DE3622627A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritz­ vorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere von einer Pumpedüse für Dieselbrennkraftmaschinen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einer bekannten Pumpedüse dieser Art (DE-OS 27 42 466) ist das Servomagnetventil in einer über den Pumpenar­ beitsraum zu dem Einspritzraum des Einspritzventils füh­ renden Vorlaufbohrung angeordnet, und zwar in einem vor dem Pumpenarbeitsraum liegenden Bohrungsabschnitt. Das Servomagnetventil besteht aus einem den Querschnitt des Vorlaufbohrungsabschnittes steuernden hydraulischen Sperr­ ventil und einem das Sperrventil steuernden Magnetventil. Der Förderbeginn und das Förderende während des Kolbenhubs sind durch die Zeitpunkte des Umschaltens des Servo­ magnetventils in seine Schließ- bzw. Öffnungsstellung festgelegt, wobei durch die Ausbildung des Servomagnet­ ventils ein verzögerter Druckaufbau und ein schneller Druckabfall im Pumpenarbeitsraum erzielt wird, wodurch der Einspritzvorgang in Hinblick auf einen sanften Druckanstieg bei der Verbrennung sowie auf verminderte Rußbildung günstig beeinflußbar ist. Die über das Ein­ spritzventil in den Zylinder eingespritzte Fördermenge ist durch Förderbeginn und Förderende festgelegt, so daß es zwingend ist, daß das Servomagnetventil sehr schnell und reproduzierbar genau schließt, und damit hohe Anforderungen an das Servomagnetventil gestellt werden müssen.

Bei einer weiteren bekannten Pumpedüse für Dieselbrenn­ kraftmaschinen (DE-OS 32 24 769) sind der Förderbeginn und das Förderende geometrisch dadurch festgelegt, daß während des Pumpenkolbenhubs eine erste Steuerkante des zweiteilig ausgebildeten Pumpenkolbens eine Zulauföff­ nung zum Pumpenarbeitsraum verschließt und eine zweite Steuerkante des Pumpenkolbens eine Entlastungsöffnung für das hydraulische Antriebspolster zwischen den beiden Pumpenkolbenteilen freigibt. Während des durch Förder­ beginn und Förderende festgelegten Förderhubs wird eine vorher durch ein elektromagnetisches Füllventil dem Pumpenarbeitsraum zugemessene Kraftstoffmenge aus diesem zum Einspritzventil verdrängt und dort in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt. Der für die Pumpe­ düse erforderliche konstruktive Aufwand ist beträchtlich.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß sie konstruktiv sehr einfach ausgebildet ist. Der Förderbeginn während des Pumpenkolbenhubs ist bei geschlossenem Servomagnetventil geometrisch durch die Förderbeginneinstellvorrichtung festgelegt. Da­ durch kann das das Förderende bestimmende Servomagnet­ ventil zu jedem beliebigen Zeitpunkt vor Förderbeginn und nach Förderende geschlossen werden, so daß sein Schließen unkritisch ist. Die Anforderungen an das Servomagnetventil sind gering, so daß dieses sehr preiswert ausgeführt werden kann.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maß­ nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen der im Anspruch 1 angegebenen Kraftstoffeinspritz­ vorrichtung möglich.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 2. Durch diese Ausbildung des Servomagnetventils wird einerseits erreicht, daß das Öffnen des Servomagnetventils bei Förderende mit Förder­ druckunterstützung erfolgt und dadurch schlagartig ein­ setzt, so daß das Förderende sehr exakt festgelegt wer­ den kann. Andererseits wird durch diese Ausbildung des Servomagnetventils eine Druckübersetzung erzielt, so daß das Magnetventil bezüglich seiner Schließkraft nur für einen Bruchteil (ca. 50 bar) des Förder- oder Ein­ spritzdruckes ausgelegt zu werden braucht. Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Reihenpumpe können durch Zusammenfassen mehrerer Steuerräume mehrere Einspritzpumpen mit einem einzigen Magnetventil gesteuert werden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich auch aus den Ansprüchen 4 und 5. Hierbei wird eine Spülung des Steuerraums im Servomagnetventil während dessen Öffnungsphase erzielt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung er­ gibt sich auch aus Anspruch 6. Durch die zusätzliche, nach anfänglicher Verschiebebewegung dem Einspritz- oder Förderdruck ausgesetzte, in Öffnungsrichtung wirkende Differenzfläche wird das schnelle Öffnen des Servomagnet­ ventils wesentlich unterstützt, so daß der Pumpenarbeits­ raum mit elektrischer Ansteuerung des Servomagnetventils schlagartig entlastet wird und damit das Einspritzventil weitgehend verzögerungsfrei schließt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 7. Durch diese an sich bekannte Maß­ nahme läßt sich die Förderbeginneinstellvorrichtung in konstruktiv einfacher Weise realisieren.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 8. Durch diese Maßnahme kann in bekannter Weise die Steuerkante des Pumpenkolbens bezüglich der Lage der Zulauföffnung verstellt und damit der Förderbeginn eingestellt werden.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine als Pumpedüse ausgebildete Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung,

