EP0078983A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0078983A1
EP0078983A1 EP82109914A EP82109914A EP0078983A1 EP 0078983 A1 EP0078983 A1 EP 0078983A1 EP 82109914 A EP82109914 A EP 82109914A EP 82109914 A EP82109914 A EP 82109914A EP 0078983 A1 EP0078983 A1 EP 0078983A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
pump
fuel injection
valve seat
injection device
Prior art date
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EP82109914A
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English (en)
French (fr)
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EP0078983B1 (de
Inventor
Franz Eheim
Wilfried Böhringer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP0078983B1 publication Critical patent/EP0078983B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/205—Quantity of fuel admitted to pumping elements being metered by an auxiliary metering device
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/87917—Flow path with serial valves and/or closures
    • Y10T137/88062—Coaxial oppositely directed seats

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device according to the preamble of the main claim.
  • a fuel injection device is already known, in which, however, the electromagnetically actuated metering valve and the check valve are arranged spatially separated from one another, so that, in addition to increased assembly effort, there is also an undesirably large dead space volume between the two valves.
  • the fuel injection device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage of a low installation effort with a minimal dead space volume between the electromagnetically actuated metering valve and the check valve.
  • FIG. 1 shows a basic illustration of a fuel injection device
  • FIG. 2a shows a diagram of the switching time of the electromagnetically actuated metering valve over the angle of rotation of the pump piston
  • FIG. 2b shows the stroke course of the pump piston in association with the angle of rotation of the pump piston
  • FIG actuatable metering valve integrated check valve
  • Figure 4 shows a second embodiment with a check valve integrated in an electromagnetically actuated metering valve.
  • a cylinder bore 2 is provided in a pump housing 1, in which a pump piston 3 encloses a pump work chamber 4.
  • the pump piston 3 is driven via a cam disk 5, which runs on a roller ring 6, by means which are not shown in any more detail and, during its rotary movement, executes a reciprocating pump movement with a successive suction stroke and delivery stroke.
  • the fuel supply of the pump work space takes place via a fuel inlet channel 8, which leads to a pump suction space 9, shown in broken lines.
  • This pump suction chamber 9 is supplied with fuel by means of a fuel feed pump 11 from a fuel tank 12, the pressure in the pump suction chamber 9 being adjusted with the aid of a pressure control valve 14 which is connected in parallel to the fuel feed pump 11.
  • An electromagnetically operable metering valve 16 is inserted into the fuel inlet channel 8 as a fuel quantity metering device. Downstream of this metering valve 16 there is also a check valve 17 which opens in the direction of the pump work chamber 4.
  • a blind bore 18 arranged in the pump piston 3 leads from the pump work chamber 4, from which a radial bore 19 leads to the outside.
  • Another radial bore 20 connects the blind bore 18 with a distributor groove 21, through which delivery lines 22 are connected to the pump work chamber 4 in succession when the pump piston 3 rotates and its delivery stroke.
  • the delivery lines 22 are distributed according to the number of cylinders to be supplied to the internal combustion engine, not shown, on the circumference of the cylinder bore 2 and each contain a relief valve 23, via which they are connected to an injection valve 24.
  • annular groove 26 is also provided, which is connected to the pump suction chamber 9 via at least one bore 27.
  • the annular groove 26 is arranged such that the radial bore 19 in the pump piston 2 is opened from a maximum delivery stroke, so that the fuel delivered from this point in the further stroke movement of the pump piston 3 serves as a relief channel for the relief channel
  • blind bore 18, the radial bore 19 and the bore 27 can flow into the pump suction chamber 9 and thus the pressure delivery in the delivery line 22 is interrupted.
  • a spray adjustment piston 29 is also provided, which is coupled to the roller ring 6 and is adjustable against the force of a spring 30.
  • the injection adjustment piston 29 includes a pressure chamber 31, which is connected to the pump suction chamber 9 via a throttle 32 and is therefore acted upon by a speed-dependent pressure in the pump suction chamber 9.
  • the injection timing piston 29 adjusts the injection timing to early by rotating the roller ring 6 with increasing speed.
  • the pressure chamber 31 is also connected to the suction side of the fuel feed pump 11 via a solenoid valve 34 and can be relieved by means of this solenoid valve 34.
  • the solenoid valve 34 is controlled by an electronic control unit 36, which also serves to control the electromagnetically actuated metering valve 16 in the fuel inlet channel 8.
  • the control unit 36 operates as a function of parameters that are to be taken into account for the dimensioning and the timing of the fuel injection quantity.
  • the control unit 36 can, for. B. contain at least one map in which target values for the amount of fuel to be injected are contained in indirect or direct form. In a manner known per se, the speed n, the temperature T, the air pressure P L and the load can be taken into account as parameters be done.
  • signals of a needle stroke transmitter in the injection valve 24 can be detected as further parameters for determining the actual start of injection and the actual fuel injection duration.
