DE3235413C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung zur Versorgung eines Dieselmotors mit Brennstoff, und im speziellen eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer Einspritzeinheit, in welcher ein Einspritzventil für jeden Zylinder integral mit einem Pumpenabschnitt für eine Hochdruckförderung von Brennstoff verbunden ist.

Um die Verbrennungsleistung eines Dieselmotors zu verbes­ sern ist es notwendig, den Brennstoffeinspritzdruck zu erhöhen. Eine herkömmliche Einspritzvorrichtung arbeitet üblicherweise mit einem Einspritzdruck von annähernd 700 bar (ca. 700 at). Ein höherer Einspritzdruck ist jedoch für eine verbesserte Verbrennungsleistung erforderlich und übliche Einspritzvorrichtungen können dieser Anforderung nicht gerecht werden.

Für eine Hochdruckeinspritzung ist eine Einspritzeinheit vorgeschlagen worden, in welcher ein Einspritzventil in­ tegral mit einem Pumpenabschnitt verbunden ist, der unter hohem Druck stehenden Brennstoff zum Einspritzventil för­ dert.

Eine solche gattungsgemäße Einspritzeinheit ist aus der US-PS 42 35 374 bekannt. Bei dieser Einspritzeinheit sind ein erster Pumpenkolben, der mittels eines Motors ange­ trieben ird, und ein zweiter Kolben zum Fördern von Brennstoff zur Einspritzdüse unter hohem Druck in einem Gehäuse einer Einspritzeinheit angeordnet, wobei die Kol­ ben für eine Hin- und Herbewegung vorgesehen sind. Eine Zeitsteuerkammer ist zwischen dem ersten und zweiten Kol­ ben angeordnet, während eine Volumensteuerkammer zwischen dem zweiten Kolben und der Einspritzdüse angeordnet ist. Die Zeitsteuerkammer wird über einen Leitungskanal mit Brennstoff versorgt, welcher mittels eines Steuerorgans zur Bestimmung des Einspritzzeitpunktes geöffnet und ge­ schlossen wird. Weiterhin weist die gattungsgemäße Ein­ spritzvorrichtung einen Brennstofftank und eine Pumpe auf zur Erhöhung des Druckes des Brennstoffes aus dem Brennstofftank auf ein vorbestimmtes Maß.

Bei dieser bekannten Vorrichtung wird der hohe Druck in der Zeitsteuerkammer direkt auf das Steuerorgan, einem elektromagnetischen Absperrorgan, ausgeübt, bis der Ein­ spritzvorgang nach Schließen des Leitungskanals mittels des Steuerorgans beendet ist. Dieses Steuerorgan regelt somit sowohl den Fördervorgang als auch den Zeitsteuer­ vorgang, welche beide durch denselben Leitungskanal er­ folgen. Demzufolge muß der Leitungsbereich des Steueror­ gans vergrößert werden. Dabei ergibt sich aber der Nach­ teil, daß bei hoher Einspritzrate keine ausreichende Brennstoffzufuhr vorhanden ist. Weiterhin ist nachteilig, daß direkt, nachdem der Leitungskanal geschlossen ist, der Druckinhalt der Zeitsteuerkammer plötzlich erhöht und auf das Steuerorgan ausgeübt wird. Somit ergibt sich der Nachteil, daß das Steuerorgan aufgrund der hohen Druckbe­ aufschlagung einerseits und der hohen Steuerrate anderer­ seits einem erheblichen Verschleiß unterliegt, was zu vor­ zeitigem Ermüden und Versagen dieses Organs führt.

Um das Steuerorgan gegen einen solchen hohen Druck zu schützen, kann eine Öffnung zwischen dem Steuerorgan und der Zeitsteuerkammer vorgesehen werden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß in diesem Fall Brennstoff für den näch­ sten Einspritzvorgang durch die Öffnung zur Zeitsteuer­ kammer befördert werden sollte, wenn der erste Kolben an­ gehoben ist. Dies hat jedoch zur Folge, daß es unmöglich ist, eine schnelle Brennstofförderung durchzuführen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einer Einspritzeinheit, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine schnelle und ausreichende Brennstofförderung ermöglicht, wobei sowohl eine hohe Haltbarkeit als auch eine hohe Präzision der Einspritzung erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch das Vorsehen von getrennter Förderöffnung und Zeit­ steueröffnung, welche beide von dem Förderkolben ver­ schließbar sind, wobei zunächst die Förderöffnung ver­ schlossen wird und die Zeitsteueröffnung anschließend verschlossen wird, und während der Einspritzung zum spä­ testen Einspritzzeitpunkt geschlossen ist, wird vorteil­ hafterweise erreicht, daß ein plötzlicher Druckanstieg an dem Steuerorgan vermieden wird. Weiterhin wird vorteilhaft eine unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeit von Ein­ spritzkolben und Förderkolben dadurch erreicht, daß der Einspritzkolben gegenüber dem Förderkolben einen unter­ schiedlichen Durchmesser aufweist. Dadurch, daß eine Zeitpunktsteuereinrichtung vorgesehen ist, die über einen Zeitsteuerkanal mit der Zeitsteueröffnung verbunden ist und die den Startpunkt der Brennstoffeinspritzung durch Schließen des Zeitsteuerkanals steuert bzw. regelt, wird eine besonders exakte Brennstoffeinspritzung erreicht.

Erfindungsgemäß ist die Öffnung des Zeitsteuerkanals der­ art angeordnet, daß der letzte Einspritzzeitpunkt bestimmt wird, wenn der Zeitsteuerkanal mittels des Förderkolbens während der Einspritzung zum spätesten Einspritzeitpunkt geschlossen wird. Daher steht die Förderpumpenkammer nicht ständig mit der Zeitpunktsteuereinrichtung in Verbindung, so daß die Zeitpunktsteuereinrichtung zusätzlich in ihrer Haltbarkeit verbessert wird.

