EP0372562A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

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EP0372562A1
EP0372562A1 EP89122631A EP89122631A EP0372562A1 EP 0372562 A1 EP0372562 A1 EP 0372562A1 EP 89122631 A EP89122631 A EP 89122631A EP 89122631 A EP89122631 A EP 89122631A EP 0372562 A1 EP0372562 A1 EP 0372562A1
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EP
European Patent Office
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control valve
fuel injection
pressure
bore
injection device
Prior art date
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Application number
EP89122631A
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English (en)
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EP0372562B1 (de
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Reda Rizk
Hans-Gottfried Michels
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Kloeckner Humboldt Deutz AG
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Publication date
Application filed by Kloeckner Humboldt Deutz AG filed Critical Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority to AT89122631T priority Critical patent/ATE82043T1/de
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Application granted granted Critical
Publication of EP0372562B1 publication Critical patent/EP0372562B1/de
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    • 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
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    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/46—Valves
    • F02M59/466—Electrically operated valves, e.g. using electromagnetic or piezoelectric operating means
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    • F02M59/48—Assembling; Disassembling; Replacing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped
    • F02M2200/304—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using hydraulic means

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injection device which has this property is known from EP-A 0 114 375.
  • the fuel delivered by the fuel injection pump is controlled by an electromagnetically actuated control valve body arranged between the pump plunger and the pressure valve.
  • the control valve body of the arrangement tends to bounce due to its relatively high mass and lack of damping. This affects the accuracy of the start of delivery and causes a quantity spread between the individual pump elements.
  • the invention has for its object to avoid the disadvantages of the known fuel injection device and to create a maintenance-friendly, reliable alternative.
  • An advantageous development of the invention reduces the dead space of the fuel injection device.
  • control valve In order for the control valve to be fully interchangeable, it is important to provide a certain amount of play between the stepped bore in the injection pump element and the control valve.
  • This installation clearance is advantageously bridged by two sealing elements which, in addition to their function as a high-pressure seal, take over the bearing of the control valve in the stepped bore of the plunger bush.
  • the high-pressure fuel when it is driven off by the control valve body, is returned to the low-pressure chamber through a hole in the plunger sleeve. This avoids expensive external connection lines with their risk of leakage.
  • a further advantageous development of the invention is the arrangement of the elements parallel to the axis of the control valve body, with which the control valve is fastened to the plunger sleeve. This arrangement prevents the bracing and thus jamming of the control valve body in the control valve sleeve.
  • An advantageous design of the pump plunger with a diverter groove ensures that the delivery of the injection pump is interrupted regardless of the serviceability of the control valve before the delivery runs into the tip radius of the injection pump cam.
  • the inventive design of the outer contour of the injection pump element makes it possible to replace a normal element with the injection pump element with a control valve without any reworking.
  • the position of the high-pressure chamber and the suction or discharge borehole according to the invention enables a minimal harmful space in the high-pressure region, which is comparable to the harmful space of a normal element.
  • the fuel injection device consists of an injection pump element 1 and a control valve 2, the injection pump element 1 also being the carrier of the control valve 2.
  • the injection pump element is composed of a pump plunger 4, a plunger sleeve 5 and a commercially available relief valve 6,
  • the control valve 2 consists of a control valve element 3 and an electromagnetic actuating device 7.
  • the pump plunger 4 which is sealingly guided in the plunger sleeve 5, is moved in the direction of the pump plunger axis by a cam, not shown, via a roller tappet, also not shown.
  • the pump plunger 4 has a control groove 8, which is connected to a high-pressure chamber 11 via a longitudinal control bore 9 and a transverse control bore 10.
  • the high-pressure chamber 11 is connected via a high-pressure bore 12 and the control valve element 3 to the relief valve 6 and further via an injection line, not shown, to a fuel injector, also not shown.
  • the high-pressure chamber 11 is pulled up to just below a stepped bore 19, which is used to hold the control valve 2. This minimizes the harmful volume between the high-pressure chamber 11 and the relief valve 6, which proves to be particularly advantageous at high injection pressures.
  • the difference in the harmful volume due to the high-pressure bore 12 and the high-pressure control bore 28 compared to a normal element 1 a can be compensated for by adjusting the injection line length.
  • the high-pressure chamber 11 has no end cover, since the injection pump element 1 is designed as a so-called "mono element".
  • the design as a mono element advantageously increases the high-pressure capability of the fuel injection device by minimizing the expansion of the pressure space.
  • a suction or discharge bore 14 which connects the high-pressure chamber 11 to a low-pressure chamber 13, which in turn is connected to the suction chamber of the injection pump housing, not shown.
  • the suction or discharge bore 14 is drilled obliquely from the low-pressure chamber 13 in the direction of the high-pressure chamber 11 in order to take into account the changed position of the high-pressure chamber 11.
  • the low-pressure chamber 13 is also connected via a return bore 15 to an annular chamber 16 of a control valve sleeve 17 of the control valve element 3. This avoids an external return line, which means construction costs and leakage risk.
