DE2126736A1 - Kraftstoffeinspntzanlage fur Brenn kraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoffeinspntzanlage fur Brenn kraftmaschinenInfo
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Description
R. 364
26.5.1971 Ks/Kb
26.5.1971 Ks/Kb
Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzanlage
für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einer Pumpe-Düse je Arbeitszylinder, deren Pumpenkolben
durch einen im Durchmesser größeren Servokolben angetrieben wird, und die an eine Druckquelle angeschlossen ist, die sowohl
dem Pumpenarbeitsraum über ein Zulaufventil als auch dem
von einer Stirnseite des Servokolbens begrenzten Servodruckraum Kraftstoff zuführt, und bei der ein von einer Steuereinrichtung
im Takt der Maschine gesteuerter und von einem von der Druckquelle abgezweigten Teil des als Hilfssteuerflüssigkeit
dienenden Kraftstoffes angetriebener Ventilschieber in seiner ersten Schaltstellung den Fluß des Kraftstoffes zum
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Servodruckraum und in seiner zweiten Schaltstellung vom
Servodruckraum zu einer Rücklaufleitung und dabei den Rückhub
des Servokolbens und gleichzeitig den Beginn des Füllhubes des Pumpenkolbens steuert, wobei in der zweiten Schaltstellung
die Geschwindigkeit des Füllhubes durch eine Drossel
beeinflußbar ist.
Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzanlage dieser Art
(deutsche Patentschrift 1 070 442) ist die Steuereinrichtung ein für alle Pumpe-Düsen gemeinsamer, mechanisch angetriebener
Drehverteiler, der die Hilfssteuerflüssigkeit zum Ventilschieber in durch die Vertexlerbauweise genau festgelegten
Schaltzeiten steuert. Durch die systembedingten langen
Leitungswege, die vor allem bei großen Motoren auch noch sehr große Längenunterschiede aufweisen, und durch die mechanische
Steuerung der Schaltzeiten ist ein für moderne Motoren genügend schnelles und exaktes Arbeiten sehr schwer zu erreichen. Diese
Einspritzanlage arbeitet außerdem drehzahlabhängig, da die Schaltzeiten des vom Motor angetriebenen Drehverteilers sich
entsprechend der Drehzahl andern, wobei die bei verschiedenen Drehzahlen jeweils andere Drosselwirkung an den Steuerstellen
hinzukommt, so daß eine gleichbleibende Einspritzmenge bei sich schnell ändernder Drehzahl schwierig einzustellen ist.
Es ist auch eine Kraftstoffeinspritzanlage ähnlicher Bauart
bekannt (US-amerikanische Patentschrift 2 598 528), deren
Ventilschieber mechanisch mit dem Anker eines Elektromagneten verbunden ist und von diesem angetrieben und im Takt der
Brennkraftmaschine gesteuert wird. Diese Anlage hat den Nachteil,
daß die Massenkräfte des Ankers und des Ventilschiebers ein genügend schnelles und genaues Arbeiten, insbesondere
bei der Anwendung in schneilaufenden Dieselmotoren, erschweren
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oder gar unmöglich machen. Da der Elektromagnet zum Umschalten des Ventilschiebers in seine beiden Schaltstellungen
große Hübe ausführen muß und aufgrund der zu bewegenden Massen groß baut, ist als weiterer Nachteil die große Ansprechverzögerung
des Magneten und seine zu lange Schaltzeit zu nennen:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu vei-raeiden und eine Kraftstoffeinspritzanlage
zu schaffen, die vor allem bei schneilaufenden Dieselmotoren
genügend schnell und genau arbeitet, und bei der die Einspri tameuge unabhängig von sich schnell ändernden Drehzahlen
genau eingehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgcmäß dadurch gelöst, daß
jede Pumpe-Düse in an sich bekannter Weise als Steueret"
richtung ein Magnetventil hat, daß das Magnetventil in unmittelbarer
Nähe des Ventilsohiebera angeordnet ist, und
daß durch eine veränderbare Schaltzeit des Magnetventils,
welche den Ventilschieber in der dan Rückhub des Servokolboiiii
,steuernden Stellung hält, die Dauer und Länge des Füllhubos
und damit die vorgelagerte Kraftstoffeinspritzmenge
bestimmbar ist.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung hat jede Pumpe-Düse en η die Geschwindigkeit des Füllhubes beeinflussendes
Drossel glied, das fest eingestellt und zwischen Druckquelle und Zulatifventil angeordnet ist. Durch diese Drossel
wird eine gegenüber der Einspritzzeit wesentlich längere Füllzeit erreicht, so daß eine entsprechend größere Genauigkeit
bei der Zumessung der Einspritzmenge möglich ist. Durch die verlängerte Füllzeit sind auch sehr kleine Einspritzmengen
sehr genau steuerbar. ·
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die größte zulässige Einspritzmenge durch den
größtmöglichen Hub des Pumpenkolbens bestimmt ist. Damit ist ein Überschreiten der zulässigen Kraftstoffeinspritzmenge
nicht möglich. Dies ist vor allem bei Dieselmotoren interessant und von großem Vorteil, wenn diese größte zulässige Einspritzmenge
gleich der Vollasteinspritzmenge ist. Damit wird das gefürchtete und im Blick auf die Forderungen und gesetzlichen
Bestimmungen zur Reinhaltung der Luft unzulässige Ausstoßen von unverbrannten Auspuffgasen bei Kraftstoffüberschuß verhindert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist
derart, daß durch entsprechende Auswahl der Drossel die Füllzeit für die Vorlagerung der größten zulässigen Einspritzmenge
bei der höchstzulässigen Drehzahl auf die gesamte Zeit zwischen Einspritzende und Einspritzbeginn des nächsten
Arbeitstaktes ausdehnbar ist. Damit wird eine selbsttätige Sicherheitsregelung erzielt, denn beim Überschreiten der
maximalen Drehzahl tritt ein automatisches Reduzieren der Einspritzmenge ein, weil bei schnellerwerdender Drehzahl
die Füllzeit nicht mehr zum vollständigen Füllen des Pumpenarbeitsraumes ausreicht.
