<Desc/Clms Page number 1>
Kraftstoffeinspritzvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzpumpe für eine Vor- und eine Haupteinspritzung mit einer Zwischenentlastung der mit der Einspritzdüse verbundenen Räume auf einen unter dem Abspritzdruck der Einspritzdüse liegenden Druck, wobei die Zwischenentlastung über einen von Steuerkanten des Pumpenkolbens gesteuerten Entlastungskanal erfolgt, in dem sich ein den Entlastungsdruck beeinflussendes Regelorgan befindet.
Bei einer bekannten Ausführung einer derartigen Kraftstoffeinspritzvorrichtung erfolgt die Zwischenentlastung zwischen der Vor- und Haupteinspritzung über eine Drosselstelle im Entlastungskanal. Der Drosselqnerschnitt isthiebei so bemessen, dass bei niedrigen Maschinendrehzahlen die gesamte vom Pumpenkolben geförderte Brennstoffmenge über die Drosselstelle zurückfliessen kann, wogegen bei Steigerung derMaschinendrehzahl zufolge des zunehmendenStrömungswiderstandes der Drossel ein immer geringerer Teil der vom Kolben verdrängten Brennstoffmenge durch die Drosselstelle abfliessen kann. Zufolge dieser Ausbildung der bekannten Einrichtung erfolgt bei steigender Maschinendrehzahl eine Vorverlegung des Beginns der Haupteinspritzung.
Hiebei ist es von Nachteil, dass mit Zunahme der Drehzahl auch der nach der Zwischenentlastung sich einstellende Druck in den Hochdruckräumen ansteigt, bis schliesslich im Bereich hoher Maschinendrehzahlen Vor- und Haupteinspritzung ohne Zwischenentlastung ineinander übergehen. Der durch die Unterteilung des Einspritzvorganges in eine Vor- und eine Haupteinspritzung angestrebte Effekt, einen starken Druckanstieg im Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine zufolge schlagartiger Entzündung der gesamt eingespritztenBrennstoffmenge zu vermeiden, kann bei der bekannten Einrichtung nur über einen beschränkten Drehzahlbereich erzielt werden.
Ausserdem erfolgt die Zwischenentlastung eines wesentlichen Teiles der hochdruckführenden Räume, u. zw. aller dem Druckventil nachgeschalteten Räume (Druckleitung, Düse usw. ) nur mittelbar, da der Entlastungskanal vor dem Druckventil der Einspritzpumpe aus dem Pumpenzylinder abzweigt. Die Zwischenentlastung der dem Druckventil nachgeschalteten hochdruckführenden Räume erfolgt daher erst über das Druckventil. Das Entlastungsvolumen des Druckventils muss aber für die grossen durch die Haupteinspritzung hervorgerufenen Drücke ausgelegt sein. Bei geringer Drehzahl, wenn die Drossel kaum wirksam ist, wird bei der bekannten Ausführung auch nach der Voreinspritzung das gleiche Entlastungsvolumen wirksam. Dieses Entlastungsvolumen muss bis zur Haupteinspritzung wieder aufgefüllt werden.
DerAbstand zwischen Vor- und Haupteinspritzung ist daher vom Entlastungsvolumen des Druckventils abhängig.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausführung ergibt sich durch die Tatsache, dass der Strömungswiderstand von Drosseln nicht genügend genau gleich gehalten werden kann, wodurch bei mehrzylindrigen Maschinen im Verhalten der einzelnen Zylinder Unterschiede auftreten können. Auch bei Übergang auf einen Kraftstoff anderer Viskosität ändert sich das Verhalten der Drosselstellen.
Durch die schleichende Entlastung über eine Drossel ist weiters eine scharfe Beendigung der Voreinspritzung bei der bekannten Einrichtung unmöglich.
Nach einem andern bekannten Vorschlag, bei dem ebenfalls ein Entlastungskanal unmittelbar von dem Pumpenzylinder und nicht hinter dem Druckventil der Pumpe abzweigt, erfolgt durch die sich bei derFörderbewegung des Pumpenkolbens ergebende Drucksteigerung die Öffnung eines im Entlastungskanal angeordneten federbelasteten Kugelventils, durch das die Einspritzleitung über den Pumpenzylinder, so-
<Desc/Clms Page number 2>
mit also mittelbar, auf einen unter dem Abspritzdruck der Einspritzdüse liegenden Druck entlastet wird, wobei in der Kraftstoffeinspritzung eine Unterbrechung eintritt. Da der Zeitpunkt des Beginns der Druckentlastung sowie deren weiterer zeitlicher Ablauf vor allem von den hydrodynamischen Umständen der Kraftstofförderung während der Voreinspritzung abhängt, ist eine Beeinflussung der Zwischenentlastung in befriedigender Exaktheit nicht möglich.