Zwar ist es aus der GB-PS 5 26 666 bekannt, die Zeitsteuer­ öffnung durch den Förderkolben zu verschließen, dies hat jedoch bei der aus der GB-PS 5 26 666 bekannten Einspritz­ pumpe den Nachteil, daß die Zeitsteueröffnung immer zum gleichen Zeitpunkt geschlossen wird, während erfindungs­ gemäß durch Trennung von Zeitsteueröffnung und Förderöff­ nung jeglicher Schließzeitpunkt gewählt werden kann. Auch ist eine gesonderte Volumensteuereinrichtung aus der GB-PS 5 26 666 an sich bekannt, diese Einspritzpumpe weist jedoch weder separate Zeitsteuer- und Förderöffnungen, unter­ schiedliche Ausnehmungen für Förderkolben und Einspritz­ kolben, eine Druckkammer, eine Zeitpunktsteuereinrichtung noch eine im Zeitsteuerkanal angeordnete Drossel auf, so daß erst die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 zur erfinderischen Lehre führen.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung zum Inhalt.

Durch Verringerung des Durchmessers des Einspritzkolbens gegenüber dem Förderkolben wird das Fördervolumen verrin­ gert. Somit kann vorteilhafterweise die Geschwindigkeit des Einspritzkolbens gegenüber dem Förderkolben erhöht werden, was auch zu einem hohen Einspritzdruck führt.

Mit dem Vorsehen eines weiteren Rückschlagventils und einer weiteren Drossel, die zwischen der Volumensteuer­ einrichtung und der Einspritzpumpenkammer in dem Volumen­ steuerkanal angeordnet sind, wird vorteilhafterweise er­ reicht, daß einerseits eine Beschädigung der Volumen­ steuereinrichtung durch überlaufenden Brennstoff verhin­ dert wird, und andererseits der überlaufende Brennstoff zusammen mit dem zugeführten Brennstoff zurück zur Ein­ spritzpumpenkammer geführt wird und dabei die Volumen­ steuerungseffizienz erhöht.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Brennstoff-Ein­ spritzeinheit, die bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Brennstoffeinspritzvorrich­ tung verwendet werden kann,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Brennstoff-Ein­ spritzeinheit, die bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 vorgesehen ist,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung,

Fig. 6 eine Zeitsteuer-Kolben/Zylinder-Anordnung der Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine vierte Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung, und

Fig. 8 ein Längsschnitt durch eine Brennstoff-Einspritz­ einheit, die bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 vorgesehen ist.

Gemäß der Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung darge­ stellt. Eine Einspritzeinheit 108 weist einen Einspritz­ kolben 1 a auf, der gleitbeweglich in einer Ausnehmung 1 c eines Einspritzzylinders 1 b angeordnet ist. Ein Förder­ kolben 2 a mit einem größeren Durchmesser, als dem des Einspritzkolbens 1 a ist gleitbeweglich in einer Ausnehmung 2 c eines Förderzylinders 2 b angeordnet, dessen Durchmesser größer ist als der der Ausnehmung 1 c. Der Einspritzzylin­ der 1 b und der Förderzylinder 2 b sind einstückig anein­ ander angeformt. Der Förderkolben 2 a weist eine Mitnehmer­ scheibe 9 an seinem oberen Ende auf, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, und wird synchron zu einem Motor mittels eines nicht näher dargestellten Mitnehmers nach unten an­ getrieben. Der Förderkolben 2 a wird normalerweise mittels einer Mitnehmerfeder 8 nach oben mit einer Federkraft be­ lastet, wobei die Mitnehmerfeder 8 zwischen dem Einspritz­ zylinder 1 b und der Mitnehmerscheibe 9 angeordnet ist. Die Kombination des Förderzylinders 2 b und des Einspritzzylin­ ders 1 b bildet ein Gehäuse 109 der Einspritzeinheit 108. Der Förderzylinder 2 b weist eine Förderöffnung 31 und eine Zeitsteueröffnung 30 auf, während der Förderkolben 2 a mit einer Zeitsteuerkante 70 zum Öffnen und Schließen der Zeit­ steueröffnung 30 und einer zweiten Überlaufkante 73 zum Öffnen und Schließen der Förderöffnung 31 und einer verti­ kalen und horizontalen Ausnehmung 65 und 66 versehen ist, welche eine Förderpumpenkammer 68 und eine ringförmige Nut 67 verbinden.

In einem Fluidtank 57 befindlicher Brennstoff wird mittels einer Volumensteuerpumpe 11 gefördert, welche mittels des Motors angetrieben wird. Die Förderpumpe 11 kann beispielsweise eine mechanische Pumpe sein. Der Brennstoff, dessen Maximaldruck mittels eines Sicherheits­ steuerorgan 13 bestimmt wird, läuft durch einen Brennstoff­ zuführkanal 50 und wird in die Förderpumpenkammer 68 über die Förderöffnung 31 gefördert. Der Brennstoff in der För­ derpumpenkammer 68 wird durch die Zeitsteueröffnung 30, einen Brennstoffabführkanal 51, ein Zeitsteuerrückschlagventil 27, eine Zeitsteuer-Drossel 20 und eine Zeitpunktsteuereinrichtung 19 in Form eines Solenoidsteuerorgans in den Fluidtank 57 abgeführt. Die Zeitsteuerdrossel 20 weist einen Innendurchmesser von an­ nähernd 1 mm auf, und ist dazu vorgesehen, ein Ausüben eines hohen Brennstoffdruckes direkt auf die Sitzfläche des Solenoidsteuerorgans zu verhindern.

