DE3601710A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritz
vorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für
Dieselmotoren, nach der Gattung des Anspruchs 1.
Bei Dieselmotoren mit direkt einspritzenden Kraftstoff
einspritzvorrichtungen ergeben sich durch die schlag
artige Verbrennung erhebliche Geräuschprobleme. Ver
suche haben gezeigt, daß durch Aufteilung der erfor
derlichen Einspritzmenge während der Förderdauer in
eine kleine Voreinspritzmenge von ca. 3-5 mm3 und
eine daran nach einem vorgegebenen Zeitintervall sich
unmittelbar anschließende Haupteinspritzmenge sich eine
beträchtliche Geräuschreduzierung erzielen läßt.
Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung der
eingangs genannten Art hat man zur Erzielung der Vor
und Haupteinspritzung während der Förderdauer der Ver
teilereinspritzpumpe über Federn vorgespannte Ausweich
kolben vorgesehen, die ab einem bestimmten Einspritz
druck ein bestimmtes Volumen freigeben, was zu einer
kurzzeitigen Absenkung des Förderdrucks unter den
Schließdruck der Einspritzdüse und damit zu einem
zwischenzeitlichen Schließen der Düsennadel in der
Einspritzdüse führt. Dabei muß man jedoch ein instatio
näres Betriebsverhalten infolge temperaturabhängiger
hydraulischer Effekte in Kauf nehmen.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat dem
gegenüber den Vorteil, daß ein instationäres Betriebs
verhalten vermieden wird. Mit der erfindungsgemäßen
unterschiedlichen Bemessung des aufgesteuerten Strö
mungsquerschnittes zu der Entlastungsleitung nach Vor
einspritzung und Haupteinspritzung lassen sich zwei
für den optimalen Einspritzvorgang unerlässliche Forde
rungen erfüllen, nämlich einerseits geringer zeitlicher
Abstand zwischen Vor- und Haupteinspritzung auch bei
höheren Motordrehzahlen und andererseits ein großer
Absteuerquerschnitt am Ende der Haupteinspritzung zum
schnellen Druckabbau bei Förderende. Der aufgesteuerte
Strömungsquerschnitt ist dabei abhängig von der Größe
der Ventilöffnung und der Größe des Öffnungshubs des
Ventilgliedes. Kleine Schaltzeiten der Ventilvorrich
tung lassen sich bei kleinem Öffnungshub erreichen.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ver
besserungen der im Anspruch 1 angegebenen Kraftstoff
einspritzvorrichtung möglich. Eine vorteilhafte Ausfüh
rungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 2.
Durch diese Maßnahme wird der einstellbare Strömungs
querschnitt bei konstanter Ventilöffnung durch Beein
flussung des Öffnungshubs des als Stößel oder Schieber
ausgebildeten Ventilgliedes erzielt.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben
sich aus Anspruch 3 und/oder 4. Durch diese Maßnahmen
läßt sich die unterschiedliche Einstellung des Öffnungs
hubs auf mindestens zwei unterschiedliche Vorgabewerte
relativ einfach realisieren.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt
sich aus Anspruch 5. Durch diese Maßnahme wird eine
mechanische Dämpfung des Ventilgliedes bei Beendigung
der Voreinspritzung bewirkt, damit kein Prellen des
Ventilgliedes beim kurzzeitigen Öffnen des Magnetven
tils auftritt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt
sich auch aus Anspruch 6. Durch diese Maßnahme wird für
das erste Schließen des Magnetventils bei Förderbeginn
eine viel kürzere Einschaltzeit erzielt, da der Schließweg
des Ventilgliedes bereits auf den kleinen Hubweg fest
gelegt ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt
sich auch aus Anspruch 8. Diese Maßnahmen tragen zur
weiteren Reduzierung der Schaltzeit des Magnetventils
beim Öffnen und Schließen bei.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt
sich auch aus Anspruch 9. Durch diese Maßnahmen wird
der zur Aufsteuerung vorgegebene Strömungsquerschnitt
mit Hilfe von zwei parallel geschalteten Magnetventilen
eingestellt, deren Ventilöffnungen voneinander abwei
chende Öffnungsquerschnitte aufweisen. Damit lassen sich
infolge niedriger Hubwege beim Öffnen der Magnetventile
extrem kurze Schaltzeiten erzielen, ohne daß auf den
großen Absteuerquerschnitt am Ende der Haupteinspritzung
verzichtet und ein großer Absteuerquerschnitt am Ende
der Voreinspritzung, der wegen zu großem Förderdruck
abbau zu einem unzulässig großen Abstand zwischen Vor
und Haupteinspritzung führen würde, in Kauf genommen
werden muß.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestell
ten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise schematische Darstellung
einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
einen Dieselmotor,
Fig. 2 bis 4 jeweils einen Längsschnitt einer elektro
magnetisch gesteuerten Ventilvorrichtung
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fig. 1
gemäß dreier Ausführungsbeispiele,
Fig. 5 und 6 jeweils Diagramme der zeitlichen Verläufe
verschiedener Parameter in der Kraftstoff
einspritzvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 bzw.
