen 18 des auf seinen Sitz zurückkehrenden Ventils 15 eine bestimmte Volumenvergrösserung des Druckraumes 14.
Sowohl beim Zurückfliessen von Brennstoff aus dem Druckraum 14 als auch bei dessen Volumenvergrösserung durch den Kragen 18 wird Brennstoff aus der Leitung 24 in den Druckraum 14 zurückgesogen. Danach wird der Zustand des Brennstoffes in diesem Raum von der Bewegung des Pumpenkolbens nicht mehr beeinflusst, bis dieser seinen nächsten Druckhub ausführt.
An Stelle der beschriebenen Brennstoff pumpe A können auch Pumpen anderer Bauart verwendet werden, die in ähnlicher Weise eine Brennstoffmenge in die Einspritz- leitung 24 zu verdrängen und dann einen Teil davon zurückzusaugen gestatten.
Je nach der Länge des Kolbenhubes, über den die Mündung des Kanals 5 vom Teil 12 der Kolbenlauffläche verdeckt wird, wird eine grössere oder kleinere Brennstoffmenge in die Einspritzleitung 24 gefördert. Die beim Öffnen dieses Kanals 5 durch die Kante 11 aus der Leitung 24 zurückgesogene Brenn stoffmenge hängt dagegen von der Drehstel lung des Kolbens 2 nicht ah.
An ihrem von der Brennstoffpumpe A entfernten Ende ist die Einspritzleitung 24 an die Einspritzvorrichtung B angeschlossen; deren Gehäuseteile, nämlich der Anschluss stutzen 26, das Steuergehäuse 27, das Zwi- schens4ück 28 und der Düsenkörper 29 sind mit ihren Stirnflächen dicht aufeinander auf geschliffen und werden von der 'Iutter 30 in der Büchse 31 zusammengehalten und sind mit dieser in einer Öffnung des Deckels 32 des Brennkraftmaschinenzylinders befestigt, wobei die hier von mehreren Bohrungen 33 im Körper 29 gebildete Einspritzdüse in den VerbrennungsraLim mündet.
Die Verbindung dieser Düse mit dem an ihre Brennstoffzulei tung 34 angeschlossenen Ringraum 35 wird vom Einspritzventil 36 beherrscht, dessen kegelige Spitze 3 7 dicht auf einen Sitz im Düsenkörper 29 passt und dessen Schaft 38 in diesem mit dichter Passung gleitet. Eine Ab stufung 39 am Schaft bietet. dem Brennstoff druck im Ringraum 35 eine Angriffsfläche zum Öffnen des Ventils. Das obere. in die Zentralbohrung des Zwischenstückes 28 hin einragende Ende 66 des Ventils 36 hat einen kleineren Durchmesser als der Schaft 38; der so gebildete Absatz 67 trifft beim Öffnen des Ventils auf die untere Stirnfläche 68 des Zwischenstückes 28 und begrenzt so den Ventilhub.
Durch eine Bohrung 25 im Anschluss stutzen 26 ist die Einspritzleitung 24 mit einer Kammer 40 verbunden (siehe auch Fig. 2 und 3), von welcher durch das Steuergehäuse 27 eine Zylinderbohrung 41 nach der Brennstoffleitung 34 der Einspritz düse geht; ferner enthält dieses Gehäuse eine mit dem Einspritzventil 36 gleichachsige Zy linderbohrung 42; dieses bildet an ihrem vom Einspritzventil abgewandten Ende eine Kam mer 43.
Im Zylinder 41 gleitet mit dichtem Sitz der Voreinspritzkolben 44; dieser ist auf seiner dem Anschlussstutzen 26 zugewandten Seite mit einem Fortsatz versehen; eine im Weg dieses Fortsatzes liegende Anschlag fläche 46 des Stutzens 26 begrenzt den Weg des Kolbens gegen den Raum 40. In der Rich tung gegen die Einspritzleitung ist der Weg des Kolbens 44 durch die Anschlagfläche 47 des Zwischenstückes 28 begrenzt, auf die der I\ortsatz 48 dieses Kolbens am Ende des Druckhubes trifft. Eine Feder 49 zwischen dieser Anschlagfläche und dem Kolben 44 drückt diesen gegen die Anschlagfläche 46.
