DE2927440C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte Einspritz­ vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Kraftstoffeinspritzung dieser Gattung ist aus der US-PS 40 69 800 bekannt. Bei dieser vorbekannten Einspritzvorrichtung wird ein Pendelventil an seinem einen Ende mit unter Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt, dessen Zu- und Abfuhr durch ein Dreiwegeventil gesteuert wird. Am anderen Ende steht das Pendelventil permanent mit dem Reservoir in Verbindung, so daß es an diesem Ende druck­ los ist. Um das Pendelventil in seine zweite Endstellung zu verschieben, ist eine am Ventilschieber des Pendelventils angreifende Schraubendruckfeder vorgesehen. Da somit der Ventilschieber des Pendelventils auf der einen Seite mit der (druckunabhängigen) Federkraft und auf der anderen Seite mit dem von der Kraftstoffquelle gelieferten Kraftstoffdruck beaufschlagt wird, ist das Pendelventil gegenüber Schwankun­ gen des Kraftstoffdrucks empfindlich. Außerdem erhöht die Schraubendruckfeder die Trägheitsmasse des Pendelventils, was einen nachteiligen Einfluß auf die Ansprechdauer und die Ansprechgenauigkeit des Pendelventils hat.

Aus der US-PS 39 43 901 ist bereits eine Kraftstoffein­ spritzvorrichtung bekannt, bei der ein von einem Dreiwege­ ventil gesteuertes Pendelventil einen Ventilschieber aufweist, der an seinen beiden Enden mit Kraftstoff beauf­ schlagt wird und somit keine mechanischen Federn zum Verstellen benötigt. Bei dieser vorbekannten Einspritzvor­ richtungen werden jedoch beide Enden des Ventilschiebers des Pendelventils mit einem geschalteten Kraftstoffstrom beauf­ schlagt, was einen entsprechenden Steuerungsaufwand erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch gesteuerte Einspritzvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß bei Verringerung des konstruktiven Aufwandes die Ansprech­ genauigkeit des Pendelventiles und somit der gesamten Einspritzvorrichtung verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Einspritzvorrich­ tung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einspritzvorrichtung ist nur am einen Ende des Ventilschiebers eine Steu­ erkammer vorgesehen, die mit über das Dreiwegeventil steuer­ barem Kraftstoffdruck beaufschlagt wird. Die wirksame Fläche des Ventilschiebers am anderen Ende ist dabei ständig und ausschließlich von dem Druck der Kraftstoffquelle belastet. Dies wird durch die unterschiedlichen wirksamen Flächen an den beiden Enden des Ventilschiebers ermöglicht. Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einspritzvorrichtung ist somit der Ventilschieber nur am einen Ende durch einen geschalte­ ten Kraftstoffstrom beaufschlagt.

Da das Pendelventil dennoch auf beiden Seiten mit Kraftstoffdruck beaufschlagt ist, gleichen sich etwaige Druckschwankungen der Kraftstoffquelle weitgehend aus, so daß die Betätigung des Pendelventiles von Druckschwankungen im wesentlichen unabhängig ist. Das Fehlen einer mechani­ schen Feder verringert außerdem die Trägheitsmasse des Pendelventiles. Die erfindungsgemäß ausgebildete Einspritz­ vorrichtung besitzt daher eine hohe Ansprechgenauigkeit und eine geringe Ansprechdauer. Das Fehlen einer Feder führt zu einer konstruktiven Vereinfachung, die auch die Störanfäl­ ligkeit verringert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Kraftstoff­ einspritzvorrichtung im Zylinderkopf einer Brennkraftma­ schine;

Fig. 2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch ein elektromagnetisch betätigtes Dreiwegeventil der Einspritz­ vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht des Dreiwe­ geventils in einem anderen Betriebszustand;

Fig. 4 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch ein Pendelventil der Einspritzvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4;

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teil des Gehäuses der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wobei Teile weggebrochen sind;

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Verstärkerkolben der Einspritzvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 8 eine der Fig. 7 entsprechende Ansicht des Verstärkerkolbens in einem anderen Betriebszustand;

Fig. 9 eine Funktionsdarstellung der Einspritzvorrichtung nach Fig. 1, die schematisch das Ende der Einspritzphase darstellt;

Fig. 10 eine der Fig. 9 entsprechende Funktionsdarstel­ lung, die die Zumeßphase darstellt.

In Fig. 1 sind die Hauptkomponenten eines elektrisch gesteuerten Kraftstoffein­ spritzsystems gezeigt. Es enthält eine Einspritzvorrichtung 10, die in einer Bohrung 12 im Zylinderkopf 14 einer Brennkraftmaschine, im dargestellten Ausführungsbeispiel eines Dieselmotors angebracht ist. Außerdem ist ein Kühlkanal 16 im Zylinderkopf gebildet, von dem nur ein Bruchteil gezeigt ist. Die Einspritzvorrichtung 10 stößt fein­ zerstäubten Kraftstoff unter hohem Druck direkt in einen Hohlraum 18 aus, der im oberen Ende des Kolbens 20 angeordnet ist. Dies ge­ schieht, wenn sich der Kolben dem Ende des Aufwärtsweges innerhalb der Verbrennungskammer 22 im Motorblock 23 nähert.

Es ist zwar nur eine Einspritzvorrichtung gezeigt; selbstverständlich enthält das gesamte Kraftstoffeinspritzsystem mehrere Einspritzvorrichtungen identischer Bauweise, wobei jeweils eine Einspritzvorrichtung für je­ de Verbrennungskammer 22 innerhalb des Motorblocks 23 mit einer elektrischen Steuereinrichtung 25 versehen ist, welche den Einspritzvorrichtungen in geeigneter Folge Steuersignale zuführt.

