DE4023307A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer fremdgezuendete brennkraftmschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs aus.

Bei einer aus der EP-PS 01 14 991 bekannten Kraftstoffein­ spritzvorrichtung für fremdgezündete Brennkraftmaschinen dieser Art wird die Verweildauer des Kraftstoffs im Brenn­ raum bei Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine um den 180^o-Drehwinkel einer mit einem Brennmaschinenkolben ver­ bundenen Nockenwelle gegenüber der Verweildauer bei Teil­ lastbetrieb verlängert. Die Einspritzmenge des Kraftstoffs ist dabei dem Lastbetrieb angepaßt. Dazu weist die Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung eine Pumpe und einen, vorzugswei­ se mit Pumpendrehzahl angetriebenen, Verteiler auf. Der rotierende Teil des Verteilers verbindet über innere Durchflußkanäle drehwinkelabhängig eine mit der Pumpe ver­ bundene Zuleitung abwechselnd mit zu den einzelnen Zylin­ dern der Brennkraftmaschine führenden Einspritzleitungen.

Bei Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine wird hierbei der Kraftstoff während des Saughubs des Brennmaschinenkolbens in den Brennraum eingebracht, so daß dieser sich bis zum Zündzeitpunkt gut durchmischen kann. Auf diese Weise wer­ den eine vollständige Verbrennung des Kraftstoff-Luft- Gemisches gewährleistet und Rußemissionen verhindert. Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine hingegen wird der Kraftstoff sehr spät, d. h. unmittelbar vor dem Zündzeit­ punkt eingespritzt, so daß sich im Bereich der Zündkerze geschichtet ein zündfähiges Gemisch bilden kann, so daß die durch die Zündkerze initierte Entflammung kurzfristig den Rest der Ladung des Brennraumes erfaßt.

Zum Umschalten zwischen den beiden unterschiedlichen last­ abhängigen Einspritzzeitpunkten der Kraftstoffeinspritz­ vorrichtung ist ein Umschaltventil vorgesehen. Dabei sind zwei Einlaßöffnungen wechselweise mit dem Pumpenarbeits­ raum verbindbar. Die Austrittsseite weist zwei Auslaßöff­ nungen auf, die in Abhängigkeit von der Position des Ven­ tilschiebers jeweils mit der Einlaßöffnung verbunden sind. Die Auslaßöffnungen führen zu zwei verschiedenen inneren Durchlaßkanälen des rotierenden Teils des Verteilers. Die Öffnungen der beiden Durchlaßkanäle nehmen im feststehen­ den Teil des Verteilers unterschiedliche Winkelpositionen ein, so daß die beiden so erzeugten Öffnungswinkelbereiche des rotierenden Teils des Verteilers - bezogen auf den je­ weiligen Zylinder der Brennkraftmaschine - relativ zueinander vor- bzw. nacheilen.

Je nach dem welche Öffnung durch das Umschaltventil für die Einspritzung des Kraftstoffs mit der Einlaßöffnung des Umschaltventils verbunden ist, erfolgt die zeitlich unter­ schiedliche, vom Winkelöffnungsbereich abhängige Einsprit­ zung. Zum Zuführen des Kraftstoffs aus dem Umschaltventil über Leitungen in die Durchflußkanäle des rotierenden Teils des Verteilers sind jeweils entsprechende, den Lei­ tungen zugeordnete Ringnuten vorgesehen. Dadurch strömt der Kraftstoff vom Umschaltventil über die zugeschaltete Ringnut in den entsprechenden Durchflußkanal sowie über dessen Öffnung weiter in die jeweilige mit einem Zylinder verbundene Einspritzleitung.

Das mit der bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung er­ reichte Verfahren zur lastabhängigen Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine hat sich zwar wegen der Kraftstoffeinsparungen und der damit verbundenen geringeren Schadstoffemissionen bewährt, die Konstruktion der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist jedoch noch nicht optimal.

Zum einen hat die bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung den Nachteil, daß sie kompliziert ausgeführt ist. Dabei ist insbesondere die Fertigung der zahlreichen Übergänge für den Kraftstoff zwischen dem festen Teil des Verteilers und dem rotierenden Teil des Verteilers aufwendig. Diese als Ringnute ausgebildeten Kraftstoffübergänge setzen für einen fehlerfreien Betrieb eine exakte Fertigung mit ge­ ringen Toleranzen der Verteilerteile sowie das Vorsehen entsprechender Dichtmittel voraus.

Desweiteren weist der rotierende Teil des Verteilers auf­ grund seiner im Inneren verlaufenden Durchflußkanäle mit den entsprechenden Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen an der Oberfläche des rotierenden Teils des Verteilers keine homogene Massenverteilung auf. Dadurch werden die Lager ungünstig belastet.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichenden Merkmalen des Hauptanspruchs weist un­ ter Beseitigung der genannten Nachteile demgegenüber eine vereinfachte Konstruktion auf.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß durch ein Verlegen des Umschaltventils in den rotierenden Teil des Verteilers eine Anzahl von (zu dichtenden) Kraftstoff­ übergängen zwischen den Leitungen des festen Teils des Verteilers und den zugeordneten, im rotierenden Teil des Verteilers angeordneten Durchflußkanälen vermeidbar ist, so daß der Herstellungsaufwand vermindert wird. Desweiteren lassen sich dadurch die Strömungsverhältnisse des geför­ derten Kraftstoffs innerhalb der Leitungen und der Durch­ flußkanäle verbessern, so daß eine direktere Kraft­ stofförderung ermöglicht wird.

