DE3721025A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor wie beispielsweise einem Dieselmotor. Insbesondere be­ trifft die Erfindung eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei modernen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen der in Rede stehenden Art ist es zunehmend üblich geworden, ein elektromagnetisches Ventil zu verwenden, um die Menge des eingespritzten Kraftstoffs oder die Einspritzzeit und Einspritzzeit­ dauer zu steuern. Ein Beispiel einer solchen Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist bekannt (JP-U-OS 60-97.339). Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist ein elektromagnetisches Ventil auf, das in einem Rücklauf für Kraftstoff angeordnet ist, um so die eingespritzte Kraftstoffmenge zu steuern. Das elektromagnetische Kraft­ stoff-Steuerventil dieses Standes der Technik wird so betrieben, daß der Rück­ lauf zum Rückführen von Kraftstoff von einem Kolben in einen Ansaugraum geöff­ net wird, um dadurch die Kraftstoffeinspritzung zu unterbrechen oder zu been­ den. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung hat also die Eigenschaft, daß die Kraftstoffversorgung des Motors blockiert wird, um den Motor abzuschalten. Um dies zu erreichen,weist die bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung außerdem ein elektromagnetisches Ventil auf, das in einem Einlaß angeordnet ist, so daß dieser geschlossen werden kann, um eine Kraftstoffzufuhr in eine Hochdruckkammer zu blockieren. Das die Kraftströmung unterbrechende elektromagnetische Ventil, das hier vorgesehen ist, unterbricht die Kraftstoffzufuhr zu der Hochdruckkammer sofern das erstgenannte elektromagnetische Kraftstoff-Steuerventil beschädigt ist während es in der vollständig geschlossenen Stellung steht. Auf diese Weise ist es unmöglich, daß zufällig Kraftstoff dem Motor zugeführt wird.

Eine Schwierigkeit tritt dadurch auf, daß das elektromagnetische Kraftstoff- Steuerventil sich im Moment der Beschädigung in halb geschlossener Stellung be­ finden kann anstatt in vollständig geschlossener Stellung oder in vollständig geöffneter Stellung. Unter diesen Umständen bildet das beschädigte, halb ge­ schlossene Ventil lediglich eine Drosselstelle, über die der Ansaugraum in Strö­ mungsverbindung mit der Hochdruckkammer steht. Folglich strömt Kraftstoff durch den Rücklauf in die Hochdruckkammer während des Ansaugtakts des Kolbens. Ande­ rerseits wird ein Teil des Kraftstoffs während des Kompressionstakts des Kol­ bens durch die Drosselstelle gepreßt und in die Ansaugkammer zurückgeführt, während der restliche Kraftstoffanteil dem Motor zugeführt wird. Folglich ar­ beitet der Motor kontinuierlich weiter, auch wenn das elektromagnetische Kraft­ stoff-Steuerventil beschädigt ist.

Unter Berücksichtigung der zuvor erläuterten Schwierigkeiten besteht die Auf­ gabe der Erfindung darin, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit solchen konstruktiven Merkmalen zu versehen, daß ein unverzüglicher Halt eines Mo­ tors unabhängig von der jeweiligen Ventilstellung des elektromagnetischen Kraftstoff-Steuerventils erfolgt, soweit letzteres beschädigt ist.

Die beanspruchte Kraftstoffeinspritzeinrichtung löst die zuvor aufgezeigte Aufgabe durch das Merkmal des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Mit die­ ser Konstruktion ist das elektromagnetische Kraftstoff-Steuerventil geöffnet, um so eine Rückströmung von Kraftstoff aus der Hochdruckkammer in den An­ saugraum zu ermöglichen und dadurch die eingespritzte Kraftstoffmenge zu steuern. Das im Rücklauf angeordnete Rückschlagventil verhindert, daß Kraft­ stoff aus dem Ansaugraum in die Hochdruckkammer strömt, und zwar auch dann, wenn das elektromagnetische Kraftstoff-Steuerventil bei Eintritt einer Be­ schädigung gerade eine halb geschlossene Position einnimmt. Folglich wird ein Motor unverzüglich abgeschaltet, unabhängig von der aktuellen Stellung des beschädigten elektromagnetischen Kraftstoff-Steuerventils.