Ein in vorteilhafter Weise besonders schnelles Arbeiten der
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritaanlage wird dadurch erreicht,
daß das Magnetventil ein druckausgeglichenes, elektromagnetisch betätigtes 3/2-Wegeventil mit einer Kugel als
Ventilglied ist. Die geringen bewegten Massen des Ventils ermöglichen ein fast verzögerungsfreies Umschalten, was für
das schnelle und exakte Arbeiten des Ventils erwünscht ist.
Um bei kleiner Leistung und/oder bei kleinen Drehzahlen die Spritzzeit zu verlängern, ist eine weitere Ausgestaltung der
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Erfindung derart, daß der Druck des von der Druckquelle dem Servokolben zugeführten Kraftstoffes drehzahlabhängig und/
oder lastabhängig änderbar ist.
Die Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens und somit der Einspritzverlauf
sind in vorteilhafter Weise dadurch variierbar, daß der Servokolben einen aus seiner an den Servodruckraum
angrenzenden Stirnseite herausragenden Ansatz hat, der in eine Steuerbohrung zwischen Ventilschieber und Servodruckraum
eintaucht und mit der Steuerbohrung eine in ihrem Querschnitt veränderliche und von der Hublage des Servokolbens
abhängige Durchströmöffnung bildet.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage
ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fol-genden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Pumpe-Düse der Kraftstoffeinspritzanlage,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Pumpe-Düse nach der Linie
II-II in Fig. 1, jedoch mit in ihrer oberen Totpunktlage
gezeichneten Servo- und Pumpenkolben,
Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung der Pumpe-Düse nach
Fig. 1 und 2 zusätzlich mit den wesentlichen Teilen der gesamten Einspritzanlage, in der ersten Schaltstellung
des Ventilschiebers bei Beginn des Druckhubes und
Fig. k ein Diagramm der Einspritzmenge Q„ in Abhängigkeit
von den Einspritz-, Füll- und Steuerzeiten.
Die Pumpe-Düse 10 (Fig. 1 und 2) besteht aus drei Baugruppen 11,12,131 die zu einer zusammenhängenden Einheit verschraubt
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Die erste Baugruppe 11 hat ein Gehäuse 14, das in einer Aufnahmebohrung
15 senkrecht zu einer Querbohrung l6 als Steuereinrichtung
ein elektromagnetisch betätigtes 3/2-Wegeventil
17 aufnimmt, das im weiteren Text kurz Magnetventil I7 genannt
wird. In der Querbohrung l6 ist ein Ventilschieber gleitbar geführt, dessen eines Ende von der Kraft einer Feder
19 belastet ist und dessen anderes Ende von einem hydraulischen Durck beaufschlagbar ist, der in einem Steuerdruckraum 21
herrscht und vom Magnetventil I7 gesteuert wird.
Die zweite Baugruppe ist eine vom Ventilschieber 18 über
eine Steuerbohrung 22 gesteuerte, hydraulisch angetriebene Pumpe 12, die ein Gehäuse 231 einen Servokolben 24, einen Pumpenkolben
25, ein Drosselglied 26 (Fig. 2) und ein Zulaufventil 27 hat. Der Servokolben 24 begrenzt mit seiner einen Stirnseite
28 einen Servodruckraum 29 nach unten, die obere Begrenzung
des Servodruckraumes 29 ist von einer die Steuerbohrung
22 enthaltenden Buchse J>\ gebildet.