Fig. 2 und 3 jeweils ein Servomagnetventil in der Pumpen- düse gemäß einem zweiten und dritten Aus­ führungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 als Beispiel einer Kraftstoffeinspritz­ vorrichtung schematisch dargestellte Pumpedüse für einen Zylinder eines Dieselmotors ist mit 10 bezeich­ net. Sie weist eine Kraftstoffeinspritzpumpe 11 und ein mit dieser in einem Gehäuse 13 zusammengebautes Ein­ spritzventil 12 auf. Das Gehäuse 13 ist durch Schraffur kenntlich gemacht.

Die Kraftstoffeinspritzpumpe 11 besteht aus einem im Gehäuse 13 integrierten Pumpenzylinder 14 und einem in dem Pumpenzylinder 14 axial verschieblich geführ­ ten Pumpenkolben 15, der einen Pumpenarbeitsraum 16 im Pumpenzylinder 14 begrenzt. Der Pumpenkolben 15 wird in bekannter Weise von einem Antriebsnocken 17 einer ansonsten nicht näher dargestellten Antriebsvor­ richtung über einen mit dem Pumpenkolben fest verbundenen Antriebsstößel 18 angetrieben. Eine Schraubendruckfeder 19 sorgt für die stete Anlage des Antriebsstößels 18 an dem Antriebsnocken 17.

Im Pumpenzylinder 14 ist eine Zulaufbohrung 20 vorgesehen, die mit einer Zulauföffnung 201 im Pumpenarbeitsraum 16 mündet. Die Zulaufbohrung 20 ist an einer zu einer För­ derpumpe 22 führenden Kraftstoffleitung 21 angeschlossen. Die Förderpumpe 22 ist mit einem Kraftstoff-Vorratsbe­ hälter 23 verbunden. Vom Pumpenzylinder 14 führt außer­ dem noch eine Förderbohrung 24 zu einer Einspritzkammer 25 des Einspritzventils 12. In dem an sich bekannten Ein­ spritzventil 12 steht die Einspritzkammer 25 mit einer Einspritzöffnung 26 in Verbindung, die von einer durch eine Schließfeder 27 belasteten Ventilnadel 28 gesteuert wird. Im Gehäuse 13 ist außerdem noch eine Entlastungs­ leitung 29 vorgesehen, die einerseits mit einer Entla­ stungsöffnung 291 im Pumpenarbeitsraum 16 mündet und andererseits mit einem Leitungsabschnitt 292 an einer zu dem Kraftstoff-Vorratsbehälter 23 führenden Rücklauf­ leitung 30 angeschlossen ist. Die Förderbohrung 24 und die Entlastungsleitung 29 münden im Pumpenarbeitsraum 16 in oder nahe derjenigen Stirnseite des Pumpenzylinders 10, welche der den Pumpenarbeitsraum 16 begrenzenden Stirn­ fläche des Pumpenkolbens 15 gegenüberliegt. Die Zulauf­ öffnung 201 der radial mündenden Zulaufbohrung 20 ist mit Abstand von dieser Stirnseite des Pumpenzylinders 14 in der Wandung des Pumpenzylinders 14 angeordnet und wirkt in bekannter Weise mit einer schrägen Steuer­ kante 151 an der den Pumpenarbeitsraum 16 begrenzenden Stirnfläche des Pumpenkolbens 15 zusammen. Sobald die Steuerkante 151 am Pumpenkolben 15 die Zulauföffnung 201 verschließt setzt der Förderhub des Pumpenkolbens 15 ein. Bei festliegendem Hub des Pumpenkolbens 15 bestimmt damit die Lage der Steuerkante 151 relativ zur Zulauföff­ nung 201 den Förderbeginn. Zur Einstellung des Förderbe­ ginns ist die Steuerkante 151 über den Umfang des Pumpen­ kolbens 15 unter einem spitzen Winkel ansteigend und der Pumpenkolben 15 um seine Achse drehbar ausgeführt. Ein Stellmotor 31 sorgt für eine Verdrehung des Pumpenkol­ bens 15 entsprechend einem gewünschten Förderbeginn.