  • control signals can also be used to determine the start of delivery or the delivery time via a pressure transmitter 38, which is suitably arranged on the high-pressure side of the fuel injection pump.
  • a pressure transmitter 38 which is suitably arranged on the high-pressure side of the fuel injection pump.
  • FIG. 2b shows the course of the stroke h of the pump piston 3 over the angle of rotation ⁇ .
  • This curve part B of the elevation curve runs very flat and is linear except for the border area at the reversal points of the pump piston 3.
  • the pressure stroke part A of the elevation curve in FIG. 2b is divided into three sections. Between the bottom dead center UT of the pump piston 3 at the beginning of the pressure stroke up to the point.
  • the fuel present in the pump work chamber 4 is compressed until the delivery pressure that causes the injection valve 24 to open is reached.
  • the second part of the survey curve extends between points FB and E0. In in this area, fuel is delivered into the delivery line 22.
  • the check valve 17 is closed by the delivery pressure, possibly supported by the spring installed there. Thus, the electromagnetically actuated metering valve 16 is relieved of pressure.
  • the radial bore 19 When the point EO of the elevation curve is reached, the radial bore 19 is brought into connection with the annular groove 26, so that the pump working chamber 4 is relieved of pressure in the pump suction chamber 9. The remaining amount of fuel to be displaced by the pump piston 3 flows out there. This takes place in the area between the opening EO of the radial bore 19 and the top dead center OT of the pump piston 3.
  • the metering valve 16 is opened at the latest when top dead center OT is reached. The opening can take place earlier since the fuel inlet channel 8 is closed by the check valve 17 during the pressure stroke. In the area between TDC and the closing point ES of the radial bore 19, fuel is drawn in via the large opening cross section of the metering valve 16.
  • the effective suction stroke of the pump piston 3 begins from ES, during which fuel is drawn in at MS until the metering valve 16 closes.
  • the effective suction stroke length h is thus determined on the one hand by the geometric design of the fuel injection pump or by the position of the control edge delimiting the annular groove 26 and on the other hand by the switching time of the metering valve 16.
  • the switching times of the metering valve 16 are recorded by actuation with a current intensity I in FIG. 2a , where ⁇ 1 is the total opening time of the metering valve 16 and ⁇ 2 denotes the effective time for the metering.
  • the metering valve 16 can be opened significantly before the start of the actually effective suction stroke h and there is a rinsing phase between the effective delivery stroke and the effective suction stroke of the pump piston 3 (EO-ES), when the metering valve 16 is opened, the injection time does not need to be within the possible injection timing adjustment range to be considered further.
  • the effective suction stroke length for the metering can be controlled directly without the need to report back the amount of fuel actually injected.
  • Very good control results are obtained if the actual fuel injection quantity is recorded in a manner known per se by means of the control unit 36 and compared in a comparison device of the control unit with a target fuel quantity signal formed there.
  • the actual fuel quantity can be determined by a needle stroke transmitter or by a correspondingly evaluated pressure signal from the pressure transmitter 38.
  • the target fuel quantity is formed from the parameters mentioned at the beginning with the load as a reference variable.
  • the actual opening time of the metering valve 16 is then corrected in accordance with the comparison result when the actual fuel quantity deviates from the target value.
  • the basic opening duration signal of the metering valve 16 is formed in accordance with the target fuel quantity signal.
  • a pressure-sensing transmitter 40 is provided on the bore 27, the signal of which is input to the control unit 36.
  • an integrating device is set in the control unit 36, and as soon as the output value of the integrating device has reached the setpoint value given by the control unit 36 for the amount of fuel, a switching signal from a comparison device of both values is sent to the metering valve 16 to close the fuel inlet channel 8.
  • the integration runtime must be corrected by an integration time constant adapted to the speed during integration. This can be done with known methods, on the one hand the design of the integrator itself is speed-dependent in an analog manner or the integrator integrates in constant integration steps with speed-dependent frequency.
  • a correction signal can also be generated from an TDC signal, which is achieved with the aid of the transmitter 39, and the signal, which is output by the transmitter 40, which corrects the opening phase of the metering valve 16, which is switched in synchronism with the speed.
  • FIG. 3 shows a partial view of a fuel injection pump designed in accordance with the schematic illustration in FIG. 1, the same reference numerals being chosen for the parts having the same effect.
  • a cylinder bush 44 is fitted, in which the cylinder bore 2 is formed and the pump piston 3 is slidably mounted.
  • the electromagnetically actuated metering valve 16 is inserted, for example screwed, into the pump housing 1, the valve housing 45 of which has an end plate 46 at least partially engages with tabs 47.
  • the end plate 46 lies sealingly against the cylinder liner 44 and, on the one hand, delimits the pump work chamber 4 in the axial direction.
