DE3130442C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pump- und Einspritzvorrich­ tung, die gleichzeitig für das Dosieren und Einspritzen von Brennstoff in eine Brennkraftmaschine sorgt.

Durch die deutsche Patentanmeldung 27 19 228 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, die es ermöglicht, in einen Motor ein unter Druck stehendes Gemisch aus Luft und Brennstoff einzuführen.

Durch die GB-PS 4 47 057 ist eine Brennstoffdosier- und Pumpvorrichtung bekannt geworden, bei der es notwendig ist, ein Ventil zwischen das Pumporgan und die Einspritz­ öffnung zwischenzuschalten; die US-PS 26 35 590 lehrt einen Nadelkolben, der in einer Bohrung in Verbindung mit den Einspritzöffnungen verschiebbar ist und für den Dosieren und Einspritzen des Brennstoffs während entgegengesetzter Verschiebungen des Kolbens erfolgen.

Diese bekannten Vorrichtungen ermöglichen es im allgemei­ nen nicht, zu einem bestimmten Augenblick mit Genauigkeit einen Einspritzbeginn oder ein Einspritzende zu erhalten.

Insbesondere durchdie FR-PS 14 35 259 und 20 27 645 und durch die Veröffentlichung "Simulation of the Gummins Diesel Injection System" von Andrew ROSSELLI und Pat BAGDLEY, Angehörige der Society of Automotive Engineers (Nr. 7 10 570) ist ein Brennstoffinjektor mit einem Injektorkörper und einer Axialbohrung bekannt geworden, dessen Boden von wenigstens einer Brennstoffeinspritz­ öffnung durchbohrt ist. Eine Leitung zur Zuführung von Brennstoff unter Druck mündet im Boden dieser Bohrung. Ein Tauchkolben oder Nadelkolben gleitet in dieser Bohrung zwischen einer ersten Stellung, in der dieser Kolben unter Abstand von dem Boden der Bohrung steht sowie einer zweiten bei Ende des Einspritzvorgangs erreichte Bohrung, in der das untere Ende des Tauch­ kolbens die Brennstoffeinspritzöffnungen verschließt.

Die Bewegungen des Kolbens werden sichergestellt durch eine Anordnung aus Nocke, Stößel, Ventilkipphebel und Rückstellfeder.

Mit einem solchen Injektor wird die eingespritzte Brennstoffladung geregelt, indem man die in die Bohrung über die Einlaßleitung zugeführte Brennstoffmenge dosiert. Entsprechend der Größe der einzuspritzenden Brennstoff­ menge wird die Bohrung mehr oder weniger mit Brennstoff in dem Augenblick gefüllt, wo der Tauchkolben mit sei­ nem Brennstoffverdrängerhub beginnt, indem er sich von der ersten in die zweite Stellung verschiebt. Hierzu wird die Brennstoffeinspritzöffnung bei variablem Druck als Funktion des Beschleunigungspedals und der Drehzahl des Motors gespeist. So variiert die in die Bohrung eingeführte Brennstoffmenge entsprechend dem Speisedruck und der Dauer der Dosierperiode, die um­ gekehrt proportional zur Drehzahl ist, darum "P-T-System" (Druckzeit) genannt.

Die Nachteile einer solchen Anordnung liegen einerseits in der Schwierigkeit, das Gleichgewicht der verschiede­ nen einzuspritzenden Mengen an einem Mehrzylindermotor auszugleichen, und zwar aufgrund der Wichtigkeit der Kalibrierung der in jeden Injektor einzuführenden Brenn­ stoffmenge und andererseits liegen sie in der Einspritz­ steuerung, d.h. einer Steuerung oder einer Servo­ steuerung, die vermittels des Speisedrucks erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dosierung der verschiedenen an einem Mehrzylindermotor einzu­ spritzenden Mengen auszugleichen und die Einspritzmenge besser, d.h. genau zu steuern.

