DE2137832C2

DE2137832C2 - Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2137832C2
Application number: DE2137832A
Authority: DE
Inventors: Nobuhito Inuyama Hobo; Yoshimi Toyohashi Natsume; Yutaka Nishio Suzuki
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1970-08-10
Filing date: 1971-07-28
Publication date: 1986-04-17
Also published as: US3762379A; DE2137832A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Einrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine dienen dazu, den Kraftstoff zu dosieren und ihn unter Druck durch Einspritzleitungen und Einspritzdüsen zu einem bestimmten Zeitpunkt in den Brennraum von Brennkraftmaschinen zu fördern.

Aus der FS-PS 15 22 293 ist eine Einrichtung bekannt, bei der die Übertrittsöffnung so in den Pumpenarbeitsraum der Kolbeneinspritzpumpe mündet, daß auch dann, wenn sich der Pumpenkolben an seinem oberen Totpunkt befindet, die Übertrittsöffnung nicht gesperrt ist. Im Zufuhrkanal zwischen der Auslaßöffnung des Bemessungsventils und der Übertrittsöffnung ist ein Rückschlagventil angeordnet. Während des »Saughubes« wird der Pumpenkolben dadurch verschoben, daß der über die Übertrittsöffnung einströmende Kraftstoff auf die Stirnfläche des Pumpenkolbens drückt. Am Ende des »Saughubes« wird ein Dreiwegventil derart umgeschaltet, daß ein Hilfskolben mit dem Druck des Kraftstoffs beaufschlagt wird, so daß dieser Hilfskolben den Pumpenkolben vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt verschiebt und dadurch der Kraftstoff einge-SDritzt wird. Während des Einspritzen schließt das

Rückschlagventil die Verbindung zwischen der Auslaßöffnung des Bemessungsventils und der Übertrittsöffnung der Kolbeneinspritzpumpe.

Diese bekannte Einrichtung ist nicht für schnellaufende Brennkraftmaschinen geeignet, da bei hohen Drehzahlen eine Zeitverzögerung zwischen der Bewegung des Hilfskolbens und des Pumpenkolbens einerseits und zwischen dem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschinen andererseits auftritt Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtung Hegt darin, daß die Überu ittsöffnung und somit das Rückschlagventil unter dem vollen Einspritzdruck stehen, der beispielsweise 100 atm. betragen kann, so daß Dichtungsschwierigkeiten am Rückschlagventil auftreten können. Schließlich ist die Zeitdauer, während der das Bemessungsventil den ICraftstoff dosieren kann, auf den Zeitraum des »Saughubes« beschränkt Dieser Zeitraum wird jedoch bei hohen Drehzahlen sehr kurz und gegebenenfalls zu kurz, um eine ausreichend genaue Kraftstoffbemessung durchführen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Einrichtung derart auszubilden, daß sie zuverlässig auch bei hohen Drehzahlen arbeitet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst

Bei der Erfindung wird der Pumpenkolben von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben, so daß der Antrieb des Pumpenkolbens auch bei hohen Drehzahlen synchron zum Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine erfolgt Ferner wird die Übertrittsöffnung vom Pumpenkolben auf- und zugesteuert, so daß während des Einspritzhubes an der Übertrittsöffnung kein hoher Druck herrscht Durch diese Maßnahme ist zunächst für zuverlässigen Betrieb der Kolbeneinspritzpumpe auch bei hohen Drehzahlen gesorgt. Diese erfindungsgemäße Ausbildung hat zur Folge, daß die Übertrittsö?fnung nur während eines Teiles des Arbeitsspiels der Kolbeneinspritzpumpe zum Pumpenarbeitsraum offen ist. Dennoch ist die Zeitdauer, während der durch das Bemessungsventil die Kraftstoffbemessung erfolgen kann, nicht auf die Öffnungsdauer der Übertrittsöffnung beschränkt. Vielmehr kann der von der Steuereinrichtung gelieferte Impuls, während dessen das Bemessungsventil geöffnet ist, auch nach dem Schließen der Übertrittsöffnung andauern, da danach durch die Auslaßöffnung des Bemessungsventils austretender Kraftstoff in der Speicherkammer gespeichert wird und während der nächsten Öffnungsdauer der Übertrittsöffnung in den Pumpenarbeitsraum eingesaugt wird. Für die Kraftstoffdosierung steht daher fast die gesamte Dauer eines Arbeitsspiels der Kolbeneinspritzpumpe zur Verfügung, was auch bei hohen Drehzahlen eine genaue Dosierung des Kraftstoffs ermöglicht.

