DE3307828A1

DE3307828A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3307828A1
Application number: DE19833307828
Authority: DE
Inventors: Josef 7016 Gerlingen Güntert; Walter 7012 Fellbach Häfele; Helmut Dipl.-Phys. Dr. Pfeifle; Reinhard Dipl.-Ing. Schwartz; Max Dipl.-Ing. Dr. 7000 Stuttgart Straubel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-03-05
Filing date: 1983-03-05
Publication date: 1984-09-06
Also published as: GB2136061B; JPS59168260A; US4526150A; JPH0541830B2; GB8405480D0; GB2136061A

Description

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R, § <L

25.2.1983 Ks/Kc

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß dem gattungsbildenden Oberbegriffs des Hauptanspruchs. Bei einer solchen, aus der DE-OS 31 18 669 bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird die in einen Pumpenarbeitsraum vorgelagerte Kraftstoffeinspritzmenge durch die Öffnungsdauer eines elektromechanisch betätigbaren Zumeßventils bestimmt und eine in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen gesteuerte Verschiebung des Förderbeginnzeitpunkts wird durch eine Änderung der Rückströmkraftstoffmenge erreicht. Diese Rückströmkraftstoffmenge ist durch die gesteuerte Drehlage des mit einer schrägen Steuerkante versehenen Pumpenkolbens einstellbar und wird jeweils vor dem Beginn des nachfolgenden Einspritzhubes in den Pumpenarbeitsraum zurückgefüllt, wobei das Rückfüllen durch einen mit dem Pumpenarbeitsraum verbindbaren Kraftstoffspeicher unterstützt wird. Durch das unterschiedliche Volumen

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des Kraftstoffes während der Absteuerung und "beim Rückfüllen, die jeweils auf einem völlig anderen Druckniveau stattfinden, ergeben sich bei der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung Beeinflussungen des Einspritzbeginns und der Fördermenge, die durch entsprechende Korrekturwerte im elektrischen Steuergerät ausgeglichen werden müssen. Ziel der Erfindung ist es nun, die Kraftstoffeinsprit zeinrichtung dahingehend zu verbessern, daß das beim Absteuern und Rückfüllen unterschiedliche Volumen des Kraftstoffes sich nicht nachteilig auf die Genauigkeit der gesteuerten Kraftstoffeinspritzmenge und des Förderbeginnzeitpunktes auswirkt, und daß bei kleinstmöglichem Totvolumen im Bereich des Zulauf- und des Rückströmkanals· zusätzliche Fehler durch entweichenden Leckkraftstoff und Beeinträchtigungen der Dauerfestigkeit durch Kavitation und Verspannungen im Bereich der Zylinderbohrung, des Zumeßventils und des Rückfüllspeichers vermieden werden.

Vorteile der Erfindung

Bei der erf indungsg'emäßen Kraftstoff einspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs wird die bei Förderende abgesteuerte Rückströmkraftstoffmenge exakt wieder in den Pumpenarbeitsraum zurückgefüllt, wodurch Fördermengenstreuungen und Abweichungen des Förderbeginnzeitpunktes ausgeschlossen oder zumindest auf einen innerhalb des zulässigen Toleranzbereiches liegenden Wert reduziert werden. Der die Öffnungsdauer des Zumeßventils bestimmende Zumeßimpuls des elektrischen Steuergeräts ergibt somit ein eindeutiges und in der Regelschaltung des Steuergeräts verwertbares Fördermengensignal. Zu dieser Funktionsverbesserung trägt sehr wesentlich der als Kolbenspeicher ausgebildete Rück-

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füllspeicher und die vereinfachte Kanalführung mit dem die einzige und direkte Verbindung zwischen dem Rückfüllspeicher und dem Pumpenarbeitsraum darstellenden Überströmkanal bei, der von beiden Steuerstellen des Pumpenkolbens aufgesteuert wird, so daß im unteren Totpunkt des Pumpenkolbens jeweils noch die restliche, im Rückfüllspeicher nach dem Abschluß des Überströmkanals durch die erste Steuerstelle verbliebene Kraftstoffmenge in den Pumpenarbeitsraum rückgefüllt wird. Durch den Einbau sowohl des Rückfüllspeichers als auch des Zumeßventils in den auch den Pumpenzylinder und das Druckventil aufnehmenden Zylinderkopf des zweiteiligen Pumpengehäuses können die unvermeidlichen Toträume und Dichtstellen auf ein Minimum reduziert werden. Außerdem kann das Gehäuseunterteil aus Gewichts- und Kostengründen aus Leichtmetall, der Zylinderkopf jedoch aus einem bezüglich der Zug-, Druck- und Verschleißfestigkeit hochwertigen Material, z.B. aus einem entsprechend ausgewählten Stahl hergestellt werden. Dadurch wird Kavitation im Bereich des Überströmkanals vermieden, und es kann die Baulänge von Reiheneinspritzpumpen durch verkürzte Zylinderabstände verringert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung möglich. So können bei einer gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 ausgestalteten Kraftstoffeinspritzeinrichtung die TQträume im Bereich des Überström- und des Zulaufkanals sehr klein gehalten werden, da bei z. B. waagrecht angeordneten Aufnahmebohrungen für den Rückfüllspeicher und das Zumeßventil die Bodenflächen dieser Aufnahmebohrungen sehr nahe an den Pumpenzylinder

herangerückt werden können. Liegt gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 der Rückfüllspeicher parallel zum Pumpenzylinder, dann kann der Zylinderkopf schmaler ausgebildet werden, und der Absteuerstrahl· des bei Förderende abgesteuerten Rückströmkraftstoffs tritt nicht direkt auf den Speicherkolben, sondern er wird umgel·enkt, wodurch die Energie des austretenden Kraftstoffs mindestens zum größten Teil· vernichtet wird und ein eventuell durch den Absteuerstoß verursachtes Überschwingen des Speicherkolbens verhindert werden kann. Die im Kennzeichenteil· des Anspruchs 3 angegebene Pral·l·hül·se enthält einen wesent^chen Abschnitt des Überstrδmkanal·s und verhindert eine vom Absteuerstrahl· verursachte Kavitation im entsprechenden Bereich des Zy^nderkopf es .

Bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5, bei der die Kraftstoffeinspritzpumpe, wie aus der eingangs -genannten Druckschrift bekannt, mit einer den Pumpenzylinder enthaltenden, im Zylinderkopf befestigten Zylinderbuchse und einer einen Abschnitt des Überströmkanals badenden Überströmbohrung in der Wand der Zylinderbuchse versehen ist, kann durch die im Kennzeichenteil dieses Anspruchs festgelegte Bauart und Anordnung des Rückfüllspeichers im Zylinderkopf eine die notwendige Abdichtkraft erzeugende und eine Verformung der Zylinderbuchse ausschließende Spannkraft auf die Zylinderhül·se des Rückfüllspeichers aufgebracht werden, ohne daß die Zylinderbuchse verspannt wird.

Bei einer nach Anspruch T ausgebildeten Kraftstoff einspritzeinrichtung sind alle Dicht-, Leck-, Verschleiß- und Verspannungsprobleme durch den integrierten Einbau

des Rückfüllspeichers in den aus gehärtetem Stahl gefertigen Zylinderkopf behoben worden.

Außerdem kann bei entsprechender Abstimmung des Nockenantriebes, der als Mehrzylinderpumpe ausgebildeten Kraftstoff einspritzpumpe gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 jeweils nur ein Zumeßventil für je zwei Pumpenelemente eingesetzt werden. Das dafür notwendige jeweils einen der Pumpenarbeitsräume absperrende 'Ventilelement kann dann gemäß Anspruch 8 von einer Steuerfläche am Pumpenkolben gebildet werden, so daß in besonders vorteilhafter Weise keine zusätzliche Bauteile erforderlich sind.

Zeichnung

Vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäß ausgestalteten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrie-' ben. Es zeigen: Figur 1 eine vereinfachte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels mit einer im Querschnitt dargestellten, als Reiheneinspritzpumpe ausgebildeten Kraf tstof f einspritzpumpe , Figur 2 einen Teilq.uerschnitt durch die erfindungswesentlichen Bauteile einer Kraftstoff einspritzpumpe für das zweite Ausführungsbeispiel, Figur 3 einen Teilquerschnitt längs der Linie III-III in Figur h, ähnlich Figur 2, jedoch für das dritte Ausführungsbeispiel, bei dem ein Zumeßventil zwei Pumpenzylindern zugeordnet ist, Figur h eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles D in Figur 3 auf den Zylinderkopf, Figur 5 einen Querschnitt durch ein viertes, als Einsteckpumpe ausgebildetes Ausführungsbeispiel· und Figur 6 ein Kolbenhub-Funktionsdiagramm mit Teilfiguren 6a bis 6e zur Darstellung der jeweiligen Kolben-, Rückfüllspeicher-, Zumeßventil- und Druckventilstellungen und des zugehörigen Füllungszustandes im Pumpenarbeitsraum und Rückfüll·- speicher.

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Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt als erstes und bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine als Reiheneinspritzpumpe ausgebildete Kraftstoff einspritzpumpe 10, die im Querschnitt durch ein Pumpenelement dargestellt ist und einen in einem Pumpenzylinder 11 axial- und drehbeweglich geführten und einen Pumpenarbeitsraum 12 begrenzenden Pumpenkolben 13 aufweist, der von einem Nockenantrieb 9 in Hubrichtung betätigbar ist. Der Pumpenkolben 13 trägt auf seiner Mantelfläche zwei Steuerstellen, von denen eine aus einer in die Mantelfläche des Pumpenkolbens 13 eingearbeiteten schrägen Steuerkante 11+ und die andere Steuerstelle aus einer von der pumpenarbeitsraumseitigen Stirnfläche des Pumpenkolbens 13 gebildeten waagrechten Steuerkante 15 besteht.

In der in Figur 1 gezeigten unteren Totpunktstellung (UT-Stellung) des Pumpenkolbens 13 mündet ein von der Mantelfläche des Pumpenkolbens 13 während der Pumpenförderung abgedeckter Zulaufkanal 16 und eine diametral gegenüberliegende Überströmbohrung 1? eines Überströmkanals 2k in den Pumpenarbeitsraum 12, der in Förderrichtung von einem Druckventil 18 verschließbar ist und über eine nur angedeutete Druckleitung 19 mit einer nicht gezeichneten Einspritzdüse verbindbar ist.

Der Pumpenzylinder 11 ist bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Zylinderbohrung einer mittels einer Rohrverschraubung 20 in einem Zylinderkopf 22a eines Pumpengehäuses 22 befestigten Zylinderbuchse 21 ausgebildet, und der innerhalb des Pumpenzylinders 11 vom Pumpenkolben 13 und Druckventil 18 begrenzte Pumpen-

arbeitsraum 12 ist zur Beendigung des wirksamen Förderhubes, durch die schräge Steuerkante 1k gesteuert, über eine Stoppnut 23 und den Überströmkanal 2k mit einem als Kraftstoffspeicher dienenden Rückfüllspeicher 25 verbindbar .