1 und 4,
Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Schaltsignal
generators für die Ventilvorrichtung der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fig. 1,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Kraft
stoffeinspritzvorrichtung gemäß einem wei
teren Ausführungsbeispiel,
Fig. 9 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs ver
schiedener Parameter in der Kraftstoffein
spritzvorrichtung in Fig. 8.
Die in Fig. 1 teilweise schematisiert dargestellte Kraft
stoffeinspritzvorrichtung für einen Dieselmotor weist
eine Anzahl von hier vier Einspritzdüsen 10 auf, die
über jeweils eine Einspritzleitung 11 mit Anschlußstutzen
12 einer Kraftstoff-Verteilereinspritzpumpe 13 verbunden
sind.
Im Gehäuse 14 der Verteilereinspritzpumpe 13 ist eine
Buchse 15 angeordnet, in der ein Pumpenkolben 16 eine
hin- und hergehende und gleichzeitig rotierende Bewegung
ausführt. Der Pumpenkolben 16 ist durch einen Nockentrieb
17 über eine Welle 18 angetrieben, welche mit der halben
Drehzahl des Dieselmotors rotiert. Durch den Pumpenkolben
16 und die Buchse 15 ist ein Pumpenarbeitsraum 19 begrenzt,
welcher über einen Versorgungskanal 20 mit einem Saugraum
21 im Gehäuse 14 der Verteilereinspritzpumpe 13 mit Kraft
stoff versorgt wird. Aus dem Pumpenarbeitsraum 19 wird
über eine axiale Zentralbohrung 22 und eine radiale Verteilerboh
rung 23 Kraftstoff sukzessive zu radialen Förder
bohrungen 24 hin verteilt, die mit jeweils einem der An
schlußstutzen 12 verbunden sind. Im Endbereich des Pumpen
kolbens 16 sind Längsnuten 25 vorgesehen, die in der
dem Pumpenarbeitsraum 19 begrenzenden Stirnseite des
Pumpenkolbens 16 münden und während des Saughubs des
Pumpenkolbens 16 eine Verbindung zwischen dem Versor
gungskanal 20 und dem Pumpenarbeitsraum 19 herstellen.
Der Saugraum 21 wird von einer Förderpumpe 26 mit Kraft
stoff aus einem Kraftstoffbehälter 27 gefüllt und steht
über ein Druckregelventil 28 mit einer im Kraftstoffbe
hälter 27 mündenden Kraftstoff-Rückführleitung 29 in
Verbindung.
In das Gehäuse 14 integriert ist eine elektromagnetisch ge
steuerte Ventilvorrichtung 30, deren elektrische An
schlußklemmen 31 mit einem Schaltsignalgenerator 32 ver
bunden sind. Die Ventilvorrichtung 30 ist in Fig. 1
teilweise geschnitten dargestellt und zeigt eine Zufluß
bohrung 33, die in dem Pumpenarbeitsraum 19 mündet und
einen Entlastungskanal 34, der mit der Ansaugseite des
Pumpenkolbens 16, hier mit dem Versorgungskanal 20, in
Verbindung steht. Die Ventilvorrichtung 30 schließt für
die Förderdauer den Pumpenarbeitsraum 19 von dem Entla
stungskanal 34 ab und steuert am Förderende zum schnellen
Druckabbau im Pumpenarbeitsraum 19 einen vorgegebenen
Strömungsquerschnitt zu dem Entlastungskanal 34 auf.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der elektromagnetisch ge
steuerten Ventilvorrichtung 30 ist in Fig. 2 im Längs
schnitt dargestellt. Sie weist ein in das Gehäuse 14 der
Verteilereinspritzpumpe 13 einschraubbares Ventilgehäuse
35 auf, in welchem ein Magnetventil 36 und ein Stellmag
net 37 untergebracht sind. Magnetventil 36 und Stellmag
net 37 weisen jeweils einen Kern 38 bzw. 39 aus ferromag
netischem Material auf, der jeweils im topfförmigen Innern
eine ringförmige Magnetspule 40 bzw. 41 trägt. Die Öffnung
der Kerne 38, 39 ist jeweils von einer Platte 42 bzw. 43 abgedeckt,
die eine zentrale Durchtrittsöffnung aufweist, durch
welche ein Magnetanker 44 bzw. 45 mit einem hohlzylin
drischen Stutzen hindurchragt. Der Magnetanker 44 bzw.