Der im Zylinder 42 laufende Ventilbe- lastungskolben 50 trägt an seinem dem Ein- spritzventil zugekehrten Ende das Wider lager 51 einer Feder 52, die über den Feder teller 53 am Ventil 36 angreift und dieses auf seinen Sitz drückt. Das Widerlager 51 kann sich zwischen den Anschlagflächen 54 des Steuergehäuses 27 und 55 des Zwischen stückes 28 bewegen und begrenzt so den Weg des Kolbens 50 nach beiden Richtungen.
Zwischen der Zylinderbohrung 41 und der Kammer 43, dem Antriebsraum des Ventil- belastungskolbens, ist ein Verbindungskanal 56 vorgesehen, der am Ende des Druckhubes des Voreinspritzkolbens 44 von dessen gante 57 geöffnet wird. Ferner geht ein Kanal 59 vom Zylinder 42 nach dem Zylinder 41.
Der Voreinspritzkolben 44 hat eine Ringnut 60, die durch einen im Kolben vorgesehenen Kanal 61 mit der Düsenzuleitung 34 kommu niziert und mittels welcher er die Verbindung zwischen dem Kanal 59 und der Düsenzu leitung 34 steuert; er gibt diese Verbindung bei seinem Druckhub schon frei, bevor er den, Verbindungskanal 56 öffnet. Der Ventil belastungskolben 50 ist mit einer vom An triebsraum 43 ausgehenden Längsnut 58 und einer mit dieser in Verbindung stehenden Ringnut 62 versehen; mit dieser steuert er die Verbindung zwischen seinem Antriebsraum 43 und dem Kanal 59, wobei er diese Verbin dung um die Mitte seines Druckhubes frei gibt.
Zwischen dem Antriebsraum 43 des Ven- tilbelastungskolbens und der an die Ein- spritzleitung angeschlossenen Kammer 40 ist eine Verbindung vorgesehen, die vom Rück schlagventil 63 beherrscht wird; dieses öffnet sich gegen die Kammer 40 und ist von der Feder 64 belastet. Ein Kragen 65 am Schaft des Ventils lässt zwischen sich und der zylin drischen Gehäusewand nur einen engen Ringspalt frei, der den Durchfluss des Brenn stoffes auch bei geöffnetem Ventil drosselt.
Beim Druckhub des Pumpenkolbens 2 der Brennstoffpumpe verschiebt der über die Einspritzleitung 24 im Antriebsraum 40 er zeugte Brennstoffdruck den Voreinspritz- kolben 44 unter Zusammendrückung der Feder 49 gegen die Düsenzuleitung 34;
der Voreinspritzkolben fördert dann in diese Lei tung Brennstoff, dessen an der Abstufung 39 angreifender Druck das Einspritzventil 36 gegen die Vorspannung der Feder 52 von seinem Sitze abhebt, und der durch die Düsenlöcher 33 in den Verbrennungsraum spritzt.
Während seines Druckhubes gibt der Kolben 44 die Mündung des noch vom Ventil belastungskolben 50 abgesperrten Kanals 59 und hierauf, am Ende des Druckhubes, die Mündung des Kanals 56 frei, wodurch -der von der Brennstoffpumpe weiter geförderte Brennstoff im Raum 43 auf den Ventilbe- lastungskolben 50 zur Wirkung kommt.
Die Feder 49 wirkt der Übertragung des ganzen im Raume 40 herrschenden Brennstoff druckes durch den Voreinspritzkolben auf den Brennstoff in der Leitung 34 und im Ringraum 35 entgegen; im letztgenannten Raum wirkt der Brennstoffdruck nur auf die Abstufung 39 und einen kleinen Teil der Ventilspitze 37, und der auf den Rest dieser Ventilspitze wirkende Brennstoffdruck ist wegen der Drosselung im Ventilsitz nochmals geringer. Deshalb ist die Kraft, die das Ein- spritzventil offen zu halten sucht, geringer als diejenige, die im Raum 43 den Ventilbe- lastungskolben 50 gegen das Einspritzventil 36 zu verschieben sucht.
Da aber diese letztere Kraft durch die Feder 52 auf das Ventil 36 übertragen wird, kehrt dieses auf seinen Sitz zurück und setzt der Voreinsprit- zung ein Ende. Ungefähr gleichzeitig trifft der Fortsatz 48 des Voreinspritzkolbens 44 auf seinen Anschlag 47, wodurch der Kolben 44 zum Stillstand kommt und die weitere Druckübertragung vom Raum 40 auf den Brennstoff in der Leitung 34 ohnehin verhin dert wird.
