DE2529933A1

DE2529933A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2529933A1
Application number: DE19752529933
Authority: DE
Inventors: Max Ilnseher; Helmut Dipl Ing Krug; Horst Dr Ing Zapf
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1977-01-27
Also published as: SE7602523L; JPS5211333A; SE437184B; DD126713A1; DE2529933C2; GB1542517A; DK285976A; ES448949A1; CH597510A5; FR2316450A1; FR2316450B1; NL7606475A; IT1061600B; NL182902B; NL182902C

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft 8900 Augsburg , Staatbachstraße 1

P.B. 284-0/1255 Augsburg, den 27- Juni 1975

Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer einen konstanten hohen Brennstoffdruck in einem Speicher liefernden Brennstoffpumpe, mit BrennstoffZuleitungen vom Speicher zu den Brennstoffvorlageräumen an den Ventilnadeln der Einspritzventile und mit einer von einem maschinensynchron angetriebenen Geber betätigten, einen hydraulischen Steuerkreis umfassenden Steuereinrichtung, mit der taktmäßig ein Steuerkolben jedes Einspritzventiles zum Betätigen der Ventilnadel bewegbar ist, an welcher der im Vorlageraum anstehende Brennstoffdruck in Öffnungsrichtung angreift. Dieser Aufbau ermöglicht es, daß der Brennstoffdruck während des Einspritzvcerganges konstant bleibt, so daß sich die Menge des eingespritzten Brennstoffs genau dosieren und ein störendes Nachspritzen vermeiden läßt.

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Bei einer derartigen aus der deutschen Patentschrift 1 281 207 bekannten Brennstoffeinspritzvorrichtung ist eine von einer Nockenwelle der Maschine aus gesteuerte Pumpe vorgesehen, mit der jeweils für die Dauer der gewünschten Einspritzung im hydraulischen Steuerkreis Druck aufgebaut wird. Dieser Druck wirkt in Öffnungsrichtung der Yentilnadel auf einen Steuerkolben und kann diesen entgegen des in Schließrichtung auf die andere Seite des Kolbens wirkenden Brennstoff drucks bewegen. Dieser Bewegung folgt die Ventilnadel unter der Wirkung des am Vorlageraum anstehenden Brennstoffdrucks.

Diese bekannte Einspritzvorrichtung erfordert für jedes Einspritzventil eine gesonderte Steuerpumpe. Die Steuerpumpe muß weiterhin von einem Nocken gesteuert werden. Dies setzt zumindest bei Zweitaktmotoren eine besondere Steuerwelle voraus. Hierdurch ergibt sich ein aufwendiger Aufbau. Weiterhin wird der Zeitpunkt und die Dauer der Einspritzung lediglich in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl gesteuert. Andere Einflußgrößen lassen sich nicht erfassen. Darüber hinaus lassen sich infolge der Trägheit des Systemes, bei dem für jeden Einspritzvorgang im hydraulischen Steuerkreis erneut Druck aufgebaut werden muß, keine sehr kurzen Einspritzzeiten erzielen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist und die die Erzielung kurzer Einspritzzeiten ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Steuereinrichtung mindestens ein von einem elektrischen Geber angesteuertes elektromagnetisches Ventil umfaßt, mit dem der Zylinderraum des Steuerkolbens wechselweise an eine Hydraulikflüssigkeit konstanten Drucks enthaltende Druckleitung oder eine Entlastungsleitung anschließbar ist.

Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn der mittels des oder der elektromagnetischen Ventile gesteuerte hydraulische Steuerkreis unmittelbar an einen Zylinderraum des Steuerkolbens gelegt ist. Diese Anordnung setzt allerdings voraus, daß entweder im hydraulischen Steuerkreis ein verhältnismäßig hoher Druck erzeugt wird oder daß die wirksame Fläche des. Steuerkolbens verhältnismäßig groß ausgeführt wird.

Sollen diese Bedingungen vermieden werden, so kann nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung der mittels des oder der elektromagnetischen Ventile gesteuerte hydraulische Steuerkreis zwei gegenläufig bewegliche Ventile zur Betätigung eines hydraulischen Zusatzsteuerkreises hohen Drucks umfassen, der an den Zylinderraum des Steuerkolbens gelegt ist. Vorzugsweise umfaßt der hydraulische Steuerkreis einen Speicher, dem eine Pumpe zur Aufrechterhaltung eines konstanten Flüssigkeitsdrucks vorgeschaltet ist. Hierdurch wird erreicht, daß an dem oder den elektromagnetischen Ventilen stets ein konstanter Druck ansteht, so daß keine störende Beeinflussung der Schaltzeiten durch wechselnde Drücke erfolgen kann. Zweckmäßig ist der Zusatzsteuerkreis an den Brennstoffspeicher gelegt, da in diesem ein entsprechend hoher Druck zur Verfugung steht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Zylinderraum an der der Ventilnadel abgewandten Seite des Steuerkolbens vorgesehen. Dabei ist die zur Bewegung des Steuerkolbens in Schließrichtung wirksame Fläche größer als die in Gegenrichtung wirksame, vom Yorlageraum beaufschlagte Fläche der Ventilnadel bemessen. Diese Ausgestaltung führt zu einem einfachen Aufbau.

