DE3148671A1

DE3148671A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer brennkraftmaschinen, insbesondere fuer dieselmotoren

Info

Publication number: DE3148671A1
Application number: DE19813148671
Authority: DE
Inventors: Rudolf 7141 Kirchberg Babitzka
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-12-09
Filing date: 1981-12-09
Publication date: 1983-07-21
Also published as: US4479475A; GB2111133A; DE3148671C2; JPS58104330A; GB2111133B

Description

12.11.1981 Br/Le

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Kraft stoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Eine durch die US-PS 3 ^86 ^93 bekannt gewordene Kraftstoff einspritzvorrichtung dieser Bauart besitzt eine
als Pumpen-Düse ausgebildete Einspritzpumpe, bei der die Kraft stoffeinspritzmenge durch einen in einen Überströmkanal eingesetzten, hydraulisch angetriebenen Steuerschieber bestimmt -wird. Dieser Steuerschieber bestimmt den wirksamen Förderhub und damit die Kraft stoffeinspritzmenge der Einspritzpumpe durch Sperren und Freigeben des Kraftstoffrückflusses aus dem Pumpenarbeitsraum. Bei dieser bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist als Steuereinrichtung für alle Einspritzpumpen ein synchron mit der Motornockenwelle angetriebener Drehverteiler verwendet. Dieser Drehverteiler bestimmt

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so-wohl den Beginn als auch das Ende der Kraftstoffeinspritzung. Über eine durch Fliehgewichte verschiebbare Steuerhülse ergibt sich dabei eine drehzahlabhängige Förderbeginnänderung. Der Drehverteiler dient zugleich auch als Verteilervorrichtung für das Zuführen des Steuerkraftstoffes zu den jeweiligen Druckräumen der Steuerschieber.

Eine solche mechanisch angetriebene Steuervorrichtung ist stark drehzahlabhängig, d.h. die eingespritzte Kraftstoffmenge ändert sich bei welchselnden Drehzahlen, obwohl die Stellglieder nicht verstellt werden. Damit sind solche Steuervorrichtungen für schnelllaufende Motoren nur begrenzt einsetzbar. Weiter ist nachteilig, daß die Steuerdruckleitung auch als Fülleitung dient, was die Mengensteuerung und die Steuerzeiten negativ beeinflußt.

Durch die US-PS 3 ^65 737 ist eine Kraft stoffeinspritzvorrichtung sehr ähnlicher Bauart bekannt. Bei dieser wird jedoch der Steuerschieber mittels einer eigenen, als Steuerpumpe dienenden Einspritzpumpe angetrieben, die zugleich mit der Pumpen-Düse angetrieben wird. Zur Änderung des Spritzbeginns ist in den Antrieb der Steuerpumpe ein das Antriebsdrehmoment übertragender Spritzversteller eingebaut. Diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist daher sehr aufwendig und braucht viel Raum.

Eine weitere bekannte Kraft stoffeinspritzvorrichtung mit durch ein Magnetventil gesteuerten Pumpe-Düsen besitzt ein Ventilglied einer Magnetventilanordnung, das als in den Überströmkanal eingesetzter Steuerschieber ausgebildet ist. Hier ist jeder Pumpe-Düse ein Magnetventil

zugeordnet, auf das der Einspritzdruck direkt einwirkt. Unvermeidliche Exemplar Streuungen der einzelnen Magnetventile und die an diesen angreifenden Druckkräfte verhindern, daß jeder Zylinder eines Mehrzylindermotors von seiner Pumpe-Düse die gleiche Kraftstoffmenge erhält.