Hierauf drückt der von der Brennstoff pumpe weiter über den Raum 40 und den Kanal 56 in den Antriebsraum 43 geförderte Brennstoff mittels des Ventilbelastungs- kolbens 50 die Feder 52 zusammen und er höht so die Schliesskraft des Einspritzventils. Im Verlaufe dieser Bewegung verbindet der Ventilbelastungskolben 50 seinen Antriebs raum 43 mit dem Kanal 59 über seine Nuten 58 und 62 und öffnet damit die Verbindung von der Einspritzleitung 24 über den Raum 40 nach der Düsenzuleitung 34.
Durch diese Verbindung gelangt der weiter vors der Brennstoffpumpe geförderte Brennstoff zum Teil auch in den Ringraum 35, kann aber durch seinen Druck auf die Abstufung 39 das Einspritzventil entgegen der erhöhten Schliesskraft nicht. öffnen, die von demselben Druck im Antriebsraum 43 auf den Kolben 50 ausgeübt wird. Wenn dann aber das Federwiderlager 51. den Anschlag 55 erreicht, steht auch der Kolben 50 still und drückt bei der weiteren Druckzunahme im Raum 43 die Feder 52 nicht mehr weiter zusammen.
In folgedessen kann bald darauf der auf die Ab stufung 39 wirkende Brennstoffdruck die Kraft dieser Feder überwinden und das Ein- spritzventil 36 öffnen. Damit beginnt die Haupteinspritzung des Brennstoffes durch die Einspritzdüse 33.
Wenn die Brennstoffpumpe aufhört, Brennstoff in die Einspritzleitung 24 zu fördern, und in dieser eine Senkung des Brennstoffdruckes herbeiführt, sinkt auch der Druck im Antriebsraum 40 des Vorein- spritzkolbens sofort, und dieser Kolben be wegt sich unter dem Druck des in der Düsen zuleitung 34 enthaltenen Brennstoffes und der Rückführfeder 49 gegen den Antriebs raum 40 zurück.
Auch der Ventilbelastungs- kolben 50 wird von der Feder 52 gegen seinen Antriebsraum 43 zurückgedrückt, wobei der Brennstoff aus diesem über den Kanal 56 nach dem entlasteten Raum 40 entweicht.
Der Brennstoff in der Düsenzuleitung 34 und im Ringraum 35, dessen Druck den Vor- einspritzkolben 44 zurückschiebt, entspannt sich dabei, so dass der an der Ringfläche 39 des Einspritzventilkolbens 38 angreifende Brennstoffdruck nicht mehr der Kraft der Feder 52 das Gleichgewicht zu halten ver- mag. Infolgedessen kehrt das Einspritzventil 36 auf seinen Sitz zurück, sperrt die Düse 33 ab und beendet so die Haupteinspritzung.
Bei seinem Rückgang sperrt der Vorein- spritzkolben 44 zuerst den Kanal 56 ab, worauf der Brennstoff aus dem Antriebsraum 43 des Ventilbelastungskolbens nur noch all mählich über das Ventil 63, dessen Kragen 65 den Durchfluss drosselt, nach dem entlaste ten Raum 40 entweichen kann. Das bewirkt nur eine langsame Druckabnahme im Raum 43, so dass der Ventilbelastungskolben 50 noch eine kurze Zeit. die Feder 52 unter hoher Spannung und die Verbindung des Ka nals 59 mit dem Antriebsraum 43 offen hält.
Solange letzteres der Fall ist und der Vor einspritzkolben 44 den Kanal 59 nicht seiner seits absperrt, kann zwischen dem Antriebs raum 43 des Ventilbelastungskolbens 50 einerseits und der Diisenzuleitung 34 mit dem Ringraum 35 anderseits ein Druckausgleich stattfinden, bei dem entsprechend dem Rück gang der Kolben 44 und 50 etwas Brennstoff vom Raum 43 nach der Zuleitung 34 und dem Ringraum 35 gelangt, wo er für die nächst folgende Voreinspritzung zur Verfügung steht.
Bei diesem Druckausgleich ist das Ge- schlossenbleiben der Einspritzdüse 33 da durch gewährleistet, dass der Brennstoffdruck im Raum 43 am Ventilbelastungskolben 50 eine grössere Angriffsfläche hat als im Ring raum 35 am Kolben 38 des Einspritzventils.