Obwohl auch ein Volumenspeicher für die Aufnahme der Rückströmkraftstoffmenge denkbar ist, ist hier zur Erzielung einer hohen Genauigkeit bei der Mengenzumessung ein Kolbenspeicher verwendet, der einen Speicherraum 25a und einen als bewegliche Wand dienenden Speicherkolben 26 aufweist, der entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 27 verschiebbar ist. Ein die Feder 27 enthaltender Federraum 28 an dem dem Speicherraum 25a abgewandten Ende des Speicherkolbens 26 ist über eine Entlastungsleitung 29 in nicht näher dargestellten Weise mit einem Kraftstofftank' 31 verbunden. Der Speicherraum -25a und eine Gleitführung für den Speicherkolben 26 sind von einer Zylinderbohrung 32a einer Zylinderhülse 32 gebildet. Diese Zylinderhülse 32 ist mittels einer Hohlschraube 3^·, die den Federraum 28 der Rückstellfeder 27 enthält, gegen eine Anlageschulter 33a im äußeren Bereich einer mit 33b bezeichneten Bodenfläche einer ersten Aufnahmebohrung 33 innerhalb des Zylinderkopfes 22a fest angedrückt. Die Aufnahmebohrung 33 für den Rückfüllspeicher 25 ist als ein zur Achsmitte des Pumpenzylinders 11 hin ausgerichtetes und sich von außen her in den Zylinderkopf 22a hinein erstreckendes Sackloch ausgebildet, dessen Bodenfläche 33b lediglich durch einen nur vom Überströmkanal 2k durchsetzten Wandbereich 35 vom Pumpenzylinder 11 getrennt ist. Dieser Wandbereich 35 setzt sich aus einer von der Überströmbohrung 17 durchsetzten Wandung der Zylinderbuchse 21 und aus einem von einer Verbindungsbohrung 37 durchsetzten, nach außen von der Bodenfläche

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33b "begrenzten Wandung im Zylinderkopf 22a zusammen. Die Überströmung 17 und Verbindungsbohrung 37 bilden zusammen den Überströmkanal 2h.

Das Pumpengehäuse 22 besteht aus zwei, in einer senkrecht zur Längsachse des Pumpenkolbens 13 sich erstreckenden Teilungsebene 22c zusammengeschraubten Gehäuseteilen, und zwar aus dem die Zylinderbüchse 22, das Druckventil 18 und den Hückfüllspeicher 25 aufnehmenden Zylinderkopf 22a und aus einem den Nockenantrieb 9 und eine weiter hinten näher beschriebene Verstelleinrichtung U7 aufnehmenden Gehäuseunterteil 22b, das zur Gewichtsersparnis aus Aluminium gefertigt ist, während der Zylinderkopf 22a aus Stahl hergestellt ist und deshalb bezüglich Verschleiß und der aufzunehmenden Druck- und Zugspannungen höher belastbar ist.

Dem Rückfüllspeicher 25 diametral gegenüberliegend ist auch noch ein als Magnetventil ausgebildetes elektromechanisch betätigbares Zumeßventil 38 in eine zweite, mehrfach abgestufte Aufnahmebohrung 39 des Zylinderkopfes 22a druckdicht eingesetzt.

Diese Aufnahmebohrung 39 für das Zumeßventil 38 ist ebenso wie die erste Aufnahmebohrung 33 als ein mindestens annähernd zur Achsmitte des Pumpenzylinders 11 hin ausgerichtetes und sich von außen her in den Zylinderkopf 22a hinein erstreckendes Sackloch ausgebildet, dessen Bodenfläche 39a durch einen teilweise im Zylinderkopf 22a und in der Zylinderbuchse 2 1 befindlichen Wandbereich hk vom Pumpenzylinder 11 getrennt ist.

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Das Zumeßventil 38 versorgt den Pumpenarbeitsraum 12 über den Zulaufkanal 16 mit von einer Niederdruckq.uelle k "\ gefördertem Kraftstoff und bestimmt mit seiner Öffnungsdauer (b in Figur 6) eine in den Pumpenarbeitsraum 12 vorgelagerte Kraftstoffeinspritzmenge.

Die Niederdruckq.uelle 1+1 enthält eine Förderpumpe U2, die den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 31 ansaugt und über eine Zulaufleitung U3 und Zulaufbohrungen l+5a' und i+5b, sowie über das Zumeßventil 38 und den Zulaufkanal 16 in den Pumpenarbeitsraum 12 fördert, wenn der Pumpenkolben 13 in seiner in Figur 1 dargestellten UT-Stellung steht.

Um den Austritt von Leckkraftstoff an der Verbindungsstelle zwischen dem Zumeßventil 38 und dem Zulaufkanal 16 zu verhindern, ist ein Mündungsstutzen 38a des Zumeßventils 38 stirnseitig im Bereich der Bodenfläche 39a mittels eines Dichtringes h6 abgedichtet.

