DE3302294A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer luftverdichtende, selbstzuendende brennkraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer luftverdichtende, selbstzuendende brennkraftmaschinenInfo
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Description
für luftverdichtende, selbstziindende
Brennkraftmaschinen
: Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen
mit zumindest einem elektromagnetischen Steuerventil, über das ein Hochdruckkanal einer mit einem
Ansaugkanal versehenen Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Niederdruckkanal, vorzugsweise einem Abströmkanal, ver-■
bindbar ist, wobei das Steuerventil einen als Kolbenschieber ausgebildeten, von einer Feder belasteten Ventilkörper
aufweist, der in einem mit zumindest einem hochdruckseitigen Anschluß und einem niederdruckseitigen Anschluß versehenen
Gehäuseraum axial bewegbar ist und mit einer vorzugsweise von einer elektrisch arbeitenden Meßwertverarbeitungseinrichtung
ansteuerbaren elektromagnetischen Stellvorrichtung in Wirkverbindung steht, und wobei gegebenenfalls
ein weiteres vorzugsweise mechanisch betätigbares Stellglied vorhanden ist.
Eine derart gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung
ist aus der DE-OS 20 26 665 bekannt. Hierbei beherrscht ein elektromagnetisches Steuerventil, das von der elektrisch
arbeitenden Meßwertverarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit von charakteristischen Betriebskenngrößen der
Brennkraftmaschine angesteuert wird, einen düsenseitig vorgesehenen Abströmkanal, um insbesondere den Einspritzbeginn
und das Einspritzende der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
im Hinblick auf den Belastungszustand der Brenn-
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kraftmaschine zu regeln. Der Kolbenschieber des elektromagnetischen
Steuerventils weist hierbei über seine gesamte Länge den gleichen Querschnitt auf und wird stirnseitig
über Druckausgleichsleitungen mit dem pumpendruck beaufschlagt,
um insbesondere die erforderlichen magnetischen Ventilbetätigungsstellkräfte am Steuerschieber gering zu
halten. Als nachteilig hat sich bei dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung
herausgestellt, daß der Kolbenschieber des Steuerventils in der Schließstellung unkontrollierbare
Bewegungen ausführt und somit ein instabiles Verhalten zeigt, was insbesondere auf eine ungleiche Druckbeaufschlagung
der Stirnflächen des Kolbenschiebers, z. B. auf-. grund unterschiedlicher Druckwellen bzw. mehr oder weniger
starke Hohlraumbildung in den Druckausgleichsleitungen, zurückzuführen ist. Weiterhin hat es sich als nachteilig
herausgestellt, daß eine mehr oder weniger starke Hohlraumbildung im Hochdrucksystem während der düsenseitigen
Absteuerung und der pumpenseitigen Weiterförderung auch die
Einspritzzeitenregelung im Sinn von Instabilitäten beeinflußt.
Daneben ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine
luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine bekannt (DE-OS 29 03 482), bei der innerhalb des Einspritz-
pumpengehäuses zur Steuerung der Einspritzzeiten ein elektromagnetisch
betätigbares Steuerventil vorgesehen ist, das einerseits den Ansaugkanal der Einspritzpumpe beherrscht
und andererseits einen Abströmkanal mit einem Hochdruckkanal der Einspritzpumpe verbindet. Das Steuerventil
weist einen als Kolbenschieber ausgebildeten Ventilkörper auf, der mit einem Ventilsitz versehen ist, wobei
zu beiden Seiten des Ventilsitzes im Kolbenschieber eine Hochdruckkammer und eine Niederdruckkammer vorgesehen
sind. Hierbei sind die gegenüberliegenden Druckangriffsflachen der hochdruckseitigen und der niederdruckseitigen
KlnrV nr-i I Ii miljoldt-D· -life AG
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Kammer flächengleich/ so daß bei idealisierter statischer
Betrachtungsweise der Kolbenschieber in der Schließstellung druckausgeglichen ist. Nachteilig ist neben dem erheblichen
baulichen Aufwand und der Tatsache, daß über den Ansaugkanal weitere z. B. durch eine Kraftstofförderpumpe
hervorgerufene Störeinflüsse auf den Kolbenschieber des elektromagnetischen Steuerventils wirken können, bei dieser
Kraftstoffeinspritzvorrichtung, daß die auf den Kolbenschieber
wirkenden Druckkäfte nur in der Schließstellung ausgeglichen sind, da während der Öffnungsphase des
Kolbenschiebers durch einen einseitigen Druckabfall aufgrund des über den Ventilsitzquerschnitt abfließenden
Kraftstoffes eine resultierende Schließkraft erzeugt wird, so daß auch hier eine genaue Regelung des Einspritzvorganges
aufgrund des instabilen Verhaltens des Kolbenschiebers nicht möglich ist.