Als dritte Baugruppe schließt sich in Achsrichtung der Pumpe 12 eine Einspritzdüse I3 an, die ein Federgehäuse 32, ein
Zwischenstück 33 und einen Düsenkörper 34 hat. Im Düsenkörper
34 ist eine Düsennadel 35 gefühx^t, auf die innerhalb eines
Federrauraes 36 des Federgehäuses 32 ein Federteller 37 aufgesetzt
ist, auf den sich mit ihrem einen Ende eine Schließfeder 38 abstützt. Die Schließfeder 38 ist bestrebt, die
Düsennadel 35 in der Schließstellung zu halten und liegt mit
ihrem anderen Ende auf einem Einsatzstück 39 auf, dessen Abmessungen in bekannter Weise sowohl die Federvorspannung
als auch den Nadelhub bestimmen. Eine Spannmutter 40 umfaßt sämtliche Bauteile der Einspritzdüse 13 und verschraubt sie
mit dem Gehäuse 23 der Pumpe 12. -
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Das Gehäuse l4 der ersten Baugruppe 11 hat quer zur Längsachse
der Pumpe-Düse 10 eine Zulaufbohrung 4l (siehe Fig. 2), an die eine Zulaufleitung 43 angeschlossen ist, die der
Pumpe-Düse 10 unter Servodruck p_ stehenden Kraftstoff von
einer in Fig. 3 vereinfacht dargestellten und weiter hinten näher beschriebenen Druckquelle zuführt. Der Kraftstoff gelangt
von der Zulaufbohrung 4l zu einem Ringraum 46 in der Wandung der Querbohrung l6 und von diesem Ringraum 46 über
einen Steuerleitungsabschnitt 47 zum Magnetventil 17 und über
eine Füllbohrung 48 und das Drosselglied 26 zum Zulaufventil 27. Bei geöffnetem Zulaufventil 27, das ist beim Füllhub der
Pumpe, kann der Kraftstoff von einem Federrauni 49 des Zulaufventils
27 über einen Kanal 51 zum Puinpenarbeitsraum 52
fließen. Diirch weitere Leitungen 53,53a,53b sind der Pumpenarbeitsraurn
52 und der Federraum 49 in dauernder Verbindung
mit einem Ringraum 54 in der Nähe der Düsenmündung 55«
Von einem zweiten Ringraum 56 in der Wandung der Querbohrung
16 führt eine Rücklaufbohrung 57 nach außen an die Oberseite 58 des Gehäuses 14, von wo aus eine Rücklaufleitung 59 zu der
weiter unten zu Fig. 3 beschriebenen Druckquelle führt.
Der Durchflußquerschnitt des in die Füllbohrung 48 eingeschraubten
Drosselgliedes 26 beeinflußt die Zulaufgeschwindigkeit des Kraftstoffes zum Zulaufventil 27 und damit zum Punipenarbeitsraum
52, d.h. er bestimmt die Füllzeit t« der Pumpe-Düse 10. Durch die im wesentlichen durch das Drosselglied
26 gegenüber der Einspritzzeit tE beträchtlich (z.B. 18-fach)
verlängerte Füllzeit t_ ist eine entsprechend größere Genauigkeit bei der Zumessung der Einspritzmenge Q möglich. Durch
die verlängerte Füllzeit t„ sind auch sehr kleine Einspritz-
mengen (kleiner als 3 mm pro Hub) sehr genau steuerbar.
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Das in unmittelbarer Nähe des Ventilschiebers 18 in die Aufnahmebohrung
.15 des Gehäuses 14 eingesetzte und in Fig. 1 im Schnitt vereinfacht dargestellte Magnetventil 17 ist ein
bekanntes, druckausgeglichenes von einem Elektromagneten 6l betätigtes 3/2-Wegeventil mit einem Ventilgehäuse 62 und
einer Kugel 63 als beweglichem Ventilglied. Diese Kugel 63 schließt in ihrer gezeichneten, als Schließstellung benannten
Stellung einen Ventilsitz 64 rind sperrt damit die
Zufuhr des Kraftstoffes von dem Steuerleitungsabschnitt 47
" zu einer zum Steuerdruckraum 21 führenden Steuerleitung 65.
Gleichzeitig ist die Steuerleitung 65 und damit der Steuerdruckraum
21 über einen offenen zweiten Ventilsitz 66, eine Bohrung 67 im Gehäuse 14 und die Rücklaufbohrung 57 mit der
Rücklaufleitung 5 9 verbunden.