Der Einspritzzylinder weist eine Überlauföffnung 33 und eine Abflußöffnung 34 auf, während der Einspritzkolben 1 a mit einer Überlaufkante 71 zum Öffnen und Schließen der Überlauföffnung 33 und einer Abflußkante 72 zum Öffnen und Schließen der Abflußöffnung 34 und vertikalen und hori­ zontalen Ausnehmungen 62 und 63 versehen ist, welche eine Einspritzpumpenkammer 61, die zwischen dem Einspritzzylin­ der 1 b und einem unteren Ende des Einspritzkolbens 1 a an­ geordnet ist und eine ringförmige Nut 64 verbinden, welche in einem Zwischenbereich des Einspritzkolbens 1 a angeord­ net sind. Ein Düsenkopfhalter 6 ist am unteren Bereich des Einspritzzylinders 1 b angeordnet. Der Düsenkopfhalter 6, der Förderzylinder 2 b und der Einspritzzylinder 1 b sind mittels einer Haltemutter 100 zusammen montiert. Der Ein­ spritzkolben 1 a wird bei seinen nach unten und nach oben gerichteten Bewegungen mittels des Düsenkopfhalters 6 bzw. eines Einspritzkolbenanschlages 7 beschränkt. Die Ein­ spritzpumpenkammer 61, die am Auslaß des Einspritzzylinders 1 b angeordnet ist, wird vom Einspritzzylinder 1 b und dem Düsenkopfhalter 6 umgeben.

Brennstoff, der von einer ersten Förderpumpe 10 gefördert wird, welcher vom Motor angetrieben wird, wird durch einen Schwallraum 14, eine Volumensteuereinrichtung 17 beispiels­ weise in Form eines Solenoidsteuerorgans, ein Volumen­ steuerrückschlagventil 5, das mittels einer Feder 91 federbelastet ist, eine Ausgleichsöffnung 18, ein Volumen­ steuerkanal 53 und ein Volumensteuerorgan 3 in die Ein­ spritzpumpenkammer 61 gefördert. Ein Sammelbehälter 16 dämpft die Druckwellen des Brennstoffes im Schwallraum, um ein konstantes Druckniveau der Flüssigkeit aufrecht­ zurhalten. Ein Sicherheitssteuerorgan 12 stellt den Druck des geförderten Brennstoffes auf ein konstantes Niveau ein. Die Einspritzpumpenkammer 61 steht mit einer Einspritzdüse 4 über eine Volumensteueröffnung 32, eine Federkammer 58 eines Drucksteuerorgans im Düsenkopfhalter 6 und einen Brennstofförderkanal 56 in Verbindung. Das Vo­ lumensteuerorgan 3 und eine Feder 90 des Volumensteueror­ gans sind in der Federkammer 58 im Einspritzzylinder 1 b ange­ ordnet.

Die Einspritzdüse 4 ist mittels einer Haltemutter 101 am Düsenkopfhalter 6 befestigt. Die Einspritzdüse 4 entspricht einem üblichen Typ, bei dem eine Düsenöffnung mittels eines Nadelsteuerorgans 4 a geöffnet und geschlossen wird. Das Nadelsteuerorgan 4 a schließt aufgrund der Federkraft einer Düsenfeder 21 im Düsenkopfhalter 6 die Düsenöffnung.

Eine Kammer 69 für die Düsenfeder 21 steht über einen Verbindungskanal 59 mit einem Abflußkanal 55 in Verbindung. Die Abflußöffnung 34 ist ebenfalls mit dem Ab­ flußkanal 55 verbunden, der mit dem Fluidtank 57 über einen Abführkanal 52 verbunden ist.

Wenn der Förderkolben 2 a und der Einspritzkolben 1 a in ihren jeweiligen oberen Totpunktstellungen angeordnet sind, wird eine vorbestimmte Menge von Brennstoff, die der ein­ zuspritzenden Brennstoffmenge entspricht, in die Einspritz­ pumpenkammer 61 mittels der ersten Förderpumpe 10 gefüllt. Die Förderpumpenkammer 68 wird mit Brennstoff gefüllt, der von der Volumensteuerpumpe 11 gefördert wird. Wenn darauf­ hin der Förderkolben 2 a von seiner oberen Totpunktstellung mittels des nicht näher dargestellten Mitnehmers abgesenkt wird, wird der Brennstoff in der Förderpumpenkammer 68 durch die Förderöffnung 31 und die Zeitsteueröffnung 30 ab­ geführt.

Wenn die Zeitsteuerkante 70 die Förderöffnung 31 zuerst schließt, wird der Brennstoff durch die Zeitsteueröffnung 30 abgeführt. Die Zeitpunktsteuereinrichtung 19 jedoch, die in dem Brennstoffabführkanal 51 angeordnet ist, durch den der Brennstoff von der Zeitsteueröffnung 30 abgeführt wird, schließt zum optimalen Einspritzzeitpunkt, der Zu­ ständen wie der Motordrehzahl, Motorlast usw. entspricht. Wenn die Zeitpunktsteuereinrichtung 19 schließt, um das Abführen des Brennstoffes durch die Zeitsteueröffnung 30 zu beenden, wird der Brennstoff in der Förderpumpenkammer 68 einem hohen Druck ausgesetzt. Dann fließt der unter hohem Druck stehende Brennstoff durch eine Öffnung 7 a des Einspritzkolbenanschlages 7, um einen Druck auf das obere Ende des Einspritzkolbens 1 a auszuüben. Wenn das Fluid durch die Öffnung 7 a in eine Druckkammer 1 e fließt, die zwischen dem Einspritzzylinder 1 b und dem oberen Ende des Einspritzkolbens 1 a angeordnet ist, wird der Einspritz­ kolben 1 a mit einer Geschwindigkeit angetrieben, deren Betrag um das Maß vergrößert ist, das aus dem Druckanteil resultiert, der auf die Fläche zwischen dem Förderkolben 2 a und dem Einspritzkolben 1 a wirkt.

