CH679943A5

CH679943A5 -

Info

Publication number: CH679943A5
Application number: CH1863/89A
Authority: CH
Inventors: Goesta Liljenfeldt
Original assignee: Waertsilae Diesel Internationa
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1992-05-15
Also published as: GB2220233B; JP2939268B2; DE3915567A1; FI80327B; FI882275A; DE3915567C2; US4930474A; GB8911103D0; FI80327C; JPH0216356A; FI882275A0; GB2220233A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verteil- und Steuerventil einer Kraftstoffeinspritzpumpe, insbesondere für einen grossen Mehrzylinder-Dieselmotor, gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Im vorliegenden Zusammenhang soll unter einem grossen Dieselmotor eine Art von Motor verstanden werden, wie sie in Schiffen als Haupt- oder Hilfsantrieb oder in Dieselkraftwerken verwendet wird. Wenn in solchen Dieselmotoren ein Kraftstoff mit schlechten Zündeigenschaften benutzt wird, besteht ganz eindeutig die Gefahr von Klopfen und damit einhergehenden Schwierigkeiten, wenn der Motor mit herkömmlicher Kraftstoffeinspritzausrüstung versehen wird. Aus diesem Grund hat man damit begonnen, Dieselmotoren mit mehrstufigen Kraftstoffeinspritzsystemen auszustatten. Da es gleichfalls wünschenswert ist, den Motor so wirtschaftlich wie möglich zu gestalten, besteht ein wichtiges Merkmal moderner Dieselmotoren darin, dass jedem Zylinder die exakte Kraftstoffmenge auf optimale Weise zugeführt werden sollte, um den besten Zeitpunkt sowie die kürzest mögliche Einspritzdauer zu erreichen und die Gestalt des Brennraums sowie die Menge der im Brennraum vorhandenen Luft zu optimieren. Bei einem grossen Dieselmotor ist es zweckmässig, jeden Zylinder mit zwei oder mehr Einspritzventilen auszustatten, von denen jedes hinsichtlich des Zeitpunkts und des Kraftstoffeinspritzstrahls seine eigenen Eigenschaften haben kann.

Bei herkömmlichen Lösungen mit einer einzigen Pumpe wird der Kraftstoff von der gleichen Pumpe allen Einspritzventilen eines Zylinders über ein Zweigleitungssystem zugeführt, wobei jedoch nur eine einzige Verbindungsleitung an die Pumpenkammer vorgesehen ist. Wenn mehrere Einspritzventile verwendet werden, kann die Gestalt des Brennraums und die Menge der darin vorhandenen Luft optimal genutzt werden. Allerdings bleibt die Schwierigkeit bestehen, dass bei dieser Lösung die Anwendung unterschiedlicher Einspritzzeiten und unterschiedlicher Dauer der Einspritzphase in getrennten Einspritzventilen für den gleichen Zylinder beschränkt oder ganz unmöglich ist.