45 steht dem Kern 38 bzw. 39 mit einem Luftspalt 46
bzw. 47 gegenüber, der den Stellweg des Magnetankers
44 bzw. 45 festlegt. Im Innern der Kerne 38, 39 ist
jeweils eine Führungsbuchse 48 bzw. 49 angeordnet. In
der Führungsbuchse 48 ist ein Ventilglied 50 und in der
Führungsbuchse 49 ein Stellkolben 51 jeweils mit zwei
Führungsabschnitten 501, 502 bzw. 511, 512 geführt. Ven
tilglied 50 und Stellkolben 51 tragen endseitig jeweils
eine Andruckplatte 503 bzw. 513, die in den hohlzylindri
schen Stutzen des Magnetankers 44 bzw. 45 hineinragt
und mit diesem fest verbunden ist. Dieser ist unter der Wirkung
einer Ventilöffnungsfeder 52 bzw. einer Rückstellfeder 53, die die
Andruckplatte 503 bzw. 513 gegen eine ringförmige Anlageschulter
441 bzw. 451 des Magnetankers 44 bzw. 45 drückt, in Öffnungsstellung
gehalten. Die Ventilöffnungsfeder 52 und die Rückstellfeder 53
stützen sich jeweils an einer Ringschulter der zugeordneten Führungs
buchse 48 bzw. 49 ab.
Das Ventilglied 50 wirkt mittels eines endseitigen Ventil
kopfes 504 mit einem Ventilsitz 54 zusammen, der eine
Ventilöffnung 55 umgibt. Die Ventilöffnung 55 begrenzt
die in dem Pumpenarbeitsraum 19 der Verteilereinspritz
pumpe 13 mündende Zuflußbohrung 33. Zuflußbohrung 33,
Ventilöffnung 55 und Ventilsitz 54 sind in einem Ventil
sitzkörper 56 untergebracht, der zusammen mit dem ring
förmigen Kern 38 einen Hohlraum 57 einschließt, von dem
Abflußbohrungen 58 zu dem Entlastungskanal 34 führen.
Die Führungsbuchse 48 steht über den Kern 38 bis hin zum
Ventilsitzkörper 56 vor und begrenzt eine Ringkammer 59,
die über Verbindungsbohrungen 60 in der Führungsbuchse 48
mit dem Hohlraum 57 in Verbindung steht.
Der Stellkolben 51 des Stellmagneten 37 ragt durch
die zentrale Öffnung im Magnetanker 44 des Magnet
ventils 36 hindurch und greift dort an der Andruck
platte 503 des Ventilgliedes 50 an. Auf der gegen
überliegenden Seite liegt der Stellkolben 51 mit sei
ner Andruckplatte 513 an einem gehäusefesten Anschlag
61 an. Über die Anschlußklemmen 31 werden die Magnet
spulen 40 und 41 von Magnetventil 36 und Stellmagnet
37 mit Erregerstrom versorgt.
Mittels des Stellmagneten 37 kann nunmehr der Strömungs
querschnitt zwischen dem Ventilsitz 54 und dem Ventil
kopf 504 des Ventilgliedes 50 beim Öffnen des Ventil
gliedes 50 auf zwei Stufen dadurch eingestellt werden,
daß der Öffnungshub des Ventilgliedes 50 auf zwei Werte
h 1 und h 2 einstellbar ist, wobei h 1 größer als h 2 ist.
Bei unerregtem Stellmagneten 37 nimmt der Stellkolben 51
seine in Fig. 2 gezeichnete Stellung ein. Das Ventilglied
50 kommt mit seiner Andruckplatte 503 erst nach Zurück
legen des max. Hubs h 1 zur Anlage an dem Stellkolben 51.
Wird der Stellmagnet 37 erregt, so wird der Magnetanker
45 angezogen und der Stellkolben 51 bewegt sich in Rich
tung zu dem Ventilglied 50 hin, bis sein Führungsabschnitt
512 an einem gehäusefesten Anschlag 62 anliegt. Durch die
se Axialbewegung des Stellkolbens 51 um den Stellweg h a
wird der Öffnungshub des Ventilgliedes 50 um diesen Stell
weg h a verringert, so daß beim Öffnen des Magnetventils
36 die Andruckplatte 503 des Ventilgliedes 50 bereits nach
einem Öffnungshub h 2 = h 1-h a an dem Stellkolben 51 an
liegt.
Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Ventilvor
richtung 30 in Verbindung mit der Verteilereinspritzpum
pe 13 ist nachfolgend unter Beiziehung der in Fig. 5
dargestellten Diagramme erläutert. Dabei zeigen die Dia
gramme a-g jeweils als Funktion der Zeit den Nocken
hub h N des Nockentriebs 17, dem der Axialhub des Pum
penkolbens 16 entspricht (a), den im Pumpenarbeitsraum
19 erzeugten Förderdruck p(b), den Hub h D der Düsen
nadel in der Einspritzdüse 10 (c), den Hub h v des Ventil
gliedes 50 des Magnetventils 36 (d), die Schaltimpulse
für das Magnetventil 36 (e), die Schaltimpulse für den
Stellmagneten 37 (f) und den Erregerstrom i des Magnet
ventils 36 (g).