Nach dem Absperren des Kanals 59 durch einen der beiden Kolben bewegt sich der Voreinspritzkolben 44 bis zu seinem An schlag 46 zurück, wobei er in der Zuleitung 34 der Diise und im Ringraum 35 den Druck weiter senkt. Der Ventilbela.stungs- kolben 50 kehrt ebenfalls allmählich in seine Ausgangslage zurück, wobei er weiter Brenn stoff aus seinem Antriebsraum 43 nach dem Raum 40 verdrängt. Schliesslich erreicht das Federwiderlager 51 seinen Anschlag 54, der Kolben 50 steht still, und das Ventil 63 wird von der Feder 64 Geschlossen.
Fuel injection device in internal combustion engines. The invention relates to a fuel injection device in internal combustion engines with a fuel pump and at least one injection nozzle, the connection of which with its fuel supply is controlled by an injection valve which is under the pressure of the fuel in the supply against the pressure of a piston loaded with fuel (Loading piston) opens,
wherein in a delivery period of the fuel pump by means of a special pre-injection piston, which is hydraulically driven by the fuel pump, brought about pre-injection of fuel, then an increase in the closing force of the injection valve, and then the main injection of the fuel is effected.
In such injection devices, the use of a special pre-injection piston to effect the pre-injection should make it possible to inject a relatively small amount of fuel, the size of which could only be poorly controlled when conveyed through the pump piston itself.
In a device of this type previously proposed by the inventor, the cylinder of the pre-injection piston is housed in the fuel pump, and its working chamber is connected to the injection nozzle via the injection line, which is designed as a relatively long pipe, through which the fuel is also supplied during the subsequent main injection Nozzle is promoted.
Furthermore, a fuel chamber is provided in the device according to the sem earlier proposal in the housing of the A injection nozzle to load the control member of the nozzle with a fuel pressure acting in the sense of closing the nozzle, which is connected to the working chamber of the fuel pump via a special line; this connection is released by the pre-injection piston at the end of its pressure stroke, so that the fuel pressure is only applied to the injection valve after the pre-injection.
According to the present invention, saving the special pipeline for connecting the fuel pump to the fuel chamber used to load the injection valve, the valve loading piston can move independently of the injection valve and the drive chambers of both the preinjection piston and the valve loading piston are accessible via a duct;
connected to the pressure chamber of the fuel pump in such a way and the valve loading piston is designed such that it executes its pressure stroke following that of the pre-injection piston.
This design of the injection device offers the advantage that the pre-injection piston and valve loading piston can be accommodated in the nozzle housing, in which the valve controlling the nozzle can also be arranged. As a result, the connection between the working space of the pre-injection piston and the injection nozzle can in turn be kept very short and the volume of the ducts forming this connection or connected with it can be kept very small.
The changes in the fuel pressure in these channels required for opening and closing the injection valve can then be achieved through relatively small displacements of the V injection piston. In addition, vibrations of the fuel can be avoided, which impair the precise control of the fuel quantity to be injected and the injection time.
It is useful to achieve a precisely limited pre-injection quantity of the pressure stroke of the pre-injection piston and to achieve certain valve closing forces in the pre-injection and main injection of the path of the valve loading piston in both directions limited by a stop.
The device is expediently designed so that the valve loading piston, as long as it can be adjusted by the pressure generated by the fuel pump, that is, as long as it is neither blocked by the pump, nor is it up against a stop that limits this adjustment movement the action of this pressure adjusts the closing force of the injection valve so that the latter is kept closed if this pressure is not exceeded by the pressure in the fuel supply to the nozzle.
For this purpose, the cross section of the valve loading piston is selected to be larger than the area of the injection valve on which the fuel pressure acts in the sense of opening the nozzle.
The valve loading piston acts on the injection valve in such a way that, when it moves, it adjusts the abutment of a spring which transfers the closing force to the injection valve.
In order to be able to carry out the pre-injection with a lower closing force of the injection valve than the main injection, the pressure stroke of the valve loading piston must follow that of the pre-injection piston. This can be achieved in that the connection between the fuel supply and the drive chamber of the valve loading piston is via a channel controlled by the pre-injection piston.
In this case, this space is expediently connected to the fuel supply via a return flow channel which, if the connection is blocked, enables the fuel to flow back in the direction towards the pump. To avoid violent fuel movements, it is advantageous if this return flow channel contains a throttle.
