DE3915567C2 - Verteil- und Steuerventil einer Kraftstoffeinspritzpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verteil- und Steuerventil einer Kraftstoffeinspritzpumpe, insbesondere für einen groben Mehrzy­ linder-Dieselmotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Im vorliegenden Zusammenhang soll unter einem großen Dieselmo­ tor eine Art von Motor verstanden werden, wie sie in Schiffen als Haupt- oder Hilfsantrieb oder in Dieselkraftwerken verwen­ det wird. Wenn in solchen Dieselmotoren ein Kraftstoff mit schlechten Zündeigenschaften benutzt wird, besteht die Gefahr von Klopfen und damit einhergehenden Schwierigkeiten, wenn der Motor mit herkömmlicher Kraftstoffeinspritzausrüstung versehen wird. Aus diesem Grund hat man damit begonnen, Dieselmotoren mit mehrstufigen Kraftstoffeinspritzsystemen auszustatten. Da es gleichfalls wünschenswert ist, den Motor so wirtschaftlich wie möglich zu gestalten, besteht ein wichtiges Merkmal moder­ ner Dieselmotoren darin, dass jedem Zylinder die exakte Kraft­ stoffmenge auf optimale Weise zugeführt wird durch Optimierung des Einspritzzeitpunkts bei kürzest möglicher Einspritzdauer, der Gestalt des Brennraums und der Menge der im Brennraum vor­ handenen Luft. Bei einem großen Dieselmotor ist es zweckmäßig, jeden Zylinder mit zwei oder mehr Einspritzventilen auszustat­ ten, von denen jedes hinsichtlich der Zeitgebung und des Kraft­ stoffeinspritzstrahls seine eigenen Eigenschaften haben kann.

Bei herkömmlichen Lösungen mit einer einzigen Pumpe wird der Kraftstoff von der gleichen Pumpe allen Einspritzventilen eines Zylinders über ein Zweigleitungssystem zugeführt, wobei jedoch nur eine einzige Verbindungsleitung an die Pumpenkammer vorge­ sehen ist. Wenn mehrere Einspritzventile verwendet werden, kann die Gestalt des Brennraums und die Menge der darin vorhandenen Luft optimal genutzt werden. Allerdings bleibt die Schwierig­ keit bestehen, dass bei dieser Lösung die Anwendung unter­ schiedlicher Einspritzzeiten und unterschiedlicher Dauer der Einspritzphase in getrennten Einspritzventilen für den gleichen Zylinder beschränkt oder ganz unmöglich ist.

Bei der Brennstoff-Einspritzpumpe nach DE 641 322 C erfolgt beim Aufwärtshub eines Pumpenkolbens eine Verdichtung des Brennstoffs auf den nötigen Zerstäubungsdruck, bis durch eine erste Steuerkante die Druckleitung zum ersten Einspritzventil freigegeben wird. Eine zweite Steuerkante gibt dann zu einem späteren Zeitpunkt die Druckleitung zum zweiten Einspritzventil frei. Beide Druckleitungen bleiben freigeschaltet, bis gegen Ende des Aufwärtshubes des Pumpenkolbens eine weitere Steuer­ kante eine Entlastungsleitung freigibt, wodurch gleichzeitig der Brennstoff in den beiden Druckleitungen sich entspannt.

Das zeitliche Verhältnis und die Menge und Dauer des Einsprit­ zens von Kraftstoff durch die beiden Druckleitungen wird also wesentlich durch die Entlastungsleitung mitbestimmt. Der Start­ zeitpunkt des Einspritzens ist individuell durch die Abstände und die Zuordnung der Druckleitungen zu der ersten und zweiten Steuerkante bestimmt, nicht aber das Einspritzende, das für beide Druckleitungen gleichzeitig eintritt durch Freigabe der Entlastungsleitung durch die weitere Steuerkante.

