DE3511492A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs aus. Bei einer durch die DE-OS 30 08 070 bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Art ist das elektrisch gesteuerte Ventil als ein in den Pumpenarbeitsraum hinein öffnendes, federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet, das durch den Anker eines Elektromagneten aufgestoßen werden kann. Das Ventilschießglied dieses Rückschlagventils wird vom Druck im Pumpenarbeitsraum auf seinen Sitz gepresst, so dass es nach dem Beginn des Pumpendruckhubes nicht mehr geöffnet werden kann. Für die Entnahme einer Teilmenge des vom Pumpenkolben geförderten Kraftstoffes muß daher beim Druckhubbeginn des Pumpenkolbens das Ventil geöffnet sein, kann dann aber nach einem bestimmbaren Teilhub des Pumpenkolbens durch Abschalten des Elektromagneten und Entlasten des Ventilgliedes geschlossen werden. Das Ventil sitzt am Anfang einer längeren zu einem Kraftstoffentnahmeraum führenden Leitung, die zusätzlich als Schluckvolumen zu dem durch die Ausweichbewegung der beweglichen Wand des Entnahmeraumes gegebenen Entnahmevolumen hinzukommt. Der Mindestentnahmeanteil an Kraftstoff ist somit durch die Kompressibilität dieses Volumens festgelegt und kann nicht unterschritten werden. Zudem ist außer dem Magnetventil zusätzlich ein von einem Kolben begrenzter Kraftstoffentnahmeraum notwendig, was die Einrichtung sehr aufwendig macht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Einrichtung zur gesteuerten Entnahme von Kraftstoff während des Förderhubs des Pumpenkolbens wesentlich einfacher aufgebaut ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Ventilschließglied gemäß Anspruch 2 in Schließstellung druckausgeglichen ist. Damit ist es möglich, auch während des Druckhubes des Pumpenkolbens den Entnahmevorgang auszulösen derart, dass z.B. auch nach einer bereits begonnenen Förderung von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine diese Förderung durch Aufsteuerung des Kraftstoffentnahmeraums kurzzeitig erheblich reduziert oder gar unterbunden wird. Dieser Phase folgt nach Auffüllen des Volumens des Kraftstoffentnahmeraumes dann der restliche Teil der Kraftstoffförderung zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine. Die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge wird dabei unabhängig davon durch andere Mittel gesteuert, die je nach Pumpenart verschieden sein können. Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann bei beliebigen Kraftstoffeinspritzpumpen Verwendung finden. Der Einspritzverlauf kann mit einer großen Variationsbreite allein durch Veränderung des Ansteuerzeitpunktes des elektrisch gesteuerten Ventils dem Bedarf der Brennkraftmaschine angepasst werden. Bei entsprechender Auslegung ist eine Piloteinspritzung erzielbar, die der Haupteinspritzung vorgelagert ist. Man erhält auf diese Weise insbesondere im Leerlaufbetriebsbereich der Brennkraftmaschine eine weiche Verbrennung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht in der Ausführung nach Anspruch 3, die auch eine enge Anbindung des Raumes an den Pumpenarbeitsraums erlaubt. Durch diese Ausgestaltung erfolgt das Öffnen des Ventils und zugleich die Entnahmebewegung des als Kolben ausge- bildeten Ventilschließgliedes nach dem ersten Anheben desselben sehr schnell. Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird insbesondere eine schnelle Verteilung des im Pumpenarbeitsraum herrschenden Pumpendrucks auf die gesamte Stirnfläche des Kolbens erreicht, so bald dieser von seinem Umfangssitz abgehoben hat. Durch die Verbindung der Ausnehmung mit dem Entlastungsraum erfolgt in vorteilhafter Weise eine Entlastung des in Schließstellung des Kolbens eingeschlossenen Volumens, was das Schließen des elektrisch gesteuerten Ventils erleichtert.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in Anwendung bei einer grobschematisch dargestellten Verteilereinspritzpumpe und

Fig. 2 verschiedene Einspritzverlaufskurven in Abhängigkeit vom Ansteuerpunkt des elektrisch gesteuerten Ventils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In einem Gehäuse 1 einer Kraftstoffeinspritzpumpe ist ein am einen Ende geschlossener Pumpenzylinder 2 vorgesehen, der am anderen Ende in einen Pumpensaugraum 3 mündet. In dem Pumpenzylinder ist ein Pumpenkolben 4 angeordnet, der durch nicht weiter dargestellte Mittel in eine hin- und hergehende und zugleich rotierende Bewegung versetzt wird. Der Pumpenkolben 4 schließt dem Pumpenzylinder einen Pumpenarbeitsraum 5 ein, der über eine Füllnut 6 in der Mantelfläche des Pumpenkolbens während des Saughubs desselben mit einer seitlich am Pumpenkolben in den Pumpenzylinder 2 einmündenden Kraftstoffversorgungsleitung 8 verbunden ist. Diese zweigt vom Pumpensaugraum ab, der durch nicht weiter dargestellte Mittel mit Kraftstoff gesteuertem Druckniveaus gefüllt ist.

