DE2758458A1

DE2758458A1 - Vorrichtung zur veraenderung des einspritzmoments eines kraftstoffeinspritzers fuer eine verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2758458A1
Application number: DE19772758458
Authority: DE
Inventors: Julius P Perr
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1976-12-30
Filing date: 1977-12-28
Publication date: 1978-07-13
Also published as: GB1591578A; SE433762B; ES465564A1; JPS53105631A; BR7708751A; IN149551B; CA1086588A; AU499638B1; SE7714879L; JPS6149500B2; DE2758458C2; MX146686A; FR2376297A1; FR2376297B1

Description

27.Ö9Z.1977

C 947/77

In der US-PS 3 951 117 ist ein Kraftstoffzufuhrsyetem beschrieben» welches Kraftstoffeinspritzer für eine Verbrennungskraftmaschine umfaßt. Sie Einspritzer umfassen Mittel zum Verändern der Zeitsteuerung des Beginne des Elnspritzens von Kraftstoff in die Verbrennungskammern der Maschine» wobei die Zeitsteuerung durch eine unbegrenzte Zahl von Stufen variiert werden kann.

Die in der vorgenannten Patentschrift beschriebenen Binspritzer arbeiten derart» daß die Einspritzung abgebrochen wird» wenn sich ein bewegliches Teil verschiebt und einen Überlaufkanal öffnet. Diese Methode zur Beendigung der Einspritzung besitzt die Nachteile» daß der Einspritzdruck verlorengeht» sobald sich der Oberlaufkanal öffnet» und daß der Zeitpunkt der Beendigung der Einspritzung nicht leicht eingestellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde» einen verbesserten» variablen Zeitsteuerungemechanismus (timing mechanism) für einen Kraft stoff-bzw. Brennstoffeinspritzer zu schaffen» welcher die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung gesohaffen» die für den Einsatz in einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen 1st» welche einen Einspritzer mit einem beweglichen Plunger und einen Antriebsmechanismus für den Plunger umfaßt. Sie Vorrichtung umfaßt ferner bewegliche Kolben» die zwischen dem Antriebsmechanismus und dem Plunger verbunden sind und zwischen einander eine Zeitsteuerungekammer (timing chamber) bilden. Ein Volumen eines Zeitsteuerungs-

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fluids (timing fluid) wird in die Zeitsteuerungekammer zugemessen und bildet eine hydraulische Verbindung zwischen den Kolben, wobei die Größe des Zeitsteuerungsfluidvolumens die Länge der Verbindung und den Anfangszeltpunkt der Einspritzung bestimmt. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin Druckminderungsmittel für die Freigabe mindestens eines Teils des Zeitsteuerungsfluidvolumens, wenn der Druck in der Zeitsteuerungskammer einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Die nachstehende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erlaubt eine Präzisierung der Erfindungsaufgabe und läßt die Vorteile der Erfindung erkennen.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Einspritzer, der eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen variablen Zeitsteuerungsmechanismus umfaßt;

Figur 2 und 3 sind Teilansichten eines Teils des in Figur 1 dargestellten Einspritzers und zeigen verschiedene Stellungen der Teile des Zeitsteuerungsmechanismus;

Figur 4 veranschaulicht in entsprechender Weise wie Figur 1 eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform; und

Figur 5 und 6 entsprechen Figur 2 und. 3, veranschaulichen jedoch andere Stellungen einiger Teile des in Figur 4 dargestellten Einspritzers.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine, welche von herkömmlicher Bauart sein kann. Die Verbrennungskraftmaschine, in welcher die Vorrich-

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tung eingesetzt werden kann» ist beispielsweise ein Verdichtungszündungs- oder Dieselmotor mit hin- und hergehendem Kolben. Die Vorrichtung umfaßt einen Einspritzer 10» einen Antrieb 11 für die periodische Betätigung des Einspritzers zum Einspritzen von Kraftstoff» einen zwischen dem Antrieb 11 und dem Einspritzer 10 angeordneten Zeitsteuerungsmechanismus 12, ein Kraftstoffzufuhrsystem 13 und einen Abfluß 14.

Der Antrieb 11 umfaßt einen Nocken 16» der an einer normalerweise durch die Kurbelwelle der Maschine angetriebenen Nockenwelle 17 befestigt ist und mit dieser Welle rotiert. Der Nocken 16 umfaßt einen Abschnitt 18 mit positiver oder zunehmender Neigung und einen Abschnitt 19 mit negativer oder abnehmender Neigung» welche Abschnitte einen hohen Bogen des Nockens mit einem niedrigen Bogen verbinden. Eine Mitnehmerrolle 21 reitet auf der Außenfläche des Nockens 16 auf. Die Rolle 21 ist über einen Stößel 22 mit dem einen Ende eines Kipphebels 23 verbunden. Das andere Ende des Kipphebels 23 ist mit einem Verbindungsglied 24 verbunden. Der Kipphebel 23 ist drehbar über eine Schaukelwelle 26 am Kopf der Maschine angebracht.

Der Einspritzer 10 gehört dem in der US-PS 3 831 846 beschriebenen Typ an. Kurz gesagt» umfaßt der Einspritzer 10 ein Putter (barrel) 31» ein am oberen Ende des Futters 31 angebrachtes Übergangsstück 32» eine am unteren Ende des Putters 31 angeordnete Kalotte oder Düse und eine Hülse 34» welche die vorgenannten Einspritzerteile in dichter Anordnung zusammenhält. Im Verbindungsstück 32» im Zylinder 31 und in der Kalotte bzw. Düse 33 ist eine Hubbohrung 36 für einen darin angeordneten Plunger 37 ausgespart. In dem in der Kalotte 33 befindlichen Abschnitt der Bohrung ist ein Düsenventil 38 angebracht» welches wie gemäß der vorgenannten US-PS 3 831 846 das Strömen des Kraftstoffs von einer Einspritζer-Kraftstoffkammer durch Zerstäubungsöffnungen 39 in eine Verbrennungskammer der Maschine regelt.