Auch bei der Brennstoff-Einspritzpumpe nach US 2 223 755 Fig. 22 ist die Anwendung unterschiedlicher Einspritzzeiten und unterschiedlicher Dauer der Einspritzphase in getrennten Ein­ spritzventilen dadurch beschränkt, dass in jedem Fall die Ein­ spritzung über die getrennten Einspritzventile nacheinander er­ folgt.

Bei der Brennstoffeinspritzvorrichtung nach DE 724 535 C sind die Leitungen beider Brennstoffdüsen an den gemeinsamen Pumpen­ druckraum angeschlossen, wobei die Leitung zu der auf einen niedrigen Einspritzdruck abgestimmten Anfahrdüse nach einem be­ stimmten regelbaren Teil des Druckhubes vom Pumpenraum abge­ sperrt wird.

Lösungen, die die Verwendung mehrerer Pumpen vorsehen, wobei jedes einzelne Einspritzventil seinen eigenen Pumpenzylinder hat, bieten verschiedene Optionen sowohl hinsichtlich der Ver­ teilung des Kraftstoffs an den Brennraum und der Einstellungen als auch hinsichtlich der Zeitgebung und der Dauer des Ein­ spritzens für jedes einzelne Einspritzventil. Der Hauptnachteil besteht darin, dass die Verwendung mehrerer Pumpenzylinder zu höheren Kosten führt und Raumprobleme schafft, da jeder Motor­ zylinder mit mehreren Pumpenzylindern versehen werden muß. Fer­ ner sind solche Lösungen, die auf der Benutzung mehrerer Pum­ penzylinder beruhen, nicht so zuverlässig wie Lösungen mit nur einer einzigen Pumpe.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Kraftstoffeinspritz­ anordnung für Dieselmotoren, die pro Zylinder zwei oder mehr Einspritzventile aufweisen, auf der Basis der Einfachpumpenlö­ sung zu schaffen, die im Betrieb flexiblel ist und gleichzeitig die Vorteile der Einfachpumpen- und Mehrfachpumpenlösungen kom­ biniert, aber deren Nachteile vermeidet. Ziel ist es, eine An­ wendung zu finden, bei der ein großer Dieselmotor zusätzlich zu herkömmlichen Dieselkraftstoffen auch mit Kraftstoffen betrie­ ben werden kann, die schlechte Zündeigenschaften haben.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im einzelnen in Anspruch 1 und in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß der Erfindung hat ein Pumpenzylinder eine Zusatzkammer, die an die Pumpenkammer angeschlossen ist und ein länglich ge­ staltetes Ventilglied eng umschließt, welches den Bewegungen des Kolbengliedes in dessen axialer Richtung folgt. Innerhalb dieses Ventilgliedes ist ein Kraftstoffverteilerkanal an die Pumpenkammer angeschlossen. Die Zufuhrkanäle der getrennten Ventile sind an die Zusatzkammer an verschiedenen Stellen in gewissem Abstand voneinander in axialer Richtung des Ventil­ gliedes angeschlossen. Zusätzlich ist das Ventilglied, um Kraftstoff von der Pumpenkammer zum Zufuhrkanal jedes Ein­ spritzventils zu lenken, mit Steuer- und Zufuhreinrichtungen versehen, die gemeinsam mit den Zufuhrkanälen so angeordnet sind, dass sie im Verhältnis zueinander in solche Stellung ge­ bracht werden können, dass die Kraftstoffzufuhr zu den geson­ derten Einspritzventilen so stattfinden kann, dass sie minde­ stens teilweise zu unterschiedlichen Zeiten erfolgt.

Um die Zufuhr von Kraftstoff zu erleichtern und die Steuermög­ lichkeiten zu verbessern, sind die Zufuhrkanäle mit der Zusatz­ kammer über eine dieselbe umgebende Steuernut verbunden. Damit kann die Kraftstoffmenge und die Dauer der Zufuhr von Kraft­ stoff in die Zufuhrkanäle mittels der Steuer- und Zufuhrein­ richtungen im Ventilglied und/oder der Abmessungen der Steuer­ nuten bestimmt werden.