Das Dosierproblem für die Brennstoffladung wird nach der Erfindung dadurch gelöst, indem man eine Pump- und Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen reali­ siert, die mit einem eine Bohrung aufweisenden Gehäuse versehen sind, deren Boden mit wenigstens einer Brenn­ stoffeinspritzöffnung in Verbindung steht, wobei wenig­ stens eine Brennstoffeinlaßleitung in die Bohrung über eine Speiseöffnung vorgesehen ist, wobei die Leitung mit einer Brennstoffquelle unter Druck verbunden ist und ein Kolben in der Bohrung zwischen zwei äußersten Stellungen gleitet, wobei das untere Ende des Kolbens die Einspritzöffnung in der ersten Stellung verschließt und unter Abstand zum Boden der Bohrung in der zweiten Stellung steht und die zum Einspritzen einer bestimmten Brennstoffmenge Dosiereinrichtungen aufweist, die be­ stehen aus:

• a) wenigstens einer Speisenut, die in der Wandung des Kolbens ausgespart ist und an deren einspritzöffnungs­ seitigem Ende mündet, wobei diese Nut periodisch mit der Speiseöffnung bei Verschieben des Kolbens in Verbindung kommt und durch wenigstens eine bezüglich der Achse des Kolbens geneigte Kante begrenzt ist, wobei die Lage der geneigten Kante gegenüber der Speiseöffnung die Brennstoffeinspritzung steuert und
• b) Regel- oder Einstelleinrichtungen für das Winkel­ intervall zwischen der Speiseöffnung und der geneigten Kante der Nut.

Nach einer ersten Ausführungsvariante umfassen die Do­ siereinrichtungen im übrigen:

• a) eine Förder- oder Druckbeaufschlagungsleitung für den Brennstoff, die in der Bohrung über eine Abzugs­ öffnung mündet und
• b) wenigstens eine Auslaßnut, die in der Wandung des Kolbens ausgespart ist und an deren öffnungsseiti­ gem Ende mündet, wobei diese Auslaßnut periodisch mit der Auslaßöffnung in Verbindung steht: über wenigstens einen Bruchteil des Zeitraums, während dessen die Speiseöffnung mit der Speisenut in Ver­ bindung steht, ist diese Auslaßnut durch eine ge­ neigte Kante oder einen geneigten Rand, bezogen auf die Achse des Kolbens, begrenzt, wobei das Ein­ spritzen des Brennstoffs vor sich geht, wenn der Kolben sich seiner ersten Stellung nähert. Die Speise- und Abzugsöffnungen sind dann gleichzeitig verdeckt.

Nach einer zweiten mit der ersten der beiden vorher­ gehenden Ausführungsformen kombinierbaren Variante umfassen diese Dosiereinrichtungen auch noch:

• a) eine zweite Zuführleitung, die in die Bohrung über eine zweite Speiseöffnung mündet, wobei diese Lei­ tung den Brennstoff unter Druck, geliefert von der Brennstoffquelle,über ein Rückschlagventil aufnimmt und
• b) eine zweite Speisenut, die in der Wandung des Kol­ bens ausgespart ist und an dessen einspritzöffnungs­ seitigem Ende mündet, wobei die zweite Einlaßnut dauernd mit der zweiten Speiseöffnung in Verbindung steht.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigen

Fig. 1 schematisch einen Schnitt die Vorrichtung nach der Erfindung in der Stellung bei Einspritzende;

Fig. 1A teilweise die gleiche Vorrichtung, wobei der Tauchkolben unter Abstand von den Ein­ spritzöffnungen steht;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Endes des Kolbens, der sich an seinem Ort im Ge­ häuse der Vorrichtung befindet;

Fig. 4 eine Abwicklung der Nut; die

Fig. 5 bis 9 Abwicklungen mit den relativen Stellungen der Speise- und Abzugsöffnungen bezogen auf die Speise- und Abzugsnuten während eines Arbeitszyklus der Vorrichtung; und die

Fig. 10 bis 13 Ausführungsvarianten.