Pumpenkolben 15 mit Steuerkante 151, Zulauföffnung 201 und Stellmotor 31 bilden zusammen eine Förderbeginn­ einstellvorrichtung 33, mit welcher der Förderbeginn geometrisch festgelegt wird.

In die Entlastungsleitung 29 ist ein im Gehäuse 13 inte­ griertes Servomagnetventil 32 eingeschaltet, das aus einem eine Absteueröffnung 293 der Entlastungsbohrung 29 steuernden Stufenkolben 35 und aus einem den Stufen­ kolben 35 steuernden Magnetventil 34 besteht. Der Stufenkolben 35 ist mit jeweils einer quer zur Ver­ schieberichtung ausgerichteten endseitigen kleinen und großen Steuerfläche 36 bzw. 37 versehen. Der die kleine Steuerfläche 37 tragende, im Querschnitt kleinere Kolbenabschnitt 351 wird durch den Druck in der Ent­ lastungsleitung 29, beaufschlagt, während der die große Steuerfläche 37 tragende, im Querschnitt größere Kolbenabschnitt 352 einen Steuerraum 38 im Gehäuse 13 begrenzt. An der großen Steuerfläche 37 und an einer Gehäuseschulter 39 stützt sich eine den Stufenkolben 35 in seiner Schließstellung haltende Rückführfeder 40 ab. Der Steuerraum 38 ist an seiner der großen Steuerfläche 37 des Stufenkolbens 35 gegenüberliegenden Stirnseite über einen Verbindungskanal 41 mit der Entlastungslei­ tung 29 verbunden, und zwar mit dem durch den Stufen­ kolben 35 abtrennbaren Abschnitt 292 der Entlastungslei­ tung 29. Dieser Verbindungskanal 41 wird von einem Ventil­ glied 42 des Magnetventils 34 gesteuert. Die zusammen mit der großen Steuerfläche 37 des Stufenkolbens 35 den Steuerraum 38 begrenzende Gehäusebohrung 43, in welcher der querschnittsgrößere Kolbenabschnitt 352 des Stufen­ kolbens 35 verschieblich geführt ist, begrenzt zusammen mit der zwischen dem querschnittsgrößeren und dem quer­ schnittskleineren Kolbenabschnitt 352 und 351 sich aus­ bildenden Ringschulter 353 einen Differenzraum 44, der nach einem kleinen vorgegebenen Verschiebeweg des Stu­ fenkolbens 35 entgegen der Rückstellkraft der Rückführ­ feder 40 mit der Absteueröffnung 293 in Verbindung tritt. Die Absteueröffnung 293 ist dann über die Ge­ häusebohrung 43 mit der Entlastungsleitung 29 verbunden, und zwar mit deren zwischen dem Differenzraum 43 und der Rücklaufleitung 30 liegendem Leitungsabschnitt 293.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Pumpedüse ist wie folgt:

In der in Fig. 1 dargestellten Stellung hat der Pumpen­ kolben 15 seine untere Totpunktlage verlassen und be­ wegt sich im Pumpenzylinder 14 nach unten. Der Pumpen­ arbeitsraum 16 ist mit Kraftstoff gefüllt, das Magnet­ ventil 34 ist erregt und sperrt den ebenfalls mit Kraft­ stoff gefüllten Steuerraum 38 von dem Verbindungskanal 41 ab. Der Stufenkolben 35 des Servomagnetventils 32 befindet sich in seiner die Absteueröffnung 293 der Entlastungsleitung 29 verschließenden Sperrstellung.

Sobald die Steuerkante 151 des Pumpenkolbens 15 die Zulauföffnung 201 überfährt, wird diese durch den Pumpenkolben 15 verschlossen. Damit beginnt der Förder­ hub des Pumpenkolbens 15. Dieser verdrängt wegen des geschlossenen Servomagnetventils 32 den Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 16 über die Förderbohrung 24 zu der Einspritzkammer 25 des Einspritzventils 12. In bekannter Weise wird durch den Druck in der Einspritz­ kammer 25 die Ventilnadel 28 entgegen der Kraft der Schließfeder 27 angehoben. Die Ventilnadel 28 gibt die Einspritzöffnung 26 zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder des Dieselmotors frei.

