DE3714942C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Benzineinspritz­ einrichtung für Verbrennungsmotoren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine solche aus der US-PS 44 36 247 bekannte Einrichtung weist ein zylindrisches Rückschlagventil auf, das auf dem Ventilnadelschaft abgedichtet gleitet. Die Ventilna­ del ist in einer Druckaufbaukammer angeordnet, zwischen der Ventilnadel und dem Rückschlagventil ist eine Druck­ feder angeordnet. Das obere Ende der Ventilnadel ragt in eine von dem Rückschlagventil aus gesehen stromaufwärts angeordnete Einlaßkammer hinein. Da die Schließkräfte sowohl für die Ventilnadel als auch für das Rückschlag­ ventil von nur einer Druckfeder erzeugt werden, kann der Benzindruck in der Druckaufbaukammer nicht erhöht wer­ den. Da das obere Ende des Ventilnadelschaftes in die Einlaßkammer hinein ragt, beeinflussen Druckschwankungen in der Einlaßkammer die Betriebszeiten des Düsenventils. Öffnungszeiten und Schließzeiten des Düsenventils werden so unharmonisch.

Zum Stand der Technik wird weiter auf die US-PS 45 61 590 hingewiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hoch­ druck-Benzineinspritzeinrichtung zu schaffen, bei der Benzin unter hohem Druck exakt gesteuert in die Verbren­ nungskammer eines Verbrennungsmotors indiziert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Erfindung an.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ein­ spritzeinrichtung,

Fig. 2 eine Darstellung des in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitts in ver­ größertem Maßstab;

Fig. 3 eine Längsschnittansicht wesentli­ cher Teile der Einrichtung in einem Zustand, in dem der Druck in der Druckaufbaukammer geringer ist als der Druck, bei dem das Ventil geöff­ net wird,

Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Darstel­ lung in einem Zustand, in dem der Druck aufgebaut wird,

Fig. 5 eine Fig. 3 entsprechende Darstel­ lung in einem Zustand, in dem das Ventil eingespritzt wird.

Die Einspritzeinrichtung 1 ist mit einem Führungsloch 6 versehen, das in einem Halteblock 4 ausgebildet ist. Dieser hält einen Rumpf 3 eines Benzineinspritzers 2. Ein Kolben 5 einer Tauchkolbenpumpe 7 wird abgedichtet aber beweglich von dem Führungsloch 6 gehalten. Eine Kompressionskammer 8 der Kolbenpumpe 7 steht über eine Benzineinlaßöffnung 9, eine Einlaßkammer 10 und ein zy­ lindrisches Rückschlagventil 11 in dem Rumpf 3 des Ben­ zineinspritzers 2 mit der Druckaufbaukammer 12 in Ver­ bindung.

In der Druckaufbaukammer 12 befindet sich ein Düsenven­ til 14, das Spritzlöcher 13 schließt, die an dem äußer­ sten Endabschnitt des Rumpfes 3 des Benzineinspritzers ausgebildet sind. Der Ventilnadelschaft 15 der Ventilna­ del 14 erstreckt sich longitudinal in die Druckaufbau­ kammer 12. Der obere Endabschnitt des Ventilnadelschaf­ tes 15 erstreckt sich abdichtend aber beweglich in einer Bohrung 17, die in der oberen Wand 16 der Einlaßkammer 10 ausgebildet ist. Der Teil des Ventilnadelschafts 15, der in der Druckaufbaukammer 12 angeordnet ist, ist mit einem Federhalter 19 für eine Rückschlagventilfeder 18 versehen, die zwischen dem Federhalter 19 und der Unter­ seite des Rückschlagventils 11 gehalten wird.

Das zylindrische Rückschlagventil 11 ist dicht und be­ weglich in den Rumpf 3 des Benzineinspritzers 2 einge­ paßt, so daß der Ventilnadelschaft 15 der Ventilnadel sich durch den inneren Freiraum des Rückschlagventils 11 erstreckt, wobei er einen Benzinkanal 22 zwischen der zylindrischen Innenwand 20 des Rückschlagventils 11 und der zylindrischen Außenwand 21 des Ventilnadelschafts 15 frei läßt.