Die schematisch im Vertikalschnitt in Fig. 1 dargestellte Pump- und Einspritzvorrichtung umfaßt ein Gehäuse 1, in welchem eine Bohrung 2 ausgearbeitet ist. Das untere Ende 3 des Gehäuses ist von wenigstens einer Einspritz­ öffnung 4 durchbohrt, die mit der Bohrung 2 in Verbindung steht.

In dem Gehäuse vorgesehen ist weiterhin eine Einlaß­ leitung 5, die in die Bohrung 2 über eine Speiseöffnung 6 mündet. Die Leitung 5 ist über einen Kanal 7 mit einer unter Druck stehenden Brennstoffspeisequelle (nicht dargestellt) verbunden.

Eine Druckförderleitung 8 im Gehäuse 1 mündet über eine Auslaßöffnung 9 in die Bohrung 2. Diese Leitung 8 ist über einen Rückführkanal 10 mit der Brennstoff­ speisequelle verbunden.

Ein Kolben, beispielsweise ein Nadelkolben 11, gleitet in der Bohrung 2. Eine in Drehung versetzte Profilnocke 12 sorgt für die Bewegungen des Kolbens 11 gegen die Wirkung der Rückstelleinrichtungen, welche hier gebil­ det werden durch eine Feder 13, die sich einerseits gegen einen fest mit dem Gehäuse 1 verbundenen Hut 14 und andererseits gegen eine Kapsel 15 in Anschlag gegen eine Schulter 16 des Kolbens 11 abstützt.

Der Kolben 11 bewegt sich so axial in der Bohrung 2 zwischen einer ersten Stellung (Fig. 1), wo er sich gegen den Boden der Bohrung 2 legt und die Verbindung dieser Bohrung mit den Einspritzleitungen 4 unter­ bricht und einer zweiten Stellung (Fig. 1A), wo er unter Abstand zum Boden der Bohrung 2 steht.

Der Kolben 11 kann um seine Achse durch einen Schwing­ arm 17 bzw. eine Regelstange in Drehung versetzt werden, deren Ende 17 a (Fig. 2) von einem Bügel 18 betätigbar ist, der fest mit einem Gestänge 19 verbunden ist, das direkt oder indirekt vom Gaspedal des Motors aus steuerbar ist. Der Bügel 18 ist in einer Richtung parallel zur Achse der Bohrung 2 länglich ausgebildet und ermöglicht so die Axialverschiebung des Kolbens 11.

Der Kolben 11 trägt eine Speisenut 20 und eine Aus- Iaßnut 21, wie sie perspektivisch in Fig. 3 dar­ gestellt sind, wobei diese Nuten am Ende des Kolbens 11 münden, das auf der Seite der Einspritzöffnungen 4, d.h. auf der Seitenwand der Spitze des Kolbens 11 sich befindet.

In dem in Fig. 4 dargestellten Fall, die eine dieser Nuten in der Abwicklung erkennen läßt, sieht man, daß diese Nut eine Seite 20 a, die geneigt bezüglich der Achse der Nadel 11 ist, aufweist und über eine Seite 20 b verfügt, derart, daß in der zweiten Stellung (Fig. 1A) der Nadel 11 die Nuten 20 und 21 jeweils mit den Öffnungen 6 und 9 in Verbindung stehen.

Die Arbeitsweise der Pump- u. Einspritzvorrichtung ist schematisch in den Fig. 5 bis 9 wiedergegeben, wenn man berücksichtigt, daß die Winkelstellung R des Kolbens 11, eingestellt wie oben durch den Schwingarm 17, über einen Funktionszyklus konstant bleibt und unter der Annahme, daß der Kanal 10 über einen Brennstoffrückführkreis mit der Brennstoffquelle verbunden ist und daß die relativen Stellungen der Öffnungen 6 und 9 bezüglich der Nuten 20 und 21 gleich sind.

Darüber hinaus wird angenommen, daß der Kolben 11 sich in der ersten Stellung entsprechend der der Fig. 1 befindet. Unter diesen Bedingungen, wie Fig. 5 zeigt, stehen die Nuten 20 und 21 nicht mit den Öff­ nungen 6 und 9 in Verbindung.