In order to prevent the main injection from starting before the valve loading piston has covered a substantial part of its pressure, the connection between the fuel pump and the injection nozzle can be controlled by this piston.
In the drawings, an embodiment example of the invention is shown.
Fig. 1 shows in vertical section an injection device, which consists of a fuel pump A and an injection unit 13 connected to it by a pressure line; FIG. 2 shows, on a larger scale, part of the injection unit according to FIG. 1, where the movable members are drawn as in FIG. 1 in their position at the beginning of a delivery period of the fuel pump;
In Fig. 3, the members shown in Fig. 2 are drawn in 'their position during the main injection.
The fuel pump A in Fig. 1 has a cylinder 1 in which a pump piston 2 is moved back and forth between the drawn outer stroke end position and an inner Ilubend- position via a drive from the internal combustion engine shaft, not shown in the drawing, the The inward stroke of the pump piston takes place in a short time in relation to the duration of the entire work cycle.
The rotational position of the pump piston can be changed by means of a device which is actuated manually or by a controller and is not shown in the drawing. Before this device can be executed, for example, in a known manner with a gear or lever coaxial with the Kol ben mounted on the stationary housing, the hub bore of which is provided with guide grooves in which corresponding cams of the piston run.
The pump piston 2 delimits a working chamber 3 in the cylinder 1. In the wall of the cylinder 1, a suction and return flow channel 5 is provided, which connects via a line 6 to the fuel tank, not shown in the drawing, or to the pressure chamber of a prefeed pump is connected and is angeord net in the cylinder in such a way that when the pump piston 2 is in its outer stroke end position, it flows past its front edge 8 directly into the working chamber 3. The pump piston 2 has a recess 9 which is in open connection with the working chamber 3 through a longitudinal groove 10.
A helical edge 11 forms on part of the piston circumference the boundary between the recess 9 and the part 12 of the piston running surface which adjoins the working space 3 along the front edge 8. Thanks to this arrangement of the ganten 8 and 11, when the pump piston 2 moves back and forth, the opening of the channel 5 is covered by the part 12 of the piston running surface over a shorter or longer distance of the piston stroke, depending on the rotational position of the piston.
In the bottom of the pump cylinder 1, a cylindrical pressure channel 13 extends from the working chamber 3, the opening of which into the pressure chamber 14 of the fuel pump by a cone valve 15 is dominated. This has a collar 18 which, when the valve is closed, fills the cross section of the pressure channel 13 so that the fuel can only pass from the working chamber 3 into the pressure chamber 14 when the valve is opened when. the annular edge 19 of the collar 18 has reached the annular edge 20 of the valve seat.
The valve 15 is loaded by a closing spring 21, and its opening path is limited by the stop 22. The pressure chamber 14 is verbun through channels 23 with the injection line 24 the.
At the beginning of the pressure stroke of the pump piston 2, the working chamber 3 is filled with fuel under the low pressure prevailing in the line 6. When the pump piston moves inward, the opening of the channel 5 is covered by the piston running surface and this channel is covered by the working chamber 3 locked.
Then the pump piston displaces fuel from the working chamber 3 to the pressure channel 13, where the fuel pressure acts on the valve 15 and this ver pushes against the force of the closing spring 21 and the fuel pressure in the pressure chamber 14, the valve 15 in turn fuel from this pressure chamber in the line 24 displaced. Before it is stopped by the stop 22, there is the flow of fuel from the working space 3 to the pressure chamber 14 free, then the fuel itself is pumped from the piston 2 from the working chamber 3 in the pressure chamber 14 and @ from there into the Injection line 24 promoted.
The development of the fuel pressure in this depends on the design to be described below and the dimensions of the devices connected to this line, as well as on the speed of the pump piston 2.
Nominal the helical control edge 11 reaches the mouth of the channel 5, the working space 3 comes through the longitudinal groove 10 and the recess 9 with the device 6 under low fuel pressure Lei. The valve 15 is then immediately closed by the closing spring 21 and by the fuel pressure in the space 14. Until the moment when the annular edge 19 reaches the plane of the annular edge 20 of the valve seat, fuel can still flow back from the pressure chamber 14 through the pressure channel 13 into the working chamber 3. Afterwards, the collar 18 of the valve 15 returning to its seat brings about a certain increase in the volume of the pressure chamber 14.