Die Einspritzvorrichtung 10 enthält einen ersten Gehäuseabschnitt 24, einen zweiten L-förmigen Gehäuseabschnitt 26 und einen dritten länglichen Gehäuseabschnitt 28. Dieser sitzt in einer Öffnung 12 im Zylinderkopf 14. Die Gehäuseabschnitte sind zusammengeschraubt, und die Einspritzvorrichtung besitzt die Form eines L.

Ein Dreiwegeventil 30 ist innerhalb des Gehäuseabschnittes 24 ange­ ordnet. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, enthält das Ventil einen einzigen Einlaßkanal 32 und zwei Auslaßkanäle 34, 36. Der Kraftstoff, welcher durch den Einlaßkanal 32 und dann in den zweiten Auslaßka­ nal 36 fließt, tritt in eine Steuerkammer 35 ein und beeinflußt die Funktion des Ventilschiebers 38 eines Pendelventils, welcher in der Schieberkammer 37 im Gehäuseabschnitt 26 angeordnet ist. Der erste Auslaßkanal 34 führt Kraftstoff aus der Kammer 37 zu einem Kraftstoffvorratsbehälter 39 zu­ rück. Das Dreiwegeventil 30 umfaßt u. a. ein Pilotventil 40 und ein Solenoid 42, welches über Leitungen 44 erregt wird. Der Zustand des Sole­ noids, d. h. erregt oder nicht erregt, bestimmt, ob ein Strömungs­ weg zwischen dem Einlaßkanal 32 und der Steuerkammer 35 über den Auslaßkanal 36 oder zwischen der Steuerkammer 35 und dem Auslaß­ kanal 34 hergestellt wird, der zum Kraftstoffvorratsbehälter 39 führt. Das Pilotventil 40 wird durch ein Abstandsstück 41 und eine Anschlag­ platte 43 gehalten. Die Anschlagplatte hat einen Kanal 45, der auf den Einlaßkanal 32 des Ventils 40 ausgerichtet ist. Weitere Bauein­ zelheiten des Ventils 30 sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt und werden später näher erläutert.

Zurück zu Fig. 1: Der Ventilschieber 38 wird innerhalb der Schieberkammer 37 im Gehäuseabschnitt 26 verschoben, wenn unterschiedlicher Strömungsmitteldruck an seinen axialen Enden liegt. Der Ventilschieber 38 weist drei zylindrische Segmente auf, die durch Nuten verringerten Durch­ messers miteinander verbunden sind. Wenn sich die Nuten im Strö­ mungsweg befinden, lassen sie Kraftstoff, der über die Einlaßöff­ nung 46 eintritt, um und an dem Ventilschieber 38 entlang und durch eine erste Leitung 48 fließen, worauf er in das obere Ende einer Betätigungskam­ mer 49 innerhalb eines Verstärkergehäuses 51 eintritt. Dieses wird innerhalb des Gehäuseabschnittes 28, wie in Fig. 1 gezeigt, gehal­ ten. Wenn jedoch der Ventilschieber 38 aus der in Fig. 1 gezeigten Position verschoben wird, passen die zylindrischen Segmente eng gegen die Wand, welche die Kammer 37 begrenzen, und verhindern, daß Kraftstoff in die erste Leitung 48 fließt. Der Kraftstoff fließt in eine Rückführleitung ab, die zu einer Auslaßöffnung (nicht in Fig. 1 ge­ zeigt, jedoch in Fig. 6 erkennbar) führt. Der Kraftstoff kehrt zum Kraftstoffvorratsbehälter 39 zurück. Das Pendelventil nimmt die zweite Stel­ lung während der Abmeßphase des Kraftstoffinjektors ein und nimmt die in Fig. 1 gezeigte andere Position während der Einspritzphase ein.

Eine zweite Leitung 52 erstreckt sich zwischen dem Einlaßkanal 46 und dem Kanal 45 in der Anschlagplatte 43. Diese führt zum Einlaßkanal 32 des Pilotventils 40, während eine dritte Leitung 54 von dem Einlaßkanal 46 in das Verstärkergehäuse 51 führt und sich in ein Querloch 55 öffnet, in dem ein vergrößerter Ringraum 56 ausgebildet ist. Ein Stopfen 58 dichtet den Einlaß des Querloches 55 ab, welches durch das Gehäuse gebohrt ist. Ein klei­ nerer Kolben 60 ist an dem der Steuerkammer 35 abgewandten Ende des Ventilschiebers 38 in direkter Kommu­ nikation mit der dritten Leitung 54 angeordnet. Der Kraftstoff­ druck, der kontinuierlich an der Arbeitsfläche des Kolbens 60 anliegt, beeinflußt die Bewegung des Ventilschiebers 38 innerhalb der Schieberkammer 37 gegen den intermittierenden Strömungsmitteldruck, der in der Steuerkammer 35 vorliegt. Die Größe der Arbeitsfläche des Kolbens 60 ist nur ein Bruchteil der Größe der Arbeitsfläche des Pendelven­ tils 38 auf der Seite der Steuerkammer 35). Auf diese Weise wird der Ventilschieber 38 vom Kolben 60 nur un­ ter bestimmten Betriebsbedingungen beeinflußt, d. h., wenn in der Steuerkammer 35 kein Strömungsmittel unter Versorgungsdruck vorliegt.