In der Praxis ist es von Vorteil, wenn das dem Kolben nicht benachbarte Ende des Ventilgliedes offen ist. Dann kann nämlich die Kante des offenen Endes zum Steuern der Ein­ speisung von Kraftstoff in mindestens einen der Kraftstoff­ zufuhrkanäle benutzt werden. Die Lösung läßt sich mit Vor­ teil auch in einem solchen Fall anpassen, in dem im Ventil­ glied eine Feder vorhanden ist, die mindestens teilweise im Verteilerkanal innerhalb des Ventilgliedes sitzt und mit­ tels der das Ventilglied gegen den Kolben der Pumpe gepreßt wird.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilglied mit dem Kolbenglied so verbunden, daß es einen integralen Bestandteil desselben bildet.

Bei Verwendung von Kraftstoffen mit schlechten Zündeigen­ schaften in einem Motor kann selbst dann noch ein gutes Er­ gebnis erzielt werden, wenn man dafür sorgt, daß die Größe der Öffnungen der Einspritzventildüsen unterschiedlich ist und die Kraftstoffzufuhr zum Zylinder so gestaltet, daß zunächst durch den Zufuhrkanal gefördert wird, der das Ein­ spritzventil mit der kleinsten Düsenöffnung versorgt. Damit wird der größte Teil des Kraftstoffs erst dann durch das Einspritzventil mit der größeren Düsenöffnung eingespritzt, wenn der zuvor eingespeiste Kraftstoff mit Sicherheit be­ reits gezündet wurde. Bei einer größeren Düsenöffnungsgröße ist es möglich, kurze Einspritzzeiten zu benutzen und den­ noch einen mäßigen Druck zu haben, der für den zuverlässi­ gen Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems sorgt. Mit einer solchen Lösung werden ferner das Klopfen und damit einherge­ hende Schwierigkeiten vermieden.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungs­ beispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Einspritzpumpenzylinder gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung;

