DE3700357C2 - Kraftstoffeinspritzverfahren und Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Pumpedüsen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritz­ verfahren für Brennkraftmaschinen sowie von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. des Anspruchs 4, wobei es sich insbesondere um eine Pumpedüse handelt.

Mit derartigen Einspritzverfahren oder Pumpedüsen wird ein höherer Freiheitsgrad bezüglich der Regel- und Steuereingriffe in den gesamten zur Einspritzung gehörenden Ablauf erreicht, als dies bei den meist angewandten Verfahren und Einrichtungen, die mit einer Verteilereinspritzpumpe oder Reiheneinspritz­ pumpe arbeiten, möglich ist. Außerdem ist für den Antrieb der Pumpedüse unmittelbar die Motornocken­ welle verwendbar, so daß zusätzliche Antriebsver­ luste eingespart werden und auch für manchen schnellau­ fenden Direkteinspritzmotor erforderliche höhere Einspritzdrücke bei einem Minimum an Energieverlusten erzielbar sind. Von dem gattungsgemäßen Verfahren bzw. der gattungsgemäßen Einrichtung, nämlich unter Verwendung eines Zwischenkolbens und eingeschlossener hydraulischer Räume, deren Volumina zur Änderung des Spritzbeginns und der Spritzmenge gesteuert werden, sind eine Vielzahl von Ausführungsvarianten bekannt.

Bei diesen gattungsgemäßen Einspritzeinrichtungen er­ folgt außerdem die Spritzmengensteuerung und die Spritzbeginnverstellung ohne Regelstange und durch mindestens ein Steuerventil, das eine Kraftstoff­ menge, vorzugsweise nockendrehwinkelabhängig oder auch, wenn die Zumessung in einen Hohlraum erfolgt, zeitgesteuert in mindestens einen dieser Räume zumißt unter Mitwirkung von Steuerkanten des Pumpenkolbens oder Zwischenkolbens und von Rückschlagventilen. Wenn im weiteren von Rückschlagventilen die Rede ist, sind hiermit auch Rückströmverhinderungsventile denkbarer Art gemeint, also auch solche Ventile, die keinen Ventilsitz aufweisen, sondern als Schieberventil aus­ gebildet sind. Gemeinsam für alle betrachteten Ein­ spritzeinrichtungen ist, daß vor jedem Einspritz­ zyklus, also vor jedem Saughub der Zwischenkolben die gleiche Ausgangslage entsprechend einem bestimmten Nockenbahnpunkt einnimmt.

Bei diesen bekannten Pumpedüsen wird jeweils der Pumpenkolben durch einen Nocken mechanisch angetrieben, der an der Nockenwelle des Motors dafür vorgesehen ist, und dessen Antriebsbahn in drei Ab­ schnitte einteilbar ist. Dabei handelt es sich um einen langsam ansteigenden Saughubabschnitt (Ablauf­ flanke), einen Rastabschnitt (Grundkreis des Nockens) und einen steilen Druckhubabschnitt (Druckhubflanke). Der Druckhubabschnitt der Nockenbahn ist verhältnis­ mäßig kurz und steil, um den gewünschten Einspritz­ effekt, also die schnelle Pumpbewegung des Pumpen­ kolbens zu erzielen. Die Saughubbahn hingegen sowie die Rastbahn sind verhältnismäßig lang ausgebildet, um ausreichend Zeit für die Kraftstoffzumessung und auch die Saugwirkung zur Verfügung zu haben. Wenn nun die Ablaufflanke wirksam ist und der in einen der Räume fließende Kraftstoffstrom dem entstehenden Saugvolumen (Hub mal Pumpenkolbenquerschnitt) ent­ spricht, wobei dann für die Zumessung dieser Kraft­ stoffstrom aufgesteuert und abgesteuert wird, so wird das im folgenden mit "drehwinkelgesteuert" bezeich­ net. Wenn hingegen die Zumessung durch einen be­ stimmten Querschnitt bei konstantem Druckgefälle (Vordruck-Nachdruck am Querschnitt) in einen Hohlraum erfolgt, so daß nur der Öffnungs- und Schließzeit­ punkt des Zuflusses - neben dem Druckgefälle und dem Durchflußquerschnitt - die Menge bestimmt, so wird diese Mengensteuerung hier mit "zeitgesteuert" bezeichnet.

Bei einer solchen bekannten Pumpedüse der gattungsge­ mäßen Art (DE-OS 25 58 699) wird der Spritzbeginn der Kraftstoffeinspritzung durch eine schräge Steuerkante an der Stirnseite des Pumpenkolbens bestimmt, der für diesen Spritzbeginn eine Ablauföffnung des Pumpraums sperrt, wobei sich ab Sperren in dem zwischen dem Zwischenkolben und dem Pumpenkolben gelegenen Pump­ raum ein eingeschlossenes Flüssigkeitsvolumen bildet, so daß sich über den Zwischenkolben im Druckraum ein Einspritzdruck aufbauen kann, wonach erst der Spritz­ beginn eintritt. Dieser Spritzbeginn Verdrehen des Pumpenkolbens gesteuert, wobei je nach Drehlage ein anderer Abschnitt der schrägen Steuerkante zur Auswirkung kommt. Durch das Aufsteuern des Pumpraums gegen Ende des Pumpenkolbenhubs wird für jeden Einspritzzyklus die gleiche Ausgangssituation er­ reicht, insbesondere in bezug auf ein restliches Flüssigkeitsvolumen im Pumpraum.

Während des Saughubes des Pumpenkolbens strömt dreh­ winkelabhängig solange Kraftstoff in den Druckraum bis die gewünschte Spritzmenge erreicht ist, wonach das Füllventil schließt. Die Auffüllung des Pump­ raumes hingegen erfolgt direkt von einem Raum niederen Drucks her, wenn durch die schräge Steuer­ kante die Ablauföffnung wieder aufgesteuert wird, so daß der Pumpraum mit Kraftstoff gefüllt werden kann. Der Zwischenkolben nimmt somit vor Beginn des Druck­ hubes eine Lage ein, die durch die drehwinkelge­ steuerte in den Druckraum zugemessene Kraftstoffmenge bestimmt wird. Beim Druckhub des Pumpenkolbens wird dann zuerst aus dem Pumpraum Kraftstoff zurück in den Raum niederen Drucks gefördert, bis durch den Pumpen­ kolben mit der schrägen Steuerkante diese Abfluß­ leitung gesperrt wird und ein eingeschlossenes Kraftstoffvolumen im Pumpraum den Zwischenkolben mitnimmt.

Bei diesem bekannten Verfahren wird demnach eine Kraftstoffmenge, die je nach Verstellbereich des Spritzbeginns erheblich sein kann, bei einem Ein­ spritzzyklus gegen Ende des Saughubes des Pumpen­ kolbens nach Aufsteuern der Zuflußleitung in den Pumpraum gefördert, um danach zu Beginn des Druck­ hubes wieder in die Abflußleitung verdrängt zu werden, bis durch den Pumpenkolben die Zuflußleitung gesperrt ist. Es findet also ein Hin- und Herschieben eines Kraftstoffvolumens statt, das aufgrund der gegenläufigen Flüssigkeitsbeschleunigungen zu Fehlern und starker Erhitzung führen kann. Hinzu kommt, daß während des Saughubes auch noch die Mengen als aus­ gleichende Füllmenge über die Zuflußleitung in den Pumpraum ausgeglichen werden müssen, die dadurch anfallen, daß sich die in den Druckraum zugemessene Spritzmenge laufend ändert. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß die Verdreheinrichtung zur Spritzbeginnverstellung des Pumpenkolbens verhältnismäßig aufwendig und damit teuer ist und einen zusätzlichen Raum erfordert, der gerade bei Pumpedüsen und deren direktem Einbau im Motor kaum vorhanden ist.

