DE3226277C2

DE3226277C2 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Mehrzylinder-Dieselbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3226277C2
Application number: DE3226277A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Dipl.-Ing. Higashi-Matsuyama Saitama Nakamura
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1982-07-14
Publication date: 1986-08-07
Also published as: DE3226277A1; JPS5813152A; US4414947A

Abstract

Zwischen den Druckventilen (10Δ) einer Kraftstoffeinspritzpumpe (10) und den entsprechenden Einspritzleitungen (11) sind Restdrucksteuervorrichtungen (1) angeordnet, deren Anzahl der Zahl der Motorzylinder entspricht. Diese Restdrucksteuervorrichtungen (1) sind miteinander in einer zyklischen Anordnung verbunden, welche der Abfolge der Kraftstoffeinspritzung durch die Druckventile (10Δ) entspricht. Die einzelnen Restdrucksteuervorrichtungen (1) sind dazu ausgebildet, den auf ihrer Einspritzdüsenseite (3b) vorhandenen Kraftstoffeinspritzdruck (Pb) jeweils zur nachfolgenden Restdrucksteuervorrichtung zu übertragen, wenn am Ende eines Einspritzvorgangs der Druck (Pb) auf der Einspritzdüsenseite den Druck (Pa) auf der Einspritzpumpenseite (3a) übersteigt. Man erhält so beim direkt darauffolgenden Einspritzvorgang einen erhöhten Einspritzdruck an einer Einspritzdüse (12), welche der nachfolgenden Restdrucksteuervorrichtung zugeordnet ist. ) im Bereich der Längsnaht (10) vollständig mit Kunstharz überzogen und dadurch

Description

bedenken, daß der Förderhub des Pumpenkolbens der Einspritzpumpe, den dieser nach dem öffnen des Einspritzventils ausführt, praktisch nur noch wenig zum Anstieg des Einspritzdruckes in der Einspritzleitung beiträgt, da das Einspritzventil sofort geöffnet wird, wenn beim Förderhub des Pumpenkolbens der Druck in der Einspritzleitung den Ventilöffnungsdruck des Einspritzventils erreicht. Hierdurch wird somit der Nockenwin-

zusteuerbaren Auslaßkanal (6; 61 —64) angeschlossenes Ende über einen weiteren Anschlußkanal (5b) mit dem einspritzdüsenseitigen Druckraum (3b; 3b\—3b^) in Verbindung steht, der außerdem an ei- 30 kelbereich für die Erzeugung des Einspritzdrucks nach nen ein zu diesem Druckraum (3b; 3Zj₁ — 3i>₄) hin oben hin begrenzt. Zum anderen ist der Nockenwinkelöffnendes Rückschlagventil (9; 9j —94) aufweisenden Einlaßkanal (8; 81 —84) angeschlossen ist, wobei die

einzelnen Restdrucksteuervorrichtungen (li —1₄),

bereich, der für die Erzeugung des Einspritzdruckes zur Verfügung steht, nach unten hin dadurch begrenzt, daß das während des Entlastungsvorganges aufgetretene

ringförmig zusammengeschaltet, derart miteinander 35 und für eine scharfe Beendigung der Einspritzung erforverbunden sind, daß in der Reihenfolge der aufein- derliche Entlastungsvolumen in der Einspritzleitung anderfolgend von der Einspritzpumpe (10) unter beim nachfolgenden Pumpenkolbenhub erst wieder auf-Einspritzdruck gesetzten Vorrichtungen jeweils der gefüllt werden muß, bevor überhaupt eine Drucksteige-Auslaßkanal (61—64) einer Restdrucksteuervorrich- rung einsetzen kann, wodurch mithin ebenfalls ein getung(l| — l₄) mit dem Einlaßkanal (81-84) der nach- 40 wisser Nockenwinkelbereich für die Einspritzdruckerfolgenden Vorrichtung verbunden ist. zeugung verlorengeht. Abhilfe könnte hier, insbesondere im Zusammenhang mit einer überdies gewünschten

Steigerung des Einspritzdrucks, eine einen pro Grad

Nockenwinkel größeren Pumpenkolbenhub erzielende steilere Nockenflanke mit nachteiligen Folgen für die Lebensdauer des Nockens bringen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der eingangs beschriebenen Art unter Vermeidung der zuvor ge-