Die einzuspritzende Kraftstoffmenge wird durch den Impuls der Steuereinrichtung bzw. die Öffnungsdauer des Bemessungsventils bestimmt. Das Bemessungsventil öffnet zu dem Zeitpunkt, zu dem der Pumpenkolben die Übertrittsöffnung öffnet. Der danach vom Bemessungsventil durchgelassene Kraftstoff wird unmittelbar in den Pumpenarbeitsraum eingesaugt. Bei niedrigen Drehzahlen ist die Öffnungsdauer der Übertrittsöffnung langer als die der maximal einzuspritzenden Kraftstoffmenge entsprechend der Öffnungsdauer des Bemessungsventils. Diese der maximal einzuspritzenden Kraftstoffmenge entsprechende Öffnungsdauer des Bemessungsventils kann jedoch bei hohen Drehzahlen langer werden als die Öffnungsdauer der Übertrittsöff-

nung. In diesem Fall wird der nach dem Schließen der Übertrittsöffnung vom Bemessungsventil durchgelassene Kraftstoff in der Speicherkammer gespeichert und erst beim nächsten Öffnen der Obertrittsöffnung in den Pumpenarbeitsraum eingespeist, und zwar zusammen mit dem zu diesem Zeitpunkt vom Bemessungsventil durchgelassenen Kraftstoff. Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß die Bemessung des Kraftstoffs nicht nur während der Öffnungsdauer der Übertrittsöffnung oder nur während iler Schließdauer der Übertrittsörfnung erfolgt, sondern bei hohen Drehzahlen während der Öffnungsdauer der Übertrittsöffnung und während der unmittelbar darauf folgenden Schließdauer der Übertrittsöffnung. Aus dem vorstehenden ergibt sich ferner, daß es nicht notwendig ist, daß die Speicherkammer die maximal einzuspritzende Kraftstoffmenge aufnehmen können muß, da es ausreicht, wenn die Speicherkammerden »Überschuß« aufnimmt, der nach dem Schließen der Übertrittsöffnung vom Bemessungsventil durchgelassen wird.

Das Bemessungsventil ist vorzugsweise entsprechend dem Kennzeichen des Unteranspruchs 2 ausgebildet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in einem Teilschniit eine vorteilhafte Ausführungsform der Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff; und

F i g. 2 zeigt ein Diagramm, das die Arbeitsweise der Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff erläutert

Bei der Einrichtung nach F i g. 1 entnimmt eine Kraftstoffzufuhrpumpe 2 aus einem Reservoir 1 Kraftstoff und führt diesen über ein elektromagnetisches, oder so-Ienoidbetriebenes Bemessungsventil 4 einer Kolbeneinspritzpumpe 7 zu. Zwischen den Auslaß der Kraftstoffzuführpumpe 2 und das Kraftstoffreservoir 1 ist ein Druckreguiaiör 3 geschaltet. Das Magnetventil 4 besitzt eine Ventilnadel 4a, eine Erregerspule oder ein Solenoid 46, eine Feder 4c, die die Ventilnadel 4a normalerweise gegen den Ventilsitz drückt, eine Auslaßöffnung 6a und eine Einlaßöffnung 6b. Eine elektrische Steuereinrichtung 5 erzeugt einen Zeitimpuls mit einer Dauer, die der für einen Dieselmotor erforderlichen Kraftstoffmenge entspricht, und legt diesen Zeitimpuls an das Solenoid 4b des Magnetventils 4 an. Die Kolbeneinspritzpumpe 7 besitzt einen Zylinder 11, einen in d,em Zylinder 11 verschiebbar aufgenommenen Pumpenkolben 10, eine in die Wand des Zylinders 11 gebohrte Übertrittsöffnung 9 und einen Arbeitsraum 12, der in dem Zylinder 11 durch den Pumpenkolben 10 gebildet ist. In dem Zufuhrkanal, der die Auslaßöffnung 6a des Magnetventils 4 mit der Übertrittsöffnung 9 der Kolbeneinspritzpumpe 7 verbindet, ist eine Speicherkammer 8 gebildet. Ein Nockenstößel 14, der von einer mit dem Pumpenkolben 10 verbundenen Stange getragen wird, berührt die Nocken-Oberfläche eines Nockens 13, der in Eingriff mit der Kurbelwelle des Dieselmotors gedreht wird. Ein Zuführventil 15 ist über eine Hochdruckleitung 16 mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 17 verbunden.

