DE3048347C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckverstärkungsvorrichtung für eine Kraft­ stoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für direkteinspritzende Dieselbrennkraftmaschinen, gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine gattungsbildende Druckverstärkungsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 27 55 222 bekannt. Der bei dieser bekannten Druckverstärkungsvor­ richtung verwendete Stufenkolben dient dazu, den für die Abspritzung erfor­ derlichen hohen Kraftstoffdruck zu schaffen, während die vorgeschaltete Einspritzverteilerpumpe die Zuteilung des Kraftstoffes bei auf einem mittleren Niveau liegenden Pumpendruck übernimmt. Die für eine derartige Kraftstoff­ einspritzeinrichtung benötigte Kraftstoffpumpe braucht demnach nur noch einen mittleren Druck zu erzeugen und kann zudem mit größeren Fördermengen arbeiten, wodurch eine wesentlich höhere Genauigkeit der Regelung bei Ver­ wendung herkömmlicher Verteilereinspritzpumpen ermöglicht wird.

Bei dieser bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung erfolgt die Füllung des der kleineren Stirnfläche des Stufenkolbens zugeordneten Arbeitsraumes auf der Seite des Einspritzventils über einen den einteilig ausgebildeten Stufenkolben durchsetzenden Kraftstoffdurchgang, in dem ein als Rückschlag­ ventil ausgebildetes, zum Einspritzventil hin öffnendes Kugelventil ange­ ordnet ist. Da jedoch nur ein dem Flächenverhältnis des Stufenkolbens ent­ sprechender Teil der von der Verteilereinspritzpumpe zugelieferten Kraft­ stoffmenge von dem Stufenkolben über das Kugelventil an das Einspritzventil weitergeleitet wird, müssen Maßnahmen zur Abführung des restlichen Teils der zugeteilten Kraftstoffmenge vorgesehen werden. Bei der bekannten Vorrich­ tung müßte dieser Kraftstoffanteil beim Rückgang des Stufenkolbens in den von der Verteilereinspritzpumpe kommenden Kraftstoffzuführkanal zurückge­ fördert und von dort durch entsprechende Mittel abgeleitet werden. Dies kann jedoch zu erheblichen Schwierigkeiten führen. Darüber hinaus bereitet die Anordnung eines Kugelventils in dem Stufenkolben erhebliche Schwierig­ keiten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Druck­ verstärkungsvorrichtung der im Oberbegriff genannten Art zu schaffen, bei der die zuvor genannten Schwierigkeiten vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß entsprechend den im Kenn­ zeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Durch die Teilung des Stufenkolbens in jeweils einen die größere Stirnfläche aufweisenden Teil­ kolben und einen die kleinere Stirnfläche aufweisenden Teilkolben, der zudem durch entsprechende Federbelastung und zusammen mit dem anderen Teilkolben als Ventilvorrichtung ausgebildet ist, werden die mit der Unterbringung des Kugelventils zusammenhängenden Schwierigkeiten in einfacher Weise ge­ löst. Gleichzeitig ergibt dieser Aufbau die Möglichkeit, neben einer ordnungs­ gemäßen Füllung des dem Einspritzventil zugeordneten Arbeitsraums eine günsti­ ge Abführung des von der Verteilereinspritzpumpe gelieferten überschüssigen Kraftstoffanteils zu erreichen, indem beim Abheben der beiden Teilkolben voneinander eine Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen und einem Ablaufkanal geschaffen wird.

An sich ist schon aus der DE-OS 15 76 478 die Zweiteilung eines Stufenkol­ bens bekannt. Diese ist hier jedoch aus fertigungstechnischen Gründen vorge­ nommen, weil die die Teilkolben führenden Bohrungen nicht immer völlig koaxial zueinander angeordnet sind. Eine Ventilfunktion wird hiermit nicht bezweckt.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den Unter­ ansprüchen entnehmen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in teils schematischer Darstellungsweise in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit der erfindungsgemäßen Druckverstärkungsvorrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des größeren Teilkolbens der Druckverstärkungsvorrichtung und

Fig. 3 eine Draufsicht auf diesen Teilkolben.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Düsenkörper eines Einspritzventils 35 bezeich­ net, der zusammen mit einem Zwischenteil 2 mittels einer Überwurfmutter 4 mit einem Düsenhalter 3 verbunden ist. In einer axialen Bohrung 6 des Düsen­ körpers 1 ist eine Düsennadel 5 axial verschiebbar und dichtend geführt, die mit einem Federteller 7 verbunden ist, der von einer in einem zylindri­ schen Federraum 9 des Düsenhalters 3 angeordneten, und sich an einem in dem Düsenhalter 3 gehaltenen Einsatz 17 abstützenden Rückstellfeder 8 in Schließrichtung beaufschlagt ist. Das Zwischenteil 2 dient dabei zur Hubbe­ grenzung der Düsennadel 5.