Nach einer alternativ anwendbaren Ausgestaltung ist der Zylinderraum an der der Ventilnadel zugewandten Seite des Steuerkolbens vorgesehen. Dabei taucht das gegenüberliegende Ende des Steuerkolbens in einen an den Brennstoffspeicher angeschlossenen Druckraum ein. Außerdem sind die in Öffnungsrichtung wirksamen Flächen der Ventilnadel und des Steuerkolbens einzeln kleiner, zusammen aber größer als die in den Druckraum eintauchende Fläche des Steuerkolbens bemessen. Bei dieser mechanisch etwas aufwendigeren Einrichtung braucht von der Steuereinrichtung lediglich eine verhältnismäßig geringe Kraft zur Überwindung der auf den Steuerkolben wirkenden Schließkraft aufgebracht zu werden, so daß entweder der Steuerkreis mit verhältnismäßig niedrigem Druck betrieben werden kann oder die in Öffnungsrichtung wirksame Fläche des Steuerkolbens sehr klein bemessen werden kann.

Um sehr kurze Einspritzzeiten zu erzielen, ist vorteilhaft jeweils ein gesondertes elektromagnetisches Ventil zum öffnen und Schließen der Druckleitung und der Entlastungsleitung andererseits vorgesehen. Hierdurch läßt sich eine gewisse zeitliche Überlagerung der Steuerung der beiden Leitungen erzielen, die zu

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kürzeren Steuerzeiten und damit zu kürzeren Einspritzzeiten führt.

Vorzugsweise nimmt jedes Einspritzventil den Steuerkolben und gegebenenfalls die Ventile für den hydraulischen Zusatzsteuerkreis auf und ist mit dem oder den elektromagnetischen Ventilen zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Hierdurch lassen sich alle zur Betätigung der Ventilnadel eines Einspritzventiles erforderlichen Bauteile räumlich zusammenfassen.

Der gewählte Aufbau der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung läßt sich in einfacher Weise dahingehend ausgestalten, daß die Steuereinrichtung einen dem Geber nachgeschalteten Regler zur Berücksichtigung weiterer die Einspritzdauer beeinflussender Werte, wie Belastung der Brennkraftmaschine, aufweist, so daß eine optimale Bemessung der jeweils einzuspritzenden Brennstoffmenge möglich wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.

Es sind dargestellt in

Figur 1 eine erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung in schematischer Darstellung,

Figur 2 ein Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Einspritzventils nach der Erfindung,

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Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines

Einspritzventils in geschnittener Darstellung und in

Figur 4- ein Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einspritzventils.

In Figur 1 ist mit 1 ein Hochdruckspeieher für Brennstoff "bezeichnet, der über eine Brennstoff zuführleitung 2 aus einem Brennstofftank 3 mit Brennstoff versorgt wird. Alle Brennstoffleitungen sind in der vorliegenden Figur 1 als Doppellinien ausgeführt. Zum Aufbau und zur Aufrechterhaltung eines konstant hohen Drucks im Hochdruckspeicher 1 ist in der Brennstoffzufuhrleitung 2 eine Hochdruckpumpe 4- vorgesehen, welcher der in einem vorgeschalteten Filter 5 gefilterte Brennstoff mittels einer mit der Saugseite an dem Brennstofftank 3 gelegten Zubringerpumpe 6 zugeführt wird. Die Pumpen 4 und 6 arbeiten vorzugsweise kontinuierlich. An den Hochdruckspeicher 1 ist deshalb eine zum Brennstofftank 3 führende Brennstoff rücklauf leitung 7 angeschlossen, in der ein Druckregelventil 8 vorgesehen ist, welches die Einhaltung einer oberen Druckgrenze im Hochdruckspeicher 1 überwacht.