Der Bereich der Sitzfläche der Zeitpunktsteuereinrichtung 19 ist derart ausgelegt, daß er den Brennstoff unter hohem Druck von der Förderpumpenkammer 68 durch das Zeitsteuer­ rückschlagventil 27 und die Zeitsteuerdrossel 20 aufnehmen kann Daher muß nur eine geringe Kraft auf die Sitzfläche der Zeitpunktsteuereinrichtung 19 wirken. Mit anderen Worten kann die erforderliche elektromagnetische Antriebskraft klein sein. Da die Zeitsteueröffnung 30 an einer Stelle angeordnet ist, die für eine Brennstoffeinspritzung mit einer maximalen Verzögerung notwendig ist, wird die Zeitsteueröffnung 30 mittels der Zeitsteuerkante 70 ge­ schlossen, bevor der Brennstoffdruck in der Förderpumpen­ kammer 68 ein hohes Niveau erreicht. Demgemäß wird die Zeitpunktsteuereinrichtung 19 keinem hohen Druck ausgesetzt und ist daher gegen eine Beschädigung vollständig geschützt.

Wenn die Zeitsteueröffnung 30 geschlossen ist, wird der Einspritzkolben 1 a mittels des Druckes innerhalb der Förderpumpenkammer 68 angetrieben, um den Druck innerhalb der Einspritzpumpenkammer 61 zu erhöhen. Wenn der Förder­ kolben 2 a weiter abgesenkt wird, um den Druck innerhalb der Einspritzpumpenkammer 61 auf den Druck zu erhöhen, bei welchem die Einspritzdüse 4 geöffnet wird, wird das Nadel­ steuerorgan 4 a gegen die Federkraft der Düsenfeder 21 ge­ drückt, so daß der Einspritzvorgang von Brennstoff aus der Einspritzdüse 4 beginnt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Brennstoffeinspritzdruck auf ein sehr hohes Niveau von beispielsweise ungefähr 1000 bar (1000 at) eingestellt.

Dann wird der Förderkolben 2 a weiter abgesenkt, so daß der Einspritzvorgang weiter andauert. Wenn die Überlauf­ kante 71 des Einspritzkolbens 1 a die Überlauföffnung 33 öffnet, wird der Brennstoff in der Einspritzpumpenkammer 61 unter hohem Druck zum Volumensteuerkanal 33 über die vertikale Ausnehmung 62, die horizontale Ausnehmung 63, die ringförmige Nut 64, die Überlauföffnung 33 und einen Überlaufkanal 54 zurückgeführt, der im Einspritzzylinder 1 b angeordnet ist. Als Ergebnis davon wird der Brennstoff­ druck in der Einspritzpumpenkammer 61 abgesenkt und der Einspritzvorgang wird beendet. Daraufhin wird der Förder­ kolben 2 a eine kleine Strecke weiter abgesenkt, um den Einspritzkolben 1 a anzutreiben. Dann öffnet die Abfluß­ kante 72 die Abflußöffnung 34, und der unter hohem Druck stehende Brennstoff in der Förderpumpenkammer 68 wird in den Fluidtank 57 über den Abflußkanal 55 im Einspritz­ zylinder 1 d und den Abführkanal 52 abgeleitet. Hierauf wird die Betätigung des Einspritzkolbens 1 a gestoppt. Der Förderkolben 2 a jedoch wird weiter abgesenkt, und die Über­ laufkante 73 öffnet die Förderöffnung 31 des Förderzylin­ ders 2 b. Dann wird der Brennstoff in der Förderpumpen­ kammer 68 ebenfalls durch die Förderöffnung 31 abgeleitet. Der Förderkolben 2 a wird weiter um ein kleines Stück abge­ senkt, damit er seinen unteren Totpunkt erreicht und an diesem anhält.

Brennstoff, der einmal in den Volumensteuerkanal 53 ge­ leitet worden ist, fließt von der Überlauföffnung 33 oder dem Volumensteuerorgan 3 für eine Wiederbenutzung zurück. Dadurch wird die Volumensteuerleistung verbessert.

Wenn der Förderkolben 2 a sich von seinem unteren Totpunkt an zu heben beginnt, wird zuerst die Förderöffnung 31 mit­ tels der Überlaufkante 73 geschlossen. Dann wird der Brenn­ stoff, der mittels der ersten Förderpumpe 10 unter Druck ge­ setzt wird, in die Einspritzpumpenkammer 61 gefördert, so daß der Einspritzkolben 1 a nach oben bewegt wird. Hier­ auf variiert die notwendige Menge Brennstoff, die in die Einspritzpumpenkammer 61 gefördert wird, in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors. Demgemäß wird die Zeit­ spanne, in der die Volumensteuereinrichtung 17 offen ist, gemäß dem Betriebszustand des Motors gesteuert bzw. gere­ gelt. Wenn der Motor einer hohen Last ausgesetzt wird, ist die offene Phase der Volumensteuereinrichtung 17 lang genug, um die Förderung einer großen Menge Brennstoff in die Einspritzpumpenkammer 61 zu ermöglichen. Wenn die Motorlast vermindert wird, wird die offene Phase der Vo­ lumensteuereinrichtung 17 verkürzt, um die Brennstoff­ ördermenge zu vermindern. Selbst obwohl die offene oder geschlossene Phase der Volumensteuereinrichtung 17 geregelt wird, ist es unmöglich, eine fixe Menge Brenn­ stoff unter verschiedenen Druckbedingungen zu fördern. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird deshalb der Brennstoffdruck mittels des Sicherheitssteuerorgans 12, des Schwallraumes 14 und des Sammelbehälters 16 konstant gehalten.

