DE3838147C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aus Pumpe und Düse bestehende magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine luftverdichtende Brennkraftmaschine gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der DE 27 42 466 C2 ist eine derartige magnetventil- gesteuerte Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, bei der mittels eines Elektromagneten mit einem Steuerventil für die Blockierung des Kraftstoffrücklaufs und eines den Kraftstoffvorlauf zur Düsennadel unterbrechenden Steuerschiebers der Einspritzbeginn und das Einspritzende gesteuert werden.

Das hier verwendete Steuerventil ist ein Vorsteuerventil, durch das nachfolgend der den Kraftstoffvorlauf steuernde Steuerschieber beeinflußt wird. Bei vollständigem Ver­ schluß des Kraftstoffzulaufs durch den Steuerschieber wird der geförderte Kraftstoff unter hohem Pumpendruck über die vom Ventilsitz sich abhebende Düsennadel eingespritzt. Das Einspritzende wird durch Öffnen des Vorsteuerventiles nach Absetzen der Erregung des Elektromagneten sowie gleich­ zeitigem Öffnen des Steuerschiebers eingeleitet.

Mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Art lassen sich störende harte Verbrennungsgeräusche kaum vermeiden.

Ferner ist aus der DE 33 28 089 A1 eine magnetventil- gesteuerte Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, deren Elektromagnet auch ein Steuerventil zur Steuerung des Einspritzbeginns und Einspritzendes betätigt. Das Steuer­ ventil ist mit seinem Ventilschaft in einer mit dem Ventilgehäuse fest verbundenen Hülse längsverschiebbar geführt, die einen Kanal aufweist, welcher die Kraft­ stoffeinspritzleitung mit der Rücklaufleitung bei geöff­ netem Steuerventil verbindet. Mit der hier getroffenen Ausführung läßt sich keine Einspritzcharakteristik durch­ führen, die sich vorteilhaft auf die Verbrennungsgeräusche auswirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die aus Pumpe und Düse bestehende magnetventilgesteuerte Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung gemäß der DE 33 28 089 A1 durch einfache bauliche Maßnahmen dahingehend zu verbessern, daß sich eine deutliche Reduzierung der Verbrennungs­ geräusche ergibt.

Durch die Verwendung eines auf dem Steuerventil eines Elektromagneten gleitend geführten Trägheitskolbens, der eine Verbindung der Einspritzleitung mit dem Kraftstoff­ rücklauf herstellt und somit die Einspritzung während eines Arbeitszyklusses pro Motorzylinder kurzzeitig unter­ bricht, erfolgt eine Unterteilung der Einspritzung in eine Vor- und Haupteinspritzung. Die Voreinspritzung ist hierbei eine Maßnahme, um die bei Dieselmotoren auftretenden hohen Verbrennungsgeräusche beträchtlich herabzusetzen. Bis zum Wirksamwerden des Trägheitskolbens wird ein geringer Teil der Einspritzmenge in den Brennraum eingespritzt und nach einer sehr kleinen Einspritzpause - sobald der Trägheits­ kolben außer Funktion ist - der restliche Hauptteil der Einspritzmenge eingespritzt.

Die Einspritzung in eine zeitlich abgesetzte Vor- und Haupteinspritzung aufzuteilen, ist zwar aus der DE 37 57 731 A1 bekannt, allerdings handelt es sich dabei um eine Pumpe in der Ausführung als Verteilereinspritzpumpe mit einem Dreh- und Hubbewegungen ausführenden Verteilerkolben. Problematisch ist die Zuteilung kleiner Voreinspritzmengen insbesondere bei hohen Drehzahlen, da während einer Umdrehung des Verteilerkolbens die Brennräume sämtlicher Zylinder der Brennkraftmaschine zu versorgen sind. Die Schaltzeiten des Magnetventiles müssen sehr kurz ausfallen. Nachteilig ist auch der immer größer werdende Abstand zwischen Vor- und Haupteinspritzung - in grad Kurbelwinkel betrachtet - bei zunehmender Drehzahl.

Die Maßnahmen gemäß den Unteransprüchen ermöglichen vor­ teilhafte Weiterbildungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine baueinheitlich zusammengefaßte Pumpe und Düse sowie Magnet­ ventil,

Fig. 2 bis 4 in vergrößerter Darstellung eine Einzelheit aus Fig. 1, die den Trägheitskolben in ver­ schiedenen Stellungen zeigt,

Fig. 5 den Trägheitskolben in Grundstellung mit einer Überströmbohrung.

Eine in Fig. 1 gezeigte magnetventilgesteuerte Einspritz­ vorrichtung 1 für luftverdichtende selbstzündende Brenn­ kraftmaschinen besteht im wesentlichen aus einer Pumpe 2 und Düse 3 sowie aus einem Elektromagneten 4, die bauein­ heitlich zusammengefaßt sind. Der Elektromagnet 4 weist ein schaftartig ausgebildetes Steuerventil 5 auf, dessen in einen Steuerraum 6 hineinragender Ventilschaft 7 am freien Ende zu einem Ventilteller 8 ausgebildet ist, der die Öffnung 9 einer von dem Steuerraum 6 wegführenden und mit einem Kraftstoffbehälter (nicht dargestellt) in Verbindung stehenden Rücklaufleitung 10 steuert. Auf dem Ventilschaft 7 ist ein diesen umgebender, drehgesicherter und als Trägheitskolben wirkender Steuerschieber 11 ent­ gegen einer Rückstellfeder 12 längsverschiebbar geführt. Der Steuerschieber 11 liegt in seiner Ausgangstellung an einem erweiterten Teil 13 des Ventilschaftes 7 unter Feder­ vorspannung an. Dieser Teil 13 ist im Gehäuse 14 der Bau­ einheit geführt.