Zur Korrektur oder Verstellung des Endes des wirksamen Förderhubes des Pumpenkolbens 13 ist die Kraftstoffeinspritzpumpe 10 mit einer Verstelleinrichtung 1+7 ausgestattet, die in bekannter Weise aus einer längsverschieb baren Regelstange 1+8 und einer von dieser betätigbaren Lenkerhülse 1+9 für den Pumpenkolben 13 besteht. Die Regelstange Π8 ist mit durch Schrauben 50 befestigten Mitnehmern USa versehen, die zur Gleichstellung der Pumpenelemente in Langlöchern l+8b der Regelstange 1+8 verschiebbar und feststellbar sind. Beide Teile 1+8 und 14-9 der Verstelleinrichtung 1+7 dienen bei einer durch ein Stellglied 51 bewirkten Längsbewegung der Regelstange k8 der Verdrehung des Pumpenkolbens 33, wodurch

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- γΰ -

1 β / 17

sich die relative Lage zwischen der Überströmbohrung 17 und der schrägen Steuerkante 1U am Pumpenkolben 13 ändert.

Das die Segelstange U8 betätigende Stellglied 51 ist als elektromechanisches Stellglied je nach der erforderlichen Stellkraft von einem Elektromagneten, einem elektrischen Stellmotor oder einem elektrohydraulischen Stellglied gebildet und erhält seinen von mindestens einer Betriebskenngröße, wie der Last L oder der Drehzahl n, abhängigen Steuerimpuls I von einem elektrischen

Steuergerät 52. Die mit der Verstelleinrichtung *+7 erzielbare Änderung der Drehlage der schrägen Steuerkante 1Uund damit des Förderendes bestimmt hier jedoch nicht die Kraf ts.tof f einspritzmenge Q , sondern dient in Verbindung mit der weiter hinten näher beschriebenen Funktion des Rückfüllspeichers 25 der Änderung des Förderbeginnzeitpunktes. Die jeweilige Stellung des Stellgliedes 51 wird von einem Stellweggeber 53 gemessen und als Stellwegsignal S„ in das Steuergerät 52 eingegeben.

Das als Magnetventil ausgebildete Zumeßventil 38 bestimmt mit seiner Öffnungsdauer eine in den Pumpenarbeitsraum 12 vorgelagerte Kraftstoffeinspritzmenge, die exakt der einzuspritzenden Kraftstoffmenge Q„ entspricht. Das in bekannter Weise als 2/2-Wegeventil ausgebildete Magnetventil 38 erhält einen seine Öffnungsdauer bestimmenden Zumeßimpuls I von dem eine elektronische Regelschaltung enthaltenden Steuergerät 52, in das außer einem von einem Drehzahlgeber 5^· abgegebenen Drehzahlsignal η zusätzlich noch von Betriebskenngrößen des Motors abhängige Signale, wie z.B. ein an geeigneter Stelle entnommenes Temperatur-

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signal T und weitere Signale S eingegeben werden. Ein von einer Bedienungsperson einzugebendes Lastsignal L wird von einer Sollwerteingabe 55 erzeugt.

Die vom Magnetventil 38 gesteuerte Kraftstoffzumessung erfolgt mit konstantem Kraftstoffzulaufdruck p„ über einen konstanten Zulaufquerschnitt, der z.B. durch den ersten Querschnitt im Zulaufkanal 16 gebildet wird, bei einer durch den Zumeßimpuls I₁₇ bestimmten veränderlichen

Zl

Öffnungsdauer des Magnetventils 38. Der konstante Zulaufquerschnitt kann auch vom Durchstromq.uersch.nitt des Magnetventils 38 gebildet sein. Der konstante Zulaufdruck p„ wird durch ein in der Wiederdruckq.uelle kl befindliches

Druckregelventil 56 aufrechterhalten. Der die Öffnungsdauer bestimmende Zumeßimpuls I„ ergibt somit ein ge-" naues Fördermengensignal.

Das zweite, ausschnittweise in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzpumpe 10' der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe 10 lediglich durch die abweichende Anbauweise des Rückfüllspeichers 25· Gleiche Teile sind deshalb gleich bezeichnet, abweichende Teile mit einem Indexstrich versehen und neue Teile erhalten eine neue Bezugszahl. (Bei den weiteren Ausführungsbeispielen werden die Indexstriche entsprechend auf zwei oder drei Striche festgelegt).

Die in Figur 2 mit 33' bezeichnete erste Aufnahmebohrung für den Rückfüllspeicher 25 ist als ein parallel zum Pumpenzylinder 1-1 von außen her in den Zylinderkopf 22a' hineingebohrtes Sackloch■ausgebildet, in dessen Boden-

fläche 33b' eine als Teil des Überströmkanals 2^' dienende Verbindungsbohrung 37' mündet. Ein wesentlicher Abschnitt des Überströmkanals 2^' ist von einer Längsbohrung 61 und einer direkt an die Verbindungsbohrung 37' anschließenden Querbohrung 62 innerhalb einer Prallhülse 63 gebildet. Diese Prallhülse 63 ist aus verschleißfestem Material hergestellt, z. B. aus gehärtetem Stahl und radial zum Pumpenzylinder 11 in den Zylinderkopf 22a eingesetzt. Bei diesem Beispiel besteht also der Überströmkanal 2^' aus der Überströmbohrung 17 in der Zylinderbuchse 21, der Längsbohrung 61 und Querbohrung 62 in der Prallhülse 63 und der Verbindungsbohrung 37' im Zylinderkopf 22a^f. Die Längsbohrung 61 in der Prallhülse 63 sowie die rechtwinklig davon abgehende Querbohrung 62 dienen der Vernichtung der Energie des aus der Überströmbohrung 17 beim Einspritzende austretenden Kraftstoff Strahles. Die Umlenkung zur Verbindungsbohrung 37' dämpft den Abtteuerstoß so stark, daß auch bei sehr hohen Drehzahlen der Speicherkolben 26 des Rückfüllspeichers 25 nicht ins Schwingen gerät. Eine dem Pumpenzylinder 11 zugewandte Stirnfläche 6k der Prallhülse 63 ist als eine formschlüssig an einer zylindrischen Mantelfläche 21a der Zylinderbuchse 21 anliegende und gegen diese Mantelfläche 21a gedruckte Dichtfläche ausgebildet.