Gemäß einer Ausgestaltung des Anspruchs 1 ist es besonders vorteilhaft, wenn das Umschaltventil konzentrisch inner­ halb des rotierenden Teils des Verteilers angeordnet ist und seine Einlaßöffnung über eine ebenfalls ausschließlich innerhalb des rotierenden Teils des Verteilers verlaufende Leitung mit dem Pumpenarbeitsraum verbunden ist. Dadurch kann der rotierende Teil des Verteilers gleichmäßig kon­ zentrisch aufgebaut werden, so daß die beim Rotieren auf­ tretenden Lagerkräfte in bezug auf die bekannte Ausführung verringert werden. Weiterhin sind die Durchflußkanäle di­ rekt mit dem Umschaltventil verbunden, wodurch sich zwei Übergangskanäle des Kraftstoffs zwischen dem festen Teil und dem rotierenden Teil des Verteilers erübrigen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Hauptanspruchs gege­ ben.

Insbesondere wird durch eine verschiebliche Lagerung des Ventilschiebers des Umschaltventils in Achsrichtung des rotierenden Teils des Verteilers die koaxiale Anordnung des rotierenden Teils des Verteilers mit dem Umschalten von Teillast auf Vollastbetrieb nicht verändert. Eine Er­ höhung der Lagerkräfte während des Umschaltvorgangs wird somit von vornherein vermieden. Weiterhin wird eine kom­ paktere und leichtere Bauweise dadurch ermöglicht, daß der rotierende Teil des Verteilers die den Ventilschieber füh­ rende Wandung bildet.

Die Längsachse des Umschaltventils und/oder die Verbin­ dungsleitungen zwischen dem Umschaltventil und dem Pumpen­ arbeitsraum fallen mit der Längsachse des rotierenden Teils des Verteilers zusammen. Die Bewegungen der einzel­ nen Teile sind somit günstig aufeinander abstimmbar. Des­ weiteren wird eine strömungsgünstige Anordnung der Kraftstoffleitungen ermöglicht, also Kraftstoffleitungen, die kurze Längenerstreckungen und eine möglichst gerade Ausbildung mit wenig Richtungsänderungen aufweisen.

Durch einen Hydraulikantrieb ist der Ventilschieber des Umschaltventils einfach schaltbar im rotierenden Teil des Verteilers gelagert. Hierbei bildet der Ventilschieber den Arbeitskolben des Hydraulikantriebs. Dieser Arbeitskolben wird stirnseitig mit der Hydraulikflüssigkeit beauf­ schlagt, wodurch eine optimale Kraftübertragung gewährlei­ stet wird. Weiterhin bildet der Ventilschieber mit seiner Seitenwandung eine Dichtung für die jeweils zu versperren­ de Auslaßöffnung des Umschaltventils. Durch Bewegen der Flüssigkeit wird der Ventilschieber zwischen seinen beiden Schaltpositionen verschoben, ohne von der Rotationsbewe­ gung des rotierenden Teils des Verteilers beeinflußt zu werden.

Als Verbindung zwischen Hydraulikantrieb und dem festste­ henden Teil des Verteilers ist ein koaxial verlaufender Hydraulikanal mit radialen Verbindungskanälen zu einer Ringnut vorgesehen. Die Hydraulikflüssigkeit gelangt bei den Verschiebebewegungen des Ventilschiebers über die Ringnut, den Verbindungskanal zu einer Stirnseite des Ven­ tilschiebers, so daß während des Rotierens des Verteiler­ rotors der Ventilschieber schaltbar ist. Desweiteren kann durch diese Ausbildung und Anordnung des Ventilschiebers der Hydraulikdruck zum Bewegen des Ventilschiebers im we­ sentlichen ohne Druckverlust vom Hydraulikantrieb aufge­ baut und auf die entsprechende Stirnseite des Ventilschie­ bers beaufschlagt werden.

Bei einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist im Hy­ draulikantrieb ein Ventil, insbesondere ein Magnetventil, zum Festlegen der Aktivierungszeiten des Ventilschiebers vorgesehen. Das Magnetventil läßt sich dabei mittels elek­ trischer Signale einfach steuern und somit im wesentlichen die Durchflußmenge bzw. die Durchflußzeiten der Hydraulik­ flüssigkeit während des Schaltvorgangs des Umschaltven­ tils.

Um ein möglichst strömungsgünstiges Fördern des Kraft­ stoffs zu ermöglichen, weist der Ventilschieber eine Ring­ nut auf, die mit der Verbindungsleitung über Druckkanäle in Verbindung steht. Der Kraftstoff ist dabei über die Ringnut in die weiteren Öffnungen der Durchlaßkanäle des Verteilers förderbar.

