DE2430761A1

DE2430761A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE2430761A1
Application number: DE2430761A
Authority: DE
Inventors: Harlan I Fuller; Edwin B Watson
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1973-06-28
Filing date: 1974-06-26
Publication date: 1975-01-23
Also published as: IT1015506B; CA998307A; GB1464890A; FR2235275B1; US3859972A; JPS5036829A; FR2235275A1

Description

The Bendix Corporation Executive Offices Bendix. Center Southfield, Mich.48o75»USA

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ina. H. Heuck - Dipl. Phys. W..Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfi - Dip·. Ing. W. Wehnert

8 München 2. Ißesartetrcße 25

Telefon 5380586

München, 22.6.74 Anwaltsakte M-

Brennstoffeinspritzvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen und insbesondere auf Vorrichtungen,

; in denen der Brennstoff in die Zylinder der Br ennkraftmae chine '. unter Steuerung elektromechanisch betätigter EiriSpritzventile

j eingespritzt wird. ^:,

In der anhängigen deAitfleheni pat«nl;mnffieldüng P a^ 28 563.4 wird J

j gezeigt, wie ein einziges von einem Elektromagneten betätigtes "Ventil den Beginn und das Ende der Einspritzperiode steuert, 1 so daß dafür schnell wirkende Ventile notwendig sind, deren Auf- . ; bau dann im allgemeinen"schwierig und komplex ist,

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil "!. zu vermeiden,.

Bei einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff ; ; des Anspruchs 1 wird diese Aufgabe mit den Merkmalen im kenn- ; ] zeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Obwohl ein Ventil die Einspritzperiode auslöst und das andere
Ventil die Einspritzperiode beendet, sind nur zwei Ventile zur ■ Steuerung der Brennstoffeinspritzung aus zwei Pumpen zu zwei i ' Zylindern in der Brennkraftmaschine notwendig, so daß dieselbe ^; . Anzahl von Ventilen und Pumpen wie in der anhängigen, oben genann* j ten Anmeldung benötigt wird. Die Ventile werden zweimal in jedem ··

, Zyklus in ISO ° Intervallen unabhängig von der Anzahl der Zylinder

: in der Brennkraftmaschine betätigt. Bei dieser Anordnung liegen·
die durch getrennte Ventile zur Steuerung des Beginns und des
Endes der Einspritzperiode erzielten Vorteile offen auf der Hand, denn - weil jedes Ventil in Intervallen von l8o° Nockenwellen-

I drehung betätigt wird - steht eine hinreichend lange Zeit zwischen

¹ zwei Ventilbetätigungen zu? Verfügung, wohingegen im Falle eines
einzigen Ventils das öffnen und Schließen innerhalb eines weit- ■ aus kleineren WinkelintervalIs stattfinden müßte, was einer sehr

j kurzen Zeitdauer entspricht und einer ordnungsgemäßen Ventilfunktion abträglich ist. [

* Darüberhinaus kann mit dieser Anordnung elektrischen und mecha- : ι nischen Verzögerungen dadurch entgegengewirkt werden, daß die
¹ elektrischen Steuersignalimpulse vor dem tatsächlichen Zeitpunkt , der Ventilbetätigung ausgelöst werden. .

Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel und an Hand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch zwei- Pumpelemente und die zugeordneten Ventile gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein die Arbeitsweise der Ventile in Fig. 1 erläuterndes Diagramm;

Fig. 3 schematisch sechs derartige Pumpelemente und die

zugeordneten Ventile zur Steuerung der Einspritz- ^; " perioden in einem Sechszylinder-Dieselmotor;

Fig. 4 " . ' ein die Arbeitsfolge der Ventile in Fig. 3 erläuterndes Ze it diagramm;,

Fig. 5 eine Seitenansicht, wobei eine Einspritzpumpe gemäß der Erfindung teilweise aufgeschnitten ist;

Fig. 6 . einen senkrechten Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5; ■■■-■■

Fig. 7 einen senkrechten Teilschnitt entlang der Linie ' VII-VII der Fig. 55 '

Fig. 8 eine horizontale Ansicht mit einem Teilschnitt : entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 55

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Pig. 9 eine horizontale Schnittansicht entlang der Linie IX-IX der Fig. 5.