In dem Düsenhalter 3 ist ein aus den beiden Teilkolben 10 und 11 gebildeter Stufen- oder Differentialkolben gehalten, dessen größerer Teilkolben 10, mit seiner größeren Stirnfläche einen ersten Arbeitsraum 12 begrenzend, in einer durch den Einsatz 17 begrenzten Bohrung 3 a des Düsenhalters 3 und dessen kleinerer Teilkolben 11, mit seiner kleineren Stirnfläche einen zweiten Arbeitsraum 13 begrenzend, in einer Bohrung 17 a des Einsatzes 17 gleitet. 14 stellt eine den größeren Teilkolben 10 belastende, hier als Schrauben­ druckfeder ausgebildete Feder dar, die sich mit einem Ende an dem Einsatz 17 und mit dem anderen Ende am freien Teil einer Stirnfläche 28 des größeren Teilkolbens 10 abstützt, und die in einem vom freien Teil der Stirnfläche 28 dieses Teilkolbens 10 begrenzten dritten Arbeitsraum 19 angeordnet ist.

Der Arbeitsraum 12 ist über eine Verbindungsleitung 31 zur Druckmittelbeauf­ schlagung mit einer Verteilereinspritzpumpe 30 verbunden, die andererseits mit den anderen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritz­ ventilen 32-34 in Verbindung steht. Die Verteilereinspritzpumpe entspricht dabei herkömmlichen Verteilerpumpen für Vorkammer-Dieselmotoren und arbeitet auf einem mittleren Arbeitsdruckniveau, bei dem Arbeitsmitteldrücke zwischen etwa 150 und 300 bar erreicht werden.

Der größere Teilkolben 10 des Stufenkolbens weist als Teilkraftstoffdurchgang hier im wesentlichen axial, jedoch dezentral verlaufende Durchgangskanäle 15 auf, die von der einen, dem ersten Arbeitsraum 12 zugeordneten Stirnsei­ te 25 zur anderen Stirnseite 28 des Teilkolbens 10 verlaufen. Der dritte Arbeitsraum 19 ist über einen in dem Düsenhalter 3 verlegten Ablaufkanal 24 mit der Lecköl aus dem Federraum 9 für die Rückstellfeder 8 abführenden Auslaßleitung 23 verbunden.

Der kleinere Teilkolben 11 des Stufenkolbens weist an seiner dem größeren Teilkolben 10 zugewandten Seite einen Ringbund 29 auf, an dem eine an dem Einsatz 17 abgestützte, hier als Schraubendruckfeder ausgebildete Feder 18 anliegt, die parallel zu der den größeren Teilkolben 10 belastenden Schrau­ bendruckfeder 14 in dem dritten Arbeitsraum 19 angeordnet ist. Als Teilkraft­ stoffdurchgang weist der kleinere Teilkolben 11 einen im wesentlichen als zentral verlaufende Bohrung ausgebildeten Durchgangskanal 16 auf, der die Stirnfläche 27 mit der gegenüberliegenden, den zweiten Arbeitsraum 13 begren­ zenden Stirnfläche 26 verbindet. Der zweite Arbeitsraum 13 ist über das in dem Einsatz 17, dem Düsenhalter 3, dem Zwischenteil 2 und dem Düsenkörper 1 verlaufende Leitungssystem 20 mit einem Druckraum 21 im Bereich einer Druckschulter 21 a an der Spitze der Düsennadel 5 unmittelbar vor der Spritz­ öffnung 22 des Einspritzventils 35 verbunden.

Die einander zugewandten Stirnflächen 27 und 28 des größeren Teilkolbens 10 und des kleineren Teilkolbens 11 sind plan geschliffen und dienen als Ventilsitzflächen, die bei gegenseitiger Anlage der beiden Teilkolben 10, 11 die Teilkraftstoffdurchgänge in diesen voneinander trennen oder beim Abheben der beiden Teilkolben voneinander die Teilkraftstoffdurchgänge in diesen zum Ablaufkanal 24 hin öffnen.