Eine Drehung der Nocke 12 in der durch den Pfeil in Fig. 1 angedeuteten Richtung sowie die Wirkung der Feder 13 sorgen für eine Axialverschiebung des Kol­ bens 11. Nach einer Bewegung C ₁ treffen die Öffnungen 6 und 9 auf die geneigten Seiten 20 a und 21 a der Nuten 20 und 21 (Fig. 6). Nunmehr, und während einer Verschiebung C ₂ des Kolbens 11 stehen die Öffnungen 6 und 9 mit den Nuten 20 und 21 in Verbindung. Der Brenn­ stoff unter Druck tritt in die Nut 20 über die Öffnung 6 ein und fließt dann in die Bohrung 2, in die Nut 21 und tritt über die Öffnung 9, wie es die Pfeile in Fig. 3 erkennen lassen, aus. Haben die Nuten 20 und 21 die zweite äußerste Stellung (Fig. 1A und 7) er­ reicht, so kehrt sich die Bewegung des Kolbens 11 um. Unter der Wirkung der Nocke 12 erfolgt eine Verschie­ bung C ₃ (Fig. 8), bei deren Ende die Öffnungen 6 und 9 durch den Kolben abgedeckt sind und nicht mehr in Verbindung mit den Nuten 20 und 21 stehen. Dies ist im wesentlichen der Augenblick, daß die Einspritzung des Brennstoffs über die Öffnungen 4 erfolgt. Diese Ein­ spritzung erfolgt während der Bewegung C ₄ des Kolbens 11 (Fig. 9) der dann in seine erste Stellung (Fig. 5) zurückkehrt.

Aus dem Vorstehenden wird klar, daß die in die Zylin­ der des Motors eingespritzte Brennstoffmenge abhängt von der Winkelverstellung R der Nuten 20 und 21 sowie der Öffnungen 6 und 9.

Ausführungsvarianten sind im Rahmen der Erfindung möglich.

So ist es beispielsweise möglich, die Kanäle 7 und 10 parallel zur Zuführung des unter Druck stehenden Brenn­ stoffs zu verbinden oder auch die Leitung 8 sowie die entsprechende Nut 9 fortfallen zu lassen, wobei die Brennstoffspeisung allein über den Kanal 7 erfolgt.

Den Kanten 20 a und 21 a der Nuten 20 und 21 kann man auch unterschiedliche Neigungen geben, wie die Abwicklung, Fig. 10 erkennen läßt.

Nach einer in den Fig. 11 und 12 schematisierten Ausführungsvariante sind die Öffnung 9 sowie die Nut 21 ersetzt durch eine zweite Speiseöffnung 6′, die mit der Brennstoffspeisung über ein Rückschlagventil 22 (Fig. 12) und über eine Nut 20′ verbunden ist, deren Profil derart ist (Fig. 11), daß sie dauernd in Ver­ bindung mit der Öffnung 6′ verbleibt. So beginnt das Füllen der Bohrung 2, sobald der Kolben 11 sich aus seiner in Fig. 12 dargestellten Lage entfernt.

Nach einer weiteren in Fig. 13 dargestellten Ausführungs­ variante, bei der es sich um die Abwicklung des Kolbens 11 handelt, kombiniert man die Ausführungsformen der Fig. 1 und 11, d.h., daß der Kolben mit zwei Einlaß­ öffnungen 6 und 6′ versehen wird, die zwei Speisenuten 20 und 20′ entsprechen, wobei die zweite Nut dauernd in Verbindung mit der Öffnung 6′, mit Brennstoff über ein Rückschlagventil gespeist, verbleibt und wobei eine Abzugsöffnung 9 periodisch mit der Auslaßnut 21 in Verbindung kommt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, bei denen mehrere in die Bohrung 2 mündende Öffnungen sowie entsprechende vom Kolben 11 getragene Nuten vorgesehen sind, ist es möglich, diese Öffnungen auf unterschiedlichen Niveaus der Vorrichtung anzuordnen.