Bei einem anderen ähnlichen bekannten Einspritzver­ fahren mit Pumpedüse (US-PS 42 35 374) wird die Spritzmenge und der Spritzbeginn durch eine Steuerung bestimmt, bei der im Zufluß zum Pumpraum ein Magnet­ ventil vorhanden ist. Während des Saughubs des Pumpenkolbens ist die Zuflußleitung zum Pumpraum gesperrt, so daß so lange drehwinkelgesteuert Kraft­ stoff über ein Rückschlagventil in den Druckraum strömt, bis das Magnetventil (gesteuertes Ventil) die Zuflußleitung zum Pumpraum öffnet und der Zwischen­ kolben aufgrund des hydraulischen Druckgleichgewichts stehen bleibt. Während des nun noch verbleibenden Saughubs des Pumpenkolbens strömt Kraftstoff als Auffüllmenge über das Magnetventil in den Pumpraum.

Der Spritzbeginn wird bei dieser Pumpedüse dadurch bestimmt, daß während des Druckhubbeginns, das noch offene Magnetventil Kraftstoff aus dem Pumpraum in die Zuflußleitung abströmen läßt, um dann die Zu­ flußleitung zu sperren und damit das Volumen des Pumpraumes abzuschließen, wonach der Zwischenkolben für den Spritzbeginn in Richtung Druckraum verschoben wird.

Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Steuerung von Spritzbeginn und Spritzmenge durch ein Ventil erfolgt, das in beiden Richtungen durchströmbar sein muß und das für den Hochdruck nicht vom Pumpraum abkoppelbar ist. Aus diesem Grunde muß das Ventil hochdruckdicht sein, druckausgeglichen arbeiten können oder mindestens außerordentlich hohe Stellkräfte aufbringen können. Hinzu kommt, daß ein für einen exakten Spritzbeginn erforderliches exaktes Schließen eines solchen Ventils unter Hochdruck nur unter erheblichem Aufwand verwirklichbar ist. Zur Er­ zielung eines exakten Spritzbeginnzeitpunktes ist eine außerordentlich hohe Präzision erforderlich, was besonders dann schwer zu beherrschen ist, wenn, wie bei dieser bekannten Pumpedüse, diese Steuerung indem ohnehin sehr kurzen Druckhubzeitabschnitt statt­ findet.

Nicht zuletzt ist aber auch dieses Auffüllen des Druckraumes über ein Rückschlagventil problematisch, weil der Zwischenkolben bei der Spritzmengenauf­ füllung aufgrund des Fülldrucks im Druckraum in Be­ wegung ist und erst durch einen im Pumpraum ent­ stehenden Gegendruck gestoppt werden muß und dieses obwohl der Pumpenkolben seinen Saughub fortsetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kraftstoffeinspritzverfahren gemäß der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß die Steuerung von Einspritzmenge und Spritzbeginn genauer erfolgen kann mit geringerem Aufwand von Steuermitteln und die eingangs genannten Nachteile der Gattung vermieden werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie die Kraft­ stoffeinspritzeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach Anspruch 4 mit insbesondere einer Pumpedüse hat demgegenüber den Vorteil, daß weder der Spritzbeginn noch die Einspritzmenge während des Druckhubs des Pumpenkolbens gesteuert wird. In den Pumpraum und in den Druckraum wird jeweils unabhängig voneinander Kraftstoff zugemessen, wodurch der Spritzbeginn bzw. die Einspritzmenge bestimmt wird. Die Steuerung der den Spritzbeginn bestimmenden Menge erfolgt während des Saughubes des Pumpenkolbens, also winkelgesteuert, wobei wesentlich mehr Zeit zur Verfügung steht als während des bei den bekannten Verfahren und Einrichtungen genutzten Druckhubs. Erst nach Öffnen des Zuflusses zum Druckraum wird der Zufluß zum Pumpraum gesperrt. Wenn nun eine Drossel im Zufluß zum Druckraum angeordnet ist und das Saughubvolumen größer ist als das durch die Drossel nachströmende Flüssigkeitsvolumen, so kann aus der Winkelsteuerung eine Zeitsteuerung für die Spritz­ mengenbestimmung werden, wobei die Zeit bei der Zeitsteuerung die Öffnungsdauer des Zuflusses zum Druckraum ist bei definiertem Querschnitt und konstantem Druckgefälle an diesem Querschnitt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß in der Reihenfolge der Mengensteuerung zuerst die Menge für den Spritzbeginn und danach die für die Spritzmenge bestimmt wird, wobei der Zwischenkolben, wenn er sich einmal bewegt, diese Bewegung mindestens bis zum Ende des der Einspritzmenge entsprechenden Hubs fortsetzen kann. In jedem Fall ist die Ausgangs­ position vor dem Saughub, nämlich die Endlage des Zwischenkolbens, bei jedem Zyklus stets gleich und vorzugsweise durch einen Anschlag bestimmt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Steuerung der in die beiden Räume zugemessenen Kraftstoffmengen mit elektrisch/elektronischen Mitteln, nämlich einem elektronischen Steuergerät, über das beispielsweise ein Magnetventil angesteuert wird, das den Kraft­ stoffstrom zum Druckraum steuert. Da das Magnet­ ventil vorzugsweise nur unter Niederdruck stehenden Kraftstoff steuern muß, kommt es mit verhältnismäßig kleinen Stellkräften aus sowie mit kleinen Massen, so daß ohne großen Aufwand ausreichend exakte Steuer­ zeiten erzielt werden können. Um bei Magnetausfall die Brennkraftmaschine außer Betrieb zu halten, kann das Magnetventil "stromlos geschlossen" ausgebildet sein, so daß eine Auffüllung des Druckraumes, die einen Einspritzvorgang zur Folge hätte, nicht möglich ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung greift am Zwischenkolben in an sich bekannter Weise eine Feder in Richtung Druckraum an, um zu gewähr­ leisten, daß vor jedem Zyklus die gleiche End- bzw. Ausgangslage vom Zwischenkolben eingenommen wird und um außerdem einen deutlichen hydraulischen Vordruck­ unterschied zwischen dem für den Spritzbeginn er­ forderlichen Auffülldruck im Pumpraum und jenem für die Spritzmengenfüllung erforderlichen Auffülldruck im Druckraum zu erzielen. Aufgrund dieses Vordruckunterschiedes werden vor allem Zu­ strömverluste zum Pumpraum kompensiert, so daß das Schalten des Magnetventils während des Saughubs und damit die alternative Zumessung statt zum Pumpraum nun zum Druckraum eine beherrschbare Antriebswirkung auf den Zwischenkolben ergibt.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist in der Fülleitung zum Druckraum kein Rückschlagventil vorhanden und es ist das Magnetventil "stromlos offen", so daß sich im Druckraum im Falle eines Magnetausfalls kein Druck aufbauen kann. In diesem Fall ist aber das Magnetventil hochdruckbelastet mit den sich daraus ergebenden Nachteilen einer höheren erforderlichen Stellkraft oder einer größeren Träg­ heit infolge eines druckausgeglichenen Aufbaus.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der Zuflußleitung zum Pumpraum ein Rückschlag­ ventil angeordnet, um dadurch ein ungewünschtes Abströmen, wenn auch von kleinen Mengen, aus dem Pumpraum, insbesondere nach Öffnen des Magnetventils und Zumessen von Kraftstoffmengen zum Druckraum zu vermeiden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens in einem der Entlastungskanäle von Pump­ raum oder Druckraum ein Rückschlagventil angeordnet.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind beide Entlastungskanäle zusammengefaßt und danach über ein Rückschlagventil geführt. Hierdurch ist eine recht genaue Vordruckeinstellung im Pumpraum und Druckraum erzielbar, nämlich durch nur ein gemeinsames Rückschlagventil, was für die Positionierung des Zwischenkolbens und für das Ein­ nehmen einer stets gleichen Ausgangssituation von Bedeutung ist.