  • the valve housing 45 is pot-shaped and supports a collar 50 of an outer core 51 in an inner bore 48 on an inner shoulder 49.
  • a spacer ring 53, a guide membrane 54 and a valve seat body 55 are clamped in the inner bore 48 in the axial direction.
  • the outer core 51 is connected in a manner not shown via a yoke to an annular inner core 56.
  • a magnetic coil 57 is at least partially enclosed by an insulating carrier body 58 which is inserted with the magnetic coil 57 into the annular space formed between the outer core 51 and the inner core 56.
  • the current supply to the solenoid coil takes place, for example, via contact pins 59, only one of which is shown.
  • a flat anchor 61 is arranged between the end faces of the outer core 51 and the inner core 56 and the guide membrane 54.
  • a movable valve part 62 is connected to the flat armature, e.g. B. soldered or welded.
  • the valve part 62 penetrates a central guide opening 63 in the guide membrane 54 and works together with a fixed valve seat 64 formed on the valve seat body 55.
  • the valve part 62 and the flat armature 61 are guided through the central guide opening 63 of the guide membrane 54 in the radial direction on the one hand to the valve seat 64 and on the other hand to the end face of the outer core 51 and the inner core 56.
  • the guide membrane 54 is not rigidly connected to the valve part 62 or to the flat anchor 61.
  • the flat anchor 61 has an annular guide collar 65 facing the guide membrane 54, on which a guide edge 66 is formed which rests on the guide membrane 54, whereby the Flat anchor 61 is guided parallel to the end face of the outer core 51 and inner core 56.
  • the valve part 62 has, for example, a spherical section which interacts with the valve seat 64, for example flattened as a spherical zone.
  • the guide diaphragm 54 rests bent and under tension against the guide edge 66 of the flat armature 61.
  • the valve part 62 is acted upon in the closing direction of the metering valve by a compression spring 67 which, on the other hand, projects into an inner bore 68 of the inner core 56 and is supported on a slide member 69.
  • the force of the compression spring 67 on the flat armature 61 and the valve part 62 can be influenced by axially displacing the slide member 69.
  • a chamber 71 formed upstream of the valve seat 64 and through which the movable valve part 62 extends is in communication with the fuel inlet channel 8.
  • the solenoid 57 When the solenoid 57 is excited, the flat armature 61 is attracted and the valve part 62 lifts off the valve seat 64, so that fuel can flow from the chamber 71 into a receiving bore 72 formed in the valve seat body 55, in which a return spring 73 is arranged, which is supported via a spring plate 74 on a valve needle 75 of the check valve 17.
  • the valve needle 75 projects through a bore 76 of the valve seat body 55 adjoining the receiving bore 72 and, with a conical sealing part 77, bears against a valve seat 78 formed on the valve seat body 55.
  • the bore 76 and the valve seat 78 could also be formed in a valve seat plate 79, which is clamped between the valve seat body 55 and the end plate 46.
  • the opening movement of the valve needle 75 of the check valve 17 towards the pump work chamber 4 is limited by a stop 81 in the end plate 46.
  • the integration of the check valve 17 in the metering valve 16 not only brings about a reduction in the required installation space, but also allows the two valves to be mounted together in the pump housing with the smallest possible dead space volume.
  • the equivalent parts already described in the previous figures are identified by the same reference numerals.
  • the part denoted by 62 and connected to the flat armature 61 does not serve as a movable valve part, but is in the non-excited state of the magnet coil 57 by the compression spring 67 with a head 82 of the valve needle 75 brought into action to move them against the force of the return spring 73 in the open position, so that the sealing part 77 lifts off the valve seat 78.
  • the valve needle 75 thus simultaneously serves as a movable valve part of the metering valve 16 and the check valve 17.
  • Metering valve 16 and check valve 17 thus also have the same valve seat 78.
  • the solenoid coil 57 When the solenoid coil 57 is excited, the flat armature 61 is pulled toward the outer core 51 and inner core 56 and the part 62 lifts off the valve needle 75, so that the return spring 73 moves the valve needle 75 in the closed position of the metering valve 16 or check valve 17.
  • Particularly advantageous in this embodiment is the further reduction in the required installation space and assembly effort and the resulting cost advantage due to the formation of metering valve 16 and check valve 17 with only one movable valve part and one valve seat.
  • the direct arrangement of metering valve 16 and check valve 17 in the vicinity of the pump work chamber 4 is also advantageous in both exemplary embodiments.