Der Aufwand der Herstellung und der Bearbeitung des fest­ stehenden Teils des Verteilers ist dadurch verringerbar, daß die Austrittsöffnungen der inneren Durchlaßkanäle des rotierenden Teils des Verteilers an dessen Außenseite be­ züglich der axialen Richtung in derselben Höhe gelegen sind. Ein axialer Ausgleich durch das Verschieben des Ven­ tilschiebers ist dabei im rotierenden Teil des Verteilers vorgesehen.

Der Ventilschieber ist weiterhin in einer Position, die die Ausgangsstellung bildet, stabilisierbar, in dem an der vom Pumpenarbeitsraum entfernt gelegenen Stirnseite des Ventilschiebers eine in axialer Richtung wirkende und in Richtung auf den Pumpenarbeitsraum vorgespannte Feder an­ liegt. Dabei drückt die Federkraft den Schieber gegen ei­ nen entsprechend der Ausgangsposition des Schiebers ange­ ordneten Anschlag. Auf diese Weise wird der Ventilschieber bei einem möglichen Defekt der Hydraulikleitung in der Ausgangsposition gehalten, d. h. vorzugsweise in der Stel­ lung für Teillastbetrieb. Damit wird ein unkontrolliertes Bewegen des Schiebers bei einem möglichen Defekt der Hy­ draulikleitung vermieden und eine kontrollierte Einsprit­ zung erfolgt auch bei Ausfall bzw. Störungen des Hydraulik­ antriebs.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bil­ det der rotierende Teil des Verteilers den Arbeitskolben der Pumpe. Die Baugröße der Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird dadurch günstig verkleinert sowie die Möglichkeit der konstruktiven Ausgestaltung der Kraftstoffeinspritzvor­ richtung erweitert, insbesondere im Hinblick auf eine op­ timale Kraftstofförderung.

Dabei weist die Ringnut eine für die Hydraulikflüssigkeit bzw. eine an der gegenüberliegenden Wandung vorgesehene zugewandte Öffnung eine derartige Erstreckung in axialer Richtung auf, daß ein Übertritt von Hydraulikflüssigkeit unabhängig von der axialen Position des rotierenden Teils des Verteilers erfolgen kann. Der Übertritt während der Rotations- und Hubbewegungen des entsprechenden Teils des Verteilers wird somit durchgehend gewährleistet.

Als günstig erweist sich insbesondere auch, daß zur Be­ grenzung der Einspritzdauer für vorgegebene Zeitabschnitte des Druckhubs und der Einspritzmenge über eine zeitabhän­ gig freigebbare Entlastungsleitung mit einem Entlastungs­ raum verbindbar ist. Dabei ist die den Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum führende Kraftstoffleitung koaxial zur Achse des rotierenden Teils des Verteilers angeordnet.

Für eine einfache Zuleitungssteuerung ist ein Rückschlag­ ventil verwendbar, das in der den Kraftstoff in den Pum­ penarbeitsraum führenden Kraftstoffleitung zum Verschlie­ ßen der Kraftstoffleitung während des Druckhubes vorgese­ hen ist. Vorzugsweise ist dabei parallel zum Rückschlag­ ventil ein steuerbares Kraftstoffabsperrmittel geschaltet, wobei sich das Kraftstoffsperrventil in der Entlastungs­ leitung befindet.

In der Kraftstoffleitung ist weiterhin ein Druckbegrenzer vorgesehen, der möglicherweise schlagartig ansteigende Leitungsdrücke vermeidet, in dem der Druckbegrenzer sein Ventil öffnet.

Um den in der Kraftstoffleitung herrschenden Druck auszu­ nutzen und damit eine hiervon separate Druckquelle zu er­ sparen, ist der Hydraulikantrieb mit der Kraftstoffleitung verbunden, wobei der Kraftstoff das Druckmedium bildet und der Druck von einer in der Kraftstoffleitung vorgesehenen Förderpumpe erzeugt wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung nä­ her erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine vereinfacht dargestellte Kraftstoffeinspritzpumpe, Fig. 2a und 2b je einen Schnitt durch den Verteiler der Kraftstoffeinspritzpumpe in unterschiedlichen Schaltposi­ tionen, Fig. 3a bis 3e je ein Schaubild einer Ein­ spritzfolge in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftma­ schine und entsprechend den möglichen Umschaltvorgängen mit einem schematisch dargestellten Querschnitt des Ver­ teilers sowie in Fig. 4 fünf Zeit-Diagramme in unter­ schiedlichen Abhängigkeiten bei einem Umschaltvorgang durch das Umschaltventil.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In dem Ausführungsbeispiel ist eine Einspritzpumpe 9 für fremdgezündete Brennkraftmaschinen dargestellt, die einen aus einem feststehenden Teil 101 und einem Verteilerrotor 102 bestehenden Verteiler 10 aufweist.