Nach einer ergänzenden Ausgestaltung der Erfindung führt zum Druckraum eine zweite vom Zwischenkolben gesteuerte Fülleitung, die in der Endlage des Zwischenkolbens aufgesteuert ist und nach Zurück­ legen eines Vorhubes des Zwischenkolbens durch diesen gesperrt wird, wobei dieser Vorhub kürzer ist, als der die Zuflußleitung zum Pumpraum sperrende Erst­ hub des Zwischenkolbens.

Auch die eigentliche Fülleitung kann erfindungsgemäß durch den Zwischenkolben gesteuert werden, wobei der erforderliche Aufsteuerhub des Zwischenkolbens kleiner ist als der Vorhub desselben.

Durch die genannten Steuerungen ist es möglich, den Ersthub aus der Endlage heraus sehr genau zu positionieren, so daß erst dann ein exakter Zumeß­ hub des Zwischenkolbens stattfindet, wenn die zweite Fülleitung gesperrt ist. Die eigentliche und/oder die zweite Fülleitung des Druckraumes kann abschnitts­ weise im Zwischenkolben verlaufen und mit einem Rückschlag versehen sein. Auf diese Weise ist das Steuerventil vom Hochdruck des Druckraumes abkoppel­ bar.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht zwischen den einzelnen Zu- und Abflußkanälen des Pumpraums und des Druckraums eine Folgesteuerung in der Art, daß jeweils der Eingang der Absteuerkanäle durch den Zwischenkolben zeitlich erst nach der Mündung der Zuflußleitung zum Pumpraum oder der Fülleitung zum Druckraum gesperrt wird, wobei nach einer ergänzenden Ausgestaltung der Erfindung die Mündung der Zuflußleitung zum Pumpraum zeitlich nach der Mündung der Fülleitung zum Druckraum ge­ sperrt wird. Hierdurch wird eine Verbesserung der genauen Steuerung erreicht, da der Zwischenkolben in seinen Steuerstellungen sehr exakt positionierbar ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung greift am Zwischenkolben in Kraftrichtung zum Druck­ raum hin eine Feder an, um dadurch vorteilhafter Weise zu erreichen, daß nach Auffüllen der Zumeß­ menge zum Druckraum der Pumpenkolben unter Bildung eines Hohlraumes im Pumpraum weiterfahren kann und vorteilhafterweise der Zwischenkolben in seiner je­ weiligen Steuerlage verharren kann, was besonders zur Beherrschung der dynamischen Vorgänge von Vorteil ist. So wird vermieden, daß die Stellung des Zwischenkolbens durch zufällige Druckdifferenzen be­ stimmt wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenkolben zweiteilig ausge­ bildet und besteht aus einem an den Pumpraum an­ grenzenden Steuerkolben und einem relativ zum Steuer­ kolben verschiebbaren dem Druckraum zugewandten Ent­ lastungskolben, wobei beide Kolben einen ein Flüssig­ keitsvolumen aufnehmenden Entlastungsraum einschließen, der bei Druckhubende des Pumpenkolbens über einen Entlastungskanal mit einem Raum niederen Drucks verbindbar ist. Hierdurch wird vorteilhafter Weise erreicht, daß der dem Druckraum zugewandte Ent­ lastungskolben bei Einspritzende einen Entlastungshub ausführt, ohne daß eine Abströmmenge verloren geht. Die Zumeßeinrichtung, also das Steuerventil, braucht somit nur die genau bemessene Kraftstoffeinspritz­ menge, ohne Rücksicht auf die Druckentlastung im Druckraum, vorzulagern.

Gemäß einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausge­ staltung der Erfindung ist der Entlastungskolben über eine eine Relativbewegung zum Steuerkolben erlaubende Schleppverbindung mit dem Steuerkolben gekoppelt, wobei eine Rückstellfeder bestrebt ist, beide Kolben in eine die maximale Länge des Zwischenkolbens be­ stimmende Ausgangsstellung zu drücken.

Nach einer weiteren diese Ausgestaltung betreffenden Verbesserung der Erfindung ist der Entlastungsraum über eine Auffülleitung mit einem Raum niederen Drucks verbunden, wobei in dieser Auffülleitung vorzugsweise ein Rückschlagventil angeordnet ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Er­ findung sind in der Zeichnung vereinfacht und in ver­ schiedenen Maßstäben dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 als erstes Aus­ führungsbeispiel eine mit einer Pumpedüse arbeitende Kraftstoffeinspritzeinrichtung, Fig. 2 ein Funktions­ diagramm dieses Ausführungsbeispiels mit dem Hub h (Ordinate) über dem Drehwinkel α [°NW] (Abszisse) der Pumpedüse, mit entsprechend verschiedenen schematisch gezeigten Arbeitsstellungen, Fig. 3 eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels als Ausschnitt der die Steuerung durch den Zwischenkolben betreffenden Pumpedüsebereichs, Fig. 4 das zweite Ausführungsbei­ spiel anhand eines den Steuerbereich betreffenden Ausschnitts der Pumpedüse und Fig. 5 ein Funktions­ diagramm entsprechend dem in Fig. 2 dieses zweiten Ausführungsbeispiels.

Bei den mit einer Pumpedüse dargestellten Ausführungsbeispielen von Einspritzeinrichtungen arbeitet ein Pumpenkolben 1 in einer Zylinderbohrung 2 eines Gehäuses 3 und begrenzt einen Pumpraum 4, der andererseits durch einen Zwischenkolben 5 begrenzt wird, der axial beweglich ebenfalls in der Zylinder­ bohrung 2 angeordnet ist. Unterhalb des Zwischen­ kolbens 5 ist ein Druckraum 6 vorhanden, der über einen im Gehäuse 3 verlaufenden Druckkanal 7 mit dem Düsendruckraum 8 verbunden ist. Die Spritzöffnung 9 der Düse wird über eine Ventilnadel 11 gesteuert, die durch eine Schließfeder 12 belastet ist. Der Pumpen­ kolben 1 wird durch einen in Pfeilrichtung rotierenden Antriebsnocken 13 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 14 für seine hin- und hergehende Pumpbewegung angetrieben, die durch einen Doppel­ pfeil X angedeutet ist. In dieser stark vereinfachten Darstellung sind die erforderlichen Leckkanäle und - Anordnungen nicht enthalten.

Dieser beschriebenen Pumpedüse ist ein Niederdruck­ kraftstoffsystem zugeordnet mit einer Förderpumpe 15, die den Kraftstoff aus einem Behälter 16 ansaugt und über eine Fülleitung 17 zum Druckraum 6 sowie über eine Zuflußleitung 18 zum Pumpraum 4 fördert, wobei in der Fülleitung 17 ein 2/2-Magnetventil 19 ange­ ordnet ist, um den Kraftstofffluß durch diese Füll­ eitung 17 steuern zu können.