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Ein Kraftstoffzufuhrkanal 41 ist im .Übergangsstück 32 und im Zylinder 31 ausgebildet und durch geeignete Anschlüsse dafür eingerichtet, Kraftstoff von einer Kraftstoffquelle 13 und einer Zufuhrleitung 42 aufzunehmen. Diese Kraftstoff quelle 13 ist vorzugsweise ein mit variablem Druck arbeitendes System des in der US-PS 3 159 152 beschriebenen Typs. Während des Betriebs der Maschine strömt Kraftstoff von der Quelle 13 über die Leitung 42, den Zufuhrkanal 41» ein (in der vorgenannten US-PS 3 831 846 beschriebenes) Rückschlagventil, einen weiteren Zufuhrkanal 43 und eine Dosieröffnung 44 in eine Einspritzer-KraftStoffkammer, in welcher das Düsenventil 38 angebracht ist. Im Putter 31 und im Übergangsstück 32 sind ferner zwei Abflußleitungen 46 und 47 ausgebildet, welche die Bohrung 36 mit dem Abfluß 14 verbinden. Eine vollständige Beschreibung der Bau- und Arbeitsweise des Einspritzers findet sich in der US-PS 3 831 846.

Der Plunger 37 umfaßt einen unteren Teil 51 und einen rohrförmigen oberen Teil 52, der am oberen Ende des unteren Teils 51 befestigt 1st. Ferner umfaßt der Einspritzer eine Stange 53, welche sich durch den rohrförmigen oberen Teil 52 erstreckt und das obere Ende des unteren Teils 51 erfaßt. Mit dem oberen Ende des oberen Teils 52 ist eine Beilagscheibe 54 verbunden. Eine den oberen Teil 52 spiralförmig umschließende Rückholfeder 56 ist zwischen der Beilagscheibe 54 und einem am Übergangsstück 32 ausgebildeten Absatz 57 angebracht. Wie in der US-PS 3 831 beschrieben, ist der Plunger 37 alternierend in einem Einspritz- und Rückholhub verschiebbar. In der aus Figur 1 ersichtlichen Stellung des Plungers 37 hat dieser gerade den Einspritzhub beendet und befindet sich in der unteren Stellung. Die Verschiebung des Plungers 37 im Einspritzhub findet statt, wenn der Nocken 16 rotiert und der eine positive Neigung aufweisende Abschnitt 18 unter die Nocken-

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Mitnehmerrolle 21 gelangt und den Kipphebel 23 veranlaßt» sich im Uhrzeigersinn zu drehen (vgl. Fig. V). Wenn der Nocken 16 bis zu der Stelle rotiert» wo der eine negative Neigung aufweisende Abschnitt 19 des Nockens 16 unter die Mitnehmerrolle 21 gelangt» kann sich der Kipphebel 23 entgegen dem Uhrzeigersinn drehen. Die Rückholfeder 56 verschiebt den Plunger 37 dann aufwarte zu der aus den Figuren 2 und 3 ersichtlichen Rückholetellung. In der unteren Stellung erfaßt die Beilagscheibe 54 die obere Endfläche 58 des Übergangsstücks 32. Sie Endfläche 58 bildet einen unteren Anschlag bzw. Halt für den Einspritzer. In der Rückholstellung erfaßt die Beilagscheibe 54 die untere Fläche 59 eines Zeiteteuerungegehäueee 60; die Fläche 59 bildet einen oberen Anschlag bzw. Halt für den Einspritzer.

Der Zeitsteuerungsmechänismus 12 umfaßt das Gehäuse 60» welches gewindemäßig mit einer am oberen Ende des Übergangsstücks 32 befestigten Buchse 61 verbunden ist. Das Gehäuse 60 weist eine zylindrische Bohrung 63 auf, in der ein oberer Kolben 64» ein unterer Kolben 66 und ein Zeitsteuerungskolben 67 verschiebbar angebracht sind. Der obere Kolben 64 besitzt die Form einer umgekehrten Kalotte. Eine gewölbte Auskehlung 68 in der Mitte der oberen Fläohe des Kolbens 64 nimmt das untere Ende des Verbindungsglieds 24 auf. Der untere Kolben 66 besitzt ebenfalls eine Kalottenform; eine in der Mitte der unteren Fläche des Kolbens 66 befindliche» gewölbte Auskehlung 69 nimmt das obere Ende der Stange 53 auf. .Der Zeitsteuerungskolben 67 ist zwischen dem oberen Kolben 64 und dem unteren Kolben angeordnet und besitzt ebenfalls die Form einer umgekehrten Kalotte. Zwischen dem Zeitsteuerungskolben 67 und dem unteren Kolben 66 befindet sich eine Zeitsteuerungefeder 71 (Spiraldruckfeder)» welche die beiden Kolben 66 und 67 auseinanderpreßt. Die Zeitsteuerungsfeder 71 ist in den Hohl-

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räumen der Kalotten der beiden Kolben 66 und 67 angebracht.