Im Pumpenkolben verläuft ein Entlastungskanal 10, von dem eine Radialbohrung 9 abführt und in eine Verteilernut 12 mündet. Diese wird im Laufe der Pumpenkolbenarbeitsbewegung während eines jeden Druckhubes des Pumpenkolbens mit einer von mehreren Kraftstoffförderleitungen 14 in Verbindung gebracht, die in einer Ebene entsprechend Zahl und Verteilung der von der Kraftstoffeinspritzpumpe zu versorgenden Zylinder der zugehörigen Brennkraftmaschine um den Pumpenkolben herum von dem Pumpenzylinder 2 abzweigen.

Der Entlastungskanal 10 geht in einem in den Saugraum 3 ragenden Teil des Pumpenkolbens in eine Querbohrung 15 über, deren Mündung an der Mantelfläche des Pumpenkolbens durch einen dicht auf den Pumpenkolben verschiebbaren Ringschieber 16 gesteuert wird. Durch einen Regler, von dem hier in der Zeichnung nur das Reglerhebelende 18 gezeigt ist, wird der Ringschieber in bekannter Weise in seiner Axialstellung verstellt, um den Hubpunkt des Pumpenkolbens zu verändern, bei dem die Förderung von Kraftstoff unter Einspritzdruck durch Aufsteuern des Entlastungskanals beendet wird.

Im Pumpenarbeitsraum 5 zweigt ein Entnahmekanal 20 ab, der in einen Raum 21 mündet. Dieser umgibt ringförmig einen dicht in einer anschließenden Bohrung 23 geführten Kolben 24, wenn dieser mit einer kegelförmigen Dichtfläche 25 an seiner Stirnseite in Anlage auf einem entsprechenden Ventilsitz 26 ist. Der Ventilsitz 26 trennt den Raum 21 von einem Sackloch 27, das eine koaxial zur Bohrung 23 liegende Sackbohrung ist. Das dem Ventilsitz entgegengesetzte Ende des Kolbens ragt aus der Bohrung 23 hinaus und ist an diesem Ende mit einer Ankerplatte 28 verbunden, die Teil eines Elektromagnetventils 29 ist. Dieses weist ein topfförmiges Gehäuse 31 auf, in dem der Magnetkern 32 einer Magnetspule 33 gelagert ist. Der Magnetkern bildet einen koaxial zum Gehäuse liegenden, zylindrischen Federraum 34, der dicht zum Pumpengehäuse hin abgeschlossen ist, in den vom Pumpengehäuse her das Ende des Kolbens 24 koaxial hineinragt und in den vom Boden 35 des topfförmigen Gehäuses her ein verstellbarer Anschlag 36 hineinragt. Dieser Anschlag ist als fixierbare Schraube ausgebildet, die von einer Rückstellfeder 38 umgeben ist. Diese ist zwischen dem Boden 35 des topfförmigen Gehäuses und der Ankerplatte 28 eingespannt und beaufschlagt die fest mit dem Kolben 24 verbundene Ankerplatte so, dass die Dichtfläche 25 des Kolbens auf den Ventilsitz 26 gepreßt wird. Der Anschlag kann gegebenenfalls auch mit einer gesteuerten Verstelleinrichtung gekoppelt sein, um den Hub des Kolbens 24 zu variieren.

Der Magnetkern 32 weist einen ringförmigen Innenteil 40 und einen ringförmigen Außenteil 41 auf, die bodenseitig über ein Joch 42 miteinander verbunden sind. Der ringförmige Innenteil 40 endet in axialer Überdeckung mit dem äußeren Rand der Ankerplatte 28. Radial angrenzend an die Ankerplatte schließt sich ein Joch 44 an, das den Magnetflußkreis zum ringförmigen Außenteil 41 des Kerns schließt.

Der Federraum 34 ist über eine Kraftstoffleitung 45 mit der Kraftstoffversorgungsleitung 8 bzw. mit dem Saugraum 3 verbunden. Im Kolben 24 ist eine Axialbohrung 47 vorgesehen, die über eine Drossel 48 mit dem Sackloch 27 in Verbindung steht und die federraumseitig sich zu einem kegelförmigen Sitz 49 erweitert, mit dem ein kugelförmiges Schließglied 50 eines zum Federraum hin öffnenden Entlastungsventils 51 zusammenarbeitet. Dieses kugelförmige Ventilschließglied dient zugleich als Anschlag des Kolbens 24 am verstellbaren Anschlag 36.