Vom Pumpraum 4 zweigt ein Entlastungskanal 21 und vom Druckraum 6 ein Entlastungkanal 22 ab, die vereinigt über ein Rückschlagventil 23 zum Kraftstoffbehälter 16 führen.

Das Magnetventil 19 wird durch ein elektronisches Steuergerät 24 angesteuert, um über die Öffnungszeiten des Magnetventils 19 die Motordrehzahl zu regeln. In dieses elektronische Steuergerät 24 wird über ein Gaspedal 25 die Last und über einen Drehzahlgeber 26 die Drehzahl n eingegeben sowie über mindestens zwei weitere nicht dargestellte Geber die Temperatur T und ein weiteres Signal S beispielsweise eines Abgaswertes oder des Außendrucks. Weitere Aus­ gänge 27 dieses elektronischen Steuergerätes 24, von denen vier dargestellt sind, entsprechend einer Vier- Zylinder-Brennkraftmaschine führen jeweils zu einem der Magnetventile 19, von denen dann ebenfalls vier vorhanden sind, die allerdings von der Förderpumpe 15 gemeinsam versorgt werden.

Die beiden Ausführungsbeispiele sind soweit wie bis­ her beschrieben gleich aufgebaut. Im folgenden werden die Unterschiede herausgestellt.

Beim ersten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 1 bis 3 erläutert ist, ist zusätzlich im Zwischenkolben 5 ein Entlastungskanalabschnitt 28 angeordnet, der in eine Ringnut 29 mündet, die in der Mantelfläche des Zwischenkolbens 5 angeordnet ist und die mit dem Ein­ gang 31 des Entlastungskanals 22 zusammenwirkt. Der Anfang dieses Kanalabschnitts 28 hat seinen vom Druckraum 6 her vorgesehenen Eingang auf der unteren Stirnseite des Zwischenkolbens 5. Sobald der Zwischenkolben 5 einen bestimmen Vorhub h_V zurückge­ legt hat, wird die Ringnut 29 von dem Eingang 31 ge­ trennt, so daß kein Kraftstoff mehr aus dem Druck­ raum 6 durch den Entlastungskanal 22 abströmen kann. An der Mündung der Fülleitung 17 zum Druckraum 6 hin ist ein Rückschlagventil 32 angeordnet, so daß das Magnetventil 19 vom im Druckraum 6 herrschenden Hochdruck hydraulisch abgekoppelt ist.

In der Zuflußleitung 18 zum Pumpraum 4 kann ebenfalls ein Rückschlagventil 33 angeordnet sein, so wie es in beiden Ausführungsbeispielen dargestellt ist, es muß aber nicht vorgesehen sein. Durch das Rückschlag­ ventil 33 wird erreicht, daß der Kraftstoff in der Zuflußleitung 18 nur in Richtung Pumpraum 4 strömen kann. In jedem Fall wird nämlich die Zuflußleitung 18 durch die obere Stirnkante 34 oder eine entsprechende Kante des Zwischenkolbens gesteuert, indem nach Zurücklegung eines Ersthubes h_E diese Zuflußleitung 18 gesperrt wird, so daß ohnehin kein Kraftstoff aus dem Pumpraum 4 in die Zuflußleitung 18 strömen kann, was möglicherweise zu kleinen und aufgrund des Drosseleffekts auch drehzahlabhängigen Steuerein­ flüssen führen kann. Das im Pumpraum 4 vorhandene Flüssigkeitsvolumen ist dann endgültig eingeschlossen, wenn durch die obere Stirnkante 34 auch der Eingang 35 des Entlastungskanals 21 gesperrt ist.

Um eine deutlichere Drucktrennung zwischen Pumpraum 4 und Druckraum 6 bei der Kraftstoffzumessung zu erhalten, ist zwischen Pumpenkolben 1 und Zwischen­ kolben 5 eine Feder 36 eingespannt. Außerdem ist zur Druckregelung des den beiden Räumen zugeführten Kraftstoffes der Förderpumpe ein Druckhalteventil 37 im Niederdruckkraftstoffsystem angeordnet.

Bei entsprechender Gestaltung des Magnetventils 19 kann auch auf das Rückschlagventil 32 in der Füll­ eitung 17 verzichtet werden, wodurch einerseits der stets mit einem Rückschlagventil verbundene Druckver­ lust in der Kraftstoffströmung vermieden wird und andererseits ein allgemeiner Druckausgleich erzielbar ist, so daß vor jedem Saughub stets die gleiche Aus­ gangssituation gegeben ist.

Anhand des in Fig. 2 dargestellten Diagramms ist die Funktion dieses ersten Ausführungsbeispiels in be­ gleitender Darstellung von sieben Arbeitsstationen erläutert. Im Diagramm ist auf der Abszisse der Nockenwellendrehwinkel α in °NW aufgetragen und über der Ordinate der Hub h des Pumpenkolbens 1 bzw. Zwischenkolbens 5. Dadurch ergeben sich zwei Funktionskurven, nämlich die strichpunktiert dargestellte Hubkurve f_P des Pumpenkolbens 1 und die gestrichelt dargestellte Hubkurve f_F des Freikolbens 5.

Für die einzelnen Arbeitsstationen I bis VII ergibt sich folgendes Bild:

Station I: Die hier gewählte Pumpedüse weist in der Fülleitung 17 kein Rückschlagventil auf, so daß zwar das Magnetventil 19 hochdruckbelastet ist, andererseits in geöffnetem Zustand für einen Druckaus­ gleich sorgt, insbesondere dafür, daß stets die gleichen Ausgangsbedingungen herrschen. In dieser Station I nimmt der Pumpenkolben 1 seine untere Totpunktlage ein und der Zwischenkolben 5 ist in seiner unteren Ausgangslage (Endlage). Der Pumpraum 4 und der Druckraum 6 sind über die Entlastungs­ kanäle 21, 22 druckentlastet. Außerdem ist das Magnetventil 19 in Offenstellung (stromlos geöffnet), um zu gewährleisten, daß der Zwischenkolben 5 tatsächlich in der Endlage ist. Dadurch, daß in der Füll­ leitung 17 kein Rückschlagventil ange­ ordnet ist, kann sich bei ungewünschtem Antrieb der Kolben im Druckraum bei ge­ öffnetem Magnetventil 19 kein Ein­ spritzdruck aufbauen, so daß auf die Gefahr des ungewünschten Einspritzens in den Motor, beispielsweise im Schieb­ betrieb und abgestelltem elektronischen Steuergerät oder Versagen des Magneten, nicht stattfinden kann. Die Förderpumpe 15 kann außerdem in dieser Station mangels Volumenzunahme des Pumpraums 4 nicht in diesen fördern, so daß der Kraftstoff über das Druckbegrenzungs­ ventil 37 zurück zum Kraftstoffbehälter 16 strömt.

Unmittelbar vor Beginn des Saughubes des Pumpenkolbens 1 sperrt das Magnet­ ventil 19 die Fülleitung 17. Bei α₁ beginnt der Saughub des Pumpenkolbens 1.

Station II: Der Pumpenkolben 1 hat einen ersten Abschnitt h_PII des Saughubs zurückge­ legt, während der Kraftstoff dreh­ winkelgesteuert über das Rückschlag­ ventil 33 in den Pumpraum 4 strömt, um diesen aufzufüllen. Der Zwischenkolben 5 bleibt in seiner Endlage, da das Magnetventil 19 noch gesperrt ist. Bei α₂ öffnet das Magnetventil 19.