Fig. 3 einen Schnitt durch ein abgewandeltes Ausführungs­ beispiel der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Pumpenzylinder 1 mit einer Kammer 2 ge­ zeigt, dem Kraftstoff durch Zufuhröffnungen 3 zugeleitet wird. In der Kammer 2 befindet sich ein hin- und herbeweg­ licher Kolben 4, der Kraftstoff aus der Kammer 2 durch Zu­ fuhrkanäle 5a und 5b, ein Rückschlagventil 6 sowie Ein­ spritzventile A und B (nicht gezeigt) zu einem Zylinder eines Dieselmotors pumpt. Die Bewegungen des Kolbens 4 sind in an sich bekannter Weise mit den Bewegungen des Kolbens des zugehörigen Zylinders des Motors synchronisiert und können mechanisch mittels einer Nockenvorrichtung gesteuert werden. Die Bezugszeichen 20 und 21 zeigen Verbindungsstel­ len für Rohre, durch die Kraftstoff den Einspritzventilen A und B zugeführt wird. Auf der anderen Seite ist der Zufuhr­ kanal 5b für Kraftstoff an die Kammer 2 auch über ein Ent­ lastungsventil 7 verbunden, welches in Leitungen 8a und 8b angeordnet ist. Die Kraftstoffeinspritzung aus der Kammer 2 zu den Einspritzventilen A und B erfolgt, wenn eine Steuer­ kante 10 des Kolbens die Zufuhröffnungen 3 bedeckt hat. Die Länge des wirksamen Hubes des Kolbens 4 der Pumpe kann auf bekannte Weise gesteuert werden, in dem der Kolben 4 mit einer spiralförmigen Steuerkante 9 versehen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 ge­ zeigt, bei dem an die Kammer 2 eine Zusatzkammer 11 ange­ schlossen ist, die ein eng eingepaßtes Ventilglied 12 auf­ weist, welches den axialen Bewegungen des Kolbens 4 folgt. Im Innern des Ventilgliedes 12 ist ein Verteilerkanal 13 vorgesehen, der über eine Öffnung 14 in die Kammer 2 führt und über den Kraftstoff zu den Zufuhrkanälen der Einspritz­ ventile A und B durch Öffnungen 18 und 19 geleitet wird. Wie Fig. 2 zeigt, ist ein Zufuhrkanal 16 des Einspritzven­ tils A von den Zufuhrkanälen 5a und 5b des Einspritzventils B völlig getrennt und mündet in einen anderen Teil der Zu­ satzkammer 11 als der Zufuhrkanal 5a des Einspritzventils B. An den Verbindungsstellen zwischen den Zufuhrkanälen 5a und 16 und der Zusatzkammer 11 sind Steuernuten 15 bzw. 17 vorgesehen. Das Ventilglied 12 wird von einer Feder 22 ge­ gen den Kolben 4 der Pumpe gepreßt.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn die Steuerkante 10 des Kolbens 4 an den Zufuhröffnungen 3 vorbeibewegt worden ist, wird Kraftstoff aus der Kammer 2 durch die Öffnung 14 in den Verteilerkanal 13 im Innern des Ventilgliedes 12 ge­ drückt. In dem Maß, in dem der Kolben 4 und das Ventilglied 12 in Fig. 2 gesehen weiter aufwärts bewegt werden, er­ reicht die Öffnung 19 in einer ersten Stufe den Ort der Steuernut 17 des Zufuhrkanals 16. In diesem Moment wird eine Verbindung zwischen der Kammer 2 und dem Einspritzven­ til A geöffnet. Diese Verbindung wird wieder geschlossen, wenn die Öffnung 19 die Steuernut 17 vollkommen passiert hat. In einer zweiten Stufe wird, wenn die Öffnung 18 den Ort der Steuernut 15 erreicht, entsprechend eine Öffnung zwischen der Kammer 2 und dem Einspritzventil B geöffnet.

Der Startzeitpunkt und das zeitliche Verhältnis des Ein­ spritzens von Kraftstoff durch die Einspritzventile A und B kann durch Andern des Abstandes zwischen den der Zufuhr dienenden Öffnungen 18 und 19 geändert werden. Auf die gleiche Weise kann das Kraftstoffeinspritzen und dessen Dauer dadurch geändert werden, daß die Abmessungen der Öff­ nungen 18 und 19 sowie der Steuernuten 15 und 17 geändert werden.

Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 nur dadurch, daß das Einspritzen von Kraftstoff zum Zufuhrkanal 16 statt mittels der Öffnung 19 mittels einer Steuerkante 23 an einem Ende des Ventilgliedes 12 gesteuert wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 4 ist das Ventilglied 12 mit dem Kolben 4 der Pumpe fest verbunden. Infolgedessen ist die Kammer 2 praktisch auf eine den Kolben 4 umgebende Nut re­ duziert, durch die Kraftstoff auf dem Weg über die Zufuhr­ öffnungen 3, die Öffnung 14 und den Verteilerkanal 13 zur Zusatzkammer 11 geleitet wird, die bei diesem Ausführungs­ beispiel als eigentliche Pumpenkammer wirkt, so wie die Kammer 2 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2. Im übrigen arbeiten die in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbei­ spiele in der gleichen, bereits beschriebenen Weise.