  • the injection pump element 1 has a pump element flange 18, via which the injection pump element 1 is fastened to the pump housing, not shown.
  • the dimensions of the pump element flange 18 and the outer contour of the plunger sleeve 5 in the region of the pump housing correspond to the contour of a normal injection pump element 1a.
  • the pump plunger 4 is adapted to the changed position of the high-pressure chamber 11 by a corresponding change in its length, so that, as shown in FIG. 1, the position of a pressure mushroom 47 of both injection pump elements is the same when the pump plunger is in the bottom dead center. Since the width of both injection pump elements also matches, a mutual exchange is possible without rework. Therefore, both injection pump elements are suitable for block and single injection pumps.
  • the control valve element 3 sits with a clearance fit in the stepped bore 19 of the plunger sleeve 5 and is mounted in two high-pressure sealing elements 20. It is inserted through screws, not shown, through holes in a cover 21 and the plunger 5 and screwed into the control valve sleeve 17, connected to the plunger sleeve 5 to form a firm bond without the control valve element being tensioned.
  • the installation clearance between the control valve sleeve 17 and the stepped bore 19 also prevents the control valve element 3 from becoming jammed and consequently jamming, caused by the tightening of the relief valve 6 or the injection line (not shown).
  • a particular advantage of this arrangement is that an independent exchange of control valve 2 and injection pump element 1 as well as the actuating device 7 is ensured.
  • This modular structure enables cost-effective production and repair of the fuel injection device.
  • the control valve element 3 has a control valve sleeve 17 and a control valve body 22 which is guided so that it can move axially in the control valve sleeve 17, specifically in a high-pressure guide 23 and a low-pressure guide 24.
  • the control valve body 22 separates a high-pressure annular space 26 from a low-pressure annular space 27 with a control valve seat 25.
  • the high-pressure annular space 26 is connected to the high-pressure space 11 and the relief valve 6 via a high-pressure control bore 28 and the high-pressure bore 12.
  • the low-pressure annular space 27 is connected to the low-pressure space 13 via the control bore 29, the annular space 16 and the return bore 15.
  • the control valve body 22 has a leak oil longitudinal bore 42 and a leak oil transverse bore 43, which create a connection between a leak oil chamber 44 and a spring chamber 34.
  • an anchor plate 30 is fastened, which is moved by the electromagnetic actuating device 7.
  • the anchor plate 30 is fastened by means of a countersunk screw 31 screwed into the control valve body 22, which axially clamps the anchor plate 30 and a stop ring 32 against the control valve body 22.
  • the anchor plate 30 is located in a fuel-filled damping space 33 which is delimited by an intermediate piece 41 and the electromagnetic actuating device 7.
  • the volume of the damping space 33 is dimensioned such that no significant flow resistances occur between the anchor plate 30 and the walls of the intermediate piece 41 during the axial movement of the anchor plate 30.
  • the damping chamber 33 is connected to a spring chamber 34, which is also fuel-filled.
  • a spring 36 In the spring chamber 34 there is a spring 36, the force of which acts on the stop ring 32 in the direction of the stop 35.
  • the stop 35 serves to limit the stroke of the control valve body 22.
  • the damping chamber 33 and the spring chamber 34 are connected to the control bore 29 via a throttle bore 37.
  • a threaded bore 38 is provided, to which a ventilation or fuel return line 39 is connected, which leads to the fuel tank (not shown).
  • a pressure holding valve 40 is arranged, the cut-off pressure of which is lower than the delivery pressure of the fuel delivery pump, not shown.
  • the electromagnetic adjusting device 7 is clamped against the control valve sleeve 17 by screws (not shown), acting parallel to the axis of the control valve body 22, with the intermediate piece 41, without bracing the latter.
  • the entire low-pressure area of the control valve 2 is sealed by O-rings 45.
  • the fuel injector works as follows:
  • the pump plunger 4 is moved from its bottom dead center position in the direction of the control valve unit 2. After passing through a preliminary stroke, it first closes the suction and discharge bore 14. The plunger 4 then delivers fuel into the high-pressure bore 12 and into the high-pressure control bore 28.
  • the spring 36 When the anchor plate 30 is tightened, the spring 36 is also preloaded. As soon as the electromagnetic adjusting device 7 is de-energized, the spring 36 lifts the control valve body 22 from its seat 25. As a result, the fuel flows back into the low-pressure chambers and the fuel injection is ended.
  • a prerequisite for the precise function of the control valve 2 and thus for reproducible delivery start and fluctuation-free delivery quantity is a rebound-free placement of the control valve body 22 on the control valve seat 25.
  • This is achieved according to the invention by a fine-tuned damping of the movement of the control valve body 22.
  • the displacement flow is between Anchor plate 30 and the electromagnetic actuator 7 used.
  • the armature plate 30 is designed without open, axial bores in order to effect the most effective squeezing flow at the stroke end between the armature plate 30 and the electromagnetic actuating device 7.
  • the amount of damping required depends, among other things, on the moving mass, i. H. from the mass of the control valve body 22 + anchor plate 30 + countersunk screw 31 + stop ring 32 + proportion of the mass of the spring 36. Another factor relevant to damping is the spring stiffness of the control valve seat 25.
