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Vorrichtung zum Einspritzen von flüssigem Brennstoff für
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eine Hubkolbenbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Einspritzen von flüssigem Brennstoff in den Brennraum einer Hubkolbenbrennkraftmaschine,
mit einem Einspritzventil, das mit einer an einer Brennstoffpumpe angeschlossenen
Druckleitung verbunden ist und eine mit einem Dichtsitz zusammenwirkende Ventilnadel
aufweist, die unter der Wirkung des von der Brennstoffpumpe über die Druckleitung
taktweise geförderten Brennstoffs vom Dichtsitz abhebt und dadurch den Brennstoff
zu dem Dichtsitz nachgeschalteten und in den Brennraum mündenden Düsenlöchern strömen
lässt.
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Bei bisherigen Vorrichtungen dieser Art tritt die Erscheinung auf,
dass nach dem Schliessen der Ventilnadel in dem stromoberhalb des Dichtsitzes des
Einspritzventils eingeschlossenen Brennstoff ein Druckaufbau stattfindet. Der dabei
entstehende Druck kann den Schliessdruck der Ventilnadel übersteigen, so dass die
Ventilnadel wieder öffnet und nochmals Brennstoff in den
Brennraum
des Zylinders strömen lSsst, was mit Nachspritzen bezeichnet wird. Es ist auch beobachtet
worden, dass durch den Druckaufbau Schwingungen der Brennstoffsäule im Rohrleitungssystem
zwischen dem Einspritzventil und dem Druckventil der Brennstoffpumpe auftreten,
was ebenfalls zu der unerwÜnschten Erscheinung des Nachspitzens führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so zu verbessern, dass nach dem Schliessen der Ventilnadel das Entstehen
von Druckspitzen vermieden wird, die ein ungewolltes Oeffnen der Ventilnadel zur
Folge haben könnten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in der Druckleitung
im Bereich des am Einspritzventil angeschlossenen Endes ein den Standdruck in der
Druckleitung haltendes Ventil angeordnet ist, dass zwischen diesem Ventil und dem
stromoberhalb des Dichtsitzes vom Brennstoff beaufschlagten Raum des Einspritzventils
über mindestens ein weiteres Ventil eine Abzweigleitung zu einem Raum führt, in
dem ein Druck herrscht, der unterhalb des in der Druckleitung herrschenden Standdruckes
liegt, und dass das zwischen den genannten Räumen befindliche Ventil so gesteuert
ist, dass es gegen Ende des Einspritzvorganges öffnet.
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Durch das Anbringen der Abzweigleitung mit dem weiteren Ventil wird
es möglich, den nach dem Schliessen der Ventilnadel im Einspritzventil eingeschlossenen
Brennstoff vom Druck zu entlasten. Somit kann sich kein den Schliessdruck der Ventilnadel
übersteigender Druck mehr aufbauen, und das sogenannte Nachspritzen von Brennstoff
in den Brennraum wird sicher vermieden. Durch das Anbringen des den Standdruck in
der Druckleitung haltenden
Ventils, das zusätzlich zu dem in oder
nahe der Brennstoffpumpe vorhandenen Druckventil vorgesehen ist, wird einerseits
das im Einspritzventil eingeschlossene Brennstoffvolumen klein gehalten und andererseits
zwischen den Einspritzphasen ein Leerlaufen der Druckleitung vermieden. Mit der
erfindungsgemässen Einrichtung ist es also möglich, die pro Arbeitstakt einzuspritzende
Brennstoffmenge exakt zu dosieren, so dass die mit dem bisherigen Nachspritzen verbundenen
Brennstoffverluste eliminiert werden und damit die Wirtschaftlichkeit des Betriebes
der Brennkraftmaschine erhöht wird.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung
anhand der Zeichnung näher erläutern. Es zeigen: Fig. 1 in schematisch vereinfachter
Darstellung eine Einspritzvorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 eine abgewandelte
Einspritzvorrichtung, ebenfalls schematisch vereinfacht dargestellt, Fig. 2a und
2b je ein Diagramm über den Druckverlauf an zwei verschiedenen Stellen der Vorrichtung,
Fig. 3 eine weitere abgewandelte Vorrichtung in schematisch vereinfachter Darstellung
und Fig. 3a und 3b den Fig. 2a und 2b entsprechende Diagramme.