In Fig. 1 sind zwei Pumpeinheiten C-I und C-2 über Kanäle D mit elektromagnetischen Ventilen A und B verbunden. Jedes Ventil dreht, sich zwischen zwei Stellungen 1 und 2. Die Ventile steuern durch Schliei3en der Entlastungskanäle E die unter hohem Druck erfolgende Zuführung des Brennstoffes zu den zugehörigen Zylindern der Brennkraftmaschine. Wenn das Ventil A sich in der.Steilung 1 befindet, wie in der Fig. gezeigt ist, öffnet das Ventil den Entlantungskanal zur Pumpeinheit C-I und schließt den Entlastungskanal zur Pumpeinheit C-2. Wenn das Ventil B sich in der Stellung 2 befindet, wie in der Figur gezeigt ist, öffnet das Ventil den Entlastungskanal zur Pumpeinheit C-2 und schließt den Entlantungskanal zur Pumpeinheit C-I. Wenn das Ventil Λ sich in der Stellung 2 befindet, schließt das Ventil den Entlastungskanal zur Pumpeinheit C-I und öffnet den Entlastungskanal zur Pumpeinheit C-2. Wenn das Ventil B sich in der Stellung 1 befindet, schließt das Ventil den Entlastungskanal zur Pumpeinheit C-2 und öffnet den Ent1astungskanal zur Pumpeinheit C-I. Die Ventile ν?ei¹ den durch elektrische Signale betätigt, deren zeitliche Folge von der Brennkraftmaschine abhängig ist.

Die Kolben der PumrEinheiten C-I und C-2 werden durch die Gewöhnlichen Eincpvitznocken betätigt, und für eine Zweizylinder-Pumpe sind die Hocken auf der Nockenwelle um l8o° zueinander

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\ versetzt, wie es durch die Versetzungskurven in Figur 2 gezeigt ; ist. Wenn der Kolben der Pumpeinheit C-I beim Zuführungshub an gehoben wird, stv-wie sich die Nockenwelle um einen Winkel Θ. dreht,, befindet sich das Ventil A in der Stellung 1 und das Ventil B inder Stellung 2, wie in Figur 1 gezeigt ist, wobei .; der Brennstoff durch.die Pumpeinheit C-I über das Ventil. A und durch die Pumpeinheit C-2 über das Ventil B zu den Entlastungskanälen E bei niedrigem Druck gepumpt wird. Beim Winkel Θ, wird das Ventil A betätigt und dreht sich aus der Stellung 1 in die -.:" Stellung 2, so daß beide Ventile A und B den Entlastungskanal ,zur Pumpeinheit C-I schließen und der Brennstoff über einen Hochdruckauslaß (nicht gezeigt) zum zugehörigen Zylinder der Brennkraft rnas dine geführt wird, wodurch die Einspritzperiode beginnt.

Wenn sich die Mockenxfelle weiter um einen Winkel 9 dreht, wird

• das Ventil B betätigt und dreht sich aus der Stellung 2 in die ; Stellung 1, wobei der Entlastungskanal zur Pumpeinheit C-I geöffnet wird, um die Zufuhr von Brennstoff unter hohem Druck zu dem Motorzylinder zu beenden.Am Ende des Winkels G^₁ wird das Ventil A wieder betätigt und dreht sich aus der Stellung 2 in die Stellung 1, wobei der Entlastungskanal zur Pumpeinheit C-2

... geschlossen-wird» wie in der Figur gazeigt ist, und der Brennj stoff über oirien IlochdruckaualalJ (rilchjzfgezeigt) dem zubehör i^n i Zylinder .der Brennkraftmaschine zugeführt vfird, wodurch die j EinspriLzper'ioda .eingeleitet wird. Aus der Pumpoinheit C-2 wird ^: Brennstoff in den Motorzylinder während doa Winkelü y -> einge-

• spritzt,., da- beide Ventile A und B die Ent las tungs kanal e zur

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Pumpeinheit C-2 schließen. Am Ende des Winkels θ , wird das

ml

Ventil B betätigt und dreht sich aus der Stellung 1 in die Stellung 2, wobei der Brennstoff aus der Pumpeinheit C-2 über das Ventil B zum Entlastungskanal läuft, um die unter hohem Druck erfolgende Zuführung von Brennstoff zu dem Motorzylinder zu beenden. Die Ventile A und B arbeiten abwechselnd, und jedes Ventil arbeitet im Falle einer Zweizylinder-Pumpe in l8o°-Drehwinkel-Intervallen der Nockenwelle.

