EP0032172B1

EP0032172B1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren

Info

Publication number: EP0032172B1
Application number: EP80106922A
Authority: EP
Inventors: Jean Leblanc; Jean Pigeroulet; Max Dr. Dipl.-Ing. Straubel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-01-12
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1984-08-08
Also published as: DE3000977A1; EP0032172A1; ATE8922T1; JPS56106061A; DE3068920D1; US4398518A; JPH0327756B2

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem gattungsbildenden Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Es ist bereits eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung dieser Bauart bekannt (US-A-3 486 493), bei der die Einspritzpumpe als Pumpe-Düse ausgebildet ist und die Kraftstoffeinspritzmenge durch einen in einen Überströmkanal eingesetzten hydraulisch angetriebenen Steuerschieber bestimmt wird. Dieser Steuerschieber bestimmt den wirksamen Förderhub und damit die Kraftstoffeinspritzmenge der Einspritzpumpe durch Sperrung des Rückflusses aus dem Pumpenarbeitsraum; und die Einspritzung ist beendet, wenn dieser Steuerschieber den Überströmkanal öffnet und der Einspritzdruck sich entlasten kann. Bei dieser bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung besteht die für alle Einspritzpumpen gemeinsame Steuereinrichtung aus einem synchron zur Motornokkenwelle angetriebenen mechanischen Drehverteiler, der sowohl den Beginn als auch das Ende der Kraftstoffeinspritzung bestimmt, über eine mechanisch von Fliehgewichten verschiebbare Steuerhülse eine drehzahlabhängige Förderbeginnänderung steuert und zugleich als Verteilereinrichtung dient, durch die der Steuerkraftstoff den jeweiligen Druckräumen der Steuerschieber zugeführt wird. Eine solche, mechanisch angetriebene Steuereinrichtung weist eine starke Drehzahlabhängigkeit auf, d. h. die eingespritzte Kraftstoffmenge ändert sich bei wechselnden Drehzahlen trotz unveränderter Einstellung der Stellglieder. Dies begrenzt die Einsatzmöglichkeit bei schriellaufenden Motoren. Als weiterer Nachteil ist zu nennen, daß die Steuerdruckleitung auch als Fülleitung dient, womit negative Rückwirkungen auf die Mengensteuerung und Steuerzeiten zu erwarten sind.
Des weiteren ist durch die US-A-3 465 737 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung nahezu gleicher Bauart bekannt, bei der jedoch der Steuerschieber vom Steuerdruck einer als Steuerpumpe dienenden separaten und zugleich mit Pumpe-Düse angetriebenen Einspritzpumpe betätigt wird Zur Änderung des Spritzbeginns ist in den Antrieb der Steuerpumpe ein bekannter, das Antriebsdrehmoment übertragender Spritzversteller eingebaut, so daß der gesamte Aufwand für die Einrichtung sehr groß ist.
Aus der FR-A-2 235 276 ist außerdem eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannt, bei der die den Einspritzbeginn und das Einspritzende bestimmende Steuereinrichtung von einer aus zwei Magnetventilen bestehenden Magnetventilanordnung gebildet ist. Diese Magnetventilanordnung ist von einer Verteilereinrichtung getrennt angeordnet. Zur Einleitung des Spritzbeginns wird der Abfluß des Kraftstoffes aus der Druckleitung in die Niederdruckleitung durch die Magnetventilanordnung gesperrt und zur Beendigung der Einspritzung wieder entlastet. Bei dieser Einrichtung sind die Magnetventile während der Einspritzung direkt dem unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoff ausgesetzt, wodurch an die Genauigkeit und Hochdruckbeständigkeit dieser Ventile extrem hohe Anforderungen gestellt werden. Außerdem bricht nach jeder Einspritzung der von den Pumpenkolben erzeugte Einspritzdruck vollkommen zusammen, so daß der Einspritzdruck für die nächste Einspritzung erneut im gesamten Hochdrucksystem aufgebaut werden muß. Auch der zentrale Drehverteiler leitet direkt den unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoff zu den Einspritzdüsen, so daß unverhältnismäßig große, unter Einspritzdruck stehende Toträume vorhanden sind.
Es sind auch Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit magnetventilgesteuerten Pumpe-Düsen bekannt, bei denen der in den Überströmkanal eingesetzte Steuerschieber vom Ventilglied einer Magnetventilanordnung gebildet ist. Bei diesen Einrichtungen ist jeder Pumpe-Düse ein direkt vom Einspritzdruck beaufschlagtes Magnetventil zugeordnet, so daß unvermeidbare Exemplarstreuungen und die am Ventilglied angreifenden Druckkräfte bei Verwendung der Pumpe-Düsen an Mehrzylindermotoren eine gleiche Fördermenge jeder Pumpe-Düse verhindert.
