DE3732003A1 - Einspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung mit einem Vor­ einspritzkolben, der während seiner Hubbewegung einen seitlich in eine den Kolben umgebende Buchse angeordneten Zulauf absperrt und eine in der Buchse ausgebildete Druckkammer verkleinert, mit ei­ nem in einer Buchse verschiebbar gelagerten Haupteinspritzkolben, der bei seiner Hubbewegung einen seitlich in der Buchse ange­ brachten Zulauf absperrt und dabei eine Druckkammer in der Buchse verkleinert, und mit einer Verteilvorrichtung zum Verteilen der von dem Voreinspritzkolben bzw. dem Haupteinspritzkolben ver­ drängten Flüssigkeit auf verschiedene Stellen.

Eine derartige Einspritzvorrichtung wird insbesondere für die Einspritzung von Brennstoff in Zylinder eines Motors eingesetzt, wobei die Verteilvorrichtung üblicherweise aus einem Rotor gebil­ det ist, der um seine Längsachse rotierend seinen Auslaß mit ver­ schiedenen Einlaßkanälen verschiedener Zylinder verbindet.

Es ist bekannt, daß das Verbrennungsgeräusch eines Motors ver­ mindert werden kann, wenn vor der eigentlichen Haupteinspritzung eine geringe Brennstoffmenge in die Brennkammer voreingespritzt wird. Die Realisierung eines derartigen Einspritzsystems stößt aber auf erhebliche Schwierigkeiten. Während die Bereitstellung der voreingespritzten Menge mit Hilfe des Voreinspritzkolbens zunächst nicht problematisch erscheint, entstehen die Schwierig­ keiten jedoch dadurch, daß für die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung die Verwendung desselben Ausgangs der Verteil­ vorrichtung wünschenswert ist, um die Vor- und Haupteinspritzung mit jeweils nur einer Pumpeinrichtung für alle Zylinder des Motors zentral durchführen zu können. Da die Einspritzung mit einem hohen Druck erfolgen soll, kommt es normalerweise zu Ab­ flüssen der durch den Voreinspritzkolben bereitgestellten Vor­ einspritzmenge in die Zuleitung des Haupteinspritzkolbens, so daß in diesen Anordnungen auf die Realisierung einer Voreinspritzung verzichtet worden ist. In einer Anordnung mit mehreren Pumpen wird die Voreinspritzung regelmäßig für eine Nenndrehzahl bezüg­ lich der Voreinspritzmenge und des zeitlichen Abstandes zur Haupteinspritzung eingestellt. Bei höheren Drehzahlen bewegen sich die üblicherweise gekoppelten Voreinspritzkolben und Haupt­ einspritzkolben schneller, so daß der zeitliche Abstand zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung abnimmt. Darüber hinaus führt eine höhere Geschwindigkeit der Kolbenbewegungen zu einer höheren Verdichtung der Flüssigkeit in den Druckkammern, so daß bei hohen Drehzahlen auch das voreingespritzte Volumen zunimmt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ spritzvorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß die Dimensionierung der Voreinspritzmenge in der gewünschten Wei­ se möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Einspritzvorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Verteilvor­ richtung eine axiale Kammer aufweist, die an ihren beiden Enden eine Zuführungsleitung für die vom Voreinspritzkolben verdrängte Flüssigkeit bzw. die vom Haupteinspritzkolben verdrängte Flüssig­ keit sowie jeweils einen Sitz aufweist, daß in der Kammer ein Bolzen längsverschiebbar gelagert ist, dessen Enden so ausgebil­ det sind, daß sie an dem zugehörigen Sitz anliegen können, daß etwa mittig in der Kammer ein Auslaß angeordnet ist und daß An­ schliffe auf der Mantelfläche des Bolzens beiderseits des Auslas­ ses so angeordnet sind, daß nur der Anschliff jeweils einer Seite mit dem Auslaß kommuniziert, wenn das Ende des Bolzens auf der betreffenden anderen Seite an dem zugehörigen Sitz anliegt.