Um insbesondere die vorerwähnten Nachteile des instabilen Verhaltens des Kolbenschiebers nach der DE-OS 29 03 482 in
der Öffnungsphase zu beseitigen, ist vorgeschlagen worden
(DE-OS 30 02 361), die Druckangriffsflächen der Hochdruckkammer des Kolbenschiebers unterschiedlich zu dimensionieren
und im Abströmkanal, eine Festdrossel vorzusehen. Doch auch diese Lösung kann nicht befriedigen, da einerseits die
gedrosselte Abströmung einem schnellen Druckabbau bei Einspritzende im Sinne eines günstigen Verbrauchs- und
.Emissionsverhaltens der Brennkraftmaschine entgegensteht und andererseits eine Pestwertdrossel unterschiedlichen
Betriebspunkten der Brennkraftmaschine aufgrund der jeweils unterschiedlichen Absteuermengen nicht gerecht werden
kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße
Kraf tstoffeinspritzvorrichtung der eingangs
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ι<··. ■!.■■. it
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genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine genaue
Steuerung der Einspritzzeiten möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
durch einen Ventilsitz begrenzte hochdruckseitige Kolbenschieberbereich
konstant den Durchmesser des Ventilsitzes aufweist und der niederdruckseitige Kolbenschieberbereich
mit einem kleineren Durchmesser als der hochdruckseitige Kolbenschieberbereich ausgebildet ist. Mit einem derart
gestalteten Ventilkörper konnten in überraschender Weise hinsichtlich des Betriebsergebnisses der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
herausragende Ergebnisse erzielt werden. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß einerseits
ungleichmäßige Druckverteilungen am Kolbenschieber aufgrund fehlender Druckangriffsflächen am hochdruckseitigen
Kolbenschieberbereich sowohl in der Schließstellung als auch in der Öffnungsphase des Steuerventils keinerlei
Störeinflüsse ausüben können, so daß ein absolut stabiles Verhalten des Kolbenschiebers in allen Betriebsbereichen
sichergestellt ist, und andererseits aufgrund der größeren hochdruckseitigen Kolbenschieberstirnfläche in der Hochdruckphase
grundsätzlich eine resultierende Druckkraft in Schließrichtung vorhanden ist. Dies beinhaltet den weite-•
reu Vorteil der für das Betriebsergebnis insbesondere bei
den bei luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen
angestrebten sehr hohen Einspritzdrücken von 1 000 bis 2 000 bar entscheidenden absoluten Dichtheit des Steuerventils in der Hochdruckphase.
Bevorzugt ist der Gehäuseraum des Steuerventils außerhalb
der hochdruckseitigen Anschlüsse druckfest abgedichtet und weist eine hochdruckseitige und eine niederdruckseitige
Gehäuseraumkammer auf, die den Stirnflächen des Kolbenschiebers zugeordnet sind, wobei die hochdruckseitige und
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die niederdruckseitige Gehäuseraumkammer durch zumindest
eine Leitung, die bevorzugt durch eine innerhalb des Kolbenschiebers
vorgesehene Bohrung hergestellt ist, miteinander verbunden sind.Durch diese Ausgestaltungen der Erfindung
können in vorteilhafter Weise unter Beibehaltung eines Druckausgleiches und somit des Vorteils geringer
Stellkräfte an den Stirnflächen des Kolbenschiebers auf jegliche zusätzliche Druckausgleichsleitungen verzichtet
werden, so daß auch etwaige Druckunstetigkeiten bzw. Druckdifferenzen in den Druckausgleichsleitungen keine
Störeinflüsse·auf das Steuerventil verursachen können. Dies
kann wiederum bei den angestrebten sehr hohen Einspritzdrücken und einer dementsprechend sehr kurzen Einspritzdauer
für die Realisierung der von der elektrisch arbeitenden Meßwertverarbeitungseinrichtung ermittelten
Steuerzeiten für den Einspritzbeginn und das Einspritzende der Kraftstoffeinspritzvorrichtung von entscheidender Bedeutung
sein. Weiterhin unterstützen diese Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung in
vorteilhafter Weise die in der Schließstellung des Kolbenschiebers
wirkende resultierende Schließdruckkraft. Dies, ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß in der
Schließstellung des Kolbenschiebers über den zwischen dem hochdruckseitigen Kolbenschieberbereich und dem Gehäuseraum
vorhandenen Dichtspalt die hochdruckseitige Gehäuseraumkammer und über die Verbindungsleitung die niederdruckseitige
Gehäuseraumkammer mit Kraftstoff gefüllt sind·. Während der Öffnungsbewegung des Kolbenschiebers wird der
Kraftstoff der hochdruckseitigen Gehäuseraumkammer in die niederdruckseitige Gehäuseraumkammer verdrängt, so daß
durch die unterschiedlich bemessenen Kolbenschieberbereiche niederdruckseitig durch die Hubbewegung Kraftstoff
verdichtet wird, der über den niederdruckseitigen
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. Dichtspalt abfließt. In der Hochdruckphase, d. h. Schließstellung
des Kolbenschiebers, wird dieser niederdrucksei- _tig- abgeflossene Kraftstoff über den Hochdruckkanal und den
hochdruckseitigen Dichtspalt wieder aufgefüllt, wobei in Richtung der niederdruckseitigen Gehäuseraumkammer während des Auffüllvorganges ein Druckgefälle ansteht, das die
zusätzliche Schließdruckkraft auf den Kolbenschieber bewirkt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung linsbesondere
zu der Realisierung einer für eine genaue Steuerung des Einspritzvorganges vorteilhaften schnellen Ventilkörperbetätigung
unter Optimierung des insgesamt beanspruchten Raumbedarfs der elektromagnetischen Stellvorrichtung,
gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Zeichnungsbeschreibung hervor.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen
verwiesen, in denen grundsätzlich gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen
Steuerventiles;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten elektromagnetischen
Stellvorrichtung in einer Querschnittsdarstellung; Fig. 4 eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung
mit einem alternativ gestalteten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen
Stellvorrichtung in einer Querschnittsdarstellung.