Eine Vielzahl anderer Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beispiel­ haft erläutert wird. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch ein Schaltbild, das die grundsätzliche Konstruktion der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung zeigt,

Fig. 2 im Längsschnitt in detaillierterer Darstellung eine erfindungsge­ mäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung und

Fig. 3 in einer vergrößerten Darstellung im Längsschnitt einen Teil der Kraftstoffeinspritzeinrichtung aus Fig. 2.

Wie Fig. 1 zeigt, weist die Kraftstoffeinrichtung einen Ansaugraum 5 auf, in dem vorübergehend Kraftstoff gespeichert ist, der seinerseits mittels eines Kolbens 10 in eine Hochdruckkammer 13 zur Abgabe an einen nicht dargestellten Motor eingesaugt wird. Der Ansaugraum 5 und die Hochdruckkammer 13 sind mit­ einander über einen Rücklauf 20 verbunden, in dem ein elektromagnetisches Kraftstoff-Steuerventil 21 angeordnet ist. Außerdem ist im Rücklauf 20 noch ein Rückschlagventil 43 angeordnet, das zwischen der Arbeitsseite des Steuer­ ventils 21, also abströmseitig, und dem Ansaugraum 5 angeordnet ist und dazu dient, eine Rückströmung von Kraftstoff aus dem Ansaugraum 5 in die Hoch­ druckkammer 13 zu verhindern. Der dadurch erzielte Effekt ist im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert worden.

Fig. 2 zeigt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung vom Verteilertyp, in der die Erfindung verwirklicht ist. Gezeigt ist selbstverständlich nur ein insoweit bevorzugtes Ausführungsbeispiel.

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist einen Körper 1, 2 auf, der aus einem hohlen zylinderischen Gehäuse 1 und einem Kopf 2 besteht, wobei das Gehäuse 1 am Ende einen Bereich mit verringertem inneren Durchmesser aufweist und der Kopf 2 mit dem anderen Ende des Gehäuses 1 verbunden ist, um dieses zu schliessen. Im Gehäuse 1 ist eine Antriebswelle 3 drehbar angeordnet, deren eines Ende aus dem Gehäuse 1 herausragt, so daß es antriebsmäßig mit einem nicht dargestellten Motor verbunden werden kann. Eine Förderpumpe 4 ist mit der Antriebswelle 3 verbunden, und zwar an einer Position nahe dem gegen­ überliegenden Ende der Antriebswelle 3. Die Förderpumpe 4 wird von der An­ triebswelle 3 angetrieben, um Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Kraft­ stoffeinlaß anzusaugen und diesen Kraftstoff unter Druck einem Ansaugraum 5 zuzuleiten, der gemeinsam vom Gehäuse 1 und vom Kopf 2, also vom Körper 1, 2, gebildet ist.

Eine Nockenscheibe 7 ist axial beweglich mit dem gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle 3 mittels einer Klauenkupplung 6 verbunden. Ein Rollenlager 8 ist umfangsseitig um die Klauenkupplung 6 herum angeordnet und mit dem Gehäuse 1 verbunden. Das Rollenlager 8 trägt eine Vielzahl von Rollen 9, die sich in rollender Anlage an einer Nockenfläche an einer Stirnseite der Nockenscheibe 7 befinden. Die Nockenscheibe 7 ist mit einem später zu beschreibenden Kolben 10 verbunden, der von einer Kolbenfeder 11 belastet ist, so daß die Nockenfläche der Nockenscheibe 7 in Anlage an den Rollen 9 gehalten wird.

Der Kolben 10 ist gleitend verschiebbar in einer schaftartigen Kolbenfassung 12 angeordnet, die mit dem Kopf 2 verbunden ist und ist in der Kolbenfassung 12 drehbar und hin und her verschiebbar beweglich und zwar entsprechend der Dreh­ bewegung der Antriebswelle 3. Die Kolbenfassung 12 und der darin laufende Kol­ ben 10 bilden gemeinsam miteinander eine Hochdruckkammer 13. Der Kolben 10 hat eine Mehrzahl von umfangsmäßig verteilt angeordneten axialen Ansaugnuten 14, die in der Anzahl der Anzahl von Motorzylindern (nicht dargestellt) entsprechen und sich entlang eines Endbereichs des Kolbens 10 erstrecken. Die Ansaugnuten 14 stehen an einem Ende mit der Hochdruckkammer 13 in Strömungsverbindung. Jede der Ansaugnuten 14 wird in Überlappung mit einer Einlaßöffnung 15 in der Kol­ benfassung 12 gebracht, während der Kolben 10 in einer überlagerten, hin und her gehenden und drehenden Bewegung in einem bestimmten Winkelbereich befind­ lich ist. Die Einlaßöffnung 15 befindet sich über einen Ansaugkanal 16 in Ver­ bindung mit dem Ansaugraum 5, wobei der Ansaugkanal 16 sich durch die Kolben­ fassung 12 und den Kopf 2 erstreckt. Ein die Kraftstoffzufuhr unterbrechendes elektromagnetisches Ventil 17 ist am Kopf 2 angebracht, so daß der Ansaugka­ nal 16 wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann.