Durch den Einbau des aus den beiden Teilkolben 10 und 11 bestehenden Stufen­ kolbens in den Düsenhalter 3 des Einspritzventils wird der mit dem hohen Abspritzdruck arbeitende Bereich des Einspritzsystems auf das Einspritzven­ til selbst beschränkt, so daß das übrige Leitungssystem entlastet bleibt. Der für die Zwecke der Direkteinspritzung erforderliche hohe Arbeitsdruck wird dabei durch den aus den Teilkolben 10, 11 bestehenden Stufenkolben gebildet, der den Druck entsprechend dem Flächenverhältnis der beiden Stirn­ flächen 25 und 26 verstärkt. Gleichzeitig ergibt sich eine Verringerung der Fördermengen, so daß das dem Einspritzventil vorgeschaltete Verteiler­ system nicht nur bei relativ niedrigen Arbeitsdrücken, sondern auch mit relativ großen Fördermengen arbeitet, was technisch sehr viel einfacher auszuführen ist, als eine Verteilung bei hohen Drücken und kleinen Mengen, ganz abgesehen davon, daß Verteilereinspritzpumpen für die bei der Direkt­ einspritzung erforderlichen hohen Arbeitsdrücke bis zu etwa 1000 bar bisher überhaupt nicht bekannt sind.

Ausgehend von der in der Zeichnung gezeigten Stellung des Einspritzventils wird nun bei einer Druckbeaufschlagung des Kraftstoffzuführkanals 31 durch die Verteilereinspritzpumpe 30 zunächst der aus den beiden Teilkolben 10 und 11 bestehende Stufenkolben entgegen der Wirkung der Federn 14 und 18 niedergedrückt, wobei sich in dem Leitungssystem 20 ein entsprechend dem Flächenverhältnis der Stirnflächen 25 und 26 des Stufenkolbens verstärkter Druck einstellt. Dieser Druck hebt die Düsennadel 5 entgegen der Rückstell­ feder 8 an, so daß durch die Spritzöffnung 22 eine dem jeweiligen Betriebszu­ stand der Brennkraftmaschine angepaßte Kraftstoffmenge abgespritzt werden kann. Die Zumessung der Kraftstoffmenge erfolgt vor dem Kraftstoffeinspritz­ ventil auf der Seite des relativ niedrigen Pumpenförderdruckes durch die Verteilereinspritzpumpe 30, wobei die Fördermengen entsprechend dem Flächen­ verhältnis der Stirnflächen 25 und 26 des Stufenkolbens vergrößert sind. Dies ermöglicht eine technisch einfachere Ausführung der Zumeßvorrichtung mit geringeren Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit. Zudem bleibt der hohe Abspritzdruck auf die in den kompakten Teilen des Kraftstoffein­ spritzventils eingearbeiteten, relativ kurzen Leitungen begrenzt, wodurch der Einfluß der Leitungselastizitäten auf die Einspritzmenge wesentlich reduziert werden kann.

Bei Beendigung des Förderhubes der Verteilereinspritzpumpe 30 fällt der Druck in dem Leitungssystem 20 und in dem Druckraum 21 ab, so daß die von der Rückstellfeder 8 belastete Düsennadel 5 wieder in die Schließstellung zurückbewegt wird, in der die Spritzöffnung 22 abgesperrt wird. Da auch in dem von der Verteilereinspritzpumpe 30 kommenden Kraftstoffzuführkanal 31 nach der Förderung der zugemessenen Kraftstoffmenge eine Druckentlastung stattfindet, werden die beiden Teilkolben 10, 11 von den beiden Federn 14 und 18 in die in der Zeichnung gezeigte Ausgangsstellung zurückgedrückt. Diese Rückbewegung der beiden Teilkolben 10 und 11 erfolgt jedoch nicht als Einheit, sondern getrennt. Dabei wird zunächst der größere Teilkolben 10 unter der Einwirkung der Feder 14 in seine Ausgangsstellung zurückge­ drückt, wobei er sich von dem kleineren Teilkolben 11 abhebt. Dieses Abheben ergibt sich dadurch, daß der kleinere Teilkolben 11 von dem beim Rückgang des Teilkolbens 10 in der zu der Verteilereinspritzpumpe 30 führenden Zulei­ tung 31 sich aufbauenden Druck belastet wird, der über die Durchgangskanäle 15 und eine Ringnut 36 in der Ventilsitzfläche 27 im kleineren Teilkolben, in dem die Durchgangskanäle 15 münden, auf einen Teil der Stirnfläche 27 entgegen der Feder 18 wirkt. Dieser kleinere Teilkolben 11 führt daher seine durch die Feder 18 bewirkte Rückbewegung erst mit einiger Verzögerung durch; er muß jedoch bei Beginn des nächstfolgenden Förderhubs der Verteilerein­ spritzpumpe 30 wieder an dem größeren Teilkolben 10 zur die Verbindungs­ kanäle 15 verschließenden Anlage an dem größeren Teilkolben 10 gekommen sein.