Zum Zeitpunkt t 1 werden Magnetventil 36 und Stellmagnet
37 gemeinsam angesteuert. Das Magnetventil 36 schließt
und der Öffnungshub des Ventilgliedes 50 wird auf den
kleineren Wert h 2 festgelegt. Nach dem Schließen des Mag
netventils 36 wird dessen Erregerstrom i auf den Halte
strom i H 1 begrenzt. Im Zeitpunkt t N hat der Pumpenkol
ben 16 seinen unteren Totpunkt erreicht und beginnt sei
nen Förderhub. Der Druck p im Pumpenarbeitsraum 19 steigt
an und nach Überschreiten des Schließdruckes der Düsen
nadel, dem Düsenöffnungsdruck p Dö , wird die Düsennadel
angehoben, die Einspritzdüse 10 öffnet und die Vorein
spritzung beginnt.
Im Zeitpunkt t 2 wird das Magnetventil 36 abgeschaltet.
Das Ventilglied 50 öffnet bis zu dem eingestellten Öff
nungshub h 2. Der Druck im Pumpenarbeitsraum 19 fällt ab und
sinkt unter den Düsenöffnungsdruck. Die Düsennadel schließt
wieder und die Voreinspritzung ist beendet. Der Erreger
strom i wird rasch abgebaut und anschließend auf den Hal
testromwert i H 2 angehoben. Hierdurch wird die Totzeit
beim Wiedereinschalten des Magnetventils 36 eliminiert.
Im Zeitpunkt t 3 wird das Magnetventil 36 wieder voll be
stromt. Das Magnetventil 36 schließt, der Druck p im
Pumpenarbeitsraum steigt wieder an und mit Überschrei
ten des Düsenöffnungsdrucks p Dö beginnt die Hauptein
spritzung. Die Erregung des Stellmagneten 47 wird im
Zeitpunkt t 3 abgeschaltet, wodurch der Stellkolben 51
über die Rückstellfeder 53 in die in Fig. 2 dargestellte
Stellung zurückbewegt wird. Damit steht für das
Ventilglied 50 der volle Öffnungshub h 1 zur Verfügung.
Zum Zeitpunkt t 4 wird der Erregerstrom des Magnetven
tils 36 wieder abgeschaltet. Unter der Wirkung der Ven
tilöffnungsfeder 52 geht das Ventilglied 50 bis auf
Anschlag am Stellkolben 51. Das Magnetventil 36 öffnet
mit vollem Öffnungshub h 1. Durch den großen nunmehr zur
Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt zwischen Ven
tilsitz 54 und Ventilkopf 504 wird der Druck im Pumpen
arbeitsraum 19 schlagartig abgesteuert. Sobald der Dü
senöffnungsdruck p Dö unterschritten wird, beginnt die
Düsennadel zu schließen und die Haupteinspritzung ist
beendet.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der elek
tromagnetischen Ventilvorrichtung 30 in Fig. 1 darge
stellt. Es unterscheidet sich von der elektromagneti
schen Ventilvorrichtung 30 in Fig. 2 lediglich dadurch,
daß zur Vermeidung von Prellern oder Ausweichbewegungen
des Ventilgliedes 50 beim Aufprall auf den Stellkolben 51′
des Stellmagneten 37 eine mechanische
Dämpfung vorgesehen ist. Hierzu ist innerhalb des
Stellkolbens 51 ein Dämpfungsstößel 63 axial verschieb
lich geführt. Der Dämpfungsstößel 63 erstreckt sich über
die gesamte Länge des Stellkolbens 51′ und steht auf bei
den Stirnenden des Stellkolbens 51′ vor. An dem von dem
Ventilglied 50 abgekehrten Ende trägt der Dämpfungs
stößel 63 eine Abstützplatte 64, an welcher eine sich
gehäuseseitig abstützende Dämpfungsfeder 65 angreift. Die
Federkraft der Dämpfungsfeder 65 ist kleiner bemessen als
die Federkraft der Ventilöffnungsfeder 52. Mit dem dem
Ventilglied 50 zugekehrten Ende liegt der Dämpfungs
stößel 63 unter der Wirkung der Dämpfungsfeder 65 an
der Andruckplatte 503 des Ventilgliedes 50 an. Bei ein
geschaltetem und damit geschlossenem Magnetventil 36
ragt der Dämpfungsstößel 63 mit seinem dem Ventil
glied 50 zugekehrten Ende um ein vorgegebenes Maß über
den Stellkolben 51′ vor. Wird nunmehr das Magnetventil 36
abgeschaltet und bewegt sich das Ventilglied 50 unter
der Wirkung der Ventilöffnungsfeder 52 auf den Stell
kolben 51′ zu, so trifft das Ventilglied 50 zunächst
auf den Dämpfungsstößel 63 bevor es an dem Stellkolben
51′ anschlägt. Dadurch wird die Bewegung des Ventilglie
des 50 vorab gebremst. Im übrigen stimmen sämtliche
Bauteile der Ventilvorrichtung 30′ in Fig. 3 mit denjeni