Der zylindrisch ausgebildete Verteilerrotor 102 des Ver­ teilers 10 ist dabei auch als Arbeitskolben der Einspritz­ pumpe 9 für Pumpbewegungen ausgeführt und mit einem rotie­ renden, mittels einer Steuerscheibe Hubbewegungen erzeu­ genden, hier nicht dargestellten Antrieb verbunden. Der feststehende Teil 101 des Verteilers 10 ist als Zylinder dem rotierenden Teil 102 des Verteilers 10 angepaßt ausge­ bildet. Der Verteilerrotor 102 ist dabei in dem festste­ henden Teil 101 des Verteilers 10 geführt gelagert. An das freie Ende des Verteilerrotors 102 schließt sich ein im wesentlichen den Durchmesser des Verteilerrotors 102 auf­ weisender Pumpenarbeitsraum 11 an, der durch die Hubbewe­ gungen des Verteilerrotors 102 erweitert bzw. verkleinert wird und somit den im Pumpenarbeitsraum befindlichen Kraftstoff fördert. Der Pumpenarbeitsraum 11 ist dabei in axialer Richtung durch eine Wandung 12 und in radialer Richtung von der dem Verteilerrotor 102 angepaßten Innen­ fläche 103 des feststehenden Teils 101 des Verteilers 10 begrenzt.

Koaxial zur Drehachse ist innerhalb des Verteilerrotors 102 ist eine zylindrische, sich bis zum Pumpenarbeitsraum 11 erstreckende Ausnehmung 13 angeordnet, die über ihre axiale Erstreckung einen konstanten Durchmesser aufweist. In der Ausnehmung 13 ist ein in axialer Richtung verschieb­ licher, der Ausnehmung 13 in radialer Richtung angepaßter Ventilschieber 14 gelagert, der in Richtung auf den Pum­ penarbeitsraum 11 durch eine Anschlagscheibe 15 in seiner axialen Verschiebebewegung begrenzt wird. Der in der Aus­ nehmung verschiebliche Ventilschieber 14 wirkt als Um­ schaltventil. Die Anschlagscheibe 15 ist in einer angepaß­ ten Nut in dem Verteilerrotor 102 in der Ausnehmung 13 eingespannt. Die Begrenzung der Verschiebebewegung in der entgegengesetzten Verschieberichtung des Ventilschiebers 14 wird durch die Stirnseite 16 der Ausnehmung 13 gebil­ det, so daß der Ventilschieber 14 von der Stirnseite 16 der Ausnehmung 13 bis maximal zur Anschlagscheibe 15 ver­ schieblich gelagert ist.

Die Verschiebebewegungen des Ventilschiebers 14 erfolgen über einen Hydraulikantrieb. Zu diesem Zwecke führt mittig von der Stirnseite 16 der Ausnehmung 13 ein Hydraulikkanal 17 koaxial bis zu zwei in bezug auf die Achse des Vertei­ lerrotors 102 radial verlaufenden Verbindungskanälen 18. Diese zwei radialen Verbindungkanäle 18 enden in einer in den Verteilerrotor 102 eingeformten Ringnut 19. Die Ring­ nut 19 korrespondiert dabei mit einer Öffnung 20 einer Hydraulikleitung 21 und erstreckt sich in axialer Richtung entsprechend der maximalen Hubbewegungen, so daß unabhän­ gig von der Position des Verteilerrotors Hydraulikflüssig­ keit aus der Öffnung 20 in die Ringnut 19 gelangt und so­ mit der Ventilschieber 14 immer von dem Hydraulikantrieb bewegt werden kann.

Die benachbarten Seitenbereiche des Ventilschiebers 14 schließen mit der Ausnehmung 13 dicht ab, so daß die zuge­ ordnete Stirnseite 141 des Ventilschiebers 14 mit Hydrau­ likflüssigkeit verlustfrei beaufschlagbar ist.

Aufgrund der sich in axialer Richtung ertreckenden Ringnut 19 gelangt die Hydraulikflüssigkeit unabhängig von der axialen Position des Verteilerrotors 102 von der Leitung 21 über die Ringnut 19 in den radialen Verbindungskanal 18 in den Hydraulikkanal 17 an die Stirnseite 141 des Ventil­ schiebers 14. Dieser wirkt dabei als Arbeitskolben des Hy­ draulikantriebs.

Zum Festlegen der Aktivierungszeiten des Ventilschiebers ist in der Hydraulikleitung 21 ein mit einer Steuerein­ richtung 22 verbundenes Magnetventil 23 angeordnet. Ent­ sprechend der Ansteuerung durch die Steuervorrichtung 22 öffnet sich das Magnetventil 23, so daß der Ventilschieber in Folge der Druckverhältnisse im Pumpenarbeitsraum 11 und der Druckverhältnisse durch die Hydraulikflüssigkeit des Hydraulikantriebs in seine linke bzw. rechte Position ge­ drückt wird.

In der Stirnseite 16 der Ausnehmung 13 ist eine zylindri­ sche, koaxial angeordnete Aussparung 24 und eine entspre­ chende weitere Aussparung 25 in der Stirnseite 141 des Ventilschiebers 14 vorgesehen. Die beiden Aussparungen 24 und 25 sind über eine vorgespannte Feder 26 miteinander verbunden, die den Ventilschieber 14 in Richtung auf den Pumpenarbeitsraum 11 drückt. Für den Fall eines möglichen Defekts in der Hydraulikleitung wird der Ventilschieber 14 somit gegen die Anschlagscheibe 15, der Position des Ven­ tilschiebers bei Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine, von der vorgespannten Feder 26 gedrückt.