Erfindungsgemäß weist demzufolge die Verteilvorrichtung ein Schieberventil auf, das durch den jeweiligen Flüssigkeitsdruck, der von dem Voreinspritzkolben bzw. Haupteinspritzkolben erzeugt wird, verschoben wird und unter Einwirkung dieses Flüssigkeits­ druckes die Verbindung zwischen der unter Druck stehenden Zulauf­ leitung und dem etwa mittig angeordneten Auslaß über den An­ schliff auf dieser Seite des Bolzens herstellt. Durch die Ver­ schiebung des Bolzens gegen den Sitz auf der anderen, nicht un­ ter Druck stehenden Seite ist die Verbindung zwischen dem Auslaß und der Zuleitung auf dieser anderen Seite, die ebenfalls über Anschliffe herstellbar ist, unterbrochen. Das Schieberventil sorgt demzufolge dafür, daß die Voreinspritzmenge in den betref­ fenden Zylinder gelangen kann, ohne daß irgendeine Rückwirkung auf die Haupteinspritzleitung erfolgt. Ist die Voreinspritzung abgesteuert und dichtet der Haupteinspritzkolben die Zulauföff­ nung ab, steuert der dadurch entstehende Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer des Haupteinspritzkolbens das Schieberventil in die andere Richtung, so daß der Bolzen mit seinem voreinspritzseiti­ gen Ende an dem entsprechenden Sitz anliegt und somit über die Anschliffe die Verbindung über den Anschliff auf dieser Seite des Bolzens die Verbindung zwischen der Haupteinspritz-Zuführungslei­ tung und dem Hochdruckauslaß herstellt. Da in diesem Zustand die Verbindung zur Voreinspritz-Zuführungsleitung über die Anschlif­ fe auf der anderen Seite unterbrochen ist, wird ein Abfließen der Flüssigkeit über die inzwischen durcklos gewordene Voreinspritz- Zuführungsleitung sicher vermieden. Die Umsteuerung des Schiebe­ ventils erfolgt durch den aufgebauten Flüssigkeitsdruck inner­ halb kürzester Zeit, da nur eine geringe translatorische Bewegung des Bolzens erforderlich ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Enden des Bolzens als konisch zulaufende Spitzen ausgebildet, wobei die Sitze ent­ sprechend konisch verlaufende Wandstücke aufweisen. Die Enden bilden für die Flüssigkeiten Anströmkegel, wodurch einerseits ei­ ne große Fläche dem Flüssigkeitsdruck unterworfen wird, so daß eine relativ große Verschiebekraft für den Bolzen entsteht, und andererseits eine gleichmäßige Verteilung auf die auf der Um­ fangsfläche des Bolzens vorgesehenen Anschliffe erzielt wird.

Es ist für die Montage und für die Herstellbarkeit der Verteil­ vorrichtung zweckmäßig, wenn einer der Sitze an einer die Kammer begrenzenden Verstellschraube ausgebildet ist. Dadurch lassen sich geringe Fertigungstoleranzen, insbesondere hinsichtlich der Erstreckung der Anschliffe, jederzeit ausgleichen, indem der Hub für die Verschiebebewegung des Schiebeventils einstellbar ist. Durch völliges Herausschrauben der Verstellschraube läßt sich der Bolzen einfach in die Kammer der Verstellvorrichtung einbringen.

Die erfindungsgemäße Verteilvorrichtung setzt bei ihrer Anwendung auch bei sehr hohen Drehzahlen voraus, daß der Druckaufbau für die Voreinspritzung niemals gleichzeitig mit dem Druckaufbau für die Haupteinspritzung entsteht - jedenfalls wenn beide Drücke etwa gleich groß sind - . Um auch für hohe Drehzahlen einen defi­ nierten Abstand der Voreinspritzung zu der Haupteinspritzung zu erzielen, ist es außerordentlich vorteilhaft, wenn der Vorein­ spritzkolben eine vordere, den Zulauf absperrende Steuerkante und eine hintere, den Zulauf wieder freigebende Steuerkante aufweist, der Voreinspritzkolben steuerbar drehbar ist und wenn die Vorder­ seite des Voreinspritzkolbens am Umfangsrand ansteigend ausgebil­ det ist, so daß durch Drehung des Voreinspritzkolbens ein anderer Umfangsabschnitt des Voreinspritzkolbens mit einer auf einer an­ deren Höhe liegenden vorderen Steuerkante die Absperrung des Zu­ laufs besorgt.

In dieser Ausführungsform läßt sich durch Drehung des Vorein­ spritzkolbens der Zeitpunkt der Voreinspritzung einstellen. Be­ sonders zweckmäßig ist es, wenn der Voreinspritzkolben so ausge­ bildet ist, daß für eine vorverschobene Lage der vorderen Steuer­ kante ein geringerer Abstand zwischen der vorderen und der hinte­ ren Steuerkante wirksam ist. Dieser Ausbildung liegt die Erkennt­ nis zugrunde, daß bei höheren Drehzahlen normalerweise eine höhe­ re Voreinspritzmenge entsteht, so daß durch die Verringerung des Abstandes zwischen der vorderen und der hinteren Steuerkante die Voreinspritzmenge reduziert wird.