Der Beginn der Brennstoffzuführungsperiode am Ende der Winkel ö_fc und O, ^ kann durch Änderung der Schließ_zeit des· Ventils A relativ zu den Pumpeinheiten C-I und C-2 variiert werden. Das Winkelintervall zwischen den Betätigungen der Ventile A und B muß zur Steuerung der dem Motorzylinder bei jeder Einspritzung zugeführten Brennstoffmenge variierbar sein, so daß die Motor-. leistung und die Drehzahl geändert werden können.

j Die Vorteile, die sich beim Gebrauch getrennter Ventile zur

! Steuerung von Anfang und Ende der Einspritzperiode ergeben, lie-

ι gen klar auf der Hand, weil jedes Ventil in Intervallen von

' l80° Nockenwellendrehung arbeitet, wohingegen im Falle eines einzigen Ventils es notwendig wäre, während des Winkels &_m zu öffnen und zu schließen, der einer Zeitdauer von 0,25 Millisekunden oder weniger entsprechen kann, was den Ventilaufbau schwiaig und komplex machen würde. Mit der vorliegenden Anordnung kann elektrischen und mechanischen Trägheiten bzw. Verzögerungen dadurch entgegengewirkt werden, daß elektrische

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Steuersignalimpulse vor dem tatsächlichen Zeitpunkt der Ventilbetätigung ausgelöst werden. -

Die oben beschriebene Anordnung für eine Zweizylinder-Pumpe kann für Brennkraftmaschinen, mit 4, 6, 8 oder noch mehr Zylindern verwendet werden, wenn die Anzahl der Pumpeinheiten und Ventile mit der Anzahl der Zylinder in der Brennkraftmaschine gleichmäßig erhöht wird. In Fig. 3 ist eine Brennstoffeinspritzpumpe für ■ einen Sechszylinder-Diesel mit gewöhnlicher Zündfolge 5* 1> > 6, 2, K schamatisch dargestellt. Die Pumpeinheiten C-I, C-2, G-~5, C-h, C-5" "und C-6 führen Brennstoff unter hohem Druck den zugeordneten Motorzylindern 1, 6, J, ¹I₃ 5 und 2 zu.

Um die Puapoinheit'en C-I, C-5, C-;;. C-2, C-6 und-C-4 in dieser Reihenfolge zu betätigen, sind die Einspritznocken in 6o° Intervallen angeordnet.- Das' Zeitdiagramm in Fig. k zeigt die Arbeitsfolge der'Ventile A, B, C-, D, E und F, und jedes Ventil arbeitet ■ in l3o° Intervallen, was bei einer Drehzahl von J5000 Umdrehungen pro Minute 20 Millisekunden entspricht, so daß das Ansprechen der Ventile nicht kritisch ist. Der Brennstoff wird in die zugehörigen Zylinder während der Intervalle Θ.., die im Diagramm schraffiert sind, eingespritzt.

> Eine Brennstoffeinspritzpumpe für eine Vierzylinder-Brennkraft-πββchine ist im einzelnen in den Figuren 5 Ms 9 gezeigt und weist ein Pumpengehäuse l8 auf, in dem drehbar eine durch die . Brennkraftmaschine in bekannter Weise angetriebene Nockenwelle

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22 gelagert ist. Die Nockenwelle 22 weist vier gleich Nockenprofile 11 auf, die um einen Winkel von 90° zueinander versetzt und im gleichen Abstand voneinander entlang der Achse angeordnet sind. Jedes Nockenprofil bewegt einen Kolben einer Pumpein- j • heit in einem Zylinder zur Zufuhr von Brennstoff unter hohem

Druck zu einem zugehörigen Motorzylinder hin und her. In Fig. j ist ein Schnitt durch ein Nockenprofil 1 gezeigt, und zwei Pump-

j einheiten mit sich in Zylindern 4 und 4A hin und her bewegenden t I Kolben 3 und 3A sind in Fig. 5 dargestellt. Wie in Fig. 6 ge- ; zeigt ist, ist der Kolben 3 antriebsmäßig mit einer Mitnehmer-

vorrichtung 2 mit einer Rolle 19 verbunden, die durch eine Feder ; j 2o in Eingriff mit dem Nockenprofil 1 gedrückt wird, so daß die

j Rolle 19 dem Nockenprofil folgt. Auf ähnliche Weise wird der !

Kolben 3A durch ein zweites Nockenprofil (nicht gezeigt) im Zy- j

linder 4A hin und her bewegt. j

Aus einer herkömmlichen externen Quelle wird der Brennstoff über Bohrungen 6, Hohlräume 5 und Einlaßöffnungen 7 den Zylindern 4 und 4a zugeführt, wenn sich die Kolben 3 und 3A unterhalb der Einlaßöffnungen 7 befinden.