Der Kolben 10 weist weiter eine zentrische, longitudinale Bohrung auf, die nicht zu erkennen ist, sich aber am einen Ende in die Hochdruckkammer 13 öff­ net. Das andere Ende der longitudinalen Bohrung steht mit einer radial ge­ richteten Auslaßöffnung 18 am Kolben 10 in Verbindung. Die Auslaßöffnung 18 kann nacheinander mit einer Mehrzahl von winkelmäßig verteilt angeordneten Verteilungsnuten in Übereinstimmung gebracht werden (die Verteilungsnuten sind nicht dargestellt), die in der Kolbenfassung 12 ausgebildet sind und sich durch die Kolbenfassung 12 und den Kopf 2 erstrecken. Dies erfolgt durch die Bewegung des Kolbens 10. Die Verteilungsnuten entsprechen zahlen­ mäßig den Ansaugnuten 14 und werden in Strömungsverbindung mit dem Inneren einer Mehrzahl von Auslaßanschlüssen gehalten. Die Auslaßanschlüsse 19 sind ihrerseits durch nicht dargestellte Einspritzrohre mit entsprechenden Kraft­ stroffeinspritzventilen (nicht dargestellt) verbunden, durch die Kraftstoff in die entsprechenden Motorzylinder eingespritzt wird.

Im Kopf 2 und in der Kolbenfassung 12 gemeinsam ist ein Rücklauf 20 definiert, der eine Rückströmung von Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 13 zurück in den Ansaugraum 5 erlaubt. Der Rücklauf 20 weist einen ersten Abschnitt 22 von der Hochdruckkammer 13 zu einem elektromagnetischen Kraftstoff-Steuerventil 21 auf, das später noch näher beschrieben wird, ferner einen zweiten Abschnitt 23, der sich vom elektromagnetischen Kraftstoff-Steuerventil 21 zum Ansaugraum 5 erstreckt und schließlich einen dritten Abschnitt 24, der im elektromagne­ tischen Krafstoff-Steuerventil 21 selbst ausgebildet ist.

Fig. 3 zeigt den Bereich des elektromagnetischen Kraftstoff-Steuerventils 21 in etwas vergrößerter und genauerer Darstellung. Das Steuerventil 21 weist einen Ventilkörper 25 auf, der am Kopf 2 angeschraubt ist und einen mit einem Außengewinde versehenen ringförmigen Stator 26 aufweist, der integraler Be­ standteil eines unteren Endes des Ventilkörpers 25 ist. Der Stator 26 hat eine Mehrzahl von konzentrischen Ringnuten 27, in denen eine Mehrzahl von Erregerspulen 28 angeordnet sind. Die Erregerspulen 28 werden so erregt, daß eine Erregerspule 28 einen Erregerstrom in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung des Erregerstroms in der benachbarten Erregerspule 28 führt. Ein mit einem Innengewinde versehener tassenartiger Deckel 29 ist auf den Stator 26 aufgeschraubt und ein ringförmiger Anker 30 wird im Deckel 29 beweglich ge­ halten, und zwar in Gegenüberstellung zum Stator 26. Der Anker 30 ist im Mittel­ bereich mit einer Stange 31 verbunden, die axialbeweglich am Deckel 29 gela­ gert ist, und zwar mit Hilfe einer ersten Ventilfeder 34, wobei die Ventil­ feder 34 zwischen einem mit dem Deckel 29 verbundenen Federhalter 32 und einem an der Stange 31 befestigten Federhalter 33 wirkt.