Wenn der Förderkolben 2 a sich weiter anhebt, um die För­ deröffnung 31 wieder zu öffnen, wird der Brennstoff von der Volumensteuerpumpe 11 zur Förderpumpenkammer 68 ge­ fördert. Der Förderkolben 2 a bewegt sich um ein kleines Stück weiter nach oben, um seinen oberen Totpunkt zu er­ reichen und an diesem anzuhalten. Dann beginnt der Förder­ kolben 2 a sich wieder abzusenken. Daraufhin werden diese Betätigungsvorgänge wiederholt.

Wie aus der vorangegangenen Beschreibung dieser Ausführungs­ form hervorgeht, wird die Einspritzmenge mittels der Volu­ mensteuerung der Menge an Brennstoff gesteuert, die zur Einspritzpumpenkammer 61 gefördert wird. Auch der Einspritz­ zeitpunkt wird durch Bestimmung des Druckanstiegbeginns für die Förderpumpenkammer 68 gesteuert. Ein direktes Ein­ wirken des hohen Einspritzdruckes von der Düse 4 auf die Pumpen­ kammern 61 und 68 wird verhindert, so daß die Einspritz­ menge und der Einspritzzeitpunkt gleich gehalten werden können.

Gemäß den Fig. 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung dargestellt. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von der ersten Ausführungsform, daß ein Brennstoffkanal 15 in einem Zylinderkopf 102 des Motors angeordnet ist. Die Dichtigkeit gegen Ölaustritt zwischen der Haltemutter 100 und dem Zylinderkopf 102 wid mittels eines O-Ringes 103 aufrechterhalten. Abgeführter Brennstoff wird von der Zeitpunktsteuereinrichtung 19 in Form eines Solenoidsteu­ erorganes zum Brennstoffkanal 15 über einen Abführkanal 83 gefördert, während abgeflossener Brennstoff von der Abflußöffnung 34 des Einspritzzylinders 1 b zum Brennstoff­ kanal 15 durch Abflußkanäle 55 und 82 gefördert wird. Der Brennstoffkanal 15 steht mit dem Fluidtank 57 über eine Kanal-Drossel 80 und ein Kanalrückschlagventil 81 in Ver­ bindung, welches mittels einer Rückschlagventilfeder 92 federbelastet wird, wodurch der Öffnungsdruck des Ein­ spritzventils festgesetzt wird. Bei der zweiten Ausfüh­ rungsform ist eine zweite Überlauföffnung 74 der Förder­ öffnung 31 hinzugefügt. Gemäß dieser Anordnung kann der Brennstoff, der von der Förderpumpenkammer 68 abgeleitet ist, in dem Brennstoffkanal 15 gesammelt werden, um wie­ der durch die Abflußöffnung 34 eingefüllt werden zu kön­ nen. Der Brennstoff kann effektiv auch in andere Zylinder gefüllt werden, um den Brennstoffnutzfaktor zu verbessern und die Kanalanordnung zu vereinfachen.

In den Fig. 5 und 6 ist die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung darge­ stellt. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform dadurch, daß ein Zeitsteu­ erkolben 93 in einem Zeitsteuerzylinder 105 anstelle der Verwendung einer Zeitpunktsteuereinrichtung 19 in Form eines Solenoidsteuerorganes angeordnet ist. Der Zeit­ steuerkolben 93 ist mittels eines Timers 104 mit einer Zeitsteuerwelle 106 gekoppelt, die in Gleichlauf mit einer nicht näher dargestellten Nockenwelle dreht, die vom Motor angetrieben wird. Gemäß dieser Anordnung wird der Ein­ spritzzeitpunkt mittels einer Steuerkante 95 gesteuert, die im Zeitsteuerkolben 93 angeordnet ist, und die den Brennstoffabführkanal 51 durch Phasenverschiebung der Zeitsteuerwelle 106 und des Zeitsteuerkolbens 93 mittels des Timers 104 öffnet und schließt, wobei der Timer 104 elektrisch steuerbar bzw. regelbar ist. Brenn­ stoff, der zum Zeitsteuerkolben 93 gefördert worden ist, wird in den Brennstoffkanal 15 durch eine Öffnung 94 im Zeitsteuerkolben 93, einen mit der Öffnung 94 verbundenen Brennstoffkanal 96, eine Wellenausnehmung 97, die sich zum Brennstoffkanal 96 öffnet, eine radiale Ausnehmung 98, die mit der Wellenausnehmung 97 in Verbindung steht und dem Abführkanal 83 eingelassen, mit dem die radiale Aus­ nehmung 98 verbunden ist.

Bei diesen Ausführungsformen kann eine einzige Förderpumpe ausreichend sein und die Überlaufkanten 71 und 73 können weggelassen werden.

Gemäß den Fig. 7 und 8 ist eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung dar­ gestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 nur in der Konstruktion des Steuerbereiches, der sich an die Aus­ gleichsöffnung 18 anschließt, die mit dem Volumensteuer­ kanal 53 und dem Überlaufkanal 54 verbunden ist. Bei der vierten Ausführungsform weist der Steuerbereich die erste Förderpumpe 10, ein Solenoid-Absperrventil 22, eine Brennstoffvolumensteuerpumpe 23 und das Volumensteuer­ rückschlagventil 5 auf.