- 14 - "* 18.Ό1.Τ983;
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In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung
im Querschnitt dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in üblicher Weise mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe
1 versehen, die aus einem Pumpengehäuse 2, einem als Pumpenkolben ausgebildeten Pumpenelement 3,
das in bekannter Weise über einen Nocken 4 und einen federbelasteten Stößel 5 angetrieben in einem Pumpenraum
bewegbar ist, einem Ansaugkanal· 7 und einem Hochdruckkanal 8 besteht. Von einer nicht näher dargestellten Kraftstoffförderpumpe
wird der Kraftstoff über den Ansaugkanal 7 dem Pumpenarbeitsraum 6 der Kraftstoffeinspritzpumpe 1 zugeführt
und während des Hubes des Pumpenkolbens 3 durch den Hochdruckkanal 8 über ein in bekannter Weise gestaltetes
Druckventil 9 zu einer Kraftstoffeinspritzdüse 10 gefördert.
Der Hochdruckkanal 8 wird von einem elektromagnetischen Steuerventil 11 beherrscht, das einen als Kolbenschieber
ausgebildeten, von einer Druckfeder 13 belasteten Ventilkörper aufweist, der im Öffnungssinne mit einer elektromagnetischen
Stellvorrichtung 14 in Wirkverbindung steht, über das elektromagnetische Steuerventil 11 ist der
Hochdruckkanal 8 in der Öffnungsstellung des Steuerventils 11 mit einem beispielsweise in einen Kraftstoffbehälter
führenden Abströmkanal 15 verbindbar, so daß durch das öffnen bzw. Schließen des elektromagnetischen Steuerventils 11 in der Hochdruckphase der Kraftstoffeinspritzpumpe
1 der Einspritzbeginn bzw. das Einspritzende der Kraftstoff einspritzdüse 10 regelbar ist. Die elektromagnetische
Stellvorrichtung 14 wird zur Steuerventilbetätigung von einer nicht dargestellten elektrisch arbeitenden Meßwertverarbeitungseinrichtung
angesteuert, die mit geeigneten Meßwertgebern zusammenwirkt und in Abhängigkeit des Belastungszustandes
der mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgerüsteten luftverdichtenden,
- is"- "'* ' "" is:br:i983
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selbstzündenden Brennkraftmaschine die Ansteuerzeitpunkte
und somit den Einspritzbeginn und das Einspritzende regelt. Der Kolbenschieber 12 des elektromagnetischen Steuerventils
11 weist einen durch einen Ventilsitz 16 begrenzten hochdruckseitigen Kolbenschieberbereich 17 und
einen niederdruckseitigen Kolbenschieberbereich 18 auf, wobei der hochdruckseitige Kolbenschieberbereich 17 konstant
den "Durchmesser des Ventilsitzes 16 aufweist und der niederdruckseitige Kolbenschieberbereich 18 mit einem
kleineren Durchmesser als der hochdruckseitige Kolbenschieberbereich· 17 ausgebildet ist. Der Kolbenschieber
ist in einem Gehäuseraum 19 axial bewegbar, wobei der Gehäuseraum 19 eine hochdruckseitige Gehäuseraumkammer 20 und
eine niederdruckseitige Gehäuseraumkammer 21 aufweist, die jeweils den Stirnflächen des Kolbenschiebers 12 zugeordnet
sind, und wobei der Gehäuseraum 19, 20, 21 außerhalb der hochdruckseitigen Anschlüsse 22 und des niederdruckseitigen
Anschlusses 23 durch geeignete .Dichtelemente 24 druckfest abgedichtet ist. Die hochdruckseitige Gehäuseraumkammer
20 und die niederdruckseitige Gehäuseraumkammer 21 sind durch eine in der Darstellung nach Fig. 1 nicht
sichtbare Bohrung 25 miteinander verbunden. Die Öffnungsbewegung des Kolbenschiebers 12 wird durch einen Abstandshalter
27, der ebenso wie die Druckfeder 13 in der hochdruckseitigen Gehäuseraumkammer 20 angeordnet ist, begrenzt,
wobei der Abstandshalter 27, die Druckfeder 13 und die elektromagnetische Stellvorrichtung 14 zwecks Erzeugung
einer resultierenden Druckschließkraft derart an den
Stirnflächen des Kolbenschiebers 12 vorgesehen sind bzw. die Stirnflächen des Kolbenschiebers 12 derart ausgelegt
sind, daß der dem hochdruckseitigen Gehäuseraumkammerdruck ausgesetzte Stirnflächenbereich des Kolbenschiebers 12
größer ist als der den niedruckseitigen Gehäuseraumdruck ausgesetzte Stirnflächenbereich des Kolbenschiebers 12.