Mit diesen bekannten Konstruktionen ist eine reaktionsschnelle und sichere Steuerung des Spritzbeginns und der Einspritzdauer bei einfachem und raumsparendem Aufbau der Steuermittel nicht möglich.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraft stoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, hat. demgegenüber den Vorteil, daß mit ihr, innerhalb der mechanisch gegebenen Druckphasen der Pumpe der verwendeten Pumpe-Düse-Kombination, durch extrem kurze Ansprechzeiten ein großer Bereich zum Variieren des Spritzbeginns und der Einspritzdauer ausgenutzt werden kann. Durch den Einsatz je eines Steuerschiebers In den Rücklaufleitungen von mindestens zwei Einspritzpumpen bleibt der erforderliche Aufwand dennoch gering.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kraft stoffeinspritzvorrichtung möglich. Der über den gesamten möglichen Einspritzbereich konstant gehaltene Druckhub der die Pumpkolben treibenden Steuernocken und deren Phasenversatz, der bewirkt, daß der Druckhub des pumpenden Kolbens auf einen ITuII-HuTd seines Partnerkolbens trifft,

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ermöglichen eine weitere Vereinfachung. Jede Einspritz-Pumpe-Düse braucht nur mittels einer Kraftstoffleitung an den Kraftstoffvorratsbehälter angeschlossen werden. Der Aufbau der hier benötigten Pumpe-Düse ist einfach.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine vereinfachte Darstellung des Erfindungsgegenstandes, mit vier als Pumpe-Düse ausgebildeten Einspritzpumpen, teilweise geschnitten, Figur 2 graphische Darstellungen zur Ausbildung zweier gegeneinander versetzter Steuernocken für den Antrieb von Pumpe-Kolben zweier Einspritzpumpen und Figur 3 einen Schnitt durch eine piezohydraulischen Steuerblock, mit einem zwei Einspritzpumpen steuernden Ventilschieber.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In einem Motor 1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für vier Zylinder gezeigt. Vier Antriebsnocken 2, 3, "U und 5 auf einer Motornockenwelle β treiben Pumpenkolben J, 8, 9 und 10 von Einspritzpumpen 11, 12, 13 und lh an. Dabei wird die Bewegung der Antriebsnocken 2 bis 5 über Eollenstößel 15 bis 18 auf die Pumpkolben 7 bis übertragen. Stößelfedern 19 bis 22 suchen über Sicherungsscheiben 23 die Pumpkolben 7 bis 10 stets an die Antriebsnocken 2 bis 5 anzulegen. In Führungszylindern 2k bis 27, in denen die Pumpkolben 7 bis 10 gleiten können, sind an deren den Antriebsnocken 2 bis 5 abgewendeten Enden Einspritzdüsen 28 eingesetzt. Zwischen den Pumpkolben 7 bis 10 und

den Einspritzdüsen 28 befindet sich der Pumpenarbeitsraum 29 der Einspritzpumpen 11 bis lh. Die Pumpenarbeitsräume 29 der Einspritzpumpen 11 und 12 sind über Verbindungskanäle 30 bzw. 31 und eine Versorgungs- bzw. Rücklaufleitung 32 mit einem unter Vorförderdruck stehenden Speicher 33 verbunden. Dieser Speicher 33 wird über eine Leitung 3^· durch eine Förderpumpe 35 aus einem Tank 36 mit Kraftstoff versorgt. Ein Druckbegrenzungsventil 37 begrenzt den Vorförderdruck vorzugsweise auf 6 bar. Die Verbindungskanäle 30 und 31 sind dabei über ein piezoelektrisch gesteuertes Schieberventil 38 geleitet. Dieses Schieberventil 38 wird später noch näher beschrieben. In gleicher Weise wie die Einspritzpumpen 11 und' 12 sind die Einspritzpumpen 13 und 1U über Verbindungskanäle 39 und Uo, ein Schieberventil 38 und eine Versorgungs- bzw. Rücklaufleitung U1 mit dem Speicher 33 bzw. dem Tank 36 verbunden. Der Antrieb der Förderpumpe 35 geschieht im Beispielsfalle gleichfalls durch die Motornockenwelle 6. Figur 2 zeigt in graphischen Darstellungen a und b Wegkurven der Antriebsnocken 2 und 3 bzw. 5 und h. Der Hub ist jeweils über dem Drehwinkel der Motornockenwelle 6 aufgetragen. Abschnitte A geben die Druckphasen für die Pumpenkolben T und 8 bzw. 10 und 9 an. Mit B ist ein Bereich gekennzeichnet, in dem sich der jeweilige Antriebsnocken dreht, ohne daß der zugeordnete Pumpkolben bewegt würde. Aus der Zuordnung der Darstellung b zur Darstellung a ist deutlich erkennbar, daß die Bewegungsphase A in b in die Bewegungsphase B von a hineingelegt ist. Dabei sind beiderseits von A Sicherheitsabstände o£ eingehalten.