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Abstract

Es wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfaßt einen in einem Pumpengehäuse (1) eingeschlossenen Pumpenarbeitsraum (4), der einerseits durch einen axialverschiebbaren und verdrehbaren Pumpenkolben (3) begrenzt wird. Der Pumpenarbeitsraum (4) ist während des Saughubes des Pumpenkolbens (3) über ein elektromagnetisch betätigbares Zumeßventil (16) und ein Rückschlagventil (17) mit einem Kraftstoffeinlaßkanal (8) verbindbar. Zumeßventil (16) und Rückschlagventil (17) sind in einem gemeinsamen Ventilgehäuse (45) zusammengefaßt und in unmittelbarer Nähe des Pumpenarbeitsraumes (4) angeordnet.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannt, bei der jedoch das elektromagnetisch betätigbare Zumeßventil und das Rückschlagventil räumlich voneinander getrennt angeordnet sind, so daß sich außer einem erhöhten Montageaufvand auch ein unerwünscht großes Totraumvolumen zwischen den beiden Ventilen ergibt.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hautpanspruchs hat demgegenüber den Vorteil eines geringen Montageaufwandes bei minimalem Totraumvolumen zwischen dem elektromagnetisch betätigbaren Zumeßventil und dem Rückschlagventil.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung möglich.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der.Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine prinzipielle Darstellung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, Figur 2a ein Diagramm der Schaltzeit des elektromagnetisch betätigbaren Zumeßventiles über dem Drehwinkel des Pumpenkolbens, Figur 2b den Hubverlauf des Pumpenkolbens in Zuordnung zu dem Drehwinkel des Pumpenkolbens, Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem in ein elektromagnetisch betätigbares Zumeßventil integrierten Rückschlagventil, Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem in ein elektromagnetisch betätigbares Zumeßventil integrierten Rückschlagventil.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Bei der prinzipiellen Darstellung einer Kraftstoffeinspritzpumpe in Figur 1 ist in einem Pumpengehäuse 1 eine Zylinderbohrung 2 vorgesehen, in der ein Pumpenkolben 3 einen Pumpenarbeitsraum 4 einschließt. Der Pumpenkolben 3 wird über eine Nockenscheibe 5, die auf einem Rollenring 6 läuft, durch nicht weiter dargestellte Mittel angetrieben und führt bei seiner Drehbewegung eine hin-und hergehende Pumpenbewegung mit aufeinanderfolgendem Ansaughub und Förderhub aus. Die Kraftstoffversorgung des Pumpenarbeitsraums erfolgt über einen Kraftstoffeinlaßkanal 8, der zu einem strichpunktiert dargestellten Pumpensaugraum 9 führt. Dieser Pumpensaugraum 9 wird mittels einer Kraftstofförderpumpe 11 aus einem Kraftstoffbehälter 12 mit Kraftstoff versorgt, wobei der Druck im Pumpensaugraum 9 mit Hilfe eines Druckregelventils 14 eingestellt wird, das parallel zur Kraftstofförderpumpe 11 geschaltet ist.
  • In den Kraftstoffeinlaßkanal 8 ist ein elektromagnetisch betätigbares Zumeßventil 16 als Kraftstoffmengendosiereinrichtung eingesetzt. Stromabwärts dieses Zumeßventils 16 ist ferner ein in Richtung zum Pumpenarbeitsraum 4 hin öffnendes Rückschlagventil 17 vorgesehen. Vom Pumpenarbeitsraum 4 führt eine im Pumpenkolben 3 angeordnete Sackbohrung 18 ab, von der eine Radialbohrung 19 nach außen führt. Eine weitere Radialbohrung 20 verbindet die Sackbohrung 18 mit einer Verteilernut 21, durch die bei der Drehung des Pumpenkolbens 3 und dessen Förderhub nacheinander Förderleitungen 22 mit dem Pumpenarbeitsraum 4 verbunden werden. Die Förderleitungen 22 sind entsprechend der Zahl der zu versorgenden Zylinder der nicht dargestellten Brennkraftmaschine am Umfang der Zylinderböhrung 2 verteilt und enthalten je ein Entlastungsventil 23, über das sie mit je einem Einspritzventil 24 verbunden sind. In der Wand der Zylinderbohrung 2 ist weiterhin eine Ringnut 26 vorgesehen, die über wenigstens eine Bohrung 27 mit dem Pumpensaugraum 9 verbunden ist. Die Ringnut 26 ist dabei so angeordnet, daß die Radialbohrung 19 im Pumpenkolben 2 ab einem maximalen Förderhub aufgesteuert wird, so daß der ab diesem Punkt bei der weiteren Hubbewegung des Pumpenkolbens 3 geförderte Kraftstoff über die als Entlastungskanal dienende
  • Sackbohrung 18, die Radialbohrung 19 und die Bohrung 27 in den Pumpensaugraum 9 abströmen kann und somit die Druckförderung in die Förderleitung 22 unterbrochen wird.