Station III: Der Pumpenkolben 1 hat seinen Saughub auf h_PIII nach oben fortgesetzt. Ab Öffnung des Magnetventils 19 strömte Kraftstoff in den Druckraum 6 und verschob den Zwischenkolben 5 nach oben, wobei die Mündung der Zufluß­ leitung 18 durch die obere Steuerkante 34 des Zwischenkolbens 5 gesperrt wird und zwischen Pumpenkolben 1 und Zwischenkolben 5 ein Flüssigkeits­ volumen eingeschlossen wird, das später beim Druckhub den Förderbeginn be­ stimmt. Da nun auch die Entlastungs­ kanäle 21 und 22 von Pumpraum 4 und Druckraum 6 getrennt und durch den Zwischenkolben 5 gesperrt sind, bewirkt der weitere Saughub des Pumpenkolbens 1 ein weiteres drehwinkelabhängiges Auf­ füllen des Druckraumes 6 über das Magnetventil 19 mit Kraftstoff, wobei das Magnetventil 19 durch das elektronische Steuergerät 24 so lange offengehalten wird, bis die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge zugemessen worden ist. In dem Abschnitt zwischen den Stationen III und IV verlaufen die Kurven f_P und f_F absolut parallel.

Station IV: Das Magnetventil 19 ist wieder ge­ sperrt, nachdem die gewünschte Ein­ spritzmenge ebenfalls drehwinkelab­ hängig in den Druckraum 6 zugemessen wurde. Im Druckraum 6 ist somit ein die Spritzmenge bestimmendes Flüssigkeits­ volumen vorgelagert. Während der Zwischenkolben bei diesem Hub h_FIV stehenbleibt, setzt der Pumpenkolben entsprechend der Nockensaughubflanke wie durch den Pfeil angedeutet, seinen Saughub fort, wobei im Pumpraum 4 ein Hohlraum entsteht, da kein weiterer Kraftstoff in den Pumpraum 4 oder in den Druckraum 6 nach­ strömen kann. Die Feder 36 hält dabei den Zwischenkolben 5 an dem im Druck­ raum 6 befindlichen Kraftstoffvolumen.

Station V: Der Pumpenkolben 1 hat nach Zurück­ legung des Hubes h_PV seine obere Tot­ punktlage erreicht, ohne daß sich die Flüssigkeitsmengen in den Räumen 4 und 6 ändern konnten.

Station VI: Der Druckhub des Pumpenkolbens 1, bei dem die Druckhubflanke des Nockens wirkt, hat begonnen und hat den Hohl­ raum im Pumpraum 4 wieder ausgeglichen, so daß das eingeschlossene Kraftstoff­ volumen als hydraulischer Stössel wirkt. Ab dieser Station beginnt die eigentliche Einspritzung, bei der über das eingeschlossene Kraftstoffvolumen der Zwischenkolben 5 durch den Pumpen­ kolben 1 angetrieben wird und aus dem Druckraum 6 (wie in Fig. 1 dargestellt) über den Druckkanal 7 Kraftstoff in den Düsendruckraum 8 fördert, so daß aufgrund dieses Druckes die Ventilnadel 11 entgegen der Kraft der Schließfeder 12 abhebt und Kraftstoff über die Spritzöffnungen 9 in den Brennraum des Motors eingespritzt wird.

Station VII: In dieser Station ist der Druckhub nahezu beendet, nachdem auch die Ein­ spritzung beendet wurde, indem durch die obere Stirnkante 34 des Zwischen­ kolbens 5 der Entlastungskanal 21 des Pumpraumes 4 und nahezu gleichzeitig durch Aufsteuern des Entlastungskanals 22 der Druckraum 6 aufgesteuert und beide Räume zum Kraftstoffbehälter 16 hin druckentlastet wurden. Der Zwischenkolben 5 wird nun noch vollends durch die Feder 36 in seine Endlage geschoben, wenn insbesondere das Magnetventil 19 wieder die in Station I dargestellte geöffnete Stellung einnimmt. Der Pumpenkolben 1 beendet noch seinen Druckhub nach unten, so daß ein neuer Zyklus beginnen kann.

Der Bereich unter der Zwischenkolbenkurve f_F gibt das Volumen des Druckraumes 6 an, hingegen der Bereich zwischen der Pumpenkolbenkurve f_P und der Zwischen­ kolbenkurve f_F gibt das Volumen des Pumpraumes 4 an. Der Pumpraum 4 nimmt bis zur Station II zu, um dann kurz später ab α₂ und bis zur Station IV konstant zu bleiben. Der Druckraum hingegen nimmt ab dem Punkt α₂ bis zur Station IV zu - die Spritzmenge strömt in den Druckraum 6. Nach der Station IV nimmt der Pumpraum 4, ohne daß Kraftstoff nachfließt, zu, während zwischen diesen Stationen das Volumen im Druckraum 6 konstant bleibt. Zwischen der Station VI und VII verlaufen die Kurven f_P und f_F parallel zueinander, während sich das Volumen unter dem Zwischenkolben 5, indem dieser Kraftstoff einge­ spritzt wird, entsprechend verringert. Spätestens bei der Station VII ist die Einspritzung beendet und der Pumpenkolben 1 sowie der Zwischenkolben 5 gelangen in die in Fig. 1 dargestellte Ausgangslage, aus der dann erst wieder der Vorhub h_V bzw. der Ersthub h_E des Zwischenkolbens 5 zurückgelegt sein muß, bevor der Zyklus mit dem Auffüllen des Pumpraumes 4 und danach des Druckraumes 6, so wie in den einzelnen Stationen beschrieben, wieder beginnen kann. In die Räume 4 und 6 sowie aus den Räumen 4 und 6 wird somit nur so viel Kraftstoff hin und her geschoben, wie für die Steuerung des Spritzbeginns bzw. für die Spritzmenge erforderlich ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante dieses ersten Ausführungsbeispiels ist die Fülleitung 17, in der das Magnetventil 19 angeordnet ist, zusätzlich durch den Zwischenkolben 105 gesteuert. Ein ent­ sprechender Abschnitt 117 dieser Fülleitung verläuft im Zwischenkolben 105 und weist an seiner Mündung ein Rückschlagventil 132 auf, das zum Druckraum 6 hin öffnet. Mit dem Eingang 39 dieses Abschnitts 117 der Fülleitung 17 wirkt der Ausgang 41 der Fülleitung 17 zusammen, soweit sie im Gehäuse 3 verläuft und wobei der Ausgang in der Wand der Zylinderbohrung 2 ange­ ordnet ist. Der Eingang 39 gelangt in Überdeckung mit dem Ausgang 41, wenn der Zwischenkolben 105 einen Aufsteuerhub h_A zurückgelegt hat.

Vom Zwischenkolben 105 wird außerdem eine zweite Fülleitung 42 gesteuert, die unmittelbar vom Raum niederen Drucks, also der Förderpumpe 15 zur Zylinderbohrung 2 führt, um dann im Zwischenkolben 105 fortgesetzt zu sein, wobei sie in der gezeigten Endlage des Zwischenkolbens 105 offen ist und nach Zurücklegung eines Tothubes h_T durch den Zwischen­ kolben 105 unterbrochen wird. Die übrigen Steuerhübe h_V und h_E sind wie zu Fig. 1 vorgesehen.