Das Schieberventil 38 ist Teil eines piezo-hydraulischen Steuerblocks U-2, der anschließend näher erläutert wird.

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Im Gehäuse k3 des piezo-hydraulischen Steuerblocks k2 befindet sich eine Führungsbohrung kk für einen Ventilschieber Η¹?· Beiderseits des Ventilschiebers k5 ist die Führungsbohrung kk durch Gewindebolzen k6 verschlossen, die. Anschlagzapfen kj haben. In der Darstellung gemäß Figur 3 ist links zwischen dem Gewindebolzen k6 und dem Ventilschieber k3 ein Druckraum kö, rechts vom Ventilschieber ^5 zwischen diesem und dem Gewindebolzen ^6 ein Druckraum 4° gebildet. Der Ventilschieber U 5 besitzt Eindrehungen 50 und 51 und außerdem nahe seiner Enden zwei Nuten 52 und 53. Die Eindrehung 51 und die Nuten 52 und 53 sind durch eine Ausgleichsbohrung 5^· verbunden. Im Bewegungsbereich der beiden Eindrehungen 50 und 51 besitzt die Führungsbohrung kk zwei Ringnuten 55 und 56. In ihnen münden Verbindungskanäle bzw. 39 und 31 bzw. kO. Das aufgezweigte Ende 57 der Versorgungs- bzw. Rücklaufleitung 32 bzw. k'] mündet ebenfalls in die Führungsbohrung kk und zwar stets dort wo sich die Eindrehungen 50 bzw. 51 des Ventilschiebers ^5 befinden. Die Mündungen aus diesem Abzweig 57 sind also in jeder Stellung des Ventilschiebers 1*5 offen₅ während die Mündung der Verbindungskanäle 30, 31 bzw. 39* ^O in einer Stellung des Ventilschiebers U5 verschlossen, in der anderen offen sind. In einem zylindrischen Raum 58 im Gehäuse k3 ist ein Kolben 59 geführt. Dieser Kolben 59 teilt den zylindrischen Raum 58 in einen Druckraum 60 und einen Druckraum 61. Der Kolben 59 ist weiter über einen Zapfen 62 mit einem piezo-elektrischen Treiber 63 verbunden, der aus einer Säule übereinander gestapelter piezo-elektrischer Scheiben besteht. Das andere Ende dieses Treibers 63 ist über einen Zapfen 6k mit dem Gehäuse k3 fest verbunden. Durch eine mit einer isolierenden Dichtung 65 angefüllte Bohrung 66 ist

eine elektrische Leitung 67 von einem nicht näher dargestellten elektronischen Steuergerät zum piezo-elektrischen Treiber 63 geführt. Der zylindrische Raum 58 ist verschlossen durch einen Verschluß 68, der mittels eines Gewindes 69 in eine entsprechende Gewindebohrung im Gehäuse 43 eingeschraubt und gegen eine Dichtungsstufe 70 gepresst ist. Im Verschluß 68 befindet sich ein Kanal 71 der von der kolbenseitigen Stirnwand des Verschlusses 68 zu einer Ringnut 72 im Mantel dieses Verschlusses 68 führt. Von der Ringnut 72 führt ein Kanal 73 im Gehäuse 43 zum Druckraum 49- Auf diese Weise sind also die Druckräume 49 und 61 verbunden. Die Verbindung vom Druckraum 48 zum Druckraum 60 ist durch einen Kanal 74 im Gehäuse 43 hergestellt. Sämtliche Druckräume, die sie verbindenden Kanäle, die Freiräume in der Führungsbohrung 44 im Bereich des Ventilschiebers 45, die Ausgleichsbohrung 54, die Versorgungs- bzw. Rücklaufleitung 32 bzw. 41 mit ihrem aufgezweigten Ende 57 und die Verbindungskanäle 30 und 31 bzw. 39 und 4θ sind mit Kraftstoff gefüllt. Dabei sorgen Spalte C zwischen der Führungsbohrung 44 und dem Ventilschieber 45 im Zusammenwirken mit der Ausgleichsbohrung 54 dafür, daß eventuelle Leckverluste in den Druckräumen und den sie verbindenden Kanälen stets ausgeglichen werden durch unter Vorförderdruck stehenden Kraftstoff.

