DE2954686C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte Ein­ spritzvorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung in den Brenn­ raum einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Einspritzvorrichtung dieser Gattung ist aus der US-PS 40 69 800 bekannt. Bei dieser Einspritzvorrichtung wird die Federkammer (über die Betätigungskammer) nur nach Beendi­ gung des Einspritzvorganges mit Druck beaufschlagt, wohin­ gegen während des Einspritzvorganges die Federkammer mit einem Niederdruckbereich verbunden wird. Diese Umsteuerung des Drucks in der Federkammer erfordert einen entsprechen­ den Aufwand. Die Abmeßkammer wird bei Beendigung des Ein­ spritzvorganges über die Querbohrung druckentlastet. Wegen des vergleichsweise geringen Volumens der Querbohrung dürf­ te allerdings der Druckabbau nicht allzu rasch erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einspritz­ vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung so weiter zu bilden, daß der steuerungstechnische Aufwand verringert und die Entspannung des Kraftstoffs in der Einspritzdüse bei Beendigung des Einspritzvorganges beschleunigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gekennzeich­ nete Erfindung gelöst.

Aus der US-PS 29 16 028 ist bereits eine Einspritzvorrich­ tung bekannt, bei der die Düsennadel kontinuierlich mit dem Versorgungsdruck beaufschlagt wird. Auch ist dort ein Ring­ raum vorgesehen, der mit einem T-förmigen Kanal in einem Verstärkerkolben zusammenwirkt.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einspritzvorrichtung wird die Federkammer über die Querbohrung ständig mit dem Versorgungsdruck beaufschlagt. Um diese ständige Strömungs­ verbindung sicher zu stellen, enthält die Querbohrung den vergrößerten Ringraum, der am Ende der Bewegung des Ver­ stärkerkolbens mit der ringnutartigen Hinterschneidung des Verstärkerkolbens kommuniziert. Durch den Ringraum einer­ seits und die Hinterschneidung andererseits steht dem in der Kraftstoffdüse befindlichen Kraftstoff schlagartig ein zusätzliches Volumen zur Verfügung, das den Entspannungs­ vorgang entsprechend beschleunigt. Da ferner keine Umsteu­ erung des Drucks in der Federkammer des Einspritzventils erforderlich ist und die Federkammer über die Querbohrung mit dem erforderlichen Druck versorgt wird, ist der steue­ rungstechnische und konstruktive Aufwand vergleichsweise gering.

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

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Ein­ spritzvorrichtung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch ein Dreiwegeventil der Einspritzvorrichtung 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 Einspritzvorrichtung, 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 Ver­ stärkerkolbens 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 ge­ steuerten Kraftstoffeinspritzsystems gezeigt. Es enthält eine Einspritzvorrichtung 10, die in einer Bohrung 12 im Zy­ linderkopf 14 einer Brennkraftmachine, im dargestellten Aus­ führungsbeispiel 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 an­ geordnet ist. Dies geschieht, wenn sich der Kolben dem Ende des Aufwärtsweges innerhalb der Verbrennungskammer 22 im Mo­ torblock 23 nähert.

Es ist zwar nur eine Einspritzvorrichtung gezeigt; selbst­ verständlich enthält das gesamte Kraftstoffeinspritzsystem mehrere Einspritzvorrichtungen identischer Bauweise, wobei jeweils eine Einspritzvorrichtung für jeden Brennraum 22 innerhalb des Motorblocks 23 mit einer elektronischen Steuereinrichtung 25 versehen ist, welche den Einspritzvor­ richtungen in geeigneter Folge Steuersignale zuführt.