Brennstoff, der von der ersten Förderpumpe 10 gefördert wird, wird in die Einspritzpumpenkammer 61 über das Solenoid- Absperrventil 22, die Brennstoffvolumensteuerpumpe 23, das Volumensteuerrückschlagventil 5, den Volumensteuer­ kanal 53 und das Volumensteuerorgan 3 gefördert.

Bei dieser Ausführungsform wird eine sog. Verteilerpumpe als Brennstoffvolumensteuerpumpe 23 verwendet, welche eine mechanische Brennstoffeinspritzpumpe sein kann. Gemäß Fig. 7 wird eine Plankurvenscheibe 24 im Gleichlauf mit dem Motor gedreht und liegt an einem nicht näher dargestellten Mitnehmer an, um eine hin- und hergehende Bewegung auszu­ führen, wenn die Plankurvenscheibe 24 dreht.

Ein Verteilerkolben 25, der an der Plankurvenscheibe 24 be­ festigt ist, führt ein hin- und hergehende Bewegung in einem Verteilerzylinder 107 aus, wenn sich die Plankurven­ scheibe 24 hin- und herbewegt. Eine Pumpenkammer 42 ist zwischen dem Verteilerzylinder 107 und dem Verteiler­ kolben 25 angeordnet. Der Verteilerkolben 25 weist eine Saugausnehmung 35, die mit der Pumpenkammer 42 in Ver­ bindung steht, eine Ableitausnehmung 36, die mit einem Ableitkanal 39 in Verbindung steht, eine ringförmige Über­ laufausnehmung 37, die im Verteilerkolben 25 angeordnet ist und mit einem Überlaufkanal 40 in Verbindung steht, und eine Brennstoffdurchtrittsöffnung 41 auf, die durch den Ver­ teilerkolben 25 hindurchtritt und die Pumpenkammer 42 mit der Ableitausnehmung 36, die um den Kolben 25 angeordnet ist und der ringförmigen Überlaufausnehmung 37 verbindet, die um den Kolben herum angeordnet ist und mit der Brenn­ stoffdurchtrittsöffnung 41 in Verbindung steht. Der Über­ laufkanal 40 ist in einem Überlaufring 26 angeordnet, wel­ cher auf dem Verteilerkolben 25 in Abhängigkeit vom Maß der Herabdrückung des Beschleunigungspedales eines Auto­ mobiles oder in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gleiten kann.

Die Brennstoffvolumensteuerpumpe 23 weist die gleiche Konstruktion auf wie eine Pumpe, die zur Brennstoffeinspritzung in einem Dieselmotor Verwendung findet. Daher ist in der Verteiler­ pumpe 23 das Solenoid-Absperrventil 22 eingebaut, welches die Brennstofförderung unterbricht, wenn die erste Förder­ pumpe 10 und der Motor angehalten werden.

Während einer Zeitspanne nachdem der Förderkolben 2 a seinen oberen Totpunkt verlassen hat und bis er seinen unteren Totpunkt erreicht, arbeitet die Brennstoffein­ spritzvorrichtung dieser Ausführungsform in der gleichen Art und Weise wie die erste Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung. Demgemäß wird im folgenden nur die Wirkungsweise der Brennstoffeinspritz­ vorrichtung beschrieben, welche beim Anheben des Förder­ kolbens 2 a verursacht wird.

Wenn der Förderkolben 2 a anfängt, sich von seinem unteren Totpunkt aus nach oben zu bewegen, wird zuerst die Förder­ öffnung 31 mittels der Überlaufkante 73 geschlossen. Dann wird der Brennstoff, der in der Brennstoffvolumensteuerpumpe 23 unter Druck gesetzt wird in die Einspritzpumpenkammer 61 eingeleitet, so daß der Einspritzkolben 1 a nach oben be­ wegt wird. Hierauf wird die notwendige Menge Brennstoff, die in die Einspritzpumpenkammer 61 eingeleitet werden muß, in Abhängigkeit vom Lastzustand des Motors verändert. Demgemäß wird die Abgabemenge der Brennstoffvolumensteuerpumpe 23 in Abhängigkeit vom Lastzustand des Motors gesteuert bzw. geregelt. Wenn der Motor nämlich einer hohen Last ausge­ setzt ist, wird eine große Brennstoffmenge in die Ein­ spritzpumpenkammer 61 gefördert. Wenn die Motorlast ver­ mindert wird, wird die Förderung der Brennstoffmenge eben­ falls gemindert.

Dann arbeitet die Brennstoffvolumensteuerpumpe 23 für den Brennstoff wie im folgenden beschrieben. Der Brennstoff, der von der ersten Förderpumpe 10 gefördert wird, fließt durch das geöffnete Solenoid-Absperrventil 22, so daß er in die Pumpenkammer 42 der Brennstoffvolumensteuerpumpe gelangen kann. Dann wird der Verteiler­ kolben 25 mittels der Plankurvenscheibe 24 hin- und her­ bewegt, welche im Gleichlauf mit dem Motor angetrieben wird. Wenn eine Förderöffnung 38 mittels der Saugausnehmung 35 geschlossen wird, wird der Brennstoff in der Pumpen­ kammer 42 unter Druck gesetzt, so daß er durch die Ab­ leitausnehmung 36 abgeleitet wird, wobei er durch die Brennstoffdurchtrittsöffnung 41 hindurch in den Verteiler­ kolben 25 fließt. Der abgeführte Brennstoff fließt unter Krafteinwirkung durch das Volumensteuerrückschlagventil 5 und das Volumensteuerorgan 3 gegen die wirkenden Kräfte der entsprechenden Federn 91 bzw. 90 und wird in die Ein­ spritzpumpenkammer 61 gefördert.