In den Ventilschieber 14 ist eine nach außen weisende Ringnut 27 und in die Ausnehmung 13 bzw. in den Verteiler­ rotor 102 sind zwei jeweils nach innen weisende, in axia­ ler Richtung entsprechend der Verschiebebewegung des Ventilschiebers 14 versetzt angeordnete Ringnute 28 und 29 eingeformt.

Von der Ringnut 27 geht ein zunächst radial zur Mitte des Ventilschiebers 14 sowie dann in axialer Richtung zum Pum­ penarbeitsraum 11 koaxial verlaufender Verbindungskanal 30 aus, der einen Kraftstofffluß aus dem Pumpenarbeitsraum 11 in die Einlaßöffnung 31 des Verbindungskanals 30 in die Ringnut 27 ermöglicht.

Ein Durchlaßkanal 32 und 33 führt von den Ringnuten 28 und 29 an die Außenfläche des Verteilerrotors 102, wobei die Austrittsöffnungen 34 und 35 der Durchlaßkanäle 32 und 33 in axialer Richtung auf gleicher Höhe angeordnet sind. In entsprechender Höhe sind den Austrittsöffnungen 34 und 35 der Durchlaßkanäle 32 und 33 Eintrittsöffnungen 36 bis 39 von Einspritzleitungen 361 bis 391 im feststehenden Teil 101 des Verteilers 10 angeordnet. Die Durchlaßkanäle 32 und 33 verlaufen schräg im Verteilerrotor 102, um den axialen Versatz ihrer zugeordneten Ringnute 28 und 29 aus­ zugleichen. Die Eintrittsöffnungen 36 bis 39 weisen be­ nachbart zueinander einen Winkel von 90^o auf. Die Ein­ spritzleitungen 361 bis 391 sind mit Einspritzdüsen 362 bis 392 verbunden, die den Kraftstoff in den Zylinder der Brennkraftmaschine einbringen. Die Austrittsöffnungen 34 und 35 nehmen dabei an der Außenfläche des Verteilerrotors 102 unterschiedliche Winkelpositionen ein, so daß die so erzeugten Öffnungswinkelbereiche des Verteilers, bezogen auf den jeweiligen, hier nicht dargestellten Zylinder der Brennkraftmaschine, relativ zueinander vor bzw. nacheilen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Bezugszeichen der genannten Öffnungen in dieser Figur fortgelassen. Die­ se sind aber aus den Fig. 2a und 2b zu entnehmen.

Durch das Verschieben des Ventilschiebers 14 in eine der beiden Anschlagpositionen, ist der Pumpenarbeitraum 11 über die Ringnut 27 und die Ringnut 28 bzw. 29 mit dem Durchlaßkanal 32 bzw. 33 verbindbar. Dadurch kann der in den Pumpenarbeitsraum 11 eingebrachte Kraftstoff über den Durchlaßkanal 32 bzw. 33 in die Einspritzleitungen 361 bis 391 und somit entsprechend in die Zylinder der Brennkraft­ maschine gefördert werden.

In den Pumpenarbeitsraum 11 gelangt der Kraftstoff über eine koaxial zur rotierenden Achse des Verteilerrotors 102 angeordnete Kraftstoffleitung 40. Die Kraftstoffleitung 40 führt den Kraftstoff von einer den Kraftstoff mit Druck beaufschlagenden und aus einem Vorratstank 41 fördernden Elektrokraftstoffpumpe 42 über ein zum Verschließen der Kraftstoffleitung 40 während des Druckhubes vorgesehenes Rückschlagventil 43 in den Pumpenarbeitsraum 11. Parallel zum Rückschlagventil 43 ist ein weiteres Magnetventil 44 geschaltet, das mit der Steuereinrichtung 22 verbunden ist. Dabei öffnet sich das Magnetventil 44 für vorgegebene Zeitabschnitte des Druckhubs durch Signale der Steuerein­ richtung 22. Über dieses Magnetventil 44 wird die Ein­ spritzdauer und die Einspritzmenge gesteuert, da mit dem Öffnen des Magnetventils 44 während des Druckhubs Kraft­ stoff aus dem Pumpenarbeitsraum 11 durch das Magnetventil 44 fließt. Mit dem Öffnen des Magnetventils 44 ist der Förderbeginn, die Fördermenge und die Förderdauer steuer­ bar, so daß der Kraftstoff entsprechend weniger bzw. über eine kürzere Zeitspanne in den Zylinder der Brennkraftma­ schine durch den Verteilerrotor 102 eingespritzt wird.

Zur Begrenzung des Druckes in der Kraftstoffleitung 40 und um den Druck in der Kraftstoffleitung 40 konstant zu hal­ ten ist dem Rückschlagventil 43 und dem Magnetventil 44 ein Druckbegrenzer 45 vorgeschaltet, so daß bei Über­ schreiten eines vorbestimmten Druckwertes sich der Druck­ begrenzer 45 öffnet und Kraftstoff in einen Auffangtank 46 entweichen kann.