Beim Anlegen einer Spannung an den piezo-elektrischen Treiber 63 wird der Kolben ^9 in der Darstellung gemäß Figur 3 nach rechts getrieben und verkleinert den Druckraum 61 . Der so durch die Kanäle 71 und. 73 in den Druckraum 49 gepreßte Kraftstoff steuert den Ventilschieber 45 nach links in seine Anschlagstellung am Anschlagzapfen 47. lun sind die Kanäle 30, 31 bzw. 393 4θ verschlossen.

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Betrachtet man hierzu die Stellung der Antriebsnocken und 3 gemäß Figur 1, so bedeutet dies, daß der Pumpkolben 7 in seiner untersten Stellung stehen bleibt während der Pumpkolben 8 soeben nach unten gedruckt wird. Wenn in dieser Druckphase der Verbindungskanal verschlossen wird, drückt der Pumpkolben 8 Kraftstoff durch die ihm zugeordnete Einspritzdüse 28. Wird durch Abschalten der Spannung am Treiber 63 der Druckraum vergrößert und der Druckraum 6o verkleinert, bedeutet dies Druckabfall in den Druckräumen 61 und ^9 und zugleich Druckanstieg in den Druckräumen 60 und kö. Um diesen Differenzdruck auszugleichen, bewegt sich der Ventilschieber k5 in seine rechte Anschlagstellung am Anschlagzapfen \"J des anderen Gewindebolzens h6. Der Verbindungskanal 31 wird frei, der Einspritzdruck im Pumpenarbeitsraum 29 der Einspritzpumpe 12 fällt ab... und der Einspritzvorgang ist beendet. In der Folge wird sich zunächst der Pumpenarbeitsraum 29 der Einspritzpumpe 12 auf sein Minimum verkleinern während der Pumpenarbeitsraum der Einspritzpumpe 11 sich durch den seinem Nocken nach oben folgenden Pumpkolben T erweitert und Kraftstoff nachsaugt. Der nächste Druckhub folgt an der Einspritzpumpe 1U deren Antriebsnocken 5 dann seinen Pumpkolben 10 nach unten drückt. Sobald, piezo-elektrisch gesteuert, der Verbindungskanal kO verschlossen wird, beginnt das Einspritzen durch' die Einspritzdüse 28 der Einspritzpumpe 1h. Die an das gleiche Schieberventil 38 angeschlossene Einspritzpumpe 13 hat ihren Pumpenarbeitsraum 29 mit Kraftstoff gefüllt, ihr Pumpkolben 9 verharrt in seiner obersten Stellung. Dieses Wechselspiel erfolgt mit dem in Figur 2 dargestellten Versatz zwischen Druckphase und Stillstandsphase der einander zugeordneten Pumpkolben. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist damit erfüllt.