Kc ir l· ηρ·-1 lumhbldt-Dfiitz AG
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Der Pumpenkolben 3 weist in seiner Mantelfläche eine Längsnut 42 auf, die mit dem pumpenarbeitsraum 6 in Strömungsverbindung
steht und durch eine Verdrehung des Pumpenkolbens 3 mit dem Ansaugkanal 7 in Uberdeckung gebracht
werden kann. Zur Verdrehung des Pumpenkolbens 3 ist eine nicht näher dargestellte mechanische Regeleinrichtung vorgesehen,
die in Abhängigkeit der Drehzahl mit allgemein bekannten Mitteln, beispielsweise Fliehgewichte etc., arbeitet
und bei einer vorgebbaren Höchstdrehzahl der Brennkraftmaschine die Verbindung von Pumpenarbeitsraum 6 zum
Ansaugkanal 7 zwecks Absteuerung von Kraftstoff freigibt. Diese Maßnahme dient als zusätzliche Sicherheitseinrichtung
Die Wirkungsweise und die Vorteile des erfindungsgemäß gestalteten
Steuerventils sollen anhand der schematischen Darstellung des Steuerventils nach Fig. 2 näher erläutert
werden, wobei in dieser Darstellung auf die Ventilbetätigungsgelemente,
wie Druckfeder, elektromagnetische Stellvorrichtungsverbindung und dergl. der besseren Übersicht
wegen verzichtet wurde. Durch die hochdruckseifige Kolbenschieberauslegung mit glattem übergang in den Ventilsitz
fehlt jegliche Druckangriffsfläche für den sehr hohen
Kraftstoffdruck, so daß mögliche instabile, ungleichmäßige
Druckverteilungen auf den Kolbenschieber 12 in der für den regelbaren Einspritzvorgang entscheidenden Schließstellung
keinerlei Einfluß ausüben können. Während der Hochdruckphase der Kraf tstof feinspritzpuinpe 1 wird Kraftstoff über
den Hochdruckkanal 8 über die hochdruckseitigen Anschlüsse 22 des Steuerventils 11 zu der Kraftstoffeinspritzdüse 10
gefördert. Hierbei steht über den Dichtspalt 28a im hochdruckseitigen Kolbenschieberbereich 17 zu der hochdruckseitigen
Gehäuseraumkammer 20 und über die" Bohrung 25 somit auch zu der niederdruckseitigen Gehäuseraumkammer 21
[■ :V/V
KHO ".::":--: \ ": ->33G2294
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ein Druckgefälle an, das stets dafür sorgt, daß das Kammersystem
mit Kraftstoff gefüllt ist. Durch die Öffnungsbewegung des Kolbenschiebers 12 wird aus der hochdruckseitigen
Gehäuseraumkammer 20 Kraftstoff in die niederdruckseitige Gehäuseraumkammer 21 verdrängt, wobei aufgrund der
Durchmesserdifferenz der Stirnflächen des Kolbenschiebers
12 der Kraftstoff in den Gehäuseraumkammern komprimiert wird. Dieser überdruck wird in der Öffnungsstellung des
Kolbenschiebers 12 durch über die niederdruckseitigen Dichtspalte 28b abfließenden Kraftstoff abgebaut. Diese
abgeflossene Kraftstoffmenge wird in der Schließstellung
des Kolbenschiebers 12 aufgrund des Druckgefälles über die
hochdruckseitigen Dichtspalte 28a wieder aufgefüllt, wobei der Füllvorgang während der Hochdruckphase eine weitere die
Dichtheit des Steuerventils unterstützende resultierende Drucks.chließkraf t auf den Kolbenschieber 12 ausübt, so daß
das Steuerventil 11 in vorteilhafter Weise im Sinn einer
absoluten Dichtheit in der Schließstellung optimiert ist.