Die Steuerfolge sieht nun wie folgt aus: Sobald der Saughub des Pumpenkolbens 1 beginnt, strömt über die zweite Fülleitung 42 Kraftstoff in den Druckraum 6 und erst wenn dieser gefüllt ist, wird der Öffnungs­ druck des Rückschlagventils 33 überwunden, wonach der Kraftstoff in den Pumpraum 4 strömt. Der Kraftstoff­ strom in den Druckraum 6 wird dann unterbrochen, wenn der Zwischenkolben 105 den Tothub h_T zurückgelegt hat. Da der Tothub h_T etwas größer ist als der Auf­ steuerhub h_A wird nach Tothubende eine Verbindung zwischen den Fülleitungen 17 und 117 hergestellt. Der Zwischenkolben 105 verharrt nun nach Zurücklegung des Tothubes h_T, da kein weiterer Kraftstoff in den Druckraum 6 strömen kann, solange das Magnetventil 19 geschlossen ist. Stattdessen strömt über die Zufluß­ leitung 18 entsprechend der nockendrehwinkelabhäng­ igen Bewegung des Pumpenkolbens 1 Kraftstoff in den Pumpraum 4, da der Ersthub h_E in jedem Fall größer ist als der Tothub h_T. Wenn dann das Magnetventil 19 öffnet, wird die Kraftstoffzufuhr zum Pumpraum 4 durch Beenden des Ersthubes h_E unterbrochen und es strömt für den weiteren Saughub und zwar drehwinkel­ abhängig, der die Einspritzmenge bestimmende Kraft­ stoff über die Fülleitungen 17 und 117 in den Druck­ raum 6, so daß der Zwischenkolben 105 entsprechend nach oben geschoben wird. Der Schließzeitpunkt der Zuflußleitung 18 bestimmt somit den Spritzbeginn­ zeitpunkt, nämlich dadurch wieviel Kraftstoff über die Zuflußleitung 18 in den Pumpraum 4 fließen konnte.

Das Rückschlagventil 132 dieser Variante entspricht dem Rückschlagventil 32 in Fig. 1 mit dem Unter­ schied, daß es im Zwischenkolben 105 angeordnet ist. Der besondere Vorteil, der in dieser Variante vorge­ sehenen Steuerung, ist vor allem darin zu sehen, daß eine exakte Positionierung der Ausgangslage des Zwischenkolbens 105 erzielbar ist, so daß die über das Magnetventil 19 strömende und über dessen Schalt­ zeiten in Verbindung mit dem drehwinkelabhängigen Hub bestimmte Kraftstoffmenge der tatsächlich einzu­ spritzenden Menge entspricht. Totmengen, die bis zur gesteuerten Ausgangslage des Zwischenkolbens 105 er­ forderlich sind, werden unabhängig gesteuert und be­ einflussen somit bei dieser Variante nicht die tat­ sächliche, den Spritzbeginn und die Spritzmenge be­ stimmende Steuerung. Durch die Variante wird er­ reicht, daß die Öffnungszeit des Magnetventils 19 natürlich in Verbindung mit der Drehwinkelabhängig­ keit, die sich zudem mit der Drehzahl ändert, der tatsächlichen jeweils gewünschten zu steuernden Menge entspricht. Um einen Kurzschluß in der Endlage des Zwischenkolbens 105 zwischen den Räumen 4 und 6 über die Entlastungskanäle 21 und 22 zu vermeiden, führen diese jeweils direkt zum Kraftstoffbehälter 16, wobei in jedem dieser Entlastungskanäle 21 und 22 ein Rück­ schlagventil 23 vorgesehen ist.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, ist der Zwischenkolben 205 zweiteilig ausgebildet und besteht aus einem an den Pumpraum 4 angrenzenden Steuerkolben 44 und einem relativ zu diesem verschiebbaren, dem Druckraum 6 zugewandten Entlastungskolben 45. Beide Kolben 44 und 45 schließen zwischen sich einen ein Flüssigkeitsvolumen aufnehmenden Entlastungsraum 46 ein, der bei Förderende zum Kraftstoffbehälter 16 hin druckentlastet wird. Diese Druckentlastung erfolgt über im Steuerkolben 44 vorgesehene Entlastungskanäle 47, über eine im Gehäuse 103 der Zylinderbohrung 2 vorgesehene Rücklauföffnung 48 und eine an diese Rücklauföffnung 48 sich anschließende Rücklaufleitung 49. Diese Rücklaufleitung 49 ist mit dem Entlastungs­ kanal 21 des Pumpraumes 4 zusammengeschlossen, wonach im gemeinsamen Kanal das Rückschlagventil 23 vor­ gesehen ist, um ein Wiederansaugen des abgesteuerten Kraftstoffes zu verhindern. Bei entsprechender Aus­ legung dieses Rückschlagventils 23 dient es als Druckbegrenzungsventil, dessen Öffnungsdruck über den bei der Entlastung als bewegliche Wand dienenden Ent­ lastungskolben 45 den Standdruck in dem zur Ein­ spritzdüse führenden Druckkanal 7 festlegt. In einem solchen Fall dienen der vom Ventil 23 beherrschte Abschnitt der Rücklaufleitung 49 und der des Ent­ lastungskanals 21 als Raum niederen Drucks, in den hinein sowohl der Pumpraum 4 als auch der Ent­ lastungsraum 46 druckentlastbar sind. Wenn eine Ent­ lastung auf Atmosphärendruck erwünscht ist, kann die Rücklaufleitung 49 direkt zum Behälter 16 führen, ohne daß der Kraftstoff über ein Rückschlagventil strömen muß.

Der Entlastungskolben 45 ist über eine seine für die Entlastung notwendige Relativbewegung zum Steuer­ kolben 44 erlaubende Schleppverbindung 52 mit dem Steuerkolben 44 gekoppelt und eine dort vorhandene Rückstellfeder 53 ist bestrebt, beide Kolben 44 und 45 in eine die maximale Länge des Zwischenkolbens 205 bestimmende Ausgangslage zu drücken.

Der Entlastungsraum 46 ist über eine stets offene Drosselstelle 54 mit dem Pumpraum 4 verbunden. Über diese Drosselstelle 54 besteht somit eine Ausgleichs­ verbindung zwischen diesen beiden Räumen. Die für die Spritzbeginnbestimmung in den Pumpraum 4 drehwinkel­ abhängig zugemessene Kraftstoffmenge durchströmt den Entlastungsraum 4 mit Drosselstelle 54 und wird von der Zuflußleitung 18 her über eine Bohrung 55 in den Entlastungsraum 46 geleitet solange diese Bohrung 55 durch den Entlastungskolben 45 freigelegt ist. In der Zuflußleitung 18 ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Rückschlagventil 33 angeordnet, hingegen in der Fülleitung 17 zum Druckraum 6 hin wird auf ein Rück­ schlagventil verzichtet. Um zu vermeiden, daß bei Magnetausfall im Druckraum 6 befindlicher Kraftstoff zur Einspritzung gelangt, ist das Magnetventil 19 bei diesem Ausführungsbeispiel "stromlos geöffnet" ausge­ bildet.

Anhand des in Fig. 5 dargestellten Diagramms ist die Funktion dieses zweiten Ausführungsbeispiels wie beim ersten Ausführungsbeispiel in begleitender Darstell­ ung von sieben Arbeitsstationen erläutert. Im Dia­ gramm ist auf der Abszisse der Nockenwellendreh­ winkel α in °NW aufgetragen und über der Ordinate der Hub h des Pumpenkolbens 1. Die für die einzelnen Stationen I bis VII im Diagramm entnehmbaren Hübe h entsprechen nicht den den jeweiligen Stationsskizzen entnehmbaren Hüben, sondern sind vergrößert darge­ stellt, um die Funktion zu verdeutlichen.