Auf dem Teil des Ventilnadelschafts 15, der in der Ein­ laßkammer 10 angeordnet ist, befindet sich ein ringför­ miger Ansatz 23, dessen Unterseite als Anschlag 24 für das Rückschlagventil 11 ausgebildet ist. Dessen Obersei­ te 25 bei Schließen der Ventilnadel 14 den Druck auf­ nimmt.

Das Düsenventil 14 weist weiter oberhalb des ringförmi­ gen Ansatzes 23 einen Abschnitt auf, dessen Durchmesser dem Abschnitt, der sich innerhalb der Druckaufbaukammer 12 befindet, entspricht. Die Ventilschließ- und -öffnungskraft durch Differenzen der Flächen beider Ab­ schnitte nicht erzeugt.

Eine Schließfeder 27, die das Düsennadelventil 14 ela­ stisch auf den Ventilsitz in der Druckaufbaukammer 12 drückt, ist in einer Federkammer 28 angeordnet, die an der Oberseite der Einlaßkammer 10 durch Abteilung ausge­ bildet ist. Ein unterer Federhalter 29 für die Schließ­ feder 27 ist in dem unteren Abschnitt der Federkammer 28 vorgesehen, so daß er mit dem oberen Ende des Ventilna­ delschaftes 15, der sich durch die Bohrung 17 in der Fe­ derkammer 28 erstreckt, in Kontakt steht. Die Federkraft der Schließfeder 27, also die Ventilschließkraft für das Düsennadelventil 14, ist so ausgelegt, daß sie durch Fe­ derkrafteinstellmittel 30, die von außerhalb des Rumpfes 3 des Benzineinspritzers zugänglich sind, eingestellt wird.

Der Kolben 5 der Tauchkolbenpumpe 7, die Brennstoff in die Druckaufbaukammer 12 des Benzineinspritzers 2 preßt, weist einen gekreuzt verlaufenden Benzineinlaßkanal 31 und ein Einlaßventil 33 vom Kugelventiltyp auf, das an dem unteren Abschnitt des Longitudinalkanals 32 des Ben­ zineinlaßkanals 31 angeordnet ist, d. h. an dem Endab­ schnitt der Kolbendruckkammerseite. In dem Longitudinal­ kanal 32 ist eine Stange 35 vorgesehen, die sich durch diese so erstreckt, daß sie das Einlaßventil 33 durch Betätigung eines Kugelventilteils 34 des Einlaßventils 33 in die geöffnete Stellung zwingt. Die Stange 35 weist oberhalb des Kreuzungspunktes des gekreuzt verlaufenden Benzineinlaßkanals 32 vergrößerten Durchmesser auf, der dichtend und beweglich in den Longitudinalkanal 32 ein­ gepaßt ist. Der obere Endabschnitt der Stange 35 ist durch eine Feder 36, die den Ventilschließdruck für das Einlaßventil 33 erzeugt, nach unten gerichtet elastisch vorgespannt, wobei ihr unteres Ende mit dem oberen Ende der Stange 35 in Berührung ist. Die Mittel 37, die das Einlaßventil 33 öffnen, bestehen also aus der Stange 35 und der Feder 36.