Wenn der Verteilerkolben 25 angetrieben wird, bis die ring­ förmige Überlaufausnehmung 37 mit dem Überlaufkanal 40 im Überlaufring 26 in Verbindung steht, wird der Brennstoff in der Pumpenkammer 42 durch den Überlaufkanal 40 in den Fluidtank 57 abgeführt. Daher wird die Brennstofförderung unterbrochen. Mit anderen Worten entspricht die Menge des abgeführten Brennstoffes dem Förderhub des Verteiler­ kolbens 25, der beginnt, wenn die Saugausnehmung 37 nicht in Verbindung mit der Förderöffnung 38 steht, und der endet, wenn die ringförmige Überlaufausnehmung 37 in Ver­ bindung mit dem Überlaufkanal 40 steht. Diese Menge wird mittels des horizontal gleitbeweglich gelagerten Überlauf­ ringes 26 gesteuert, wodurch die öffnende Stellung des Überlaufkanales 40 verändert wird. Da der Überlaufring 26 in Abhängigkeit von der Herabdrückung des Beschleunigungs­ pedales oder der Motordrehzahl gleitet, wird die Brenn­ stoffmenge, die von der Brennstoffvolumensteuerpumpe 23 gefördert wird immer auf den optimalen Wert eingestellt, der dem Lastzu­ stand des Motors entspricht.

Der Einspritzkolben 1 a wird von dem in die Einspritzpumpen­ kammer 61 eingeleiteten Brennstoff nach oben gedrückt. Der Druck des Brennstoffes, der von der Volumensteuerpumpe 23 in den Einspritzkolben 1 a gefördert worden ist, wird auf ungefähr 10 bis 20 bar (ca. 10 bis 20 at) eingestellt.

Wenn sich der Förderkolben 2 a weiter nach oben bewegt, um die Förderöffnung 31 wieder zu öffnen, wird Brennstoff von der Volumensteuerpumpe zur Förderpumpenkammer 68 ge­ fördert. Der Förderkolben 2 a bewegt sich um ein kurzes Stück weiter nach oben, um seinen oberen Totpunkt zu errei­ chen und an diesem anzuhalten. Dann beginnt der Förderkol­ ben 2 a sich wieder nach unten zu bewegen. Daraufhin be­ ginnen diese Arbeitsschritte wieder von neuem.

Bei der vierten Ausführungsform ist die Brennstoffvolumen­ steuerpumpe eine Verteilerpumpe, deren Abgabemenge dosiert werden kann. Ungeachtet des Belastungszustandes des Motors kann deswegen eine gewünschte Brennstoffmenge immer zur Einspritzpumpenkammer 61 gefördert werden. Daher kann die Einspritzmenge gleich gehalten werden.

Da übliche Pumpen, die zur Brennstoffeinspritzung bei Dieselmotoren Verwendung gefunden haben, als Brenn­ stoffvolumensteuerpumpe verwendet werden können, ist es unnötig, für diesen Zweck spezielle Pumpen vorzusehen. Daher können die Kosten für die erfindungsgemäße Brenn­ stoffeinspritzvorrichtung vermindert werden.

Außer der Verteilerpumpe kann eine sog. Reihenpumpe (in­ line pump) für die übliche Verwendung bei Dieselmotoren als Brennstoffvolumensteuerpumpe verwendet werden.

Wie im Vorangehenden beschrieben, sind gemäß den Prinzi­ pien der Erfindung die Förderpumpenkammer und die Ein­ spritzpumpenkammer separat vorgesehen und werden zur Steu­ erung des Einspritzzeitpunktes bzw. der Einspritzmenge verwendet. Daher wird die Brennstoffeinspritzung stabili­ siert und insbesondere die Empfindlichkeit der Einspritz­ steuerung verbessert.

Die Solenoidventile 17, 19 und 22 werden mittels elektro­ nischer Steuer- bzw. Regeleinrichtungen wie beispiels­ weise einem Mikrocomputer gesteuert bzw. geregelt, wobei die Steuer- bzw. Regeleinrichtung Informationen von einem Sensor erhält, der verschiedene Steuergrößen vom Motor erfaßt, diese Informationen oder Daten verarbeitet und elektrische Signale zu den Ventilen weiterleitet.

Claims (14)

1. Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einer Einspritz­ einheit, die aufweist:

• a) ein Gehäuse mit einer ersten Ausnehmung und einer zweiten Ausnehmung,
• b) einen Förderkolben, der in der ersten Ausnehmung für eine Hin- und eine Herbewegung eingesetzt ist und der mittels eines Motors im Gleichlauf mit diesem antreibbar ist,
• c) eine Förderpumpenkammer, die zwischen der ersten Ausnehmung und dem Förderkolben angeordnet ist,
• d) einen Einspritzkolben, der in der zweiten Ausneh­ mung für eine Hin- und Herbewegung eingesetzt ist,
• e) eine Einspritzpumpenkammer, die zwischen der zweiten Ausnehmung und einem Ende des Einspritzkol­ bens angeordnet ist,
• f) eine Einspritzdüse, die mit der Einspritzpumpen­ kammer verbunden ist,
• g) eine Zeitsteueröffnung, die im Gehäuse angeordnet ist und sich in die Förderpumpenkammer öffnet,
• h) eine Überlauföffnung, die im Gehäuse angeordnet ist und mit der Einspritzpumpenkammer zur Bestimmung des Einspritzendes verbunden ist,
• i) eine Abflußöffnung, die im Gehäuse angeordnet ist,
• j) ein Rückschlagventil, das zur Einspritzpumpenkam­ mer geförderten Brennstoff am Zurückfließen hindert,