Vom Hochdruckbehälter 1 führen Hochdruckleitungen 9 zu den Verbrauchsstellen, im vorliegenden Fall zu den Einspritzventilen 10 einer im Rahmen der hier vorliegenden schematischen Darstellung nicht gezeichneten Brennkraftmaschine. Die Einspritzventile 10 sind im vorliegenden Fall über Anschlußleitungen 11 und 12 mit den Hockdruckleitungen 9 verbun-

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den. Die Anschlußleitung 11 soll dabei zum Brennstoffvorlageraum des Einspritzventils 10 kommen, die Anschlußleitung 12 zum Arbeitsraum eines zur Steuerung der Ventilnadel vorgesehenen Steuerkolbens. In der gezeichneten Anordnung ist für jedes Einspritzventil 10 eine zum Hochdruckspeieher 1 führende Hochdruckleitung 9 vorgesehen, von der die zugehörigen Anschlußleitungen 11 und 12 versorgt werden. Zur Vermeidung eines Druckabfalls können die Hochdruckleitungen 9 vorteilhaft großvolumig ausgeführt sein. Zur Vereinfachung der Leitungsführung kann jedoch in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung für alle Verbrauchsstellen eine gemeinsame, entsprechend großvolumig dimensionierte Hochdruckleitung 9 vorgesehen sein. Die Wirkung von großvolumigen Hochdruckleitungen 9 entspricht der eines Hochdruckspeichers. Es wäre jedoch auch denkbar, die Anschlußlextungen 11 und 12 direkt zum Hochdruckspeicher 1 zu führen. Zur Rückführung des unverbrauchten Brennstoffs zum Brennstofftank 3 ist für die Einspritzventile 10 eine gemeinsame Brennstoffrücklaufleitung vorgesehen.

Die Einrichtung zur Steuerung der Öffnungs- und Schließbewegung der Ventilnadel jedes Einspritzventils 10 enthält gemäß der Erfindung wenigstens ein elektromagnetisches Ventil 14-. Im gezeichneten Beispiel ist jedem Einspritzventil 10 ein elektromagnetisches Ventil 14· zugeordnet. Das elektromagnetische Ventil 14- schaltet nach einem vorgegebenen Einspritzgesetz einen direkt oder indirekt mit einem Steuerkolben zusammenwirkenden hydraulischen Steuer-

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kreis. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel wird hiermit der in der Anschlußleitung 12 unter konstant hohem Druck anstehende Brennstoff taktmäßig in den Arbeitsraum eines Steuerkolbens geleitet. Die Hydraulikleitungen sind in der vorliegenden Zeichnung als gestrichelte Doppellinien ausgeführt. Die Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung des hydraulischen Steuerkreises wird in einem Tank 15 bereitgehalten, aus dem sie eine Pumpe 16 über einen !Filter 17 in einen Druckbehälter fördert. Im Druckbehälter 18 soll die Hydraulikflüssigkeit unter konstant hohem Druck anstehen. Zur Überwachung des Drucks im Druckbehälter 18 ist ein Druckregelventil 19 vorgesehen, das beim Erreichen des zulässigen Höchstdrucks eine zum Tank 15 führende Hydraulikflüssigkeits-Eücklaufleitung freigibt. Yom Druckbehälter 18 geht eine Versorgungsleitung 21 zu den einzelnen Verbrauchern. Zur Aufrechterhaltung eines möglichst konstanten Drucks in der Hydraulikflüssigkeit soll die Versorgungsleitung 21 in einfacher Weise großvolumig ausgeführt sein. Von der Versorgungsleitung 21 zweigen Hydraulikflüssigkeit s-Vorlauf leitung en 22 zu den elektromagnetischen Ventilen 14- ab. Über eine gemeinsame Rücklaufleitung 23 kann sich die Hydraulikflüssigkeit in den Tank 15 entspannen.

In die elektromagnetischen Ventile 14 wird von einem elektronischen Eegler 24 das gewünschte Einspritzgesetz eingegeben. Der elektronische Eegler 24- wird von einem elektrischen Impulsgeber 25 synchron zum Lauf der hier nicht gezeichneten Brennkraftmaschine getaktet. Hierzu kann der elektrische Impulsgeber 25 beispielsweise von der Kurbelwelle 26 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine

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eingangs Impulse erhalten. Der auf diese Weise maschinen synchron getaktete elektronische Regler 24 ist über Kabel 27 an die elektromagnetischen Ventile 14 gelegt. Die elektrischen Kabel 27 sind in der vorliegenden Zeichnung als durchgehende Einfachlinien dargestellt.