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

Ein Dreiwegeventil 30 ist innerhalb des Gehäuseabschnittes 24 angeordnet. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, enthält das Ventil einen einzigen Einlaßkanal 32 und zwei Auslaßkanäle 34, 36. Der Kraftsoff, welcher durch den Einlaßkanal 32 und dann in den zweiten Auslaßkanal 36 fließt, tritt in eine Steuerkammer 35 ein und beeinflußt die Funktion des Ventil­ schiebers 38 eines Pendelventils, welcher in der Schieber­ kammer 37 im Gehäuseabschnitt 26 angeordnet ist. Der erste Auslaßkanal 34 führt Kraftstoff aus der Kammer 37 zu einem Kraftstoffvorratsbehälter 39 zurück. Das Dreiwegeventil 30 umfaßt u. a. ein Pendelventil 40 und eine elektromagnetische Einrichtung 42, welche über Leitungen 44 erregt wird. Der Zustand der elektromagnetischen Einrichtung (d. h. erregt oder nicht erregt) bestimmt, ob ein Strömungsweg zwischen dem Einlaßkanal 32 und der Steuerkammer 35 über den Auslaßkanal 36 oder zwischen der Steuerkammer 35 und dem Auslaßkanal 34 hergestellt wird, der zum Kraftstoffvorratsbehälter 39 führt. Das Pendelventil 40 wird durch ein Abstandsstück 41 und eine Anschlagplatte 43 gehalten. Die An­ schlagplatte hat einen Kanal 45, der auf den Einlaßkanal 32 des Ventils 40 ausgerichtet ist. Weitere Baueinzelheiten des Ventils 30 sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt und werden spä­ ter näher erläutert.

Zurück zu Fig. 1: Der Ventilschieber 38 wird innerhalb der Schieberkammer 37 im Gehäuseabschnitt 26 verschoben, wenn unterschiedlicher Strömungsmitteldruck an seinen axialen En­ den liegt. Der Ventilschieber 38 weist drei zylindrische Segmente auf, die durch Nuten verringerten Durchmessers mit­ einander verbunden sind. Wenn sich die Nuten im Strömungsweg befinden, lassen sie Kraftstoff, der über die Einlaßöffnung 46 eintritt, um und an dem Ventilschieber 38 entlang und durch eine erste Leitung 48 fließen, worauf er in das obere Ende einer Betätigungskammer 49 innerhalb eines Verstärker­ gehäuses 51 eintritt. Dieses wird innerhalb des Gehäuseab­ schnittes 28, wie in Fig. 1 gezeigt, gehalten. 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 Kraft­ stoff fließt in eine Rückführleitung ab, die zu einer Aus­ laßöffnung (nicht in Fig. 1 gezeigt, jedoch in Fig. 6 er­ kennbar) führt. Der Kraftstoff kehrt zum Kraftstoffvorrats­ behälter 39 zurück. Das Pendelventil 40 nimmt die zweite Stellung während der Abmeßphase und die in Fig. 1 gezeigte andere Position während der Einspritzphase ein.

Eine Leitung 52 erstreckt sich zwischen dem Einlaßkanal 46 und dem Kanal 45 in der Anschlagplatte 43. Diese führt zum Einlaßkanal 32 des Pendelventils 40, während eine Leitung 54 von dem Einlaßkanal 46 in das Verstärkergehäuse 51 führt und sich in eine Querbohrung 55 öffnet, in der ein vergrößter Ringraum 56 ausgebildet ist. Ein Stopfen 58 dichtet den Einlaß der Querbohrung 55 ab, welche durch das Gehäuse verläuft. Ein kleinerer Kolben 60 ist an dem der Steuerkammer 35 abgewandten Ende des Ventilschiebers 38 in direkter Kommunikation mit der Leitung 54 angeord­ net. Der Kraftstoffdruck, der kontinuierlich an der Arbeits­ fläche des Kolbens 60 anliegt, beeinflußt die Bewegung des Ventilschiebers 38 innerhalb der Schieberkammer 37 gegen den intermittierenden Strömungsmitteldruck, der in der Steuer­ kammer 35 vorliegt. Die Größe der Arbeitsfläche des Kolbens 60 ist nur ein Bruchteil der Größe der Arbeitsfläche des Pendelventils 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 Versorgungs­ druck vorliegt.

Ein Verstärkerkolben 62 ist innerhalb des Verstärkergehäuses 51, das innerhalb des Gehäuseabschnittes 28 angebracht ist, beweglich angeordnet. Der Verstärkerkolben umfaßt einen größeren oberen Zylinder 64, einen Zwischenzylinder 65 und einen kleineren unteren Zylinder 66. Die Komponenten, welche den Verstärkerkolben 62 bilden, passen eng in die Konturen des Verstärkergehäuse-Innenraumes und bewegen sich in die­ sem. Der untere Zylinder 66 besitzt nur ein Fünftel der Flä­ che des oberen Zylinders 64 beim bevorzugten Ausführungsbei­ spiel. Ein T-förmiger Kanal 70 ist im Inneren des Zylinders 66 ausgebildet. Die Konfiguration des Verstärkerkolbens 62 ist deutlich in den Fig. 7 und 8 dargestellt.