Am Zeitsteuerungskolben 67 sind Druckminderungsmittel in Form eines federbelasteten Ventils angebracht, welches eine Kugel 72 umfaßt, die sich an der unteren Seite einer Öffnung 73 befindet, welche im allgemeinen in der Mitte der oberen Fläche des Zeitsteuerungskolbens 67 ausgebildet ist. Eine Spiraldruckfeder 74 ist in einer Federhülse 76 angebracht; durch ihre Kraft wird die Kugel 72 gegen die Öffnung 73 gedrückt, wodurch das Strömen von Fluid durch die Öffnung 73 verhindert wird. Die Federhülse 76 ist im allgemeinen rohrförmig und weist ein geschlossenes unteres Ende 77 auf, welches die Feder 74 trägt. Das obere Ende der Federhülse 76 ist über ein Gewinde 78 mit dem oberen Kolben 67 verbunden. In der Wand der Federhülse 76 sind Fließkanäle 79 ausgebildet. Die Druckfeder 74» die als Entlastungsfeder bezeichnet werden kann, ist derart vorbelastet, daß die Kugel 72 normalerweise die Öffnung 73 abdichtet, sich jedoch bewegt und das Strömen von Fluid durch die Öffnung 73 (nur dann) gestattet, wenn der Fluiddruck oberhalb der Öffnung 73 einen vorbestimmten Wert überschreitet. Der zum Freimaohen der Öffnung erforderliche Druck des Zeitsteuerungsfluids ist eine Funktion der Vorbelastung der Entlastungsfeder 74 und der dem Fluid ausgesetzten Fläche der Kugel 72.

Das Gehäuse 60 des Zeitsteuerungemechanismus 12 beinhaltet ferner einen Zufuhrkanal 86, der sich von der Bohrung 63 zu einer mit einem Innengewinde versehenen Öffnung 87 erstreckt. In die Öffnung 87 ist eine Kupplung 88 eingeschraubt, die einen Nippel 89 mit dem Gehäuse verbin-* det, so daß eine Quelle 91 für ein Zeitsteuerungsfluld (Figur 1) für die Zufuhr des Zeitsteuerungsfluids zum Zufuhrkanal 86 angeschlossen werden kann. Im Zufuhrkanal 86

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1st ein federbelastetes Rückschlagventil 92 angebracht, welches das Strömen des Zeitsteuerungsfluids vom Nippel 89 ausschließlich in Richtung der Bohrung 63 gestattet.

Die Zeitsteuerungsfluidquelle 91 (Figur 1) ist vorzugsweise zur Variierung der Einspritzsteuerung einstellbar» wie nachstehend erläutert wird. Nach Bedarf kann an die Zeitsteuerungsfluldquelle 91 ein auf die Maschinendrehzahl ansprechender Mechanismus (allgemein angezeigt durch das Bezugszeichen 93)» mit dessen Hilfe der Zeitsteuerungsfluiddruck automatisch in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl varrliert werden kann» und/oder ein auf die Maschinenbelastung ansprechender Mechanismus (allgemein angezeigt durch das Bezugszeichen 94)» mit dessen Hilfe der Druck des Zeitsteuerungsfluids in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung verändert werden kann» angeschlossen sein. Ein eine Kraftstoffquelle umfassendes System» bei dem der Druck auf die Maschinendrehzahl oder -belastung anspricht» ist in der US-PS 3 951 117 beschrieben.

Der Zufuhrkanal 86 mündet an einer Öffnung 96» welche sich im vorliegenden Beispiel nahe am Zeitsteuerungskolben 67 befindet» in die Bohrung 63. Die Peripherie des Zeitsteuerungskolbens 67 weist eine ringförmige Auskehlung 97 auf» so daß die Außenfläche des Zeitsteuerungskolbens die Öffnung 96 nicht blockieren oder verschließen kann.

Das Gehäuse 60 umfaßt ferner einen Rücklaufkanal 101» welcher von der Bohrung 63 zu einer mit Innengewinde versehenen Öffnung 102 führt. Eine weitere Kupplung 103 ist in die Öffnung 102 eingeschraubt und befestigt einen weiteren Nippel 104 am Gehäuse 60. Der Kanal 101 bildet an der Stelle seiner Mündung in die Bohrung 63 eine Öffnung 106» die sich nahe dem oberen Ende der Seitenwand des unteren Kolbens 66 befindet. Die Oberkante des unteren Kolbens 66

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und die Unterkante des Zeitsteuerungskolbene 67 besitzen Auskehlungen oder Ausschnitte bei 108» so daß diese XoIben die Öffnung 106 nicht bedecken und verschließen können. Der vertikale Abschnitt des Rücklaufkanalβ 101 wird durch Ausbohren eines Kanals vom oberen Ende des Gehäuses 60 erzeugt und naoh dem Ausbohren des Kanals wird ein Stöpsel 109 in das äußere Ende des ausgebohrten Kanals eingefügt» um den Kanal zu verschließen.

Im Gehäuse 60 können auch Leckage-Rücklaufkanäle ausgebildet sein» die zum Rücklaufkanal 101 führen. Ein Leckage-RUcklaufkanal 111 verläuft vom unteren Ende des Abflußkanals 101 zu einer Ringnut 112» die in der dem unteren Ende des unteren Kolbens 66 benachbarten Fläche der Bohrung 65 ausgebildet ist. Inder Außenfläche bzw. Peripherie des unteren Kolbens 66 sind mehrere Ringnuten 113 ausgebildet» deren Punktion in einer Schmierung der angrenzenden Flächen besteht. Jegliches zwischen den angrenzenden Fläohen des Kolbens 66 und dem Gehäuse 60 nach unten sickernde Fluid wird in der Ringnut 112 aufgefangen und über den Leckage-Rücklaufkanal 111 zur Rücklaufleitung 101 transportiert.

Sine ähnliohe Leckage-Rücklaufanordnung ist für den oberen Kolben 64 vorgesehen. Ein weiterer Leckage-RUcklaufkanal 1J6 1st im Gehäuse 60 ausgebildet und führt vom Rüoklaufkanal 101 zu einer Ringnut 117 innerhalb der Fläche der Bohrung 63t die dem oberen Ende der Bohrung benachbart ist. In der Peripherie des Kolbens 64 sind Ringnuten 118 ausgebildet. Jegliche Leckage wird in der Nut 117 aufgefangen und zum Kanal 101 zurückgeführt. Der Rücklaufkanal 101 ist durch den Nippel 104 mit einem Abfluß 119 (vgl. Figur 1) verbunden; der Abfluß 119 und der Kanal 101 stehen vorzugsweise unter Atmosphärendruck.