Both when fuel flows back out of the pressure chamber 14 and when it increases in volume through the collar 18, fuel is sucked back from the line 24 into the pressure chamber 14. Thereafter, the state of the fuel in this space is no longer influenced by the movement of the pump piston until it executes its next pressure stroke.
Instead of the described fuel pump A, pumps of other types can also be used, which in a similar manner displace a quantity of fuel into the injection line 24 and then allow part of it to be sucked back.
Depending on the length of the piston stroke, over which the opening of the channel 5 is covered by part 12 of the piston running surface, a larger or smaller amount of fuel is conveyed into the injection line 24. The amount of fuel sucked back through the edge 11 from the line 24 when this channel 5 is opened, however, depends on the rotational position of the piston 2 not ah.
At its end remote from the fuel pump A, the injection line 24 is connected to the injection device B; the housing parts thereof, namely the connection stub 26, the control housing 27, the intermediate piece 28 and the nozzle body 29 are ground tightly to one another with their end faces and are held together by the nut 30 in the bush 31 and are in an opening with it Cover 32 of the internal combustion engine cylinder fastened, the injection nozzle formed here by a plurality of bores 33 in the body 29 opening into the combustion chamber.
The connection of this nozzle with the annulus 35 connected to its fuel supply line 34 is dominated by the injection valve 36, the conical tip 37 fits tightly on a seat in the nozzle body 29 and the shaft 38 slides in this with a tight fit. A gradation of 39 on the shaft offers. the fuel pressure in the annular space 35 is an attack surface for opening the valve. The top. The end 66 of the valve 36 protruding into the central bore of the intermediate piece 28 has a smaller diameter than the shaft 38; the step 67 formed in this way hits the lower end face 68 of the intermediate piece 28 when the valve is opened and thus limits the valve stroke.
Through a bore 25 in the connection port 26, the injection line 24 is connected to a chamber 40 (see also FIGS. 2 and 3), from which through the control housing 27 a cylinder bore 41 goes to the fuel line 34 of the injection nozzle; This housing also contains a cylinder bore 42 coaxial with the injection valve 36; this forms a chamber 43 at its end facing away from the injection valve.
The pre-injection piston 44 slides in the cylinder 41 with a tight fit; this is provided with an extension on its side facing the connecting piece 26; a stop surface 46 of the connecting piece 26 lying in the path of this extension limits the path of the piston towards the space 40. In the direction towards the injection line, the path of the piston 44 is limited by the stop surface 47 of the intermediate piece 28 to which the extension is attached 48 hits this piston at the end of the pressure stroke. A spring 49 between this stop surface and the piston 44 presses it against the stop surface 46.
The valve loading piston 50 running in the cylinder 42 carries at its end facing the injection valve the abutment 51 of a spring 52 which engages the valve 36 via the spring plate 53 and presses it onto its seat. The abutment 51 can move between the stop surfaces 54 of the control housing 27 and 55 of the intermediate piece 28 and thus limits the path of the piston 50 in both directions.
Between the cylinder bore 41 and the chamber 43, the drive space of the valve loading piston, a connecting channel 56 is provided, which is opened at the end of the pressure stroke of the pre-injection piston 44 by its gante 57. Furthermore, a channel 59 goes from cylinder 42 to cylinder 41.
The pre-injection piston 44 has an annular groove 60 which communicates with the nozzle feed line 34 through a channel 61 provided in the piston and by means of which it controls the connection between the channel 59 and the nozzle feed line 34; he already releases this connection during his pressure stroke before he opens the connecting channel 56. The valve loading piston 50 is provided with an outgoing from the drive chamber 43 longitudinal groove 58 and an annular groove 62 connected to this; with this he controls the connection between his drive chamber 43 and the channel 59, where he releases this connec tion around the middle of his pressure stroke.
Between the drive chamber 43 of the valve loading piston and the chamber 40 connected to the injection line, a connection is provided which is controlled by the check valve 63; this opens towards the chamber 40 and is loaded by the spring 64. A collar 65 on the shaft of the valve leaves only a narrow annular gap free between it and the cylindrical housing wall, which throttles the flow of the fuel even when the valve is open.
During the pressure stroke of the pump piston 2 of the fuel pump, the fuel pressure generated via the injection line 24 in the drive chamber 40 pushes the pre-injection piston 44 while compressing the spring 49 against the nozzle feed line 34;
the pre-injection piston then promotes fuel in this Lei device whose pressure acting on the gradation 39 lifts the injection valve 36 against the bias of the spring 52 from its seat, and which injects through the nozzle holes 33 into the combustion chamber.
