DE3912106A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Diesel-Brenn­ kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kraftstoffeinspritzeinrichtungen dieser Bauart sind beispielsweise aus der EP-A 1 74 083 bekannt. Dort ist zur Begrenzung des von dem Pumpenkolben erzeugten Einspritzdruckes eine Druckbegrenzungs­ vorrichtung vorgesehen, die aus einem in dem Gehäuse der Einspritz­ einrichtung angeordneten Überdruckventil besteht, das bei Über­ schreiten eines vorgegebenen Einspritzdruckes eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit einem Auslaßraum herstellt. Dies bedeutet, daß beim Ansprechen der Druckbegrenzungsvorrichtung ein Teil des von dem Pumpenkolben geförderten und zugemessenen Kraftstoffes abgeleitet wird, so daß dieser nicht in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangen kann. Dies führt zu Leistungs­ einbußen der Brennkraftmaschine.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung der im Oberbegriff des Patent­ anspruchs angegebenen Bauart zu schaffen, bei der eine Druckbe­ grenzung des Einspritzdruckes ohne wesentliche Leistungsverluste möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Druckbegrenzungsvorrichtung wird erreicht, daß bei Uber­ schreiten des vorgegebenen Einspritzdruckes eine Druckbegren­ zung nicht durch Absteuerung einer Kraftstoffmenge, sondern durch Volumenfreigabe mittels eines gegen eine Feder verstell­ baren Kolbens erreicht wird. Die durch das Ausweichen des Kolbens verursachte Volumenfreigabe bewirkt einen Speichereffekt für den Kraftstoff, wobei der Kraftstoff mit seiner vollen Menge in dem Hochdruckleitungssystem verbleibt. Wenn im Verlaufe des Einspritzvorganges der Einspritzdruck wieder unter den vorgege­ benen Grenzwert absinkt, kann daher das gespeicherte Kraftstoff­ volumen wieder in das Hochdruckleitungssystem zurückgeführt und zur Abspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine gebracht werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Merkmalen der übrigen Ansprüche.

In der Zeichnung sind drei unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Längsschnitten durch den Teil der Kraft­ stoffeinspritzeinrichtung dargestellt, in dem das Entlastungsventil angeordnet ist. Dabei sind jeweils für gleiche oder vergleichbare Bauteile die gleichen bzw. mit einem oder zwei Strichen versehene Bezugszeichen verwendet worden.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 eine hier nur teilweise dargestellte, beispielsweise aus einer sogenannten Pumpendüse bestehende Kraftstoffeinspritzeinrichtung insgesamt bezeichnet, die mehrere hintereinandergeschaltete Gehäuseteile 2 a bis 2 d aufweist. In dem Gehäuseteil 2 a ist ein Pumpenkolben 4 oszillierend gehalten, der in einem Pumpenarbeitsraum 3 einen Einspritzdruck erzeugt, der zwecks Abspritzung des in den Pumpenarbeitsraum 3 geförderten Kraftstoffes zur Öffnung einer hier nicht gezeigten, über ein Hochdruckleitungssystem mit dem Pumpenarbeitsraum ver­ bundenen Düsennadel führt. Das Hochdruckleitungssystem wird durch Druckleitungen 7, 8 a und 8 b angedeutet, die über Ringräume 6 a und 6 b mit einer zu dem Druckarbeitsraum 3 führenden Anschluß­ leitung 3 a verbindbar sind. Die Verbindung des Hochdruckleitungs­ systems mit der Anschlußleitung 3 a wird durch ein Ent­ lastungsventil 5 gesteuert, das bei Einspritzdrücken unterhalb eines vorgegebenen Mindestwertes schließt, wobei sein konus­ förmiger Verschlußkörper 12 gegen einen konischen Ventilsitz 13 zur Anlage kommt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß in dem zu der Düsennadel führenden Hochdruckleitungssystem ein Druck von einer bestimmten Höhe erhalten bleibt.

Das Entlastungsventil 5 weist bei der Ausführung nach der Fig. 1 einen hohlzylindrischen Ventilschaft 11 auf, der in einer Bohrung 15 des Gehäuseteils 2 b verschiebbar gehalten ist. Eine Druckfeder 14, die am Boden einer zylindrischen Ausnehmung 16 des Gehäuseteils 2 c abgestützt ist, belastet den Ventilkörper 12 des Entlastungs­ ventils 5 in Schließrichtung und sorgt dafür, daß das Entlastungs­ ventil erst oberhalb eines Mindestwertes des Einspritzdruckes öffnet.