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Gemäss Fig. 1 ist eine Brennstoffpumpe 1 vorgesehen, deren Kolben
2 in nicht näher dargestellter Weise von einem Nocken angetrieben ist, der sich
in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine dreht und
den Kolben 2 auf- und abwärts bewegt. In der Pumpe 1 ist ein Saugventil 3, ein Ueberströmventil
4 und ein Druckventil 5 vorgesehen. Das Saugventil 3 und das
Ueberströmventil
4 werden in bekannter, nicht dargestellter Weise von einem Gestänge betätigt. Mit
dem Schliessen des Saugventils 3 beginnt während der Aufwärtsbewegung des Kolbens
2 und bei geschlossenem Ueberströmventil 4 die Förderung des flüssigen Brennstoffs
zum Einspritzventil 6, das über das Druckventil 5 und eine Druckleitung 7 mit der
Brennstoffpumpe 1 verbunden ist. Mit dem Oeffnen des Ueberströmventils 4 wird die
Förderung des Brennstoffs zum Einspritzventil 6 beendet.
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Das Einspritzventil 6 weist eine Ventilnadel 8 auf, die an ihrem unteren
Ende mit einer kegeleligen Sitzfläche versehen ist, die mit einem entsprechend geformten
Dichtsitz 9 im Einspritzventil 6 zusammenwirkt. An den Dichtsitz 9 schliesst sich
ein axialer Kanal 10 an, von dem mehrere Düsenlöcher 11 ausgehen, die in den Brennraum
des Zylinders der Brennkraftmaschine münden. Der in Fig. 1 untere, im Durchmesser
abgesetzte Abschnitt der Düsennadel 8 ist von einem Raum 12 umgeben, der über einen
Kanal 13 mit der Druckleitung 7 in Verbindung steht. Die Düsennadel 8 ist an ihrem
in Fig. 1 oberen Ende an einer Feder 14 abgestützt, die die Düsennadel 8 gegen den
Dichtsitz 9 drückt.
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Die Druckleitung 7 ist nahe ihrem mit dem Kanal 13 verbundenen Ende
mit einem Ventil 15 versehen, dessen Verschlussteil 15' von einer Feder 16 auf den
nicht näher dargestellten Dichtsitz des Ventils 15 gedrückt wird.
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Die Kraft der Feder 16 ist so gross, dass in der Druckleitung 7 ein
Standdruck von beispielsweise 100 bar gehalten wird, wenn kein Förderhub der Brennstoffpumpe
1 stattfindet. Zwischen dem den Standdruck haltenden Ventil 15 und dem Raum 12 des
Einspritzventils 6 ist eine Abzweigleitung 17 angeschlossen, die zu einem Gefäss
18 führt, in dem für den Einspritzvorgang nicht benötigter
Brennstoff
gesammelt wird, was weiter unten näher erist lautet wird. In der Abzweigleitung
17/ein Ventil 19 vorgesehen, das mit der kegeligen Dichtfläche 20 seines Verschlussteils
19' bei geschlossener Ventilstellung die Verbindung des Raumes 12 mit dem Gefäss
18 unterbricht.
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Der Verschlussteil 19' weist einen Anker 21 auf, der eine elektromagnetische
Spule 22 durchdringt und an seinem freien Ende mit einem Teller 23 versehen ist.
An dem Teller 23 stützt sich eine Feder 24 ab, die den Verschlussteil 19' in Schliessstellung
drückt. Die elektromagnetische Spule 22 ist mit einem nicht näher dargestellten
Signalgeber verbunden, der abhängig von der Schliessbewegung der Düsennadel 8 die
Spule 22 erregt und damit den Verschlussteil 19' in offene Stellung bringt.
