EP1339968B1 - Magnetventilgesteuerte kraftstoffeinspritzpumpe für brennkraftmaschinen, insbesondere dieselmotoren - Google Patents

Magnetventilgesteuerte kraftstoffeinspritzpumpe für brennkraftmaschinen, insbesondere dieselmotoren Download PDF

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EP1339968B1 EP01997636A EP01997636A EP1339968B1 EP 1339968 B1 EP1339968 B1 EP 1339968B1 EP 01997636 A EP01997636 A EP 01997636A EP 01997636 A EP01997636 A EP 01997636A EP 1339968 B1 EP1339968 B1 EP 1339968B1
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Robert Bosch GmbH
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44Details, 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
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M41/00Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor
    • F02M41/08Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined
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    • F02M41/1405Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined rotary distributor supporting pump pistons pistons being disposed radially with respect to rotation axis
    • F02M41/1411Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined rotary distributor supporting pump pistons pistons being disposed radially with respect to rotation axis characterised by means for varying fuel delivery or injection timing
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    • F02M59/00Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366Valves being actuated electrically

Definitions

  • the invention relates to a solenoid valve controlled fuel injection pump according to the preamble of claim 1.
  • those fuel injection pumps of the invention are relevant according to the invention Distributor type, in which a so-called I-solenoid valve is used.
  • These Valve design is characterized by the fact that the flow during Abêtn radially directed from the outside inwards. Due to the flow deflection in the low pressure range an opening (positive) force is achieved. The force shortens the valve opening times.
  • a basic characteristic of the type of valve in question can be seen in that is a very large low pressure area compared to the pressure step area in the high pressure region of the solenoid valve results. Therefore, even at low Pressure fluctuations in the low pressure range relatively large forces. These forces cause opening time variations that lead to injection quantity spreads (from hub to hub). To the forces mentioned - at least partly - to compensate and thus their adverse effects largely To avoid, in the valve type in question is a low-pressure compensating piston provided, which cooperates with the solenoid valve.
  • the low pressure compensation piston So has the function of a stable opening behavior of Solenoid valve to effect.
  • the object of the present invention is to take appropriate measures that undesirable delays in the opening process of the solenoid valve avoided become.
  • US-A-5,318,001 discloses a solenoid valve controlled fuel injection pump known wherein the injection duration via the opening of the solenoid valve is controlled.
  • the solenoid valve has a valve needle, via a valve seat in the pump body a High pressure area separates from a low pressure area or combines. When separating is in a pressure regulator or Pressure relief valve designated membrane group Storage volume formed when fueling nachschiebt and thus supports the intake process or accelerated.
  • the invention is illustrated in the drawing with reference to an embodiment, which will be described in detail below.
  • the drawing shows - in vertical longitudinal section and partially - an embodiment of a fuel injection pump the distributor type.
  • a (not shown) pump working chamber is connected via a pressure channel 11 in Distributor 10 is connected to a distributor groove 12 on the circumference of the distributor 10, from the (not shown) extending in the pump housing injection lines take their exit.
  • the injection lines in turn lead to a (also not shown) injection valve.
  • a Connecting channel 14 which opens into an annular groove 15.
  • the annular groove 15 forms a valve seat 16 for a valve needle 17 of a (partially shown) total designated 18 solenoid valve.
  • a valve needle 17 of a (partially shown) total designated 18 solenoid valve Above the solenoid valve needle 17, at 19, an electromagnet which actuates the solenoid valve 18 follows, The well-known prior art is why a detailed account omitted can.
  • valve seat 16 Below the valve seat 16 extends a total of 20 numbered Blind hole bore, which has an extension 21, of which a (further) Connecting channel 22 takes its output.
  • the connecting channel 22 leads to the (not shown) low-pressure part of the fuel injection pump. Consequently define valve seat 16 and solenoid valve needle 17 within the manifold 10 a high pressure area 14, 15 and a low pressure area 21.