Ziel der Erfindung ist es, unter weitgehender Ausschaltung mechanischer Steuerungsteile bei geringem Bauaufwand eine kompakte und über einen weiten Drehzahlbereich eine genaue Mengenzumessung und Spritzbeginnkorrektur gewährleistende Einspritzeinrichtung zu erhalten, die bei schnellaufenden Dieselmotoren eingesetzt werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen a) bis e) des Patentanspruchs 1 wird sowohl der Einspritzbeginn als auch die Einspritzdauer von einer elektronisch ansteuerbaren Magnetventilanordnung bestimmt, wodurch eine genaue und zeitgerechte Kraftstoffeinspritzung erreichbar ist, denn mit den heute gebräuchlichen elektronischen Steuereinrichtungen werden auch die für die Dieseleinspritzung benötigten, extrem kurzen Steuerzeiten unter Einbeziehung der Drehzahlsignale elektrischer Drehzahlsensoren mit der erforderlichen Genauigkeit erzielt. Durch die Trennung der die Druckbeaufschlagung steuernden Ventilanordnung von der Verteilereinrichtung können die benötigten Leitungen und Steuerzeiten optimal ausgelegt werden, und der Steuerdruck wird nicht ungünstig durch die beim Füllen und Absteuern der Pumpenarbeitsräume auftretenden Druckstöße beeinflußt, und außerdem werden noch durch die vereinfachte Leitungsführung gemäß den Merkmalen d) und e) die bei der Umsteuerung der Steuerschieber auftretenden Entlastungsstöße und damit die Umschaltbewegungen dieser Steuerschieber durch den als Gegendruck wirkenden Versorgungsdruck gedämpft.
Durch die in den weiteren abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind konstruktive Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie vorteilhafte Weiterbildungen der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung möglich. So ist durch die gemäß den Ansprüchen 2 und 3 von je einer Steuerstelle an jedem Pumpenkolben gebildete Verteilereinrichtung eine zwangsläufige Verbindung der Steuerdruckleitung mit den jeweils unter Steuerdruck stehenden Druckräumen auf einfachste Weise möglich. Außerdem kann die Länge der Steuerleitung in vorteilhafter Weise äußerst kurz gehalten werden, wodurch die Toträume der Steuerleitungen verringert werden, und ein sonst notwendiger zusätzlicher Antrieb der Verteilereinrichtung entfällt.
Beliebig kurze Schaltzeiten werden mit der Zeit zur Verfügung stehenden Magnetventilen durch die Anordnung gemäß Anspruch 4 erreicht, wobei die Wirkungsweise zweier hydraulisch parallel geschalteter Magnetventile an sich aus der bereits zum Stand der Technik gewürdigten FR-A-2 235 276 bekannt ist.
Durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 5 bis 7 sind verschiedene mögliche Magnetventilkombinationen festgelegt, von denen die gemäß Anspruch 5 oder 6 gewählten Merkmalskombinationen durch die Verwendung des in die Verbindung zwischen Steuerdruckleitung und Niederdruckleitung eingesetzten 3/2-Wegeventils eine klare Trennung zwischen Steuerdruck und Versorgungsdruck ermöglicht und somit eine genügend schnelle Hubbewegung des Steuerschiebers erzielt. Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 werden die in ihrem Aufbau sehr einfachen 2/2-Wegeventile verwendet, was eine einfache Leitungsführung ermöglicht, und entsprechend Anspruch 8 wird eine schnelle Entlastung der Steuerdruckleitung sichergestellt.
Die Merkmale des Kennzeichenteils von Anspruch 9 gewährleisten eine schnelle Betätigung des jeweils den Einspritzbeginn oder das Spritzende steuernden Magnetventils, und bei Stromausfall kann keine Einspritzung stattfinden, womit den Sicherheitsanforderungen Rechnung getragen wird.
In der das gleiche Prioritätsdatum aufweisenden EP-A-0 032 168 (europäische Patentanmeldung Nr.80 106901.4) der Anmelderin sind auch die zur Beschreibung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwendeten Ausführungsbeispiele enthalten. Im Unterschied zum vorliegenden Erfindungsgegenstand sind die Hauptmerkmale des Patentanspruchs 1 jedoch auf die spezielle Bauart der verwendeten Steuerkraftstoffquelle gerichtet, die von einer, einen gegenüber dem Versorgungsdruck der Einspritzpumpen um ein Mehrfaches erhöhten Steuerdruck erzeugenden Förderpumpe und von einem ersten, den Steuerdruck begrenzenden Druckbegrenzungsventil gebildet ist. Diesem Ventil ist ein zweites Druckbegrenzungsventil nachgeschaltet, welches den in den von den Steuerleitungen getrennten Fülleitungen herrschenden Versorgungsdruck bestimmt. Dagegen sind die Patentansprüche des vorliegenden Patents auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gerichtet, bei der die dem Antrieb des Steuerschiebers dienende Steuereinrichtung aus einer für alle Einspritzpumpen gemeinsamen Magnetventilanordnung und einer von dieser getrennten Verteilereinrichtung besteht.
Drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels mit vier im Querschnitt dargestellten, als Pumpe-Düsen ausgebildeten Einspritzpumpen,
Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel mit einer aus zwei 3/2-Wegeventilen bestehenden Magnetventilanordnung und einer von einem Drehverteiler gebildeten Verteilereinrichtung,
Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem dritten, ansonsten entsprechend Fig. 1 ausgebildeten Ausführungsbeispiel mit einer vereinfachten Magnetventilanordnung und
Fig. 4 ein Steuerdiagramm zu den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Magnetventilanordnungen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind mit 10a bis 10d vier mechanisch angetriebene Pumpe-Düsen bezeichnet, die im wesentlichen aus einer von je einem Antriebsnocken 11 a bis 11 d einer Motornockenwelle 11 angetriebenen, als Kolbenpumpe ausgebildeten Einspritzpumpe 12a bis 12d und einer mit dieser zusammengebauten, als druckgesteuertes Einspritzventil ausgebildeten Einspritzdüse 13 besteht. Als Einspritzdüse kann je nach den Erfordernissen des Motors jedes der bekannten, vom Kraftstoffdruck gesteuerten und als nach außen oder innen öffnende Ventile ausgebildeten Einspritzventile verwendet werden. Die mit 14a, 14b, 14c und 14d bezeichneten Pumpkolben tauchen bei ihren entgegen einer Stößelfeder 15 von den Antriebsnocken 11 bis 11 d erzeugten und über Rollenstößel 16 übertragenden Druckhüben in je einen von einem Teil einer Zylinderbohrung 17 der Pumpkolben 14a bis 14d gebildeten Pumpenarbeitsraum 18 ein. Diese Pumpenarbeitsräume 18 werden über an eine für alle Pumpe-Düsen 10a bis 10d gemeinsame, unter dem Versorgungsdruck p_v stehende Versorgungsleitung 19 angeschlossene Fülleitungen 21 mit Kraftstoff gefüllt, die zugleich auch als Verlängerung der mit 22 bezeichneten, an die Pumpenarbeitsräume 18 angeschlossenen Überströmkanäle anzusehen sind. Da beim dargestellten Ausführungsbeispiel keine separaten Fülleitungen in die Pumpenarbeitsräume 18 münden, sind die Überströmleitungen 22 zugleich auch als ein Teil der Fülleitungen 21 anzusehen. In die Verbindung jedes Überströmkanals 22 mit der Fülleitung 21 ist ein entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 23 betätigbarer Steuerschieber 24 eingesetzt, der bei der Pumpe-Düse 10a in einer zur Einleitung der Einspritzung den Überströmkanal 22 verschließenden Lage, bei den anderen Pumpe-Düsen 10b bis 10d jedoch in seiner den Pumpenarbeitsraum 18 mit den Fülleitungen 21 und damit mit der als Niederdruckleitung dienenden Versorgungsleitung 19 verbindenden Ausgangsstellung an einem nicht näher dargestellten Anschlag anliegt. Um die Leitungsfüllung zu vereinfachen, münden die Fülleitungen 21 in je einen die Rückstellfeder23 enthaltenden Federraum 25 des Steuerschiebers 24, und der Federraum 25 ist über von Flächen oder Nuten gebildete Kanäle 26 in einem Abschnitt 24a des Steuerschiebers 24 in dauernder Verbindung mit einer als Ringnut ausgebildeten Steuerstelle 27 des Steuerschiebers 24. In der bei den Pumpe-Düsen 10b bis 10d eingezeichneten Ausgangslage des Steuerschiebers 24 hat die Ringnut 27 die Verbindung von der Fülleitung 21 zum Überströmkanal 22 geöffnet, bei der ersten Pumpe-Düse 10a ist diese Verbindung geschlossen.
Jeder der Steuerschieber 24 ist an seinem der Rückstellfeder 23 gegenüberliegenden Ende von einem Druckraum 28 begrenzt, der seinerseits über eine Steuerleitung 29 an eine für alle Pumpe-Düsen gemeinsame Steuerdruckleitung 31 angeschlossen ist.