Beim dritten, in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzpumpe 10'' ist der Rückfüllspeicher 25, wie in Figur 2, parallel zur Längsachse des Pumpenkolbens 13 in den Zylinderkopf 22a¹' eingebaut. Bei dieser in Figur k zusätzlich in einer Draufsicht dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe 10'' werden jeweils zwei Pumpenarbeitsräume 12 von einem einzigen· Zumeßventil 38'' mit Kraftstoff versorgt. Der schrägge-

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legte Anbau des Zumeßventiles 38'' ermöglicht eine sehr schmale und gedrängte Bauweise der Einspritzpumpe, außerdem ist auch der Rückfüllspeicher 25 sehr nahe an die Zylinderbuchse 21 herangerückt.

Wie aus Figur h zu ersehen, sind jeweils zwei Pumpenelemente und zwei zugehörige Rückfüllspeicher 25 in einem Stahlzylinderkopf 22a'¹ untergebracht. Bei einer Vierzylinder-Reiheneinspritzpumpe werden dann jeweils zwei Doppelzylinderköpfe 22a¹¹ auf ein einziges Gehäuseunterteil 22b^!l aufgesetzt und durch Befestigungsschrauben 66 mit dem Gehäuseunterteil 22b¹' verbunden. Das für je zwei Pumpenzylinder 11 gemeinsame Zumeßventil 38'' liefert die zugemessene Kraftstoffeinspritzmenge über eine in Figur h gestrichelt eingezeichnete Bohrungsanordnung 67 im jeweiligen Zylinderkopf 22a¹' zu den Zulaufkanälen 16 der jeweiligen Pumpenzylinder 11. Die Zulaufbohrungen U 5 der beiden in Figur k dargestellten Zylinderköpfe 22a¹' sind^wie auch die Entlastungsleitungen 29,über entsprechend abgedichtete Steckmuffen 68 bzw. 6° an der Verbindungsstelle jeweils zweier Zylinderköpfe 22a'¹ miteinander verbunden. Die Steuerung durch den zugehörigen Nockenantrieb (siehe 9 in Figur 1) ist so ausgelegt, daß jeweils nur einer der beiden benachbarten Pumpenarbeitsräume 12, z. B. der in Figur 3 gezeigte, mitjdem zugehörigen Zumeßventil 38'' verbunden ist. Zugleich ist der Zulaufkanal· 16 zu dem anderen, in Figur 3 nicht dargestellten Pumpenarbeitsraum durch eine als ein Ventileiement wirkende Steuerfläche 13a am entsprechenden Pumpenkolben 13 abgesperrt. Die Steuerfläche 13a an dem in Figur 3 gezeigten, in seiner unteren Totpunktstellung stehenden Pumpenkolben 13 hält in dieser Betriebsstellung den Zulaufkanal 16 νam Zumeßventil 38'' bzw. von der Bohrungsanordnung 67 Pumpenarbeitsraum 12 offen.

-Vi-

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Es ist allerdings auch eine Zumessung von einem Zumeßventil 38'' zu mehreren Pumpenarbeitsräumen 12 ohne die Ventilelemente (13a) verwirklichbar, wenn z. B. alle zugehörigen Pumpenkolben 13 in UT stehen und genau abgestimmte Drosselq.uerschnitte in den Zulaufkanälen 16 für eine gleichmäßige Aufteilung des zugemessenen Kraftstoffes auf die einzelnen Pumpenarbeitsräume 12 sorgen. Die im dritten Ausführungsbeispiel (Figuren 3 und k) beschriebene Steuerung garantiert jedoch in vorteilhafter Weise eine exakte Einzelzumessung zu jeden Pumpenarbeit sraum 12.

Das vierte, in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine von einer nicht dargestellten, am Motor befindlichen Nockenwelle angetriebene, als Einsteckpumpe ausgebildete Kraftstoffeinspritzpumpe 10'''.Der auf das Gehäuseunterteil 22b'·' aufgesetzte Zylinderkopf 22a'¹' übernimmt die Funktion der in den vorhergehenden Bei-•spielen verwendeten Zylinderbuchse 21 und ist deshalb aus Gründen der Verschleiß- und Bruchfestigkeit aus mindestens an den hochbeanspruchten Stellen gehärtetem Stahl hergestellt, wie er sonst für Zylinderbuchsen verwendet wird. Die den Rückfüllspeicher 25' ' ' aufnehmende gehärtete Aufnahmebohrung 33''' bildet sowohl den Speicherraum 25a''' als auch eine Gleitführung für den Speicherkolben 26. Da keine spezielle Zylinderbuchse vorhanden ist, kann der Speicherraum 25a''' zur Verminderung des Totraumvolumens sehr nahe an den Pumpenarbeitsraum 12 in der Zylinderbohrung 11 herangerückt werden. Die hier mit 17' " bezeichnete Überströmbohrung dient zugleich als Überströmkanal, Der den Speicherraum 25a'¹' vom Pumpenarbeitsraum 12 trennende Wandbereich 35''' befindet sich ebenso wie der den