Der Elektromagnet 6l hat einen Anker 69, der im Ventilgehäuse
62 geführt ist und unter der Kraftwirkung einer Feder 71 die
Kugel 63 auf den Ventilsitz 64 drückt, wenn der Elektromagnet 6l in stromlosem Zustand ist. Um die Schließkraft der Feder
71 in Grenzen halten zu können, ist das Magnetventil I7 druckausgeglichen,
und zwar dadurch, daß der in dem Steuerleitungsk abschnitt 47 herrschende Servodruck p„ über einen Kanal 72
hinter den Anker 69 in einen die Feder 71 aufnehmenden Raum
73 geleitet wird. Die vom Druck des Kraftstoffes beaufschlagten
Flächen an der Kugel 63' und am Anker 69 sind gleich oder
nahezu gleich, so daß die in Öffnungs- und Schließrichtung' auf die Kugel 63 ausgeübten Kräfte ebenfalls gleich oder nahezu
gleich sind. Deshalb braucht nur die zusätzliche in Schließrichtung wirkende Kraft der Feder 71 die Kugel 63 auf ihrem
Sitz 64 zu halten.
Die zweite nicht gezeichnete und Offenstellung genannte
Stellung des Magnetventils I7 wird erreicht, wenn der
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Elektromagnet 61 z.B. über ein elektronisches Steuergerät (in Fig. 3 nur andeutungsweise dargestellt), erregt wird, so
daß die Kraft der Feder 71 überwunden und der Anker 69 angezogen
wird. Nachströmender Kraftstoff preßt dann die Kugel auf den zweiten Ventilsitz 66 und der Kraftstoff kann von
dem Steuerleitungsabschnitt 47 über den ersten Ventilsitz 64 in den Steuerdruckraum 21 gelangen, wo er entgegen der Kraft
der Feder I9 den Ventilschieber l8 nach rechts treibt und
eine Ringnut 74 am Ventilschieber 18 in eine solche Lage bringt,
daß der unter Servodruck ρς stehende Ringraum 46 mit der
Steuerbohrung 22 verbunden wird. Jetzt fließt der Kraftstoff über die Steuerbohrung 22 in den Servodruckraum 29 und Servokolben
24 und Pumpenkolben 25 werden beispielsweise bei größtmöglicher Einspritzmenge von ihrer in Fig. 2 gezeichneten OT-Lage
in ihre in Fig. 1 gezeigte UT-Lage bewegt, wobei Kraftstoff aus dem Punipenarbeitsraum 52 über den Kanal 5I (s.Fig.2)
und die Leitungen 53,53a,53b zum Ringraum 54 und zur Düsenmündung
55 der Einspritzdüse I3 gefördert wird, d.h. eine
Kraftstoffeinspritzung findet statt.
Die unter verschieden hohen Drücken stehenden Abschnitte des
Ventilgehäuses 62 des Magnetventils I7 sind in der abgestuften Aufnahmebohrung I5 gegeneinander durch Dichtringe 76,76a,76b
abgedichtet.
An der Düsennadel 35 der Einspritzdüse I3 durchleckender und
sich im Federraum 36 des Federgehäuses 32 ansammelnder Leckkraftstoff
kann, wie Fig. 2zeigt, über eine Leitung 77 und eine daran anschließende Leitung 78 zur Rücklaufleitung 59
abfließen, denn die Leitung 78 mündet in denjenigen Abschnitt
der Aufnahmebohrung I5, der nach oben und unten durch die
Dichtringe 76 und 76a druckdicht begrenzt ist und von dem,
wie Fig. 1 zeigt, die Bohrung 67 zur Rücklaufbohrung 57 abzweigt.
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Der an den Kolben 24 und 25 durchleckende Kraftstoff wird in einem von einer Ringnut 79 (Fig· 2) begrenzten Raum gesammelt,
der sich im Bereich der Berührungsstelle von Servokolben 24 und Pumpenkolben 25 befindet und mit der Leitung 78 Verbindung
hat. Ein Rückschlagventil 8l in der Leitung 78 soll verhindern,
daß beim Rückhub des Servokolbens 24 Kraftstoff aus der Rücklaufleitung 59 bzw. aus der Leitung 78 zurückgesaugt
wird, denn dadurch könnte die beim Einspritzhub erfolgende Abwärtsbewegung des Servokolbens 24 behindert werden.
Um den Verlauf der Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens 2
während des Druckhubes und somit den Einspritzverlauf beeinflussen zu können, hat der den Pumpenkolben 25 antreibende
Servokolben 24 einen aus seiner Stirnseite 28 herausragenden, im Beispiel konischen Ansatz 82. Der Ansatz 82 taucht in die
Steuerbohrung 22 ein und bildet eine in ihrem Querschnitt veränderliche und von der Hublage H des Servokolbens 24 abhängige
Durchströmöffnung 83, wodurch die Hubgeschwindigkeit
des Puinpenkolbens 25 und somit der Einspritzverlauf variierbar sind. Die Querschnittsänderung kann auch bei einem
zylindrischen Ansatz 82 durch eine entsprechend angepcißte
Steuerbohrung 22 erzielt werden (nicht gezeichnet).