Ein Verstärkerkolben 62 ist innerhalb des Verstärkergehäuses 51, das innerhab des Gehäuseabschnittes 28 angebracht ist, beweglich angeordnet. Der Verstärkerkolben umfaßt einen größeren oberen Zy­ linder 64, einen Zwischenzylindr 65 und einen kleineren unteren Zylinder 66. Die Komponenten, welche den Verstärkerkolben 62 bil­ den, passen eng in die Konturen des Verstärkergehäuse-Innenraumes und bewegen sich in diesem. Der untere Zylinder 66 besitzt nur ein Fünftel der Fläche des oberen Zylinders 64 beim bevorzugten Ausführungs­ bespiel. Ein T-förmiger Kanal 70 ist im Inneren des Zyllinders 66 ausgebildet. Die Konfiguration des Verstärkerkolbens 62 ist deut­ lich in den Fig. 7 und 8 dargestellt.

Der Kanal 70 in der oberen Stellung des Verstärkerkolbens 62 nicht auf das Querloch 55, welches sich in die Zweigleitung 54 öffnet, ausgerichtet. Wenn jedoch der Verstärkerkolben 62 nach unten bewegt wird, weil unter Druck ste­ hender Kraftstoff auf das obere Ende des Zylinders 64 wirkt, wird der untere Zylinder 66 so verschoben, daß eine Kommunikation zwischen der Leitung 86 und dem Querloch 55 hergestellt wird. Ein Rückschlagventil 72, welches die Form eines Kugelventils besitzen kann, ist an der Verbindungsstelle der Leitungen 71 und 73 angeord­ net und wird von einer Feder 74 auf einen Ventilsitz 76 zu gedrückt. Das Rückschlagventil 72 blockiert einen Rückfluß von der Abmeßkammer 50 zur dritten Leitung 54, was möglich macht, daß vom Verstärker während der Einspritzphase des Betriebszyklus ein Druck aufgebaut wird. Während der Abmeßphase verzögert das Rückschlagventil nur die Strö­ mung von unter Druck stehendem Kraftstoff auf die Abmeßkammer zu. Die Betätigungskammer 49 und die Abmeßkammer 50 sind zwar als zwei getrennte Kammern mit unterschiedlichen zugewiesenen Funktionen identifiziert; diese Kammern können jedoch auch ein einziger Hohl­ raum sein, wobei der Verstärkerkolben 62 die beiden Kammern voneinander trennt.

Die Einspritzdüse 78 ragt durch eine Öffnung im unteren Ende des Gehäuseab­ schnittes 28 und stößt Kraftstoff unter einem Druck von mehr als 1000 Bar in einem radialen Muster in den Hohlraum 18 im oberen Ende des Kolbens 20 aus. Die Düse 78, die im Gehäuseabschnitt 28 unter­ halb des Verstärkergehäuses 51 angeordnet ist, umfaßt ein Federge­ häuse 80, eine Anschlagplatte 82 und einen Düsenkörper 84. Eine Leitung 86 erstreckt sich axial vom unteren Ende der Abmeßkammer 50 unterhalb des unteren Zylinders 66 des Verstärkerkolbens 62 durch die Platte 82 und endet in einem Ringraum 88 innerhalb des Düsenkörpers 84.

Eine Nadel 90 verläuft durch den Düsenkörper 84. Das obere Ende der Nadel wird von einem Halter 92 aufgenommen. Der Halter wird von einer Feder 94, die in der Kammer 96 im Gehäuse 80 sitzt, so nach unten gedrückt, daß das untere Ende der Nadel 90 gegen einen Sitz gepreßt wird, der am Inneren des Düsenkörpers 84 ausgebildet ist. Die auf die Düsennadel wirkende Schließkraft der Feder wird durch den Versorgungsdruck des Kraftstoffs, der in den Einlaßkanal 46 eintritt, erhöht, da der unter Druck stehende Kraftstoff durch die dritte Leitung 54 in das Querloch 55 und den Ringraum 56 und von dort in die Leitung 98 fließt. Die Leitung 98 erstreckt sich axial unterhalb des Querloches 55 und kommuni­ ziert mit der Kammer 96. Die Kammer 96 steht immer in Kommunika­ tion mit dem Einlaßkanal 46 und empfängt von diesem unter Druck stehenden Kraftstoff. Wenn die Nadel 90 unter dem Einfluß der Kräfte von Feder und unter Druck stehendem Kraftstoff aufsitzt, wird der Fluß durch die Öffnungen im Düsenkörper 84 verhindert. Die Einspritzdüse 78 ist als Differenzdruckdüse bekannt, da die Kräfte, welche die Düse öffnen, diejenigen Kräfte übersteigen, die zum Schließen erforder­ lich sind. Diese Charakteristik verringert das Tröpfeln aus der Düse.

Fig. 2 zeigt die bauliche Konfiguration des Dreiwegeventils 30 im normalen, unbetätigten Zustand. Das Pilotventil 40 wird vom Solenoid 42 betätigt und lenkt die Kraftstoff­ strömung wahlweise vom Einlaßkanal 32 zum zweiten Auslaßkanal 36 und von dort zur Steuerkammer 35 oder aus der Steuerkammer 35 in den ersten Auslaßkanal 34 und von dort zum Kraftstoffvorratsbehälter. Das Pilotventil 40 ist innerhalb des offenen Endes des Gehäuseabschnittes 24 befestigt, welcher das Solenoid 42 in fester Beziehung ge­ genüber dem Pilotventil hält.

Eine zentrale Bohrung erstreckt sich axial durch das Pilotventil hindurch; eine Hülse 102, die vom Solenoid 42 nach unten ragt, ist in die zentrale Bohrung eingepaßt.