mit einem Brennstofftank, und
mit einer ersten Pumpe zur Erhöhung des Druckes des Brenn­ stoffes aus dem Brennstofftank auf ein vorbestimmtes Maß,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Druckkammer (1 e) zwischen der zweiten Aus­ nehmung (1 c) und dem anderen Ende des Einspritzkol­ bens (1 a) angeordnet ist, die mit der Förderpumpen­ kammer (68) in Verbindung steht,
daß eine Förderöffnung (31) vorgesehen ist, die im Gehäuse (109) angeordnet ist und sich in die För­ derpumpenkammer (68) zur Förderung von Brennstoff in die Förderpumpenkammer (68) öffnet,
daß während der Einspritzung die Zeitsteueröffnung (30) nach der Förder­ öffnung (31) mittels des Förderkolbens (2 a) ver­ schlossen wird, und so der spätest mögliche Einspritzzeitpunkt festgelegt ist,
daß die Abflußöffnung (34) mit der Druckkammer (1 e) als letzte direkt nach dem Einspritzende verbunden ist,
daß das Volumensteuerorgan (3) in einem Volumensteuer­ kanal (53) angeordnet ist, der mit der Einspritzpum­ penkammer (61) zur Förderung von Brennstoff zur Einspritzpumpenkammer (61) in Verbindung steht,
daß eine Volumensteuereinrichtung (17) und eine Brennstoffvolumensteuerpumpe (23) vorgesehen ist, die die erste Förderpumpe (60) mit dem Volumensteuerkanal (53) zur Volumensteuerung des zur Einspritzpumpen­ kammer (61) geförderten Brennstoffes verbindet,
daß eine Zeitpunktsteuereinrichtung (19, 93) vorge­ sehen ist, die über einen Brennstoffabführkanal (51) mit der Zeitsteueröffnung (30) verbunden ist und die den Startpunkt der Brennstoffeinspritzung durch Schließen des Brennstoffabführkanals (51) steuert bzw. regelt,
daß eine Zeitsteuerdrossel (20) vorgesehen ist, die im Brennstoff­ abführkanal (51) angeordnet ist,
daß eine Einrichtung (11, 13) vorgesehen ist, die mit der Förderöffnung (31) zur Förderung von Brennstoff vom Fluidtank (57) zur Förderpumpenkammer (68) in Verbindung steht, wenn der Förderkolben (2 a) an­ gehoben ist, und
daß der Einspritzkolben (1 a) und der Förderkolben (2 a) einander gegenüber unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der ersten Ausnehmung (2 c) größer ist als derjenige der zweiten Ausnehmung (1 c).

3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitsteuerrückschlagventil (27) zwischen der Zeitsteuerdrossel (20) und der Zeit­ steueröffnung (30) im Brennstoffabführkanal (51) vorgesehen ist.

4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Volumensteuerrückschlagsventil (5) und eine Ausgleichsöffnung vorgesehen sind, die zwischen der Vo­ lumensteuereinrichtung (17) und der Einspritzpumpen­ kammer (61) in den Volumensteuerkanal (53) angeordnet sind.

5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitsteuerrückschlags­ ventil (27) zwischen der Zeitsteuerdrossel (20) und der Zeit­ steueröffnung (30) im Brennstoffabführkanal (51) vorgesehen ist.

6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwallraum (14) zwischen der ersten Förderpumpe (10) und der Volumensteuerein­ richtung (17) in dem Volumensteuerkanal (53) vorgesehen ist.

7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sammelbehälter (16) vorgesehen ist, der mit dem Schwallraum (14) zur Dämpfung der Druckwellen des Brennstoffes im Schwall­ raum (14) und zur Aufrechterhaltung eines konstanten Brennstoffdruckes verbunden ist.

8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Volumensteuer­ rückschlagventil (5) und eine Ausgleichsöffnung (18) vorge­ sehen ist, die zwischen der Volumensteuereinrichtung (17) und der Einspritzpumpenkammer (61) in dem Volumen­ steuerkanal (53) angeordnet ist.

9. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brennstoff­ kanal (15) mit einer Kanaldrossel (80) und ein mit diesem verbundenes Kanalrückschlagventil (81) vorgesehen sind, das mit der Abflußöffnung (34) in Verbindung steht, wobei der Brennstoffkanal (15) über die Zeitpunktsteu­ ereinrichtung (19) mit der Zeitsteueröffnung und über die Leitsteuerdrossel (20) und das Zeitsteuerrückschlagventil (27) mit dem Fluidtank (57) in Verbindung steht.

10. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunktsteu­ ereinrichtung (19) als Solenoidventil ausgebildet ist, das den Brennstoffabführkanal (51) in Abhängigkeit vom Be­ triebszustand eines entsprechenden Verbrennungsmotors öffnet und schließt.

11. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkt­ steuereinrichtung als Zeitsteuerkolben (93) ausgebildet ist, der von einem Verbrennungsmotor antreibbar ist und den Brennstoffabführkanal (51) öffnet und schließt.

12. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumensteu­ ereinrichtung (17) als Solenoidsteuerorgan ausgebildet ist, das den Volumensteuerkanal (53) in Abhängigkeit vom Betriebszustand eines Verbrennungsmotors öffnet und schließt.

13. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumensteuer­ einrichtung als mechanische Brennstoffvolumensteuerpumpe (23) ausgebildet ist, die mittels eines Verbrennungs­ motors antreibbar ist.