Lösungen, die die Verwendung mehrerer Pumpen vorsehen, wobei jedes einzelne Einspritzventil seinen eigenen Pumpenzylinder hat, bieten verschiedene Optionen sowohl hinsichtlich der Verteilung des Kraftstoffs an den Brennraum und der Einstellungen als auch hinsichtlich der Zeitgebung und der Dauer des Einspritzens für jedes einzelne Einspritzventil. Der Hauptnachteil besteht darin, dass die Verwendung mehrerer Pumpenzylinder zu höheren Kosten führt und Raumprobleme schafft, da jeder Motorzylinder mit mehreren Pumpenzylindern versehen werden muss. Ferner sind solche Lösungen, die auf der Benutzung mehrerer Pumpenzylinder beruhen, nicht so zuverlässig wie Lösungen mit nur einer einzigen Pumpe.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verteil- und Steuerventil einer Kraftstoffeinspritzpumpe, insbesondere für Dieselmotoren, auf der Basis der Ein-fachpumpenlösung zu schaffen, die jedoch pro Zylinder zwei oder mehr Einspritzventile versorgt, so dass sie im Betrieb flexibel ist und gleichzeitig die Vorteile der Einfachpumpen- und Mehrfachpum-penlösungen kombiniert, aber deren Nachteile vermeidet. Ziel ist es, eine Anordnung vorzuschlagen, mit der ein grosser Dieselmotor zusätzlich zu herkömmlichen Dieselkraftstoffen auch mit Kraftstoffen betrieben werden kann, die schlechte Zündeigenschaften haben.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im einzelnen in Anspruch 1 beschrieben. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Demgemäss hat ein Pumpenzylinder eine Zusatzkammer, die mit der Pumpenkammer verbunden ist und ein länglich gestaltetes Ventilglied eng um-schliesst, welches den Bewegungen des Kolbenglie-des in dessen axialer Richtung folgt. Im Ventilglied ist ein Verteilerkanal ausgebildet, der an die Pumpenkammer angeschlossen ist. Getrennte Zufuhrkanäle für jedes Einspritzventil sind an die Zusatzkammer an verschiedenen Stellen in axialer Richtung des Ventilgliedes in gewissem Abstand voneinander angeschlossen. Zusätzlich ist das Ventilglied mit Steuer- und Zufuhreinrichtungen versehen, die in bezug auf die Zufuhrkanäle so angeordnet sind, dass im Verlauf der Bewegung des Kolbengliedes die Kraftstoffzufuhr zu den gesonderten Einspritzventilen so stattfindet, dass sie zumindest phasenweise jeweils zu unterschiedlichen Zeiten und während unterschiedlicher Dauer durch die getrennten Zufuhrkanäle erfolgt. So kann auf einfache Weise das Steuer- und Verteilventil gemäss der Erfindung sowohl dann benutzt werden, wenn Kraftstoff periodisch eingespritzt werden soll, als auch in Anwendungsfällen, bei denen Düsen mit unterschiedlicher Offnungsgrösse vorhanden sind, wodurch die gesamte Düsenöffnungsfläche in jedem Fall während des Einspritzens durch die Menge der an die Pumpe angeschlossenen Einspritzventile gesteuert werden kann.

Um die Zufuhr von Kraftstoff zu erleichtern und die Steuermöglichkeiten zu verbessern, können die Zufuhrkanäle mit der Zusatzkammer über eine dieselbe umgebende Steuernut verbunden sein. Damit kann die Kraftstoffmenge und die Dauer der Zufuhr von Kraftstoff in die Zufuhrkanäle mittels der Anordnung und Dimensionierung der Steuer- und Zufuhreinrichtungen im Ventilglied und/oder der Steuernuten bestimmt werden.

Die Steuer- und Zufuhreinrichtungen können eine oder mehrere Zufuhröffnungen zum Verbinden des Verteilerkanals im Ventilglied mit den Zufuhrkanälen haben.

In der Praxis ist es von Vorteil, wenn das dem Kolben nicht benachbarte Ende des Ventilgliedes offen ist. Dann kann nämlich die Kante des offenen Endes zum Steuern der Einspeisung von Kraftstoff in mindestens einen der Kraftstoffzufuhrkanäle benutzt werden. Die Lösung lässt sich mit Vorteil auch in einem solchen Fall anpassen, in dem im Ventilglied eine Feder vorhanden ist, die mindestens teilweise im Verteilerkanal innerhalb des Ventilgliedes sitzt und mittels der das Ventilglied gegen den Kolben der Pumpe gepresst wird.

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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilglied am Kolbenglied befestigt oder einstückig mit diesem ausgebildet.