Hiezu kommt, dass selbst statische Grössen, wie etwa der Öffnungsdruck der Einspritzdüse nicht konstant sind, nachdem z. B. dieser Öffnungsdruck mit der Betriebszeit variiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Mängel und Nachteile der bekannten Einrichtungen, insbesondere der Drehzahlabhängigkeit des Entlastungsdruckes eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, die eine weitgehende Anpassung, des Einspritzvorganges an die jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine gestattet. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Entlastungskanal durch eine im Pumpenkolben im Abstand unter dessen Stirnfläche angeordneteAusnehmung während der Zwischenentlastung zum Ansaugraum geöffnet, während der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung jedoch durch den Pumpenkolben abgeschlossen ist.
Bei dieser Ausbildung ergibt sich zwischen der Vor- und Haupteinspritzung eine Gleichdruckentlastung, wobei die Steuerkanten des Pumpenkolbens, die dessen Ausnehmung für die Öffnung des Entlastungskanals begrenzen, Beginn und Ende der Entlastungsperiode bestimmt. Der Entlastungsdruck wird durch das Regelorgan im Entlastungsorgan festgelegt. In den meisten Fällen ist es vorteilhaft, wenn der Öffnungsdruck des Entlastungsventils nur wenig unter dem Abspritzdruck der Einspritzdüse eingestellt ist. Durch die sich dabei ergebende Verminderung des Zeitaufwandes, der notwendig ist, um von Entlastungsdruck zum Abspritzdruck der Düse zu gelangen, wird die Phase der Zwischenentlastung praktisch zur Gänze auf das Abströmen des von der Pumpe geförderten Kraftstoffes über den Entlastungskanal beschränkt.
Darüber hinaus besteht aber auch die Möglichkeit, durch entsprechende Ausbildung des Verlaufes der Steuerkanten des Pumpenkolbens für die Zwischenentlastung sowohl den Zeitpunkt als auch die Dauer der Zwischenentlastung beliebig zu verän- dern und den Druckverlauf den wechselnden Betriebserfordernissen optimal anzupassen.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung zweigt der Entlastungskanal aus dem Raum zwischen dem Druckventil der Einspritzpumpe und der Druckleitung ab. An der Zwischenentlastung nehmen somit alle dem Druckventil der Einspritzpumpe nachgeschalteten Räume einschliesslich der Einspritzdüse unmittelbar teil, wobei der Druck in diesen Räumen ohne jede Verzögerung schlagartig auf den Öffnungsdruck des Entlastungsventils absinkt. Damit werden aber auch die bei der Entlastung der Druckleitungen häufig zu beobachtenden Schwingungserscheinungen nahezu beseitigt bzw. stark gedämpft.
Schliesslich kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Öffnungsdruck des in an sich bekannter Weise als Kugelrückschlagventil ausgebildeten Regelorgans einstellbar sein. Diese Einstellbarkeit ermöglicht es bei Mehrzylindermotoren, für die einzelnen Zylinder gleiche Verhältnisse zu schaffen, die ausserdem von der Viskosität unabhängig sind. Die Verwendung eines Kugelventils, wie es auch bei der eingangs beschriebenen, hydrodynamisch wirkenden Entlastungseinrichtung Anwendung fand, lässt den Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit ausnutzeh, da durch diese Form des Ventilkörpers eine Verlegung des Entlastungskanals, wie sie bei der ebenfalls oben erwähnten Einrichtung mit Drosselbohrung durch deren Verstopfung eintreten könnte, ausgeschlossen ist.
Weitere Einzelheiten der Vorrichtung nach der Erfindung gehen aus dem nachstehend an Hand der Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiel hervor. Es zeigen Fig. 1, 2 und 3 die gleiche, erfindungsgemäss ausgebildete Kraftstoffeinspritzpumpe in drei aufeinanderfolgenden Phasen des Einspritzvorganges im Axialschnitt, Fig. 4 eine Abwicklung der Mantelfläche des Pumpenkolbens, Fig. 5 den schematischen Druckverlauf eines Einspritzvorganges mit vollständiger Druckentlastung und Fig. 6 ein Diagramm des Druckverlaufes bei Gleichdruckentlastung zwischen Vor- und Haupteinspritzung.
Die Einspritzpumpe gemäss Fig. 1, 2 und 3 besteht im wesentlichen aus der Zylinderbüchse 1, in der der Kolben 2 axial gleitbar gelagert ist, einem Zwischenring 3, dem Ventilgehäuse 4 sowie einem Drucknippel 5, der die genannten Teile in koaxialer Anordnung in einer abgestuften Bohrung des Pumpengehäuses festhält und gegen aussen abdichtet. Die Druckleitung zur Einspritzdüse wird an die Anschlussbohrung 31 des Drucknippels 5 angeschlossen.