Die Einspritzperiode wird bei Betätigung eines eine Entlastungsöffnung schließenden Ventils 32 durch Erregung eines Elektromagneten 17 ausgelöst und bei Bdfitigung eines eine Entlastungsöffnung öffnenden Ventils 35 durch Entregung eines Elektromagneten 23 beendet. Ein auf dem Pumpengehäuse 28 angeordneter Verteiler 37 gibt an die Elektromagneten in Phasenabhängigkeit von

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den Nockenprofilen elektrische Impulse ab. Die Phasenbeziehung kann automatisch in Abhängigkeit von der Motordrehzahl·geändert werden-, indem die Auslösung des Impulses an den Elektromagneten .17 relativ zum Noekenprofil geändert wird. Die Motordrehzahl kann von Hand durch Änderung der Länge des an den Elektromagneten 23 abgegebenen Impulses gesteuert werden, wodurch die dem Motor zugeführte Brennstoffmenge geändert wird.

Am Anfang einer Perlode, wenn der Kolben 3 sich unterhalb der Öffnung 7 befindet und durch Drehung des Nockenprofils nach oben bewegt wird, verdrängt der Kolben Brennstoff aus dem Zylinder 4 über die Einlaßöffnung 7 und das die Entlastungsöffnung schließende Ventil 32, da der Elektromagnet 17 entregt 1st und das Ventil 32 in geöffneter Stellung mit einem· Schlitz 31 im Ventil und somit in Ausrichtung mit einem Schlitz 8 im Ventilgehäuse durch eine Feder (nicht gezeigt) gehalten wird, die dem Anker des Elektromagneten 17 entgegenwirkt, der mit dem die Öffnung schließenden Ventil 32 betriebsmäßig verbunden ist. Der unter niedrigem Druck stehende Brennstoff strömt vom Zylinder 4 über einen Kanal 3o, die Schlitze 8 und 31 und die Kanäle 13, I¹I-, I5 und 16 zum Hohlraum 5. Das die Entlastungsöffnung öffnende Ventil 33.ist geschlossen, da der Elektromagnet 23 durch einen Impuls vom Verteiler 37 erregt ist. Wenn sich das Ventil 33 in der ge- ' schlossenen Stellung befindet, ist ein Schlitz 24 im Ventil j nicht mit einem Schlitz 12 im Gehäuse ausgerichtet (Pig. 7)· ^;

Zu Beginn der Einspritzperiode wird der Elektromagnet 17 durch

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- Io -

einen Impuls vom Verteiler 37 erregt, und das Ventil 32 dreht sich in die geschlossene Stellung, so daß die Schlitze 8 und 31

ι nicht langer ausgerichtet sind und der Brennstoff nicht mit nie-

■ drigem Druck entweichen kann. Der Brennstoff fließt dann durch den Kanal 9, das Zuführventil 39 und über eine herkömmliche Hochdruckleitung 4o direkt mit Hilfe einer herkömmlichen Einspritzvorrichtung in den Motorzylinder. Der Brennstoff wird dem Motor

j zugeführt, während beide Ventile 32 und 33 sich in der geschlos-

: senen Stellung befinden, d.h. wenn die Schlitze 31 und 24 in

j den Ventilen 32 und 33 nicht mit den Schlitzen 8 und 12 im Ge-I

■ häuse ausgerichtet sind. Die Zuführungsperiode wird mit dem Ende

des Impulses vom Verteiler 37 zum Elektromagneten 23 beendet, worauf die Rückstellfeder (nicht gezeigt) das die Entlastungsöffnung öffnende Ventil 33 derart dreht, daß die Schlitze 12 und 24 ausgerichtet sind. Die Zufuhr von Brennstoff zum Motorzylinder

' wird unterbrochen, und der Brennstoff fließt vom Pumpenzylinder 4 über den Kanal 9 i*¹ den Hohlraum Io und über den Kanal 11, die Schlitze 12 und 24 im Ventil 33, den Kanal 26, den Ringkanal 27 und über den Kanal 28 in die Zuführkammer 5· Der Kolben 3 bewegt

sich im Zylinder 4 weiter nach oben und verdrängt keinen weiteren Brennstoff aus dem Zylinder 4, wie oben beschrieben ist, nachdem er den oberen Totpunkt erreicht hat. So ergibt sich für den Kolben ein vollständiger Zyklus bzw. Periode, und die Ventile 32 und 33 befinden sich in derselben Stellung relativ zum Kolben 3A, wie sie am Anfang des Zyklus für den Kolben 3 waren. Die zwei selben Ventile führen dann bezüglich des Kolbens 3A dieselbe Funktion aus, wie sie oben beschrieben worden ist.

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c.