  • a low pressure balancing piston arranged axially movable, the - respectively half - left side of a common longitudinal central axis 23 of solenoid valve needle 17 and low pressure balancing pistons in total with 24 and right side the longitudinal central axis 23 is numbered 25 in total.
  • the right side drawn by the longitudinal center axis 23 type 25th the low pressure balance piston marks the current state of Technique, wherein the low pressure balancing piston 25 - at 26 - in one piece is connected to the solenoid valve needle 17.
  • the left side of the longitudinal central axis 23 illustrated low-pressure compensating piston 24 to the invention Design type.
  • the special feature here is that solenoid valve needle 17 and low pressure balancing piston 24 as two separate and thus independently (axially) movable components are formed.
  • to Guide the low-pressure compensating piston 24 has this a piston rod 27 tapered diameter, in one in the solenoid valve needle 17 introduced guide bore 28 engages. Through the guide 27/28 becomes an (otherwise possible) tilting of the low pressure balance piston 24 effectively avoided.
  • the guide bore 28 is a blind hole formed, with its (upper) end 29 acts as a stop, with the free end 30 of the piston rod 27 of the low-pressure compensation piston 24th interacts.
  • a compression spring (low pressure compensation spring) 32 at the rear is supported on the 33 numbered bottom of the blind hole 20.
  • the low-pressure compensation spring 32 of the low-pressure compensating piston 24 pressed against the (upper) stop 29 of the guide bore 28.
  • Another special feature is that at the (lower) end face 31 the low-pressure balance piston 24 a rod-shaped, from the low-pressure compensation spring 32 surrounded counterstop 34 is arranged the at the end of 35 with the same time as (lower) stroke stop for the Low-pressure balancing piston 24 acting bottom 33 of the blind hole 20 cooperates.
  • the rod-shaped counter-stop 34 is used at the same time to protect the low-pressure compensation spring 32nd
  • the described arrangement and design of the low pressure balance piston 24 affects the operation of the fuel injection pump as follows.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Hierbei handelt es sich vornehmlich um eine Kraftstoffeinspritzpumpe der sogenannten Verteilerbauart. Bei derartigen magnetventilgesteuerten Einspritzpumpen, die bevorzugt in Dieselmotoren eingesetzt werden, wird die Einspritzdauer durch das Öffnen des Magnetventils gesteuert. Damit der Dieselmotor gute Abgaswerte erreicht, muß der Druck in der Leitung möglichst schnell abfallen. Dies kann nur durch ein schnell öffnendes Magnetventil erreicht werden. Eine magnetventilgesteuerte Voreinspritzung ist nur mit einem schnell öffnenden Magnetventil möglich. Das Magnetventil muß daher so ausgeführt werden, dass sich seine Öffnungszeit durch hydraulische Kräfte verringern läßt.
Erfindungsgemäß relevant sind insbesondere solche Kraftstoffeinspritzpumpen der Verteilerbauart, in denen ein sogenanntes I-Magnetventil eingesetzt wird. Diese Ventilbauart zeichnet sich dadurch aus, dass die Strömung beim Absteuern radial von aussen nach innen gerichtet ist. Durch die Strömungsumlenkung im Niederdruckbereich wird eine öffnende (positive) Kraft erzielt. Die Kraft verkürzt die Ventilöffnungszeiten.
Ein Grundcharakteristikum der in Rede stehenden Ventilbauart ist darin zu sehen, dass sich eine sehr große Niederdruckfläche im Vergleich zur Druckstufenfläche im Hochdruckbereich des Magnetventils ergibt. Deshalb treten schon bei geringen Druckschwankungen im Niederdruckbereich verhältnismäßig große Kräfte auf. Diese Kräfte verursachen Öffnungszeitschwankungen, die zu Einspritzmengenstreuungen (von Hub zu Hub) führen. Um die genannten Kräfte - wenigstens teilweise - zu kompensieren und damit ihre nachteiligen Auswirkungen weitgehend zu vermeiden, ist bei der in Rede stehenden Ventilbauart ein Niederdruckausgleichskolben vorgesehen, der mit dem Magnetventil zusammenwirkt. Der Niederdruckausgleichskolben hat also die Funktion, ein stabiles Öffnungsverhalten des Magnetventils zu bewirken.