  • the damping itself depends, among other things, on the fuel viscosity, the geometry of the anchor plate 30 and the Minimum distance 46 between anchor plate 30 and electromagnetic actuator 7 and from the pressure in the damping space. These influencing factors have to be coordinated.
  • the optimal tuning is achieved when the control valve body 22 is placed on the control valve seat 25 without kickback and the damping-related slowdown in the movement of the control valve body 22 is minimized.
  • the supply of the damping chamber 33 with damping liquid, for. B. damping oil can be done via a separate damping oil circuit.
  • fuel is taken from the low-pressure area, specifically from the control bore 29 of the control valve 2, specifically via the throttle bore 37. The latter prevents the pressure surges in the control bore 29 from reaching the damping chamber 33.
  • damping space 33 For proper functioning of the damping, it is important that there is no air in the damping space 33, since this affects the viscosity and compressibility of the damping medium. It is also important that the damping fluid is renewed continuously as it warms up and ages.
  • the venting of the damping space 33 is accomplished via the threaded bore 38, which is provided in such a way that it is in the installed position of the control valve 2 in the region of the highest point of the damping space 33.
  • the vent or fuel return line 39 is connected to the threaded bore 38, through which the fuel does not return to the pressure holding valve 40 shown fuel tank flows.
  • the pressure holding valve 40 ensures a certain liquid pressure in the damping chamber 33, which is lower than the maximum delivery pressure of the low-pressure pump, not shown, and lower than the pressure in the low-pressure chambers of the fuel injector. This ensures a flow through the damping chamber 33 and thus renewal of the damping medium fuel and cooling of the control valve 2.
  • the pressure control valve 40 has the effect that the damping chamber 33 cannot run empty when the engine is at a standstill, which leads to undamped lifting movement and thus to bouncing of the control valve 3.
  • One of the consequences of this is an incorrect start of delivery when the engine is restarted.
  • the leak oil from the leak oil chamber 44 is guided via the leak oil longitudinal bore 42 and the leak oil cross bore 43 in the control valve body 22 to the spring chamber 34 and thus into the damping oil circuit.
  • This solution according to the invention saves a separate leakage oil return line.
  • control groove 8 of the pump plunger 4 at the end of the delivery stroke ensures control of the fuel in the suction or control bore 14.
  • the fuel injection is ended in any case before the delivery into the top area of the injection pump cam arrives and overloaded it.
  • the pump plunger 4 of the injection pump element 1 is considerably easier to manufacture than that of the normal element 1a, since the rotating device and the precise control edges are eliminated.
  • the fuel injection device permits a precise determination of the start of delivery and metering of the fuel injection quantity by the rebound-free placement of the control valve body 22 on the control valve seat 25.

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Abstract

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine bekannte Brennstoffeinspritzvorrichtung, die aus einem Einspritzpumpenelement mit darin gelagertem, elektromagnetisch betätigtem Steuerventilkörper zum Steuern von Förderbeginn und Fördermenge besteht, so zu verbessern, daß das Einspritzpumpenelement und das Steuerventil einzeln austauschbar sind und daß der Steuerventilkörper rückprallfrei auf seinen Sitz gelangt. Die Lösung besteht in einem Steuerventil (2), das mit Spiel in einer Stufenbohrung (19) einer Plungerbüchse (5) angeordnet ist und in Dichtelementen (20) gelagert ist. Die Rückprallfreiheit ist durch Abstimmung eines Minimalabstandes (46) zwischen einer Ankerplatte (30) und einer elektromagnetischen Stellvorrichtung (7) erreicht, wobei sich die Ankerplatte (30) in einem flüssigkeitsgefüllten Dämpfungsraum (33) befindet und der Minimalabstand (46) in Abhängigkeit von der Masse der be wegten Teile des Steuerventils (2), der Federsteifigkeit eines Steuerventilsitzes (25), der Geometrie einer Ankerplatte (30) und der Viskosität des Brennstoffes im Betriebstemperaturbereich optimiert ist. Die Erfindung eignet sich für Dieselmotoren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die gestiegenen Ansprüche bezüglich Umweltverträglichkeit und Brennstoffverbrauch lassen es wünschenswert er­scheinen, den Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung in den Brennraum des Dieselmotors frei wählbar zu gestalten.
  • Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die diese Eigenschaft besitzt ist aus der EP-A 0 114 375 bekannt. Hierbei wird der von der Brennstoffeinspritzpumpe geförderte Brennstoff durch einen zwischen dem Pumpenplunger und dem Druckventil angeordneten elektromagnetisch betätigten Steuerventil­körper gesteuert.
  • Bei dieser Anordnung, bei der der Steuerventilkörper un­mittelbar in der verlängerten Pumpenplungerbüchse geführt ist, müssen bei einem Schaden an Pumpenplunger oder Steuerventilkörper immer beide Teile ausgetauscht werden.