- vsr -

Zulaufkanal 16 aufnehmende entsprechende Wandbereich kh''· ausschließlich im Zylinderkopf 22a¹' ', Er kann also zur Vermeidung von Kavitationsverschleiß im Bereich der Kanäle IT¹¹¹ und 16 gehärtet werden und weist keine zusätzlichen Dichtstellen auf. Das Gehäuseunterteil 22b'¹' dieser als Einsteckpumpe ausgebildeten und deshalb nur mit einem Pumpenkolben 13 versehenen Einspritzpumpe 10''' enthält eine an sich bekannte, bezüglich der Bauart von den vorhergehenden Beispielen abweichende Verstelleinrichtung Uy¹'''. Abweichend von der gezeigten Bauart ist es jedoch auch möglich, Doppelzylinderköpfe in der entsprechenden Weise auszubilden, die dann auch in Mehrzylinder-Reiheneinspritzpumpen eingesetzt werden können.

Das in Figur 6 dargestellte Diagramm zeigt eine über dem Nockenwinkel cC aufgetragene Kurve a zur Darstellung des Kolbenhubes H und enthält Teilfiguren 6a bis 6e, in denen die jeweilige Stellung des Pumpenkolbens 13₅ des Speicherkolbens 26 und des Zumeßventiles 38, des Druckventils 18 und der jeweilige\Füllüngszustand im Pumpenarbeitsraum 12 vereinfacht dargestellt sind. Der Kolbenhub H ist in zweifach vergrößertem Maßstab, der NockenwinkeloC unmaßstäblich wegen der zugehörigen Figuren 6a bis 6e aufgetragen. Ein im Bereich des unteren Totpunktes UT oberhalb der Kurve a eingezeichnetes waagrechtes Balkendiagramm b stellt die Öffnungsdauer des Zumeßvenoiles 38 dar. In die Kurve a sind die Punkte für den Förderbeginn FB und das Förderende FE sowie die Punkte US₁ und UOp für den Schließzeitpunkt des Überströmkanals 2h durch die schräge Steuerkante 1k bzw. für den Öffnungszeitpunkt dieses Überströmkanals 2U durch die waagrechte Steuerkante 15 eingetragen. Der nach UT lie-

gen.de Schließzeitpunkt des Ü"berströmkanals 2h durch die waagrechte Steuerkante 15 ist mit US_? bezeichnet, der Öffnungszeitpunkt dieses Kanals 2h durch die schräge Steuerkante 1h findet zugleich mit dem Förderende im Punkt FE statt. Die zugehörigen Stellungen des Pumpenkolbens 13 sind zu den Figuren 6a, Tj, d und e unterhalb des Kolbens 13 nochmals angegeben. Figur 6c nimmt der Pumpenkolben 13 eine Stellung zwischen dem Schließzeitpunkt US₁ und dem Öffnungszeitpunkt U0_? ein, wobei der eingezeichnete Füllungszustand im Pumpenarbeitsraum 12 und Speicherraum 25a sich bereits kurz nach US. einstellt Die gesamte Rückströmkraftstoffmenge Q__ sowie eine Teilmenge Q von Q„_ und eine Restmenge Q sind schräg

Γ JAi? Π

schraffiert und die vom Zumeßventil 38 zugemessene Kraftstof

zeichnet.

Kraft stoffeinspritzmenge Q ist doppelt schraffiert ge-

Nachfolgend wird die Wirkungsweise des Anmeldungsgegenstandes anhand der Figuren 1 und 6 für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben. Die in den Figuren 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele arbeiten in gleicher Weise, sie unterscheiden sich lediglich in konstruktiven Details.

In Figur 1 ist der Pumpenkolben 13 in seiner der Teilfigur 6d in Figur β entsprechenden unteren Totpunktlage UT eingezeichnet und in dem teilevakuierten Pumpenarbeitsraum 12 sind die gesamte Rückströmkraftstoffmenge

Q_o„ und die vom Zumeßventil 38 vorgelagerte Kraftstoffiti?

einspritzmenge Q„ enthalten. Nachdem die waagrechte Steuerkante 15 den Zulaufkanal 16 und bei US_? auch den Überströmkanal 2k geschlossen hat, wird beim weiteren Aufwärtshub des Pumpenkolbens 13 bei FB der Förderbeginn eingeleitet. Die Einspritzung findet bis zum Punkt FE statt, wobei das Druckventil 18 den Kraftstofffluß zur Einspritzdüse freigibt (siehe Teilfigur Se).

- vr -

Das Förderende FE wird gesteuert, indem die schräge Steuerkante "\k den Überströmkanal 2k öffnet (siehe 6a), und bis OT verdrängt der Pumpenkolben 13 die gesamte Rückströmkraftstoffmenge Q bei geschlossenem Druckventil 18 in den Speicherraum 25a des Rückfüllspeichers 25 (siehe 6b). Beim Rück- bzw. Saughub des Pumpenkolbens 13 wird bis zum Abschluß des Überströmkanals 2k durch die schräge Steuerkante 1k eine Teilmenge Q der Rückströmkraftstoffmenge Q₀₁, in den Pumpenarbeitsraum 12 rückgefüllt bzw. zurückgesaugt. Wegen des unterschiedlichen Kompressionsvolumens bei Förderende und während des Saughubes verbleibt eine Restmenge Q_n im Speicherraum 25a (siehe 6c). Diese Restmenge Q_n

K K

wird nach dem Öffnungszeitpunkt U0_p des Überströmkanals 2k bis zum unteren Totpunkt UT des Pumpenkolbens 13 in dem Pumpenarbeitsraum 12 rückgefüllt, so daß in UT die gesamte Rückströmkraftstoffmenge U_,_ wieder im Pumpen-

Kr

arbeitsraum 12 vorhanden ist. Im Bereich zwischen UOp und USp, möglichst in UT, wird während der durch den Zumeßimpuls I„ des Steuergeräts 52 festgelegten und mit b in Figur 6 gekennzeichneten Öffnungsdauer des Zumeßventiles 38 die Kraftstoffeinspritzmenge Q„ in den Pumpenarbeitsraum 12 vorgelagert. Zwischen US und FB wird ein im Pumpenarbeitsraum 12 verbliebenes Teilvakuum zusammengedrückt und bei FB beginnt dann die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung (siehe 6e ) .