Zu dem im Vorstehenden geschilderten Stand der Technik wird die DE 4339948 A1 genannt, die eine gattungsmäßige Kraftstoffeinspritzpumpe zum Gegenstand hat. Bei der bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe ist der Niederdruck-Ausgleichskolben einteilig mit der Magnetventilnadel ausgeführt und koaxial zu dieser angeordnet, wobei er praktisch eine Fortsetzung der Magnetventilnadel über den Ventilsitz hinaus bildet.
Der Nachteil besteht darin, dass es beim Absteuem zu einer Strömungsumlenkung auf dem Niederdruck-Ausgleichskolben kommt. Diese Strömungsumlenkung bewirkt eine Druckerhöhung, aus der sich eine schließende Nadelkraft ergibt.
Die nachteilige Folge ist eine Verzögerung der Öffnung des Magnetventils beim Absteuern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, geeignete Maßnahmen dafür zu treffen, dass unerwünschte Verzögerungen beim Öffnungsvorgang des Magnetventils vermieden werden.
Ferner ist durch die US-A-5 318 001 eine magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe bekannt, wobei die Einspritzdauer über das Öffnen des Magnetventils gesteuert wird. Das Magnetventil weist eine Ventilnadel auf, die über einen Ventilsitz im Pumpenkörper einen Hochdruckbereich von einem Niederdruckbereich trennt oder verbindet. Beim Trennen wird in einer als Druckregler oder Druckbegrenzungsventil bezeichneten Membrangruppe ein Speichervolumen gebildet, das beim Verbinden Kraftstoff nachschiebt und somit den Ansaugvorgang unterstützt bzw. beschleunigt.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe der eingangs bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Grundgedankens der Erfindung sind den Patentansprüchen 2 - 8 zu entnehmen.
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale gelingt es, die für die Funktion des Magnetventils in dessen geschlossenem Zustand wichtigen Vorteile des vorhandenen Niederdruck-Ausgleichskolbens zu erhalten. Zugleich entfallen aber die bisherigen negativen Wirkungen des Niederdruck-Ausgleichskolbens beim Öffnen des Magnetventils.
Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht, das im Folgenden detailliert beschrieben wird. Die Zeichnung zeigt - im vertikalen Längsschnitt und teilweise - eine Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Es bezeichnet 10 einen Verteiler, der in einem (nicht dargestellten) Pumpengehäuse in bekannter und daher nicht näher gezeigter Weise geführt ist. Der Antrieb des Verteilers 10 erfolgt ebenfalls in üblicher Weise, weshalb auch diesbezüglich auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
Ein (nicht dargestellter) Pumpenarbeitsraum ist über einen Druckkanal 11 im Verteiler 10 mit einer Verteilernut 12 am Umfang des Verteilers 10 verbunden, von der (nicht gezeigte) im Pumpengehäuse verlaufende Einspritzleitungen ihren Ausgang nehmen. Die Einspritzleitungen führen wiederum zu einem (ebenfalls nicht gezeigten) Einspritzventil.
Des Weiteren geht von der Verteilernut 12 im Inneren des Verteilers 10 ein Verbindungskanal 14 aus, der in eine Ringnut 15 mündet. Die Ringnut 15 bildet einen Ventilsitz 16 für eine Ventilnadel 17 eines (nur teilweise dargestellten) insgesamt mit 18 bezeichneten Magnetventils. Oberhalb der Magnetventilnadel 17, bei 19, schließt sich ein das Magnetventil 18 betätigender Elektromagnet an, der bekannter Stand der Technik ist, weshalb eine detaillierte Darstellung entfallen kann.