In der in Fig. 1 gezeichneten unteren Totpunktlage (UT-Lage) des Pumpenkolbens 25 ist zur Druckentlastung der Einspritzdüse
13 der Pumpenarbeitsraum 52 über einen Kanal 85 im
Pumpenkolben 25 mit einem Ringraum 86 verbunden, der über eine Verbindungsbohrung 87 (siehe Fig. 2) an die Leitung 77
angeschlossen ist, so daß eine Druckentlastung auf den in der Rücklaufleitung 59 herrschenden Druck, praktisch 0 atu
erfolgen kann. Soll ein höherer Standdruck im Pumpenarbeitsraum 52 erhalten bleiben, kann der Ringraum 86 anstatt mit
der Leitung 77 mit der Füllbohrung 48 verbunden werden (nicht gezeichnet), so daß im Pumpenarbeitsraum 52 und in der Düse
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der Servodruck p_ der Druckquelle als Standdruck verbleibt.
In der in Fig. 2 gezeichneten OT-Lage liegt der Servokolben
24 am Ende des Füllhubes bzw. vor Beginn des Druckhubes mit seiner Stirnseite 28 an einen: Anschlag 88 an, der von der den
Servodruckraum 29 nach oben begrenzenden Stirnseite eines
zylindrischen Ansatzes 89 der Buchse 3I gebildet ist. Die
Länge des zylindrischen Ansatzes 89 legt den maximalen Hub
H des Servokolbens 24 und Pumpenkolbens 25 und damit max
die größte zu fördernde Einspritzmenge Q fest. Durch
entsprechende Abstimmung des Hubes II kann, falls erwünscht,
0 max '
die größte Einspritzmenge Q auf die zulässige Vollastmax
einspritzmenge begrenzt werden, so daß auch bei fehlerhafter Steuerung der Einspritzanlage niemals eine größere
als die Vollasteinspritzmenge eingespritzt werden kann.
In Fig. 3 ist die Pumpe-Düse 10 mit den zugehörigen bc'" 'inten
Datiteilen der Einspritzanlage vereinfacht dargestellt. Die
Kolben 24,25 stehen in ihrei- bereits in Fig. 2 gereigten
OT-Lage, das durch ein Schaltsynibol dargestellte Magnetventil 17 jedoch in seiner die Zulaufleitung 43 über die hier gestrjchelt
gezeichnete Steuerleitung 65 mit dem Steuerdruckraum
21 verbindenden Offenstellung, so daß der Ventilschieber
18 entgegen dor Kraft der Feder I9 nach rechts verschoben
ist und seine Ringnut 74 die Zulauf leitung 43, Aiber den
Ringraum 46 und die Steuerbohrung 22 mit dem Servodruckraum 29 verbindet. In dieser Schaltstellung %^ird der Druck- oder
Einspritzhub eingeleitet, der bis zum Anschlag des Pumpenkolbens 25 an seinem unteren Anschlag 9O abläuft (siehe dazu
Fig. 1). An die Zulaufleitung 43 ist eine Druckquelle 9* angeschlossen.
Diese Druckquelle 9I kann, wie im vorliegenden Fall angedeutet,
eine von der Brennkraftmaschine 92 angetriebene Zahnradpumpe
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haben, deren Förderdruck durch ein Druckregelventil 94 auf
den gewünschten Servodruck, z.B. p„ = 50 atü, gehalten
wird.
Der Servodruck p~ kann auch bei entsprechender Ausbildung
des Druckregelventils 94 drehzahlabhängig und/oder lastabhängig
geregelt sein. Die Lastabhängigkeit hat beispielsweise in bekannter und nicht näher dargestellter Weise durch Änderung
der Federvorspannung in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrlexstungshebels (Gashebel) oder durch Verdrehen des
mit einer schrägen Uberlaufkante versehenen beweglichen Ventilglieds des Druckregelventils ^k erzielt werden.
Um Druckschwankungen auszugleichen, hat die Druckquelle $1
einen Druckspeicher 95· Die Zahnradpumpe 93 saugt Kraftstoff über eine Saugleitung 96 und ein Filter 97 aus einem Tank
98 an, in den über die Rücklaufleitung 5 9 der von der Pumpe-Düse
10 zurückfließende Kraftstoff zurückfließt.
Beim Anbau der Anlage an eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
sind die weiteren je Arbeitszylinder benötigten nicht dargestellten Pumpe-Düsen 10 jeweils an Abzweigungen 43a,43b,43c
der Zulaufleitung 43 und an Abzweigungen 59^i59b,59c der
Rücklaufleitung 59 angeschlossen.
Die Steuerung des Magnetventils 17 geschieht durch ein bekanntes und nur andeutungsweise dargestelltes Steuergerät
99» das in der Länge veränderbare Schaltsignale für den Elektromagneten 6l des Magnetventils I7 liefert.