Die Steuerung des Förderendes FE durch die entsprechende Drehlage der schrägen Steuerkante 1k bzw. durch die Drehlagenänderung des Pumpenkolbens 13 mittels der vom elektromechanischen Stellglied 51 bewirkten Stellbewegung der Regelstange kQ bestimmt durch die abgesteuerte und wieder rückgefüllte Rückströmkraftstoffmenge Q_RJ, den

- ye -

Föraerbeginnzeitpunkt FB. Wird die durch den Zumeßimpuls

I des Steuergeräts 52 gesteuerte Öffnungsdauer des Zu-Z

meßventils 38 zur Steuerung einer anderen Kraftstoffeinspritzmenge Q_ verändert, wird auch das Stellglied 51 durch einen entsprechenden Korrekturimpuls des Steuergeräts 52 mit entsprechend angepaßter Stellgeschwindigkeit nachgeführt und die Rückströmkraftstoffmenge korrigiert, so daß der Förderbeginnzeitpunkt FB konstant bleibt. Soll jedoch in Abhängigkeit von der Drehzahl η oder der Last L, bzw. von anderen Betriebskenngrößen, der Förderbeginnzeitpunkt FB bei gleichbleibender Sinspritzmenge Q_, verändert werden, dann wird lediglich durch die Verstelleinrichtung kf eine andere Drehlage des Pumpenkolbens eingestellt. Zur genauen Regelung dieser Drehlage ist das Stellglied 53 mit dem ein Stellwegsignal S an das elektrische Steuergerät 52 abgebenden Stellweggeber 52 versehen, der in Figur 1 nur angedeutet ist und an beliebiger Stelle, z.B. auch an der Regelstange U8 , angebracht und von einem kapazitiven, induktiven oder anders wirkenden bekannten Weggeber gebildet ist.

Die bezüglich der Zumessung abweichende Wirkungsweise des dritten Ausführungsbeispiels, bei dem mittels eines einzigen Zumeßventils 38'' der Kraftstoff zu mehreren Pumpenarbeitsräumen 12 zugemessen wird, ist bereits ausführlich in der Beschreibung zu den Figuren 3 und k dargelegt .

Die in den vier Ausführungsbeispielen beschriebenen, mit jeweils einer Reiheneinspritzpumpe bzw. Einzylinder-Einsteckpumpe versehenen Kraftstoffeinspritzeinrich-

tungen können anstelle der Kraftstoffeinspritzpumpen 10, 10', 10' ' oder 10' " auch mit der Einspritzdüse zu einer Baueinheit zusammengefaßte Pumpedüsen
enthalten. Entsprechend angepaßt kann das Wirkprinzip der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung auch bei Verteilereinspritzpumpen Verwendung finden.

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Claims

*η α 17

25.2.1983 Ks/Kc

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

Γλ ."/Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, >*< - mit mindestens einem innerhalb eines Pumpengehäuses (22) einer Kraftstoffeinspritzpumpe (1O) in einem Pumpenzylinder (11) axial- und drehbeweglich geführten, einen Pumpenarbeitsraum (12) beaufschlagenden und von einem Nockenantrieb (9) betätigten Pumpenkolben (13), der mit zwei axial zueinander versetzten Steuerstellen versehen ist, von denen eine von einer schrägen Steuerkante (1h) gebildet ist und einen von einem Zulaufkanal (16) getrennt in den Pumpenzylinder (11) mündenden Überströmkanal (2U) zur Beendigung des wirksamen Förderhubes aufsteuert, ein Rückfüllen der nach Förderende abgesteuerten Rückströmkraftstoffmenge beim Rückhub des Pumpenkolbens (13) ermöglicht und somit den Förderbeginnzeitpunkt festlegt,

- mit einem über den Überströmkanal (2k) mit dem Pumpenarbeitsraum (12) verbindbaren Kraftstoffspeicher

- mit einem den Pumpenarbeitsraum (12) förderseitig abschließenden Druckventil (18)

- mit einer dem Verdrehen des Pumpenkolbens (13) dienenden und von einem elektromechanischen Stellglied (51) "betätigbaren Verstelleinrichtung ( kj ) , und