Bei nicht erregter Magnetspule 33 befindet sich der Kolben 24 in der gezeigten Schließstellung. Das Sackloch 27 ist dabei über die Axialbohrung 47 mit dem Federraum 34 bzw. mit dem Saugraum 3 verbunden. In Axialrichtung wirkt somit auf den Kolben nur die Kraft der Rückstellfeder 38, da auch wenn in dem Raum 21 Einspritzdruck herrscht, dieser keine axiale Angriffsfläche bildet. Das wird dadurch erreicht, dass die kegelförmige Dichtfläche 25 insbesondere mit ihrem dem Kolbendurchmesser entsprechenden äußersten Durchmesser am Ventilsitz zur Anlage kommt. Der Kolben kann auch eine z.B. ringförmige Flachsitz-Dichtfläche haben, die mit einem ebenen Ventilsitz zusammenwirkt. Die Ausnehmung ist dann in der Kolbenstirnfläche vorzusehen. Der Kolben 24 ist somit druckentlastet. Wird dann während des Förderhubs des Pumpenkolbens 4, wo in dem Raum 21 Förderdruck bzw. Einspritzdruck herrscht, die Spule 33 von Strom durchflossen, so wird die Ankerplatte 28 entgegen der Kraft der Feder 38 angezogen. Augenblicklich findet der Einspritzdruck im Raum 21 eine axiale Angriffsfläche an der Dichtfläche 25, so dass der Kolben 24 sehr schnell verschoben wird, bis das kugelförmige Schließglied 50 zur Anlage an dem Anschlag 36 kommt und dabei auch sicher die Axialboh- rung 47 verschließt. Der dabei durchlaufene Hub h multipliziert mit der Querschnittsfläche des Kolbens 24 bestimmt das Volumen, um das der Pumpenarbeitsraum 5 während des Förderhubs des Pumpenkolbens entlastet wird. Nach dem Ende des Pumpenförderhubs wird die Stromzufuhr zur Spule 33 unterbrochen, so dass der Kolben 24 zu seinem Ventilsitz 26 zurückkehren kann. Der dabei verdrängte Kraftstoff kann über die Drossel 48 und den Axialkanal 47 zum Saugraum 3 der Kraftstoffeinspritzpumpe abströmen, so dass der Kolben 24 sicher seine dichtende Ausgangsstellung erreicht.

Durch eine nicht weiter dargestellte Steuereinrichtung wird das Elektromagnetventil 29 so gesteuert, dass insbesondere für den Leerlauf bzw. Niedriglastbetrieb der Brennkraftmaschine ein Einspritzverlauf erzielt wird, der eine gewünschte Laufruhe erzeugt. Da der Aufsteuerpunkt des Kolbens 24 sich nicht auf die Gesamteinspritzmenge auswirkt, läßt sich hier vorteilhaft der Einspritzverlauf in Anpassung an bestimmte Betriebspunkte variieren.