Für manche Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, wenn auch der Haupteinspritzkolben steuerbar drehbar gelagert ist und in ent­ sprechender Weise eine am Umfangsrand schräg ansteigende Vorder­ seite aufweist, so daß durch Drehung des Haupteinspritzkolbens ein anderer Umfangsabschnitt mit einer auf einer anderen Höhe liegenden Steuerkante die Absperrung des Zulaufs besorgt. Damit kann auch durch Drehung des Haupteinspritzkolbens der Zeitpunkt des Beginns der Haupteinspritzung je nach Bedarf nach vorn oder nach hinten verlegt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn Voreinspritzkolben und Haupt­ einspritzkolben mit einem gemeinsamen, drehzahlabhängigen Verstellmechanismus drehbar sind.

Mit der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung läßt sich somit eine genaue Dosierung der Vor- und Haupteinspritzmenge erzielen, da Übertritte der entsprechenden unter Druck stehenden Flüssig­ keitsmengen in das jeweils andere Leitungssystem nicht mehr zu befürchten sind. Darüber hinaus läßt sich der Zeitpunkt der Vor­ einspritzung relativ zu dem Zeitpunkt der Haupteinspritzung und ggf. die Menge der voreingespritzten Flüssigkeit drehzahlabhän­ gig einstellen, so daß eine optimale Voreinspritzung für alle Drehzahlen erreicht werden kann.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht mit teilweisen Schnittdarstellungen eines Voreinspritz- und eines Haupteinspritz­ systems sowie einer Verteilvorrichtung

Fig. 2 Kurven für die zeitlichen Verläufe von Vorein­ spritzung und Haupteinspritzung im ungeregelten und im geregelten Betrieb.

Fig. 1 zeigt eine Buchse 1, in der ein Voreinspritzkolben 2 längsverschiebbar gelagert ist. Der Voreinspritzkolben 2 weist an seinem vorderen Ende ein Steuerteil 3 auf, das drehfest mit dem Voreinspritzkolben 2 verbunden ist. In der Darstellung der Fig. 1, die eine hintere Ausgangsstellung des Voreinspritzkolbens 2 zeigt, liegt vor dem Steuerteil 3 des Voreinspritzkolbens 2 seitlich in der Buchse ein Zulauf 4 für Brennstoff. Durch eine Vorwärtsbewegung des Voreinspritzkolbens 2 deckt das Steuerteil 3 die Zulauföffnung 4 ab, wodurch der sich in der Buchse befindli­ che Brennstoff durch die weitere Vorwärtsbewegung des Vorein­ spritzkolbens 2 in einer am vorderen Ende der Buchse befindlichen Druckkammer 5 komprimiert wird und unter diesem Druck über einen Verteilerring 6 eines Rotors 7 in eine axiale Zulaufleitung 8 ge­ langt. Die unter Druck stehende Voreinspritzflüssigkeit verschiebt einen axial gelagerten Bolzen 9 mit seinem gegenüber­ liegenden, zu einer konischen Spitze 10 geformten Ende gegen ei­ nen mit entsprechenden konischen Wandteilen ausgebildeten Sitz 11. Der Bolzen 9 ist mit einer zylindrischen Mantelfläche passend von der Innenwand einer Kammer 12 umgeben. Auf seiner Mantel­ fläche weist der Bolzen von seinen beiden konischen Spitzen 10, 10′ ausgehend Anschliffe 12, 12′ auf, die sich bis vor die Mitte des Bolzens 9 erstrecken und etwa in der Mitte einen Ab­ stand voneinander aufweisen, der etwas größer ist als die Breite eines Verteilerrings 13, der mit einem Hochdruckauslaß 14 der Verteilvorrichtung 7 in Verbindung steht.

Ist der Bolzen 9 - wie in Fig. 1 dargestellt - in seine linke Ausgangsposition verschoben, kommunizieren die Anschliffe 12 auf der rechten Seite mit dem Hochdruckauslaß 14, während in dem Fall, in dem der Bolzen durch die komprimierte Voreinspritzflüs­ sigkeit nach rechts verschoben ist, die Anschliffe 12′ auf der linken Seite des Bolzens 9 mit dem Auslaß 14 kommunizieren. Durch die Verschiebung des Bolzens 9 nach rechts gegen den Sitz 11 kann die unter Druck stehende Voreinspritzflüssigkeit über die An­ schliffe 12′ zum Auslaß 14 gelangen.