Die Steuerdruckleitung 31 kann unter den Steuerdruck p_s einer Steuerkraftstoffquelle 32 gesetzt werden, wenn der von einer Förderpumpe 33 aus einem Tank 34 in die Steuerdruckleitung 31 geförderte Kraftstoff in seiner Druckhöhe von einem ersten Druckbegrenzungsventil 35 bestimmt wird. Dies ist dann der Fall, wenn der sich in der Steuerdruckleitung 31 befindende Steuerkraftstoff durch eine für alle Pumpe-Düsen 10a bis 10d zentrale Magnetventilanordnung 48 daran gehindert ist, in eine unter wesentlich niedrigerem Druck stehende Niederdruckteitung abzufließen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Versorgungsleitung 19 als Niederdruckleitung, in der im vorliegenden Fall dann der Versorungsdruck p_v herrscht. Zur Steuerung dieses Versorgungsdrucks p_v ist dem ersten Druckbegrenzungsventil 35 ein zweites Druckbegrenzungsventil 37 nachgeschaltet.
Die Steuerkraftstoffquelle 32 ist somit von der vorzugsweise als Konstantmengenpumpe ausgebildeten Förderpumpe 33 und dem ersten Druckbegrenzungsventil 35 gebildet, und der bei gesperrtem Rücklauf in der Steuerdruckleitung herrschende Steuerdruck p_s ist um ein Mehrfaches höher als der in der Versorgungsleitung 19 und den Fülleitungen 21 herrschende Versorgungsdruck p_v. Günstige Werte ergeben sich bei pv = 6 bar und ps = 30 bis 80 bar.
Fig. 1 zeigt die Spritzbeginnstellung für die erste Pumpe-Düse 10a, da der im Pumpenarbeitsraum 18 befindliche Kraftstoff durch den den Überströmkanal 22 absperrenden Steuerschieber 24 daran gehindert wird, in die Niederdruckleitung 19 abzufließen. Beim weiteren Abwärtshub des Pumpkolbens 14a wird danach der im Pumpenarbeitsraum 18 komprimierte Kraftstoff über die Einspritzdüse 13 in den zugehörigen Motorzylinder eingespritzt. Bei den übrigen nichtbetätigten Pumpe-Düsen 10b bis 10d ist entweder in der unteren oder oberen Totpunktlage des zugehörigen Antriebsnockens 11b bis 11d die Verbindung von der Steuerdruckleitung 31 zum Druckraum 28 des Steuerschiebers 24 durch die entsprechende Lage je einer als Verteilereinrichtung dienenden Ringnut 43 an den Pumpkolben 14b bis 14d gesperrt. Die von den vier Ringnuten 43 an den Pumpkolben 14a bis 14d gebildete Verteilereinrichtung und die zentrale Ventilanordnung 48 bilden zusammen die den Förderbeginn und das Förderende der entsprechenden Pumpe-Düsen 10a bis 10d steuernde Steuereinrichtung.
Die Magnetventilanordnung 48 besteht, wie aus der vereinfachten Darstellung in Fig. 1 zu entnehmen ist, aus den zwei hydraulisch parallel geschalteten Magnetventilen 46 und 47, durch die bei entsprechender Überschneidung der Steuersignale extrem kurze, mit einem einzigen Magnetventil nicht erzielbare Steuerzeiten erreichbarsind.
Das erste Magnetventil 46 ist in eine die Steuerdruckleitung 31 mit der Versorgungsleitung 19 verbindende Leitung 42 eingesetzt, als 2/2-Wegeventil ausgebitdet und in seiner betätigten, d. h. vom zugehörigen erregten Elektromagneten verschobenen zweiten Schaltstellung gezeichnet, in der es die Verbindung von der Steuerdruckleitung 31 zur Versorgungsleitung 19 sperrt. Das zweite Magnetventil 47 ist ein 3/2-Wegeventil und verbindet in seiner entregten, in Fig. 1 eingezeichneten ersten Schaltstellung einen zur Verteilereinrichtung 43 führenden Teil 31 a der Steuerdruckleitung 31 mit dem anderen mit der Steuerkraftstoffquelle 32 verbundenen Teil 31b. Zur Beendigung der Einspritzung und Entlastung der Steuerdruckleitung 31 schaltet dieses zweite Magnetventil 47 bei erregtem Elektromagneten in seine zweite, den Teil 31a der Steuerdruckleitung 31 mit der Versorgungsleitung verbindende Schaltstellung um. Vor Einleitung des nächsten Einspritzvorgangs kehrt dann das erste Magnetventil 46 bei entregtem Elektromagneten in seine im Schaltsymbol eingezeichnete erste Schaltstellung zurück und das zweite Magnetventil 47 wird wieder in die gezeichnete erste Schaltstellung bei ebenfalls entregtem Elektromagneten gebracht.