Der Hydraulikantrieb ist mit der Kraftstoffleitung 40 ver­ bunden, wobei der Kraftstoff das Druckmedium, d. h. die Hy­ draulikflüssigkeit bildet und der Druck in der Hydraulik­ flüssigkeit von der Elektrokraftstoffpumpe 42 erzeugt wird.

Je nach Betriebsart, also Vollast- bzw. Teillastbetrieb, der Brennkraftmaschine erfolgt die Einspritzung im Saughub oder im Kompressionshub des Kolbens der Brennkraftmaschine über die relativ zueinander vor- bzw. nacheilenden Aus­ trittsöffnungen 34 bzw. 35 des Durchlaßkanals 32 bzw. 33, wobei durch die verschiedenen Zeitpunkte, in denen die Austrittsöffnungen 34 und 35 die Eintrittsöffnungen 36 bis 39 passieren, im wesentlichen die Einspritzzeitpunkte festgelegt sind. Über das Magnetventil 44 besteht aber noch die Möglichkeit der Einflußnahme auf den Einspritz­ vorgang.

Bei Vollastbetrieb, d. h. Einspritzung im Saughub, steht der Ventilschieber 14 in seiner linken Position, so daß der Kraftstoff vom Pumpenarbeitsraum 11 über den Verbin­ dungskanal 30 in den Durchlaßkanal 33 und dann in den ent­ sprechenden Zylinder gelangt.

Hierbei bleibt das Magnetventil 23 während des Förderhubs des Verteilrotors 102 zunächst geöffnet. Nach der Schlie­ ßung vom Magnetventil 44 erfolgt der Druckaufbau im Pum­ penarbeitsraum 11 und der Ventilschieber 14 bewegt sich zu seinem linken Anschlag, der Stirnseite 16 der Ausnehmung 13. Bevor das Magnetventil 44 geöffnet wird, schließt das Magnetventil 23. Dadurch bleibt der Steuerschieber in sei­ ner linken Position. Lediglich zu Beginn des Druckaufbaus beim nächsten Hubzyklus des Verteilerrotors wird das Ma­ gnetventil 23 wieder kurz geöffnet. Der Vorgang wiederholt sich dann periodisch.

Bei Teillastbetrieb, d. h. Einspritzung im Kompressionshub des Kolbens der Brennkraftmaschine, steht der Ventilschie­ ber 14 in der rechten Position, so daß der Kraftstoff über den Verbindungskanal 30 in den Durchlaßkanal 32 und somit in die zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine ge­ langt.

Dabei bleibt das Magnetventil 23 während des Förderhubs des Verteilerrotors 102 geschlossen, wodurch der Ventil­ schieber 14 nicht nach links ausweichen kann, weil der Hy­ draulikdruck weiter an den Ventilschieber 14 angreift. Zur Korrektur einer Verstellung, die aufgrund von Leckage am Ventilschieber 14 auftreten kann, wird das Magnetventil 23 während des Saughubs des Verteilerrotors 102 kurzzeitig geöffnet. Die am Ventilschieber 14 angreifenden Kräfte, Federkraft, Massenkraft sowie Druckdifferenzkraft zwischen linker und rechter Stirnseite sorgen dann für das An­ drücken an der Anschlagscheibe 15.

Soll auf eine definierte Ausgangsstellung verzichtet wer­ den, kann die Positionierung des Ventilschiebers 14 auch über die beschriebene Beschaltung des Magnetventils 23 er­ folgen.

Mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 läßt sich eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Ver­ gaserkraftstoff betreiben in Verbindung mit den Vorteilen, die sich bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine aus der verlustarmen, ungedrosselten Zuführung der Verbren­ nungsluft in die Brennräume ergeben.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich dabei auf eine Kraft­ stoffversorgung einer Vierzylinderbrennkraftmaschine. Na­ türlich lassen sich auch andere Zylinderzahlen mit einer solchen entsprechend modifizierten Kraftstoffeinspritzpum­ pe versorgen. Die Austrittsöffnung 34 eilt dabei um den Winkelabstand vor der Austrittsöffnung 35, den die aufein­ ander folgenden Einspritzleitungen 361 bis 391, voneinan­ der haben.

In den Fig. 2a und 2b ist ein Querschnitt I-I und II-II aus Fig. 1 durch den Verteiler 10 dargestellt. Dabei nimmt der Ventilschieber 14 einmal die linke Position, Fig. 2a, und einmal die rechte Position, Fig. 2b, ein, woraus die Funktionsweise des Verteilers bei Voll- und Teillastbe­ trieb ersichtlich wird.

Bei Vollastbetrieb ist der Ventilschieber 14 in der linken Position. Der Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 11 ge­ langt dabei von dem Verbindungskanal 30 in die Ringnut 27 des Ventilschiebers 14, in die Ringnut 28 des Verteilerro­ tors 102 über die den Durchlaßkanal 33, dessen Austritt­ söffnung 34, jeweils über die Eintrittsöffnungen 36 bis 39 in die Einspritzleitungen 361 bis 391 in die jeweiligen Zylinder.