Der Ventilschaft 7 besteht im langgestreckt ausgeführten Steuerraum 6 aus zwei im Durchmesser unterschiedlich großen Abschnitten 15 und 16, von denen der dem erweiterten Teil 13 zugewandte obenliegende Abschnitt 16 unter Bildung einer zur Ventilschaftlängsachse hin einspringenden Stufe 17 sich an den untenliegenden Abschnitt 15 anschließt.

Der auf dem Abschnitt 15 gleitend geführte Steuerschieber 11 ist an seinem oberen Ende mit einem Innenbund 18 versehen, der als Abstützung für die in dem aus Steuerschieber 11 und Abschnitt 16 gebildeten Ringraum 19 angeordnete Rückstell­ feder 12 dient, die sich am gegenüberliegenden Ende an der Stufe 17 abstützt.

Der Abschnitt 15 enthält eine Bohrungsanordnung, die sich aus einer zentral im Ventilschaft 7 erstreckenden Sack­ bohrung 20 sowie aus einer die Sackbohrung kreuzenden Radial­ bohrung 21 besteht. In den Steuerschieber 11 ist eine Radialbohrung als Steuerbohrung 22 vorgesehen, die mit der Radialbohrung 21 im Sinne einer Unterbrechung der Ein­ spritzung zusammenwirkt und die Verbindung einer zur Düse führenden Kraftstoffeinspritzleitung 23 mit der Rücklauf­ leitung 10 herstellt. Die Kraftstoffeinspritzleitung 23 mündet seitlich in den langgestreckten Steuerraum 6 und ist mit einem von einem mechanisch betätigten Pumpenkolben 24 begrenzten Pumpenarbeitsraum 25 ständig verbunden.

In Fig. 5 ist eine sich von den Fig. 2 bis 4 abhebende Ausführung gezeigt, bei der die Radialbohrung 21 im Ventil­ schaft 7 zugleich Überströmbohrung ist, die so gelegen ist, daß sie bis zum Verschließen der Rücklaufleitung 10 wirk­ sam ist. Die Überströmbohrung ist vorteilhaft für die Zu­ messung kleiner Einspritzmengen bei hohen Drehzahlen.

Funktion der magnetventilgesteuerten Pumpe-Düse:

Der mit einem Druck von etwa 4 bar geförderte Kraftstoff gelangt über die Vorlaufleitung 26 und eine durch den Pumpen­ kolben 24 aufgesteuerte Steuerbohrung 27 in den Pumpen­ arbeitsraum 25 und von dort aus in die Kraftstoffeinspritz­ leitung, in den Steuerraum 6 und bei geöffnetem Steuer­ ventil 5 in die Rücklaufleitung 10 und schließlich in den Kraftstoffbehälter.

Sobald der mechanisch betätigte Pumpenkolben 24 beim Auf­ wärtshub die Steuerbohrung 27 absteuert bzw. verschließt und danach das Steuerventil 5 des von einem Steuerimpuls angesteuerten Elektromagneten 4 in Schließstellung gebracht wird, ist die Verbindung zwischen Kraftstoffein­ spritzleitung 23 und Rücklaufleitung 10 unterbrochen und die Voreinspritzung beginnt (Fig. 2). Gleichzeitig löst sich durch das schnelle Abbremsen des Steuerventiles 5, das auf den durch die Rücklaufleitung 10 gebildeten Ventilsitz 28 aufschlägt, der als Trägheitskolben ausgebildete Steuer­ schieber 11 von seinem oberen Anschlag und beschleunigt in Richtung unteren Anschlag, der durch den Ventilteller 8 gebildet ist. Zwischenzeitlich überstreicht die Steuer­ kante "a" der Steuerbohrung 22 die Steuerkante "b" der Radialbohrung 21, der Steuerraum 6 wird durch Abfließen des Kraftstoffes schlagartig entlastet, die Voreinspritzung ist beendet (Fig. 3).

Der Steuerschieber 11 bewegt sich weiter, die Steuerkanten "c" und "d" kommen zur Überdeckung, der Druck wird wieder aufgebaut und die Haupteinspritzung beginnt (Fig. 4). Der Trägheitskolben schlägt an den Ventilteller 8 an. Beim Öffnen des Steuerventils 5 durch Ansteuerung des Elektro­ magneten 4 ist die Haupteinspritzung beendet. Gleichzeitig wird der Trägheitskolben durch das sich öffnende Steuer­ ventil 7 unterstützt durch die Rückstellfeder 12 an den oberen Anschlag gebracht.