Mit 9 ist eine in einer Bohrung 10 des Gehäuseteils 2 d gehaltene Druckfeder bezeichnet, die die hier nicht gezeigte Ventilnadel der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 in Schließrichtung belastet und die sich mit ihrem der Ventilnadel abgewandten Ende an einem Federteller 17 abstützt, der an einem Ende der Bohrung 10 am Gehäuseteil 2 c anliegt. Dieser Federteller 17 weist an der der Druckfeder 9 abgewandten Stirnseite einen kolbenförmigen Ansatz 18 auf, der in einer Zylinderbohrung 21 des Gehäuseteils 2 c axial verschiebbar ist. Dabei ist der kolbenförmige Ansatz 18 in die Zylinderbohrung 21 mit einer engen Spielpassung eingepaßt und die Zylinderbohrung 21 steht über einen Verbindungskanal 22 mit dem Hochdruckleitungssystem 7, 8 a, 8 b in Verbindung. Der kolbenförmige Ansatz 18 weist zudem an seinem dem Ventilteiler 17 abgewandten Ende eine Anfasung 20 auf, über die nach entspre­ chendem Verstellweg des kolbenförmigen Ansatzes 18 Druckmittel aus dem Hochdruckleitungssystem in die Bohrung 10 abgesteuert werden kann, die über eine Verbindungsleitung 23 mit einem Auslaß verbunden ist. Dazu ist entweder am Rand des Federtellers 17 ein genügend großes Spaltmaß vorgesehen oder aber eine entspre­ chende Ausnehmung 19 zur Verbindung der beiden Stirnseiten des Federtellers 17 angebracht.

Die in der Fig. 1 der Zeichnung gezeigte Kraftstoffeinspritzein­ richtung funktioniert nun in der Weise, daß während des Hubes des Pumpenkolbens 4 beim Anstieg des Einspritzdruckes in dem Pumpenarbeitsraum 3 zunächst bei Uberschreitung eines Mindest­ wertes des Einspritzdruckes von beispielsweise 60 bar das Ent­ lastungsventil 5 öffnet und so eine Verbindung zwischen dem Hochdruckleitungssystem 7, 8 und dem Pumpenarbeitsraum 3 her­ gestellt wird. Bei weiter ansteigendem Einspritzdruck öffnet dann in bekannter Weise die Düsennadel der Kraftstoffeinspritz­ einrichtung und bewirkt eine Abspritzung des in dem Hochdruck­ leitungssystem befindlichen Kraftstoffes. Wenn während dieses Einspritzvorganges der Druck in dem Hochdruckleitungssystem über einen vorgegebenen Grenzwert von beispielsweise 1000 oder 1200 bar ansteigt, weicht der von der Druckfeder 9 belastete kolbenförmige Ansatz 18 in der zylindrischen Bohrung 21 aus und gibt dabei zusätzliches, mit dem Hochdruckleitungssystem verbundenes Volumen zur Aufnahme von Kraftstoff frei, wodurch eine Begrenzung der Einspritzdruckhöhe erreicht wird. Sinkt später der Einspritzdruck wieder unter den vorgegebenen Grenzwert von 1000 bis 1200 bar ab, wird von dem zurückkehrenden Kolben­ ansatz 18 der zuvor gespeicherte Kraftstoff wieder in das Hoch­ druckleitungssystem zurückgedrückt und steht dort zur Abspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine bereit.

Nur wenn im Verlaufe des Einspritzvorganges auch nach Zurückwei­ chen des kolbenförmigen Ansatzes der Einspritzdruck weiter ansteigt und einen zweiten vorgegebenen Grenzwert von beispielsweise 1200 bis 1300 bar überschreitet, öffnet die Anfasung 20 an dem kolbenförmigen Ansatz 18 nach Überwindung eines entsprechenden Verstellweges des kolbenförmigen Ansatzes 18 eine Verbindung zu dem über die Verbindungsleitung 23 mit dem Auslaß verbundenen Federraum, so daß Kraftstoff aus dem Hochdruckleitungssystem abgeleitet wird. Diese Absteuerung erfolgt jedoch nur als letzte Sicherheitsmaßnahme bei Überschreitung des zweiten Grenzwertes des Einspritzdruckes.

Die Ausführung nach der Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 1 dadurch, daß hier kein gesondertes Element für die Druckbegrenzung vorgesehen ist, sondern diese Funktion zugleich von dem entsprechend umgestalteten Entlastungsventil 5′ über­ nommen wird.