Wohingegen bei Teillastbetrieb der Ventilschieber 14 in der rechten Position sich befindet und der Kraftstoff ge­ langt dabei von der Ringnut 27 des Ventilschiebers 14, in die Ringnut 29 des Verteilerrotors 102, den Durchlaßkanal 32, dessen Austrittsöffnung 35 jeweils über die Eintritts­ öffnungen 36 bis 39 in die Einspritzleitungen 361 bis 391 in die angeschlossenen Zylinder.

Die Austrittsöffnungen 34 und 35 sind zueinander in einem Winkel von 90^o angeordnet, so daß der Einspritzzeitpunkt um 180^o Kurbelwellenwinkel zeitlich versetzt erfolgt.

In den Fig. 3a bis 3d sind in vier Schaubildern die Einspritzzeitpunkte für die Zylinder 1 bis 4 in Abhängig­ keit vom Kurbelwellendrehwinkel dargestellt, wobei Fig. 3e - zum besseren Verständnis der Fig. 3a bis 3d - ei­ nen schematischen Querschnitt durch den Verteiler 10 mit seinen Durchlaßkanälen 32 und 33 sowie den angeschlossenen Zylindern 1 bis 4 zeigt.

In Fig. 3a ist die Einspritzfolge bei Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine in Form der Schwarzen Kästchen schema­ tisch dargestellt, also Einspritzung bei Kompressionshub. Dabei liegt der Zündzeitpunkt und obere Totpunkt für den 1. Zylinder bei 180^o, für den 3. Zylinder bei 360^o, für den 4. Zylinder bei 540^o und für den 2. Zylinder bei 0^o bzw. 720^o.

In Fig. 3b ist der Einspritzzyklus für den Vollastbe­ trieb, Einspritzung im Saughub, in Form der weißen Käst­ chen dargestellt. Der Ladungswechsel und der obere Tot­ punkt liegt dabei für den 4. Zylinder bei 180^o, für den 2. Zylinder bei 360^o, für den 1. Zylinder bei 540^o und für den 3. Zylinder bei 720^o.

Dabei soll ein besonderer sich beim Umschalten von Saug- auf Kompressionshubeinspritzung und umgekehrt erge­ bender Steuerungszustand nachfolgend noch näher erläutert werden.

Fig. 3c zeigt die Steuerung beim Umschalten von Kompressions- auf Saughubeinspritzung. Dabei wird in den 1. Zylinder zunächst noch im Kompressionshub eingespritzt. Bei schlagartiger Umschaltung auf Saughubeinspritzung wür­ de jetzt beim nächsten Zyklus in Zylinder 3 kein Arbeits­ takt erfolgen, da die gesamte Menge in Zylinder 4 einge­ spritzt wird. Zur Vermeidung dieses Aussetzers wird nun zunächst noch in Zylinder 3 im Kompressionshub einge­ spritzt und anschließend im gleichen Zyklus durch Umschal­ tung des Ventilschiebers 14 in Zylinder 4 eingespritzt. Der Pumpenfördernocken ist dafür ausreichend, da nur in der unteren Teillast, also bei kleiner Einspritzmenge, im Kompressionshub eingespritzt wird.

Fig. 3d zeigt den umgekehrten Fall, das Umschalten von Saug- auf Kompressionshubeinspritzung. In Zylinder 3 wurde dabei noch im Saughub eingespritzt. Diese Menge wird im nächsten Zyklus gezündet, d. h. das Magnetventil 44 darf jetzt nicht geschlossen werden, da sonst eine zusätzliche Menge eingespritzt würde. Dann erfolgt die Umschaltung des Ventilschiebers 14, so daß in den Kompressionshub des 4. Zylinders eingespritzt wird.