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Sie Stellung der in Figur 1 gezeigten Teile ver-

anschaulicht die Verhältnisse am Ende des Einspritzhubes, wenn eioh der Plunger 37 in der unteren Stellung befindet. Figur 2 zeigt die Stellungen der Teile* wenn der Plunger 37 gerade eur Rttckholetellung zurückgekehrt ist und der Beginn der Dosier- bzw. Zumeßperlode des Zeitsteuerungsfluids ansteht. Figur 3 zeigt die Positionen der Teile am Ende der Zumessung des Zeitsteuerungsfluids unmittelbar vor' dem Beginn, des Einspritzhubee. Während des Rückholhubes schiebt die Rückholfeder 56 des Binspritzers 10 die den Plunger 37 mit sich führende Beilagscheibe 54 so weit nach oben» bis die obere Fläche der Beilagscheibe am oberen Halt 59 anschlägt. Wenn sich die Beilagscheibe 54 aufwärts bewegt» verschiebt die Stange 53 den unteren Kolben 66 nach oben» und die Zeitsteuerungefeder 71 verschiebt den Zeltsteuerungskolben 67 nach oben zum Eingriff mit dem oberen Kolben 64* Die Zeiteteuerungsfeder 71 1st stark genug» um die Kolben 67 und 64 nach oben und den Einspritzer-Antriebszug in die in Figur 2 gezeigten Stellungen zu verschieben. Das obere Ende des Zeitsteuerungekolbens 67 erfaßt das untere Ende des oberen Kolbens 64. Von der Quelle 91 fließt das Zeit-Bteuerungsfluid durch den Nippel 89» das Rückschlagventil 92 und die Auskehlung 97 in eine zwischen dem oberen Kolben 64 und dem Zeitsteuerungskolben 67 ausgebildete Zeltet euerungskammer. Wenn das Zeitsteuerungsfluld in die Zeltsteuerungskammer einströmt, bildet es ein Zeitsteuerungsvolumen; der Druck ist hoch genug» um den Zeitsteuerungskolben 67 gegen die Kraft des Zeltsteuerungskolbens 71 nach unten zu drüoken. Der Druck des' Zeitsteuerungsfluids ist jedoch geringer als jener Druck» der für die Öffnung des durch die Kugel 72 und die öffnung. 75 gebildeten Entlastungsventil β erforderlich ist. Wenn das Zeitsteuerungsfluld in die Zeitsteuerungskammer zugemessen wird» verschiebt sich der ZeitSteuerungskolben 67 so lange nach unten (vgl. Fig.3)» bis die Kraft des Zeitsteuerungsfluids die Kraft der Zeit-

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steuerungsfeder 71 ausgleicht. Sas Ausmaß der gegenüber dem Zeitsteuerungskolben 67 ausgeübten Kraft des Zeitsteuerungsfluide ist eine Punktion des Zeitsteuerungsfluiddrucks und der Fläche der oberen Oberfläche de s Zeit Steuerungskolbens Der Druck des Zeiteteuerungsfluids und die Kraft der Zeitsteuerungsfeder 71 werden so gewählt» daß der Kolben 67 um einen Betrag nach unten verschoben wird» der für die Erzielung des gewünschten Anfangezeitpunkts der Einspritzung notwendig ist. Während der Zumessung des Zeitsteuerungsfluide in die Zeitsteuerungskammer 121 füllt das Fluid auch den Raum zwischen dem Zeitsteuerungskolben 67 und dem unteren Kolben 66. Wenn eich der Zeitsteuerungskolben 67 nach unten verschiebt» wird eine gewisse Menge des Fluids vom Raum zwischen den beiden Kolben 66 und 67 durch die öffnung 106 und den Rücklaufkanal 101 aus der Bohrung 63 herausgedrückt.

Während der Zumessung des Zeitsteuerungsfluids in die Zeitsteuerungskammer 121 wird ferner Kraftstoff in die im Einspritzer 10 rings, um das Düsenventil 38 ausgebildete Kraftstoffkammer zugemessen» wie in der vorgenannten US-PS 3 831 846 näher erläutert wird.

Am Ende der Zumessung des Zeiteteuerungsfluids wird der Zeitsteuerungskolben 67 nach unten verschoben (vgl. Figur 3) und das Rückschlagventil 92 wird verschlossen. Zu Beginn des Einspritehubes befindet sich der Nocken 16 in jener Position» bei der der eine positive Neigung aufweisende Abschnitt 18 unter die Nocken-Mitnehmerrolle 21 gelangt und den Stößel 22 nach oben sowie das Verbindungsglied 24 nach unten drückt. Der auf das Verbindungs- glied 24 und den oberen Kolben 64 einwirkende, nach unten gerichtete Druck bewirkt» daß auf das Zeitsteuerungsfluidvolumen in der Zeitsteuerungskammer zwisohen den Kolben

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und 67 Druck auegeübt wird» welcher das Rückschlagventil 92 schließt und das Zeitsteuerungefluidvolumen in der Zeitsteuerungskammer einschließt.