Unterhalb des Ventilsitzes 16 erstreckt sich eine insgesamt mit 20 bezifferte Sacklochbohrung, die eine Erweiterung 21 aufweist, von der ein (weiterer) Verbindungskanal 22 seinen Ausgang nimmt. Der Verbindungskanal 22 führt zum (nicht dargestellten) Niederdruckteil der Kraftstoffeinspritzpumpe. Somit definieren Ventilsitz 16 und Magnetventilnadel 17 innerhalb des Verteilers 10 einen Hochdruckbereich 14, 15 und einen Niederdruckbereich 21.
Innerhalb der Sacklochbohrung 20 und koaxial zu der Magnetventilnadel 17 ist ein Niederdruck-Ausgleichskolben axial beweglich angeordnet, der - jeweils hälftig - linksseitig einer gemeinsamen Längsmittelachse 23 von Magnetventilnadel 17 und Niederdruck-Ausgleichskolben insgesamt mit 24 und rechtsseitig der Längsmittelachse 23 insgesamt mit 25 beziffert ist.
Die rechtsseitig von der Längsmittelachse 23 gezeichnete Bauart 25 des Niederdruck-Ausgleichskolbens markiert den bisherigen Stand der Technik, wobei der Niederdruck-Ausgleichskolben 25 - bei 26 - einstückig mit der Magnetventilnadel 17 verbunden ist.
Dagegen handelt es sich bei dem linksseitig der Längsmittelachse 23 (hälftig) dargestellten Niederdruck-Ausgleichskolben 24 um die erfindungsgemäße Bauart. Die Besonderheit besteht hier darin, dass Magnetventilnadel 17 und Niederdruck-Ausgleichskolben 24 als zwei getrennte und damit unabhängig voneinander (axial) bewegliche Bauteile ausgebildet sind. Zur Führung des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 weist dieser eine Kolbenstange 27 verjüngten Durchmessers auf, die in eine in die Magnetventilnadel 17 eingebrachte Führungsbohrung 28 eingreift. Durch die Führung 27/28 wird ein (andernfalls mögliches) Kippen des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 wirksam vermieden. Die Führungsbohrung 28 ist als Sacklochbohrung ausgebildet, wobei ihr (oberes) Ende 29 als Anschlag fungiert, der mit dem freien Ende 30 der Kolbenstange 27 des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 zusammenwirkt.
An einer rückwärtigen Stirnfläche 31 des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 liegt eine Druckfeder (Niederdruck-Ausgleichsfeder) 32 an, die sich rückwärtig an dem mit 33 bezifferten Boden der Sacklochbohrung 20 abstützt. Durch die Niederdruck-Ausgleichsfeder 32 wird der Niederdruck-Ausgleichskolben 24 gegen den (oberen) Anschlag 29 der Führungsbohrung 28 gedrückt.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass an der (unteren) Stirnfläche 31 des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 ein stangenförmiger, von der Niederdruck-Ausgleichsfeder 32 umgebener Gegenanschlag 34 angeordnet ist, der an seinem Ende 35 mit dem zugleich als (unterer) Hubanschlag für den Niederdruck-Ausgleichskolben 24 fungierenden Boden 33 der Sacklochbohrung 20 zusammenwirkt. Der stangenförmige Gegenanschlag 34 dient auch gleichzeitig zum Schutz der Niederdruck-Ausgleichsfeder 32.
Die beschriebene Anordnung und Ausbildung des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 wirkt sich im Betrieb der Kraftstoffeinspritzpumpe wie folgt aus.
Beim Öffnen des Magnetventils 18 wird der Druck im Hochdruckbereich 14, 15 über den Ventilsitz 16 abgebaut. Es kommt zu einer lokalen Druckerhöhung auf der Magnetventilnadel 17 und dem Niederdruck-Ausgleichskolben 24.