Die Funktion des eben beschriebenen Einspritzsystems ergibt sich im einzelnen aus der folgenden Beschreibung der Figur 2, in der ein Einspritzventil und ein elektromagnetisches Ventil, die in Figur 1 lediglich durch ihre Umrißkanten angedeutet sind, im Schnitt gezeichnet sind. Der grundsätzliche Aufbau entspricht jedoch dem oben beschriebenen Schaltschema. Für gleiche Teile finden daher gleiche Bezugszeichen Verwendung. Das Einspritzventil 10 wird im gezeichneten Beispiel über die Anschlußleitung 11 direkt mit im Hochdruckspeicher 1 unter konstant hohem Druck anstehenden Brennstoff versorgt, der in bekannter Weise über eine Bohrung 30 zu einem Ringkanal 31 geführt wird, von dem aus mehrere Versorgungsleitungen 32 zum Brennstoffvorlageraum 33 führen, dessen Einspritzöffnung 34 von einem Nadelventil 35 gegen den im Brennstoffvoriageraum 33 herrschenden konstanten Brennstoffdruck, welcher an den Arbeitsflächen 36 des Nadelventils 35 in Öffnungsrichtung angreift, verschließbar ist. Auf das Nadelventil 35 drückt ein koaxial im Einspritzventil 10 angeordneter Steuerkolben 37» <ler auf der dem Nadelventil 35 abgewandten Seite mit Arbeitsflächen 38 einen hydraulischen Arbeitsraum 39 begrenzt. Der Arbeitsraum 39 cLes Steuerkolbens 38 ist über eine Druckleitung 40 mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar. Im dargestellten Aus-

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führungsbeispiel ist hierzu der im Hochdruckspeieher 1 unter konstant hohem Druck anstehende Brennstoff herangezogen, welcher über die in die Druckleitung 40 mündende Anschlußleitung 12 herangeführt wird. Zur Entlastung des hydraulischen Arbeitsraums 39 ist die Entlastungsleitung 41 daher mit der Brennstoff rücklauf leitung 13 verbunden. Der Zugang von der Anschlußleitung 12 zur Druckleitung 40 ist über ein hier als Nadelventil ausgebildetes Ventil 42 absperrbar. Die Entlastungsleitung 41 ist mittels des Ventils 43 ebenfalls absperrbar. Die Ventile 42 und 43 sind mittels zugeordneter Druckkolben und 45 im Takt gegenläufig bewegbar. Den Druckkolben 44 und 45 ist jeweils ein Druckraum 46 bzw. zugeordnet, die in den hydraulischen Steuerkreis einbezogen sind und mit Hilfe des elektromagentischen Ventils 14 wechselweise an die Hydraulikflüssigkeits-Vorlaufleitung 22 bzw. an die Hydraulikflüssigkeits-Rücklaufleitung 23 gelegt werden können. Hierzu ist im elektromagnetischen Ventil ein als Dreiwegeschieber ausgebildeter Stellschieber 50 vorgesehen. Der Stellschieber 50 ist in einer Bohrung des Gehäuses des elektromagentischen Ventils 14 verschiebbar gelagert und weist an seinem Umfang zwei durch einen Steg 51 getrennte Schaltnuten 52 und 53 auf. Am Umfang der Steuerschieberbohrung münden zu den Druckräumen 46 bzw. 47 führende Hydraulikleitungen ^A- bzw. 55 ein. Zwischen diesen Leitungen ^A- und 55 mündet die Hydraulikflüssigkeits-Vorlaufleitung 22 ein und jeweils im gleichen Abstand seitlich dieser Leitungen 54- bzw. 55 geht ein Ast der Hydraulikflüssigkeits-Rücklaufleitung 23 ab. Durch Verschieben des

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Stellschiebers 50 ist es somit mit Hilfe der Schaltnuten 52 "bzw. 55 möglich, die Druckräume 46 bzw. 47 entweder mit Hydraulikflüssigkeit zu beaufschlagen oder zu entlasten. Im gezeichneten Fall nimmt der Stellschieber 50 eine solche Stellung ein, bei der die Hydraulikflüssigkeits-Vorlaufleitung 22 über die Schaltnut mit der Hydraulikflüssigkeitsleitung verbunden ist und somit den Druckraum 47 beaufschlagt. Der Druckraum 46 ist dagegen über die Hydraulikflüssigkeit si eitung 54- und die Schaltnut 52 mit einem Ast der Hydraulikflüssigkeits-Eücklaufleitung 23 verbunden und damit entlastet. Der Stellschieber 50 stützt sich beidseitig über Federn 56 bzw. 57, die in Ausnehmungen 58 bzw. 59 angeordnet sind, am Gehäuse des elektromagnetischen Ventils 14 ab. Die. Federkraft ist mittels einer Stellschraube 60 einstellbar. In den Schaltpositionen des Stellschiebers ist jeweils eine Feder auf Druck und die gegenüberliegende Feder auf Zug belastet. Im gezeichneten Beispiel ist die Feder in der Ausnehmung 58 auf Druck und die Feder 57 in der Ausnehmung 59 auf Zug belastet. Zur Aufrechterhaltung derartiger Schaltpositionen sind die Ausnehmungen 58 und 59 mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar. Hierzu ist ein hydraulischer Stellkreis vorgesehen, der zwei Äste 61 und 62 aufweist, an welche die durch die Ausnehmungen 58 und 59 gebildeten Druckräume, die durch die Stirnseiten 63 und 64 des Stellschiebers 50 gegrenzt werden, angeschlossen sind. Die Hydraulikflüssigkeit für den genannten hydraulischen Stellkreis wird über eine Zapfstelle 65 in der Wand der Steilschieberbohrung dem hydraulischen Steuerkreis entnommen. Die Zapfstelle 65 ist so angeordnet, daß sie in jeder Schaltposition des Stellschiebers 50