Dieses Entlastungsventil 5′ weist neben dem an einem konischen Ventilsitz 13′ anliegenden Ventilkörper 12′ und einem von der Ventilfeder 14′ belasteten, in einer Bohrung 26 des Gehäuseteils 2 b′ verstellbaren Ringbund 25 einen zylindrischen Kolbenansatz 24 auf, der in einer zylindrischen Bohrung 21′ geführt ist. In der in der Zeichnung gezeigten Schließstellung des Entlastungs­ ventils 5′ liegt der konische Ventilkörper 12′ dichtend an dem Ventilsitz 13′ an, so daß die Verbindung zwischen dem zu dem hier nicht gezeigten Pumpenarbeitsraum führenden Leitungsanschluß 3 a′ und dem mit dem Hochdruckleitungssystem 7′, 8′ verbundenen Ringraum 6′ unterbrochen ist. Bei Überschreiten des Öffnungs­ druckes der Druckhalteventils öffnet das Entlastungsventil 5′, wobei der Ventilkörper 12′ entgegen der Wirkung der Ventilfeder 14′ in eine Öffnungssstellung verstellt wird, bei der eine Verbin­ dung zwischen dem Leitungsanschluß 3 a′ und dem Ringraum 6′ herge­ stellt ist. In dieser Öffnungsstellung liegt der Ringbund 25 an der Stirnseite einer in einer Ausnehmung 27 a, 27 b gehaltenen Druckfeder 28 an und der in der zylindrischen Bohrung 21′ ver­ stellbar gehaltene kolbenförmige Ansatz 24 steht dann in einer solchen Stellung, daß die zylindrische Bohrung 21′ zum Ringraum 6′ hin verschlossen ist.

Erst beim Überschreiten des ersten vorgegebenen Grenzwertes des Einspritzdruckes von beispielsweise 1000 bis 1200 bar erfolgt eine Verstellung des kolbenförmigen Ansatzes 24 in der zylindri­ schen Bohrung 21′, bei der durch Zurückweichen der durch den Ventilkörper 12′ gebildeten Stirnseite Volumen freigegeben wird, das als Speichervolumen für den in dem Hochdruckleitungssystem 7′, 8′, vorhandenen Kraftstoff wirkt. Bei Überschreitung des zweiten vorgegebenen Grenzwertes des Einspritzdruckes wird dann unter weiterer Zusammendrückung der Druckfeder 28 die zum Auslaß führende Absteueröffnung 23′ freigegeben und eine weitere Druckbegrenzung durch Absteuerung einer gewissen Menge an Kraft­ stoff erreicht. Die Funktion und Wirkungsweise der in der Fig. 2 gezeigten Kraftstoffeinspritzeinrichtung entspricht also im wesentlichen derjenigen nach der Fig. 1.

Auch in der Fig. 3 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gezeigt, die im wesentlichen so wirkt, wie die in der Fig. 2 gezeigte Ausführung. Auch hier wird zur Druckbegrenzung des Einspritzdruckes das zwischen dem Pumpenarbeitsraum und dem Hochdruckleitungssystem 6′′, 7′′, 8′′ angeordnete Entlastungs­ ventil 5′′ herangezogen, das durch entsprechende Ausbildung seines Ventilkörpers gleichzeitig auch zur Druckbegrenzung heran­ gezogen wird. Dieses Entlastungsventil 2′′ weist neben einem stirnseitigen, konischen Ventilkörper 12′′, der in der in der Zeichnung gezeigten Schließstellung gegen einen konischen Ventil­ sitz 13′′ zur Anlage kommt, einen kolbenförmigen Ansatz 11′ auf, der mit einem dichtenden Paßsitz in einer zylindrischen Bohrung 21′′ axial gleitend mit einem dichtenden Paßsitz gehalten ist. Von dieser zylindrischen Bohrung 21′′ zweigt eine zum Auslaß führende Auslaßleitung 23′′ ab, über die bei entsprechender Verstellung des Ventilkörpers des Entlastungsventils Kraftstoff in den Auslaß gelangen kann. Der Ventilkörper des Entlastungs­ ventils 5′′ wird von einer Ventilfeder 14′′ belastet, die sich mit ihrem freien Ende am Boden einer zylindrischen Ausnehmung 16′′ eines topfförmigen Haltegliedes 31 abstützt. Dieses topf­ förmige Halteglied 31 weist einen ringförmigen Flansch 32 auf, der von einer in einer zylindrischen Ausnehmung der Gehäuse 2 b′′ und 2 c′′ angeordneten Ausnehmung 27 a′′ und 27 b′′ gehaltenen Druckfeder 35 belastet ist. Dabei wird das topfförmige Halteglied 31 von der Druckfeder 35 gegen einen Anschlag 33 am Gehäuse 2 b′′ gedrückt. In der Öffnungsstellung des Entlastungsventils 5′′ liegt dieses mit einem an der Unterseite seines kolbenförmi­ gen Ansatzes 11′′ vorgesehenen Ringflansch 30 an dem Ringflansch 32 des topfförmigen. Haltegliedes 31 an.