  • Zur Änderung des Spritzzeitpunktes ist weiterhin ein Spritzverstellkolben 29 vorgesehen, der mit dem Rollenring 6 gekuppelt und entgegen der Kraft einer Feder 30 verstellbar ist. Der Spritzverstellkolben 29 schließt dabei einen Druckraum 31 ein, der über eine Drossel 32 mit dem Pumpensaugraum 9 verbunden ist und somit von einem drehzahlabhängigen Druck im Pumpensaugraum 9 beaufschlagt wird. Entsprechend diesem drehzahlabhängigen Druck wird mit Hilfe des Spritzverstellerkolben 29 der Spritzzeitpunkt durch Verdrehen des Rollenrings 6 mit zunehmender Drehzahl auf früh verstellt. Zur Beeinflussung des Spritzzeitpunkts ist der Druckraum 31 ferner über ein Magnetventil 34 mit der Saugseite der Kraftstoffförderpumpe 11 verbunden und kann mit Hilfe dieses Magnetventils 34 entlastet werden. Das Magnetventil 34 wird von einem elektronischen Steuergerät 36 gesteuert, das weiterhin auch der Steuerung des elektromagnetisch betätigbaren Zumeßventils 16 im Kraftstoffeinlaßkanal 8 dient. Das Steuergerät 36 arbeitet dazu in Abhängigkeit von Parametern, die für die Bemessung und die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzmenge zu berücksichtigen sind. Das Steuergerät 36 kann dabei z. B. wenigstens ein Kennfeld enthalten, in dem Sollwerte für die einzuspritzende Kraftstoffmenge in mittelbarer oder unmittelbarer Form enthalten sind. In an sich bekannter Weise können hierbei als Parameter die Drehzahl n , die Temperatur T, der Luftdruck PL und die Last berücksichtigt werden. Speziell für die Ansteuerung des Zumeßventils 16 können als weitere Parameter Signale eines Nadelhubgebers im Einspritzventil 24 für die Ermittlung des tatsächlichen Spritzbeginns und der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzdauer erfaßt werden. Alternativ hierzu können auch über einen Druckgeber 38, der in geeigneter Weise auf der Hochdruckseite der Kraftstoffeinspritzpumpe angeordnet ist, Steuersignale zur Ermittlung des Förderbeginns bzw. der Förderdauer verwendet werden. Zur Ermittlung der Hubstellung des Pumpenkolbens und/ oder seiner Drehzahl n kann ein Geber 39 z. B. in Form eines Induktivgebers an der Nockenscheibe 5 vorgesehen werden.
  • Die Arbeitsweise der in Figur 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird nun unter Zuhilfenahme der Diagramme in den Figuren 2a und 2b erläutert. Figur 2b zeigt den Verlauf des Hubes h des Pumpenkolbens 3 über den Drehwinkel α. Durch entsprechende Ausgestaltung der Nockenscheibe 5 ist hierbei erzielt worden, daß die Hubänderung pro Drehwinkel α beim Druck- bzw. Förderhub des Pumpenkolbens 3 wesentlich größer ist als die Hubänderung während des Saughubs des Pumpenkolbens. Dieser Kurventeil B der Erhebungskurve verläuft sehr flach und bis auf den Grenzbereich bei den Umkehrpunkten des Pumpenkolbens 3 linear. Der Druckhubteil A der Erhebungskurve in Figur 2b teilt sich auf in drei Streckenabschnitte. Zwischen dem unteren Totpunkt UT des Pumpenkolbens 3 bei Beginn des Druckhubs bis zu dem Punkt.FB wird der im Pumpenarbeitsraum 4 vorhandene Kraftstoff komprimiert, bis der Förderdruck, der ein Öffnen des Einspritzventiles 24 bewirkt, ereicht ist. Der zweite Teil der Erhebungskurve erstreckt sich zwischen den Punkten FB und E0. In diesem Bereich wird Kraftstoff in die Förderleitung 22 gefördert. Durch den Förderdruck wird das Rückschlagventil 17, gegebenenfalls unterstützt durch die dort eingebaute Feder, geschlossen. Damit ist das elektromagnetisch betätigbare Zumeßventil 16 druckentlastet.