Der Kanal 70 ist in der oberen Stellung des Verstärkerkol­ bens 62 nicht auf die Querbohrung 55, welche in die Zweigleitung 54 mündet, ausgerichtet. Wenn jedoch der Ver­ stärkerkolben 62 nach unten bewegt wird, weil unter Druck stehender Kraftstoff auf das obere Ende des Zylinders 64 wirkt, wird der untere Zylinder 66 so verschoben, daß eine Kommunikation zwischen der Leitung 86 und der Querbohrung 55 hergestellt wird. Ein Rückschlagventil 72, welches die Form eines Kugelventils besitzen kann, ist an der Verbindungs­ stelle der Leitungen 71 und 73 angeordnet und wird von einer Feder 74 auf einen Ventilsitz 76 zu gedrückt. Das Rück­ schlagventil 72 blockiert einen Rückfluß von der Abmeßkammer 50 zur Leitung 54, was möglich macht, daß vom Ver­ stärker während der Einspritzphase des Betriebszyklus ein Druck aufgebaut wird. Während der Abmeßphase verzögert das Rückschlagventil nur die Strömung von unter Druck stehendem Kraftstoff auf die Abmeßkammer zu. Die Betätigungskammer 49 und die Abmeßkammer 50 sind zwar als zwei getrennte Kammern mit unterschiedlichen Funktionen identifiziert; diese Kammern können jedoch auch ein einziger Hohlraum sein, wobei der Verstärkerkolben 62 die beiden Kammern voneinander trennt.

Die Einspritzdüse 78 ragt durch eine Öffnung im unteren Ende des Gehäuseabschnittes 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 unterhalb des Verstärkergehäuses 51 angeordnet ist, umfaßt ein Federgehäuse 80, eine An­ schlagplatte 82 und einen Düsenkörper 84. Eine Leitung 86 erstreckt sich axial vom unteren Ende der Abmeßkammer 50 un­ terhalb des unteren Zylinders 66 des Verstärkerkolbens 62 durch die Platte 82 und endet in einem Ringraum 88 innerhalb des Düsenkörpers 84.

Eine Düsennadel 90 verläuft durch den Düsenkörper 84. Das obere Ende der Düsennadel 90 wird von einem Halter 92 aufgenommen. Der Halter wird von einer Feder 94, die in der Kammer 96 im Ge­ häuse 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 Versorgungs­ druck des Kraftstoffs, der in den Einlaßkanal 46 eintritt, erhöht, da der unter Druck stehende Kraftstoff durch die dritte Leitung 54 in die Querbohrung 55 und den Ringraum 56 und von dort in die Leitung 98 fließt. Die Leitung 98 erstreckt sich axial unterhalb der Querbohrung 55 und kommuniziert mit der Kammer 96. Die Kammer 96 steht immer in Kommunikation mit dem Einlaßkanal 46 und empfängt von diesem unter Druck stehenden Kraftstoff. Wenn die Düsennadel 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 erforderlich sind. Diese Charakteristik verringert das Tröpfeln aus der Düse.

Fig. 2 zeigt die bauliche Konfiguration des Dreiwegeventils 30 im normalen, unbestätigten Zustand. Das Pendelvenil 40 wird von der elektromagnetischen Einrichtung 42 betätigt und lenkt die Kraftstoffströmung 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 Pendelventil 40 ist innerhalb des offenen Endes des Gehäuseabschnittes 24 befestigt, welcher die elektromagnetische Einrichtung 42 in fester Beziehung gegenüber dem Pendelventil hält.

Eine zentrale Bohrung erstreckt sich axial durch das Pendelventil hindurch; eine Hülse 102, die von der elektromagnetischen Einrichtung 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 der elektromagnetischen Einrichtung 42 entfernt angeordnet ist. Die Wicklungen 108 und der Kern 106 sind in einer Gußmasse 110 eingekapselt. Die Wicklungen der elektromagnetischen Einrichtung 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 Pendelventils 40 und dem unteren Ende der elektromagnetischen Einrichtung 42 ausgebildet. 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 elek­ tromagnetischen Kerns 106 angeordnet. Eine Feder 120 befin­ det sich in dem Hohlraum. Ein Messinganschlag 122, der über einen Ansatz 123 auf einen Kolben 124 paßt, wird von der Fe­ der 120 nach unten gedrückt. Der Kolben 124 hängt von der elektromagnetischen Einrichtung 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 eben­ falls 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 der elektromagnetischen Einrichtung 42 der Anker 104 zum Kern 106 hin angezogen wird.