Die Zylinderbüchse 1 weist eine radiale Saugbohrung 6 und auf der gegenüberliegenden Seite eine Überströmbohrung 7 auf. In der Mantelfläche des Kolbens 2 ist eine ringförmige Aussparung 8 vorgesehen, die gegen die Stirnfläche des Kolbens 2 hin von einer schrägen Steuerkante 9 begrenzt ist und über eine Längsnut 10 mit dem Druckraum 11 oberhalb der Kolbenstirnfläche in Verbindung steht. Die Stirnfläche des Kolbens 2 bildet zugleich seine obere Steuerkante 12. Im Bereich der Kolbenmantelfläche zwischen den Steuerkanten 9 und 12 ist eine weitere Aussparung 13 vorgesehen,
<Desc/Clms Page number 3>
die sich nur über einen Teil des Kolbenumfanges erstreckt. Die Aussparung 13 begrenzt Steuerkanten 14 und 15, deren Verlauf in Umfangsrichtung beispielsweise aus Fig. 4 ersichtlich ist.
Auf derSeite der Überströmbohrung 7 ist in der Zylinderbüchse 1 ein achsparalleler Entlastungskanal 16 vorgesehen, der unmittelbar oberhalb der Überströmbohrung 7 mit einem radialen Teilstück 17 in den Innenraum der Zylinderbüchse 1 mündet. Der Entlastungskanal 16 setzt sich bis in den an die Zylinderbüchse 1 anschliessenden Zwischenring 3 fort und bildet dort einen zylindrischen Hohlraum, in den ein Entlastungsventil 18 eingesetzt ist. Dieses ist als Kugelventil ausgebildet und besteht aus einer zylindrischen Büchse 19, in der sich eine von einer Druckfeder 20 belastete Ventilkugel 21 befindet. Eine vom Entlastungsventil 18 koaxial ausgehende Bohrung 22, die das Ventilgehäuse 4 durchsetzt, stellt eine Verbindung zwischen dem von Ventilgehäuse 4 und der Innenwand des Drucknippels 5 gebildeten ringförmigen Druckraum 23 und dem Entlastungsventil 18 her.
Das Ventilgehäuse 4 weist eine abgestufte zentrische Längsbohrung 24 mit einem konischen Ventilsitz 25 sowie eine durchgehende radiale Querbohrung 26 auf. In der Längsbohrung 24 ist der Druckventilkörper 27 axial geführt und von einer Schliessfeder 28 belastet, die sich gegen eine von einem Sprengring 30 axial gehaltene Druckplatte 29 abstützt.
Der Druckraum 23 steht mit der zentralen Anschlussbohrung 31 in Verbindung, an der die in den Zeichnungen nicht dargestellte Druckleitung mittels einer Überwurfmutter anschliessbar ist.
Für die erfindungsgemäss ausgebildete Einspritzpumpe ergibt sich folgende Arbeitsweise : Beim Abwärtsgang des Kolbens 2 hat sich der Druckraum 11 über die Saugbohrung 6 mit Kraftstoff aus dem Ansaugraum gefüllt. Beim nun folgenden Aufwärtsgang des Kolbens 2 wird die Voreinspritzung durch denAbschluss derSaugbohrung 6 nach Überschleifen der oberen Steuerkante 12 des Kolbens 2 eingeleitet (Fig. l). Bei weiterem Aufwärtsgang wird der Druckventilkörper 27 angehoben, zunächst der Druckraum 23 aufgefüllt und dann nach Erreichung des Abspritzdruckes der Einspritzdüse durch diese Kraftstoff in den Motorzylinder eingespritzt. Während dieser Einspritzphase bleibt das Entlastungsventil 18 geschlossen, da der Kolben 2 die Mündung 17 des Entlastungskanals 16 noch verschlossen hält.
Beim weiteren Aufwärtsgang des Kolbens 2 öffnet die Steuerkante 15 die Mündung 17 des Entlastungskanals 16 (Fig. 2). Damit ist die Voreinspritzung beendet und die Zwischenentlastung der hochdruckführenden Räume auf den vorbestimmten Entlastungsdruck setzt nach Öffnen des Entlastungsventils 18 ein. Der während der Entlastung vom Kolben 2 geförderte Kraftstoff stömt durch das Entlastungsventil 18 über den Entlastungskanal 16 zur Mündung 17 und gelangt von dieser über die Aussparung 13 des Kolbens 2 und die Überströmbohrung 7 in den Überströmraum der Einspritzpumpe. Die Zwischenentlastung erfolgt somit bei konstantem Druck (Gleichdruckentlastung).