Die Steuerimpulse I 23 und I 44 der Magnetventile 23 und 44, die Einspritzmenge im Kompressions- bzw. Saughub Qek bzw. Qes sowie die Geschwindigkeit der Hubbewegung des Verteilerrotors 102 in Abhängigkeit des Kurbelwellendreh­ winkels während des Umschaltvorgangs von Kompressionshub auf Saughub gemäß Fig. 3c ist in den Diagrammen der Fig. 4 dargestellt.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (19)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit einer Pumpe und einem, vorzugswei­ se mit Pumpendrehzahl angetriebenen, Verteiler, dessen ro­ tierender Teil über innere Durchflußkanäle drehwinkelab­ hängig eine mit der Pumpe verbundene Zuleitung abwechselnd mit zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine füh­ renden Einspritzleitungen verbindet, wobei
ein zwei Positionen einnehmendes Umschaltventil vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine betätigt wird,
dessen Einlaßöffnung mit dem Pumpenarbeitsraum ver­ bindbar ist und
dessen Austrittsseite zwei Auslaßöffnungen aufweist, die in Abhängigkeit von der Position des Ventilschie­ bers jeweils mit der Einlaßöffnung verbunden sind,
wobei die Auslaßöffnungen zu zwei verschiedenen inneren Durchlaßkanälen des rotierenden Teils des Verteilers füh­ ren, deren Öffnungen an der Außenseite des rotierenden Teils eine unterschiedliche Winkelposition einnehmen, so daß die beiden so erzeugten Öffnungswinkelbereiche des Verteilers, bezogen auf den jeweiligen Zylinder der Brenn­ kraftmaschine, relativ zueinander vor- bzw. nacheilen, dadurch gekennzeichnet daß das Umschaltventil innerhalb des rotierenden Teils (102) des Verteilers (10), vorzugsweise konzentrisch, an­ geordnet ist und seine Einlaßöffnung (31) über eine eben­ falls ausschließlich innerhalb des rotierenden Teils (102) des Verteilers (10) verlaufende Leitung (30) mit dem Pum­ penarbeitraum (11) verbunden ist.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (14) des Umschaltventils in Achsrichtung des rotierenden Teils (102) des Verteilers (10) verschieblich gelagert ist und daß insbesondere der rotierende Teil (102) des Verteilers (10) die den Ventilschieber (14) führende Wandung bildet.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Umschaltventils und/oder die Verbindungsleitung (30) zwischen dem Umschaltventil und dem Pumpenarbeitsraum (11) mit der Längsachse des rotierenden Teils (102) des Verteilers (10) zusammenfällt.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (14) den Arbeitskolben eines Hydraulikantriebs bildet, wobei dieser Arbeitskolben stirnseitig mit der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird und mit seiner Seitenwandung eine Dichtung für die jeweils zu versperrende Auslaßöffnung des Umschaltventils bildet.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß als Verbin­ dung zwischen Hydraulikantrieb und dem feststehenden Teil (101) des Verteilers (10) ein koaxial verlaufender Hydrau­ likanal (17) mit radialen Verbindungskanälen (18) zu einer Ringnut (19) vorgesehen ist, derart daß die Hydraulikflüs­ sigkeit über die Ringnut (19), den Verbindungskanal (18) zu einer Stirnseite des Ventilschiebers (14) bei seinen Verschiebebewegungen gelangt.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß im Hydraulikantrieb ein Ventil, insbesondere ein Magnetventil (23), zum Festlegen der Aktivierungszei­ ten des Ventilschiebers (14) vorgesehen ist.

7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ventilschieber (14) eine Ringnut (27) aufweist, die mit der Verbindungsleitung (30) über Druck­ kanäle in Verbindung steht, so daß über die Ringnut der Kraftstoff in die weiteren Öffnungen der Durchlaßkanäle (32, 33) des Verteilers (10) förderbar ist.

8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Austrittsöffnungen (34, 35) der inneren Durchlaßkanäle (32, 33) des rotierenden Teils (102) des Verteilers (10) an dessen Außenseite bezüglich der axialen Richtung in derselben Höhe gelegen sind.

9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß an der vom Pumpenarbeitsraum (11) entfernt gelegenen Stirnseite (141) des Ventilschiebers (14) eine in axialer Richtung wirkende und in Richtung auf den Pum­ penarbeitsraum (11) vorgespannte Feder (26) anliegt.

10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der rotierende Teil (102) des Verteilers (10) den Arbeitskolben der Pumpe bildet.

11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (19) für die Hydraulikflüssigkeit bzw. eine an der gegenüberliegenden Wandung vorgesehene zugewandte Öffnung (20) eine derartige Erstreckung in axialer Richtung auf­ weist, daß ein Übertritt von Hydraulikflüssigkeit unabhän­ gig von der axialen Position des rotierenden Teils (102) des Verteilers (10) erfolgen kann.

12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Begrenzung der Einspritzdauer für vorge­ gebene Zeitabschnitte des Druckhubs über eine zeitabhängig freigebbare Entlastungsleitung mit einem Entlastungsraum verbindbar ist.

13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum (11) führende Kraftstoffleitung (40) koaxial zur Achse des rotierenden Teils (102) des Verteilers (10) angeordnet ist.

14. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 10 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß in der den Kraftstoff in den Pumpenarbei­ tsraum (11) führende Kraftstoffleitung (40) ein Rück­ schlagventil (43) zum Verschließen der Kraftstoffleitung (40) während des Druckhubes vorgesehen ist.

15. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß steuer­ bare Kraftstoffabsperrmittel zum Rückschlagventil (43) pa­ rallel geschaltet sind.

16. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 10 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Kraftstoffleitung (40) ein Druckbe­ grenzer (45) vorgesehen ist.

17. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 10 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, daß der Hydraulikantrieb mit der Kraftstofflei­ tung (40) verbunden ist, wobei der Kraftstoff das Druckme­ dium bildet und der Druck von einer in der Kraftstofflei­ tung (40) vorgesehenen Förderpumpe (42) erzeugt wird.

18. Verfahren zum Umschalten von Kompressions- auf Saug­ hub mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrenschritte:
Einspritzen in den ersten Zylinder im Kompressions­ hub;
Einspritzen in den dritten Zylinder im Kompressions­ hub,
Umschalten des Ventilschiebers (14),
Einspritzen in den vierten Zylinder im Saughub bei gleichem Zyklus wie beim Einspritzvorgang in den dritten Zylinder.

19. Verfahren zum Umschalten von Saug- auf Kompressions­ hub mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch folgende Verfahrenschritte:
Einspritzen in den dritten Zylinder im Saughub;
Umschalten des Ventilschiebers (14);
Einspritzen im Kompressionshub in den vierten Zylin­ der.