Bei den in zwei Einlaßöffnungen verwendenden Ausführungs­ formen können diese Öffnungen mit ein und der gleichen Brennstoffquelle oder zwei unterschiedlichen Brenn­ stoffquellen vereinigt sein.

Claims (6)

1. Pump- und Einspritzvorrichtung für Brennkraftma­ schinen mit einem mit einer Bohrung (2) versehen Gehäuse (1), wobei der Boden der Bohrung mit wenigstens einer Brennstoffeinspritzöffnung (4) in Verbindung steht; wenigstens einer Brennstoffzuführleitung (5), die in die Bohrung (2) über eine Speiseöffnung (6) mündet, wo­ bei die Leitung (5) mit einer unter Druck stehenden Brenn­ stoffquelle verbunden ist; einem Kolben (11) in der Bohrung (2), der zwischen einer ersten äußersten Stellung, in der er die Einspritzöffnung (4) verschließt und einer zweiten äußersten Stellung, in der er unter Abstand zum Boden der Bohrung (2) steht, sich bewegt; und mit einer Dosier­ einrichtung, die es ermöglicht, eine bestimmte Brenn­ stoffmenge einzuspritzen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dosiereinrichtung umfaßt:

• a) wenigstens eine in der Wandung des Kolbens (11) ausgearbeitete Speisenut (20), die an dessen einspritzöffnungsseitigem Ende mündet, wobei die Nut (20) periodisch mit der Speiseöffnung (6) bei Verschiebung des Kolbens (11) in Verbindung steht und wenigstens eine bezüglich der Achse des Kolbens (11) geneigte Kante (20 a) aufweist, deren Lage be­ züglich der Speiseöffnung (6) die Brennstoffein­ spritzung steuert, und
• b) Regel- und Einstelleinrichtungen (17) für das Winkel­ intervall zwischen Speiseöffnung (6) und der geneigten Kante (20 a) der Nut (20).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß diese Stell- und Regeleinrichtungen für das Winkelintervall so ausgebildet sind, daß sie die Drehung des Kolbens (11) um seine Achse als Funktion der Beschleunigungssteuerung des Motors bewirken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dosiereinrichtung umfaßt:

• a) eine in die Bohrung (2) über eine Abzugsöffnung (9) mündende Förderleitung (8) ,
• b) wenigstens eine in der Wandung des Kolbens (11) aus­ gearbeitete Auslaßnut (21), die an dessen einspritz­ öffnungsseitigem Ende mündet, wobei die Auslaßnut (21) periodisch mit der Abzugsöffnung (9) wenigstens über einen Zeittakt in Verbindung steht, währenddessen die Speiseöffnung (6) mit der Speisenut (20) in Verbindung steht, wobei die Aulaßnut (21) durch eine bezüglich der Achse des Kolbens (11) geneigte Kante (21 a) begrenzt ist und die Brennstoffeinspritzung erfolgt, wenn Speise- und Auslaßnuten gleichzeitig durch die Wandung des Kolbens (11) geschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die geneigten Kanten (20 a und 21 a) der Speise- (20) und Auslaßnut (21) über die gleiche Neigung bezüglich der Achse des Kolbens (11) verfügen und daß die Stellungen von Speiseöffnung (6) und Aus­ laßöffnung (9) jeweils bezüglich Speisenut (20) und Auslaßnut (21) gleich sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die geneigten Kanten (20 a und 21 a) von Speisenut (20) und Auslaßnut (21) über unterschied­ liche Neigungen,bezogen auf die Achse des Kolbens (11), ver­ fügen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier­ einrichtung umfaßt:

• a) eine zweite Einlaßleitung , die in die Bohrung (2) über eine zweite Speiseöffnung (6′) mündet, wo­ bei diese Leitung den Brennstoff unter Druck aufnimmt, der von der Brennstoffquelle über ein Rückschlagventil (22) geliefert wird und
• b) eine zweite Speisenut (20′) in der Wandung des Kol­ bens (11), die an dessen einspritzöffnungsseitigem Ende mündet, wobei die zweite Speisenut (20) dauernd mit der zweiten Speiseöffnung (6′) in Verbindung steht.