Für die einzelnen Stationen I bis VII ergibt sich folgendes Bild:

Station I: Der Saughub des Pumpenkolbens 1 hat bereits begonnen, so daß Nockendreh­ winkel α- abhängig Kraftstoff in den Pumpraum 4 aus der Zuflußleitung 18 und über den Entlastungsraum 46 strömt. Während dieses ersten Saughubabschnittes ist das Magnetventil 19 noch gesperrt.

Station II: In den Pumpraum 4 ist die gewünschte, den Spritzbeginn bestimmende Kraft­ stoffmenge eingeströmt, wobei der Pumpenkolben 1 den Hub h_II zurückgelegt hat. Das Magnetventil 19 hat gerade ge­ öffnet, so daß Kraftstoff in den Druckraum 6 strömt, so daß der Steuer­ kolben 44 und der Entlastungskolben 45 entsprechend der fortgesetzten Saughub­ bewegung des Pumpenkolbens 1 nach oben geschoben werden. Durch den Entlast­ ungskolben 45 ist gerade die Zufluß­ leitung 18 gesperrt. Durch diesen Schaltvorgang des Magnetventils 19 wird somit einerseits der Spritzbeginn über das in den Pumpraum 4 gefüllte Volumen bestimmt und andererseits der Beginn der Zumessung der Spritzmenge in den Druckraum 6 eingeleitet.

Station III: Durch Umschalten des Magnetventils 19 in Sperrstellung wird hier gerade die Zumessung der Spritzmenge in den Druck­ raum 6 unterbrochen. Da diese Zumessung bei fortgesetztem Saughub des Pumpen­ kolbens 1 stattfand, ist sie dreh­ winkelabhängig gesteuert, sowie natürlich in Abhängigkeit der Auf­ steuerzeit des Magnetventils 19. Der Pumpenkolben hat hier den Hub h_III zurückgelegt, so daß das in den Druck­ raum 6 zugemessene Spritzvolumen den Hüben h_III-h_II entspricht. Die Fort­ setzung des Saughubes des Pumpenkolbens 1 hat keinen Einfluß auf die einge­ schlossenen Kraftstoffvolumina. Im Pumpraum 4 bzw. Entlastungsraum 46 entsteht nur ein entsprechender Hohl­ raum.

Station IV: Der Pumpenkolben 1 hat seine Endlage erreicht, in der vom Nocken nach dem Saughubabschnitt f_s jetzt der Rast­ abschnitt f_R wirksam ist, auf den dann der Druckhubabschnitt f_D folgt, durch den der Pumpenkolben 1 für seinen Druckhub angetrieben wird.

Station V: Der Pumpenkolben 1 hat den ersten Druckhub zurückgelegt und gerade wieder die in Station III gezeigte Stellung eingenommen, für die gerade der Hohl­ raum im Pumpraum 4 bzw. Entlastungsraum 46 ausgeglichen ist. Die Einspritzung kann aufgrund der in diesen Räumen ein­ geschlossenen Flüssigkeitsmengen be­ ginnen, - das Magnetventil 19 ist immer noch geschlossen - so daß der aus dem Druckraum 6 verdrängte Kraftstoff über den Druckkanal 7 zur Einspritzdüse hin gefördert wird. Wäre der Hohlraum kleiner, würde entsprechend der Spritzbeginn früher liegen und umgekehrt.

Station VI: Die Einspritzung ist beendet, nachdem der Steuerkolben 44 den Entlastungs­ kanal 21 und die Rücklaufleitung 49 aufgesteuert hat, so daß der im Pump­ raum 4 bzw. dem Entlastungsraum 46 eingeschlossene Kraftstoff aus diesen Räumen druckentlastend abströmen kann, wobei weiterer vom Pumpenkolben 1 im Pumpraum 4 beaufschlagter Kraftstoff während des restlichen Druckhubs des Pumpenkolbens 1 über den Entlastungs­ kanal 21 und zum Teil auch die Rück­ laufleitung 49 drucklos abströmt.

Station VII: Der Pumpenkolben 1 hat seine Druck­ hubendlage erreicht. Der Entlastungs­ kanal 21 und die Rücklaufleitung 49 sind vollends aufgesteuert, wobei eine vollständige Entlastung des Entlastungsraums 46 und damit des Druckraums 6 sowie der Druckleitung 7 bewirkt wird und wobei die Drossel­ stelle 54 einen Druckabfall zwischen Pumpraum 4 und Entlastungsraum 46 erzeugt, der ein Ausweichen des Ent­ lastungskolbens 45 nach oben für eine sichere und sehr schnelle Entlastung des Druckraums 6 und damit der Druck­ leitung 7 bewirkt. Das Magnetventil 19 ist immer noch geschlossen und wird erst in Station II des darauf folgenden Zyklus wieder geöffnet. Für einen Zyklus muß somit das Magnetventil nur einmal umgeschaltet werden.

Bezugszahlenliste

 1 Pumpenkolben
 2 Zylinderbohrung
 3, 103 Gehäuse
 4 Pumpraum
 5, 105, 205 Zwischenkolben (axial bew.)
 6 Druckraum
 7 Druckkanal
 8 Düsendruckraum
 9 Spritzöffnung
10 Ventilnadel
11 -
12 Schließfeder
13 Antriebsnocken
14 Rückstellfeder
15 Förderpumpe
16 Kraftstoffbehälter
17, 117 Fülleitung
18 Zuflußleitung
19 2/2 Magnetventil
20 -
21 Entlastungskanal von 4
22 Entlastungskanal von 6
23 Rückschlagventil
24 elektronisches Steuergerät
25 Gaspedal
26 Drehzahlgeber
27 Anschlüsse von 24 zu 19
28 Entlastungskanalabschnitt
29 Ringnut
30 -
31 Eingang zu 22
32, 132 Rückschlagventil
33 Rückschlagventil
34 obere Stirnkante
35 Eingang zu 21
36 Feder
37 Druckhalteventil
38 -
39 Eingang
40 -
41 Ausgang
42 Zweite Fülleitung zu 6
43 -
44 Steuerkolben
45 Entlastungskolben
46 Entlastungsraum
47 Entlastungskanäle
48 Rücklauföffnung
49 Rücklaufleitung
50 -
51 -
52 Schleppverbindung
53 Rückstellfeder
54 Drosselstelle
55 Bohrung
h Hub von 1 und 5
h_E Ersthub von 5
h_V Vorhub von 5
h_A Aufsteuerhub von 205
h_T Tothub
α Drehwinkel in [°NW]
h_P Pumpenkolbenhub
h_F Zwischenkolbenhub
f_P Funktionskurve des Pumpenkolbens
f_F Funktionskurve des Zwischenkolbens
I-VII Arbeitsstationen
X Kolbenbewegungsrichtung
f_s Saughubabschnitt
f_R Rastabschnitt
f_D Druckhubabschnitt

Claims (21)