Sie endet in einem konischen Vorsprung 128, wobei ein Ven­ tilsitz 130 am Einlaß der Ringkammer 132 im Pendelventil 40 ausgebildet ist. Eine Öffnung 134 befindet sich in der Seite der Hülse 102, welche direkt mit dem Einlaßkanal 32 des Pendelventils kommuniziert und hier den Kraftstoff aufnimmt, welcher über den Einlaßkanal 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 Drei­ wegeventil 30 bei Erregung bzw. Entregung der elektromagnetischen Einrichtung 42 durch die elektronische Steuereinrichtung 25 (Fig. 1) einge­ stellt 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 Kraft­ stoffvorratsbehälter 39 geleitet wird. Fig. 2 zeigt die elektronische Einrichtung 42 im normalen, unbetätigten Zustand, wobei der Vor­ sprung 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 entregter elektromagnetischer Einrichtung ist durch die Richtungspfeile in Fig. 2 gezeigt, wogegen der Fluß des Kraftstoffes bei erregter elektromagnetischer Einrichtung 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 Kraftstoff­ quelle verbunden ist. Diese Komponenten sind in Fig. 1 sichtbar, in Fig. 4 jedoch vergrößert dargestellt. Die An­ schlagplatte 43, welche den Aufprall 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 Zylinder 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 je­ doch die Fig. 4 den Ventilschieber 38 in der abgesenkten Stellung zeigt, in welcher er sich dem Boden der Schieber­ kammer 37 nähert, zeigt Fig. 5 den Ventilschieber 38 in der angehobenen Stellung, in der er sich der Anschlagplatte 43 nähert, die unter dem Dreiwegeventil 30 angeordnet ist. Aus später noch deutlich werdenden Gründen befindet sich der Ventilschieber 38 in den Fig. 1 und 4 in der Einspritzsphase des Betriebszyklus, während sich der Ventilschieber 38 in Fig. 5 in der Abmeßphase befindet. Die Bewegung des Ventil­ schiebers 38 wird durch die intermittierende Einwirkung von unter Druck stehendem Kraftstoff in der Steuerkammer 35 auf die obere Arbeitsfläche des Ventilschiebers 38 geregelt, so­ wie durch das konstante Anliegen von Druck am kleineren Kol­ ben 60.

Fig. 6 zeigt die Auslaßöffnung 140, über welche der unter Druck stehende Kraftstoff, der vom Ventilschieber 38 blockiert ist, zum Vorratsbehälter 39 zurückgeführt werden kann, wenn das Ventil während der Abmeßphase nach oben be­ wegt wird. Die Auslaßöffnung 140 macht möglich, daß der un­ ter Druck stehende Kraftstoff, welcher in der Betätigungs­ kammer vorliegt, wenn die Einspritzphase beendet ist, bewegt und über einen gewundenen, sich schneidenden Weg einschließ­ lich der Querbohrung 142 zum Kraftstoffreservoir zurückge­ führt wird. Die Spitze des Nadelventils 144 befindet sich in Betriebsbeziehung zum sich verjüngenden Ventilsitz 144 a. Eine Gewindeschraube 146 ermöglicht eine Einstellung der Na­ del relativ zum Sitz. Hierdurch wird die Strömungsrate des Kraftstoffes, der zum Vorratsbehälter 39 zurückkehrt, variiert. Fig. 6 macht außerdem deutlich, daß der Kraft­ stoff, der in den vergrößerten Ringräumen, beispielsweise dem Ringraum 37 a, die einstückiges Teil der Schieberkammer 37 sind, ebenfalls in den Auslaßkanal 140 während der Abmeß­ phase des Betriebszyklus abgelassen wird. Die Wege aller Rückflüsse führen zusammen, bevor sie den gemeinsamen Aus­ laßkanal 140 erreichen. Es können auch andere Arten, den eingesperrten Kraftstoff zurück zum Auslaßkanal 140 und/oder zum Vorratsbehälter 39 abzulassen, mit gleichem Erfolg ver­ wendet werden. Ein Teil des Nadelventils 144 ist aufgebro­ chen, so daß die Querbohrung 142 erkennbar ist.