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine solche Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist aus dem Bosch-Katalog »Einspritzausrüstung«, Teil »Einspritzpumpen PE«, VDT-AKP 1/1, 12.71, Seiten 14-18 be- 50 nannten Nachteile auf einfache Weise höhere Einspritzkannt. drücke bei gleichbleibend rascher Beendigung der Ein-

Bei derartigen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen für Dieselmotoren sollte der eingespritzte Kraftstoff bis zur feinstmöglichen Partikelgröße zerstäubt werden, um ei-

spritzung auf Grund guter Entlastung der Einspritzleitung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Hilfe der

ne möglichst vollständige Verbrennung dieser Kraft- 55 im Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Man stoffmenge in einem Brennkraftmaschinenzylinder zu erreicht somit auf einfache Weise eine Übertragung von erreichen. Es wurden deshalb in der Vergangenheit Versuche in zunehmender Zahl unternommen, um den Ein

spritzdruck bei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen dieser

unter einem Restdruck stehendem Kraftstoff aus der gerade eingespritzt habenden Einspritzleitung zu mindestens einer im Einspritzzyklus nachfolgenden Ein-

Art zu erhöhen. Insbesondere benötigt man für Moto- 60 spritzleitung, und damit in dieser Leitung einen höheren ren mit Direkteinspritzung Kraftstoffeinspritzvorrich- Grunddruck, auf dem der darauf folgende Pumpenkoltungen zur Erzielung sehr hoher Einspritzdrücke von ben bei der Erzeugung des Einspritzdrucks aufbauen z.B. 600 bar. Andererseits wird bei konventionellen kann. Man kann auf diese Weise ohne eine unnötig hohe Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zum Erzielen eines Nockenbeanspruchung einen höheren Einspritzdruck scharfen Abschneidens der Kraftstoffeinspritzung am 65 und damit eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffs erEnde jedes Einspritzvorgangs der Kraftstoffdruck in zielen. Trotz eines hohen Einspritzdrucks wird dabei der betreffenden Einspritzleitung auf einen Wert redu- aber der Einspritzvorgang in der erwünschten Weise ziert, der fast dem atmosphärischen Druck entspricht, scharf abgeschnitten, so daß ein Nachtropfen vermieden

wird. Außerdem ist die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung sehr einfach im Aufbau und kann diese leicht auf eine konventionelle Kraftstoffeinspritzpumpe montiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Einzelheiten einer Restdrucksteuervorrichtung,

Fig.2 eine Draufsicht auf die Restdrucksteuervorrichtungen, Vielehe auf einer Verteilereinspritzpumpe für einen Vierzylindermotor montiert sind, und

F i g. 3 ein Schaubild, welches die Beziehung zwischen dem Drehwinkel der Nockenwelle der Pumpe und dem Kraftstoffdruck in einer die Restdrucksteuervorrichtung mit der Düse verbindenden Einspritzleitung auf der Einspritzdüsenseite, und zwar einmal für eine Einspritzpumpe nach dem Stand der Technik, und zum anderen für eine Einspritzpumpe, die mit den erfindungsgemäßen Restdrucksteuervorrichtungen versehen ist, zeigt.

Die nachfolgend im Text verwendeten Begriffe »links, rechts, oben und unten« beziehen sich jeweils auf die zeichnerische Darstellung in der betreffenden Figur.

F i g. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Eine der Restdrucksteuervorrichtungen

1 ist in ihren Einzelheiten vergrößert dargestellt.

Die Restdrucksteuervorrichtung 1 weist ein Gehäuse

2 mit einem Durchlaß 3 auf, der sich, wie dargestellt, im wesentlichen längs der Gehäuseachse erstreckt und ε as zwei Druckräumen 3a und 3b besteht, die über eine als verengter Mittelabschnitt ausgebildete Drosselvorrichtung 4 verbunden sind. Der Druckraum 3a links von der Drosselvorrichtung 4 ist über ein Druckventil 10' mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe 10 verbunden und wird deshalb auch als druckventilseitiger Druckraum bezeichnet. Der rechts von der Drosselvorrichtung 4 liegende Druckraum 3b ist über eine Einspritzleitung 11 mit einer Einspritzdüse 12 verbunden, welche in bekannter Weise dazu dient, Kraftstoff in einen entsprechenden Zylinder einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine einzuspritzen. Dieser Druckraum 3b wird deshalb auch als einspritzdüsenseitiger Druckraum bezeichnet. Das Gehäuse 2 der Restdrucksteuervorrichtung 1 ist ferner mit einer seitlichen Bohrung 5 versehen, die parallel zum Durchlaß 3 verläuft. Ihr linkes Ende steht über einen Anschlußkanal Sa mit dem linken Druckraum 3a, ihr rechtes Ende über einen Anüchlußkanal 5b mit dem rechten Druckraum 3b in Verbindung, und die Kanäle 5a und 5b erstrecken sich wie dargestellt etwa senkrecht zum Hauptteil der seitlichen Bohrung 5.