Die Voreinspritzmenge ist durch den Abstand der Steuer­ kanten "a" und "b" sowie die Geschwindigkeit des Trägheits­ kolbens bestimmt, welche sich aus der Aufsetzgeschwindigkeit des Steuerventils 5 auf den Ventilsitz 28 und der Ge­ schwindigkeit zusammensetzt, die durch die größere wirksame Fläche am Trägheitskolben hervorgerufen wird.

Der zeitliche Abstand zwischen dem Ende der Vor- und dem Beginn der Haupteinspritzung ist durch den Abstand der Steuerkanten "c" und "d" und der Geschwindigkeit des Träg­ heitskolbens bestimmt. Durch entsprechende Dimensionierung der oben- und untenliegenden Anschlagflächen 29, 30 des Trägheitskolbens, auf die der Einspritzdruck wirkt, und durch die Drehzahlabhängigkeit des Einspritzdrucks ist es möglich, die Voreinspritzmenge und den Abstand zwischen Vor- und Haupteinspritzung in Abhängigkeit von der Motor­ drehzahl in gewünschter Weise zu beeinflussen. Somit kann der aus den unterschiedlich großen Anschlagflächen sich ergebende Differenzdruck dazu ausgenutzt werden, daß bei zunehmender Drehzahl dem größer werdenden Abstand zwischen Vor- und Haupteinspritzung entgegengewirkt wird.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 5 kann Kraftstoff während der Schließphase des Steuerventiles 5 durch den offenen Querschnitt zwischen den Steuerkanten e und d in die Rücklaufleitung 10 fließen. Die Schließphase des Steuer­ ventiles 5 hat hierdurch keinen Einfluß auf den Einspritz­ vorgang. Sobald sich aber die Steuerkanten e und d durch den sich nach unten bewegenden Trägheitskolben 11 über­ decken, beginnt die Voreinspritzung. Der weitere Ablauf der Vor- und Haupteinspritzung entspricht der eingangs beschriebenen Ausführung (Fig. 2 bis 4).

Claims (7)

1. Aus Pumpe und Düse bestehende magnetventilgesteuerte Einspritzvorrichtung für eine luftverdichtende Brenn­ kraftmaschine mit einem mechanisch betätigten Pumpenkolben sowie einem von diesem begrenzten Pumpenarbeitsraum, der mit einer zur Düse führenden Kraftstoffeinspritzleitung ständig in Verbindung steht, ferner mit einem ein schaftartiges Steuerventil aufweisenden Elektromagneten zur Steuerung einer Verbindung der Kraftstoffeinspritz­ leitung über einen Kanal in einer den Ventilschaft des Steuerventiles umgebenden Hülse mit einer Rücklaufleitung für das Einleiten und Beenden der Einspritzung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse ein als Trägheitskolben wirkender Steuer­ schieber (11) ist, der drehfest, gegen die Kraft einer Rückstellfeder (12) auf dem Ventilschaft (7) des Steuerventiles (5) längsverschiebbar geführt ist, deren als Steuerbohrung (22) ausgebildeter Kanal über eine Boh­ rungsanordnung im Ventilschaft (7) des Steuerventiles (5) und die Kraftstoffeinspritzleitung (23) mit der Rücklauflei­ tung (10) innerhalb einer Einspritzphase verbindbar ist.

2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ventilsitzseitige Ende des Ventilschaftes (7) zu einem die Rücklaufleitung (10) sperrenden Ventilteller (8) ausgebildet und als untenliegender Anschlag für den Träg­ heitskolben vorgesehen ist.

3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft aus zwei Abschnitten (15, 16) besteht, von denen der dem Ventilsitz abgewandte obenliegende Ab­ schnitt (16) unter Bildung einer zur Ventilschaftlängsachse hin einspringenden Stufe (17) sich an den untenliegenden Abschnitt (15) anschließt.

4. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitskolben einen Innenbund (18) aufweist, der auf dem obenliegenden Abschnitt (16) des Ventilschaftes (7) geführt ist, während der untere Teil des Trägheitskolbens auf dem untenliegenden Abschnitt (15) des Ventilschaftes (7) gelagert ist, und daß die unter Vorspannung in dem zwischen Trägheitskolben und Ventilschaft (7) gebildeten Ringraum (19) angeordnete Rückstellfeder (12) sich einerseits am Innenbund (18) und andererseits an der Stufe (17) abstützt.

5. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bohrungsanordnung im Ventilschaft (7) aus einer zentral verlaufenden Sackbohrung (20) und mindestens einer von dieser abzweigenden Radialbohrung (21) zusammen­ setzt, welche mit der ebenfalls als Radialbohrung ausge­ bildeten Steuerbohrung (22) im unteren Teil des Trägheits­ kolbens zusammenwirkt.

6. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ventilsitz (28) zugewandte Anschlagfläche (30) des Trägheitskolbens kleiner ist als die dem Ventilsitz (28) abgewandte Anschlagfläche (29).

7. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialbohrung (21) im Ventilschaft (7) zugleich wirksame Überströmbohrung bis zum Beginn der Vorein­ spritzung ist.