Die Fig. 7 und 8 zeigen in vergrößertem Maßstab das Verstär­ kergehäuse 41 und die hierin angebrachten Komponenten. Fig. 7 zeigt die Komponenten in der Stellung, die während der Ab­ meßphase des Betriebszyklus eingenommen werden, während Fig. 8 die Komponenten während der Einspritzphase darstellt. Stifte 148 erstrecken sich von der oberen und der unteren Oberfläche des Verstärkergehäuses. Die Stifte passen in Öff­ nungen (nicht gezeigt) in den benachbarten Gehäuseabschnit­ ten und garantieren eine richtige Ausrichtung. Der obere Zy­ linder 64 des Verstärkerkolbens 62 bewegt sich innerhalb der Betätigungskammer 49, während sich der untere Zylinder 66 innerhalb der Abmeßkammer 50 bewegt. Die Grenze der Abwärts­ bewegung des Verstärkerkolbens wird durch die untere Fläche des Zylinders 64 gebildet, der die Basis des vergrößerten Ringraums 49a in der Betätigungskammer, wie in Fig. 8 ge­ zeigt, berührt. Die untere Fläche des Zylinders 66 nähert sich der Basis des vergrößerten Ringraums 49 a in der Abmeß­ kammer, 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 ver­ größert das Volumen innerhalb der Abmeßkammer 50, in welche unter Druck stehender Kraftstoff während der Abmeßphase des Betriebszyklus eingeführt wird. Die Grenze der nach oben ge­ richteten Bewegung wird erreicht, wenn das obere Ende des oberen Zylinders 64 des Verstärkerkolbens 62 die Oberseite der Betätigungskammer 49 erreicht und gegen die untere Flä­ che des Zwischenabschnittes 26 des Einspritzgehäuses an­ stößt. Fig. 7 zeigt den Verstärkerkolben an der oberen Grenze der Aufwärtsbewegung, während Fig. 8 den Verstärker­ kolben an der Grenze der Abwärtsbewegung darstellt. Dadurch, daß die Dauer der von der Steuereinrichtung 25 zum Solenoid des Dreiwegeventils 30 gelieferten elektrischen Signale va­ riiert wird, kann das Ausmaß der Aufwärtsbewegung des Zylin­ ders 66 innerhalb der Abmeßkammer 50 so eingestellt werden, daß die gewünschte variable Menge unter Druck stehenden Kraftstoffs abgemessen bzw. zugelassen wird. Der abgemessene Kraftstoff wird daraufhin in die Brennkraftmaschine an einem späteren Punkt im Betriebszyklus eingespritzt.

Der T-förmige Kanal 70, der sich axial durch den unteren Zylinder 66 des Verstärkerkolbens erstreckt, ist auch in denFig. 7 und 8 zu erkennen. In Fig. 7 hat sich der Kanal 70 über der Querbohrung 55 nach oben bewegt. Kraftstoff, der aus diesem austritt, wird im Gehäuse zwischen dem Zwischenzylinder 65 und dem unteren Zylinder 66 eingefangen. Die Strömung in der Querbohrung 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 die Federkammer 96 im Gehäuse 80 führt. In Fig. 8 stellt eine Hinterschneidung 150, die dem Kanal 70 zugeordnet ist, die Kommunikation zwischen dem Kanal 70 und dem Ringraum 56 her. Kraftstoff, der aus dem Kanal 70 herausgedrückt wird, tritt in den Ringraum 56 ein und fließt rasch in die Querbohrung 55 und von dort in die Leitung 54. Die Federkammer 96 nimmt immer den unter Druck stehenden Kraftstoff auf, der in der Querbohrung 55 fließt, unabhängig von der Position des Verstärkerkolbens 62.