  • Die alternative Anordnung mit getrenntem Steuerventil­aufsatz auf dem Einspritzpumpenelement zur Halterung der Steuerventileinheit ist aufwendig und mit erheblichem zusätzlichen schädlichen Raum verbunden, was vor allem bei hohen Einspritzdrücken nachteilig ist.
  • Der Steuerventilkörper der Anordnung neigt aufgrund seiner relativ hohen Masse und fehlender Dämpfung zum Sitz­prellen. Dadurch wird die Genauigkeit des Förderbeginns beeinträchtigt und eine Mengenstreuung zwischen den einzelnen Pumpenelementen verursacht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Brennstoffeinspritzvorrichtung zu vermeiden und eine wartungsfreundliche, funktionssichere Alternative zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­zeichnenden Mermale des Anspruchs 1 gelöst. Hierdurch wird erreicht, daß getrennte Fertigung und Prüfung und Einzel­austausch von Einspritzpumpenelement und Steuerventil bzw. elektromagnetischer Stellvorichtung möglich ist.
  • Durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird eine Verringerung des Totraumes der Brennstoff­einspritzvorrichtung erreicht.
  • Für eine uneingeschränkte Austauschbarkeit des Steuer­ventils ist es wichtig, ein gewisses Spiel zwischen der Stufenbohrung im Einspritzpumpenelement und dem Steuer­ventil vorzusenen.
  • In vorteilhafter Weise wird dieses Einbauspiel durch zwei Dichtelemente überbrückt, die neben ihrer Funktion als Hochdruckdichtung gleichsam eine Lagerung des Steuer­ventils in der Stufenbohrung der Plungerbüchse übernehmen.
  • Durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird der Hochdruckbrennstoff, wenn er vom Steuerventilkörper abgesteuert wird, durch eine Bohrung in der Plungerbüchse zum Niederdruckraum zurückgeführt. Damit werden aufwendige äußere Verbindungsleitungen mit ihrer Leckagegefahr ver­mieden.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist die zur Achse des Steuerventilkörpers parallele Anordnung der Elemente, mit denen das Steuerventil an der Plunger­büchse befestigt ist. Diese Anordnung verhindert die Ver­spannung und damit ein Klemmen des Steuerventilkörpers in der Steuerventilbüchse.
  • Durch eine vorteilhafte Ausbildung des Pumpenplungers mit einer Absteuernut wird erreicht, daß unabhängig von der Betriebstüchtigkeit des Steuerventils die Förderung der Einspritzpumpe unterbrochen wird, bevor die Förderung in den Kuppenradius des Einspritzpumpennockens läuft.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Ankerplatte in einem entlüfteten und mit Brennstoff gefüllten Raum ist bei entsprechender Abstimmung des Spaltes zwischen dem angezogenen Anker und der elektromagnetischen Stell­vorrichtung auf die verschiedenen Auslegungsparameter des Steuerventils ist ein rückprallfreies Schließen und damit ein exaktes Steuern von Förderbeginn und Fördermenge des Brennstoffes ermöglicht.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung mit einer Lecköllängs- und Querbohrung des Steuerventilkörpers er­übrigt eine gesonderte Leckölrückführleitung und den damit verbundenen Aufwand und die Leckagegefahr.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der äußeren Kontur des Einspritzpumpenelementes, ist ein Austausch eines Normalelementes gegen das Einspritzpumpenelement mit Steuerventil ohne jede Nacharbeit möglich.
  • Die erfindungsgemäße Lage von Hochdruckraum und Saug- bzw. Absteuerbohrung ermöglicht einen minimalen schädlichen Raum in Hochdruckbereich, der mit dem schädlichen Raum eines Normalelementes vergleichbar ist.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der Aus­führungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1: einen Querschnitt durch die Brennstoffein­spritzvorrichtung und durch ein Normal­element,
    • Fig. 2: Detailschnitt durch die Brennstoffeinspritz­vorrichtung.
  • Die Brennstoffeinspritzvorrichtung besteht aus einem Ein­spritzpumpenelement 1 und einem Steuerventil 2, wobei das Einspritzpumpenelement 1 zugleich Träger des Steuerventils 2 ist. Das Einspritzpumpenelement setzt sich zusammen aus einem Pumpenplunger 4, einer Plungerbüchse 5 und einem handelsüblichen Entlastungsventil 6, das Steuerventil 2 aus einem Steuerventilelement 3 und einer elektro­magnetischen Stellvorrichtung 7.
  • Der Pumpenplunger 4, der in der Plungerbüchse 5 dichtend geführt ist, wird von einem nicht dargestellten Nocken über einen ebenfalls nicht dargestellten Rollenstößel in Richtung der Pumpenplungerachse bewegt. Der Pumpenplunger 4 besitzt eine Absteuernut 8, die über eine Absteuerlängs­bohrung 9 und eine Absteuerquerbohrung 10 mit einem Hoch­druckraum 11 in Verbindung steht.
  • Der Hochdruckraum 11 steht über eine Hochdruckbohrung 12 und das Steuerventilelement 3 mit dem Entlastungsventil 6 und weiter über eine nicht dargestellte Einspritzleitung mit einem ebenfalls nicht dargestellten Brennstoff­einspritzventil in Verbindung.