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mit Hydraulikflüssigkeit "beaufschlagt wird. Die Äste

61 und 62 des hydraulischen Stellkreises münden gegenläufig mit Düsen 66 bzw. 67 in eine Kammer 68, die über Entlastungsleitungen 69 zu den Schaltnuten 52 bzw. 53 uncL damit zur Hydraulikflüssigkeits-Eücklaufleitung 23 führt. Zwischen den Düsen 66 und 67 ist ein Prallblech 70 angeordnet, das mit Hilfe eines vom elektronischen Regler 24 angesteuerten Elektromagneten 71 in seinem Abstand zu den Düsen 66 bzw. 67 taktmäßig verstellbar ist. Je nach dem welche Düse mehr und welche Düse weniger abgedeckt wird erhöht oder erniedrigt sich der Druck in einem der Äste 61 bzw. 62 des hydraulischen Stellkreises. Im gezeichneten Beispiel ist der Stellschieber 50 nach links verschoben. Die Stirnseite 63 des Stellschiebers 50 und damit der Ast 61 des hydraulischen Stellkreises müssen daher unter Druck stehen. In diesem Fall ist das Prallblech 70 nach unten ausgelenkt, so daß die im Ast 62 des hydraulischen Stellkreises sich befindende Hydraulikflüssigkeit leichter austreten kann, als die im Ast 61 sich befindende Hydraulikflüssigkeit.

Wenn nun vom Regler 24 ein anderer Befehl am Elektromagnet 71 ankommt und die Auslenkung des Prallblechs 70 derart umschwingt, daß an der Düse 66 des Astes

62 des hydraulischen Stellkreises ein Stau auftritt und der Druck im Ast 61 aufgrund des vom Prallblech 70 freigegebenen Austritts der Düse 67 abnimmt., fällt damit auch der Druck in der Ausnehmung 59· Die Federn 56 und 57 können daher den Stellschieber aus der gezeichneten Lage nach rechts verschieben, bis die Schaltnut 52, die zum Druckraum des Druckkolbens

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44 führende Hydraulikleitung 5^ mit der Hydraulikflüssigkeits-Vorlaufleitung 22 sowie die Schaltnut 53» die zum Druckraum 47 des Druckkolbens 45 führende Hydraulikleitung 55 mit der Hydraulikflüssigkeits-Eücklaufleitung 23 verbindet. Die Zapfstelle 65 wird nun mit der Schaltnut 52 verbunden, so daß der hydraulische Stellkreis gleichbleibend mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Der Stellschieber wird durch den in der Ausnehmung 58 auf die Stirnseite 64 wirkenden Druck des Astes 62 in der neuen Stellung gehalten. Infolge der neuen Schaltstellung wird das vom Druckkolben 44 betätigte Ventil 42 auf seinen Sitz gepreßt und dadurch die.Verbindung von der Druckleitung 40 zur Anschlußleitung 12 unterbrochen. Gleichzeitig kann das Ventil 43 von seinem Sitz abheben und von der Entlastungsleitung 41 entsteht ein freier Durchgang zur Brennstoffrücklaufleitung 13. Dies bewirkt, daß die Druckflüssigkeit im Arbeitsraum 39 des Steuerkolbens 37 entspannen kann und für die Arbeitsfläche 38 des Steuerkolbens 37 entlastet wird. Die in Schließrichtung auf das Nadelventil 35 wirkende Kraft fällt daher weg, so daß der unter konstantem Druck im Brennstoffvoriageraum 33 anstehende und an den Arbeitsflächen 36 eine im gezeichneten Beispiel nach oben gerichtete Kraft erzeugende Brennstoff die Ventilnadel 35 von ihrem Sitz abheben kann. Die Einspritzöffnung 34 ist damit freigegeben. Der Einspritzvorgang ist eingeleitet. Aufgrund des großen Volumens des Hochdruckspeichers 1 und der Leitungen erfolgt die Einspritzung unter gleichbleibendem Druck. Dies ergibt eine kastenförmige Einspritzcharakteristik und ermöglicht damit eine optimale Dosierbarkeit.