Bei Förderende wird die Magneterregung des Magnetven­ tils 34 abgeschaltet. Damit gibt das Ventilglied 42 die Verbindung der Steuerkammer 38 zu dem Verbindungs­ kanal 41 frei. Der Einspritzdruck im Pumpenarbeitsraum 16, der auf die kleine Steuerfläche 36 des Stufenkol­ bens 35 wirkt, ist nunmehr in der Lage, diesen ent­ gegen der Kraft der Rückführfeder 40 zu verschieben. Nach geringer Verschiebung des Stufenkolbens 35 wird der Differenzraum 44 über die Absteueröffnung 293 ebenfalls mit unter Einspritzdruck stehendem Kraftstoff beauf­ schlagt. Dieser wirkt auf die Ringschulter 353 des Stufenkolbens 35. Die Verschiebebewegung des Stufen­ kolbens 35 wird extrem beschleunigt. Bei von dem Stufenkolben 35 völlig freigegebener Absteueröffnung 293 ist der Pumpenarbeitsraum 16 über die Entlastungs­ leitung 29 mit der Rücklaufleitung 30 verbunden. Der Druck im Pumpenarbeitsraum 16 fällt schlagartig ab, und ebenso schlagartig reduziert sich der Druck in der Einspritzkammer 25 des Einspritzventils 12. Die Ventil­ nadel 28 kehrt unter der Wirkung der Schließfeder 27 in ihre die Einspritzöffnung 26 sperrende Schließstellung zurück. Der Förderhub des Pumpenkolbens 15 ist damit beendet. Bei der Rückbewegung des Pumpenkolbens 15 nach Durchlaufen der oberen Totpunktlage wird dann, wenn die Zulauföffnung 201 von dem Pumpenkolben 15 wieder freige­ geben worden ist, der Pumpenarbeitsraum 16 erneut mit Kraftstoff gefüllt. Das Magnetventil 34 wird wieder er­ regt und damit der Steuerraum 38 für den Steuerkolben 35 wieder verschlossen. Das Servomagnetventil 32 nimmt wieder seine in Fig. 1 dargestellte Sperrstellung ein, in welcher die Entlastungsleitung 29 und damit der Pumpenarbeitsraum 16 flüssigkeitsdicht abgeschlossen sind.

In Fig. 2 und 3 sind zwei Modifikationen des Servomag­ netventils 32 in Fig. 1 dargestellt. Beide Modifika­ tionen dienen dazu, den Steuerraum 38 mit Kraftstoff zu durchspülen. Da diese Modifikationen sich von der Ausführung des Servomagnetventils 32 in Fig. 1 nur geringfügig unterscheiden, sind gleiche Bauteile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bei dem Servomagnetventil 32′ in Fig. 2 ist der durch den Stufenkolben 35 von dem Pumpenarbeitsraum 16 ab­ sperrbare Leitungsabschnitt 292 der Entlastungsleitung 29 nicht unmittelbar mit der Rücklaufleitung 30 verbun­ den, sondern mündet in dem Steuerraum 38, von wo aus die Verbindung zur Rücklaufleitung 30 dann über den Ver­ bindungskanal 41 erfolgt.

In dem Servomagnetventil 32′′ in Fig. 3 ist der Steuer­ raum 38 des Stufenkolbens 35 noch über ein Rückschlag­ ventil 46 mit der Kraftstoffleitung 21 und damit mit der Förderpumpe 22 verbunden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs­ beispiele beschränkt. So können zur Einstellung des Förderbeginns anstelle der Fördereinstellvorrichtung 33 mit drehbarem Pumpenkolben 15 und Steuerkante 151 auch andere bekannte Mittel zur Förderbeginnverstellung ver­ wendet werden, so z.B. in den Pumpenkolbenantrieb ein­ gesetzte sog. Spritzversteller.