Bei der zur Steuerung des Spritzendes erfolgenden Entlastung der Steuerdruckleitung 31 wird der Druck in der Steuerdruckleitung 31 auf den Versorgungsdruck p_v reduziert und in dem immer noch über die Ringnut 43 und die Steuerleitung 29 mit der Steuerdruckleitung 31 verbundenen Druckraum 28 der ersten Pumpe-Düse 10a wird der Druck abgesenkt und die Rückstellfeder 23 kann den Steuerschieber 24 in seine Ausgangslage verschieben. Dabei wird der Pumpenarbeitsraum 18 über den Überströmkanal 22, die Steuerstelle 27 am Steuerschieber 24, die Kanäle 26, den Federraum 25 und die Fülleitung 21 mit der Versorgungsleitung 19 verbunden. Der dadurch bewirkte Druckabfall im Pumpenarbeitsraum 18 beendet die Einspritzung, und im Pumpenarbeitsraum 18 wird nur ein dem Versorgungsdruck p_v entsprechender Standdruck aufrechterhalten. Bis zur Beendigung des Resthubes des Pumpkolbens 14a wird der überschüssige Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 18 in die Versorgungsleitung 19 verdrängt und beim darauffolgenden Saughub wird dieser Pumpenarbeitsraum 18 über die Fülleitung 21 und die Überströmleitung 22 wieder gefüllt. Diese Füllung ist beendet, wenn der Pumpkolben 14a wieder in seiner unteren Totpunktlage steht, wie dies bei den Pumpkolben 14c und 14d der dritten und vierten Pumpe-Düse 10c und 10d der Fall ist.
Die Antriebsnocken 11a bis 11d sind so ausgebildet, daß sowohl in der unteren als auch in der oberen Totpunktlage eine längere Rast des Pumpkolbens 14a bis 14d stattfindet, womit sichergestellt ist, daß bei der Betätigung einer der Steuerschieber 24 nicht ein anderer mit beeinflußt wird, denn sowohl in der unteren als auch in der oberen Totpunktlage verschließt die Ringnut 43 an den Pumpkolben 14a bis 14d die Verbindung vom Druckraum 28 über die Steuerleitung 29 zur gemeinsamen Steuerdruckleitung 31.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die einzelnen Pumpe-Düsen 10a bis 10d direkt von den über die strichpunktiert angedeutete, vorzugsweise von der obenliegenden Motornokkenwelle gebildeten Nockenwelle 11 verbundenen und angetriebenen Antriebsnocken 11a bis 11 d betätigt, wodurch der zur Erzeugung hoher Einspritzdrücke notwendige »steife Antrieb« gewährleistet ist. Selbstverständlich können die Pumpkolben 14a bis 14d auch über an sich bekannte Kipphebel von den Antriebsnocken 11a bis 11 d angetrieben werden (nicht dargestellt).
Eine räumlich günstige Anordnung der gesamten Kraftstoffeinspritzeinrichtung ergibt sich dann, wenn, wie strichpunktiert an der Förderpumpe 33 angedeutet, auch diese durch die Motornockenwelle 11 angetrieben wird.
Bei den nachfolgend zu den Fig. 2 bis 4 beschriebenen weiteren Ausführungsbeispielen sind gleiche bzw. gleichwirkende Teile gleich bezeichnet, baulich abgewandelte Teile erhalten einen Indexstrich und neue Teile werden neu bezeichnet.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel werden die mit 14a' bis 14d' bezeichneten Pumpkolben der Pumpe-Düsen 10a-bis 10d' von gegenüber den Antriebsnocken 11a a bis 11 der Fig. 1 in ihrer Form abweichenden Antriebsnocken 11a' bis 11 d' angetrieben, und als Verteilereinrichtung dient ein zentraler, synchron zu den Pumpe-Düsen 10a' bis 10d' angetriebener Drehverteiler 53, der ebenfalls direkt oder indirekt mit der Motornockenwelle 11 verbunden ist. Eine Mantelfläche 54 dieses Drehverteilers 53 ist mit einer dauernd mit der Steuerdruckleitung 31 verbundenen Steueröffnung 55 versehen, deren mit B bezeichnete Breite - in Umfangsrichtung gesehen - für die längstmögliche Betätigungsdauer des Steuerschiebers 24 unter Berücksichtigung der in der Praxis auftretenden Drehzahlen ausgelegt ist. Die Steueröffnung 55 ist über eine Querbohrung 56 im Drehverteiler 53 und über eine Längsbohrung 57 in dauernder Verbindung mit der Steuerdruckleitung 31, und bei der zur Ansteuerung der Pumpe-Düsen 10a' bis 10d' im Uhrzeigersinn erfolgenden Drehbewegung des Drehverteilers 53 werden