Das Gehäuse 2 ist mit einem Auslaßkanal 6 versehen, und dieser öffnet sich zu einem Innenwandabschnitt der seitlichen Bohrung 5 und in der Nähe ihres rechten Endes und steht mit dem einspritzdüsenseitigen Druckraum 3b über den Anschlußkanal 5b in Verbindung. Ein Kolben 7, der als Ventilglied zum Verschließen des Auslaßkanals 6 dient, ist in der seitlichen Bohrung 5 verschiebbar angeordnet und wird in dieser Bohrung durch den Druckunterschied zwischen dem druckventilseitigen Druckraum 3a und dem einspritzdüsenseitigen Druckraum 3b des Durchlasses 3 verschoben. Dieser Druckunterschied wirkt über die Anschlußkanäle 5a und 5b auf den Kolben 7 und bewirkt dadurch, daß die Verbindung zwischen dem Auslaßkanal 6 und dem einspritzdüsenseitigen Druckraum 3b des Durchlasses 3 entweder hergestellt oder unterbrochen wird.

Im Gehäuse 2 ist ferner ein Einlaßkanal 8 vorhanden, der sich zur Innenwand des einspritzdüsenseitigen Druckraums 3b hin öffnet, und dort ist ein Rückschlagventil 9 vorgesehen, das sich, wie dargestellt, öffnet, wenn der Kraftstoffdruck im Einlaßkanal 8 größer ist als der Kraftstoffdruck im Druckraum 3b des Durchlasses 3.

Gemäß F i g. 2 sind auf der dort schematisch angedeuteten Kraftstoff einspritzpumpe 10 mehrere gemäß der

ίο vorstehenden Beschreibung aufgebaute Restdrucksteuervorrichtungen 1 angeordnet, und zwar so viele, wie die Brennkraftmaschine Zylinder hat. F i g. 2 zeigt dabei eine Verteilereinspritzpumpe für einen Vierzylindermotor, und deshalb sind auf ihr vier Restdruckvorrichtungen li, I2, I3 und I4 angeordnet. Diese vier Vorrichtungen ί 1 —14 sind auf den entsprechenden vier Druckventilen 10' der Pumpe 10 angeordnet, von denen eines in F i g. 1 dargestellt ist. Die druckventilseitigen Druckräume 3a der Durchlässe 3 sind in geeigneter Weise, z. B.

über entsprechende Verschraubungen, mit den Auslässen dieser Druckventile 10' verbunden. Andererseits sind die Restdrucksteuervorrichtungen li —14 mit ihren zugeordneten Einspritzdüsen 12i, 122, I23 und I24 wie dargestellt über Einspritzleitungen U₁ bis II4 verbunden, die jeweils an die einspritzdüsenseitigen Druckräume 36] — 3&<der Durchlässe 3| —34 angeschlossen sind.

Nimmt man an, daß die Einspritzfolge durch die Druckventile 10' der Einspritzpumpe 10 und die Zündfolge in den Motorzylindern der numerischen Folge der Indices der Restdrucksteuervorrichtungen 1 in F i g. 2 entspricht, so ist der Auslaßkanal 61 der Vorrichtung Ii mit dem Einlaßkanal 82 der Vorrichtung I2 verbunden; der Auslaßkanal 62 der Vorrichtung I2 ist mit dem Einlaßkanal 83 der Vorrichtung I3 verbunden; der Auslaßkanal 63 der Vorrichtung I3 ist mit dem Einlaßkanal 84 der Vorrichtung I4 verbunden, und der Auslaßkanal 64 der Vorrichtung I4 ist seinerseits wieder mit dem Einlaßkanal 81 der Vorrichtung Ii verbunden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die beschriebene Verbindung der vier Vorrichtungen Ii —14 mittels Verbindungsleitungen 13i —134. Wie F i g. 2 zeigt, sind dort in bevorzugter Weise jeweils der Auslaßkanal 6 und der Einlaßkanal 8 einer Vorrichtung 1 unter einem bestimmten Winkel, nämlich hier rechtwinklig zueinander, angeordnet, so daß sich die für eine optimale Funktion vorteilhaften kurzen Leitungslängen ergeben.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Einspritzvorrichtung näher beschrieben.
Wenn die Einspritzpumpe 10 einen Förderhub ausführt und dabei dem Durchlaß 3i in der Restdrucksteuervorrichtung Ii unter Druck stehenden Kraftstoff zuführt, wird durch die Wirkung der Drosselvorrichtung 4 der Druck Pa (Fig. 1) im druckventilseitigen Druckraum 3a auf der Zuströmseite größer als der Druck Pb im einspritzdüsenseitigen Druckraum 3b auf der Abströmseite. Der entstehende Druckunterschied verschiebt den Kolben 7 in der seitlichen Bohrung 5, und dieser Kolben versperrt den Auslaßkanal 6 und unterbricht somit die Verbindung zwischen dem Auslaßkanal 61 und dem einspritzdüsenseitigen Druckraum 3b\.