Übersteigt der in dem Hochdruckleitungssystem 6′′, 7′′, 8′′ anstehende Einspritzdruck den ersten Grenzwert von etwa 1000 bis 1200 bar, dann bewirkt dieser Einspritzdruck eine Verstellung des Ventilkörpers des Entlastungsventils 5′′ zusammen mit dem topfförmigen Halteglied 31 unter Zusammendrückung der Druckfeder 35, wobei zunächst nur Volumen freigegeben wird. Reicht diese Volumenfreigabe zur Begrenzung des Einspritzdruckes nicht aus und übersteigt der Einspritzdruck daher die zweite Druckgrenze von beispielsweise 1200 bis 1300 bar, dann wird der Ventilkörper des Entlastungsventils 5′′ so weit verstellt, daß an seiner Stirnseite die zu dem Auslaß führende Leitung 23′′ geöffnet und über diese Kraftstoff abgesteuert werden kann.

Wie bereits mehrfach erwähnt, ist die Absteuerung von Kraftstoff jedoch nur eine Sicherheitsmaßnahme, die, wenn überhaupt erst in zweiter Linie und zwar bei Überschreiten eines zweiten Grenz­ wertes des Einspritzdruckes vorgenommen wird. Zuvor wird ange­ strebt, durch Ausweichen des in einem Zylinder verstellbaren Kolbengliedes zusätzliches Volumen zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff freizugeben, so daß eine Speicherwirkung eintritt. Dieser gespeicherte Kraftstoff kann nämlich anschließend bei Verringerung des Einspritzdruckes auf einen Wert unterhalb des vorgegebenen ersten Grenzwertes wieder in das Hochdrucklei­ tungssystem eingespeist werden und steht dort dann zur Ein­ spritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine bereit. Die durch das Absteuern von Kraftstoff aus dem Hochdruckleitungs­ system verursachten Nachteile, die sich insbesondere in Leistungs­ verlusten der Brennkraftmaschine niederschlagen, werden hierbei weitgehend vermieden.

Claims (6)

1. Einrichtung zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Diesel-Brennkraftmaschine mit einem von einem Antrieb oszillierend angetriebenen Pumpenkolben, der in einem Pumpenarbeitsraum einen Einspritzdruck erzeugt, mit einem mit dem Pumpenarbeitsraum über ein Entlastungsventil verbind­ baren, zu einer eine federbelastete Ventilnadel enthaltenden Einspritzdüse führenden Hochdruckleitungssystem sowie mit einer den Einspritzdruck in seiner Höhe begrenzenden, federbe­ lasteten Druckbegrenzungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbegrenzungsvorrichtung aus einer mit dem Hochdruck­ leitungssystem (6, 7, 8) verbundenen und in einer Zylinder­ anordnung (21) verstellbar gehaltenen Kolbenvorrichtung (18, 24, 11′′) besteht, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes des Einspritzdruckes unter Volumenfreigabe ent­ gegen der Kraft einer Feder (9; 28; 35) ausweicht.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kolbenvorrichtung (18; 24; 11′′) bei Über­ schreitung eines zweiten Grenzwertes des Einspritzdruckes die Verbindung mit einer Druckabsteueröffnung (23; 23′; 23′′) freigibt.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenvorrichtung einen von einer der Ventilnadel zugeordneten Druckfeder (9) belasteten Kol­ ben (18) aufweist.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolben (18) an einem der Druckfeder (9) zugeordneten Ventilteller (17) gehalten ist.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenvorrichtung (24; 11′′) durch einen kolbenförmigen Ansatz eines dem Entlastungsventil (5′, 5′′) zugeordneten Ventilkörpers gebildet ist.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper (12′; 12′′) von einer ersten Feder (14′; 14′′) entgegen dem Druck in dem Pumpenarbeits­ raum (3 a,, 3 a′′) in der Schließstellung gehalten ist, solange der Druck des Pumpenarbeitsraums unterhalb eines vorgegebenen Mindestdruckes liegt, und daß eine zweite, in der Öffnungs­ stellung des Ventilkörpers zur Wirkung kommende Feder (28; 35) vorgesehen ist, gegen die der Ventilkörper bei Überschrei­ tung des ersten Grenzwertes des Einspritzdruckes verstellbar ist.