. in Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung
entsprechend Fig. 1 mit einer erfindungsgemäß gestalteten elektromagnetischen Stellvorrichtung 14 dargestellt,
wobei jedoch auf die Darstellung der bekannten Teile der Kraftstoffeinspritzpumpe verzichtet wurde. Die in
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße
elektromagnetische Stellvorrichtung 14 ist derart ausgelegt, daß der Kolbenschieber 12 nach einem
Vorhubweg der Stellvorrichtung im Öffnungssinne betätigbar ist, um insbesondere die hierbei erzeugte Stoßwirkung im
Sinne sehr schneller Öffnungszeiten und somit exakter
Steuerung des Kolbenschiebers 12 zu nutzen. Hierzu weist die elektrische Stellvorrichtung 14 eine erste Schaltspule
29 mit einem Eisenkern 30 und einem Anker 31 auf, wobei an
K'-. knr-r I !,im!· oldf-Oui* AG /,·.·
(KKHD
330229A
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dem Anker 31 ein Federelement 32 befestigt ist, das durch die Erregung der Schaltspule 29 durch die Bewegung des Ankers
31 vorspannbar ist, und wobei der Vorspannweg des Federelementes 32 durch ein Abstandselement 33 begrenzt wird.
Weiterhin weist die elektromagnetische Stellvorrichtung eine zweite Schaltspule 34 mit einem zweistückig ausgebildeten
Anker 35 und einem Eisenkern 36 auf. Der zweistückig ausgebildete Anker 35 besteht aus einem inneren
Ankerteil 35a und einem äußeren Ankerteil: 35b, wobei der innere Ankerteil 35a relativ zu dem äußeren Ankerteil 35b
axial bewegbar ist und mit diesem über eine Schulter/Bundverbindung
37 bewegungsfest koppelbar ist. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die erste Schaltspule 29 mit
dem dazugehörigen Anker 31 und dem Eisenkern 30 und die zweite Schaltspule 34 mit den dazugehörigen Ankerteilen
35a und 35b und dem zweiten Eisenkern 36 der niederdruckseitigen Gehäuseraumkammer 21 zugeordnet und mit entsprechenden
Dichtelementen 24 versehen, wobei der innere Ankerteil 35a der zweiten Schaltspule 34 direkt auf den
Kolbenschieber 12 wirkt und der Anker 31. der ersten Schaltspule 29 in direkter Wirkverbindung mit dem inneren
Ankerteil 35a der zweiten Schaltspule 34 steht. Zwischen der ersten Schaltspule 29 und der zweiten Schaltspule 34
ist ferner ein.Anschlagelement 38 vorgesehen, das die axiale
Hubbewegung des äußeren Ankerteiles 35b der zweiten Schaltspule 34 nach einer Seite begrenzt, wobei .das Anschlagelement
38 und das Abstandselement 33 derart ausgelegt sind, daß zwischen dem inneren Ankerteil.35a der
zweiten Schaltspule 34 in der Schließstellung des Kolben-Schiebers
12 und dem Anker 31 der ersten Schaltspule 29 bei maximal vorgespanntem Federelement 32 ein Vorhubabstand
vorhanden ist.Die axiale Hubbewegung des äußeren Ankerteils 35b ist andererseits durch eine nicht magnetische
Distanzscheibe 41 zum Eisenkern 36 hin begrenzt.
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Während des Betriebes der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
werden die Schaltspule 29 und die Schaltspule 34 in Abhängigkeit der von der elektrisch arbeitenden
Stellvorrichtung ermittelten Steuerzeiten des elektromagnetischen Steuerventils 11 angesteuert. Hierbei
ist während der Schließstellung des Kolbenschiebers 12 die erste Schaltspüle 29 erregt und die zweiten Schaltspule 34
stromlos, so daß das Federelement 32 maximal vorgespannt ist und der äußeren Ankerteil 35b an dem Anschlagelement 38
anliegt und zwischen innerem Ankerteil 35a und Anker 33 ein Vorhubabstand vorhanden ist. Bei Erzeugung des öffnungssignales
der elektrisch arbeitenden Stellvorrichtung, d, h. Einspritzende, wird die erste Schaltspule 29 ausgeschaltet,
so daß durch das Federelement 32 zunächst nur der Anker 31 und damit in vorteilhafter Weise eine sehr geringe
Masse beschleunigt wird und nach dem Vorhubweg über der innere Anker 35a den Kolbenschieber 12 schlagartig bis
zum Anschlag 27 öffnet, wobei aufgrund der relativen Axialbewegungsmöglichkeit des inneren Ankers 35a der äußere
Anker 35b der zweiten Schaltspule 34 zunächst in der Rühestellung verbleibt'. Nach der Öffnungsbewegung des
Kolbenschiebers 12 wird die zweite Schaltspule 34 erregt, so daß der äußere Ankerteil 35b an der Distanzscheibe 41
zur Anlage gebracht wird. Durch die Wiedererregung der Spule 29 wird das Federelement 32 wieder vorgespannt und
der Anker 31 wieder in die Vorhublage gebracht. Die Schaltspule 34 übernimmt nun die Haltefunktion des Kolbenschiebers
12 entgegen der Kraft der Druckfeder 13, wobei der Kolbenschieberhub nun nicht mehr durch den Anschlag 27
begrenzt wird, sondern durch die Anlage des inneren Ankerteils
35a an dem äußeren Ankerteil 35b über die Schulter/Bundverbindung 37.