  • Der Hochdruckraum 11 ist bis kurz unterhalb einer Stufen­bohrung 19, die zur Aufnahme des Steuerventils 2 dient, hochgezogen. Dadurch wird das schädliche Volumen zwischen Hochdruckraum 11 und Entlastungsventil 6 minimiert, was sich bei hohen Einspritzdrücken besonders vorteilhaft erweist. Die gegenüber einem Normalelement 1a verbleibende Differenz des schädlichen Volumens durch die Hochdruck­bohrung 12 und die Hochdrucksteuerbohrung 28 kann durch Anpassen der Einspritzleitungslänge ausgeglichen werden.
  • Der Hochdruckraum 11 besitzt keinen Abschlußdeckel, da das Einspritzpumpenelement 1 als sogenanntes "Monoelement" ausgebildet ist. Die Ausbildung als Monoelement steigert in vorteilhafter Weise die Hochdruckfähigkeit der Brenn­stoffeinspritzvorrichtung durch Minimierung der Druck­raumausweitung.
  • In der Plungerbüchse 5 befindet sich eine Saug- bzw. Ab­steuerbohrung 14, die den Hochdruckraum 11 mit einem Niederdruckraum 13 verbindet, der wiederum mit dem nicht dargestellten Saugraum des Einspritzpumpengehäuses ver­bunden ist.
  • Die Saug- bzw. Absteuerbohrung 14 ist im Unterschied zum Normalelement 1a vom Niederdruckraum 13 aus schräg in Richtung Hochdruckraum 11 gebohrt, um der geänderten Lage des Hochdruckraumes 11 Rechnung zu tragen.
  • Der Niederdruckraum 13 ist außerdem über eine Rücklauf­bohrung 15 mit einem Ringraum 16 einer Steuerventilbüchse 17 des Steuerventilelementes 3 verbunden. Dadurch wird eine externe Rücklaufleitung, die Bauaufwand und Leckage­risiko bedeutet, vermieden.
  • Das Einspritzpumpenelement 1 besitzt einen Pumpenelement­flansch 18, über den das Einspritzpumpenelement 1 am nicht dargestellten Pumpengehäuse befestigt ist. Die Abmessungen des Pumpenelementenflansches 18 und die Außenkontur der Plungerbüchse 5 im Bereich des Pumpengehäuses entsprechen der Kontur eines Normaleinspritzpumpenelements 1a.
  • Der Pumpenplunger 4 ist der veränderten Lage des Hoch­druckraumes 11 durch entsprechende Änderung seiner Länge angepaßt, so daß, wie aus Fig. 1 ersichtlich, die Lage eines Druckpilzes 47 beider Einspritzpumpenelemente bei Stellung der Pumpenplunger im unteren Totpunkt gleich ist. Da außerdem die Baubreite beider Einspritzpumpenelemente übereinstimmt, ist ein wechselseitiger Austausch ohne Nacharbeit möglich. Deshalb sind beide Einspritz­pumpenelemente für Block- und Einzeleinspritzpumpen geeignet.
  • Das Steuerventilelement 3 sitzt mit Spielpassung in der Stufenbohrung 19 der Plungerbüchse 5 und ist in zwei Hoch­druckdichtelemente 20 gelagert. Es wird durch nicht dar­gestellte Schrauben, die durch Bohrungen in einem Ab­schlußdeckel 21 und der Plungerbüchse 5 hindurchgesteckt und in die Steuerventilbüchse 17 eingeschraubt werden, zu einem festen Verband mit der Plungerbüchse 5 verbunden, ohne daß das Steuerventilelement verspannt würde. Durch das Einbauspiel zwischen Steuerventilbüchse 17 und Stufen­bohrung 19 wird außerdem ein Verspannen und folglich ein Klemmen des Steuerventilelements 3, verursacht durch das Anziehen des Entlastungsventils 6 oder der nicht dar­gestellten Einspritzleitung, vermieden.
  • Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß ein unabhängiger Austausch von Steuerventil 2 und Ein­spritzpumpenelement 1 so wie die Stellvorrichtung 7 sichergestellt ist. Durch diesen modularen Aufbau ist eine kostengünstige Fertigung und Reparatur der Brennstoff­einspritzvorrichtung möglich.
  • Das Steuerventilelement 3 besitzt eine Steuerventilbüchse 17 und einen Steuerventilkörper 22, der in der Steuer­ventilbüchse 17 axial beweglich geführt ist, und zwar in einer Hochdruckführung 23 und einer Niederdruckführung 24.
  • Der Steuerventilkörper 22 trennt mit einem Steuer­ventilsitz 25 einen Hochdruckringraum 26 von einem Nieder­druckringraum 27. Der Hochdruckringraum 26 ist über eine Hochdrucksteuerbohrung 28 und die Hochdruckbohrung 12 mit dem Hochdruckraum 11 bzw. dem Entlastungsventil 6 ver­bunden. Der Niederdruckringraum 27 ist über die Absteuer­bohrung 29, den Ringraum 16 und die Rücklaufbohrung 15 mit dem Niederdruckraum 13 verbunden.