During its pressure stroke, the piston 44 releases the opening of the channel 59, which is still blocked by the valve loading piston 50, and then, at the end of the pressure stroke, the opening of the channel 56, whereby the fuel further conveyed by the fuel pump in the space 43 on the valve loading piston 50 comes into effect.
The spring 49 counteracts the transmission of the entire fuel pressure prevailing in space 40 through the pre-injection piston to the fuel in line 34 and in annular space 35; In the last-mentioned space, the fuel pressure acts only on the graduation 39 and a small part of the valve tip 37, and the fuel pressure acting on the rest of this valve tip is even lower because of the throttling in the valve seat. The force which the injection valve tries to keep open is therefore less than that which tries to move the valve loading piston 50 in the space 43 towards the injection valve 36.
However, since this latter force is transmitted to the valve 36 by the spring 52, the latter returns to its seat and puts an end to the pre-injection. Approximately at the same time, the extension 48 of the pre-injection piston 44 hits its stop 47, whereby the piston 44 comes to a standstill and the further pressure transfer from the space 40 to the fuel in the line 34 is prevented anyway.
The fuel pumped by the fuel pump via the space 40 and the channel 56 into the drive space 43 then compresses the spring 52 by means of the valve loading piston 50 and thus increases the closing force of the injection valve. In the course of this movement, the valve loading piston 50 connects its drive space 43 with the channel 59 via its grooves 58 and 62 and thus opens the connection from the injection line 24 via the space 40 to the nozzle feed line 34.
Through this connection, some of the fuel conveyed further upstream of the fuel pump also reaches the annular space 35, but, due to its pressure on the step 39, cannot open the injection valve against the increased closing force. open, which is exerted on the piston 50 by the same pressure in the drive chamber 43. If, however, the spring abutment 51 then reaches the stop 55, the piston 50 also stands still and no longer compresses the spring 52 with the further increase in pressure in the space 43.
As a result, the fuel pressure acting on the gradation 39 can soon overcome the force of this spring and open the injection valve 36. The main injection of the fuel through the injection nozzle 33 thus begins.
When the fuel pump stops delivering fuel into the injection line 24 and causes the fuel pressure in this to drop, the pressure in the drive chamber 40 of the pre-injection piston also drops immediately, and this piston moves under the pressure of the nozzle feed line 34 contained fuel and the return spring 49 against the drive space 40 back.
The valve loading piston 50 is also pushed back by the spring 52 against its drive space 43, the fuel escaping from this via the channel 56 to the relieved space 40.
The fuel in the nozzle feed line 34 and in the annular space 35, the pressure of which pushes the pre-injection piston 44 back, relaxes so that the fuel pressure acting on the annular surface 39 of the injection valve piston 38 is no longer able to keep the force of the spring 52 in balance . As a result, the injection valve 36 returns to its seat, shuts off the nozzle 33 and thus ends the main injection.
When it decreases, the pre-injection piston 44 first blocks the channel 56, whereupon the fuel can only gradually escape from the drive chamber 43 of the valve loading piston via the valve 63, whose collar 65 throttles the flow, to the relieved chamber 40. This only causes a slow decrease in pressure in space 43, so that the valve loading piston 50 remains for a short time. the spring 52 under high tension and the connection of the channel 59 with the drive chamber 43 keeps open.
As long as the latter is the case and the pre-injection piston 44 does not shut off the channel 59 on its part, a pressure equalization can take place between the drive chamber 43 of the valve loading piston 50 on the one hand and the nozzle supply line 34 with the annular chamber 35 on the other hand, in which the piston 44 corresponding to the return and 50 some fuel from the space 43 passes to the feed line 34 and the annular space 35, where it is available for the next following pre-injection.
With this pressure equalization, the injection nozzle 33 remains closed because the fuel pressure in the space 43 on the valve loading piston 50 has a larger contact surface than in the annular space 35 on the piston 38 of the injection valve.
After the channel 59 has been blocked by one of the two pistons, the pre-injection piston 44 moves back to its stop 46, wherein it further lowers the pressure in the supply line 34 of the nozzle and in the annular space 35. The valve loading piston 50 also gradually returns to its starting position, further displacing fuel from its drive space 43 to the space 40. Finally, the spring abutment 51 reaches its stop 54, the piston 50 stands still, and the valve 63 is closed by the spring 64.