Während der Trennung der beiden Teilkolben 10 und 11 sind die den beiden Teilkolben zugeordneten Durchgangskanäle 15 und 16 mit dem mit dem Ablauf­ kanal 24 verbundenen dritten Arbeitsraum 19 und damit auch untereinander verbunden. Auf diese Weise erfolgt während des Rückgangs der beiden Kolben sowohl eine erneute Füllung des Hochdruckteils des Einspritzventils, d.h. des zweiten Arbeitsraums 13 über den Durchgangskanal 16, als auch eine Ab­ führung des darüber hinausgehenden Anteils der von der Verteilereinspritz­ pumpe 30 gelieferten Kraftstoffmenge aus dem ersten Arbeitsraum 12 durch die Durchgangskanäle 15 in den dritten Arbeitsraum 19 und von dort in den Ablaufkanal 24, wobei gleichzeitig auch der in der Zuleitung 31 beim Rück­ gang des größeren Teilkolbens 10 erzeugte Druck abgebaut wird. Bei Beendi­ gung des Rückhubes kommt der kleinere Teilkolben 11 mit seiner Stirnseite 27 an der Stirnseite 28 des größeren Teilkolbens 10 wieder zur Anlage, wodurch die Durchgangskanäle 15 und 16 sowohl voneinander als auch von dem dritten Arbeitsraum 19 abgeschnitten werden. In dieser Ausgangsstellung stehen die beiden Teilkolben 10, 11 wieder für einen erneuten Einspritzvorgang bereit, der durch den Beginn eines erneuten Förderhubes der Verteilereinspritzpumpe 30 eingeleitet wird.

In den Fig. 2 und 3 der Zeichnung ist eine Ausführung des größeren Teil­ kolbens 10′ des Einspritzventils angedeutet, bei der der Teilkraftstoff­ durchgang in Form von Durchgangskanälen ausgebildet ist, die zwischen den beiden Stirnseiten 25′ und 28′ nicht glatt durchgehen, sondern zugleich als Filter dienen. Zu diesem Zweck ist der Teilkolben aus einem zylindri­ schen Kernstück 40 und einem dieses Kernstück mit geringem Spiel umgeben­ den ringzylindrischen Kranz 41 gebildet. Das Kernstück 40 und der Kranz 41 sind untereinander starr, beispielsweise durch eine hier nicht dargestellte Verstemmung oder dgl., verbunden. Am Außenmantel des Kernstückes 40 und am Innenmantel des ringzylindrischen Kranzes 41 sind axial verlaufende, nicht ganz durchgehende Nuten 42 und 43 vorgesehen, wobei die einen an der Stirnfläche 25′ und die anderen an der Stirnfläche 28′ beginnen bzw. enden. Die Nuten 42 und 43 sind darüber hinaus in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt, so daß keine direkt durchgehenden Durchgangskanäle vorhanden sind. Eine Verbindung der beiden Stirnseiten 25′ und 28′ untereinander erfolgt vielmehr über jeweils benachbarte Axialnuten 42 und 43 unter Zwischenschaltung eines diese Nuten untereinander verbindenden Filterringspaltes zwischen dem Kernstück 40 und dem Ringkranz 41 des Teilkolbens 10′. Da dieser Filter­ ringspalt zwar relativ eng, andererseits aber auch relativ lang (Höhe h in Fig. 2) ist, ergibt sich eine genügend große Durchtrittsfläche für das Druckmittel. Der Sinn einer derartigen Filteranordnung besteht darin, mit dem Kraftstoff mitgeführte Fremdkörper daran zu hindern, bis zur Spritzöffnung 22 zu gelangen und dort Verstopfungen zu verursachen. Derartige Fremdkörper werden vielmehr im Bereich des Filterringspaltes zwischen den Axialnuten 42 und 43 aufgehalten und dort zertrümmert.