Beim Betrieb wird der von der Kraftstoffzuführpumpe 2 abgegebene Kraftstoffdruck durch den Druckregulator 3 auf einem konstanten Wert von etwa 2 kg pro cm² gehalten. Die Ventilnadel 4 wird in Abhängigkeit vom Anliegen des Zeitimpulses von der elektrischen Steuereinrichtung 5 an dem Solenoid 4b des Magnetventils 4 gegen die Kraft der Feder 4c von dem Ventilsitz weggedrückt, so daß das Magnetventil 4 in die Offenstellung gebracht wird und in dieser Stellung für eine Zeitperiode gehalten wird, die in Abhängigkeit von der Dauer des Zeitimpulses bestimmt ist. Somit wird während dieser Zeitperiode eine bemessene Kraftstoffmenge über die Auslaßöffnung 6a abgegeben. Die Drehung des mit der Kurbelwelle des Dieselmotors in Eingriff stehenden Nockens 13 bewirkt eine Hin- und Herbewegung des Nockenstößels 14, die auf den Pumpenkolben 10 übertragen wird, der eine Hin- und Herbewegung zur Durchführung des Pumpens in dem Zylinder 11 macht. Die Auslaßöffnung 6 des Magnetventils 4 steht nun mit der Übertrittsöffnung 9 der Kolbeneinspritzpumpe 7 über die Speicherkammer 8 in Verbindung. Aufgrund der Hin- und Herbewegung des Pumpenkolbens 10 im Zylinder 11 steht die Übertrittsöffnung 9 mit dem Pumpenarbeitsraum 12 für eine Zeitperiode in Verbindung, die von dem Zeitpunkt am Ende des Saughubes des Pumpenkolbens 10 bis zu dem Zeitpunkt reicht, unmittelbar bevor der folgende Förderhub des Pumpenkolbens 10 in dem Arbeitszyklus der Kolbeneinspritzpumpe 7 stattfindet. Der von dem Magnetventil 4 bemessene Kraftstoff fließt in den Pumpenarb;:,<sraum 12. Die Anzahl der Arbeitszyklen des Magnetventils 4 wird derart gewählt, daß sie gleich der Anzahl der Arbeitszyklen der Kolbeneinspritzpumpe 7 ist, so daß die der Kolbeneinspritzpumpe 7 in jedem Arbeitszyklus zugeführte Kraftstoffmf-ige etwa gleich der Kraftstoffmenge ist, die durch die Auslaßöffnung 6a des Magnetventils 4 jedesmal bei dessen Energierung geführt wird. Dieser Kraftstoff wird zur Einspritzung durch die Kraftstoffeinspritzdüse 17 während des Förderhubs des Pumpenkolbens 10 durch das Zuführventil 15 und die Hochdruckleitung 16 gedrückt.

Wenn die Auslaßöffnung 6a des Magnetventils 4 nahe an der Übertrittsöffnung 9 der Kolbeneinspritzpumpe 7 angeordnet wäre und somit der dazwischenliegende Zufuhrkanal ein entsprechend kleines Volumen hätte, wäre die Zeitperiode, während der der Kraftstoff aufgrund der Offenstellung des Magnetventils 4 in den Pumpenarbeitsraum 12 der Kolbeneinspritzpumpe 7 zugeführt wird, auf die Zeitperiode begrenzt, während der die Übertrittsöffnung 9 mit dem Pumpenarbeitsraum 12 in Verbindung steht. Aufgrund der Tatsache, daß die Speicherkamrner 8 in dem Zufuhrkanal vorgesehen ist, der von der Auslaßöffnung 6a des Magnetventils 4 zur Übertrittsöffnung 9 der Kolbeneinspritzpumpe 7 führt, und daß das Gesamtvolumen des Zufuhrkanals einschließlich der Speicherkammer 8 größer als ein bestimmter Wert gewählt ist, wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, ist jedoch ein Speicherraum zur Aufnahme einer Kraftstoffmenge vorhanden, die beim folgenden Betrieb des Magnetventils 4 bemessene Kraftstoffmenge durch die Auslaßöffnung 6a in diesen Speicherraum unabhängig davon laufen, ob die Übertrittsöffnung 9 der Kolbeneinspritzpumpe 7 mit dem Pumpetiarbeitsraum 12 in Verbindung steht oder nicht. Diese Kraftstoffmenge wird der Kraftstoff einspritzdüse 17 beim folgendtn Förderhub des Pumpenkolbens 10 der Kolbeneinspritzpumpe 7 geliefert.

Der Speicherra"m ist somit so bemessen, daß bei über die Zeit zwischen dem Öffnen und Schließen der Übertrittsöffnung 9 hinausgehender Bemessungszeit durch das Bemessungsventil 4 Kraftstoff in den Speicherraum eingelagert werden kann.