Die beiden Kolben 64 und 67 werden dann mit dem Zeitsteuerungsvolumen in der Zeitsteuerungskammer 121 nach unten verschoben» wobei das Zeitsteuerungsvolumen eine hydraulische Verbindung zwischen den Kolben 64 und 67 bildet. Die Länge der hydraulischen Verbindung wird duroh das Volumen des Zeitsteuerungsfluids bestimmt» welches seinerseits eine Funktion des Drucks des Zeitsteuerungefluids von der Quelle 91 her ist. Sin gewisser Anteil des Zeit* steuerungsfluids im Raum wischen dem unteren Kolben 66 und dem Zelteteuerungskolben 67 wird durch die Auskehlungen 108 aus diesem Raum und aus dem Rücklaufkanal 101 herausgedrückt» bis das untere Side.des Zeitsteuerungskolbens 67 das obere Ende des unteren Kolbens 66 erfaßt (vgl. Fig. 1). Anschließend bewegen sioh die drei Kolben 64» 66 und 67 sämtlich gemeinsam nach unten. Durch die Verschiebung der drei Kolben werden die Stange 53 und der Plunger 37 nach unten gedrückt» und es kommt zur Einspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammer der Masohlne. Die Einspritzung wird während der Abwärtsbewegung der drei Kolben und des Plungers fortgesetzt» bis die Einspritzung duroh das Düsenventil 38 unterbrochen wird (vgl. die TJS-PS 3 831 846). Nachdem das Düsenventil die Einspritzung beendet hat, bewegen sich die drei Kolben für eine kurze Strecke bzw. einen "Überlauf* welter abwärts» bis die Beilagscheibe 54 am unteren Halt 58 anschlägt (vgl. Fig. 1). An dieser Stelle können sich die Beilagscheibe 54» die Stange 53» der untere Kolben 66 und der Zeitsteuerungskolben 67 nicht mehr nach unten bewegen» und die Nooken-Mitnehmerrolle 21 befindet sich nahezu am oberen Ende des eine positive Neigung aufweisenden Abschnitts 18. Der obere Kolben 64 verschiebt sich weiter nach unten» bis sich die

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Rolle 21 am Oberteil dee positiv geneigten Abschnitte befindet, was zur Folge hat, daß in der Zeitsteuerungskammer ein hoher Zeitsteuerungsfluiddruck; herrscht.

Dieser hohe Druck reicht zur Überwindung der Vorbelastung der Entlastungsfeder 74 aus und die Kugel 72 wird von ihrem Sitz abgehoben und macht die Öffnung 73 frei (vgl. Fig. 1). Ein Teil des in der ZeitSteuerungskammer befindlichen Zeitsteuerungsfluidvolumens fließt dann durch die Öffnung 73» aus den Kanälen 79 und durch die Auskehlungen 108 und den Rücklaufkanal 101, bis die Nocken-Mitnehmerrolle die Oberseite des positiv geneigten Abschnitts 18 erreicht. Obwohl das Fluid aufhört, aus der Zeitsteuerungskammer herauszuströmen, wird in der Zeitsteuerungskammer ein Druck am Wert der Vorbelastung der Feder 74 aufrechterhalten, wodurch der Druck gegenüber dem Plunger 37 und dem Düsenventil beibehalten wird, bis sich der Nocken 16 bis zu jener Stelle gedreht hat, bei der sich die Mitnehmerrolle 21 längs des negativ geneigten Absohnltts 19 nach unten bewegt. Wenn die Kolben 64 und durch die Feder 71 voneinander getrennt werden, wird eine gewisse Menge des Zeitsteuerungsfluids in den Raum zwischen den Kolben 64 und 67 vom Rücklaufkanal 101 hineingesogen. Der vorstehend beschriebene Vorgangszyklus wiederholt sich dann.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß sich der Plunger 37 abwärts zu.bewegen beginnt, wenn der untere Kolben 66 vom ZeitSteuerungskolben 67 erfaßt wird. Dieser'Vorgang hängt vom Volumen des Zeitsteuerungsfluids in der Zeltsteuerungskammer ab, welches die Länge der hydraulischen Verbindung zwischen den Kolben 64 und 67 bestimmt. Der Anfangezeitpunkt der Einspritzung ist somit eine Funktion der Menge des Zeitsteuerungsfluids in der Zeitsteuerungskammer» welche durch den von der Quelle 91

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stammenden Druck des Zelteteuerungefluids geregelt wird. Der Druckbereich und die Kraft der Feder 71 werden so gewählt» daß der gewünschte Anfangszeitpunkt der Einspritzung erzielt wird. Dieser Zeltpunkt kann natürlich leicht durch Variierung des Drucks des Zelteteuerungsfluids von der Quelle 91 eingestellt werden. Man kann Mittel vorsehen» mit deren Hilfe der Druck automatisch in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und/oder -belastung verändert werden kann. In der US-FS 3 351 288 sind geeignete Mechanismen zum Erzeugen von Maschinendrehzahl- und -belastungssignalen beschrieben.

Der Endzeitpunkt der Einspritzung wird durch die Bauweise des Düsenventils und der übrigen Einspritzerteile bestimmt (vgl. die US-PS 3 831 .846). Der Druck auf den Kolben 37 wird nach dem Ende der Einspritzung aufrechterhalten. Dieser Druck wird durch die Eigenschaften der Entlastungsfeder 74 und die Größe der Öffnung 73 bestimmt; diese Paktoren können natürlich so gewählt werden» daß der gewünschte Druckwert erzielt wird.

Die Figuren 4» 5 und 6 veranschaulichen eine andere Form des Zeltsteuerungsmechanismue sowie eine andere Einspritzerform. Man kann jedoch auoh den in Flg. 1 bis dargestellten ZeitSteuerungsmechanismus mit dem in Fig. 4 bis 6 dargestellten Einspritzer verwenden» und ebenso kann der Zeitsteuerungsmechanismus von Fig. 4 bis 6 mit dem Elnspritzer von Flg. 1 bis 3 eingesetzt werden. Die in Flg. 4 und 5 dargestellte Bauweise umfaßt einen Antrieb» der einen Nooken 131» einen Mitnehmer 132» einen Stößel 133» einen an einer Schaukelwelle 136 beweglichen Kipphebel 134 und ein Verbindungsglied 137 aufweist. Der Zeltsteuerungsmechanismue 138 ist wiederum zwischen dem Verbindungsglied 137 und dem ■ Plunger 139 eines Einspritzen 141 angebracht. Der Einspritzer 141 gehört dem in der USrPS 3 351 288 beschriebenen