  • Bei Erreichen des Punktes EO der Erhebungskurve wird die Radialbohrung 19 in Verbindung mit der Ringnut 26 gebracht, so daß der Pumpenarbeitsraum 4 in den Pumpensaugraum 9 entlastet wird. Die vom Pumpenkolben 3 zu verdrängende restliche Kraftstoffmenge fließt dorthin ab. Dies erfolgt im Bereich zwischen dem Öffnen EO der Radialbohrung 19 und dem oberen Totpunkt OT des Pumpenkolbens 3. Spätestens bei Erreichen des oberen Totpunktes OT wird das Zumeßventil 16 geöffnet. Das Öffnen kann bereits früher geschehen, da während des Druckhubes der Kraftstoffeinlaßkanal 8 durch das Rückschlagventil 17 verschlossen ist. Im Bereich zwischen OT und dem Schließpunkt ES der Radialbohrung 19 wird über den großen Öffnungsquerschnitt des Zumeßventils 16 Kraftstoff angesaugt. Im Bereich zwischen EO und ES ist gewährleistet, daß der Pumpenarbeitsraum 4 druckausgeglichen, ständig gefüllt und gespült ist. Ab ES beginnt der wirksame Saughub des Pumpenkolbens 3, während dem bis zum Schließen des Zumeßventils 16 bei MS Kraftstoff angesaugt wird. Die wirksame Saughublänge h wird somit einerseits durch die geometrische Gestaltung der Kraftstoffeinspritzpumpe bzw. durch die Lage der die Ringnut 26 begrenzenden Steuerkante bestimmt und andererseits durch die Schaltzeit des Zumeßventils 16. In Figur 2a sind die Schaltzeiten des Zumeßventils 16 durch Ansteuerung mit einer Stromstärke I aufgezeichnet, wobei α 1 die gesamte Öffnungszeit des Zumeßventils 16 ist und α2 die für die Zumessung wirksame Zeit bezeichnet.
  • Da das Zumeßventil 16 bereits wesentlich vor Beginn des eigentlich wirksamen Saughubes h geöffnet werden kann und zwischen dem wirksamen Förderhub und dem wirksamen Saughub des Pumpenkolbens 3 eine Spülphase liegt (EO-ES), braucht beim Öffnen des Zumeßventiles 16 der Spritzzeitpunkt innerhalb des möglichen Spritzzeitpunktverstellbereichs nicht weiter beachtet werden.
  • Durch Festlegung der wirksamen Saughublänge erhält man eine sehr gute Genauigkeit der zuzumessenden Kraftstoffmenge. Im einfachsten Fall kann die wirksame Saughublänge für die Zumessung direkt gesteuert werden, ohne daß eine Rückmeldung der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge erforderlich ist. Sehr gute Steuerergebnisse erhält man, wenn mittels des Steuergerätes 36 die Ist-Kraftstoffeinspritzmenge in an sich bekannter Weise erfaßt und in einer Vergleichseinrichtung des Steuergerätes mit einem dort gebildeten Soll-Kraftstoffmengensignal verglichen wird. Die Ist-Kraftstoffmenge kann dabei wie eingangs erwähnt, durch einen Nadelhubgeber oder durch ein entsprechend ausgewertetes Drucksignal des Druckgebers 38 ermittelt werden. Die Soll-Kraftstoffmenge wird aus den eingangs genannten Parametern mit der Last als Führungsgröße gebildet. Entsprechend dem Vergleichsergebnis wird dann die Ist- Öffnungszeit des Zumeßventiles 16 bei vom Sollwert abweichender Kraftstoff-Ist-Menge korrigiert. Das Grund- Öffnungsdauersignal des Zumeßventils 16 wird entsprechend dem Soll-Kraftstoffmengensignal gebildet.
  • Zur Erfassung des Erhebungspunktes ES, bei dem die Radialbohrung 19 wieder geschlossen wird, ist an der Bohrung 27 ein druckfühlender Geber 40 vorgesehen, dessen Signal dem Steuergerät 36 eingegeben wird. Mit dem den Punkt ES kennzeichnenden Signal des Gebers 40 wird eine Integriereinrichtung im Steuergerät 36 gesetzt, und sobald der Ausgangswert der Integriereinrichtung den vom Steuergerät 36 gegebenen Sollwert für die Kraftstoffmenge ereicht hat, wird von einer Vergleichseinrichtung beider Werte ein Schaltsignal an das Zumeßventil 16 zum Schließen des Kraftstoffeinlaßkanals 8 abgegeben. Damit die Schaltzeit des Zumeßventils 16 rein hublängenbezogen wird, muß bei der Integration die Laufzeit des Integrators durch eine drehzahlangepaßte Integrationszeitkonstante korrigiert werden. Dies kann mit bekannten Verfahren gemacht werden, indem einerseits die Auslegung des Integrators selbst in analoger Weise drehzahlabhängig ist oder der Integrator in konstanten Integrationsschritten mit drehzahlabhängiger Frequenz integriert.
  • In anderer Ausgestaltung kann auch aus einem OT-Signal, das mit Hilfe des Gebers 39 erzielt wird und dem Signal, das vom Geber 40 abgegeben wird, ein Korrektursignal erzeugt werden, das die Öffnungsphase des drehzahlsynchron geschalteten Zumeßventils 16 korrigiert.