die einzelnen Steuerleitungen 29 nacheinander im Takt der Einspritzungen mittels der Steueröffnung 55 mit der Steuerdruckleitung 31 verbunden. Die in die Steuerdruckleitung 31 zwischen dem zur Verteilereinrichtung 53 führenden Teil 31a und dem von der Steuerkraftstoffquelle 32 her gespeisten Teil 31 dieser Leitung 31 eingesetzte Magnetventilanordnung ist in Fig. 2 mit 48' bezeichnet und besteht aus zwei 3/2-Wegeventilen 46' und 47', durch die der eine dauernd mit der Verteilereinrichtung 53 verbundene Teil 31 a der Steuerdruckleitung 31 wechselweise mit dem anderen mit der Steuerkraftstoffquelle 32 verbundenen Teil 31 b der Steuerdruckleitung 31 oder mit der Niederdruck- oder Versorgungsleitung 19 verbindbar ist. Das erste, zur Einleitung des Spritzbeginns betätigte Magnetventil 46' ist in seiner den Abfluß des Kraftstoffs aus der Steuerdruckleitung 31 in die Niederdruckleitung 19 verhindernden, jedoch den Durchfluß des Steuerkraftstoffs von der Steuerkraftstoffquelle 32 zum Drehverteiler 53 ermöglichenden Schaltstellung gezeichnet, das zweite Magnetventil 47' stand bereits in dieser entsprechenden Schaltstellung, und (nicht eingezeichnet) zur Beendigung der Einspritzung kann dann das zweite Magnetventil 47' in eine die Entlastung des Steuerdrucks p_s in den zum Drehverteiler 53 führenden Teil 31a der Steuerdruckleitung 31 ermöglichende Schaltstellung umschalten. In dieser Schaltstellung ist dann eine Verbindung zu der Versorgungsleitung 19 hergestellt, in der der gegenüber dem Steuerdruck p_s wesentlich niedrigere Versorgungsdruck p_v herrscht, der wie weiter vorne zu Fig. 1 bereits beschrieben, vom Druckbegrenzungsventil 37 gesteuert wird.
Fig. 3 zeigt für das dritte Ausführungsbeispiel eine schaltungstechnisch vereinfachte, anstelle der Magnetventilanordnungen 48 oder 48' in den Fig. 1 oder 2 verwendbare Magnetventilanordnung 48", die aus zwei nahezu gleichen, als 2/2-Wegeventile ausgebildeten Magnetventilen 46" und 47" besteht. Die übrigen Bauteile der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen können entsprechend Fig. 1 oder 2 ausgeführt werden.
Beide Magnetventile 46" und 47" sind in jeweils eine die Steuerdruckleitung 31 mit der Versorgungsleitung 19 verbindende Leitung 42' und 42" eingesetzt. Entsprechend den Schaltstellungen der Magnetventile in den Fig. 1 und 2 steht das erste Magnetventil 46" in seiner bei erregtem Elektromagneten die Verbindung von der Steuerdruckleitung 31 zur Niederdruckleitung 19 sperrenden zweiten Schaltstellung, während das zweite, nicht erregte Magnetventil 47" bereits in seiner diese Verbindung sperrenden ersten Schaltstellung steht. Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, ist die Steuerdruckleitung 31 direkt mit der Steuerkraftstoffquelle 32 verbunden, und die Versorgungsleitung 19 zweigt zwischen den beiden Druckbegrenzungsventilen 35 und 37 ab. Zur Verbesserung der Wirkungsweise der Ventilanordnung 48" kann, wie strichpunktiert angedeutet, in die Steuerdruckleitung 31 vor der über die Leitungen 42' und 42" erfolgenden Verbindung zur Versorgungsleitung 19 eine Strömungsdrossel 59 eingesetzt werden. Diese Strömungsdrossel 59 muß so ausgelegt sein, daß ein den Rückhub des Steuerschiebers 24 ermöglichender Druckabfall auf den Versorgungsdruck p_v bei durch das zweite Magnetventil 47" gesteuerter Verbindung zur Versorgungsleitung 19 in der Steuerdruckleitung 31 möglich ist, und daß auch bei gesperrtem Abfluß ein schneller Druckaufbau des Steuerdrucks p_s in dieser Steuerdruckleitung 31 stattfindet.
Die Wirkungsweise der beiden in Fig. 1 in ihrer den Abfluß aus der Steuerdruckleitung 31 sperrenden Schaltstellung eingezeichneten Magnetventile 46 und 47 und auch der zu den Fig. 2 und 3 beschriebenen Magnetventile 46' und 47' bzw. 46" und 47" ist aus dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm zu entnehmen und nachfolgend für einen Einspritzvorgang anhand dieses Diagramms beschrieben.