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Typ an. Kurz gesagt, umfaßt der Einspritzer 141 den Plunger 139, der in einer in einem Putter 143 ausgesparten Hubbohrung 142 verschiebbar ist, eine Kalotte 144 und ein Übergangsstück 1461 eine Hülse 147 hält die Teile 143» 144 und 146 zusammen. Im Übergangsstück 146 und im Futter 143 ist ein Kraftstoffzufuhrkanal 148 auegebildet, der Kraftstoff unter variablem Druck in eine im unteren Ende der Hubbohrung 142 ausgebildete Kraftstoffaufnahmekammer 145 einspeist. In den Einspritzerteilen ist ferner ein Rücklaufkanal 149 für die Rückführung des Kraftstoffs zu einem Vorrat oder Abfluß ausgebildet. Zwischen dem Übergangsstück 146 und einer am oberen Ende des Plungers 139 befestigten Beilagscheibe 152 ist eine Rückholfeder 151 angebracht, welche den Plunger 139 während des Rückholhubes nach dem Einspritzhub nach oben verschiebt.

Der Zeitsteuerungsmechanismus 138 ist mit dem Einspritzer durch eine Buchse 156 verbunden,. welche am oberen Ende des Übergangsstücks 146 befestigt und gewindeförmig mit dem unteren Ende eines Gehäuses 157 für den Zeitsteuerungsmechanismus 138 verbunden ist. Das Zeitsteuerungsmechanismusgehäuse 157 weist einen Fluidzufuhrkanal 158 auf, welcher sich von einer Bohrung 159 zu einer Kupplung 161 und einem Nippel 162 erstreckt. Im Zufuhrkanal 159 ist wiederum ein federbelastetes Rückschlagventil 163 angebracht, welches das Strömen des Zeitsteuerungeflulds vom Nippel 162 ausschließlich in Richtung der Bohrung 159 gestattet. Das Gehäuse 157 weist ferner einen Rücklaufkanal 164 auf, der sich von einer öffnung 165 au einer Kupplung 166 und einem Nippel 167 erstreckt. Der Nippel 167 führt zu einem Abfluß ähnlioh dem Abfluß 119. Der Nippel 162 ist an eine der Quelle 91 ähnliche Zeitsteuerungsfluidquelle mit variablem Druck anschließbar. Der Zeitsteuerungsmechanismus 138 umfaßt ferner einen unteren Kolben 171» einen Zeitsteuerungskolben 172 und einen oberen Kolben 173. Der untere

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Kolben 171 erfaßt das obere Bnde einer Stange 174» die sich zwischen dem unteren Kolben 171 und dem Plunger 139 erstreckt. Der obere Kolben 173 erfaßt das untere Ende des Verbindungsglieds 137· Der Zeltsteuerungskolben 172 1st zwischen dem unteren Kolben 171 und den oberen Kolben 173 angebracht. Sie drei Kolben 171* 172 und 173 sind verschiebbar in der Bohrung 159 des Gehäuses 137 angebracht. Der untere Kolben 171 1st im allgemeinen kalottenfSrmig und weist Auskehlungen oder Ausschnitte 176 auf» welche gewährleisten daß die Seitenwand des Kolbens 171 die öffnung 165 nicht bedeckt und blockiert. Der obere Kolben 173 besitzt im allgemeinen eine zylindrische» feste Form und weist eine Auskehlung 177 auf» welche sicherstellt» daß der Kolben 173 die Öffnung des Zufuhrkanals 158 nicht bedeckt und blockiert.

Der Zeitsteuerungekolben 172 hat im Querschnitt die Form des Buchstaben H. Das untere Ende der zylindrischen vertikalen Wand des Kolbens 172 erfaßt während des Einspritzlmbes das obere Ende der vertikalen Wand des Kolbens 171 (bzw. sitzt auf diesem Ende auf). Zwischen dem unteren Kolben 171 und dem Zeitsteuerungskolben 172 ist eine Zeitsteuerungsfeder 178 angebracht» deren oberes Ende das Querstück 179 des Zeiteteuerungskolbens 172 erfaßt. Der Zeitsteuerungskolben .172 umfaßt ferner Dxruokminderungsmittel in Form eines federbelasteten Kugel ventile» das eine Sntspannungsfeder 181 und eine Kugel,182 umfaßt» die sich am unteren Ende einer öffnung 183 befindet, welche in der Mitte eines oberen Teils bsw. Aufsatzes 184 ausgespart 1st» der einen Teil des Zeiteteuerungskolbens 172 bildet. Der Aufsatβ 184 erstreckt sich über das obere Ende der vertikalen Wand des ZeitSteuerungskolbens 172 und ist daran befestigt. Die Feder 181 drückt gegen die Kugel 182 und umgibt einen zentralen Vorsprung 186» welcher die Feder 181

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an Ort und Stellq hält. Die Kugel 182 dichtet normalerweise die öffnung 183 a"b, jedoch kann Zeitsteuerungsfluid von einer zwischen dem ZeitSteuerungskolben 172 und dem oberen Kolben 1,73 ausgebildeten Zeitsteuerungskammer 187 abfliessen, wenn der Druck in der ZeitSteuerungskammer 187 einen vorbestimmten Wert überschreitet. Das zur öffnung 183 gelangende Fluid strömt in den die Feder 181 umgebenden Raum, durch einen im Querstück des Kolbens 172 ausgebildeten Kanal 188 abwärts und aus der Gehäusebohrung 159 durch die Öffnung 165 und den Rücklaufkanal 164 heraus.

Figur 4 veranschaulicht die Stellungen der Teile am Ende des Einspritzhubes, wenn sich der Plunger 139 in der unteren Stellung befindet. Figur 5 zeigt die Stellungen der Teile am Ende des Rückholhubes, wenn sich die Teile in der Rückholposition befinden. Figur 6 zeigt die Positionen der Teile während der Zumessung des Zeitsteuerungsfluids.