Während der Beginn der Voreinspritzung durch die Lage einer vor­ deren Steuerkante 15 des Steuerteils 3 relativ zu dem Zulauf 4 bestimmt wird, beendet eine hintere Steuerkante 16 die Vorein­ spritzung, wenn sie die Zulauföffnung 4 wieder freigibt, so daß die unter Druck stehende Flüssigkeit aus der Druckkammer 5 über den Zulauf 4 abfließen kann, obwohl der Voreinspritzkolben 2 noch eine Hubbewegung nach vorn macht.

Fig. 1 läßt erkennen, daß die Lage der vorderen Steuerkante 15 relativ zu dem Zulauf 4 durch Drehung des Voreinspritzkolbens 2 um seine Längsachse veränderbar ist, weil die Vorderseite des Steuerteils 3 im Umfangsbereich schräg ansteigend ausgebildet ist. Die Zeichnung läßt ferner erkennen, daß für verschiedene Drehstellungen der Abstand zwischen der vorderen Steuerkante 15 und der hinteren Steuerkante 16 geringer wird, so daß die Druck­ ausübung mittels des Voreinspritzkolbens 2 über einen geringeren Hub des Voreinspritzkolbens 2 wirksam wird. Dadurch läßt sich der Erhöhung der Voreinspritzmenge durch eine höhere Verdichtung auf­ grund einer höheren Kolbengeschwindigkeit für höhere Drehzahlen entgegenwirken.

In einer zweiten Buchse 17 ist ein Haupteinspritzkolben 18 gela­ gert, der ebenfalls eine durch Drehung verstellbare vordere Steu­ erkante 19 aufweist, die den Beginn der Haupteinspritzung fest­ legt, indem sie einen seitlichen Zulauf 20 vollständig schließt. Der so in einer vorderen Druckkammer 21 komprimierte Brennstoff gelangt über einen Verteilerring 22 in eine zentrale Zulauflei­ tung 23, die gegen die konische Spitze 10 des Bolzens 9 gerich­ tet ist. Der Druckaufbau in der Zulaufleitung 23 führt zu einer Verschiebung des Bolzens nach links in die in der Fig. 1 darge­ stellten Stellung, so daß eine Verbindung zwischen der Zulauflei­ tung 23 und dem Hochdruckauslaß 14 über die Anschliffe 12 auf der rechten Seite des Bolzens 9 hergestellt wird. Der Sitz 11 und die Zulaufleitung 23 sind in einer Verstellschraube 24 realisiert, die vollständig aus der Verstellvorrichtung 7 herausschraubbar ist. Diese Verstellschraube ermöglicht den einfachen Einsatz des Bolzens 9 in die Verstellvorrichtung und ggf. eine Justierung des Verstellhubes für den Bolzen 9.

Die hinteren, aus den Buchsen 1 bzw. 17 herausragenden Enden des Voreinspritzkolbens 2 bzw. des Haupteinspritzkolbens 18 werden mit (nicht dargestellten) separaten Hubantrieben angetrieben. Sie sind über Ansätze 25 bzw. 26 mit einem gemeinsamen Hubantrieb 27 verbunden, der einen Verstellmechanismus für die die Höhe der vorderen Steuerkanten 15 bzw. 19 festlegenden Winkelposition des Voreinspritzkolbens 2 und des Haupteinspritzkolbens 18 darstellt. Dieser Verstellmechanismus wird von einem drehzahlabhängigen Reg­ ler betätigt und bewirkt eine entsprechende Winkelverstellung des Voreinspritzkolbens 2 und ggf. des Haupteinspritzkolbens 18. Der Haupteinspritzkolben 18 weist keine hintere Steuerkante auf, weil die Absteuerung der Haupteinspritzmenge regelmäßig durch ein se­ parates Steuerventil erfolgt.

Fig. 2 zeigt in Spalte a) den gewünschten Verlauf für die Vor­ einspritzung 28 und die Haupteinspritzung 29, wie sie für eine bestimmte Drehzahl eingestellt worden sind. Im ungeregelten Be­ trieb nimmt die Menge der Voreinspritzung 28′ mit zunehmender Drehzahl zu. Darüber hinaus verringert sich der zeitliche Ab­ stand zwischen der Voreinspritzung 28′ und der Haupteinspritzung 29′. Bei einer sehr hohen Drehzahl geht die Voreinspritzung 28′′ praktisch in die Haupteinspritzung 29′′ über.