- mit einem elektromechanisch betätigbaren, den Pumpenarbeitsraum (21) über den Zulaufkanal (16) mit Kraftstoff versorgenden Zumeßventil (38), das mit seiner Öffnungsdauer eine in den Pumpenarbeitsraum (12) vorgelagerte Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) der Kraftstoffspeicher ist als ein die gesamte nach Pörderende abgesteuerte Rückströmkraftstoffmenge aufnehmender und vor dem nachfolgenden Förderhub wieder in den Pumpenarbeitsraum (12) abgebender Rückfüllspeicher (25; 25'·'') ausgebildet, der einen Speicherraum (25a; 25a''; 25a''') und einen in diesem entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (27) verschiebbaren Speicherkolben (2β; 2β'') aufweist,

b) der Überströmkanal (2k · ·₃ 17'·') stellt die einzige und direkte Verbindung zwischen dem Rückfüllspeicher (25; 25''') und dem Pumpenarbeitsraum (12) dar und ist von beiden Steuerstellen '( 1U, 15) des Pumpenkolbens (13) aufsteuerbar,

c) das Pumpengehäuse (22) besteht aus zwei, in einer senkrecht zur Längsachse des Pumpenkolbens (13) sich erstreckenden Teilungsebene (22c) zusammengeschraubten Gehäuseteilen, und zwar aus einem mindestens die Verstelleinrichtung (hj) aufnehmenden Gehäuseunterteil (22b; 22V '; 22b" *) und aus einem mindestens den Pumpenzylinder (11) und das Druckventil (18) aufnehmenden Zylinderkopf (22a; 22a' ; 22a¹'; 22a¹' ') und

d) der Zylinderkopf (22a; 22a'¹; 22a'") nimmt auch in einer an den Überströmkanal (2U; 2U'; 1T''¹) angeschlossenen ersten Aufnahmebohrung (33; 33'; 33'¹') den Rückfüllspeicher (25; 25''') und in einer mit dem Zulaufkanal (ΐβ) verbundenen zweiten Aufnahmebohrung (39) das Zumeßventil (38; 38' ') auf.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Aufnahmebohrungen (33; 33'; 33''', 39) für den Rückfüllspeicher (25; 25''') und das Zumeßventil (38; 38'') als mindestens annähernd zur Achsmitte des Pumpenzylinders (11) hin ausgerichtete und sich von außen her in den Zylinderkopf (22a; 22a¹; 22a¹'; 22a'*') hinein erstreckende Sacklöcher ausgebildet sind, deren Bodenflächen (33b; 33b'; 39a) durch je einen nur vom Überströmkanal (2U; 1J''') bzw. vom Zulaufkanal (16) durchsetzen Wandbereich (35₅ b^i 35'¹') vom Pumpenzylinder (11) getrennt sind.

3. Kraft stoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Aufnahmebohrung (33') für den Rückfüllspeicher (25) als ein parallel zum Pumpenzylinder (11) von außen her sich in den Zylinderkopf (22a') hinein erstreckendes Sackloch ausgebildet ist, in dessen Bodenfläche (33b¹) eine als Teil des Überströmkanals (2Ij-¹) dienende Verbindungsbohrung (3T') mündet (Figur 2).

k. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Abschnitt des Überströmkanals (2U') von einer Längsbohrung (61) und einer an die Verbindungsbohrung (37') angeschlossenen

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Querbohrung (62) innerhalb einer in den Zylinderkopf (22a¹) radial zum Pumpenzylinder (11) eingesetzten und aus verschleißfestem Material hergestellten Prallhülse (63) gebildet ist.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1"mit einer den Pumpenzylinder (11) enthaltenden, im Pumpengehäuse (22) befestigten Zylinderbuchse (21) und einer einen Abschnitt des Überströmkanals (2U) bildenden Überströmbohrung (17) in der Wand der Zylinderbuchse (21), dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbuchse (21) im Zylinderkopf (22a) befestigt ist, daß der Rückfüllspeicher (25) eine mittels einer Hohlschraube (3U) gegen eine Anlageschulter (33b) in der ersten Aufnahmebohrung (33) des Zylinderkopfes (22a) fest angedrückte Zylinderhülse (32) aufweist, deren Zylinderbohrung (32a) den Speicherraum (25a) und eine Gleitführung für den Speicherkolben (26) bildet, und daß die Hohlschraube (3U) einen Federraum (28) für die Rückfüllfeder (27) enthält.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach den Ansprüchen U und 5 j dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Pumpenzylinder (11) zugewandte Stirnfläche (6U) der Prallhülse (63) als eine formschlüssig an einer zylindrischen Mantelfläche (21a) der Zylinderbuchse (21) anliegende und gegen diese Mantelfläche (21a) angedrückte Dichtfläche ausgebildet ist.

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (22a¹¹¹) aus gehärtetem Stahl besteht, und daß die den Rückfüllspeicher (25'¹') aufnehmende gehärtete

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Aufnahmebohrung (33¹¹¹) sowohl den Speicherraum (25a¹¹¹) als auch «ine Gleitführung für den Speicherkorben (2β) bildet (Figur 5)·

8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, deren Kraftstoffeinspritzpumpe als Mehrzylinderpumpe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlkopf (22a¹¹) mindestens zwei Pumpenzylinder (11) umfaßt, und daß jeweils zwei, mit je einem Rückflüllspeicher (25) verbindbare Pumpenarbeitsräume (12) von einem einzigen Zumeßventil (38*') mit abgemessenem Kraftstoff versorgt werden, wobei jeweils nur einer der Pumpenarbeitsräume (12) mit dem Zumeßventil (38'*) verbindbar ist, während der Zulaufkanal (16) zu dem anderen Pumpenarbeitsraum durch ein Ventilelement (i3a) abgesperrt ist (Figuren 3 und k).

9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 8, bei der der Pumpenkolben (13) eine Steuerfläche (13a) aufweist, die nur in einer der beiden Totpunktstellungen (UT) die Verbindung des Zulaufkanals (16) zum Pumpenarbeitsraum (12) aufsteuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement von der Steuerfläche (13a) am Pumpenkolben (13) gebildet ist.