In Fig. 2 ist ein Diagramm dargestellt, dem die Auswirkung verschiedener Aufsteuerpunkte des Magnetventils entnehmbar ist. Im oberen Teil ist mit der Kurve 53 die mit fortschreitendem Nockendrehwinkel bzw. Förderhub des Pumpenkolbens anwachsende Kraftstofffördermenge aufgetragen. Ausgehend von der Linie FB, dem Förderbeginn des Pumpenkolbens, kann nun das Magnetventil 29 zu einem früheren oder späteren Winkelabstand großes Delta kleines Alpha geöffnet werden. In dem unterhalb der Kurve 53 liegendem Diagramm sind ein erster Spritzverlauf SV[tief]1 und ein zweiter Spritzverlauf SV[tief]2 aufgezeigt. Bei der Kurve SV[tief]1 wird der Kolben 24 nach einem Drehwinkel kleines Alpha[tief]1 durch Erregung der Spule 33 angehoben, so dass die Kraftstoffförderung zur Förderleitung 14 um das Entnahmevolumen gesenkt wird. Es kommt dabei zu einer Unterbrechung der Kraftstoffförderung, die erst wieder ab dem Drehwinkel kleines Alpha[tief]3 mit dem restlichen vom Pumpenkolben 4 geförderten Kraftstoff aufgenommen wird. Erfolgt die Anhebung des Kolbens 24 zu einem späteren Drehwinkel gemäß dem Kurvenverlauf SV[tief]2 beim Drehwinkel kleines Alpha[tief]2, so ist der voreingespritzte Kraftstoffteil größer und die Haupteinspritzung erfolgt erst zu einem nach kleines Alpha[tief]3 liegenden Winkel kleines Alpha[tief]4. Der Anteil der Haupteinspritzung ist um dem für die Voreinspritzung vergrößerten Teil reduziert. In dem untersten Diagramm ist der sich tatsächlich aus dem oberen theoretischen Kurvenverlauf ergebende Kurvenverlauf SV[tief]1, und SV[tief]2 entnehmbar. Im obersten Diagramm ist mit VE das konstruktiv gegebene Entnahmevolumen bezeichnet, das den Einsatz der Haupteinspritzung im Anschluß an die Voreinspritzung bestimmt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde der Gegenstand der Erfindung an einer Verteilereinspritzpumpe der Hubkolbenbauart beschrieben. Die hier beschriebene Leiselaufeinrichtung durch Kraftstoffentnahme im Laufe des Förderhubs des Pumpenkolbens läßt sich aber auch bei beliebigen anderen Kraftstoffeinspritzpumpen verwirklichen. Eine Druckausgeglichenheit des Kolbens 24 in Schließstellung kann auch dadurch erreicht werden, dass statt des kegelförmigen Sitzes ein Flachsitz gewählt wird. Dabei kann als Mittel dafür, dass nach dem Öffnen unmittelbar der Einspritzdruck auf der gesamten Stirnfläche wirkt auch eine Ausnehmung auf der Stirnseite des Kolbens vorgesehen werden, in die der Kraftstoff ohne wesentliche Drosselung schnell zufließen kann. Zur Senkung der Flächenpressung zwischen dem verstellbaren Anschlag 36 und dem kugelförmigen Schließglied kann dieses auf der dem Anschlag 36 zugewandten Seite abgeplattet sein. Der im gezeigten Beispiel ausgeführte Axialkanal 24, der federraumseitig durch ein Ventil verschlossen wird, in Form eines kugelförmigen Schließgliedes 50, kann in Abwandlung dazu auch schiebergesteuert werden, indem der Längskanal statt in den Federraum zur Mantelfläche des Kolbens 24 führt und von der Bohrung 23 eine mit der Kraftstoffleitung 45 verbundene Entlastungsleitung abzweigt mit der der Längskanal nur in Schließstellung des Kolbens 24 verbunden ist.

Claims (8)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Pumpenkolben (4), einem von diesem eingeschlossenen Pumpenarbeitsraum (5) und mit einem mit dem Pumpenarbeitsraum über ein elektrisch gesteuertes Ventil (29) verbindbaren Kraftstoffentnahmeraum, der eine entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (38) um einen einstellbaren Betrag (h) verstellbare Wand (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbare Wand als ein die Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum (5) und Kraftstoffentnahmeraum steuerndes, in Schließrichtung durch die Rückstellfeder (38) belastetes Ventilschließglied (24) des elektrisch gesteuerten Ventils ausgebildet ist.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließglied in Schließstellung druckausgeglichen ist.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch gesteuerte Ventil ein Magnetventil ist, dessen Anker (28, 24) einen als Ventilschließglied ausgebildeten Kolben (24) aufweist, der in einer Bohrung (23) dicht geführt ist, dessen Ende in einen Raum (21) taucht, der mit dem Pumpenarbeitsraum (5) verbunden ist und dessen Stirnseite als insbesondere ihren äußersten Umfang umfassende Ventildichtfläche (25) ausgebildet ist, die mit einem entsprechenden Ventilsitz (26) zusammenarbeitet.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (26) den Raum (21) von einer sich anschließenden Ausnehmung (27) trennt, die über eine durch die Öffnungsbewegung des Kolbens (24) schließbare Bohrung (47) im Kolben mit einem Entlastungsraum (34) verbunden ist.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (47) im Kolben eine drosselnde Durchmesserverengung (48) aufweist.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (47) als durch den Kolben (24) gehende Axialbohrung ausgebildet ist und am Übergang zum die Rückstellfeder (38) aufnehmenden Federraum (34) des Elektromagnetventils (29) mit einem zum Federraum (34) öffnenden Ventil (51) versehen ist.

7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (51) ein kugelförmiges Ventilschließglied (50) aufweist, das bei erregter Spule (33) des Magnetventils (29) an einer einstellbaren Hubbegrenzung (36) des Kolbens (24) zur Anlage kommt und auf einen Ventilsitz (49) am Übergang der Axialbohrung (47) in den Federraum (34) gepresst wird.

8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Federraum (34) als Entlastungsraum mit der Druckquelle verbunden ist, die zur Kraftstoffversorgung des Pumpenarbeitsraumes (5) dient.