K!- / krior-1 lumbolfJI-Dnutz AG
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Die Schließbewegung des Kolbenschiebers 12 wird eingeleitet durch Ausschalten der zweiten Schaltspule 34, so daß
die Druckfeder 13 den Kolbenschieber 12 in die Schließstellung bringt, wobei hierbei allerdings in vorteilhafter
Weise lediglich die Ankerteile 35a und 35b mitgeführt werden müssen.
Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung der elektromagnetischen
Stellvorrichtung 14 ist es in vorteilhafter Weise möglich, die aufzubringenden magnetischen Stellkräfte und
somit das beanspruchte Bauvolumen aufgrund der überwiegenden Haltefunktion der ersten Schaltspule 29 und der zweiten
Schaltspule 34 gering zu halten.
Im Bewegungsbereich der niederdruckseitigen Stirnfläche des
Kolbenschiebers 17 ist eine Sensorvorrichtung 40 vorgesehen, die - nicht näher dargestellt - einen Permanentmagneten,
Polschuhe und eine Induktionsspule aufweist und in Abhängigkeit der Kolbenschieberbewegung bzw. eines
Luftspalts zwischen Kolbenschieberstirnfläche und innerem
Anker 35a ein impulsförmiges Signal erzeugt, das in der Meßwertverarbeitungseinrichtung als Schließzeitpunkt- bzw.
Öffnungszeitpunktsignal des Steuerventils auswertbar ist und bei der Ansteuerung der Schaltspulen 29 und 34 zur
Vermeidung von magnetischen Übertragungsfehlern entsprechend berücksichtigt werden kann, wobei allerdings die gezeigte lokale Anordnung der Sensorvorrichtung 40 nicht
zwingend ist, sondern auch bevorzugt die bzw. eine zweite Sensorvorrichtung 40 zwischen dem Anker 31 und den äußeren
und inneren Ankerteilen 35a und 35b erfindungsgemäß vorsehbar ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist ähnlich gestaltet
wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, wobei jedoch die 35
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erste Schaltspule 29., der Eisenkern 30 und der Anker 31 der niedruckseitigen Gehäuseraumkammer 21 und die zweite
Schaltspule 34 und der innere Ankerteil 35a, der äußere Ankerteil 35b und der Eisenkern 36 der hochdruckseitigen
5 Gehäuseraumkammer 20 zugeordnet sind, wobei wiederum zur druckfesten Abdichtung der Gehäuseraumkammern 20, 21 geeignete
Dichtelemente 24 vorgesehen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel
steht der Anker 31 der ersten Schaltspule 29 mit dem Kolbenschieber 12 in direkter Wirkverbindung und
der innere Ankerteil 35a ist direkt am Kolbenschieber befestigt. Zur Betätigung des Kolbenschiebers 12 im Öffnungssinn
nach einem Vorhubweg der elektromagnetischen Stellvorrichtung 14 ist bei diesem Ausführungsbeispiel das
Abstandselement 33 derart ausgelegt, daß in der Schließstellung des Kolbenschiebers 12 der Anker 31 durch die Erregung der ersten Schaltspule 29 in einen axialen Abstand
zu dem Kolbenschieber 12 verlegbar ist. Der Eisenkern 36 weist einen als Distanzelement ausgebildeten Absatz 36a
auf, der mit den inneren Ankerteilen 35a zusammenwirkt.Die
von der elektrisch arbeitenden Meßwertverarbeitungseinrichtung bestimmten Erregungszeitpunkte bzw. die Erregungsdauer
der ersten Schaltspule 29 und der zweiten Schaltspule 34 erfolgt in analoger Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3, d. h. daß die Schaltspule 29 zur Ventilöffnung ausschaltbar ist, wodurch der Einspritzvorgang
während der Hochdruckphase der Kraftstoffeinspritzpumpe
1 beendet wird und somit das Einspritzende bestimmt ist, und der Ventilschließvorgang durch Ausschalten
der zweiten Schaltspule 34 eingeleitet wird, wobei sich der . Kolbenschieber 12 unter der Kraft der Druckfeder 13 in die
Schließstellung bewegt und somit der Einspritzbeginn der Kraftstoffeinspritzvorrichtung bestimmt ist. Die in
Zusammenhang mit Fig. 3 angedeuteten Vorteile gelten bei diesem Ausführungsbeispiel in analoger Weise.
·'" Wu- I lnnihokll-Oc'itzAO l,
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Es ist darauf hinzuweisen, daß die in den Ausführungsbeispielen gezeigte Anordnung der Kraftstoffeinspritzpumpe 1
des elektromagnetischen Steuerventiles 11 und des Druckventiles 9 in einem gemeinsamen Gehäuse nicht erfindungswesentlich
ist, so daß bei gleicher Funktionstüchtigkeit selbstverständlich auch diese Teile einzeln untergebracht
werden können.