Wenn man nun die Arbeitsweise des in Flg. 4 bis 6 dargestellten Mechanismus betrachtet, soll davon ausgegangen werden, daß die Teile die in Fig. 5 gezeigten Positionen einnehmen, wobei sich der Plunger in der Rückholstellung befindet und die Beilagscheibe 152 am oberen Halt 154 anschlägt. Die ZeitSteuerungsfeder 178 hat den Zeitsteuerungskolben 172 und den oberen Kolben 173 in die höchsten Stellungen verschoben, wo das Verbindungsglied 137 gegen den Kipphebel 134 gedrückt wird. Zeltsteuerungsfluid aus der Quelle strömt dann durch das Rückschlagventil 163 (vgl. Fig. 6) und gelangt in die Kammer 187» wodurch es den ZeitSteuerungskolben 172 nach unten bewegt. Das Zeitsteuerungsfluid strömt so lange In die Zeitsteuerungekammer 187» bis die Kraft des Zeltsteuerungsflulds In der Kammer 187 die Kraft der Zelteteuerungefeder 178 auegleicht. Der Wert der Fluidkraft ist wiederum eine Funktion des Zeit-

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steuerungsfluiddrucks in der Kammer 187 und der Fläche des oberen Endes des ZeitSteuerungskolbens 172.

Zu Beginn des Einspritzhubes hat sich der Nocken 131 bis zu jener Stelle gedreht» wo der positiv geneigte Abschnitt des Nockens 131 unter den Mitnehmer 132 gelangt» der Kipphebel 134 im Ohrzeigersinn gedreht wird und der obere Kolben 173 nach unten gedrückt wird. Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 173 wird das Zeitsteuerungsfluid in der ZeitSteuerungekammer 187 eingeschlossen» da der Druck das Rückschlagventil 163 verschließt. Natürlich ist der Druck nicht so hoch» daß er das durch die Kugel 182 und die Öffnung 183 gebildete Druckminderungsventil öffnet. Der obere Kolben 173» das Zeitsteuerungsfluidvolumen in der Zeitsteuerungskammer 187» welches eine hydraulische Verbindung bildet» und der Zeitsteuerungskolben 172 bewegen sich gemeinsam nach unten und drücken die Feder 178 zusammen» wenn eine gewisse Menge des Fluids in der die Zeitsteuerungsfeder 178 umgebenden Kammer aus dieser Kammer durch die Auskehlung 176 und den Rücklaufkanal 164 ausströmt» bis das untere Ende des Zeitsteuerungskolbens 172 das obere Ende des unteren Kolbens 171 erfaßt. Zu diesem Zeltpunkt bewegen sich die drei Kolben gemeinsam nach unten und drücken die Stange 174 und den Plunger 139 abwärts» wodurch es zur Kraftstoffeinspritzung kommt. Die Einspritzung findet so lange statt» bis der Plunger den in der Kalotte 144 ausgebildeten Sitz erfaßt» welcher die Abwärtsbewegung des Plungers 139 unterbricht. Dadurch wird natürlich auch die Abwärtsbewegung des unteren Kolbens und des ZeitSteuerungskolbens 172 unterbrochen und in der ZeitSteuerungskammer 187 baut sich so lange Druck auf» bis der Fluiddruck die Kraft der Feder 181 gegenüber der Kugel 182 überwindet. Eine gewisse Menge des Zeitsteuerungs-r fluids strömt dann aua der Kammer 187 durch die öffnung 183»

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den Kanal 188 und aus der Bohrung 159 durch die Auskehlung 176 und den Rücklaufkanal 164 heraus. Die Teile bleiben in dieser Position, und der Druck gegenüber dein Plunger 139 wird so lange aufrechterhalten» bis sich der Nocken 131 zur Stelle dreht, bei der sein negativ geneigter Abschnitt unter den Mitnehmer 132 gelangt und es gestattet, daß die Rückholfeder 151 die Kolben nach oben verschiebt und ein neuer Arbeitstakt beginnt.

Durch die Erfindung wird somit ein vorteilhafter Zeitsteuerungsmechanismus für eine Verbrennungskraftmaschine (z.B. einen Motor) geschaffen. Der Mechanismus ist über eine unbegrenzte Zahl von Stufen veränderlich und die Änderung der Zeitsteuerung kann in praktisch linearer Beziehung zu Änderungen des Zeitsteuerungsfluiddrucks vorgenommen werden. Der Fluiddruck kann in Abhängigkeit von Maschinenparametern, wie der Belastung und/oder Drehzahl, derart variiert werden, daß die optimale Zeitsteuerung für verschiedene Betriebsbedingungen der Maschine erzielt wird. Die Zeitsteuerung kann rasch variiert werden» da das Zeitsteuerungsfluidvolumen in jedem Zyklus bzw. Takt verringert und ergänzt wird. Daher kann die Zeitsteuerung von einem Zyklus zum anderen geändert werden. Das Druckminderungsventil bildet eine Belastungszelle, welche den Druck auf den Plunger des Einspritzers aufrechterhält; dieser Druck ist von der Maschinendrehzahl unabhängig. Weitere Vorteile sind darin zu sehen, daß der Mechanismus mit verschiedenartigen Kraftstoffeinspritzern verwendet werden kann, und daß die Mechanismen so eingestellt werden können, daß die Einspritzung an jedem beliebigen Teil des positiv geneigten Abschnitts des Nockens erfolgen kann.

Ale Zeitsteuerungsfluid dient vorzugsweise der Maschinenkraftetoff oder das Schmieröl. Anstatt den Me-

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chanismus an einen Einepritzer anzuschließen» kann man ihn auch anderswo innerhalb dee Einspritzerantriebszuges montieren. Man kann den Mechanismus beispielsweise als Teil des Trägers des Nocken -Mitnehmers ausbilden und zwischen dem Mitnehmer und dem Stößel anordnen, ferner kann man den Zeitsteuerungemechanismus mit einem Ventil der Maschine anwenden.