Ein zylindrisches Ventilsitzelement 35 ist zwischen dem Kopf 2 und dem Ven­ tilkörper 25 fixiert und beinhaltet den zuvor erläuterten dritten Abschnitt 24 des Rücklaufs 20. Der dritte Abschnitt 24 weist eine Kraftstoff-Einlaßöff­ nung 36 auf, die an einem Ende mit dem ersten Abschnitt 22 des Rücklaufs 20 in Strömungsverbindung steht. Ferner umfaßt der Abschnitt 24 einen Kraft­ stoffsumpf 37 im Anschluß an das andere Ende der Einlaßöffnung 36, eine Kraftstoff-Auslaßkammer 38 im Anschluß an den Kraftstoffsumpf 37 und eine Aufnahmekammer 39, die die Auslaßkammer 38 mit dem zweiten Abschnitt 23 des Rücklaufs 20 verbindet. Das Ventilsitzelement 35 hat ferner eine axiale Mittelbohrung 40, in der ein Ventilelement 41 verschiebbar angeordnet ist. Das Ventilelement 41 hat die Form einer langgestreckten Stange. Das untere Ende des Ventilelements 41 geht im hier dargestellten Ausführungsbeispiel integral in die Stange 31 über. Das obere Ende des Ventilelements 41 steht einem ersten ringförmigen Ventilsitz 42 gegenüber, der auf einer abgeschräg­ ten inneren Wandung ausgebildet ist, die den Kraftstoffsumpf 37 und die Aus­ laßkammer 38 voneinander trennt. Sind die Erregerspulen 28 nicht erregt, so wird das Ventilelement 41 vom Ventilsitz 42 weg durch die Kraft der Ventil­ feder 34 nach unten gedrückt, so daß dadurch der dritte Abschnitt 24 des Rücklaufs 20 geöffnet ist. Durchströmt Erregerstrom die Erregerspulen 28, so wird der Anker 30 nach oben gezogen zum magnetisierten Stator 26 hin. Das hat das Ergebnis, daß das Ventilelement 41 sich abdichtend auf den Ven­ tilsitz 42 schmiegt und dadurch den dritten Abschnitt 24 des Rücklaufs 20 absperrt.

In der Aufnahmekammer 39 im Ventilsitzelement 35 befindet sich im darge­ stellten Ausführungsbeispiel ein Rückschlagventil 43, das ein hier als Ven­ tilkugel ausgeführtes Ventilelement 44 und eine das Ventilelement 44 gegen einen zweiten Ventilsitz 46 drückende zweite Ventilfeder 45 aufweist. Der zweite Ventilsitz 46 ist an einer abgeschrägten inneren Wandung ausgebildet, die die Auslaßkammer 38 und die Aufnahmekammer 39 für das Rückschlagventil 43 voneinander trennt.

Wird die Antriebswelle 3 bei der zuvor erläuterten, bevorzugten Kraftstoff­ einspritzeinrichtung vom Verbrennungsmotor aktiv in Drehung versetzt, so dreht sich die Nockenscheibe 7, wobei sie gleichzeitig gegen die Rollen 9 gedrückt wird. Dadurch führt der Kolben 10 eine gleichzeitig drehende und hin und her gehende Bewegung aus. Wenn nun in dieser Phase das Ventil 17 geöffnet ist und das elektromagnetische Kraftstoff-Steuerventil 21 aktiviert ist und seine geschlossene Stellung einnimmt, führt eine zurückgehende Be­ wegung des Kolbens 10 im Ansaugtakt dazu, daß die Ansaugnuten 14 nacheinan­ der mit der Einlaßöffnung 15 in Überlagerung kommen, woraufhin der Kraft­ stoff im Ansaugraum 5 durch den Ansaugkanal 16 in die Hochdruckkammer 13 gesaugt wird. Während des Kompressionstakts bei sich vorwärts bewegendem Kolben 10 wird die Auslaßöffnung 18 in Überlagerung mit den nicht darge­ stellten Verteilungsnuten gebracht, um den Kraftstoff entsprechend auszu­ stoßen.