- Leerseite -
Claims (18)
- 5000 Köln 80, den 18. Jan. 1983 D 83/3 P/BPatentansprücheilJ Kraftstoffeinspritzvorrichtung für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen mit zumindest einem elektromagnetischen Steuerventil, über das ein Hochdruckkanal einer mit einem Ansaugkanal versehenen Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Niederdruckkanal, vorzugsweise einem Abströmkanal, verbindbar ist, wobei das Steuerventil einen als Kolbenschieber ausgebildeten, von einer Feder belasteten Ventilkörper aufweist, der in einem, mit zumindest einem hochdruckseitigen Anschluß und einem niederdruckseitigen Anschluß versehenen Gehäuseraum axial bewegbar ist und mit einer vorzugsweise von einer elektrisch arbeitenden MeßwertVerarbeitungseinrichtung ansteuerbaren elektromagnetischen Stellvorrichtung in Wirkverbindung steht, und wobei gegebenenfalls ein weiteres vorzugsweise mechanisch betätigbares Stellglied vorhanden ist,dadurch gekennzeichnet, daß der durch einen Ventilsitz (16) begrenzte hochdruckseitige Kolbenschieberbereich (17) konstant den Durchmesser des Ventilsitzes (16) aufweist und der niederdruckseitige Kolbenschieberbereich (18) mit einem kleineren Durchmesser als der hochdruckseitige Kolbenschieberbereich (17) ausgebildet ist.
- 2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseraum (19) des Steuerventils (11) eine hochdruckseitige und eine niederdruckseitige Gehäuseraumkammer (20, 21) aufweist, die den Stirnflächen des Kolbenschiebers (12) zugeordnet sind.> k !cr-l hiriil.cildl Oi>ul7 AU //- 2 - 18.01.1983D 83/3
- 3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseraum (19) außerhalb der hochdruckseitigen und niederdruckseitigen Anschlüsse (22, 23) druckfest abgedichtet ist.
- 4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hochdruckseitige und die niederdruckseitige Gehäuseraumkammer (20, 21) durch zumindest eine Leitung (25) verbind-10 bar sind.
- 5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hochdruckseitige und die niederdruckseitige Gehäuseraumkammer (20, 21) durch zumindest eine innerhalb des Kolbenschiebers (12) vorgesehene Bohrung (25) verbindbar sind.
- 6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der niederdruckseitige Kolbenschieberbereich (18) eine vom Ventilsitz (16) ausgehende Kammer (26) aufweist, die .mit dem niederdruckseitigen Anschluß (23) des Gehäuseraumes (19) zusammenwirkt.
- 7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die federseitige und die stellvorrichtungsseitige Verbindung am Kolbenschieber (12) derart vorgesehen sind, daß der dem hochdruckseitigen Gehäuseraumkammerdruck ausgesetzte Stirnflächenbereich des Kolbenschiebers (12) großer ist als der dem niederdruckseitigen Gehäuseraumkammerdruck ausgesetzte Stirnflächenbereich des Kolbenschiebers (12).·", Il pciKHD- 3 - 18.01.1983D 83/3
- 8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (13) am hochdruckseitigen Stirnflächenbereich des Kolbenschiebers (12) vorgesehen ist und den Kolbenschieber(12) im Schließsinn beaufschlagt.
- 9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Stellvorrichtung (16) am niederdruckseitigen Stirnflächenbereich des Kolbenschiebers (12) vorgesehen ist und den Kolbenschieber (12) im Öffnungssinn beaufschlagt.
- 10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die: elektromagnetische Stellvorrichtung (14) derart ausgelegt ist, daß der Kolbenschieber (12) nach einem Vorhubweg der Stellvorrichtung (14) im Öffnungssinn betätigbar ist.
- 11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Stellvorrichtung (14) eine erste und eine zweite Schaltspule (29r 34) mit jeweils einem Eisenkern (30, 36) und einem Anker (31, 35) aufweist.
- 12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber (12) durch die erste Schaltspule (29) im Öffnungssinne betätigbar ist.
- 13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber (12) durch die erste Schaltspule (29) in der Öffnungsstellung haltbar ist.•ι., ι-1.. γ 11..IrIiV)I1IItI-MIt/λι; /Ά ICH D " - * "\ - : :■ ""■ . "_'\ -[ ■ 3302294- A" -: · ■"' ""-' ■■ 18.tfi.~i-983D 83/3
- 14. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Anker (31) der ersten Schaltspule (29) ein Federelement (32) befestigbar ist, das durch die Erregung der Schaltspule (29) vorspannbar ist.
- 15. Kraftstoff einspritzvorrichtung nach Anspruch 14,. dadurch gekennzeichnet, daß an dem Anker (31) der ersten Schaltspule (29) ein Abstandselement (33) vorgesehen ist, das den Vorspannweg des Federelementes (32) begrenzt.