In Spalte b) ist der Verlauf von Voreinspritzung 28 und Hauptein­ spritzung 29 im geregelten Zustand dargestellt. Durch die Drehung in die geeignete Winkelstellung des Voreinspritzkolbens 2 und ggf. des Haupteinspritzkolbens 18 wird erreicht, daß für alle Drehzahlen der gewünschte Kurvenverlauf erhalten bleibt.

Claims (7)

1. Einspritzvorrichtung mit einem Voreinspritzkolben (2), der während seiner Hubbewegung einen seitlich in einer den Kol­ ben (2) umgebenden Buchse (1) angeordneten Zulauf (4) ab­ sperrt und eine in der Buchse (1) ausgebildete Druckkammer (5) verkleinert, mit einem in einer Buchse (17) verschieb­ bar gelagerten Haupteinspritzkolben (18), der bei seiner Hubbewegung einen seitlich in der Buchse (17) angebrachten Zulauf (20) absperrt und dabei eine Druckkammer (21) in der Buchse (17) verkleinert, und mit einer Verteilvorrichtung (7) zum Verteilen der von dem Voreinspritzkolben (2) bzw. dem Haupteinspritzkolben (18) verdrängten Flüssigkeit auf verschiedene Stellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ teilvorrichtung (7) eine axiale Kammer aufweist, die an ihren beiden Enden eine Zuführungsleitung (8, 23) für die vom Voreinspritzkolben (2) bzw. vom Haupteinspritzkolben (18) verdrängte Flüssigkeit sowie jeweils einen Sitz (11, 11′) aufweist, daß in der Kammer ein Bolzen (9) längsverschiebbar gelagert ist, dessen Enden (10, 10′) so ausgebildet sind, daß sie an dem zugehörigen Sitz (11, 11′) anliegen können, daß etwa mittig in der Kammer ein Auslaß (14) angeordnet ist und daß Anschliffe (12, 12′) auf der Mantelfläche des Bolzens (9) beiderseits des Auslasses (14) so angeordnet sind, daß nur der Anschliff (12 bzw. 12′) jeweils einer Seite mit dem Auslaß (14) kommuniziert, wenn das Ende (10′ bzw. 10) des Bolzens (9) auf der betreffenden anderen Seite an dem zugehörigen Sitz (11 bzw. 11′) anliegt.

2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Enden des Bolzens (9) als konisch zulaufende Spitzen (10, 10′) ausgebildet sind und daß die Sitze (11, 11′) entsprechend konisch verlaufende Wandstücke aufweisen.

3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer der Sitze (11, 11′) an einer die Kammer begrenzenden Verstellschraube (24) ausgebildet ist.

4. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Voreinspritzkolben (2) eine vordere, den Zulauf (4) absperrende Steuerkante (15) und eine hintere, den Zulauf wieder freigebende Steuerkante (18) aufweist, daß der Voreinspritzkolben (2) steuerbar drehbar ist und daß die Vorderseite des Voreinspritzkolbens (2) am Umfangsrand ansteigend ausgebildet ist, so daß durch Drehung des Voreinspritzkolbens (2) ein anderer Umfangsabschnitt des Voreinspritzkolbens (2) mit einer auf einer anderen Höhe liegenden vorderen Steuerkante (15) die Absperrung des Zulaufs (4) besorgt.

5. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Voreinspritzkolben (2) so ausgebildet ist, daß für eine vorverschobene Lage der vorderen Steuerkante (15) ein geringerer Abstand zwischen der vorderen Steuerkante (15) und der hinteren Steuerkante (16) wirksam ist.

6. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch der Haupteinspritzkolben (18) steuerbar drehbar gelagert ist und eine am Umfangsrand schräg anstei­ gende Vorderseite aufweist, so daß durch Drehung des Haupt­ einspritzkolbens (18) ein anderer Umfangsabschnitt mit einer auf einer anderen Höhe liegenden vorderen Steuerkante (19) die Absperrung des Zulaufs (20) besorgt.

7. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Voreinspritzkolben (2) und der Haupteinspritzkolben (18) mit einem gemeinsamen drehzahlab­ hängigen Verstellmechanismus (27) drehbar sind.