Anstatt den Zufuhrkanal während des ■Einspritzhub es mit Hilfe eines Rückschlagventils zu verschließen, kann man die Öffnung des Zufuhrkanals so anordnen» daß sie zu Beginn des Einspritzhubes durch den oberen Kolben verschlossen wird, ferner kann man» anstatt das Volumen des Zeitsteuerungsfluids mit Hilfe einer Zeitsteuerungsfeder zu regeln» eine Öffnung derart im Zufuhrkanal anordnen» daß das Volumen durch das Druck/Zeit-Prinzip geregelt wird. Schließlich kann man den Nocken des Einspritzerantriebs mit einem langen ansteigenden oder positiven Gefälle versehen» so daß das Zeitsteuerungsvolumen fortgesetzt aus dem Mechanismus durch das Druckminderungsventil bis zu jenem Zeitpunkt herausgedrückt wird, bei dem sich die Mitnehmerrolle länge des negativ geneigten Abschnitte des Hockens abwarte bewegt*

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Claims

Dr EMIL VORWERK ι·««ο·ί«ιιΐιΜθ«.-.κΐ;+ 27. ΟβΖ. 1977

PoMdwtUontoi Mind*» 17S6» 2 / 5 O A 5

Bonk ι DMftdM lank MBwhwi, Zwalgst. MeximiHoewif., Kto. 41/36230

C 947/77

Cummins Knglne Company» Ine.» 1000 Fifth Street» Columbus, Indiana (7.St.A.)

Vorrichtung but Veränderung des Binspritzmoments eines Kraftetoffeinepritzere für eine Verbrennungskraftmaschine

Patentansprüche

M,jVorrichtung zur Veränderung der Zeitsteuerung der Einspritzung bzw. des Einspritzmoments eines Kraftstoffeinspritzers für eine Verbrennungskraftmaschine» wobei der Einspritzer einen beweglichen Plunger umfaßt» welcher in einem Einspritzhub und einem Bückholhub verschiebbar und zum Einspritzen von Kraftstoff während des Einspritzhubs betätigbar

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ORIGINAL INSPECTEO

ist» und wobei die Maschine ferner Antriebsmittel zum Verschieben des Plungers umfaßt, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (60; 157) mit einer darin ausgebildeten Bohrung (63; 159)» einen in der Bohrung (63; 159) beweglichen und zur Verschiebung durch die Antriebsmittel (11; 131) verbundenen ersten Kolben (64; 173)» einen in der Bohrung (63; 159) befindlichen und zur Verschiebung mit dem Plunger (37; 139) verbundenen zweiten Kolben (66; 171)» Mittel für die Zumesaung eines Volumens eines Zeitsteuerungsfluids in die Bohrung (63; 159) zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben (64» 66; 173» 171)» wobei das Zeitsteuerungsfluidvolumen eine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kolben (64» 66; 173» 171) mit variabler Länge bildet, und mit der Bohrung (63; 159) verbundene, auf Druck ansprechende Mittel (72, 73» 74; 182, 183, 181) für die Freigabe mindestens eines Teils des Zeit steuerungsfluidvolumens, wenn der darauf einwirkende Druck während dee Einspritzhubs einen vorbestimmten Wert erreicht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (60; 157) zur Verbindung mit dem Einspritzer (10; 141) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen in der Bohrung (63; 159) zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben (64, 66; 173» 171) verschiebbaren Zeitsteuerungskolben (67; 172) aufweist, wobei sich das Zeitsteuerungsfluidvolumen zwischen dem ZeitBteuerungskolben (67; 172) und dem ersten oder dem zweiten Kolben (64. 66; 173» 171) befindet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitsteuerungsfluidvolumen zwischen dem Zeitsteuerungskolben (67; 172) und dem ersten Kolben (64;

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173) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet» daß die Mittel zum Zumessen des Zeitsteuerungsfluidvolumens einen zur Bohrung (63; 159) führenden Zufuhrkanal (86; 158) und eine zwischen dem Zeitsteuerungskolben (67; 172) und dem zweiten Kolben (66; 171) angebrachte Zeitsteuerungsfeder (71; 178) aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß die auf Druck ansprechenden Mittel (72, 73; 182, 183) am Zeitsteuerungskolben (67; 172) angebracht sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6» dadurch gekennzeichnet, daß die auf Druck ansprechenden Mittel ein am Zeitsteuerungekolben (67; 172) angebrachtes, vorbelastetes Ventil (72, 73; 182, 183) und einen mit der Bohrung (63; kommunizierenden Rücklaufkanal (101; 164) umfassen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (72, 73; 182, 183) eine im Zeitsteuerungskolben (67; 172) ausgebildete Öffnung (73; 183) aufweist, die sich vom Zeitsteuerungsvolumen zum Zwischenraum zwischen dem Zeitsteuerungskolben (67; 172) und dem zweiten Kolben (66; 171) erstreckt, wobei der Rücklaufkanal (101, 164) in Fließverbindung mit dem Zwischenraum steht, und ein durch eine Feder vorbelastetes Ventil (72; 182) in der öffnung (73; 183) aufweist, wobei das Ventil (72; 182) das Fließen vom Zeitsteuerungsvolumen in den Zwischenraum nur bei einem Fluiddruck oberhalb der Vorbelastung gestattet.

9· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die auf Druck ansprechenden Mittel ein mit der Bohrung (63; 159) verbundenes, vorbelastetes Ventil (72, 73; 182, 183) und einen mit der Bohrung (63; 159) kommunizierenden Rücklaufkanal (101; 164) umfassen.

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