Die wesentlichen Funktionsmerkmale des in den Fig. 1 bis 8 gezeigten Kraftstoffeinspritzsystems lassen sich anhand einer ausführlichen 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 Kraftstoffvor­ ratsbehälter 39 abzieht und diesen der Hochdruckpumpe 152 zuführt. Die Hochdruckpumpe 152 setzt den Kraftstoff unter Druck und speist diesen konstant in die drei Leitungen 48, 52, 54, die durch das Gehäuse verlaufen. Da die elektromagnetische Einrichtung 42 normalerweise entregt ist, wie in Fig. 2 gezeigt, fließt der unter Druck stehende Kraftstoff in der zweiten Leitung 52 durch die Anschlagplatte 43 in den Einlaßkanal 32 des Pendel­ ventils 40, über die Öffnung 134 in der Hülse 102 und ge­ langt von dort durch den zweiten Auslaßkanal 36 in die Steuerkammer 35 des Pendelventils. Auf diese Weise wird die obere Arbeitsfläche des Ventilschiebers 38 dem unter Druck stehenden Kraftstoff unter Versorgungsdruck ausgesetzt. Der Ventilschieber 38 bewegt sich innerhalb der Schieberkammer 37 nach unten, bis er fest auf deren Boden aufliegt, wie in Fig. 4 gezeigt. Wenn der Ventilschieber 38 auf dem Boden der Schieberkammer 37 aufsitzt, kann um dieses aufgrund der Nut zwischen dem mittleren und dem unteren Segment unter Druck stehender Kraftstoff herum gelangen und in die Betätigungs­ kammer 49 eintreten. Hier legt es Druck an die obere Ar­ beitsfläche des Verstärkerkolbens 62. Die nach unten gerich­ tete Bewegung des Ventilschiebers 38 läßt das obere zylin­ drische Segment des Ventils die Querbohrung 142 (vgl. Fig. 6) derart blockieren, daß keine Rückströmung aus der Betäti­ gungskammer 49 durch das einstellbare Nadelventil 144 das Reservoir stromab vom Pendelventil erreichen kann. Der Ver­ stärkerkolben 62 wird ebenfalls nach unten gedrückt, bis er im Ringraum am längeren Ende der Betätigungskammer 49 auf­ sitzt (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 ste­ hende 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 Ven­ tilschiebers 38 wirkt. Die wirksame Fläche des Ventilschie­ bers 38 ist in der Steuerkammer 35 nämlich mehrere Male größer als die wirksame Fläche des Kolbens 60. Der unter Druck stehende Kraftstoff in der Leitung 54 fließt weiter stromabwärts in die Querbohrung 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 Nadel 90 aufsetzen.

Der unter Druck stehende Kraftstoff in der Leitung 54 fließt außerdem in die Zweigleitung 71. Die Kugel des Rückschlag­ ventils 72 wird normalerweise von der Feder 74 auf den Sitz 76 gedrückt. Während der Abmeßphase wird das Rückschlagven­ til 72 vom Sitz 76 durch die Kraft des unter Druck stehenden Kraftstoffes weggeschoben, wie dies in Fig. 10 angedeutet ist. Wenn während der Einspritzphase der Verstärkerkolben 62 nach unten getrieben wird, wird die Kugel des Rückschlag­ ventils gegen den Sitz 76 gedrückt, wodurch die Abmeßkammer 50 abgedichtet wird, womit verhindert wird, daß der unter Druck stehende Kraftstoff stromauf in die Leitung 54 entweicht und der Druck des darin befindlichen Kraftstoffes erheblich an­ steigen kann. Fig. 9 macht diese Beziehungen deutlich.

Die Einspritzphase des Betriebszyklus tritt auf, wenn der Verstärkerkolben 62 innerhalb der Abmeßkammer 50 durch Anle­ gen von unter Druck stehendem Kraftstoff an die Oberseite des Kolbens nach unten gedrückt wird. Die Dauer der Ein­ spritzphase entspricht dem Bewegungsweg des Verstärkerkol­ bens 62 zwischen der oberen Ausgangsstellung in der Betäti­ gungskammer 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 Versorgungs­ druck, der auf die obere Arbeitsfläche wirkt, nach unten ge­ trieben wird, wird der Druck des Kraftstoffes in der Abmeßkammer 50 erheblich aufgrund der Differenz der Flächen des oberen zylindrischen 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 unte­ ren Zylinders sein. Wenn somit Kraftstoff 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 un­ ter Druck stehende Kraftstoff strömt aus der Abmeßkammer 50 in die Leitung 86 und den Ringraum 88 im Düsenkörper. Der ver­ stärkte Druckwert ist so hoch, daß die resultierende hydrau­ lische Kraft die vereinten Kräfte der Feder 94 (beispielsweise 2 Bar) und des unter Druck stehenden Kraftstoffes (beispielsweise 350 Bar) in der Kammer 96 überwindet, der normalerweise die Düsennadel 90 in der Schließstellung hält. Der hohe Druckwert im Ringraum 88 drückt die Düsennadel 90 vom Sitz weg; der unter Druck stehende Kraftstoff wird in einem sehr fein zerstäubten Strahl direkt in den Brennraum 22 im Motorblock ausgestoßen. Fig. 9 zeigt den Verstärkerkolben 62 am Ende des Abwärtsweges in der Betätigungskammer 49, die elektromagnetische Einrichtung entregt und den Ventilschieber 38 am Boden der Schieberkammer 37. Um zu verhindern, daß Kraftstoff im Ringraum 49a am Boden der Betätigungskammer 49 und im Ringraum 37a am Boden der Schieberkammer 37 eingefangen wird, sind diese Ringräume miteinander in Reihe verbunden und über die Auslaßöffnung 140 zum Kraftstoffvorratsbehälter 39 entlüftet. Die Strömung unter Druck stehenden Kraftstoffes durch die verschiedenen Leitungen ist durch die Richtungspfeile angedeutet.