Während des Kompressionstakts des Kolbens 10, wenn die Stromversorgung der Erregerspulen 28 des Steuerventils 21 unterbrochen wird, um den Stator 26 zu entmagnetisieren, werden der Anker 30 und das Ventilelement 41 durch die Ven­ tilfeder 34 nach unten bewegt, weg vom Ventilsitz 42. Dadurch wird der Kraft­ stoffsumpf 37 in Strömungsverbindung mit der Auslaßkammer 38 gebracht. Durch diese Strömungsverbindung steigt der Druck in der Auslaßkammer 38 so weit an, daß das Ventilelement 44 des Rückschlagventils 43 entgegen der Federkraft der zweiten Ventilfeder 45 vom Ventilsitz 46 abgehoben wird. Dadurch wird die Auslaßkammer 38 mit der Aufnahmekammer 39 des Rückschlagventils 43 in Verbindung gebracht. Nunmehr steht also die Hochdruckkammer 13 strömungs­ mäßig in Verbindung mit dem Ansaugraum 5 über den Rücklauf 20, so daß Kraft­ stoff aus der Hochdruckkammer 13 durch den Rücklauf 20 in den Ansaugraum 5 zurückströmen kann. Dadurch sinkt der Druck in der Hochdruckkammer 13 und die aktive Einspritzung von Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 13 wird be­ endet.

Wenn man nun den Motor anhalten will, wird das die Kraftstoffzufuhr unter­ brechende elektromagnetische Ventil 17 betätigt, um den Ansaugkanal 16 zu schließen, damit die Kraftstoffströmung aus dem Ansaugkanal 16 in die Hoch­ druckkammer 13 blockiert ist. Da der Druck in der Hochdruckkammer 13 während des Ansaugtakts des Kolbens 10 sinkt, würde Kraftstoff durch den Rücklauf 20 aus dem Ansaugraum 5 in die Hochdruckkammer 13 eingesaugt werden, falls die Hochdruckkammer 13 über den Rücklauf 20 mit dem Ansaugraum 5 in Verbindung stünde. Aufgrund der vorliegenden Erfindung und des damit vorgesehenen Rück­ schlagventils 43 im Rücklauf 20 jedoch steht die Hochdruckkammer 13 außer Strömungsverbindung mit der Aufnahmekammer 39, da das Ventilelement 44 ab­ dichtend am zweiten Ventilsitz 46 anliegt. Folglich ist eine Rückströmung von Kraftstoff aus dem Ansaugraum 5 in die Hochdruckkammer 13 verhindert. Dies gilt auch dann, wenn das elektromagnetische Kraftstoff-Steuerventil 21 be­ schädigt ist, wobei es sich gerade in der halb geschlossenen oder gar in der voll geöffneten Stellung befindet. Das Rückschlagventil 43 gewährleistet also, daß auch in diesem Fall eine unerwünschte Zuströmung von Kraftstoff in die Hochdruckkammer 13 sofort verhindert wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen insoweit ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er­ findung, als das Rückschlagventil 43 in das elektromagnetische Kraftstoff- Steuerventil 21 integriert ist. Selbstverständlich sind auch andere Konstruk­ tionen möglich, insbesondere könnte das Rückschlagventil 43 auch in dem zwei­ ten Abschnitt 23 des Rücklaufs 20, also im Kopf 2 angeordnet sein.

Claims (3)

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit

• a) einem einen Ansaugraum (5) aufweisenden Körper (1, 2),
• b) einer im Körper (1, 2) ausgebildeten Hochdruckkammer (13),
• c) einem beweglich im Körper (1, 2) angeordneten Kolben (10), wobei durch Bewegung des Kolbens (10) Kraftstoff aus dem Ansaugraum (5) in die Hochdruckkammer (13) ansaugbar und aus der Hochdruckkammer (13) aus­ stoßbar ist,
• d) einem im Körper (1, 2) ausgebildeten Rücklauf (20) zum Rückführen von vom Kolben (10) einzuspritzendem Kraftstoff in den Ansaugraum (5) und
• e) einem elektromagnetischen Kraftstoff-Steuerventil (21) im Rücklauf (20) zum gesteuerten Öffnen und Schließen des Rücklaufs (20),

dadurch gekennzeichnet,

• f) daß im Rücklauf (20) zwischen der Arbeitsseite des Steuerventils (21) und dem Ansaugraum (5) ein Rückschlagventil (43) angeordnet und durch das Rückschlagventil (43) eine Rückströmung von Kraftstoff aus dem An­ saugraum (5) in die Hochdruckkammer (13) verhinderbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (43) in das Steuerventil (21) integriert ist.