Auf der Ordinate sind die mit »zu« bezeichnete Schließstellung und die mit »auf« bezeichnete Offenstellung beider Magnetventile 46 und 47, bzw. 46' und 47' oder 46" und 47" über der in der Abszisse aufgetragenen Zeit t mittels zweier geringfügig zueinander in der Höhe versetzt gezeichneter Kurven a und b aufgetragen. Der voll ausgezogene Kurvenzug a bezieht sich auf das erste-_'Magnetventil 46, 46', 46" und der gestrichelt eingezeichnete Kurvenzug b auf das zweite Magnetventil 47, 47', 47". Wie aus dem Kurvenzug b zu entnehmen ist, ist bei t_i das zweite Magnetventil 47; 47', 47" bereits geschlossen, wenn in t₂ die durch tε gekennzeichnete Einspritzung durch Umschalten des ersten Magnetventils 46, 46', 46" von seiner Offen- in seine Schließstellung, d. h. von »auf« nach »zu«, eingeleitet wird. Die Einspritzung ist dann beendet, wenn im Zeitpunkt t₃ das zweite Magnetventil 47, 47', 47" öffnet und von »zu« nach »auf« umschaltet. Kurz danach kann auch bei t₄ das erste Magnetventil 46, 46', 46" wieder in seine Offenstellung umschalten, so daß vor Beginn der zu den Zeitpunkten t, und t₂ stattfindenden Schließbewegungen beider Magnetventile beide Magnetventile offen und die Steuerdruckleitung 31 zur Niederdruckleitung 19 hin entlastet ist. Durch diese sogenannte »Gegentaktschaltung« zweier Magnetventile können auch für extrem kurze, d. h. bis auf Null verkürzte Schaltzeiten handelsübliche druckausgeglichene Magnetventile mit einer systembedingten Mindestumschaltdauer verwendet werden. Die allein durch den Hub des Ventilgliedes bedingten Schaltzeiten sind durch die Schräglage der entsprechenden Kurventeile der Kurven a und b angedeutet, und mit den Kurven c und d sind die elektrischen Schaltimpulse für die zugehörigen Elektromagneten angedeutet. Wie aus den Kurven c und d zu entnehmen ist, wird das erste Magnetventil 46, 46', 46" kurz vor t₂ zur Steuerung des Spritzbeginns eingeschaltet und zu einem in weiten Grenzen festlegbaren Zeitpunkt zwischen t₃ und t₂ wieder ausgeschaltet. Die gestrichelte Kurve d zeigt, daß das zweite Magnetventil 47, 47', 47" zur Steuerung des Spritzendes bei t₃ eingeschaltet und vor t₂ z. B. bei ti oder, wie strichpunktiert angedeutet, bei t₅ wieder ausgeschaltet wird.
Die als Ausführungsbeispiele beschriebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen sind ausschließlich mit Pumpe-Düsen versehen, weil mit diesen die Vorteile der erfindungsgemäßen hydraulischen Steuerung am besten zur Geltung kommen. Das Erfindungsprinzip kann aber auch auf Einzelpumpen und auf zu Reihenpumpen zusammengefügte Einspritzpumpen angewendet werden.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, mit pro Arbeitszylinder je einem mechanisch angetriebenen Pumpkolben (14a-14d; 14a'-14d') einer von einer Förderpumpe (33) mit unter Versorgungsdruck stehendem Kraftstoff versorgten Einspritzpumpe (12a-12d), mit je einem vom Steuerdruck einer Steuerkraftquelle (32) entgegen mindestens der Kraft einer Rückstellfeder (23) betätigbaren Steuerschieber (24) der in einen dauernd mit dem Pumpenarbeitsraum (18) verbundenen Überströmkanal (22) eingesetzt ist und diesen Kanal zur Einleitung des Einspritzbeginns verschließt und zur Beendigung der Einspritzung wieder öffnet, und mit einer Steuereinrichtung (48; 48'; 48"), durch die der Steuerdruck über Steuerleitungen (29) auf die Druckräume (28) der Steuerschieber (24) aufschaltbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Steuereinrichtung besteht aus einer für alle Einspritzpumpen (12a bis 12d) gemeinsamen, den Anfang und die Dauer der Druckbeaufschlagung der Druckräume (28) der Steuerschieber (24) bestimmenden Magnetventilanordnung (48; 48'; 48") und aus einer von dieser getrennten Verteilereinrichtung (43; 53), durch die die im Takt der Einspritzungen jeweils nur eine der an die Druckräume (28) der Steuerschieber (24) angeschlossenen Steuerleitungen (29) mit einer Steuerdruckleitung (31) verbindbar ist;

b) durch die Magnetventilanordnung (48; 48'; 48") ist die für alle Einspritzpumpen (12a bis 12d) gemeinsame Steuerdruckleitung (31) mit einer Niederdruckleitung (19) verbindbar;