Das eine Ende eines Transversalkanals des gekreuzt ver­ laufenden Benzineinlaßkanals steht über ein Rückschlag­ ventil 39 und ein Benzinfilter 40 mit einer Einspritz­ pumpe 41 in Verbindung, das andere mit der Düsenfeder­ kammer 28 des Benzineinspritzers 2 über Benzinverbin­ dungskanäle 42, die durch den Halteblock 4 und den Rumpf 3 des Benzineinspritzers gebohrt sind. Es kann so eine definierte Kraftstoffmenge in die Kolbendruckkammer 8 und die Düsenfederkammer 28 der Benzineinspritzpumpe 41 gefördert werden. Die Mittel 37 zum Öffnen des Ventils 33 nehmen den Druck in dem Benzineinlaßkanal 31 über den Abschnitt der Stange 35 mit vergrößertem Durchmesser auf und schließen das Einlaßventil 33 durch Heraufziehen der Stange 35, wenn der Druck in dem Benzineinlaßkanal 31 größer wird als die Federkraft der Feder 36, die den Ventilschließdruck für das Einlaßventil 33 liefert. Dem­ zufolge wird der Druck in der Federkammer 28 gleich der Federkraft der Feder 36, die den Ventilschließdruck er­ zeugt, so daß die Federkammer 28 wie ein Benzindrucker­ höher funktioniert. Ein Benzinmeßmittel 43 dosiert den Benzindurchsatz von der Benzineinspritzpumpe zu der Tauchkolbenpumpe 7.

Wenn der Druck in der Kolbendruckkammer 8 fällt, wenn der Kolben 5 nach Vollendung seines Benzinförderstoßes den unteren Todpunkt durchschreitet, öffnet, das Einlaß­ ventil 33 aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Drücken in der Kolbendruckkammer 8 und dem Benzineinlaß­ kanal 31 und der Düsenfederkammer 28. Benzin wird einge­ lassen und schließt von dem Benzineinlaßkanal 31 und der Düsenfederkammer 28 in die Kolbendruckkammer 8. In die­ ser wird das Benzin auf einem vorgegebenen Druck gehal­ ten, während der Kolben 5 durch den Druck des eingelas­ senen Benzins zu seinem oberen Todpunkt zurückgeschoben wird. Der Druck in der Düsenfederkammer 28 sinkt, weil die Benzinmenge, die der Kapazität der Kolbendruckkammer 8 entspricht, aus der Kammer 28 abgeschlossen ist. Wenn die Benzinmenge von der Benzineinspritzpumpe 41 in die Düsenfederkammer 28 gefördert ist, fließt die abgegebene Benzinmenge in die Düsenfederkammer 28 nach, so daß der Druck in der Federkammer 28 wieder auf den erstgenannten Druck ansteigt. Da die dosierte abgegebene Benzinmenge kleiner ist als die Menge, die der vollen Hubkapazität der Federkammer 28 entsprechen würde, wird der Druck in dem Benzineinlaßkanal 31 und der Federkammer 28 kleiner als die Federkraft der Feder 36, die den Ventilschließ­ druck des Einlaßventils erzeugt, das Einlaßventil 33 wird mit erheblicher Kraft offen gehalten.

Danach, wenn die Tauchkolbenpumpe 7 den Kompressionsstoß beginnt, fließt das Benzin in der Kolbendruckkammer 8 in die Düsenfederkammer 28 wegen der Verbindung über die Kolbendruckkammer 8, den Benzineinlaßkanal 31 und die Düsenfederkammer 28 zurück, bis der Druck in jeder die­ ser Kammern 8, 28 und dem Kanal 31 bis zu dem Grad der Federkraft der Feder 36, die den Ventilschließdruck des Einlaßventils liefert, gestiegen ist. Und dann, wenn die Drücke in der Kolbendruckkammer 8, der Düsenfederkammer 28 und dem Benzineinlaßkanal 31 dem gesetzten Druck der Feder 36, die den Ventilschließdruck des Einlaßventiles liefert, entsprechen, wird das Einlaßventil 33 geschlos­ sen. Wenn die Kapazität der Düsenfederkammer 28 und des Benzineinlaßkanals 31 gesetzt werden, wird in diesem Fall die dosierte Menge von gefördertem Benzin in der Kolbendruckkammer 8 bleiben und das verbleibende Benzin wird so komprimiert, daß es durch den Kompressionsbe­ trieb des Kolbens 5 an den Benzineinspritzer 2 geliefert wird, nachdem das Einlaßventil 33 geschlossen worden ist.