gen in Fig. 2 überein, so daß gleiche Bauteile mit glei
chen Bezugszeichen versehen sind.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektromagnetischen
Ventilvorrichtung 30 in Fig. 1 ist in Fig. 4 dargestellt
und mit 30′′ bezeichnet. Diese Ventilvorrichtung 30′′ un
terscheidet sich von der Ventilvorrichtung 30′in Fig. 2
bzw. 30′′ in Fig. 3 nur durch eine modifizierte Ausbildung
des Stellkolbens 51′′ des Stellmagneten 37, so daß glei
che Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Der wiederum in der Führungsbuchse 49 mit Führungsab
schnitten 511 und 512 axial verschiebliche Stellkolben
51′′ ist in zwei Kolbenabschnitte 66 und 67 unterteilt,
wobei der eine Kolbenabschnitt 66 den Führungsabschnitt
511 und die Andruckplatte 513 und der andere Kolbenab
schnitt 67 den Führungsabschnitt 512 trägt. Zwischen den
beiden Kolbenabschnitten 66 und 67 stützt sich eine Kol
benfeder 68 ab, die damit den Kolbenabschnitt 66 in Rich
tung Magnetanker 45 und den Kolbenabschnitt 67 in Rich
tung Ventilglied 50 belastet. Die Führungsbuchse 49
trägt eine radial nach innen vorspringende Anschlag
schulter 69, an welcher der Kolbenabschnitt 67 mit
seinem Führungsabschnitt 512 unter der Wirkung der
Kolbenfeder 68 anliegt. In dieser Stellung weisen die
beiden Kolbenabschnitte 66, 67 einen Abstand h A vonein
ander auf. Die Federkraft der Kolbenfeder 68 ist größer
bemessen als die der Ventilöffnungsfeder 52, so daß das
Ventilglied 50 von dem Kolbenabschnitt 67 entgegen der
Kraft der Ventilöffnungsfeder verschoben werden kann.
Die Anschlagschulter 69 in der Führungsbuchse 49 ist
so gelegt, daß der an der Anschlagschulter 69 anlie
gende Kolbenabschnitt 67 das Ventilglied 50 so weit ver
schiebt, daß der Hub h V des Ventilgliedes auf das klei
nere Maß h 2 eingestellt ist. Bei Bestromen des Stell
magneten 37 wird der Kolbenabschnitt 67 durch den Kol
benabschnitt 66 an der Anschlagschulter 69 festgelegt,
wodurch die Kolbenfeder 68 wirkungslos ist.
Die Wirkungsweise der elektromagnetischen Ventilvorrich
tung 30′′ stimmt weitgehend mit der der Ventilvorrichtung
30 überein und läßt sich anhand der in Fig. 6 dargestell
ten Diagramme ohne weiteres nachvollziehen. Die Bedeu
tung der einzelnen Diagramme a-g in Fig. 6 ist iden
tisch mit dem jeweiligen Diagramm a-g in Fig. 5. Auch
stimmen die Diagramme bis auf das Diagramm d, das den
zeitlichen Verlauf des Öffnungshubes h V des Magnetven
tils 36 bzw. dessen Stellglieds 50 darstellt, überein.
Aufgrund der andersartigen Ausbildung des Stellkolbens
51′′ ist vor dem Erregen des Stellmagneten 37 und des
Magnetventils 36 der Hub des Stellgliedes 50 bereits
auf den kleineren Wert h 2 eingestellt. Wird das Magnet
ventil 36 erregt, so braucht das Ventilglied 50 zum
Schließen des Magnetventils 36 nur noch diesen kleinen
Hubweg h 2 zu durchlaufen, so daß eine kürzere Schalt
zeit beim Schließen des Magnetventils erzielt wird. Mit
Bestromen des Stellmagnetens 37 wird der Magnetanker
45 angezogen, der den Kolbenabschnitt 66 verschiebt
und mit diesem den Kolbenabschnitt 67 an der Anschlag
schulter 69 festklemmt. Beim ersten Öffnen des Magnet
ventils 36 im Zeitpunkt t 2 ist damit der Öffnungshub h v
des Ventilgliedes 50 auf den kleinen Wert h 2 begrenzt.
Im Zeitpunkt t 3 wird der Stellmagnet 37 abgeschaltet
und der Stellkolben 51′′ nimmt die in Fig. 4 gezeigte
Stellung ein. Beim zweiten Öffnen des Magnetventils 36
im Zeitpunkt t 4 wird die Federkraft der Kolbenfeder 68
infolge des hohen Drucks im Pumpenarbeitsraum 19 über
wunden, so daß das Ventilglied 50 den max. Öffnungshub h 1
h 1 = h 2 + h A ausführt. Nach Absinken des Druckes p im
Pumpenarbeitsraum wird das Stellglied 50 von der Kolben
feder 68 über den Kolbenabschnitt 67 wieder soweit
zurückgeschoben, daß der beim Schließen des Magnet
ventils von dem Ventilglied 50 auszuführende Hub h V
dem kleinen Wert h 2 des Öffnungshubes entspricht.