c) der zur Betätigung der Steuerschieber (24) erforderliche, über die Verteilereinrichtung (43, 53) jeweils einen der Druckräume (28) beaufschlagende Steuerdruck (p_s) wird durch die den Abfluß des Steuerkraftstoffs aus der Steuerdruckleitung (31) in die Niederdruckleitung (19) sperrende Magnetventilanordnung (48, 48', 48") aufgebaut und danach für den Rückhub des Steuerschiebers (24) zur Niederdruckleitung (19) hin wieder entlastet;

d) die Pumpenarbeitsräume (18) sind über von den Steuerleitungen (29) getrennte Fülleitungen (21) an eine für alle Einspritzpumpen gemeinsame, unter dem Versorgungsdruck (p_v) stehende Versorgungsleitung (19) angeschlossen; und

e) die Versorgungsleitung (19) dient als Niederdruckleitung für den über die Magnetventilanordnung (48; 48'; 48") aus der Steuerdruckleitung (31) abfließenden Kraftstoff.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilereinrichtung von je einer in die Pumpkolben (14a bis 14d) jeder Einspritzpumpe (12a bis 12d) eingearbeiteten Steuerstelle (43) gebildet ist, durch die mindestens in der Ausgangs- oder unter Totpunktlage (UT) des Pumpkolbens (14a bis 14d) die Verbindung von der zugehörigen Steuerleitung (29) zur Steuerdruckleitung (31) unterbrochen und nach einem ersten Teilhub (h_i) wiederhergestellt ist. (Fig. 1

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstelle von einer in die Mantelfläche des Pumpkolbens (14a bis 14d) eingearbeiteten Ringnut (43) gebildet ist.

-4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetventilanordnung (48, 48', 48") aus zwei hydraulisch parallel geschalteten Magnetventilen (46.und 47, 46' und 47', 46" und 47") besteht, von denen das erste, vor dem Einspritzbeginn zur Niederdruckleitung (19) offene Magnetventil (46, 46', 46") durch seine Umschaltbewegung den Abfluß des Steuerkraftstoffs aus der Steuerdruckleitung (31) in die Niederdruckleitung (19) bei bereits vor Einspritzbeginn den Abfluß sperrendem zweiten Magnetventil (47, 47', 47") zur Einleitung der Einspritzung sperrt, und von denen das zweite Magnetventil (47, 47', 47") durch seine den Abfluß ermöglichende Umschaltbewegung bei noch umgeschaltetem erstem Magnetventil (46, 46', 46") das Spritzende steuert.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Aqspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Magnetventile (46' und 47') als 3/2-Wegeventile ausgebildet sind, durch die der eine dauernd mit der Verteilereinrichtung (53) verbundene Teil (31 a) der Steuerdruckleitung (31) wechselweise mit dem anderen mit der Steuerkraftstoffquelle (32) verbundenen Teil (31b) der Steuerdruckleitung (31) oder mit der Niederdruckleitung (19) verbindbar ist (Fig. 2).

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Magnetventil (46) als 2/2-Wegeventil ausgebildet und in eine die Steuerdruckleitung (31) mit der Niederdruckleitung (19) verbindende Leitung (42) eingesetzt ist und daß das zweite Magnetventil (47) als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist und wechselweise den einen zur Verteilereinrichtung (43) führenden Teil (31 a) der Steuerdruckleitung (31) mit dem anderen mit der Steuerkraftstoffquelle (32) verbundenen Teil (31b) der Steuerdruckleitung (31) oder mit der Niederdruckleitung (19) verbindet (Fig. 1).

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Magnetventile (46", 47") der Magnetventilanordnung (48") als 2/2-Wegeventile ausgebildet sind, die in je eine die Steuerdruckleitung (31) mit der Niederdruckleitung (19) verbindende Leitung (42', 42") eingesetzt sind und diese Leitungen (42', 42") wechselweise öffnen oder sperren (Fig. 3).

8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuerkraftstoffquelle (32) und der Verbindung mit den die Magnetventile (46", 47") enthaltenden Leitungen (42', 42") eine Strömungsdrossel (59) in die Steuerdruckleitung (31) eingesetzt ist (Fig. 3).

9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Magnetventil (46, 46', 46") für seine den Einspritzbeginn auslösende, die Verbindung von der Steuerdruckleitung (31) zur Niederdruckleitung (19) sperrende Umschaltbewegung und das zweite Magnetventil (47, 47', 47") für seine das Spritzende steuernde, die Steuerdruckleitung (31) zur Niederdruckleitung (19) entlastende Umschaltbewegung erregbar ist.