Das obere Ende der Hülse 102 paßt in eine Öffnung in einem Anker 104, der wie in Fig. 2 gezeigt, normalerweise um einen sehr kleinen Luftspalt vom elektromagnetischen Kern 106 des Solenoids 42 entfernt angeordnet ist. Die Wicklungen 108 und der Kern 106 sind in einer Gußmasse 110 eingekapselt. Die Wick­ lungen des Solenoids werden über Leitungen 44 gespeist, die an zwei Anschlüssen 112 befestigt sind. Der metallische Anker der ein sich verjüngendes Profil besitzt, kann sich vertikal innerhalb einer Ringkammer 114 bewegen. Diese ist zwischen dem oberen Ende des Pilotventils 40 und dem unteren Ende des Solenoids 42 ausgebil­ det. Die Masse 110 könnte, wie dargestellt, das Gehäuse füllen und die Löcher könnten axial hindurchgebohrt werden.

Eine Sackbohrung 118 ist zentral im unteren Ende des elektromagnetischen Kerns 106 angeordnet. Eine Feder 120 befindet sich in dem Hohlraum. Ein Messinganschlag 122, der über einen An­ satz 123 auf einen Kolben 124 paßt, wird von der Feder 120 nach unten gedrückt. Der Kolben 124 hängt vom Solenoid 42 herab und paßt eng in die Hülse 102. Eine Nase 126 verringerten Durchmessers ist am unteren Ende des Kolbens 124 ausgeformt. Der Innendurchmesser der Hülse 102 ist ebenfalls entlang der unteren Hälfte der Hülse vergrößert. Somit wird ein Ringraum zwischen dem unteren Ende des Kolbens 124 und der Hülse 102 gebildet. Der Kraftstoff, der in diesem aufgenommen wird, übt eine nach oben gerichtete Kraft auf den Kolben 124 und den Anschlag 122 aus.

Die Hülse 102 bewegt sich nach oben, wenn bei Erregung des Solenoids 42 der Anker 104 zum Kern 106 hin angezogen wird. Sie endet in einem konischen Vorsprung 128, wobei ein Ventilsitz 130 am Einlaß der Ringkammer 132 im Pilotventil 40 ausgebildet ist. Eine Öffnung 134 befindet sich in der Seite der Hülse 102, welche direkt mit dem Einlaßkanal 32 des Pilotventils kommuniziert und hier den Kraftstoff aufnimmt, welcher über den Einlaß­ kanal 46, den Kanal 45 in der Platte 43 und den Einlaßkanal 32 zugeführt wird.

Ein Vergleich der Fig. 2 und 3 macht deutlich, wie das Dreiwegeventil 30 bei Erregung bzw. Entregung des Solenoids 42 durch die elektronische Steuereinrichtung 25 (Fig. 1) eingestellt wird. Bei Erregung kann Kraftstoff vom Einlaßkanal 32 durch den zweiten Auslaßkanal 36 in die Steuerkammer 35 fließen, während bei Entregung der Kraftstoff von der Steuerkammer durch den ersten Auslaßkanal 34 in den Kraftstoffvorratsbehälter 39 geleitet wird.

Fig. 2 zeigt das Solenoid 42 im normalen, unbetätigten Zustand, wobei der Vorsprung 128 der Hülse 102 fest auf den Sitz 130 gedrückt ist. Demzufolge strömt unter Druck stehender Kraftstoff aus dem Einlaßkanal 46 durch die Platte 43 in die Steuerkammer 35. Der Fluß des Kraftstoffs bei entregtem Solenoid ist durch die Richtungs­ pfeile in Fig. 2 gezeigt, wogegen der Fluß des Kraftstoffes bei erregtem Solenoid durch die Richtungspfeile in Fig. 3 dargestellt ist.

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch das Pendelventil mit der Schieberkammer 37 und dem Ventilschieber 38, den kleineren Kolben 60 und den Einlaßkanal 46, der mit der Kraftstoffquelle verbun­ den ist. Diese Komponenten sind in Fig. 1 sichtbar, in Fig. 4 je­ doch vergrößert dargestellt. Die Anschlagplatte 43, welche den Auf­ prall des Ventilschiebers 38 absorbiert, ist ebenfalls sichtbar, wie auch Abschnitte der Leitungen 52 und 54 sowie ein Segment der Leitung 48, die mit der Betätigungskammer 49 und dem oberen Zylin­ der 64 des Verstärkerkolbens 62 kommuniziert. Die Schieberkammer 37 mit ihrer variierenden Gestalt aus zylindrischen Abschnitten und ringförmigen Vergrößerungen ist gebohrt oder in anderer Weise in das Zwischensegment 26 eingearbeitet. Danach wird ein Stopfen 136 mit einer Unterlagscheibe 138 in das offene Ende der Kammer zu deren Abdichtung eingeschraubt.

Fig. 5 ist ein Querschnitt ähnlich der Fig. 4. Während jedoch die Fig. 4 den Ventilschieber 38 in der abgesenkten Stellung zeigt, in welcher er sich dem Boden der Schieberkammer 37 nähert, zeigt Fig. 5 den Ventilschieber 38 in der angehobenen Stellung, in der es sich der Anschlagplatte 43 nähert, die unter dem Dreiwegeventil 30 ange­ ordnet ist. Aus später noch deutlich werdenden Gründen befindet sich der Ventilschieber 38 in den Fig. 1 und 4 in der Einspritz­ phase des Betriebszyklus, während sich der Ventilschieber 38 in Fig. 5 in der Abmeßphase befindet. Die Bewegung des Ventilschiebers 38 wird durch die intermittierende Einwirkung von unter Druck stehendem Kraftstoff in der Steuerkammer 35 auf die obere Arbeitsfläche des Ventilschiebers 38 geregelt, sowie durch das konstante Anliegen von Druck am kleineren Kolben 60.