  • In Figur 3 ist in Teilansicht eine entsprechend der schematischen Darstellung in Figur 1 ausgebildete Kraftstoffeinspritzpumpe dargestellt, wobei für die gleichwirkenden Teile die gleichen Bezugszeichen gewählt wurden. In das Pumpengehäuse 1 ist eine Zylinderbüches 44 eingepaßt, in der die Zylinderbohrung 2 ausgebildet und der Pumpenkolben 3 gleitbar gelagert ist. In das Pumpengehäuse 1 ist das elektromagnetisch betätigbare Zumeßventil 16 eingesetzt, beispielsweise eingeschraubt, dessen Ventilgehäuse 45 eine Stirnplatte 46 zumindest teilweise mit Laschen 47 umgreift. Die Stirnplatte 46 liegt dichtend an der Zylinderbüchse 44 an und begrenzt in axialer Richtung einerseits den Pumpenarbeitsraum 4. Das Ventilgehäuse 45 ist topfförmig ausgebildet und lagert in einer Innenbohrung 48 an einem Innenansatz 49 einen Bund 50 eines Außenkerns 51. Zwischen dem Bund 50 und die Stirnplatte 46 sind in axialer Richtung ein Distanzring 53, eine Führungsmembran 54 und ein Ventilsitzkörper 55 in der Innenbohrung 48 eingespannt. Der Außenkern 51 ist in nicht dargestellter Weise über ein Joch mit einem ringförmigen Innenkern 56 verbunden. Eine Magnetspule 57 ist mindestens teilweise von einem isolierenden Trägerkörper 58 umschlossen, der mit der Magnetspule 57 in den zwischen Außenkern 51 und Innenkern 56 gebildeten Ringraum eingeschoben ist. Die Stromzuführung zur Magnetspule erfolgt beispielsweise über Kontaktstife 59, von denen nur einer dargestellt ist. Zwischen den Stirnflächen von Außenkern 51 sowie Innenkern 56 und der Führungsmembran 54 ist ein Flachanker 61 angeordnet. Im mittleren Bereich des Flachankers 61 ist mit dem Flachanker ein bewegliches Ventilteil 62 verbunden, z. B. verlötet oder verschweißt. Das Ventilteil 62 durchdringt eine zentrale Führungsöffnung 63 in der Führungsmembran 54 und arbeitet mit einem am Ventilsitzkörper 55 ausgebildeten festen Ventilsitz 64 zusammen. Das Ventilteil 62 und der Flachanker 61 werden durch die zentrale Führungsöffnung 63 der Führungsmembran 54 in radialer Richtung einerseits zum Ventilsitz 64 und andererseits zur Stirnfläche des Außenkerns 51 und des Innenkerns 56 geführt. Eine starre Verbindung der Führungsmembran 54 besteht weder mit dem Ventilteil 62 noch mit dem Flachanker 61. Der Flachanker 61 weist einen ringförmigen, der Führungsmembran 54 zugewandten Führungskranz 65 auf, an dem eine Führungskante 66 ausgebildet ist, die an der Führungsmembran 54 anliegt, wodurch der Flachanker 61 planparallel zur Stirnfläche vom Außenkern 51 und Innenkern 56 geführt wird.
  • Das Ventilteil 62 hat beispielsweise einen mit dem Ventilsitz 64 zusammenwirkenden kugelförmigen Abschnitt, beispielsweise als Kugelzone abgeflacht ausgebildet. Bei am Ventilsitz 64 anliegendem Ventilteil 62 liegt die Führungsmembran 54 durchgebogen unter Spannung an der Führungskante 66 des Flachankers 61 an. Das Ventilteil 62 wird in Schließrichtung des Zumeßventiles durch eine Druckfeder 67 beaufschlagt, die andererseits in eine Innenbohrung 68 des Innenkerns 56 ragt und sich an einem Schieberglied 69 abstützt. Die Kraft der Druckfeder 67 auf den Flachanker 61 und das Ventilteil 62 ist durch axiales Verschieben des Schiebergliedes 69 beeinflußbar.
  • Eine stromaufwärts des Ventilsitzes 64 ausgebildete Kammer 71, die von dem beweglichen Ventilteil 62 durchragt wird, steht mit dem Kraftstoffeinlaßkanal 8 in Verbindung. In erregtem Zustand der Magnetspule 57 wird der Flachanker 61 angezogen, und das Ventilteil 62 hebt von dem Ventilsitz 64 ab, so daß Kraftstoff aus der Kammer 71 in eine im Ventilsitzkörper 55 ausgebildete Aufnahmebohrung 72 strömen kann, in der eine Rückstellfeder 73 angeordnet ist, die sich über einen Federteller 74 an einer Ventilnadel 75 des Rückschlagventiles 17 abstützt. Die Ventilnadel 75 durchragt eine sich an die Aufnahmebohrung 72 anschließende Bohrung 76 des Ventilsitzkörpers 55 und liegt mit einem konischen Dichtteil 77 an einem am Ventilsitzkörper 55 ausgebildeten Ventilsitz 78 an. Wie gestrichelt angedeutet ist, könnte die Bohrung 76 und der Ventilsitz 78 ebenfalls in einer Ventilsitzplatte 79 ausgebildet sein, die zwischen Ventilsitzkörper 55 und Stirnplatte 46 eingespannt ist. Die Öffnungsbewegung der Ventilnadel 75 des Rückschlagventiles 17 zum Pumpenarbeitsraum 4 hin wird durch einen Anschlag 81 in der Stirnplatte 46 begrenzt. Die Integration des Rückschlagventiles 17 in das Zumeßventil 16 bringt nicht nur einer Verringerung des erforderlichen Bauraumes mit sich, sondern sie erlaubt auch die gemeinsame Montage beider Ventile in das Pumpengehäuse bei möglichst geringerem Totraumvolumen.
  • Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die in den vorhergehenden Figuren bereits beschriebenen gleichwirkenden Teile durch die geichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In Abweichung von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 dient bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 das mit 62 bezeichnete und mit dem Flachanker 61 verbundene Teil nicht als bewegliches Ventilteil, sondern wird in nicht erregtem Zustand der Magnetspule 57 durch die Druckfeder 67 mit einem Kopf 82 der Ventilnadel 75 in Beder rührung gebracht, um diese entgegen der Kraft der Rückstellfeder 73 in Öffnungsstellung zu verschieben, so daß der Dichtteil 77 von dem Ventilsitz 78 abhebt. Die Ventilnadel 75 dient somit gleichzeitig als bewegliches Ventilteil des Zumeßventiles 16 und des Rückschlagventiles 17. Zumeßventil 16 und Rückschlagventil 17 haben somit auch den gleichen Ventilsitz 78. In erregtem Zustand der Magnetspule 57 wird der Flachanker 61 zum Außenkern 51 und Innenkern 56 gezogen und das Teil 62 hebt von der Ventilnadel 75 ab, so daß die Rückstellfeder 73 die Ventilnadel 75 in Schließstellung des Zumeßventils 16 bzw. Rückschlagventiles 17 verschiebt. Besonders vorteilhaft ist bei diesem Ausführungsbeispiel die weitere Verringerung des erforderlichen Bauraumes und Montageaufwandes und der sich ergebende Kostenvorteil infolge der Ausbildung von Zumeßventil 16 und Rückschlagventil 17 mit nur einem beweglichen Ventilteil und einem Ventilsitz. Vorteilhaft ist ebenfalls bei beiden Ausführungsbeispielen die unmittelbare Anordnung von Zumeßventil 16 und Rückschlagventil 17 in der Nähe des Pumpenarbeitsraums 4.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem von einem Pumpenkolben in einem Pumpengehäuse eingeschlossenen Pumpenarbeitsraum, der über wenigstens eine Förderleitung mit einer Kraftstoffeinspritzstelle und während des Saughubes des Pumpenkolbens zumindest zeitweise durch ein elektromagnetisch betätigbares Zumeßventil über ein zum Pumpenarbeitsraum hin öffnendes Rückschlagventil mit einem zu einer Kraft- stoffversorgungsquelle führenden Kraftstoffeinlaßkanal verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetisch betätigbare Zumeßventil (16) und das Rückschlagventil (17) in einem gemeinsamen Ventilgehäuse (45) angeordnet sind.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem Anker (61) gekoppelte bewegliche Ventilteil (62) des elektromagnetisch betätigbaren Zumeßventiles (16) in erregtem Zustand des Elektromagneten (51, 56, 57) einen Ventilsitz (64) freigibt, der an einem mit dem Ventilgehäuse (45) verbundenen Ventilsitzkörper (55) ausgebildet ist und stromabwärts dessen im Ventilsitzkörper (55) eine das Rückschlagventil (17) aufnehmende Aufnahmebohrung (72) und der Ventilsitz (78) des Rückschlagventiles (17) vorgesehen ist.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (78) des Rückschlagventiles (17) am Ventilsitzkörper (55) ausgebildet ist.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (78) des Rückschlagventiles (17) an einer am Ventilsitzkörper (55) anliegenden Ventilsitzplatte (79) ausgebildet ist.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (17) und das elektromagnetisch betätigbare Zumeßventil (16) ein gemeinsames bewegliches Ventilteil (75, 77) haben, das mit einem Ventilsitz (78) zusammenwirkt, der in einem mit dem Ventilgehäuse (45) verbundenen Ventilsitzkörper (55) ausgebildet ist und durch das bewegliche Ventilteil (75, 77) dann geöffnet wird, wenn an dem beweglichen Ventilteil (75, 77) in nicht erregtem Zustand des Elektromagneten (51, 56, 57) die Kraft einer am Anker (61) des Elektromagneten (51, 56, 57) wirkenden Druckfeder (67) angreift.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (45) mit dem elektromagnetisch betätigbaren Zumeßventil (16) und dem Rückschlagventil (17) am Pumpengehäuse (1) in unmittelbarer Nähe des Pumpenarbeitsraums (4) angeordnet ist.
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