Da hierbei der Einlaßkana! 81, welcher mit dem einspritzdüsenseitigen Druckraum 3b\ in Verbindung steht, durch das Rückschlagventil 9| geschlossen gehalten wird, wird der unter Druck stehende Kraftstoff im Durchlaß 3i durch die Einspritzleitung 111 der Einspritzdüse 12] zugeführt und in den entsprechenden Motorzylinder eingespritzt.
Wird nun — in nicht dareestellter Weise — die

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Überströmöffnung vom Kolben der Einspritzpumpe 10 geöffnet, so geht das zugehörige Druckventil 10' in seine Schließstellung zurück. Infolge der Rückwärtsbewegung des Druckventils 10' bzw. von dessen Tauchkölbchen fällt der Druck im druckventilseitigen Druckraum 3£>i des Durchlasses 3i auf einen Wert, der etwa dem atmosphärischen Druck entspricht. Andererseits ist am Ende der Einspritzung ein Restdruck in der Einspritzleitung 111 vorhanden, so daß der Druck Pb im Druckraum 3bi etwas höher ist als der Druck Pa im Druckraum 3a. Durch diese Druckdifferenz wird nun der Kolben 5 nach links verschoben, öffnet den Auslaßkanal 6|, und stellt dadurch eine Verbindung zwischen dem Druckraum 3O₁ des Durchlasses 3| und dem Auslaßkanal 6i her.

Dadurch kann sich der Restdruck in der Einspritzleitung il| und dem einspritzdüsenseitigen Druckraum 3b\ durch den Anschlußkanal 5b, den Auslaßkanal 6j und die Verbindungsleitung 13i zum Einlaßkanal 82 der nachfolgenden Restdrucksteuervorrichtung I2 hin ausgleichen, öffnet dabei das Rückschlagventil 92 im Einlaßkanal 82, und wird über dieses im einspritzdüsenseitigen Druckraum 3i>2 der Vorrichtung I2 und der dort angeschlossenen Einspritzleitung II2 wirksam. In der gleichen Weise kann sich dieser Restdruck über die entsprechenden Rückschlagventile auch zu den Vorrichtungen I3 und I4 hin ausgleichen und dort ebenfalls den Druck in den Einspritzleitungen II3 und II4 erhöhen. Der solcherart in die Vorrichtungen I2, I3 und I4 abgeleitete Restdruck kann nicht mehr in die Vorrichtung Ii zurückwirken, da sich das Rückschlagventil 92 wieder schließt Somit fällt der Restdruck in der an die erste Vorrichtung 1| angeschlossenen Einspritzleitung Hi auf einen ziemlich niedrigen Wert und bewirkt ein scharfes Abschneiden der Einspritzung, weiche durch die Einspritzdüse 12i in den entsprechenden Motorzylinder erfolgte.

Beim nachfolgenden Einspritzhub führt die Einspritzpumpe 10 der Vorrichtung I2 unter Druck stehenden Kraftstoff zu. Da die an die Vorrichtung I₂ angeschlossene Einspritzleitung II2 zuvor bereits vom Restdruck der vorhergehenden Vorrichtung Ii beaufschlagt wurde, erreicht der Kraftstoffdruck in der Einspritzleitung II2 sehr schnell den erforderlichen hohen Wert, so daß der Kraftstoff durch die Düse 12₂ unter genügend hohem Druck eingespritzt wird.