Außerdem kann zur Steuerung der Verbindung zwischen Absteueröffnung 293 und dem Leitungsabschnitt 292 der Entlastungsleitung 29 der Stufenkolben 35 in seinem die größere Steuerfläche 37 tragenden Kolbenabschnitt 352 eine Ringnut aufweisen. Der Leitungsabschnitt 292 mündet in diesem Fall auf der gleichen Höhe wie die Absteuer­ öffnung 293 in der Gehäusebohrung 43. Der in der Ge­ häusebohrung 43 geführte Stufenkolben 35 bildet dann den Steuerschieber eines Schieberventils. Der Stufen­ kolben 35 kann aber auch mit einem kegeligen Ventil­ schließglied versehen sein und als in die Entlastungs­ leitung 29 eingeschaltetes Sitzventil arbeiten.

Claims (8)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraft­ maschinen, insbesondere Pumpedüse für Dieselbrenn­ kraftmaschinen, mit einem in einem Pumpenzylinder geführten Pumpenkolben, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt und einen durch Förderbeginn und Förderende festgelegten Förderhub ausführt, mit einem Einspritz­ ventil, das über einen Druckkanal mit dem Pumpenar­ beitsraum verbunden ist, mit einer im Pumpenzylinder angeordneten Zulaufbohrung, die mit einer Zulauföff­ nung im Pumpenarbeitsraum mündet, und mit einem das Förderende steuernden Servomagnetventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderbeginn durch eine zumindest mittelbar am Pumpenkolben (15) wirksam werdende Förderbeginneinstellvorrichtung (33) steuerbar ist und daß das Servomagnetventil (32; 32′; 32′′) in eine mit einer Entlastungsöffnung ( 291) im Pumpenarbeitsraum (16) mündende Entlastungsleitung (29) eingeschaltet und derart angesteuert ist, daß spätestens mit Förderbeginn die Entlastungsleitung (29) gesperrt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Servomag­ netventil (32; 32′; 32′′) ein Magnetventil (34) und ein vom Magnetventil (34) gesteuertes Ventil­ glied aufweist, das als Stufenkolben (35) mit jeweils einer quer zur Verschieberichtung ausge­ richteten endseitigen kleinen und großen Steuer­ fläche (36, 37) ausgebildet ist, und daß der Stu­ fenkolben (35) eine Absteueröffnung (293) in der Entlastungsleitung (29) steuert, an der kleinen Steuerfläche (36) von dem im Pumpenarbeitsraum (16) herrschenden Druck beaufschlagt ist und mit der großen Steuerfläche (37) einen Steuerraum (38) begrenzt, der über das Magnetventil (34) mit ei­ nem durch den Stufenkolben (35) vom Pumpenarbeits­ raum (16) abtrennbaren Abschnitt (292) der Ent­ lastungsleitung (29) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich auf der großen Steuerfläche (37) des Stufenkolbens (35) eine Rück­ stellfeder (40) abstützt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (38) über ein Rückschlagventil (46) mit einer an einer Kraftstoff-Förderpumpe (22) angeschlossenen Zulaufleitung (21) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Stufenkolben (35) vom Pumpenarbeitsraum (16) ab­ trennbare Abschnitt (292) der Entlastungsleitung (29) über den Steuerraum (38) des Stufenkol­ bens (35) und das Magnetventil (34) geführt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die am Übergang der beiden Kolbenabschnitte (351, 352) des Stufenkolbens ( 35) sich ausbildende Ring­ schulter (353) einen an dem abtrennbaren Abschnitt (292) der Entlastungsleitung (29) angeschlossenen Differenzraum (44) begrenzt und daß die Absteuer­ öffnung (293) in der Entlastungsleitung (29) derart gelegt ist, daß sie von dem im Durchmesser größeren Kolbenabschnitt (352) des Stufenkolbens (35) in dessen Schließstellung gesperrt ist und nach einem bei geöffnetem Magnetventil (24) zurückgelegten Verschiebeweg des Stufenkolbens (35) freigegeben wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Förderbeginneinstellvorrichtung (33) eine am Pumpen­ kolben (15) angeordnete Steuerkante (151) aufweist, die mit der Zulauföffnung (201) der Zulaufbohrung (20) zusammenwirkt und derart ausgebildet ist, daß beim Pumpenkolben nach Überfahren der Zulauföffnung (201) durch die Steuerkante (151) die Zulauföffnung (201) zur Einleitung des Förderhubs verschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerkante (151) des Pumpenkolbens (15) als schräge Steuerkante aus­ gebildet und zur Pumpenkolbenachse geneigt ist und daß zur Änderung des Förderbeginns die Förderbeginn­ einstellvorrichtung (33) einen Stellmotor (31) zum Verdrehen des Pumpenkolbens (15) um seine Achse aufweist.