In Fig. 7 ist ein Blockschaltbild des Schaltsignalgene
rators 32 in Fig. 1 dargestellt. Die Ansteuersignale für
das Magnetventil 36 werden von einem Rechner 70 aus
einem abgespeicherten Kennlinienfeld ermittelt, wel
ches die Ansteuersignale ϕ m , in Form von Steuerwinkeln,
(m = 1, 2, 3, 4) als Funktion der Motordrehzahl n, der
Last α, der Kraftstofftemperatur T enthält. Außerdem
ist eine Bezugsmarke BZ, die beispielsweise in Rela
tion zu dem oberen Totpunkt des Pumpenkolbens 16 steht,
zu berücksichtigen. Ergänzend ist in einem weiteren
Rechner 71 ein Kennlinienfeld eines gewünschten Ver
laufs des Düsennadelhubs h D als Funktion der genannten
Parameter abgespeichert. In jeder Einspritzdüse 10 ist
ein Sensor 72 (Fig. 1) angeordnet, der den tatsäch
lichen Verlauf des Düsennadelhubs erfaßt und als elek
trisches Signal dem Schaltsignalgenerator 32 zuführt, wo
diese Schaltsignale im Zeitmultiplex einem Verglei
cher 73 zugeführt werden. Die Regelabweichung zwi
schen tatsächlichem Verlauf des Düsennadelhubs und
dem gewünschten Verlauf des Düsennadelhubs gemäß dem
abgespeicherten Kennlinienfeld wird dem Rechner 70
zur Korrektur der Ansteuersignale ϕ m zugeführt. Die
dem Kennlinienfeld des Rechners 70 entnommenen An
steuerwerte werden dabei so verändert, daß die Regel
abweichung möglichst klein wird. Die Ansteuersignale ϕ m
werden einem Stromregler 74 zugeführt, der der Magnet
spule 40 des Magnetventils 36 einen Erregerstrom zu
führt, dessen Verlauf in Fig. 5g bzw. 6g dargestellt
ist.
Eine weitere Korrekturmöglichkeit für die Ansteuersig
nale ergibt sich aus der Erfassung des Förderdrucks p
im Pumpenarbeitsraum 19. Z.B. kann aus der Druckhöhe
zum Zeitpunkt t 2 (Fig. 5b bzw. 6b) auf die Mengenstreu
ung von Einspritzdüse zu Einspritzdüse geschlossen wer
den, die durch entsprechende Änderung des Abschaltzeit
punktes t 2 des Magnetventils 36 kompensiert werden kann.
Außerdem bietet sich der Vorteil, aus dem Förderdruck
anstieg den genauen Beginn des Förderhubs des Nockens
bzw. des Pumpenkolbens 16 zu bestimmen. Justierfehler
können somit durch automatisches Nachstellen des Kenn
linienfeldes ausgeglichen werden. Dies ist insbesondere
bei Verteilereinspritzpumpen für Direkteinspritzung von
Vorteil, da hier sehr steile Nocken verwendet werden,
bei welchen schon geringe Fehljustierungen zu großen
Mengenstreuungen führen.
In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Kraftstoffeinspritzvorrichtung schematisch dargestellt.
Ein Kraftstoffbehälter ist mit 80, eine Kraftstoff-
Förderpumpe mit 81 und eine Kraftstoff-Verteilereinspritz
pumpe mit 82 bezeichnet. Die Verteilereinspritzpumpe
82 ist identisch aufgebaut wie die in Fig. 1 darge
stellte und beschriebene Verteilereinspritzpumpe 13.
Die Verteilereinspritzpumpe 82 ist in gleicher Weise
über eine Rückführleitung 83 mit dem Kraftstoffbe
hälter 80 und über Einspritzleitungen 84 mit einer
Anzahl von Einspritzdüsen 85 verbunden. In gleicher
Weise wie in Fig. 1 ist mit der Verteilereinspritz
pumpe 82 eine elektromagnetische Ventilvorrichtung
87 verbunden, die einerseits an dem Pumpenarbeitsraum
der Verteilereinspritzpumpe 82 und andererseits an
einer Entlastungsleitung 86 angeschlossen ist und den
Pumpenarbeitsraum mit der Entlastungsleitung 86 ver
bindet und für die Förderdauer den Pumpenarbeitsraum
von der Entlastungsleitung 86 abtrennt.
Wie bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fig. 1
wird auch hier die während der Förderdauer der Ver
teilereinspritzpumpe 82 über die Einspritzdüsen 85 in
die Zylinder des Dieselmotors jeweils eingespritzte
Kraftstoffmenge in eine Voreinspritzmenge und eine
Haupteinspritzmenge unterteilt, die zeitlich aufein
anderfolgend eingespritzt werden. Hierzu weist die
Ventilvorrichtung 87 zwei einander parallel geschaltete
Magnetventile 88, 89 auf, deren Ventilöffnungen unter
schiedliche Öffnungsquerschnitte aufweisen. Das Magnet
ventil 88 hat dabei den kleineren Ventilöffnungsquer
schnitt, was durch ein Drosselsymbol in der Durchfluß
bohrung des Magnetventils 88 angedeutet ist. Die Mag
netspulen 90, 91 der beiden Magnetventile 88, 89 sind
wiederum mit einem Schaltsignalgenerator verbunden, der
hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist.