Bei Verwendung von Kraftstoffen mit schlechten Zündeigenschaften in einem Motor kann selbst dann noch ein gutes Ergebnis erzielt werden, wenn man dafür sorgt, dass die Grösse der Öffnungen der Einspritzventildüsen unterschiedlich ist und die Kraftstoffzufuhr zum Zylinder so gestaltet, dass zunächst durch den Zufuhrkanal gefördert wird, der das Einspritzventil mit der kleinsten Düsenöffnung versorgt. Damit wird der grösste Teil des Kraftstoffs erst dann durch das Einspritzventil mit der grösseren Düsenöffnung eingespritzt, wenn der zuvor eingespeiste Kraftstoff mit Sicherheit bereits gezündet wurde. Bei einer grösseren Düsen-öffnungsgrösse ist es möglich, kurze Einspritzzeiten zu benutzen und dennoch einen massigen Druck zu haben, der für den zuverlässigen Betrieb der Kraftstoffeinspritzpumpe sorgt. Mit einer solchen Lösung werden femer das Klopfen und damit einhergehende Schwierigkeiten vermieden.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Einspritzpumpen-zylinder gemäss dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Pumpenzylinder 1 mit einer Kammer 2 gezeigt, dem Kraftstoff durch Zufuhröffnungen 3 zugeleitet wird. In der Kammer 2 befindet sich ein hin- und herbeweglicher Kolben 4, der Kraftstoff aus der Kammer 2 durch Zufuhrkanäle 5a und 5b, ein Rückschlagventil 6 sowie Einspritzventiie A und B (nicht gezeigt) zu einem Zylinder eines Dieselmotors pumpt. Die Bewegungen des Kolbens 4 sind in an sich bekannter Weise mit den Bewegungen des Kolbens des zugehörigen Zylinders des Motors synchronisiert und können mechanisch mittels einer Nockenvorrichtung gesteuert werden. Die Bezugszeichen 20 und 21 zeigen Verbindungsstellen für Rohre, durch die Kraftstoff den Einspritzventilen A und B zugeführt wird. Auf der anderen Seite ist der Zufuhrkanal 5b für Kraftstoff an die Kammer 2 auch über ein Entlastungsventil 7 verbunden, welches in Leitungen 8a und 8b angeordnet ist. Die Kraftstoffeinspritzung aus der Kammer 2 zu den Einspritzventilen A und B erfolgt, wenn eine Steuerkante 10 des Kolbens die Zufuhröffnungen 3 bedeckt hat. Die Länge des wirksamen Hubes des Kolbens 4 der Pumpe kann auf bekannte Weise gesteuert werden, indem der Kolben 4 mit einer schraubenlinienförmigen Steuerkante 9 versehen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt, bei dem an die Kammer 2 eine Zusatzkammer 11 angeschlossen ist, die ein eng eingepasstes Ventilglied 12 aufweist, welches den axialen Bewegungen des Kolbens 4 folgt. Im Innern des Ventilgliedes 12 ist ein Verteilerkanal 13 vorgesehen, der über eine Öffnung 14 in die Kammer 2 führt und über den Kraftstoff zu den Zufuhrkanälen der Einspritzventiie A und B durch Öffnungen 18 und 19 geleitet wird, so dass die Öffnungen 18 und 19 als Steuer- und Zufuhreinrichtungen für die Kraftstoffzufuhr wirken können, wie im folgenden beschrieben wird. Wie Fig. 2 zeigt, ist ein Zufuhrkanal 16 des Einspritzventils A von den Zufuhrkanälen 5a und 5b des Einspritzventils B völlig getrennt und mündet in einen anderen Teil der Zusatzkammer 11 als der Zufuhrkanal 5b des Einspritzventils B. An den Verbindungsstellen zwischen den Zufuhrkanälen 5a und 16 und der Zusatzkammer 11 sind Steuernuten 15 bzw. 17 vorgesehen. Das Ventilglied 12 wird von einer Feder 22 gegen den Kolben 4 der Pumpe gepresst.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn die Steuerkante 10 des Kolbens 4 an den Zufuhröffnungen 3 vorbeibewegt worden ist, wird Kraftstoff aus der Kammer 2 durch die Öffnung 14 in den Verteilerkanal 13 im Innern des Ventilgliedes 12 gedrückt. In dem Mass, in dem der Kolben 4 und das Ventilglied 12 in Fig. 2 gesehen weiter aufwärts bewegt werden, erreicht die Öffnung 19 in einer ersten Stufe den Ort der Steuernut 17 des Zufuhrkanals 16. In diesem Moment wird eine Verbindung zwischen der Kammer 2 und dem Einspritzventil A geöffnet. Diese Verbindung wird wieder geschlossen, wenn die Öffnung 19 die Steuernut 17 vollkommen passiert hat. In einer zweiten Stufe wird, wenn die Öffnung 18 den Ort der Steuernut 15 erreicht, entsprechend eine Öffnung zwischen der Kammer 2 und dem Einspritzventil B geöffnet.

Der Startzeitpunkt und das zeitliche Verhältnis des Einspritzens von Kraftstoff durch die Einspritzventile A und B kann durch Ändern des Ab-standes zwischen den der Zufuhr dienenden Öffnungen 18 und 19 geändert werden. Auf die gleiche Weise kann das Kraftstoffeinspritzen und dessen Dauer dadurch geändert werden, dass die Abmessungen der Öffnungen 18 und 19 sowie der Steuernuten 15 und 17 geändert werden.

Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 nur dadurch, dass das Einspritzen von Kraftstoff zum Zufuhrkanal 16 statt mittels der Öffnung 19 mittels einer Steuerkante 23 an einem Ende des Ventilgliedes 12 gesteuert wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 4 ist das Ventilglied 12 mit dem Kolben 4 der Pumpe fest verbunden und hat denselben Aussendurchmesser. Infolgedessen ist die Kammer 2 im Bereich der Zufuhröffnungen 3 praktisch auf eine den Kolben 4 umgebende Nut reduziert, durch die Kraftstoff auf dem Weg über die Zufuhröffnungen 3, die Öffnung 14 und den Verteilerkanal 13 zur Zusatzkammer 11 geleitet wird, und fällt im übrigen mit der Zusatzkammer 11 zusammen. Ansonsten arbeiten die in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele in der gleichen, bereits beschriebenen Weise.

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Patentansprüche

1. Verteil- und Steuerventil einer Kraftstoffeinspritzpumpe, insbesondere für einen grossen Mehrzylinder-Dieselmotor, bei welcher der Kraftstoff jeweils zu zwei oder mehr Einspritzventilen (A, B) eines Zylinders gepumpt wird, wobei die Pumpe einen Pumpenzylinder (1) und im Innern desselben in einer Kammer (2) einen hin- und herbewegbaren Kolben (4) aufweist, der mittels seiner Bewegung den Einspritzventiien Kraftstoff durch Zufuhrkanäle (5a, 5b) zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenzylinder (1) mit einer Zusatzkammer (11) versehen ist, die mit der Pumpenkammer (2) verbunden ist und ein länglich gestaltetes Ventilglied (12) umschliesst, welches eng in die Zusatzkammer (11) eingepasst und so angeordnet ist, dass es den Bewegungen des Kolbens (4) in axialer Richtung desselben folgt, dass das Ventilglied (12) in seinem Innern einen Verteilerkanal (13) für den Kraftstoff hat, der an die Kammer (2) angeschlossen ist, dass getrennte Zufuhrkanäle (5a, 5b; 16) für je ein Einspritzventil (A, B) an die Zusatzkammer (11 ) in axialer Richtung des Ventilgliedes (12) an verschiedenen Stellen im Abstand voneinander angeschlossen sind und dass das Ventilglied (12) mit Steuer- und Zufuhreinrichtungen (18, 19, 23) versehen ist, welche Kraftstoff von der Kammer (2) zu den Zufuhrkanälen (5a, 5b; 16) für jedes Einspritzventil (A, B) lenken und in bezug auf die Zufuhrkanäle (5a, 5b; 16) so angeordnet sind, dass der Kraftstoff zumindest phasenweise jeweils zu unterschiedlichen Zeiten und während unterschiedlicher Dauer durch die getrennten Zufuhrkanäle (5a, 5b; 16) zugeführt wird.

2. Verteil- und Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrkanäle (5a, 5b; 16) jeweils über eine Steuernut (17, 15), welche die Zusatzkammer (11) umgibt, an die Zusatzkammer (11) angeschlossen sind.

3. Verteil- und Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Dauer und Umfang der Kraftstoffeinspeisung in die Zufuhrkanäle (5a, 5b; 16) durch die Dimensionierung der Steuer- und Zufuhreinrichtungen (18, 19, 23) und/oder der Steuernuten (17, 15) bestimmt ist.

4. Verteil- und Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Zufuhreinrichtungen eine oder mehrere Öffnungen (19, 18) zur Verbindung des Verteilerkanals (33) des Ventilgliedes mit den Zufuhrkanälen (5a, 5b; 16) sind.

5. Verteil- und Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Kolben (4) nicht benachbarte Ende des Ventilgliedes (12) offen ausgebildet ist.

6. Verteil- und Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kante (23) am offenen Ende des Ventilgliedes (12) die Kraftstoffzufuhr zu mindestens einem (16) der Zufuhrkanäle steuert.

7. Verteil- und Steuerventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Feder (22) aufweist, die das Ventilglied (12) gegen den Kolben (4) der Pumpe drückt.

8. Verteil- und Steuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (22) zumindest teilweise im Verteilerkanal (13) angeordnet ist.

9. Verteil- und Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (12) am Kolben (4) der Pumpe befestigt oder mit diesem einstückig ausgebildet ist.

10. Verteil- und Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Zufuhrkanäle (5a, 5b; 16) und der Steuer- und Zufuhreinrichtungen (18, 19, 23) so gewählt ist, dass die Kraftstoffzufuhr zuerst über denjenigen Zufuhrkanal erfolgt, der das Einspritzventil mit der kleinsten Düsenöffnung versorgt.

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