Im Gegensatz zu Fig. 9 zeigt Fig. 10 die Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems in den Stellungen, die während der Abmeßphase des Betriebszyklus eingenommen werden. Zur Einleitung der Abmeßphase wird ein elektronisches Signal an die Wicklungen 108 der Einrichtung 42 gegeben, welche 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 Tauchkolbens 124, welche den Auslaßkanal 36 abdichtet, blockiert, während ein Strömungsweg aus der Schieberkammer 37 an dem Ventilsitz 130 vorbei in den Auslaßkanal 34 und von dort zum Kraftstoffvorratsbehälter 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 Ventilschiebers 38 wirkt, kann der kleinere Kolben 60 das größere Pendelventil nach oben bewegen. Die Aufwärtsbe­ wegung des Ventilschiebers 38 auf die Platte 34 zu drückt den Kraftstoff in dem oberen Ende der Kammer 37 durch den Auslaßkanal 34 und führt diesen zum Kraftstoffvorratsbehälter 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 un­ tere Abschnitt die Strömung in der Leitung 48 blockiert, so daß der unter Druck stehende Kraftstoff nicht dem oberen Ende des Verstärkerkolbens 62 zugeführt wird. Der unter Druck stehende Kraftstoff in der Querbohrung 55 und im Ringraum 56 fließt um den Verstärkerkolben 62 unabhängig von dessen Stellung herum und kommuniziert mit der Federkammer 96.

Wenn sich der Verstärkerkolben 62 während der Einspritzphase nach unten bewegt und der Druck des Kraftstoffes in der Kam­ mer 50 verstärkt wird, setzt der verstärkte Druck das Kugel­ ventil 72 gegen seinen Sitz 76 und verhindert, daß der ver­ stärkte Druck in der Kammer 50 in umgekehrter Richtung am Ventilsitz 76 vorbei in die Leitungen 71 und 54 fließt. Am Ende der Einspritzphase wird der verstärkte Druck innerhalb des Ringraumes 38 und des Düsenventils sehr rasch reduziert, wodurch der fein zerstäubte Kraftstoffstrahl unterbrochen wird. Dies geschieht dadurch, daß der unter Druck stehende Kraftstoff im Ringraum 88 gesammelt, expandiert und von der Nadel 90 nach oben bewegt wird, wenn diese in ihre normale unbetätigte Position zurückkehrt. Der Kraftstoff bewegt sich durch die Leitung 86, durch den T-förmigen Kanal 70 und in den Ringraum, der zwischen den Zylindern 65 und 66 des Ver­ stärkerkolbens 62 gebildet ist und in den Ringraum 56 nach oben. Die rasche Freigabe des unter Druck stehenden Kraft­ stoffes über die Kommunikation von Ringraum zu Ringraum stellt sicher, daß der Kraftstoffeinspritzvorgang genau 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 Ver­ stärkerkolbens 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 Auslaß­ kanal 142. Die Strömungsrate im Kanal 142, wenn der Kraft­ stoff zur Kraftstoffquelle 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 Nadelventil 144 gesteuert wird, über einen großen Bereich von Strömungszuständen eingestellt werden. Diese Fähigkeit kann dazu verwendet werden, die Funktion jeder Einspritzvor­ richtung bei einem Steuersignal bestimmter Dauer einzustel­ len. Tatsächlich kann jede Einspritzvorrichtung feinabge­ stimmt werden, und die verhältnismäßig große Strömung in der Rückführleitung 142 ermöglicht eine beträchtliche Breite des Einstellbereichs.