Auf der anderen Seite wird, solange der Druck in der Druckaufbaukammer 12 kleiner ist als der von der Düsen­ feder 27 gesetzte, das Benzin niemals in die Verbren­ nungskammer injiziert, weil das Düsenventil 14, wie Fig. 3 zeigt, mit dem Düsenventilsitz 26 in Verbindung gehal­ ten wird.

Wenn das Benzin das von der Tauchkolbenpumpe 7 gelie­ fert wird, in den Benzineinspritzer 2 fließt, wird, wie in Fig. 4 gezeigt, das zylindrische Rückschlagventil 11 durch den Benzindruck gegen die Federkraft der Rück­ schlagventilfeder 18 geöffnet, so daß das unter Druck stehende Benzin in die Druckaufbaukammer 12 einfließt. Da die Federkraft der Rückschlagventilkammer 18 klein genug ist, das Rückschlagventil 11 gegen die Unterseite des ringförmigen Ansatzes 23 zu drücken, wird in diesem Fall der Druck der einkommenden Benzinmenge nicht sehr durch die Anwesenheit des Rückschlagventils vermindert. Mehr noch, obwohl der Benzindruck auch auf den ringför­ migen Ansatz 23 wirkt, der sich innerhalb der Einlaßkam­ mer 10 befindet, wenn das Benzin hereinfließt, beein­ flußt der Druck kaum das Düsenventil 14, während das Rückschlagventil offen ist, weil sowohl die Oberseite als auch die Unterseite des ringförmigen Ansatzes 23 die gleiche Fläche haben.

Am Ende des Förderstoßes des Kolbens 5, bewirkt der Druck in der Druckaufbaukammer 12 und die Federkraft der Rückschlagventilfeder 18, die auf die Unterseite des Rückschlagventiles 11 wirkt, daß das zylindrische Rück­ schlagventil 11 gegen den Rückschlagventilsitz 24 drückt, der auf der Unterseite des ringförmigen Ansatzes 23 des Düsenventilschaftes 15 innerhalb des Einlaßventi­ les 10 angebracht ist, so daß der Benzinfluß in die Druckaufbaukammer 12 blockiert wird. In diesem Fall wirkt die resultierende Kraft, die sich aus dem Druck in der Druckaufbaukammer 12 und der Federkraft der Rück­ schlagventilfeder 18 zusammensetzt, als Ventilöffnungs­ kraft auf das Düsenventil 14, und die resultierende Kraft, die sich aus der Federkraft der Düsenfeder 27 und dem Benzindruck zusammensetzt, der auf die Oberseite des ringförmigen Ansatzes 23 innerhalb der Einlaßkammer 10 wirkt, wirkt als Ventilschließkraft. Die Ventilöffnungs­ kraft und die Ventilschließkraft sind zueinander gleich­ mäßig ausbalanciert.

Dann, wenn der Kolben 5 der Tauchkolbenpumpe 7 seinen Rückstoß beginnt und der Druck in der Kolbendruckkammer 8 in dem Maße fällt, in dem die Düsenventilschließkraft, die auf der Oberseite des ringförmigen Ansatzes 23 in der Einlaßkammer 10 wirkt, fällt, wie in Fig. 5 gezeigt, wird das Düsenventil 14 von dem Düsenventilsitz 26 durch die Differenzkraft zwischen der Düsenventilöffnungskraft und der Düsenventilschließkraft angehoben, so daß das unter hohem Druck stehende Benzin, das in der Druckauf­ baukammer 12 eingelagert ist, mit einem Schlag in die Verbrennungskammer injiziert wird. Zu diesem Zeitpunkt wirkt die Rückschlagventilfeder 18 kaum auf die Düsen­ ventilöffnungskraft, weil die Rückschlagventilfeder 18 auf dem Düsenventilschaft 15 so gehalten ist, daß sie mit dem Düsenventil 14 zusammen bewegt wird.