In Fig. 4 sind im unteren Teil des Diagramms der Verlauf des Hubes H des Pumpenkolbens 25 und damit die Einspritzmenge Q in
Abhängigkeit von den Füll-, Einspritz- und Steuerzeiten t„,
t.,,tc aufgetragen. Die größtmögliche Einspritzmenge Q
is o max
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(höchster Punkt der Linie A) wird beim Hub H und bei-
max
spielsweise45OO U/min des Motors bei einer Füllzeit t„ von
25,2 Millisekunden (ms) erzielt, die zugehörige Einspritzzeit t„ ist dann 1,5 ms. Beide Zeiten entsprechen im Falle
der Linie A zusammen 36O Nockenwinkel, d.h. einer Umdrehung
der Nockenwelle. Bei einem 4-Takt-Motor entspricht eine Nockenwellenumdrehung zwei Umdrehungen der Kurbelwelle =
720° Kurbelwinkel (KW). Einspritz- und Füllzeit (t„ + t„)
ergeben dann nach der Linie A zusammen 26,7 ms, die der Taktzeit T eines Arbeitstaktes des Motors bei der Motordrehzahl
η = 4500 Umdrehungen/Min, entspricht; denn T = 2.60 =
2.36Ο = 26,7.10~3 Sek. = 26,7 ms. T = t„ + t„ 5°°
6.45ΟΟ F E
gilt allerdings nur, wenn bei to zugleich mit dem Ende der
Einspritzung die Füllung beginnt.
Die kleinere Einspritzmenge Q1 (Teillasteinspritzmenge) wird
beim Hub H. und bei einem Verlauf der Einspritzung nach der
gestrichelten Linie B erzielt. Die zugehörige Füllzeit ist
tp.und die entsprechende Einspritzzeit t„.. Zur Einspritzr 1 Vj ί
menge Q1 gehört der Ptnnpenkolbenhub H1 . Bei der Darstellung
nach Fig. 4 ist vorausgesetzt, daß auch bei Q1 die gleiche
Drehzahl η = 4500 Umdrehungen/Min, besteht, eine kleinere Drehzahl würde nämlich eine entsprechend größere Taktzeit
T ergeben (nicht gezeichnet). Zwischen dem Ende von t„i und
lit 1
dem Beginn von tpi liegt der Pumpenkolben 25 während der
Ruhezeit t
p1
setzt sich in diesem Fall aus tr>1 + tTl1 +
setzt sich in diesem Fall aus tr>1 + tTl1 +
ν 1 Kl
an seinem unteren Anschlag an. Die Taktzeit T
_^ zusammen. Die Schaltzeiten des Elektromagneten 6l des Magnetventils I7 sind
durch die ausgezogene Linie C für die größtmögliche Einspritz menge Q^ und durch die gestrichelte Linie D für die Teilma
χ
lasteinspritzmenge Q1 dargestellt . Bei C1 bzw. D1 ist das
Ventil 17 in seiner Schließstellung, bei C0 bzw. D0 in seiner
Ct Ct
Offenstellung. Anfang und Ende der Einschaltzeiten tg bzw. tg
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bestimmen den Einspritzbeginn t1 und den Beginn des Füllhubes
t bzw. tr. Die Zeit zwischen zwei Einschaltzeiten t„ bzw.
t-., in der das Magnetventil 17 stromlos ist und in seiner
Schließstellung C1 bzw. D1 steht, ist als Ausschaltzeit mit
t. bzw. tÄ1 bezeichnet. Der Zeitpunkt des Einspritzendes ist
mit to bzw. t bezeichnet und richtet sich im wesentlichen
nur nach der vorgelagerten Einspritzmenge Q bzw. Q^i denn
die anderen Einflußgrößen, wie der Servodruck ρς und die Kenngrößen
der Einspritzdüsen 13 ι sind konstant. Der Kraftstoff-
w servodruck p„ kann allerdings auch, falls erwünscht, zur
Änderung der Spritzzeitlänge in Grenzen, beispielsweise drehzahlabhängig, verändert werden.
Im folgenden wird ein Arbeitsgang der erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit der Pumpe-Düse IO während
eines Arbeitstaktes T des Motors anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben:
Vor dem Beginn der Einspritzung der Vollastmenge Q (siehe
max
Fig. 2 und 3 und die Linienzüge A und C in Fig. 4) liegt der
Servokolben 24 bei H aufgrund des vorausgegangenen Füllhubes
max
fc mit seiner Stirnseite 28 an seinem oberen Anschlag 88 an (OT-Lage).