Das Ausmaß der Aufwärtsbewegung des Kolbens 62 steht in direkter Beziehung zur Dauer der Erregung der elektromagnetischen Einrichtung 42. Wenn die elektromagnetische Einrichtung 42 während ihrer 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 die elektromagnetische Einrichtung 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 Kammer 50 bis zu einem Niveau gefüllt, welches diesem Bruchteil entspricht. Im wesentlichen kann auf Grund der Fähigkeit der elektronischen Steuereinrichtung, die Dauer der Erregungsperiode der Einrichtung 42 zu variieren, das Kraftstoffeinspritzsystem eine variable Abmeßkapazität für jede Einspritzvorrichtung erzielen.

Claims (1)

1. Elektrisch gesteuerte Einspritzvorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum einer Brennkraft­ maschine, die ein elektromagnetisch betätigtes Drei-Wege- Ventil (30), ein Pendelventil (40), einen Verstärkerkolben (62) und eine Einpritzdüse (78) umfaßt und der Kraftstoff von einer unter Hochdruck stehenden Kraftstoffquelle (152) zugeführt wird, wobei
das Drei-Wege-Ventil (30) einen mit der Kraftstoff­ quelle (152) verbundenen Einlaßkanal (32) und zwei Auslaß­ kanäle (34, 36) aufweist, von denen der erste (34) mit dem Kraftstoffvorratsbehälter (39) und der zweite (36) mit der Steuerkammer (35) des Pendelventils (40) verbunden ist, und
das Drei-Wege-Ventil (30) mit einer von einer elek­ tronischen Steuereinrichtung (25) erregbaren elektromagne­ tischen Einrichtung (42) 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 die­ sen Kanälen (32, 36) ist, während im zweiten Zustand die beiden Auslaßkanäle (34, 36) miteinander verbunden sind und der Einlaßkanal (32) außer Kommunikation mit diesen ist, und
das Pendelventil (40) einen in einer Schieberkammer (37) beweglichen und über den Kraftstoffdruck in der stirn­ seitig angeordneten Steuerkammer (35) betätigbaren Ventil­ schieber (38) aufweist, der in einer ersten Endstellung den Kraftstoffzufluß von der Kraftstoffquelle (152) zur Betäti­ gungskammer (49) des Verstärkerkolbens (62) öffnet und in der zweiten Endstellung diesen verschließt, und
der Verstärkerkolben (62) zwei zylindrische Berei­ che umfaßt, von denen der eine innerhalb der Betätigungs­ kammer (49) und der andere innerhalb einer Kraftstoff- Abmeßkammer (50) angeordnet ist, wobei die Abmeßkammer (50) ebenfalls mit der Kraftstoffquelle (152) in Verbindung steht, und
ferner stromab der Abmeßkammer (50) die Einspritz­ düse (78) angeordnet ist, deren Düsennadel (90) von einer in einer Federkammer (96) angeordneten Feder (94) und einem der Federkanmer (96) aufgeprägten Strömungsmitteldruck in Schließrichtung der Düse (78) belastet ist, und
der in der Abmeßkammer (50) angeordnete zylindri­ sche Bereich des Verstärkerkolbens (62) einen T-förmigen Kanal (70) aufweist, der am Ende der Hochdruck erzeugenden Bewegung des Verstärkerkolbens (62) zum Zwecke der Entspan­ nung des in der Einspritzdüse (78) befindlichen Kraftstoffs eine Strömungsverbindung zwischen der Abmeßkammer (50) und einer Querbohrung (55), die mit der Kraftstoffquelle (152) verbunden ist, herstellt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Federkammer (96) mit der Querbohrung (55) und damit mit der Kraftstoffquelle (152) ständig verbunden ist, und
daß die Querbohrung (55) eine den zylindrischen Bereich des Verstärkerkolbens (62) in der Abmeßkammer (50) umgebenden vergrößerten Ringraum (56) enthält, der am Ende der Bewegung des Verstärkerkolbens (62) mit einer im Be­ reich des Quersteges des T-förmigen Kanals (70) am Umfang des Verstärkerkolbens (62) angebrachten ringnutartigen Hin­ terschneidung (150) kommuniziert.