1. Kraftstoffeinspritzverfahren für Brennkraft­ maschinen, insbesondere für Pumpedüsen,

• - bei dem ein Pumpraum (4) eines Hochdruck­ pumpsystems (1, 2) von einem eine Einspritz­ düse (7 bis 11) mit Kraftstoff versorgenden Druckraum (6) hydraulisch durch einen Zwischenkolben (5, 105, 205) getrennt ist, mit Druckentlastung des Pumpraums (4) und mindestens mittelbar des Druckraums (6) bei Förderende zu einem Raum niederen Drucks hin,
• - bei dem der Spritzbeginn und die Spritzmenge durch die Flüssigkeitsvolumina im Pumpraum (4) und im Druckraum (6) bestimmt werden,
• - bei dem der Zufluß von einer Flüssigkeits­ quelle niederen Drucks (15) her zum Pumpraum (4) zur Bestimmung des Flüssigkeitsvolumens steuerbar ist,
• - und bei dem das Füllen von Kraftstoff in den Druckraum (6) von der Kraftstoffquelle niederen Drucks her zur Spritzmengen­ bestimmung steuerbar ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß das den Spritzbeginn bestimmende Kraft­ stoffvolumen im Pumpraum (4) durch Auf­ steuern des Spritzmengenzuflusses in den Druckraum (6) festgelegt ist,
daß der Zwischenkolben (5, 105, 205) zu Beginn jedes Pumpzyklus den Kraftstoff­ zufluß zum Pumpraum (4) aufgesteuert hat,
daß drehwinkelgesteuert Kraftstoff in den Pumpraum (4) strömt,
daß die Spritzmenge drehwinkel- oder zeit­ gesteuert erfolgt durch Unterbrechen des Spritz­ mengenzuflusses zum Druckraum, und
daß das im Pumpraum (4) eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen bis gegen Ende des gesamten Zyklus und der tatsächlichen Ein­ spritzung eingeschlossen bleibt.

2. Kraftstoffeinspritzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Füllung des Druckraums (6) mit elektrisch/elektronischen Mitteln (19, 24) erfolgt.

3. Kraftstoffeinspritzverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Zwischenkolben (5, 205) eine in Richtung Ausgangslage wirkende Federkraft (36) angreift, die je­ doch geringer ist, als die durch die Kraft­ stoffquelle niederen Drucks erzeugte und am Zwischenkolben (5, 205) angreifende Kraft im Druckraum (6) abzüglich der entsprechenden hydraulischen Kraft im Pumpraum (4).

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

• - mit einem mechanischen Antrieb, vorzugs­ weise Nocken (13), bei konstantem Arbeits­ hub (h) eines Pumpenkolbens (1) des Hoch­ druckpumpsystems,
• - mit einer vom Druckraum (6) zur Einspritz­ düse (9) führenden Druckleitung (7, 8),
• - mit Steuerung des Eingangs des Entlastungs­ kanals (21) zur Druckentlastung des Pump­ raums (4) zum Raum niederen Drucks nahe der Endlage des in einer Zylinderbohrung (2) arbeitenden Zwischenkolbens (5) durch eine an diesem vorhandene Steuerkante (35),
• - mit einem gesteuerten Ventil (19) in einer Fülleitung (17) zwischen einer Förderpumpe (15) als Quelle niederen Drucks und dem Druckraum (6),

dadurch gekennzeichnet,
daß zum Pumpraum (4) eine Zuflußleitung (18) von der Förderpumpe (15) her vorhanden ist, deren Mündung durch eine Steuerkante (34) des Zwischenkolbens (5) nach Zurücklegung eines Ersthubes (h_E) aus dessen Endlage sperrbar ist, nachdem nockendrehwinkelabhängig die den Spritzbeginn bestimmende Menge in den Pumpraum (4) zugeflossen war,
daß das Verschieben des Zwischenkolbens (5) durch Aufsteuern des Ventils (19) und Füllen des Druckraumes (6) von der Förderpumpe (15) her bewirkt ist und
daß nach Zumessung der Spritzmenge in den Druckraum (6) das Ventil (19) die Fülleitung (17) sperrt nach einer drehwinkelabhängigen oder zeitgesteuerten Zumessung, wonach die im Pumpraum (4) und Druckraum (6) ein­ geschlossenen Volumina bis zum Beginn der Ein­ spritzung eingeschlossen und unverändert bleiben.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Magnetventil (19) ausgebildet ist und durch ein elektronisches Steuergerät (24), welches Motorkennwerte wie Drehzahl und Temperatur verarbeitet, angesteuert ist.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnet­ ventil (19) stromlos offen ist (Fig. 4).

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnet­ ventil stromlos geschlossen ist und in der Fülleitung (17) zwischen Magnetventil (19) und Druckraum (6) ein Rückschlagventil (32, 132) vorhanden ist.

8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Zuflußleitung (18) zum Pumpraum (4) hin ein Rückschlagventil (33) vorhanden ist.

9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der durch den Zwischenkolben (5) gesteuerten Entlastungs­ kanäle (21, 22) ein Rückschlagventil (23) vorhanden ist.

10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach An­ spruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei vom Zwischenkolben (5) gesteuerten Ent­ lastungskanäle (21, 22) miteinander verbunden sind und danach stromab der Ver­ bindungsstelle ein Rückschlagventil (23) vorhanden ist.

11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Druckraum (6) eine zweite vom Zwischenkolben (105) gesteuerte Füll­ eitung (42) führt, die in der Druckhub­ endlage des Zwischenkolbens (105) aufge­ steuert ist und nach Zurücklegung eines in Richtung Saughub gehenden Tothubes (h_T) des Zwischenkolbens (105) durch diesen sperrbar ist, wonach ebenfalls durch den Zwischen­ kolben (105) die durch das Ventil (19) gesteuerte Fülleitung aufgesteuert wird (Fig. 3).

12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangs­ hub (h_A) zum Aufsteuern der Fülleitung (17, 117) kleiner ist als der Tothub (h_T), der zum Schließen der zweiten Fülleitung (42) erforderlich ist und daß der Tothub (h_T) wiederum kleiner ist als der Ersthub (h_E), der zum Schließen der Zuflußleitung (18) zum Pumpraum (4) erforderlich ist, welcher wiederum kleiner ist als der Vorhub (h_V), der zum Verschließen der Entlastungskanäle (21, 22) durch den Zwischenkolben (105) er­ forderlich ist.

13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fülleitung (17, 117, 42) des Druckraumes (6) abschnittsweise im Zwischenkolben (105) verläuft.

14. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zwischenkolben (5, 205) in Richtung Druckraum (6) durch eine Feder (36) belastet ist.

15. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Feder (36) am Pumpenkolben (1) abstützt.

16. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zwischenkolben (205) zwei­ teilig ausgebildet ist und aus einem an den Pumpraum (4) angrenzenden Steuerkolben (44) und einem relativ zum Steuerkolben (44) ver­ schiebbaren, dem Druckraum (6) zugewandten Entlastungskolben (45) besteht und daß beide Kolben (44, 45) einen ein Flüssigkeits­ volumen aufnehmenden Entlastungsraum (46) einschließen, der zum Druckhubende des Pumpenkolbens (1) einen Entlastungskanal (48) zu einem Raum niederen Drucks hin aufsteuert (Fig. 4 und 5).

17. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ent­ lastungsraum (46) über eine stets offene Drosselstelle (54) im Steuerkolben (44) mit dem Pumpraum (4) verbunden ist.

18. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach An­ spruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß zum Pumpraum (4), dessen Menge Spritzbeginn bestimmend ist, über den Ent­ lastungsraum (46) erfolgt, indem die Zu­ flußleitung (18) in diesen Raum mündet und durch den Entlastungskolben (45) gesteuert, nach Beginn der Kraftstoffzumessung in den Druckraum (6) gesperrt wird.

19. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Entlastungskolben (45) über eine die Relativbewegung zum Steuer­ kolben (44) erlaubende Schleppverbindung (52) mit dem Steuerkolben (44) gekuppelt ist und daß eine Rückstellfeder (53) bestrebt ist, beide Kolben (44, 45) in eine die maximale Länge des Zwischenkolbens (205) bestimmende Ausgangslage zu drücken.