Die Funktionsweise der Verteilereinspritzpumpe 82 in
Verbindung mit der Ventilvorrrichtung 87 läßt sich wie
derum an den in Fig. 9 dargestellten Diagrammen an
schaulich erkennen. Wie in den Fig. 5 und 6 zeigen
diese Diagramme jeweils als Funktion der Zeit den
Nockenhub h N (a), den Druck p im Pumpenarbeitsraum
(b), den Düsennadelhub h D in den Einspritzdüsen (c),
die Schaltimpulse am Magnetventil 88 (e) und am Mag
netventil 89 (f). Die Diagramme a-f sind in Über
einstimmung mit den Diagrammen in Fig. 5 und 6 be
zeichnet.
Zum Zeitpunkt t 1 werden beide Magnetventile 88, 89 ein
geschaltet. Diese schließen, und mit Beginn des Nocken
förderhubs im Zeitpunkt t N steigt der Druck p im Pumpen
arbeitsraum der Verteilereinspritzpumpe 82 an (Fig. 9b).
Nach dem Überschreiten des Düsenöffnungsdruckes p Dö hebt
sich die Düsennadel von der Düsenöffnung ab und die Vor
einspritzung beginnt.
Im Zeitpunkt t 2 wird das Magnetventil 88 mit dem kleine
ren Ventilöffnungsquerschnitt abgeschaltet. Während der
Öffnungsbewegung des Magnetventils 88 fällt der Druck p
im Pumpenarbeitsraum der Verteilereinspritzpumpe 82
schnell ab. Der Druckabfall verlangsamt sich nach Beendi
gung des Ventilhubs.
Im Zeitpunkt t 3 wird das Magnetventil 88 wieder erregt
und schließt. Der Förderdruck p im Pumpenarbeitsraum
steigt an und nach Überschreiten des Düsennadelöffnungs
druckes p Dö beginnt die Haupteinspritzung.
Im Zeitpunkt t 4 werden beide Magnetventile 88, 89 abge
schaltet. Beide Magnetventile 88, 89 öffnen. Zur Ab
steuerung des Förderdrucks p steht nunmehr ein großer
Strömungsquerschnitt zur Verfügung. Der Förderdruck
fällt nahezu schlagartig ab, die Düsennadel der Ein
spritzdüse 85 fällt zurück und verschließt die Düsen
öffnung, so daß die Haupteinspritzung beendet ist.
Claims (11)
1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftma
schinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einer
Anzahl von Einspritzdüsen, mit einer aufeinander
folgend zu jeweils einer der Einspritzdüsen eine
Kraftstoff-Einspritzmenge fördernden Verteilerein
spritzpumpe, wobei die Einspritzmenge auf nachein
ander eingespritzte Vor- und Haupteinspritzmenge
aufgeteilt ist, und mit einer den Pumpenarbeits
raum der Verteilereinspritzpumpe mit einer Ent
lastungsleitung verbindenden elektromagnetisch ge
steuerten Ventilvorrichtung, die für die Förder
dauer den Pumpenarbeitsraum zur Entlastungsleitung
hin abschließt und zur Druckabsteuerung am Förder
ende einen vorgegebenen Strömungsquerschnitt zur
Entlastungsleitung aufsteuert, dadurch
gekennzeichnet, daß der Strömungs
querschnitt der Ventilvorrichtung (30; 30′; 30′′; 87)
in mindestens zwei Stufen einstellbar ausgebildet
ist und daß die Ventilvorrichtung (30; 30′; 30′′; 87)
während der Förderdauer einen gegenüber dem Förder
ende reduzierten Strömungsquerschnitt kurzzeitig
aufsteuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Ventilvorrich
tung (30; 30′; 30′′) ein zwischen Pumpenarbeitsraum
(19) der Verteilereinspritzpumpe (13) und der Ent
lastungsleitung (34) angeordnetes Magnetventil (36)
mit einem eine Ventilöffnung (55) umgebenden Ventil
sitz (54) und einem mit diesem zusammenwirkenden
axial verschieblichen Ventilglied (50) und einen
steuerbaren Anschlag (51) zur Einstellung des Ver
schiebewegs des Ventilgliedes (50) auf mindestens
zwei unterschiedlich große Hubwege (h 1, h 2) aufweist,
und daß der Anschlag (51) derart gesteuert ist, daß
während der Förderdauer der Verteilereinspritzpumpe
(13) der kleinere Hubweg (h 2) und zum Förderende
der größere Hubweg (h 1) des Ventilgliedes (50) ein
gestellt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der steuerbare An
schlag (51) mit dem Magnetanker (45) eines Stell
magneten (37) gekoppelt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Ventilglied (50)
mittels einer Ventilöffnungsfeder (52) an einem
Magnetanker (44) des Magnetventils (36) anliegt,
der bei Bestromung des Elektromagneten (40) des
Magnetventils (36) einen dem größeren Hubweg (h 1)
des Ventilgliedes (50) entsprechenden Stellweg