Fig. 6 zeigt die Auslaßöffnung 140, über welche der unter Druck ste­ hende Kraftstoff, der vom Ventilschieber 38 blockiert ist, zum Vorratsbehälter 39 zurückgeführt werden kann, wenn das Ventil während der Abmeßphase nach oben bewegt wird. Die Auslaßöffnung 140 macht mög­ lich, daß der unter Druck stehende Kraftstoff, welcher in der Betätigungskammer vorliegt, wenn die Einspritzphase beendet ist, bewegt und über einen gewundenen, sich schneidenden Weg einschließ­ lich des Querloches 142 zum Kraftstoffreservoir zurückgeführt wird. Die Spitze des Nadelventils 144 befindet sich in Betriebsbeziehung zum sich verjüngenden Ventilsitz 144 a. Eine Gewindeschraube 146 ermöglicht eine Einstellung der Nadel relativ zum Sitz. Hierdurch wird die Strömungsrate des Kraftstoffes, der zum Vorratsbehälter 39 zu­ rückkehrt, variiert.

Fig. 6 macht außerdem deutlich, daß der Kraftstoff, der in den vergrößerten Ring­ räumen, beispielsweise dem Ringraum 37 a, die einstückiges Teil der Schieberkammer 37 sind, ebenfalls in den Auslaßkanal 140 während der Abmeßphase des Betriebszyklus abgelassen wird. Die Wege aller Rückflüsse führen zusammen, bevor sie den gemeinsamen Auslaßkanal 140 erreichen. Es können auch andere Arten, den eingesperrten Kraft­ stoff zurück zum Auslaßkanal 140 und/oder zum Vorratsbehälter 39 abzulassen, mit gleichem Erfolg verwendet werden. Ein Teil des Nadelventils 144 ist aufgebrochen, so daß das Querloch 142 erkennbar ist.

Die Fig. 7 und 8 zeigen in vergrößertem Maßstab das Verstärkerge­ häuse 41 und die hierin angebrachten Komponenten. Fig. 7 zeigt die Komponenten in der Stellung, die während der Abmeßphase des Be­ triebszyklus eingenommen werden, während Fig. 8 die Komponenten während der Einspritzphase darstellt.

Stifte 148 erstrecken sich von der oberen und der unteren Oberflä­ che des Verstärkergehäuses. Die Stifte passen in Öffnungen (nicht gezeigt) in den benachbarten Gehäuseabschnitten und garantieren eine richtige Ausrichtung. Der obere Zylinder 64 des Verstärker­ kolbens 62 bewegt sich innerhalb der Betätigungskammer 49, während sich der untere Zylinder 66 innerhalb der Abmeßkammer 50 bewegt. Die Grenze der Abwärtsbewegung des Verstärkerkolbens wird durch die untere Fläche des Zylinders 64 gebildet, der die Basis des ver­ größerten Ringraums 49 a in der Betätigungskammer, wie in Fig. 8 ge­ zeigt, berührt. Die untere Fläche des Zylinders 66 nähert sich der Basis des vergrößerten Ringraumes 49 a in der Abmeßkammer, ebenfalls in Fig. 8 gezeigt, berührt diese jedoch nicht. Die größere Fläche am Boden der Betätigungskammer 49 erträgt den Aufprall des Verstärkerkolbens besser.

Die nach oben gerichtete Bewegung des Zylinders 66 vergrößert das Volumen innerhalb der Abmeßkammer 50, in welche unter Druck stehen­ der Kraftstoff während der Abmeßphase des Betriebszyklus eingeführt wird. Die Grenze der nach oben gerichteten Bewegung wird erreicht, wenn das obere Ende des oberen Zylinders 64 des Verstärkerkolbens 62 die Oberseite der Betätigungskammer 49 erreicht und gegen die untere Fläche des Zwischenabschnittes 26 des Einspritzgehäuses anstößt. Fig. 7 zeigt den Verstärkerkolben an der oberen Grenze der Aufwärtsbewegung, während Fig. 8 den Verstärkerkolben an der Grenze der Abwärtsbewegung darstellt. Dadurch, daß die Dauer der von der Steuereinrichtung 25 zum Solenoid des Dreiwegeventils 30 geliefer­ ten elektrischen Signale variiert wird, kann das Ausmaß der Auf­ wärtsbewegung des Zylinders 66 innerhalb der Abmeßkammer 50 so ein­ gestellt werden, daß die gewünschte variable Menge unter Druck ste­ henden Kraftstoffs abgemessen bzw. zugelassen wird. Der abgemessene Kraftstoff wird daraufhin in die Brennkraftmaschine an einem spä­ teren Punkt im Betriebszyklus eingespritzt.

Der T-förmige Kanal, der sich axial durch den unteren Zylinder 66 des Verstärkerkolbens erstreckt, ist auch in den Fig. 7 und 8 zu erkennen. In Fig. 7 hat sich der Kanal 70 über dem Querloch 55 nach oben bewegt. Kraftstoff, der aus diesem Austritt, wird im Gehäuse zwischen dem Zwischenzylinder 65 und dem unteren Zylinder 66 einge­ fangen. Die Strömung im Querloch 55 wird vom unteren Zylinder 66 nicht behindert, da die Strömung in den Ringraum 56 eintritt und um den Zylinder auf dem Weg zur axialen Leitung 98 herum fließt, welche in den Federhohlraum 96 im Gehäuse 80 führt. In Fig. 8 stellt die Hinterschneidung 150, die dem Kanal 70 zugeordnet ist, die Kommunikation zwischen dem Kanal und dem Ringraum 56 her. Treib­ stoff, der aus dem Kanal herausgedrückt wird, tritt in den Ringraum ein und fließt rasch in das Querloch 55 und von dort in die dritte Leitung 54. Der Federhohlraum 96 nimmt immer den unter Druck stehen­ den Kraftstoff auf, der im Querloch 55 fließt, unabhängig von der Position des Verstärkerkolbens 62.