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Die beschriebene Einrichtung funktioniert wie folgt: Bei Aufwärtsbewegung
des Pumpenkolbens 2 und Schliessen des Saugventils 3 beginnt der Förderhub, so dass
der flüssige Brennstoff mit einem Druck von beispielsweise 200 bis 700 bar über
das sich öffnende Druckventil 5 in die Druckleitung 7 strömt. Da dieser Druck höher
ist als der Standdruck von 100 bar, öffnet auch das Ventil 15 und der Brennstoff
gelangt über den Kanal 13 in den Raum 12. Der in diesem Raum wirkende Brennstoffdruck
überwiegt die Kraft der Feder 14, so dass die Ventilnadel 8 vom Dichtsitz 9 abhebt
und Brennstoff über den Kanal 10 und die Düsenlöcher 11 in den Brennraum des Zylinders
gelangt. Sowie das Ueberströmventil 4 in der Pumpe 1 öffnet, fällt der Druck in
der Druckleitung 7 und im Raum 12, so dass das Ventil 15 schliesst und auch die
Ventilnadel 8 von der Feder 14 auf den Dichtsitz 9.gedrückt wird und der Einspritzvorgang
beendet wird. Infolge dieser Schliessbewegung der Ventilnadel 8 wird die
Magnetspule
22 erregt, so dass das Ventil 19 geöffnet und der Raum 12 über die Abzweigleitung
17 mit dem Gefäss 18 verbunden wird. Durch das Oeffnen des Ventils 19 findet also
eine Druckentlastung des zwischen dem den Standdruck haltenden Ventil 15 und dem
Raum 12 eingeschlossenen Brennstoffs statt, so dass sich in diesem Brennstoff nach
dem Schliessen der Ventilnadel 8 kein Druck mehr aufbauen kann. Somit wird ein ungewolltes
Wiederöffnen der Düsennadel 8 und damit ein Nachspritzen von Brennstoff in den Brennraum
des Zylinders sicher vermieden. Nach dem Entlasten des Brennstoffs wird die Spule
22 stromlos und die Feder 24 drückt den Verschlussteil 19' wieder in die geschlossene
Stellung.
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Statt von der Schliessbewegung der Ventilnadel 8 kann das auf die
Spule 22 wirkende Signal auch vom Kurbelwinkel abhängig sein.
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Gemäss Fig. 2 ist die Pumpe 1 mit den Ventilen 3 bis 5 gleich aufgebaut
wie in Fig. 1. Dies gilt auch für das Einspritzventil 6. Abweichend von der Ausführungsform
nach Fig. 1 ist hier der Verschlussteil 15' des den Standdruck in der Druckleitung
7 haltenden Ventils 15 Mit dem Verschlussteil 19'desinder Abzweigleitung 17 angeordneten
Ventils 19 zu einem Bauteil vereinigt. Die Dichtsitze der beiden Ventile 15 und
19 sind so angeordnet, dass in Schliessstellung des Ventils 15 das Ventil 19 sich
in Offenstellung befindet und umgekehrt. In Fig. 2 oberhalb des Ventils 19 ist am
Verschlussteil 19' eine Stange 26 angeordnet, die einen Teller 27 trägt, auf dem
sich eine Feder 28 abstützt, die der Feder 16 in Fig. 1 entspricht. Das andere Ende
der Feder 28 ist an einem Kolben 32 abgestützt, der in einem Zylinder 30 gleitet.
Dem Zylinder 30 wird von einer nicht dargestellten Quelle ein Druckmittel zugeführt,
das abhängig von
seinem veränderbaren Druck die Spannung der Feder
28 und damit die Kraft bestimmt, mit der der Verschlussteil 15' niedergedrückt wird.
Die Abzweigleitung 17 mündet wiederum in ein Sammelgefäss 18, wobei jedoch zwischen
diesem Gefäss und dem Ventil 19 ein Ventil 31 vorgesehen ist, das - ähnlich dem
Ventil 15 in Fig. 1 - einen Standdruck in der Abzweigleitung 17, dem Kanal 13 und
dem Raum 12 des Einspritzventils 6 aufrechterhält. Dieser Standdruck liegt z. B.
bei 20 bar, d. h. zwischen dem Standdruck in der Druckleitung 7 und dem Atmosphärendruck.
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Die Vorrichtung funktioniert wie folgt: Während des Förderhubes des
Pumpenkolbens 2 gelangt Brennstoff über die Druckleitung 7 und das unter Ueberwindung
der Kraft der Feder 28 sich öffnende Ventil 15 sowie den Kanal 13 in den Raum 12
des Einspritzventils 6. Die Ventilnadel 8 wird unter Ueberwindung der Kraft der
Feder 14 angehoben und lässt über die Düsenlöcher 11 Brennstoff in den Brennraum
des Zylinders strömen. Mit dem Oeffnen des Ventils 15 schliesst das Ventil 19 die
Abzweigleitung 17. Bei sinkendem Druck in der Druckleitung 7 und dem damit verbundenen
Schliessen der Ventilnadel 8 schliesst das Ventil 15, während gleichzeitig das Ventil
19 öffnet, so dass der stromunterhalb des Ventils 15 eingeschlossene Brennstoff
vom hohen Einspritzdruck auf den vom Ventil 31 gehaltenen Standdruck entlastet wird.