- 16. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb der elektromagnetischen Stellvorrichtung (14) zur Ventilbetätigung im Öffnungssinne die erste Schaltspüle (29) ausschaltbar ist.
- 17. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (35) der zweiten Schaltspule (14) zweistückig ausgebildet ist und einen inneren und einen äußeren Ankerteil (35a,.35b) aufweist, wobei der innere Ankerteil (35a) relativ zu dem äußeren Ankerteil (35b) axial bewegbar ist.
- 18. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere und der äußere Ankerteil (35a, 35b) der zweiten Schaltspule (34) bezüglich einer axialen Bewegung koppelbar sind.19. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber (12) durch Ausschalten der zweiten Schaltspule (34) im Schließsinn betätigbar ist.- 5 -' l8.0l".I983D 83/32,0. Kraftstoff einspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schaltspule (29, 34) mit dazugehörigen Ankern (31, 35a, 35b) und Eisenkernen (30, 36) der niederdruckseitigen Gehäuseraumkammer (21) zugeordnet sind, wobei der innere Ankerteil (35a) der zweiten Schaltspule (34) in direkter Wirkverbindung mit dem Kolbenschieber (12) und der Anker (31) der ersten Schaltspule (29) in direkter Wirkverbindung mit dem inneren Ankerteil (35a) der zweiten Schaltspule (34) stehen.21. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten und der zweiten Schaltspule (29, 34) bzw. den dazugehörigen Ankern (31, 35a, 35b) ein Anschlagelement (38) vorgesehen ist, das eine axiale Hubbewegung des äußeren Ankerteils (35b) der zweiten Schaltspule (34) begrenzt.22. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (38) und das Abstandselement (33) des Ankers (31) der ersten Schaltspule (29) derart ausgelegt sind, daß zwischen dem inneren Ankerteil (35a) der zweiten Schaltspule (34) in der Schließstellung des Kolbenschiebers (12) und dem Anker (31) der ersten Schaltspule (29) bei maximal vorgespanntem Federelement (32) ein Vorhubabstand vorhanden ist.23. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eisenkern (36) und dem äußeren Ankerteil (35b) der zweiten Schaltspule (34) ein Distanzelement (41) vorgesehen ist, das eine axiale Bewegung des äußeren Ankerteils (35b) begrenzt.Klik-knnr-Hiimbcldt-Pfiit? AG- 6 - " *" 18*."0ΐ:ΐ983D 83/324. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnfläche des hochdruckseitigen Kolbenschieberbereichs (17) ein Anlageelement (27) zugeordnet ist.25. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet-, daß die erste Schaltspule (29) mit dem dazugehörigen Eisenkern (30) und Anker (31) der niederdruckseitigen Gehäuseraumkammer (18) und die zweite Schaltspule (34) mit den dazugehörigen Ankerteilen (35a, 35b) und dem Eisenkern (36) der hochdruckseitigen Gehäuseraumkammer (17) zugeordnet sind.26. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (31) der ersten Schaltspule (29) mit dem Kolbenschieber (12) in direkter Wirkverbindung steht und der innere Anker (35a) der zweiten Schaltspule (34) an dem Kolbenschieber (12) befestigbar ist.
· .27. · Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An- · Sprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (36) der zweiten Schaltspule (34) einen als Distanzelement ausgebildeten Absatz (36a) aufweist, der dem in- :neren Ankerteil (35a) zugeordnet ist.28. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (33) der ersten Schaltspule (29) derart ausgelegt ist, daß in der Schließstellung des Kolbenschiebers (12) der Anker (31) der ersten Schaltspule (29) in einen axialen Abstand zu dem Kolbenschieber (12) . verlegbar ist.- 7 - 18:01.*l*98 3D 83/329. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff einspritzpumpe (1-) ein Pumpenelement (3) aufweist, das um eine sich in Längsrichtung des Pumpenelements (3) erstreckende Drehachse drehbar und mit einer vorzugsweise in der Mantelfläche vorgesehenen und mit einem Pumpenarbeitsraum (6) verbindbaren Längsnut (42) versehen ist.30. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenelement (3) im Drehsinn von einer von der Drehzahl der Brennkraftmaschine beeinflußten mechanischen Regeleinrichtung betätigbar ist und die Längsnut (42) mit dem Ansaugkanal (7) in Uberdeckung bringbar ist.31. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bewegungsbereich einer Stirnfläche des Kolbenschiebers (12) oder eines Ankers (31, 35a, 35b) eine Sensorvorrichtung(40) vorgesehen ist, die einen Permanentmagneten, Polschuhe und eine induktionsspule aufweist und in Abhängigkeit der Kolbenschieberbewegung oder eines Luftspaltes an einer Stirnfläche des Kolbenschiebers (12) ein impulsförmiges Schließbeginn-.und/oder Öffnungsbeginnsignal des Steuerventils "(11) erzeugt.
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