Zusätzlich zu der Einrichtung, die in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben ist, in dem die dosierte Benzinmenge so ausgelegt ist, daß sie an den Benzinein­ spritzer der Einspritzeinheit geliefert wird, kann die vorliegende Erfindung ebenso sowohl in einer Einspritz­ einheit Verwendung finden, in der das Benzin undosiert geliefert wird, als auch in einem Einspritzer, der über eine Hochdruckbenzinleitung mit einer Einspritzpumpe vom Kolbentyp verbunden ist.

Claims (9)

1. Hochdruck-Benzineinspritzeinrichtung für Verbrennungsmotoren, die folgendes umfaßt;

• a) Einen Rumpf (3) eines Benzineinspritzers, mit Spritzlöchern (13), einer Druckaufbaukammer (12) und einer Einlaßkammer (10);
• b) eine Ventilnadel (14), die mittels einer Schließfeder (27) gegen die Spritzlöcher (13) vorgespannt ist und deren Ventilnadel­ schaft (15) longitudinal sowohl durch die Druckaufbaukammer (12) als auch durch die Einlaßkammer (10) ragt, wobei der Ventil­ nadelschaft (15) dicht und beweglich in eine Bohrung (17) in der oberen Begrenzungswand der Einlaßkammer (10) eingepaßt ist;
• c) ein Rückschlagventil (11), dessen zylindrischer Ventilkörper den Ventilnadelschaft (15) der Ventilnadel (14) umschließt und vorgespannt ist;

gekennzeichnet durch

• e) eine Tauchkolbenpumpe (7), deren Förderöffnung mit der Einlaß­ kammer (10) verbunden ist;
• f) einen ringförmigen Ansatz (23), der auf dem Ventilnadelschaft (15) innerhalb der Einlaßkammer (10) ausgebildet ist; und
• g) eine Rückschlagventilfeder (18), die zwischen dem Rückschlag­ ventilkörper und dem Ventilnadelschaft (15) angeordnet ist, wobei
• h) das Rückschlagventil (11) dicht und verschiebbar in den Einspritzerrumpf (3) eingepaßt ist und zwischen dem Ventilkörper des Rückschlagventils (11) und dem Ventilnadelschaft (15) ein Benzinkanal ausgebildet ist und wobei
• i) das Rückschlagventil (11) mittels der Rückschlagventilfeder (18) gegen die Unterseite (24) des ringförmigen Ansatzes (23) abgestützt ist.

2. Hochdruck-Benzineinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Federkammer (28) an der Oberseite der Einlaßkammer (10) durch Abteilung ausgebildet ist und der obere Endabschnitt des Ventilnadelschaftes (15) so weit in die Federkammer (28) hineinragt, daß das obere Ende des Ventil­ nadelschaftes (15) gegen einen Federhalter (29) für das untere Ende der Schließfeder (27) gedrückt ist.

3. Hochdruck-Benzineinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, gekenn­ zeichnet durch von außen zugängliche Federkrafteinstellmittel (30) für die Schließfeder (27) an dem oberen Endabschnitt des Benzineinspritzers.

4. Hochdruck-Benzineinspritzeinrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ventilnadelschaftes (15) innerhalb der Druckaufbaukammer (12) der gleiche wie derjenige oberhalb des ringförmigen Ansatzes (23) ist.

5. Hochdruck-Benzineinspritzeinrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Benzinein­ spritzer eine Baueinheit bildet.

6. Hochdruck-Benzineinspritzeinrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Druckaufbaukammer (12) zu fördernde Benzinmenge entsprechend der Motordrehzahl bestimmt ist.

7. Hochdruck-Benzineinspritzeinrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil (39), eine Dosiereinrichtung (30) und Mittel zum Öffnen eines Einlaßventiles (hydraulisch gesteuert) stromaufwärts einer Benzineinspritzpumpe (41) zum Fördern von Benzin in die Kolben­ druckkammer (8) der Tauchkolbenpumpe (7) bzw. eines Einlaßventils (33) der Tauchkolbenpumpe (7).

8. Hochdruck-Benzineinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkammer (28) als Meß-/Dosierspeicher ausgebildet ist.