Bei t. schaltet das Magnetventil 17 von der Schließstellung
C. in die Offensteilung C . Dabei springt die Kugel
63 (Fig. 2) vom Ventilsitz 64 auf den zweiten Ventilsitz 66,
und der unter Servodruck p„ stehende von der Druckquelle 91 geförderte Kraftstoff gelangt in den Servodruckraum 29
(Fig. 3). Der Kraftstoff wirkt jetzt auf die eine Stirnseite
28 des Servokolbens 24 und treibt diesen zugleich mit dem Pumpenkolben 25 nach unten, bis letzterer im Zeitpunkt t„
in seiner unteren Totpunktlage (UT) angelangt ist (siehe Fig. 1). Bei dieser Abwärtsbewegung durchläuft der Pumpenkolben
25 seinen maximalen Hub H (Fig. 2) und fördert
max
den im Pumpenarbeitsraum 52 befindlichen Kraftstoff über den
Kanal 51 und die Leitungen 53»53a,53b zur Düsenmünd^ung 55
209850/0533 -*5-
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der Einspritzdüse 13« Im Pumpenarbeitsraum 52 entsteht dabei
ein Einspritzdruck p„ von z.B. 300 atü, der entsprechend dem
Übersetzungsverhältnis zwischen Servolcolben 2k und Pumpenkolben
25 größer ist als der Servodruck von z.B. 50 atü. Die
Schließfeder 38 dieser Einspritzdüse I3 ist im vorliegenden
Beispiel auf I50 atü Düsenöffnungsdruck vorgespannt und der
unter Einspritzdruck p„ stehende Kraftstoff greift an der
Düseimade] 35 an, hebt diese an und die vom Pumpenkolben 25
geförderte Einspritzmenge Q wi:
Zylinder des Motors eingespritzt.
Zylinder des Motors eingespritzt.
geförderte Einspritzmenge Q wird in bekannter Weise in den
Zum Zeitpunkt to des Einspritzendes schaltet das Magnetventil
17 nach der Einschaltdauer tc von seiner Offenstellung C
in seine Schließstellung C. (Fig. 1) zurück. Jetzt sperrt
die Kugel 63 den Kraftstoffzulauf zum Steuerdruckraum 21 und
entlastet letzteren über die Steuerleitung 65 und den jtc^+
offenen zweiten Ventilsitz 66 und die Bohrung 63 zur Rücklaufleitung
59 und zum Tank 98. Die Feder I9 drückt den Ventilschri
cber l8 in seine in Fig. 1 gezeichnete Ausgangslage zurück, wobei die Ringnut lh den Servodruckraum 29 mit der Rücklaufleitung
53 verbindet. Dabei fällt der· Druck im Servodruckraum 29 und Pumpenarbeitsraum 52 schlagartig ab, das Zulaufventil
27 öffnet sich und der unter Servodruck p„ stehende Kraftstoff drückt den Pumpenkolben 25 und den Servokolben
2't in einer durch das Drosselglied 26 gebremsten Füllzeit tp
von seiner UT-Lage weg. Dieser Füllvorgang läuft zwischen
tp und t. in der Füllzeit t„ ab, bis bei t^ das Magnetventil
17 wieder in seiner bereits beschriebene Schaltstellung C
umschaltet und der nächste Arbeitstakt T beginnt. In diesem Fall ist die Füllzeit t^ gleich der Ausschaltzeit t. des
Magnetventils I7.
Der Durchflußquerschnitt des in die FüllbQhrung 48 eingeschraubten
Drosselgliedes 26 beeinflußt die Zuströmgeschwindigkeit des Kraftstoffes zum Pumpenarbeitsraum 52, d.h. er bestimmt
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die Füllzeit t„ der Pumpe-Düse 10. Durch die im wesentlichen
durch das Drosselglied 26 gegenüber der Einspritzzeit t^
Jt!/
beträchtlich (z.B. 18-fach) verlängerte Füllzeit t„ ist eine
entsprechend größere Genauigkeit bei der Zumessung der Einspritzmenge
Q möglich. Durch die verlängerte Füllzeit t„ sind
3 auch sehr kleine Einspritzmengen (kleiner als 3 nun pro Hub)
sehr genau steuerbar.
Eine selbsttätige Sicherheitsabregelung wird erzielt, wenn durch entsprechende Auslegung der Drosselbohrung des Drosselgliedes
26 die Füllzeit t„ (s. Fig. k) bei maximal zulässiger
Drehzahl (n ) auf die gesamte Zeit zwischen Einspritzmax
ende t„ des einen Arbeitstaktes T und Einspritzbeginn t^
des nächsten Arbeitstakes T ausgedehnt wird, wie dies in der Linie A der Fall ist. Beim Überschreiten der maximalen Drehzahl
η tritt eine automatische Reduzierung der Einspritzmenge ein, weil bei schnellerwerdender Drehzahl die Füllzeit,
die drehzahlunabhängig ist, nicht mehr zum vollständigen Füllen des Pumpenarbeitsraumes 52 ausreichen würde.