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Sobald der Regler 24 einen entgegengesetzten Befehl erteilt, springt das elektromagnetische Ventil 14 in die gezeichnete Schaltstellung um, in welcher der Arbeitsraum 46 und damit das Ventil 42 entlastet und der Arbeitsraum 47 und das Ventil 43 belastet werden. Der Arbeitsraum 39 erhält daher Druck aus dem Hochdruckspeicher 1. Die in den Arbeitsraum 39 eintauchende Arbeitsfläche 38 des Steuerkolbens 37 ist größer als die in den ebenfalls unter Brennstoffdruck stehenden Brennstoffvorlageraum 33 eintauchende, dem Steuerkolben 37 abgewandte Arbeitsfläche 36 des Nadelventils 35, also daß sich eine resultierende Kraft in Fließrichtung ergibt.

Im vorliegenden Beispiel ergibt die Verwendung des Brennstoffdrucks zur Betätigung des Steuerkolbens mittels eines hydraulischen Zusatzsteuerkreises übersichtliche Kraftverhältnisse, da auch im Brennstoffvorlageraum 33 Brennstoffdruck herrscht. Die Verwendung von unverzweigten Anschlußleitungen zum Hochdruckbehälter 1 stellt die Druckkonstanz beim Einspritzen und Schalten sicher. Es wäre jedoch auch möglich und bei Benötigung von vom Brennstoffdruck abweichenden Drücken zweckmäßig, den hydraulischen Zusatzkreis mit einer eigenen Druckquelle zu versehen. Die Verwendung des Brennstoffdrucks stellt gedoch eine vorteilhafte Lösung mit einer billigen Energiequelle dar, die aufgrund des hohen Druckniveau mit kleinen Arbeitsflächen auskommt und so eine gedrängte Bauweise gestattet. Die Verwendung eines den Steuerkolben 37 direkt betätigenden Zusatzsteuerkreises, der seinerseits über den eigentlichen hydraulischen Steuerkreis beeinflußt wird, ergibt den zusätzlichen

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Vorteil, daß der Druck im eigentlichen hydraulischen Steuerkreis klein bleiben kann und dennoch ein hoher Druck zum direkten Betätigen des Steuerkolbens zur Verfügung steht. Im vorliegenden Beispiel ist dem hydraulischen Steuerkreis ein weiterer hydraulischer Stellkreis vorgelagert, in dem damit ein sehr geringes Druckniveau ausreicht und sehr kurze Ansprechzeiten gewährleistet sind. Eine andere Möglichkeit ware, den Stellschieber direkt elektromagnetisch zu bewegen.

Das eben beschriebene Einspritzventil 10 ist aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzt, die neben der "Ventilnadel 35 sowohl den Steuerkolben 37 als auch die Ventile 44- und 45 zur Steuerung des hydraulischen Zusatzsteuerkreises aufnehmen. Dies ergibt einen einfachen Aufbau und insbesondere kurze Zuleitungen zu den hydraulischen Arbeitsräumen und trägt zu kurzen Schaltzeiten bei. Dadurch, daß das Einspritzventil 10 und das elektromagnetische Ventil 14, wie gezeichnet, zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind, kann zweckmäßig Platz gespart werden und ebenfalls eine zu kurzen Schaltzeiten beitragende Leitungsführung erreicht werden.

Das in dem Beispiel nach Figur 3 verwendete Einspritzventil entspricht der in Figur 2 dargestellten Ausführung. Auf eine nähere Beschreibung wird daher verzichtet. Für gleiche Teile können außerdem gleiche Bezugszeichen Verwendung finden. Den Druckkolben 44 und 4-5 ist hier jeweils ein eigenes elektromagnetisches Ventil 14- zugeordnet. Die beiden hier zu einem Einspritzventil gehörenden elektromagnetischen Ventile

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-ersitzen auf einer auf das Einspritzventil 10 aufgesetzten Traverse 72, in der die Hydraulikflüssigkeitszu- und Ablauf leitungen 23 des liydrauli sehen Stellkreises sowie die zu den Druckräumen 46 und 47 ä.63? Druckkorben 44 und 45 führenden Druckleitungen 54 und 55 verlegt sind. Eine derartige Ausführung hat den Vorteil, daß eine Überlappung der Schaltzeiten der in den elektromagnetischen Ventilen"^ vorgesehenen Steuerschieber 50 herbeigeführt werden kann, wodurch hier die Ansprechzeit des hydraulischen Zusatzsteuerkreises und damit der Verzug des Steuerkolbens 37 äußerst gering gehalten werden können.