  • Der Steuerventilkörper 22 besitzt eine Lecköllängsbohrung 42 und eine Leckölquerbohrung 43, die eine Verbindung zwischen einem Leckölraum 44 und einem Federraum 34 schaffen.
  • An dem Ende des Steuerventilkörpers 22, an dem sich die Niederdruckführung 24 befindet, ist eine Ankerplatte 30 befestigt, die von der elektromagnetischen Stell­vorrichtung 7 bewegt wird. Die Befestigung der Ankerplatte 30 geschieht mittels einer in den Steuerventilkörper 22 geschraubten Senkschraube 31, die die Ankerplatte 30 und einen Anschlagring 32 axial gegen den Steuerventilkörper 22 spannt.
  • Die Ankerplatte 30 befindet sich in einem kraftstoff­gefüllten Dämpfungsraum 33, der von einem Zwischenstück 41 und der elektromagnetischen Stellvorrichtung 7 begrenzt wird. Das Volumen des Dämpfungsraumes 33 ist so dimensioniert, daß bei der axialen Bewegung der Anker­platte 30 keine nennenswerten Strömungswiderstände zwischen der Ankerplatte 30 und den Wänden des Zwischen­stückes 41 auftreten.
  • Der Dämpfungsraum 33 steht in Verbindung mit einem eben­falls brennstoffgefüllten Federraum 34. Im Federrraum 34 befindet sich eine Feder 36, deren Kraft den Anschlagring 32 in Richtung Anschlag 35 beaufschlagt. Der Anschlag 35 dient als Hubbegrenzung des Steuerventilkörpers 22.
  • Der Dämpfungsraum 33 und der Federraum 34 stehen über eine Drosselbohrung 37 mit der Absteuerbohrung 29 in Verbindung.
  • Im Bereich der in Einbaulage höchsten Stelle des Dämpfungsraumes 33 ist eine Gewindebohrung 38 angebracht, an die eine Entlüftungs- bzw. Brennstoffrücklaufleitung 39 angeschlossen ist, die zum nicht abgebildeten Brennstoff­tank führt.
  • In dieser Entlüftungs- bzw. Brennstoffrücklaufleitung 39 ist eine Druckhalteventil 40 angeordnet, dessen Absteuer­druck kleiner als der Förderdruck der nicht abgebildeten Kraftstofförderpumpe ist.
  • Die elektromagnetische Stellvorrichtung 7 wird durch nicht dargestellte, parallel zur Achse des Steuerventilkörpers 22 wirkenden Schrauben mit dem Zwischenstück 41 gegen die Steuerventilbüchse 17 gespannt, ohne diese zu verspannen.
  • Der gesamte Niederdruckbereich des Steuerventils 2 wird durch Runddichtringe 45 abgedichtet.
  • Die Brennstoffeinspritzvorrichtung funktioniert folgender­maßen:
  • Beim Förderhub wird der Pumpenplunger 4 aus seiner unteren Totpunktlage in Richtung Steuerventileinheit 2 bewegt. Dabei schließt er nach Durchlaufen eines Vorhubes zunächst die Saug- und Absteuerbohrung 14. Danach fördert der Plunger 4 Brennstoff in die Hochdruckbohrung 12 und in die Hochdrucksteuerbohrung 28.
  • Solange der Steuerventilkörper 22 mit dem Anschlagring 32 und der Ankerplatte 30 von der Feder 36 am Anschlag 35 gehalten wird, sind der Hochdruckringraum 26 und der Niederdruckringraum 27 über den Steuerventilsitz 25 ver­bunden. Dadurch strömt der geförderte Kraftstoff über die Absteuerbohrungen 29, den Ringraum 16 und die Rücklauf­bohrung 15 in den Niederdruckraum 13 zurück.
  • Sobald die elektromagnetische Stellvorrichtung 7 durch einen Stromimpuls erregt wird, wird die Ankerplatte 39 angezogen. Dadurch wird der Steuerventilkörper 22 gegen den Steuerventilsitz 25 gezogen, wodurch die Förderung des Brennstoffs zum Entlastungsventil 6 und weiter über die nicht dargestellte Einspritzleitung zur nicht dar­gestellten Einspritzaüse beginnt.
  • Mit dem Anziehen der Ankerplatte 30 wird zugleich die Feder 36 vorgespannt. Sobald die elektromagnetische Stell­vorrichtung 7 stromlos gemacht wird, hebt die Feder 36 den Steuerventilkörper 22 von seinem Sitz 25 ab. Dadurch strömt der Brennstoff wieder in die Niederdruckräume und die Brennstoffeinspritzung ist beendet.