- 11 -

Wenn der Kolben JA im Zylinder 4A angehoben wird, wird Brennstoff durch die Pumpwirkung des Kolbens ~$k verdrängt und zuerst über das Ventil 32 in einen Hohlraum 49, den Kanal 43 zum Hohlraum 44, den Kanal 46, die Schlitze 47 und 48 in den Hohlraum und in die Zuführkammer umgeleitet, wie es beim vorhergehenden Zyklus der Fall war. Eine Einspritzperiode beginnt, wenn der Elektromagnet zur Drehung des Ventils 33 in die geschlossene Stellung durch einen Impuls vom Verteiler 37 erregt wird. Der Einspritzzyklus bzw. -periode wird mit dem Ende des den Elektromagneten 23 erregenden Impulses beendet, so daß das Ventil 33 öffnet und der Brennstoff aus dem Zylinder 4, dem Kanal 51, über |

Schlitze 52 und 53 zur in die Zuführkammer 5 mündenden Kammer 25 j

dem
fließt, wie es bei /vorhergehenden Zyklus der Fall war. In ähnlichejr

Weise sind ein die Entlastungsöffnung schließendes Ventil und ein die Entlastungsöffnung öffnendes Ventil für die anderen zwei Pumpeinheiten zur Brennstoffversorgung der anderen zwei Zylinder vorgesehen, und die Ventile werden durch Erregung zugeordneter Elektromagneten in der Weise betätigt, wie es in Verbindung mit den. Ventilen 32 und j53 und den Elektromagneten 17 und 23 beschrieben worden ist. ·

Durch die vorliegende Erfindung sind s.chnell wirkende magnetische Ventile überflüssig, da die Ventile unabhängig von der Anzahl der Zylinder in der Brennkraftmaschine ·■ in l80° Intervallen zweimal in jedem Zyklus betätigt werden. Dieselbe Anzahl von Ventilen wird außerdem bei einer herkömmlichen Brennstoffeinspritzanlage verwendet, wo ein einziges Ventil sowohl zur Aus-

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- ι:

lösung als auch zur Beendigung der Einspritzperiode verwendet wird.

Wie in der oben genannten anhängigen Anmeldung beschrieben ist, müssen die Ventile beim Öffnen oder Schließen nicht dem Druck in den Druckkammern entgegenwirken und benotigen relativ wenig elektromechanische Energie.

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Claims

The Bendix Corporation · Executive offices Bendix Center / Southfi eld, Mich.48o?5 > USA

Patentanwalt·

Dr. Ing. H. Negendank

DIpI. Ing. H. Hauck - Dip!. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs - D!pl. Ing W. Wehnert

t München 1, i:i^:;iiiircü· 23

Τ·Ι·ίcn 5380516

München, 22.6.74 Anwaltsakte M-

Patentansprüche

Yl.^Brennstoff'einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Pumpeinheiten, die jweils eine Pumpkammer mit einer Einlaßöffnung, einer Entlastungsöffnung und einer wäh-I rend einer Einspritzperiode bei geschlossener Entlastungsöff- ! nung in Verbindung mit der Brennkraftmaschine stehende Ein-ί spritzöffnung aufweist, eine Einrichtung zur Zuführung des

Brennstoffes über die Einlaßöffnungen zu den Pumpkammern, eine : Einrichtung zur Druckbeaufschlagung des Brennstoffes in den j Kammern lind mit mehreren mit diesen in Verbindung stehenden ; elektromechanischen Ventilen, dadurch gekennzeichnet, daß . : das eine Ventil (A,B.._.) die Entlastungsöffnung (15,27) in einer Pümpkamrner zur Auslösung einer Einspritzperiode schließt und das andere Ventil die Entlastungsöffnung in derselben ,-Pumpkammer zur Beendigung der Einspritzperiode öffnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Pumpkammern und die Anzahl der Ventile gleich der Anzahl der Zylinder in der Brennkraftmaschine ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ventil (A,B...) die Entlastungsöffnungen (15,27) in zwei zugeordneten Pumpenkammern öffnet und das andere Ventil die EntlastungsÖffnungen in den zwei selben Kammern schließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil in Intervallen von l8o° arbeitet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Druckbeaufschlagung des Brennstoffs in den Kammern hin und her gehende Kolben(3) sind, die den Brennstoff in den Kammern während einer Etepritzperiode unter Druck setzen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Abgabe elektrischer Signale zur Steuerung der elektromechanischen Ventile.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Abgabe elektrischer Signale einen von einer Nockenwelle in der Pumpeinheit betätigten Verteiler aufweist.