Die wesentlichen Funktionsmerkmale des in den Fig. 1 bis 8 gezeig­ ten Kraftstoffeinspritzsystems lassen sich anhand einer ausführ­ lichen Beschreibung des Betriebszyklus unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 verstehen. Als Bezugspunkt sei angenommen, daß der Zyklus beginnt, wenn eine Pumpe (nicht gezeigt) Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 39 abzieht und diesen der Hochdruckpumpe 152 zuführt. Die Hochdruckpumpe 152 setzt den Kraftstoff un­ ter Druck und speist diesen konstant in die drei Leitungen 48, 52, 54, die durch das Gehäuse verlaufen. Da das Solenoid 42 normalerweise entregt ist, wie in Fig. 2 gezeigt, fließt der unter Druck stehende Kraft­ stoff in der zweiten Leitung 52 durch die Anschlagplatte 43 in den Einlaß­ kanal 32 des Pilotventils 40, über die Öffnung 134 in der Hülse 102 und gelangt von dort durch den zweiten Auslaßkanal 36 in die Steuerkammer 35 des Pendelventils. Auf diese Weise wird die obere Ar­ beitsfläche des Ventilschiebers 38 dem unter Druck stehenden Kraft­ stoff unter Versorgungsdruck ausgesetzt. Der Ventilschieber 38 bewegt sich in­ nerhalb der Schieberkammer 37 nach unten, bis er fest auf deren Boden auf­ liegt, wie in Fig. 4 gezeigt. Wenn der Ventilschieber 38 auf dem Bo­ den der Schieberkammer 37 aufsitzt, kann um dieses aufgrund der Nut zwi­ schen dem mittleren und dem unteren Segment unter Druck stehender Kraftstoff herum gelangen und in die Betätigungskammer 49 eintreten. Hier legt es Druck an die obere Arbeitsfläche des Verstärkerkolbens 62. Die nach unten gerichtete Bewegung des Ventilschiebers 38 läßt das obere zylindrische Segment des Ventils das Querloch 142 (vgl. Fig. 6) derart blockieren, daß keine Rückströmung aus der Betätigungskammer 49 durch das einstellbare Nadelventil 144 das Reservoir stromab vom Pendelventil erreichen kann. Der Verstärkerkolben 62 wird ebenfalls nach unten gedrückt, bis er im Ringraum am längeren Ende der Betätigungskammer 49 aufsitzt (vgl. Fig. 8).

Zur selben Zeit, zu der unter Druck stehender Kraftstoff durch die Leitung 52 fließt, strömt unter Druck stehender Kraftstoff durch die Leitung 54. Obwohl der unter Druck stehende Kraftstoff auf die untere Arbeitsfläche des kleineren Kolbens 60 wirkt, kann diese nach oben gerichtete Kraft die Kraft nicht überwinden, die auf die Arbeitsfläche des Ventilschiebers 38 wirkt. Die wirksame Fläche des Ventilschiebers 38 ist in der Steuerkammer 35 nämlich mehrere Male größer als die wirksame Fläche des Kol­ bens 60. Der unter Druck stehende Kraftstoff in der Leitung 54 fließt weiter stromabwärts in das Querloch 55 und den Ringraum 56 und um den Verstärkerkolben herum und tritt in die Federkammer ein. Hier verstärkt er die Kräfte, die auf den Halter 92 wirken und die Na­ del 90 aufsetzen.

Der unter Druck stehende Kraftstoff in der Leitung 54 fließt außer­ dem in die Zweigleitung 71. Die Kugel des Rückschlagventils 72 wird nor­ malerweise von der Feder 74 auf den Sitz 76 gedrückt. Während der Abmeßphase wird das Rückschlagventil 72 vom Sitz 74 durch die Kraft des unter Druck stehenden Kraftstoffes weggeschoben, wie dies in Fig. 10 angedeutet ist. Wenn während der Injektionsphase der Ver­ stärkerkolben 62 nach unten getrieben wird, wird die Kugel des Rückschlagven­ tils gegen den Sitz 74 gedrückt, wodurch die Kammer 50 abgedich­ tet wird, womit verhindert wird, daß der unter Druck stehende Kraftstoff stromauf in die Leitung 54 entweicht und der Druck des darin befindlichen Kraftstoffes erheb­ lich ansteigen kann. Fig. 9 macht diese Beziehungen deutlich.