Bei Förderung der Teillasteinspritzmenge Q1 nach den gestrichelten
Linienzügen B und D in Fig. k ist in der Füllzeit tF1
w zwischen t, und t.. bei einem Hub H1 nur eine diesem Hub entsprechende
Einspritzmenge Q1 vorgelagert worden. In t.,, wenn
das Magnetventil I7 von D- nach D umschaltet, beginnt der
Einspritzhub und endet bei t„. Bis zum Ende der Einschaltzeit
tGi bei t, bleibt der Pumpenkolben 25 während der Ruhe-
Fig.1
zeit tH1 in saner in gezeichneten UT-Lage liegen. Mit dem Umschalten des Magnetventils I7 von seiner Offenstellung D in seine Schließstellung D1 zum Zeitpunkt tr beginnt der Füllhub, der in der Füllzeit tp1 bis zum Zeitpunkt t1 abläuft. Bei t^ beginnt die nächste Einspritzung und der beschriebene Vorgang wiederholt sich.
zeit tH1 in saner in gezeichneten UT-Lage liegen. Mit dem Umschalten des Magnetventils I7 von seiner Offenstellung D in seine Schließstellung D1 zum Zeitpunkt tr beginnt der Füllhub, der in der Füllzeit tp1 bis zum Zeitpunkt t1 abläuft. Bei t^ beginnt die nächste Einspritzung und der beschriebene Vorgang wiederholt sich.
/f · -17-
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Claims (1)
- Ansprüchej 1./Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einer Pumpe-Düse je Arbeitszylinder, deren Pumpenkolben durch einen im Durchmesser größeren Servokolben angetrieben wird, und die an eine Druckquelle angeschlossen ist, die sowohl dem Pumpenarbeitsraum über ein Zulaufventil als auch dem von einer Stirnseite des Servokolbens begrenzten Servodruckraum Kraftstoff zuführt, und bei der ein von einer Steuereinrichtung im Takt der -Maschine gesteuerter und von einem von der Druckquelle cibgezweigten Teil des als Hilfssteuerflüssigkeit dienenden Kraftstoffes angetriebener Ventilschieber in seiner ersten Schaltstellung den Fluß des Kraftstoffes zum Servodruckraum und in seiner zweiten Schaltstellung vom Servodruckraum zu einer Rücklaufleitung und dabei den Rückhub des Servokolbens und gleichzeitig den Beginn des Füllhubes des Pumpenkolbens steuert, wobei in der zweiten Schaltstellung die Geschwindigkeit des Füllhubes durch eine Drossel beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pumpö-Düse (10) in an sich bekannter Weise als Steuereinrichtung ein Magnetventil (17) hat, daß das Magnetventil (17) in unmittelbarer Nähe des Ventilschiebers (l8) angeordnet ist, und daß durch eine veränderbare Schaltzeit ί^Α»*^!^ des Magnetventils (I7), welche-18-209850/0533Robert Bosch GmbH R. 364 Ks/KbStuttgartden Ventilschieber (l8)in der den Rückhub des Servokolbens (24) steuernden Stellung hält, die Dauer (t„, tI?1 ) und Länge des Füllhubes (H H1 ) und damit die vorgelagerte Kraftstoffeinspritzmenge (Q,Q ,Q1) bestimmbar ist.* 2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pumpe-Düse (1O) ein die Geschwindigkeit des Füllhubes beeinflussendes Drosselglied (26) hat, das fest eingestellt und zwischen Druckquelle (91) und Zulaufventil (27) angeordnet ist.3. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die größte zulässige Einspritzmenge.(Q ) durch den größtmöglichen Hub (H )max maxb des Pumpenkolbens (25) bestimmt ist.4. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Auswahl der Drossel (26) die Füllzeit (t„) für die Vorlagerung der größten zulässigen Einspritzmenge(Q ) bei der höchstzulässigen Drehzahl (n ) auf die max maxgesamte Zeit zwischen Einspritzende (t ) und Einspritzbeginn (t-) des nächsten Arbeitstaktes (T) ausdehnbar·ist.-19-209850/0533Robert Bosch GmbH R. 364 Ks/KbStuttgart5. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (17) ein druckausgeglichenes, elektromagnetisch betätigtes 3/2-Wegeventil mit einer Kugel (63) als Ventilglied ist.6. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (ρς.) des von der Druckquelle (9I) dem Servokolben (24) zugeführten Kraftstoffes drehzahlabhängig und/oder lastabhängig änderbar ist.7. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Servokolben (24) einen aus seiner an den Servodruckraum (29) angrenzenden Stirnseite (28) herausragenden Ansatz, (82) hat, der in eine Steuerbohrung (22) zwischen Ventilschieber (l8) und Servodruckraum (29) eintaucht und mit der Steuerbohrung (22) eine in ihrem Querschnitt veränderliche und von der Hublage des Servokolbens (24) abhängige Durchströmöffnung (8^ bildet. ^209850/0533
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