F i g. 2 zeigt die Ergebnisse von Messungen an der Kolbeneinspritzpurrpe 7, die Kraftstoff an vier Zylinder eines Dieselmotors verteilen kann und in der sich das Volumen des Pumpenarbeitsraums um Vb = 120 mm³ in jedem Arbeitszyklus zur Zufuhr von Kraftstoff in

einem Zylinder ändert. In F i g. 2 repräsentiert die Horizontalachse die Zahl der Umdrehungen N pro Minute der die Pumpe antreibenden Welle, die Vertikalachse die Fördermenge Q je Zylinder und Arbeitszyklus in mm³, und die Zeitperiode T während der von dem Magnetventil 4 Kraftstoff zugemessen wird, wird als Parameter genommen. Die durchgehenden Linien in F i g. 2 repräsentieren die Betriebskennwerte, wenn die Speicherkammer 8 ein Volumen von Va => 150 mm³ hat, während die durchbrochenen Linien gleiche Kennwerte repräsentieren, wenn die Auslaßöffnung 6a des Magnetventils 4 nahe an der Übertrittsöffnung 9 der Kolbeneinspritzpumpe 7 angeordnet ist, so daß die Speicherkammer 8 ein extrem kleines Volumen von Va ~ 20 mm³ hat. Aus Fig.2 ergibt sich folgendes: Ist das Volumen Va der Speicherkammer 8 mit Va = 150 mm³ gegeben, und liegt die Zumessungszeitperiode Tdes Magnetventils 4 im Bereich von 7=7 msec, ist die Fördermenge Q unabhängig von der Drehzahl N der Kurbelwelle der KöibeneinspritzpüiTipc 7 und ist primär durch u\s Dauer 2c des an das Solenoid 4b des Magnetventils 4 angelegten Zeitimpulses bestimmt, und die Bemessung k?nn bis zu der Drehzahl N = 1800 Upm zuverlässig erhalten werden. Mit dem Volumen Va = 20 mm³ der Speicherkammer 8 würde jedoch die Fördermenge Q beim Ansteigen der Drehzahl N über 1000 Upm im Fall der Zumessungszeitperiode T = 7 msec absinken und oberhalb von N = 1000 Upm könnte somit eine zuverlässige Bemessung des Kraftstoffs nicht erreicht werden.

Die Zumessung von Kraftstoff durch das Magnetventil 4 kann somit zuverlässig ausgeführt werden, wenn Va hinreichend groß gewählt ist. Andererseits soll Va nicht zu groß sein, damit das Ansprechverhalten beispielsweise bei einem Lastwechsel nicht ungünstig beeinflußt wird. Vorzugsweise gilt 0,1 Vb S Va £ 5 MVb, wobei M die Anzahl der Arbeitszyklen der Kolbeneinspritzpumpe 7 bei einer Umdrehung der Antriebswelle ist. Ist das Volumen Va der Speicherkammer 8 geeignet gewählt, kann der Kraftstoff durch das Magnetventil 4 zugemessen werden, selbst wenn die Übertrittsöffnung 9 der Kolbeneinspritzpumpe 7 durch den hin- und hergehenden Pumpenkolben 10 geschlossen ist, und somit kann die Zumessungszeitperiode des Magnetventils 4 auf einen Wert gedehnt werden, der im wesentlichen gleich der gesamten Zeitperiode ist, die von einem Arbeitszyklus der Kolbeneinspritzpumpe 7 eingenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, mit einer Kolbeneinspritzpumpe, die einen durch einen Zylinder und einen darin verschiebbaren Pumpenkolben gebildeten Pumpenarbeitsraum aufweist, mit einem elektrisch gesteuerten Bemessungsventil, dessen Auslaßöffnung über einen Zufuhrkanal mit einer im Zylinder vorgesehenen, in den Pumpenraum führenden Obertrittsöffnung verbunden ist, und mit einer Steuereinrichtung, die das Bemessungsventil zur Festlegung der Bemessungszeit mit Impulsen speist, deren Dauer der einzuspritzenden Kraftstoffmenge proportional ist, wobei der Pumpenkolben von der Brennkraftmaschine gesteuert und angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der in unmittelbarer Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine stehende Pumpenkolben (tO) die Übertriteöffnung (9) öffnet, bevor er seinen unteren Totpunkt erreicht, und sie verschließt, nachdem er den unteren Totpunkt durchlaufen hat, und daß im Zufuhrkanal eine Speicherkammer (8) mit einem derartigen Volumen ausgebildet ist, daß der gesamte zwischen der Auslaßöffnung (6a) des Bemessungsventils (4) und der Übertrittsöffnung (9) in den Pumpenarbeitsraum (12) eingeschlossene Speicherraum so bemessen ist, daß bei über die Zeit zwischen dem Öffnen und Schließen der Übertrittsöffnung (9) hinausgehender Bemessungszeit durch das Bemessu' gsventil (4) Kraftstoff in den Speicherraum eingelagert werden kann

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bemessuügsvemil (4) ein Magnetventil mit einer Ventilnadel (4a^ ist, die mit Hilfe einer Feder (4c) die Auslaßöffnung (6a,! geschlossen hält, während kein Impuls an das Magnetventil angelegt ist.