Die Einspritzphase des Betriebszyklus tritt auf, wenn der Verstär­ kerkolben 62 innerhalb der Abmeßkammer 50 durch Anlegen von unter Druck stehendem Kraftstoff an die Oberseite des Kolbens nach unten gedrückt wird. Die Dauer der Einspritzphase entspricht dem Bewe­ gungsweg des Verstärkerkolbens 62 zwischen der oberen Ausgangs­ stellung in der Betätigungskammer 49, wie in Fig. 10 gezeigt, und dem Erreichen des Bodens dieser Kammer 49, wie in Fig. 9 gezeigt. Wenn der Verstärkerkolben 62 durch den Kraftstoff unter Versor­ gungsdruck, der auf die obere Arbeitsfläche wirkt, nach unten ge­ trieben wird, wird der Druck des Kraftstoffes in der Kammer 50 er­ heblich aufgrund der Differenz der Flächen des oberen zylindri­ schen Teils 64 und des unteren zylindrischen Teils 66 des Kolbens 62 verstärkt. Die Fläche des oberen Zylinders kann beispielsweise vier mal größer als die Fläche des unteren Zylinders sein. Wenn somit Treibstoff unter 350 Bar an den oberen Zylinder gelegt wird, übt der untere Zylinder eine vierfache Kraft auf den Kraftstoff in der Kammer 50 aus, wodurch der Druck auf 1400 Bar angehoben wird. Der unter Druck stehende Kraftstoff strömt aus der Kammer 50 in die Leitung 86 und den Ringraum 88 im Düsenkörper. Der verstärkte Druckwert ist so hoch, daß die resultierende hy­ draulische Kraft die vereinten Kräfte der Feder 94 (beispielsweise 2 Bar) und des unter Druck stehenden Kraftstoffes (beispielsweise 350 Bar) im Hohlraum 96 überwindet, der normalerweise die Nadel 90 in der Schließstellung hält. Der hohe Druckwert im Ringraum 88 drückt die Nadel 90 vom Sitz weg; der unter Druck ste­ hende Kraftstoff wird in einem sehr fein zerstäubten Strahl direkt in die Verbrennungskammer 22 im Motorblock ausgestoßen. Fig. 9 zeigt, wie zu erkennen ist, den Verstärkerkolben 62 am Ende des Abwärtsweges in der Betätigungskammer 49 , das Solenoid entregt und den Ventil­ schieber 38 am Boden der Schieberkammer 37. Um zu verhindern, daß Kraft­ stoff im Ringraum 49 a am Boden der Betätigungskammer 49 und im Ringraum 37 a am Boden der Schieberkammer 37 eingefangen wird, sind diese Ringräume mit­ einander in Reihe verbunden und über die Auslaßöffnung 140 zum Reservoir 39 entlüftet. Die Strömung unter Druck stehenden Kraft­ stoffes durch die verschiedenen Leitungen ist durch die Richtungs­ pfeile angedeutet.

Im Gegensatz zu Fig. 9 zeigt Fig. 10 die Komponenten des Kraft­ stoffeinspritzsystems in den Stellungen, die während der Abmeß­ phase des Betriebszyklus eingenommen werden. Zur Einleitung der Abmeßphase wird ein elektronisches Signal an die Wicklungen 108 des Solenoids 42 gegeben, welches den Anker 104, wie in Fig. 3 gezeigt, anzieht. Hierdurch wird die Hülse 102 relativ zum Tauchkolben 124 bewegt. Der unter Druck stehende Kraftstoff in der Leitung 52 und im Einlaßkanal 32 wird durch die Nase 126 des Tauch­ kolbens 124, welche den Auslaßkanal 36 abdichtet, blockiert, wäh­ rend ein Strömungsweg aus der Schieberkammer 37 an dem Ventilsitz 130 vorbei in den Auslaßkanal 34 und von dort zum Kraftstoffre­ servoir 39 eingerichtet wird.

Der unter Druck stehende Kraftstoff in der Leitung 54 liegt ständig an der unteren Arbeitsfläche des kleineren Kolbens 60. Da der unter Druck stehende Kraftstoff in der Leitung 52 blockiert ist und somit nicht auf die obere Arbeitsfläche des Ventil­ schiebers 38 wirkt, kann der kleinere Kolben 60 das größere Pendel­ ventil nach oben bewegen. Die Aufwärtsbewegung des Ventilschiebers 38 auf die Platte 34 zu drückt den Treibstoff in dem oberen Ende der Kam­ mer 37 durch den Auslaßkanal 34 und führt diesen zum Kraftstoffre­ servoir 39 zurück. Der Ventilschieber 38 bewegt sich nach oben, bis der Ringraum zwischen dem oberen und dem mittleren Abschnitt des Ventils auf den Auslaßkanal 142 ausgerichtet ist und der untere Abschnitt die Strömung in der Leitung 48 blockiert, so daß der un­ ter Druck stehende Kraftstoff nicht dem oberen Ende des Verstärker­ kolbens 62 zugeführt wird. Der unter Druck stehende Kraftstoff im Querloch 55 und im Ringraum 56 fließt um den Verstärkerkolben 62 unabhängig von dessen Stellung herum und kommuniziert mit dem Feder­ hohlraum 96.

Wenn sich der Verstärkerkolben 62 während der Einspritzphase nach unten bewegt und der Druck des Kraftstoffes in der Kammer 50 ver­ stärkt wird, setzt der verstärkte Druck das Kugelventil 72 gegen seinen Sitz 76 und verhindert, daß der verstärkte Druck in der Kam­ mer 50 in umgekehrter Richtung am Ventilsitz 76 vorbei in die Lei­ tungen 71 und 54 fließt. Am Ende der Einspritzphase wird der ver­ stärkte Druck innerhalb des Ringraumes 38 und des Düsenventils sehr rasch reduziert, wodurch der fein zerstäubte Kraftstoffstrahl un­ terbrochen wird. Dies geschieht dadurch daß der unter Druck stehen­ de Kraftstoff im Ringraum 88 gesammelt, expandiert und von der Na­ del 90 nach oben bewegt wird, wenn diese in ihre normale unbetätig­ te Position zurückkehrt. Der Kraftstoff bewegt sich durch die Lei­ tung 86, durch den T-förmigen Kanal 70 und in den Ringraum, der zwischen den Zylindern 65 und 66 des Verstärkerkolbens 62 gebildet ist und in den Ringraum 56 nach oben. Die rasche Freigabe des unter Druck stehenden Kraftstoffes über die Kommunikation von Ringraum zu Ringraum stellt sicher, daß der Kraftstoffeinspritzvorgang ge­ nau ist und vermeidet ein Tropfen durch die Düse. Da der unter Druck stehende Kraftstoff vom Ventilschieber 38 blockiert wird, bevor er den größeren Zylinder 64 am oberen Ende des Verstärkerkolbens 62 erreicht, kann der unter Druck stehende Kraftstoff, der auf die untere Arbeitsfläche des Zylinders 66 wirkt, den Kolben 62 nach oben treiben. Wenn sich der Kolben 62 nach oben bewegt, drückt er den in der Kammer 49 angesammelten Kraftstoff oberhalb des Kolbens in den Auslaßkanal 142. Die Strömungsrate im Kanal 142, wenn der Kraftstoff zum Reservoir 152 zurückkehrt, wird dadurch variiert, daß das Nadelventil 144 gegenüber seinem Sitz eingestellt wird. Aufgrund der Position zwischen Betätigungskammer 49 und Schieberkammer 37 kann die einstellbare Öffnung, die vom Nadel­ ventil 144 gesteuert wird, über einen großen Bereich von Strömungs­ zuständen eingestellt werden. Diese Fähigkeit kann dazu verwendet werden, die Funktion jeder Einspritzvorrichtung bei einem Steuersignal be­ stimmter Dauer einzustellen. Tatsächlich kann jede Einspritzvorrichtung feinabgestimmt werden, und die verhältnismäßig große Strömung in der Rückführleitung 142 ermöglicht eine beträchtliche Breite des Ein­ stellbereichs.