Die in Figur 4 dargestellte Ausführungsform zeigt eine vorteilhafte Lösung, die ohne hydraulischen Zusatzsteuerkreis auskommt. Der Einfachheit halber finden wieder für gleichartige Teile gleiche Bezugszeichen Verwendung. Die Anordnung der Ventilnadel entspricht im wesentlichen den vorigen Beispielen. Der im Brennstoffvorlageraum 33 unter konstantem Druck anstehende Brennstoff übt über die motorseitige Arbeitsfläche 36 der Ventilnadel 35 eine in Öffnungsrichtung gerichtete Kraft auf die Ventilnadel 35 aus. Die Ventilnadel ist vom Steuerkolben belastet, der hier etwa im mittleren Bereich seiner axialen Erstreckung in einem von der Ventilnadel zugewandten Arbeitsfläche 75 begrenzten hydraulischen Arbeitsraum 76 arbeitet. Infolgedessen läßt sich durch die Hydraulikflüssigkeit im Arbeitsraum 76 eine ebenfalls in Öffnungsrichtung der Ventilnadel 35 gerichtete Kraft erzeugen. Mit einem oberen Ansatz 77 taucht der Steuerkolben 37 in einen Druck-

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raum 78 ein, der von Arbeitsflächen 79 des Ansatzes 77 begrenzt wird. Im Druckraum 73 steht wie im Brennstoffvorlageraum 33 dem Hochdruckspeicher 1 entnommener Brennstoff unter konstantem Druck an und erzeugt eine in Schließrichtung der Ventilnadel 35
wirkende Kraft. Gemäß der Erfindung ist die Flächenausdehnung der Arbeitsflächen 36 und 76 zusammen größer, einzeln jedoch kleiner als die der Arbeitsflächen 795 wenn Brennstoffdruck als oberer
Grenzwert für den möglichen Druck im Druckraum 75
angenommen wird. Dies hat zur Folge, daß dann, wenn der Druckraum 75 belastet ist, die Öffnungskraft und dann, wenn er entlastet ist, die Schließkraft überwiegt. Es wäre jedoch auch eine Ausführung denkbar, bei der die Arbeitsflächen 76 eine in Schließrichtung gerichtete Kraft ergeben. Hier müßte dann so
bemessen werden, daß die Flächeneinzelwerte von 76 und 79 zwar für sich kleiner, zusammen aber größer sind als die von 36. Diese Variante würde dann die Belastung des Druckraums 75 und ein Schließen der
Ventilnadel 35 bewirken.

Die taktmäßige Be- und Entlastung des Druckraums wird im gezeichneten Beispiel mittels eines seitlich am Einspritzventil 10 befestigten elektromagnetischen Ventils 14- bewirkt, das den erfindungsgemäßen hydraulischen Steuerkreis steuert. Der Druckraum 75 ist
hierzu über eine Druckbohrung 80 mit dem elektromagnetischen. Ventil 14, etwa den oben beschriebenen
Schaltnuten, verbunden. Die Steuerflüssigkeit wird wie oben über die Vorlaufleitung 22 aus dem Druckbehälter 18 herangeführt und über die Rücklaufleitung 23 zurücktransportiert.

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Infolge des sowohl bei 36 als auch 79 wirkenden konstanten Brennstoffdrucks läßt sich durch geeignete Abstimmung der Flächen leicht ein Kräfteverhältnis erreichen, bei dem schon eine relativ schwache Differenzkraft bei 76 genügt, um einen Schaltvorgang der Ventilnadel 35 einzuleiten. Dies hat den Vorteil, daß der Druck im hydraulischen Steuerkreis sehr klein gehalten werden kann, was sich günstig auf die Ansprechzeiten auswirkt und zusätzliche Einrichtungen erübrigt. Es wäre auch denkbar, den Druck raum 78, in dem günstigerweise keine taktmäßigen Druckschwankungen notwendig sind, an eine andere Druckquelle als den Hochdruckbehälter 1 anzuschließen, beispielsweise an den Druckbehälter 18. Die Verwendung des Brennstoffdrucks gewährleistet hier jedoch einen konstant hohen Druck und ist zudem die Ausnutzung einer billigen Energiequelle.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß den gezeichneten und beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhafter Charakter zur Erklärung der Erfindung zukommt. Zum Beispiel ist anstelle der gezeigten Servoventile zur Bildung des elektromagnetischen Ventils auch ein Hubmagnet denkbar. Dem Fachmann stehen jedoch darüber hinausgehend vielfache Möglichkeiten zur Verfügung durch Wahl äquivalenter Mittel oder Anwendung anderer Kombinationen der angegebenen Lösungsmittel den Erfindungsgedanken auszugestalten, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