  • Eine Voraussetzung für die präzise Funktion des Steuer­ventils 2 und damit für reproduzierbaren Förderbeginn und schwankungsfreie Fördermenge ist ein rückprallfreies Auf­setzen des Steuerventilkörpers 22 auf den Steuerventilsitz 25. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine fein abgestimmte Dämpfung der Bewegung des Steuerventilkörpers 22. Zur Dämpfung wird die Verdrängerströmung zwischen Ankerplatte 30 und der elektromagnetischen Stell­vorrichtung 7 benutzt. Die Ankerplatte 30 ist ohne offene, axiale Bohrungen ausgeführt, um eine möglichst wirksame Quetschströmung am Hubende zwischen Ankerplatte 30 und elektromagnetische Stellvorrichtung 7 zu bewirken.
  • Das erforderliche Maß der Dämpfung hängt unter anderem von der bewegten Masse ab, d. h. von der Masse des Steuer­ventilkörpers 22 + Ankerplatte 30 + Senkschraube 31 + Anschlagring 32 + Anteil der Masse der Feder 36. Ein weitere dämpfungsrelevanter Faktor ist die Feder­steifigkeit des Steuerventilsitzes 25.
  • Die Dämpfung selbst hängt unter anderem von der Brenn­stoffviskosität, der Geometrie der Ankerplatte 30 und dem Mindestabstand 46 zwischen Ankerplatte 30 und elektro­magnetischer Stellvorrichtung 7 sowie von dem Druck im Dämpfungsraum ab. Diese Einflußfaktoren müssen aufeinander abgestimmt werden. Die optimale Abstimmung ist erreicht, wenn das Aufsetzen des Steuerventilkörpers 22 auf den Steuerventilsitz 25 gerade rückschlagfrei erfolgt und die dämpfungsbedingte Verlangsamung der Bewegung des Steuer­ventilkörpers 22 minimiert ist.
  • Die Versorgung des Dämpfungsraumes 33 mit Dämpfungs­flüssigkeit, z. B. Dämpfungsöl, kann über einen ge­sonderten Dämpfungsölkreislauf erfolgen. Im vorliegenden Fall wird erfindungsgemäß Brennstoff aus dem Niederdruck­bereich, speziell aus der Absteuerbohrung 29 des Steuer­ventils 2 entnommen und zwar über die Drosselbohrung 37. Letztere verhindert, daß die Druckstöße in der Absteuer­bohrung 29 in den Dämpfungsraum 33 gelangen.
  • Für ein einwandfreies Funktionieren der Dämpfung ist es wichtig, daß sich keine Luft im Dämpfungsraum 33 befindet, da hierdurch die Viskosität und Kompressibilität des Dämpfungsmediums beeinflußt werden. Außerdem ist es wichtig, daß die Dämpfungsflüssigkeit kontinuierlich er­neuert wird, da diese sich erwärmt und altert.
  • Erfindungsgemäß wird die Entlüftung des Dämpfungsraumes 33 über die Gewindebohrung 38 bewerkstelligt, die so an­gebracht ist, daß sie sich in Einbaulage des Steuerventils 2 im Bereich der höchsten Stelle des Dämpfungsraumes 33 befindet.
  • An die Gewindebohrung 38 ist die Entlüftungs- bzw. Brenn­stoffrücklaufleitung 39 angeschlossen, durch die der Brennstoff über das Druckhalteventil 40 zurück zum nicht abgebildeten Brennstofftank fließt. Das Druckhalteventil 40 stellt einen bestimmten Flüssigkeitsdruck im Dämpfungs­raum 33 sicher, der niedriger als der maximale Förderdruck der nicht dargestellten Niederdruckpumpe und niedriger als der Druck in den Niederdruckräumen der Brennstoff­einspritzvorrichtung ist. Dadurch wird eine Durchströmung des Dämpfungsraumes 33 und damit eine Erneuerung des Dämpfungsmediums Brennstoff und eine Kühlung des Steuer­ventils 2 sichergestellt. Außerdem bewirkt das Druck­halteventil 40, daß beim Stillstand des Motors der Dämpfungsraum 33 nicht leerlaufen kann, was zu un­gedämpfter Hubbewegung und damit zu Sitzprellen des Steuerventils 3 führt. Dies hat u.a. einen falschen Förderbeginn beim Wiederanlassen des Motors zur Folge.
  • Das Lecköl aus dem Leckölraum 44 wird über die Lecköl­längsbohrung 42 und die Leckölquerbohrung 43 im Steuer­ventilkörper 22 zum Federraum 34 und damit in den Dämpfungsölkreislauf geführt. Diese erfindungsgemäße Lösung erspart eine separate Leckölrückführleitung.
  • Für den Fall eines Versagens des Steuerventils 2 sorgt die Absteuernut 8 des Pumpenplungers 4 am Ende des Förderhubes für ein Absteuern des Brennstoffes in die Saug- bzw. Ab­steuerbohrung 14. Damit wird die Brennstoffeinspritzung in jedem Fall beendet, bevor die Förderung in den Kuppen­bereich des Einspritzpumpennockens gelangt und diesen überbelastet.
  • Der Pumpenplunger 4 des Einspritzpumpenelements 1 ist erheblich einfacher zu fertigen, als der des Normal­elementes 1a, da die Verdreheinrichtung und die präzisen Steuerkanten entfallen.
  • Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung ge­stattet eine genaue Bestimmung von Förderbeginn und Dosierung der Brennstoffeinspritzmenge durch das rück­prallfreie Aufsetzen des Steuerventilkörpers 22 auf den Steuerventilsitz 25. Außerdem ist sie fertigungsund servicefreundlich, da die Hauptkomponenten Einspritz­pumpenelement 1, Steuerventil 2 und elektromagnetische Stellvorrichtung 7 einzeln und anabhängig voneinander zu fertigen, zu prüfen und auszutauschen sind.

Claims (14)

1. Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraft­maschinen, vorzugsweise Dieselbrennkraftmaschinen mit zumindest einem Einspritzpumpenelement (1), in dessen Plungerbüchse (5) ein Pumpenplunger (4) axial geführt ist und einen Hochdruckkraum (11) dichtend abschließt sowie mit einer zwischen dem Hochdruckraum (11) und einem Ent­lastungsventil (6) angeordneten Steuerventil (2), in dessen Steuerventilbüchse (17) ein Steuerventilkörper (22) durch eine elektromagnetische Stellvorrichtung (7) in Verbindung mit einer Feder (36) axial bewegbar ist, wobei ein in der Steuerventilbüchse (17) angeordneter Nieder­druckringraum (27) mit einem Niederdruckraum (13) in Ver­bindung steht,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Plungerbüchse (5) mit geringem Abstand oberhalb des Hochdruckraumes (11) eine Stufenbohrung (19) zur Aufnahme des Steuerventils (2) angeordnet ist.
2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenbohrung (19) vor­zugsweise senkrecht und mittig zur Achse des Pumpen­plungers (4) angeordnet ist.
3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (2) in der Stufenbohrung (19) mit Schiebesitz angeordnet ist.
4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuerventil­büchse (17) und der Stufenbohrung (19) beiderseits einer Hochdrucksteuerbohrung (28) Dichtelemente (20) angeordnet sind.
5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindung zwischen dem Niederdruckringraum (27) und dem Niederdruckraum (13) eine Rücklaufbohrung (15) in der Plungerbüchse (5) vorgesehen ist.
6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung des Steuer­ventils (2) an der Pumpenplungerbüchse (5) Befestigungs­elemente mit einer parallel zur Richtung der Achse des Steuerventilköpers (22) wirkenden Befestigungskraft an­geordnet sind, und daß als Befestigungselemente vor­zugsweise vier Schrauben vorgesehen sind, die durch Bohrungen in einem Abschlußdeckel (21) und der Plunger­büchse (5) steckbar und in Gewindebohrungen der Steuer­ventilbüchse (17) schraubbar angeordnet sind.
7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an dem Pumpenplunger (4) eine Absteuernut (8) angeordnet ist, durch die der Hochdruck­raum (11) am Endes des Förderhubes über eine Absteuer­längsbohrung (9) und eine Absteuerquerbohrung (10) mit einer Saug- bzw. Absteuerbohrung (14) in Verbindung steht.
8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Steuer­ventilkörpers (22) eine Ankerplatte (30) befestigt ist, die in einem flüssigkeitsgefüllten Dämpfungsraum (33) angeordnet ist.
9. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsraum (33) brenn­stoffgefüllt ist, daß zwischen Dämpfungsraum (33) und Niederdruck führenden Räumen eine Drosselbohrung (37) angeordnet ist, und daß im Bereich der höchsten Stelle des Dämpfungsraumes (33) eine Entlüftungs- bzw. Brennstoff­rücklaufleitung (38) angeschlossen ist.
10. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Entlüftungs- bzw. Brennstoffrücklaufleitung (39) ein Druckhalteventil (40) angeordnet ist, dessen Öffnungsdruck kleiner als der Druck in den Niederdruckräumen des Einspritzpumpenelementes (1) ist.
11. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerplatte (30) massiv ausgebildet ist und daß bei gegebener Masse der bewegten Teile des Steuerventilelementes (3), der Kraft der Feder (27), der Geometrie der Ankerplatte (30) und der Brennstoffviskosität im Betriebstemperaturbereich, der Kraft der elektromagnetischen Stellvorrichtung, der Spalt zwischen Ankerplatte (30) und der elektromagnetischen Stellvorrichtung (7) in angezogener Stellung so abgestimmt ist, daß das Aufsetzen des Steuerventilkörpers (22) auf einen Steuerventilsitz (25) rückprallfrei erfolgt.
12. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerventilkörper (22) eine Lecköllängsbohrung (42) und eine Leckölquerbohrung (43) angeordnet sind.
13. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzpumpenelement (1) in seiner äußeren Kontur ab einem Pumpenelementflansch (18) genau der Kontur eines Normal-Pumpenelementes (1a) mit vergleichbaren Daten entspricht.
14. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich der Hochdruckraum (11) bis oberhalb des Pumpenelementflansches (18) erstreckt und die Saug- bzw. Absteuerbohrung (14) vom Niederdruck­raum (13) ausgehend der Lage des Hochdruckraumes (11) angepaßt ist.
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