Der Niederdruck-Ausgleichskolben 24 trennt sich nun von der Magnetventilnadel 17. Die in Schließrichtung gerichtete Niederdruck-Ausgleichskolbenkraft wird über den Hubanschlag 33, 34, 35 am Verteilergehäuse 10 abgestützt. Die Magnet-Ventilkraft führt zu einem schnellen Öffnen des Magnetventils 18.
Die auf den Niederdruck-Ausgleichskolben 24 aufgeübten hydraulischen Kräfte, welche bei der bisherigen einstückigen Ausbildung von Magnetventilnadel und Niederdruck-Ausgleichskolben nachteiligerweise in Schließrichtung der Magnetventilnadel wirkten, entfallen somit durch die erfindungsgemäße Separatausbildung von Magnetventilnadel 17 einerseits und Niederdruck-Ausgleichskolben 24 andererseits. Die vom Elektromagneten 19 auf die Magnetventilnadel 17 ausgeübte Öffnungskraft hat somit ein ungehindertes und damit schnellstmögliches Öffnen des Magnetventils 18 zur gewünschten Folge.

Claims (5)

  1. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem Magnetventil (18), dessen Ventilnadel (17) über einen Ventilsitz (16) im Pumpenkörper einen Hochdruckbereich (14, 15) von einem Niederdruckbereich (21) trennt bzw. Hoch- und Niederdruckbereich verbindet, wobei die Einspritzdauer durch das Öffnen des Magnetventils (18) gesteuert wird, und mit einem im Niederdruckbereich (21) angeordneten Niederdruck-Ausgleichskolben (24) zur Kompensation von Druckschwankungen im Niederdruckbereich (21), wobei der Niederdruck-Ausgleichskolben (24) koaxial zur Magnetventilnadel (17) als von ihr gesondertes Bauteil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruck-Ausgleichskolben (24) an seinem dem Magnetventil (18) zugewandten Ende eine Kolbenstange (27) besitzt, die in eine im Bereich des Magnetventilsitzes (16) in die Magnetventilnadel (17) eingebrachte Führungsbohrung (28) hineinragt, die zur Führung des Niederdruck-Ausgleichskolben (24) dient.
  2. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, wobei der Niederdruck-Ausgleichskolben (24) in einem sich koaxial an den Niederdruckbereich (21) im Pumpenkörper anschließenden Niederdruck-Ausgleichskolbenraum (20) gegen den Widerstand einer den Niederdruck-Ausgleichskolben (24) rückseitig beaufschlagten Niederdruck-Ausgleichsfeder (32) axial beweglich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass am rückwärtigen, von der Magntventilnadel (17) abgewandten Ende des Niederdruck-Ausgleichskolbenraumes (20) zum Schutze der NiederdruckAusgleichsfeder (32) ein Hubanschlag (33) für den Niederdruck-Ausgleichskolben (24) vorgesehen ist.
  3. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der von der Magnetventilnadel (17) abgewandten (rückseitigen) Stirnfläche (31) des Niederdruck-Ausgleichskolbens (24) ein mit dem Hubanschlag (33) zusammenwirkender Gegenanschlag (34, 35) angeordnet ist, der einen gegenüber dem Durchmesser des Niederdruckkolbens (24) verjüngten Durchmesser aufweist.
  4. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (28) einen Anschlag (29) für die Kolbenstange (27) und damit für den Niederdruck-Ausgleichskolben (24) aufweist.
  5. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck-Ausgleichsfeder (32) so ausgelegt ist, dass bei geschlossenem Magnetventil (18) die Kolbenstange (27) des Niederdruck-Ausgleichskolbens (24) durch die Kraft der Niederdruck-Ausgleichsfeder (32) am Anschlag (29) in der Führungsbohrung (28) zur Anlage kommt.
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