zurücklegt, daß ein den Anschlag bildender verschieb
licher Stellkolben (51) mittels einer Rückstellfe
der (53) an dem Magnetanker (45) des Stellmagneten
(37) anliegt, der bei Bestromung des Stellmagneten
(37) einen definierten Stellweg (h a) zurücklegt,
daß der Stellkolben (51) durch den Magnetanker (44)
des Magnetventils (36) hindurch in Ventilschließ
bewegungsrichtung des Ventilgliedes (50) an letzte
rem angreift und daß der definierte Stellweg (h a)
des Stellkolbens gleich der Differenz aus großem
Hubweg (h 1) und kleinem Hubweg (h 2) des Ventilglie
des (50) bemessen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß innerhalb des Stell
kolbens (51′) ein über dessen gesamte Länge hinaus sich
erstreckender Dämpfungsstößel (63) axial verschieb
lich geführt ist, der unter der Wirkung einer sich ge
häuseseitig abstützenden Dämpfungsfeder (65) an dem
einen Stirnende des Stellkolbens (51′) anliegt und
in dieser Stellung an dem anderen, dem Ventilglied
(50) zugekehrten Stirnende mit einem definierten
Maß vorsteht, und daß die Federkraft der Dämpfungs
feder (65) kleiner bemessen ist als die Federkraft
der Ventilöffnungsfeder (52).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Stellkolben (51′′)
in einen ersten und einen zweiten Kolbenabschnitt
(66, 67) mit dazwischenliegender, an beiden Kolben
abschnitten (66, 67) sich abstützender Kolbenfeder
(68) unterteilt ist, deren Federkraft größer
als die der Ventilöffnungsfeder (52) bemessen ist,
daß mittels der Kolbenfeder (68) der erste Kolben
abschnitt (66) an dem Magnetanker (45) des Stellmag
neten (37) und der zweite Kolbenabschnitt in Rich
tung zu dem Ventilglied (50) an einer gehäusefesten
Anschlagschulter (69) anliegt und daß bei Be
stromung des Stellmagneten (37) der zweite Kolben
abschnitt (67) von dem ersten Kolbenabschnitt (66)
an der Anschlagschulter (69) festgelegt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-6, da
durch gekennzeichnet, daß bei
dem Stellmagneten (37) der Erregerstrom mit erstem
Schließen des Magnetventils (36) bei Förderbeginn
eingeschaltet und mit zweitem Schließen des Magnet
ventils (36) während der Förderdauer wieder abge
schaltet wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, da
durch gekennzeichnet, daß der
Erregerstrom (i) für das Magnetventil (36) zum
Schließen ein- und zum Öffnen abgeschaltet wird
und daß der Erregerstrom (i) nach Schließen auf
den Haltestrom (i H 1 ) reduziert und nach Öffnen
rasch abgebaut und wieder auf Haltestrom (i H 2 )
angehoben wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Ventilvorrich
tung (87) zwei einander parallel geschaltete Mag
netventile (88, 89) aufweist, deren Ventilöffnungen
unterschiedliche Öffnungsquerschnitte aufweisen
und jeweils den Pumpenarbeitsraum der Verteiler
einspritzpumpe (82) mit der Entlastungsleitung (86)
verbinden, und daß das Magnetventil (88) mit quer
schnittskleinerer Ventilöffnung kurzzeitig während
der Förderdauer und mindestens das Magnetventil (89)
mit querschnittsgrößerer Ventilöffnung am Förder
ende geöffnet wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuersignale (ϕ m) zum Ein- und Ausschalten
der Ventilvorrichtung (30; 30′; 30′′) aus einem abge
speicherten Kennlinienfeld abgeleitet sind, das
die Steuersignale (ϕ m) in Abhängigkeit von der
Drehzahl (n) und der Last (α) der Brennkraftma
schine, der Kraftstofftemperatur (T) und einer
Bezugsmarke (BZ) angibt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Verlauf des Dü
sennadelhubs (h D ) in einem Kennlinienfeld als Funk
tion von Drehzahl (n) und Last (α) der Brennkraft
maschine, der Kraftstofftemperatur (T) und einer
Bezugsmarke (BZ) abgespeichert ist, daß der momen
tane Istwert des Düsennadelhubs (h D ) von einem
Sensor (72) erfaßt wird und daß mit der Regelabwei
chung aus dem tatsächlichen Verlauf des Düsennadel
hubs (h D ) und des aus dem Kennlinienfeld entnommenen
Verlauf des Düsennadelhubs (h D ) die dem Kennlinien
feld entnommenen Steuersignale (ϕ m) korrigiert wer
den.
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