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Ansprüche

Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer einen konstanten hohen Brennstoff druck in einem Speicher liefernden Brennstoffpumpe, mit BrennstoffZuleitungen vom Speicher zu den Brennstoffvorlageräumen an den Ventilnadeln der Einspritzventile und mit einer von einem maschinensynchron angetriebenen Geber betätigten, einen hydraulischen Steuerkreis umfassenden Steuereinrichtung, mit der taktmäßig ein Steuerkolben jedes Einspritzventiles zum Betätigen der Ventilnadel bewegbar ist, an welcher der im Vorlageraum anstehende Brennstoffdruck in Öffnungsrichtung angreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung mindestens ein von einem elektrischen Geber (25) angesteuertes elektromagnetisches Ventil (14-) umfaßt, mit dem der Zylinderraum (39; 75) des Steuerkolbens (37) wechselweise an eine Hydraulikflüssigkeit konstanten Drucks enthaltende Druckleitung (4-0; 22) oder eine Entlastungsleitung (4-1; 23) anschließbar ist.
2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des oder der elektromagnetischen Ventile (14·) gesteuerte hydraulische Steuerkreis (22, 23, 80) unmittelbar an den Zylinderraum (75) cLes Steuerkolbens (37) gelegt ist.

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3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des oder der elektromagnetischen Ventile (14) gesteuerte hydraulische Steuerkreis (22, 23, 5^, 55) zwei gegenläufig bewegbare Ventile (44, 45) zur Betätigung eines hydraulischen Zusatzsteuerkreises (40, 41) hohen Drucks umfaßt, der an den Zylinderraum (39) des Steuerkolbens (37) gelegt ist.
4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Steuerkreis einen Speicher (18) umfaßt, dem eine Pumpe (16) zur Aufrechterhaltung eines konstanten Flüssigkeitsdrucks vorgeschaltet ist.
5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (40) des Zusatzsteuerkreises an den Brennstoffspeicher (1) gelegt ist.
6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum (39) des Steuerkolbens (37) an der der Ventilnadel (35) abgewandten Seite des Steuerkolbens (37) vorgesehen ist und die zur Bewegung des Steuerkolbens (37) in Schließrichtung wirksame Fläche (38) größer als die in Gegenrichtung wirksame, vom Vorlageraum beaufschlagte Fläche (36) der Ventilnadel (35) bemessen ist.

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7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum (75) an der der Ventilnadel (35) zugewandten Seite des Steuerkolbens (37) vorgesehen ist, das gegenüberliegende Ende des Steuerkolbens (37) in einen an den Brennstoffspeicher (1) angeschlossenen Druckraum (78) eintaucht und die in Öffnungsrichtung wirksamen Flächen (36) der Ventilnadel (35) und des Steuerkolbens (37) einzeln kleiner zusammen aber größer als die in den Druckraum (78) eintauchende Fläche (79) des Steuerkolbens (37) bemessen sind.
8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein gesondertes elektromagnetisches Ventil (14-) zum Öffnen und Schließen der zum Zylinderraum (39) des Steuerkolbens (37) führenden Druckleitung (4-0) einerseits und hiervon wegführenden Entlastungsleitung (4-1) andererseits vorgesehen sind.
9· Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Einspritzventil (10) den Steuerkolben (37) und gegebenenfalls die Ventile (44-, 4-5) für den hydraulischen Zusatzsteuerkreis aufnimmt und mit dem oder den elektromagnetischen Ventilen (14-) zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist.
10. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Steuereinrichtung einen dem Geber (25) nachgeschalteten Regler (24) zur Berücksichtigung von weiteren die Einspritzdauer beeinflussenden Werten, wie Belastung der Brennkraftmaschine, vorgesehene Brennstoffmenge, aufweist.
11. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im hydraulischen Steuerkreis (22, 23, 54, 55) ein Schieber (50) des el ektromagent i sehen Ventils (14) angeordnet ist, der mittels eines elektromagentisch gesteuerten, hydraulischen Stellkreises (61, 62) betätigbar ist.

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