Das Ausmaß der Aufwärtsbewegung des Kolbens 62 steht in direkter Beziehung zur Dauer der Erregung des Solenoids 42. Wenn das So­ lenoid 42 während seiner ganzen Betriebsperiode erregt ist, d. h. während einiger Millisekunden, bewegt sich der Verstärkerkolben 62 nach oben, wodurch ein bestimmtes Volumen der Kammer 50 von dem unter Druck stehenden Kraftstoff, der am Ventil 72 vorbeiströmt, gefüllt wird. Wenn das Solenoid 42 nur für den Bruchteil der gesamten Periode erregt wird, die benötigt wird, um die maximale Menge unter Druck stehenden Kraftstoffs in die Kammer 50 einzulassen, wird die Kam­ mer 50 bis zu einem Niveau gefüllt, welches diesem Bruchteil entspricht. Im wesentlichen kann auf Grund der Fähigkei der elektronischen Steuer­ einrichtung, die Dauer der Erregungsperiode des Solenoids 42 zu variieren, das Kraftstoffeinspritzsystem eine variable Abmeßkapazität für jede Einspritzvorrichtung erzielen.

Claims (3)

1. Elektrisch gesteuerte Einspritzvorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, das ein elektromagnetisch betätigtes Dreiwegeventil (30), ein Pendelventil (37, 38) einen Verstärkerkolben (62) und eine Einspritzdüse (78) enthält, wobei
das Dreiwegeventil (30) einen mit einer unter Druck stehenden Kraftstoffquelle (152) verbundenen Einlaßkanal (32) und zwei Auslaßkanäle (34, 36) aufweist, von denen der erste mit einem Kraftstoffvorratsbehälter (39) verbunden ist;
das Dreiwegeventil (30) mit einer, von einer elektronischen Steuereinrichtung (25) erregbaren, elektromagnetischen Einrichtung (42, 104) verbunden und durch diese zwischen zwei Zuständen umschaltbar ist, wobei im ersten Zustand der Einlaßkanal (32) mit dem zweiten Auslaßkanal (36) verbunden und der erste Auslaßkanal (34) außer Kommunikation mit diesen Kanälen ist, während im zweiten Abstand die beiden Auslaßkanäle (34, 36) miteinander verbunden sind und der Einlaßkanal (32) außer Kommunikation mit diesen ist;
das Pendelventil (37, 38) einen in einer Schieberkammer (37) beweglichen und über den Kraftstoffdruck in einer stirnseitigen, mit dem zweiten Auslaßkanal (36) des Dreiwegeventils (30) verbundenen Steuerkammer (35) betätigten Ventilschieber (38) aufweist, der in einer ersten Endstellung den Kraftstoffzufluß vom Einlaßkanal (46, 32) zu einer ersten Leitung (48) ermöglicht und in der zweiten Endstellung verhindert;
der Verstärkerkolben (62) zwei zylindrische Teile umfaßt, von denen das erste (64) innerhalb einer über die erste Leitung (48) mit dem Pendelventil verbundenen Betätigungskammer (49) und das zweite (66) innerhalb einer Abmeßkammer (50) bewegbar ist;
so daß in der ersten Stellung des Ventilschiebers (38) unter Druck stehender Kraftstoff durch das geöffnete Pendelventil von der Kraftstoffquelle (152) in die Betätigungskammer (49) geliefert und der Verstärkerkolben (62) bewegt wird;
mit einer Einspritzdüse (78) stromab der Abmeßkammer (50), deren Düsennadel (90) von einer hydraulischen und mechanischen Einrichtung (92, 94) normalerweise in Schließstellung gedrückt wird;
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ventilschieber (38) an seinem der Steuerkammer (35) abgewandten Ende über eine dritte, mit dem Einlaßkanal (46) verbundene Leitung (54) ständig und ausschließlich von dem Druck der Kraftstoffquelle (152) belastet wird,
und die wirksame Fläche des Ventilschiebers (38) dort wesentlich kleiner ist als in der Steuerkammer (35), so daß das Pendelventil (37, 38) ausschließlich durch den über das Dreiwegeventil (30) steuerbaren Kraftstoffdruck umgeschaltet wird.

2. Elektrisch gesteuerte Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Fläche des Ventilschiebers (38) an seinem der Steuerkammer (35) abgewandten Ende von einem kleinen Kolben (60) gebildet wird, der zwischen der Schieberkammer (37) und der dritten Leitung (54) angeordnet ist.

3. Elektrisch gesteuerte Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vergrößerter Ringraum (37 a) in der Schieberkammer (37) und ein vergrößerter Ringraum (49 a) in der Betätigungskammer (49) über einen Ablaßkanal an dem mit dem Kraftstoffvorrats­ behälter (39) verbundenen Auslaßkanal (140) angeschlossen ist.