Der Restdruck in der Vorrichtung I2 wird in genau derselben Weise, wie sie vorstehend ausführlich beschrieben wurde, in die nächstfolgende Vorrichtung I3 abgeleitet, und danach laufen in den Vorrichtungen I3 und I4 die analogen Vorgänge ab. Das ganze wiederholt sich dann zyklisch.

Fig.3 zeigt grafisch die Beziehung zwischen dem Drehwinkel der Pumpen-Nockenwelle und dem Einspritzleitungsdruck. Die gestrichelte Kurve zeigt einen Kraftstoffdruckverlauf, wie man ihn mit einer konventionellen Einspritzpumpe erhält; der durchgehende Kurvenverlauf zeigt den Kraftstoff druckverlauf bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die mit einer Restdrucksteuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung versehen ist

Wie F i g. 3 zeigt, muß eine konventionelle Einspritzpumpe den Druck in der Einspritzleitung insgesamt um den relativ großen Betrag //erhöhen, um den erforderlichen Einspritzdruck zu erhalten. Dagegen Findet bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer vorstehend beschriebenen Restdrucksteuervorrichtung der Pumpenkolben bei Druckhubbeginn einen erhöhten Druck in der Einspritzleitung vor und muß diesen deshalb nur noch um den relativ kleinen Wert h weiter erhöhen, damit der erforderliche hohe Einspritzdruck erhalten wird.

Im übrigen wird bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Restdrucksteuervorrichtung der Restdruck, welcher in die einzelnen Restdrucksteuervorriehtungen abgeleitet wird, auf einen solchen Wert begrenzt, daß der Restdruck allein praktisch keine Kraftstoffeinspritzung verursachen kann.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel stellt die Anwendung der Restdrucksteuervorrichtung bei einer Verteilereinspritzpumpe dar. Jedoch läßt sich eine solche Vorrichtung in gleicher Weise auch bei Reiheneinspritzpumpen anwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

und zwar als Folge der Schließbewegung des Druckventils. Wie in der eingangs genannten Druckschrift auf Seite 17 beschrieben, hat ein solches Druckventil zu diesem Zweck ein sogenanntes Tauchkölbchen, auch Entlastungskolben genannt, das bei der Schließbewegung des Druckventils den Druck in der Einspritzleitung stark reduziert, um ein sogenanntes Nachtropfen des Einspritzventils zu vermeiden. Beim nächsten Einspritzvorgang muß dann derselbe Kraftstoffdruck von seinem

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Mehrzylinder-Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe und jeweils einer von dieser zu einer Einspritzdüse eines jeden Brennkraftmaschinenzylinders führenden Einspritzleitung, sowie einem jeder dieser Leitungen pumpenseitig vorgeschalteten, bei seinem Schließhub am Ende der Ein- io fast dem atmosphärischen Druck entsprechenden Wert spritzung eine Druckentlastung der Einspritzleitung wieder auf den erforderlichen hohen Wert angehoben herbeiführenden und hierfür vorzugsweise mit einem Entlastungskolben versehenen Druckventil, gekennzeichnet durch jeweils eine zwischen Druckventil (10') und Einspritzleitung (11) 15 zwischengeschaltete Restdrucksteuervorrichtung (1; 1] —14) mit einem Gehäuse (2), welches zwei in Strömungsrichtung des Kraftstoffs zui Einspritzdüse hin hintereinander angeordnete und über eine Drosselvorrichtung (4) verbundene Druckräume (3a, 3b; 20 einem Druck dieser Größenordnung) auf den erforderli-3ai —3a4,3b\ — 3ώι sowie seitlich versetzt hierzu ei- chen Einspritzdruck erhält Hierbei ist jedoch einmal zu ne einen Steuerkolben (7) axial beweglich aufnehmende Bohrung (5) aufweist, welch letztere mit ihrem einen Ende über einen Anschlußkanal (5a) mit dem druckventilseitigen Druckraum (3a) und deren anderes, an einen vom Steuerkolben (7) auf- und

werden.

Bei einer konventionellen Kraftstoffeinspritzpumpe ist bei einer Nockenwelle, welche synchron mit der Drehung der Motorwelle angetrieben wird, um den oder die Kolben einer Pumpe hin- und herzubewegen, das Nokkenprofil so ausgelegt, daß man bei jedem Einspritzvorgang einen Anstieg des Kraftstoffdrucks in der Einspritzleitung von einem atmosphärischen Druck (oder