Der Kolben 2 gelangt schliesslich in die aus Fig. 3 ersichtliche Stellung, in der die Überströmbohrung 7 nach Überschleifen der Steuerkante 14 verschlossen ist. Das Rückströmen des Kraftstoffes über den Entlastungskanal 16 kommt somit zumStillstand und das Entlastungsventil 18 schliesst sich.
Bei der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 werden die hochdruckführendenRäume wieder auf- gefüllt und derDrucksteigtwieder bis zumAbspritzdruck der Einspritzdüse an. Bei Erreichen des Abspritzdruckes setzt die Haupteinspritzung ein. Diese ist beendet, sobald die schräge Steuerkante 9 des Kolbens 2 die Überströmbohrung 7 überschleift, wodurch der Druckraum 11 über die Längsnut 10 und die Aussparung 8 des Kolbens 2 mit dem Überströmraum in Verbindung kommt. Zugleich senkt sich der Druckventilkörper 27 auf seinem Sitz 25, wobei eine Entlastung der hochdruckführenden Räume hinter dem Druckventil 25, 27 erfolgt.
Die Entlastung kommt dadurch zustande, dass ein Teil des vom Druckventilkörper 27 verdrängten Volumens innerhalb der hochdruckführenden Räume bei der Schliessung des Druckventils 25,27 frei wird (Gleichraumentlastung).
Die bei der Erfindung verwendete Einspritzpumpe gestattet es, Zeitpunkt und Dauer der einzelnen Phasen des Einspritzvorganges beliebig zu variieren. Der Druckverlauf kann weiters durch entsprechende Wahl des Öffnungsdruckes des Entlastungsventils 18 den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden. Es besteht ferner die Möglichkeit, Beginn und Ende der Zwischenentlastung durch einen entsprechenden Verlauf derSteuerkanten 14 und 15 in Umfangsrichtung in Abhängigkeit von der Mengenregelung der Einspritzpumpe zu verändern.
Aus dem Diagramm der Fig. 5 ist schematisch der Druckverlauf über dem Kurbelwinkel für einen zweistufigen Einspritzvorgang mit vollkommener Zwischenentlastung zwischen der Vor- und Haupteinspritzung ersichtlich. Beim Aufwärtsgang des Kolbens steigt hiebei zunächst der Druck bis auf den Abspritzdruck Pd der Einspritzdüse an (Punkt a). Bei diesem Druck beginnt die Voreinspritzung, die
<Desc/Clms Page number 4>
an der Stelle b beendet ist. Hierauf schliesst sich eine vollkommene Zwischenentlastung mit nach n folgender Wiederauffüllung der hochdruckführenden Räume unter neuerlichem Druckanstieg bis auf den Abspritzdruck Pd der Düse an (Punkt c).
Bei gleichem Druck erfolgt nun die Haupteinspritzung, die an der Stelle d durch die einsetzende Entlastung der hochdruckführenden Räume beendet ist, Der Nachteil eines derartigenDruckverlaufes liegt darin, dass infolge der vollkommenenEntlastung der Druckräume tu deren Wiederauffüllung verhältnismässig grosser Kurbelweg bzw. Kurbelwinkel (z) erforderlich ist. so dass zwischen Vor- und Haupteinspritzung ein längerer Zeitraum liegt und der gesamte Einspritzvorgang wesentlich mehr Zeit beansprucht als die übliche einstufige Einspritzung.
Hingegen erfolgt die Zwischenentlastung nach dem Diagramm der Fig. 6 die schematisch den Druckverlauf bei einer gemäss der Erfindung ausgerüsteten Einspritzvorrichtung zeigt, nur bis auf einen Druck pe, der nur um einGeringes unter dem Abspritzdruck Pd der Einspritzdüse liegt. Beim Wiederauffüllen der hochdruckführenden Räume wird daher der Abspritzdruck Pd wesentlich rascher erreicht (z'), so dass das Intervall zwischen der Vor- und Haupteinspritzung und damit auch der gesamte Einspritzvorgang wesentlich verkürzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzpumpe für eine Vor- und eine Haupteinspritzung mit einer Zwischenentlastung der mit der Einspritzdüse verbundenen Räume auf einen unter dem Abspritzdruck der Einspritzdüse liegenden Druck, wobei die Zwischenentlastung über einen vonSteuerkanten des Pumpenkolbens gesteuerten Entlastungskanal erfolgt, in dem sich ein den Ent-
EMI4.1
kanal (22,16, 17,7) durch eine im Pumpenkolben (2) imAbstand unter dessenStirnfläche (12) angeordnete Ausnehmung (13) während der Zwischenentlastung zumAnsaugraum der Einspritzpumpe geöffnet, während der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung jedoch durch den Pumpenkolben abgeschlossen ist.