DE2126736A1

DE2126736A1 - Kraftstoffeinspntzanlage fur Brenn kraftmaschinen

Info

Publication number: DE2126736A1
Application number: DE19712126736
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing 7000 Stuttgart Links
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-05-28
Filing date: 1971-05-28
Publication date: 1972-12-07
Also published as: US3921604A; BE784068A; GB1390422A; FR2140020A1; AT313648B; NL7207143A; FR2140020B1; IT955954B; CH539778A; JPS5435254B1

Description

R. 364
26.5.1971 Ks/Kb

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen

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 t_E 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 ρ_ς 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. „10-

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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.,,t_c 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 t_o 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 t_pi liegt der Pumpenkolben 25 während der

Ruhezeit t

_p1
setzt sich in diesem Fall aus t_r>1 + t_Tl1 +

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 t_g 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. t_Ä1 bezeichnet. Der Zeitpunkt des Einspritzendes ist mit t_o bzw. t bezeichnet und richtet sich im wesentlichen nur nach der vorgelagerten Einspritzmenge Q bzw. Q^i denn die anderen Einflußgrößen, wie der Servodruck ρ_ς 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

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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.

geförderte Einspritzmenge Q wird in bekannter Weise in den

Zum Zeitpunkt t_o des Einspritzendes schaltet das Magnetventil 17 nach der Einschaltdauer t_c 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 t_p von seiner UT-Lage weg. Dieser Füllvorgang läuft zwischen t_p 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 t_F1 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 t_Gi bei t, bleibt der Pumpenkolben 25 während der Ruhe-

Fig.1
zeit t_H1 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 t_p1 bis zum Zeitpunkt t₁ abläuft. Bei t^ beginnt die nächste Einspritzung und der beschriebene Vorgang wiederholt sich.

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Claims

Ansprüche

j 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

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den Ventilschieber (l8)in der den Rückhub des Servokolbens (24) steuernden Stellung hält, die Dauer (t„, t_I?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 max

b 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 max

gesamte Zeit zwischen Einspritzende (t ) und Einspritzbeginn (t-) des nächsten Arbeitstaktes (T) ausdehnbar·ist.

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5. 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. ^

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