Claims

12.11.1981 Br/Le

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

Kraftstoffeinspritzvorrichtung fur Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, deren Arbeitszylindern je ein mechanisch angetriebener Pumpkolben einer - vorzugsweise mit einer Einspritzdüse zu einer Pumpe-Düse vereinigten - Einspritzpumpe zugeordnet ist, die von einer Förderpumpe mit Kraftstoff versorgt -wird, mit einer dauernd mit dem Pumpenarbeitsraum der Einspritzpumpe verbundenen Rücklaufleitung, in die ein Steuerschieber eingesetzt ist, der diese Rücklaufleitung zum Einleiten des Spritzbeginns verschließt und zum Beenden des Einspritzens ■wieder öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Steuerschieber (^5) in die Rücklaufleitungen (30, 31 bz¥. 39s ^0) von mindestens zwei Einspritzpumpen (11, 12 bzw. 13j 14) eingreift,.deren Druck-Phasen durch entsprechend ausgebildete und gegeneinander versetzte Antriebsnocken (2bbis 5) derart gegeneinander versetzt sind, daß in einer solchen Druckphase stets nur der jeweils drückende Pumpkolben bewegt wird, und daß der Steuerschieber (h^) mit einem Piezo-Steller (63) verbunden ist, der ihn in die jeweilige Schließ- oder Offenstellung für die Rücklaufleitungen (30, 31 bzw. 39> ¹^O) steuert.

2. Kraft stoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitungen (30, 31; 39s ^O) zugleich Versorgungsleitungen sind.

3. Kraft stoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1. und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckhub des den Pumpkolben (7 bis 10) treibenden Antriebsnockens (2 bis 5) über den gesamten möglichen Einspritzbereich (A) konstant gehalten ist, der nachfolgende, steigungslose Bereich (B) des Antriebsnockens (2 bis 5) größer gehalten ist als der Einspritzbereich (A) und die Antriebsnocken (2, 3; ^, 5) der dem gleichen Ventilschieber (^-5) zugeordneten Einspritzpumpen (11, 12; 13, 14) so gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß der Einspritzbereich (A) des nachfolgend seinen Pumpkolben treibenden Antriebsnockens (3; h) inmitten des steigungslosen Bereichs (B) des vorlaufenden Antriebsnockens (2; 5) liegt.

k. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber als Ventilschieber (k-5) eines piezo-hydraulischen Steuerblocks (k-2) ausgebildet ist, zwei durch Anschlag begrenzte Stellungen hat und durch Druckänderung in seinen stirnseitigen Druckräumen [kd ₃ k9) geschaltet wird, deren Basisdruck durch den vorzugsweise gegenüber dem üblichen Betrieb leicht erhöhten Vorförderdruck der Förderpumpe (35)₅über eine Ausgleichsbohrung (5^) im Ventilschieber (U^) und Spalte (C) zwischen dem Ventilschieber (kj) und seiner Führungsbohrung (^)₅ bestimmt wird.

5· Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß der piezo-hydraulische Steuerblock (^2) einen piezo-elektrisch wirkenden Treiber (63)» einen mit diesem Treiber (63) verbundenen, in einen mit Kraftstoff gefüllten Raum (58) eingebrachten und diesen Raum (58) in zwei Druckräume (60, 61) trennenden Kolben (59) und den Ventilschieber (^5) in seiner Führungsbohrung (hh) umfaßt, wobei der Ventilschieber (^5) einen wesentlich kleineren Querschnitt hat als der mit dem Treiber (63) verbundene Kolben (59)5 zwei mit je einem der den Kolben (59) benachbarten Druckräume (60, 61) verbundene Räume (^8, k9) trennt und in seinem mittleren Bereich zwei Eindrehungen (50, 51) besitzt, die in seiner Endstellung die Kraftstoffzuführungskanäle (57) zur Führungsbohrung (^U) offenlassen, während die Verbindungskanäle (30, 31; 39₅ ^O) von der Führungsbohrung (hk) zu den Pumpenarbeitsräumen (29) der ausgeschlossenen Einspritzpumpen (11 bis 1h) durch den übrigen Ventilschieberkörper geschlossen gehalten sind, in seiner anderen Endstellung sowohl die KraftstoffZuführungskanäle (5T) als auch die Verbindungskanäle (30, 31; 39* ^0) zu den Pumpenarbeitsräumen (29) offen lassen.