Die in der Zeichnung gezeigte Ausführung des Einspritzventils stellt nur ein, zudem schematisches Ausführungsbeispiel dar. Verständlicherweise ist eine Vielzahl anderer Ausführungsvarianten möglich. Wesentlich dabei ist der Gedanke der geteilten Ausführung des Stufenkolbens, wobei beide Teil­ kolben federbelastet sind und sich bei der Rückverstellung zur Verbindung ihrer Teilkraftstoffdurchgangskanäle untereinander sowie mit dem Ablaufkanal voneinander trennen. Selbstverständlich kann die beschriebene Einspritzein­ richtung statt mit einer Verteilereinspritzpumpe, beispielsweise auch mit einer Reiheneinspritzpumpe zusammen arbeiten.

Claims (6)

1. Druckverstärkungsvorrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere direkteinspritzende Dieselbrennkraftmaschi­ nen, wobei jedem Einspritzventil eine Druckverstärkungsvorrichtung vorgeschal­ tet ist, die einen der Kraftstofförderrichtung einer Kraftstoffeinspritzpumpe entgegengerichtet federbelasteten, in einem Gehäuse gegen einen kraftstoffzu­ strömseitigen Anschlag verschiebbar gelagerten Stufenkolben aufweist, dessen größerer Stirnfläche ein mit der Kraftstoffeinspritzpumpe verbundener erster Arbeitsraum und dessen kleinerer Stirnfläche ein mit einer Spritzöffnung des jeweiligen Einspritzventils verbundener zweiter Arbeitsraum zugeordnet ist, wobei die beiden Arbeitsräume über einen eine rückschlagventilartige, während des Druckhubs des Stufenkolbens geschlossene Ventilvorrichtung ent­ haltenden Kraftstoffdurchgang im Stufenkolben miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben zwei getrennte, jeweils die größere bzw. die kleinere Stirnfläche (25, 25′; 26) aufweisende Teilkolben (10, 10′; 11) aufweist, die gesondert von je einer am größeren sowie am klei­ neren Teilkolben gleichgerichtet angreifenden Feder (14, 18) beaufschlagt sind, und daß zur Bildung der Ventilvorrichtung die einander zugewandten Stirnflächen (27; 28, 28′) der beiden Teilkolben (10, 10′; 11) derart mit gegenseitig zusammenwirkenden, bei Anlage den Kraftstoffdurchgang trennenden Ventilsitzflächen versehen sind, daß bei einem Abheben des einen Teilkolbens vom anderen die Teilkraftstoffdurchgänge (15; 42, 43, 44; 16) in den beiden Teilkolben (10, 10′, 11) zu einem Ablaufkanal (24) hin aufgesteuert sind.

2. Druckverstärkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilkraftstoffdurchgang im kleineren Teilkolben (11) aus einem die Stirnseiten (26, 27) desselben verbindender und in axialer Richtung verlau­ fenden Durchgangskanal (16) und der Teilkraftstoffdurchgang im größeren Teil­ kolben (10, 10′) aus einem oder mehreren, die Stirnseiten (25, 25′, 28, 28′) desselben verbindenden und in axialer Richtung verlaufenden Durchgangska­ nälen (15; 42, 43, 44) besteht.

3. Druckverstärkungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Teilkraftstoffdurchgänge mit dem Ablaufkanal (24) bei gegenseitigem Abheben der Teilkolben (10, 10′; 11) voneinander über einen dritten Arbeitsraum (19) erfolgt, der auf der dem ersten, mit der Kraftstoff­ einspritzpumpe (30) verbundenen Arbeitsraum (12) abgewandten Seite des grö­ ßeren Teilkolbens (10, 10′) den kleineren Teilkolben (11) umgibt.

4. Druckverstärkungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Arbeitsraum (19) die dem größeren Teilkolben (10, 10′) zugeordnete Feder (14) aufnimmt.

5. Druckverstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der größere Teilkolben (10′) aus einem zylindrischen Kernstück (40) und einem ringzylindrischen Kranz (41) besteht und die Durchgangskanäle nach Art eines Filters in Form von in Umfangsrichtung versetzt, abwechselnd in den einander gegenüberliegenden Mantelflächen im Kernstück (40) und Kranz (41) ausgebildeten, in der einen oder anderen Stirnfläche (25′, 28′) des Teilkolbens (10′) mündenden, in Achsrichtung nicht voll durchgehenden Axial­ nuten (42, 43) ausgebildet sind, die über einen Filterringspalt (44) zwischen Kernstück (40) und Kranz (41) in gegenseitiger Verbindung stehen.

6. Druckverstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der kleinere Teilkolben (11) auf seiner dem größeren Teilkolben zugewandten Seite einen Ringbund (29) trägt, an dem die den kleineren Teil­ kolben beaufschlagende Feder (18) innerhalb des dritten Arbeitsraumes (19) angreift.