Claims (7)

1. Verteil- und Steuerventil einer Kraftstoffeinspritzpumpe für einen großen Mehrzylinder-Dieselmotor, bei dem der Kraft­ stoff durch zwei oder mehr Einspritzventile A, B in den Zylin­ der eingespritzt wird, mit

• - einem in einem Pumpenzylinder (1) hin- und herbewegbaren und eine Pumpenkammer (2) von einer Kraftstoffzufuhr (3) abtrennenden Kolben (4),
• - einem in eine Zusatzkammer (11) eingepaßten und dem Kolben (4) in axialer Richtung folgenden Ventilglied (12), das in seinem Inneren einen Verteilerkanal (13) für Kraftstoff hat, wobei der Verteilerkanal an die Pumpenkammer (2) an­ geschlossen ist und an ihn in axialen Abständen Steueröff­ nungen bzw. -kanten (18, 19, 23) anschließen,
• - Zufuhrkanälen (16, 5a, 5b) der Einspritzventile A, B, die in axialer Richtung des Ventilglieds (12) an verschiedenen Stellen der Zusatzkammer (11) in Abstand voneinander ange­ ordnet sind, so dass sie
• - zumindest teilweise zu unterschiedlichen Zeiten über die Steueröffnungen bzw. -kanten (18, 19, 23) mit dem Vertei­ lerkanal (13) in Verbindung kommen,
• - und mit einer mit der Kraftstoffzufuhr (3) zusammenwirken­ den Steuerkante (9) zur Druckentlastung der Pumpenkammer (2) ab einem bestimmten Kolbenhub

gekennzeichnet durch

• - eine solche Zuordnung der Steueröffnungen bzw. -kanten (18, 19, 23) mit den Zufuhrkanälen (16, 5a, 5b)
• - dass in einer ersten Teilbewegung von Kolben (4) und Ven­ tilglied (12) die Einspritzung durch das Einspritzventil A erfolgt, wobei diese Einspritzung beginnt, wenn eine Steu­ eröffnung bzw. -kante (19, 23) des Ventilglieds eine Verbin­ dung vom Verteilerkanal (13) zu dem Zufuhrkanal (16) des Einspritzventils A herstellt und die Einspritzung endet, wenn die Öffnung bzw. Steuerkante (19, 23) den Zufuhrkanal (16) vollkommen passiert hat,
• - und dass in einer zweiten Teilbewegung von Kolben (4) und Ventilglied (12) die Einspritzung durch das Einspritzven­ til B erfolgt, wobei die Einspritzung beginnt, wenn eine Steueröffnung (18) des Ventilglieds eine Verbindung vom Verteilerkanal (13) zu dem Zufuhrkanal (5a, 5b) des Ein­ spritzventils B herstellt und die Einspritzung endet, wenn die Druckentlastungs-Steuerkante (9) des Kolbens (4) eine Verbindung des Verteilerkanals (13) mit der Kraftstoffzu­ fuhr (3) freigibt.

2. Verteil- und Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrkanäle (16, 5a, 5b) über jeweils eine Steuernut (17, 15) in der Zusatzkammer (11) an die Zusatzkammer (11) angeschlossen sind, wobei die Abmessungen der Steuernuten Menge und Dauer der Kraftstoffeinspeisung in die Zufuhrleitungen (16, 5a, 5b) bestimmt.

3. Verteil- und Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Kolben (4) nicht benach­ barte Ende des Ventilglieds (12) offen ist.

4. Verteil- und Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kante (23) am offenen Ende des Ventilgliedes (12) die Kraftstoffzufuhr zu mindestens einer der Zufuhrleitungen (16) steuert.

5. Verteil- und Steuerventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Feder (22) aufweist, die mindestens teilweise in dem Verteilerkanal innerhalb des Ven­ tilgliedes angeordnet ist und das Ventilglied (12) gegen den Kolben (4) der Pumpe drückt.

6. Verteil- und Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (12) einen inte­ gralen Bestandteil des Kolbens (4) bildet.

7. Verteil- und Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Öffnungen der Düsen der Einspritzventile A, B unterschiedlich ist und dass die Kraftstoffzufuhr zu dem fraglichen Zylinder jeweils so angeord­ net ist, dass sie zuerst über den Zufuhrkanal erfolgt, der Kraftstoff zum Einspritzventil mit der kleinsten Düsenöffnung zuführt.