Auch hierbei wird also ein Druckaufbau im Brennstoff nach dem Schliessen der Ventilnadel
8 vermieden. Der Druckverlauf vor dem Einspritzen, während des Einspritzens und
nach dem Einspritzen in der Druckleitung 7 und der Abzweigleitung 17 ist in den
Fig. 2a bzw. 2b dargestellt. Wie Fig. 2b zeigt, ist nach dem Schliessen der Ventilnadel
8 (Zeitpunkt X) im Raum 12, im Kanal 13 und in der Abzweigleitung 17 kein Druckan-
stieg
mehr vorhanden, während die nach dem Einspritzen in der Druckleitung 7 noch auftretenden
Druckschwankungen für die Ventilnadel 8 unwirksam sind, weil bei einem Wiederöffnen
des Ventils 15 der Brennstoff aus der Leitung 7 in einen Raum 13, 17 gelangt, der
auf dem wesentlich niedrigeren Druckniveau von 20 bar liegt.
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Da es bei der Ausführungsform nach Fig. 2 für einen kurzen Moment
vorkommt, dass bei der Oeffnungsbewegung des Verschlussteils 15' das Ventil 19 noch
nicht geschlossen ist und dadurch eine geringe Menge Brennstoff über die Abzweigleitung
17 entweicht, ist bei der Ausführungsform nach Fig. 3 zusätzlich zu dem Ventil 19
ein Ventil 29 in der Abzweigleitung 17 vorgesehen. Der Verschlussteil 29' des zusätzlichen
Ventils 29 steht einerseits unter der Wirkung einer Feder 33, die den Verschlussteil
29 in Offenstellung drückt, und andererseits unter der Wirkung des Brennstoffdruckes
in der Druckleitung 7 zwischen den Ventilen 5 und 15; dieser Druck bewegt den Verschlussteil
29' in Schliessstellung, wenn seine Kraft die Kraft der Feder 33 übersteigt. Zu
diesem Zweck ist der Verschlussteil 29' mit einer kolbenartigen Verlängerung 34
versehen, deren Stirnfläche vom Brennstoff in der Druckleitung 7 beaufschlagt ist.
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Im übrigen ist die Vorrichtung gleich aufgebaut, wie die gemäss Fig.
2. Mit Beginn des Förderhubes wirkt also der unter hohem Druck von 200 bar oder
mehr strömende Brennstoff einerseits auf das Ventil 15, dessen Verschlussteil 15'
gegen die Druckkraft der Feder 28 öffnet, und andererseits über die kolbenartige
Verlängerung 34 auf den Verschlussteil 29', der im gleichen Moment schliesst, in
dem das Ventil 15 öffnet. Damit ist ein Entweichen von Brennstoff in die Abzweigleitung
17 vermieden. Bei Beendigung des Einspritzvorganges, d. h. mit dem Schliessen der
Ventilnadel 8, tritt gleichzeitig mit dem
Schliessen des Ventils
15 ein Oeffnen der Ventile 19 und 29 auf, so dass der im Raum 12, im Kanal 13 und
in der Abzweigleitung 17 eingeschlossene Brennstoff sofort druckentlastet wird und
ein Nach spritzen in den Zylinder vermieden ist. Aus Fig. 3b ergibt sich, dass der
Druckverlauf im Raum 12 gleich ist wie beim Beispiel nach Fig. 2, wogegen gemäss
Fig. 3a der Druckverlauf in der Leitung 7 eine etwas stärkere Krümmung als in Fig.2a
aufweist.
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Bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 ist es auch möglich, die
Schliesskraft der Ventile 15 und/oder 29 durch andere Mittel aufzubringen, z. B.
durch Elektromagnete, wobei diese - sinngemäss zu den Beispielen in Fig. 1 - abhängig
von der Bewegung der Ventilnadel oder von dem Kurbelwinkel gesteuert werden können.
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