DE2825279A1

DE2825279A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE2825279A1
Application number: DE19782825279
Authority: DE
Inventors: Ivor Fenne
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-06-09
Filing date: 1978-06-08
Publication date: 1978-12-21
Also published as: FR2393945A1; JPS612781B2; JPS545126A; US4201160A; ES470052A1; FR2393945B1; IT1096444B; SU913952A3; IT7824139A0; MX145579A; GB1599400A

Description

Beschreibungseinleitung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffein- -'>[■-'■".l'r.z'/or.: ..c\ii--M:^rj zur Pörd3."u_;;g von Ki. u Jt-;LoTl in den Brennraum von Kolbenbrennkraftmaschinen/ insbesondere Dieselmotoren, mit einer einen Kraftstoffeinlaß und ein unter der Wirkung des Kraftstoffdruckes verstellbares Ventil aufweisenden Kraftstoffeinspritzdüse, wobei das Ventil vom Kraftstoffdruck in seine Öffnungsstellung zu bringen ist, in der Kraftstoff in den Brennraum gelangt und von einem Federglied in seine Schließstellung zu bringen ist; die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist ferner eine Kraftstoffpumpe zur Förderung von Kraftstoff unter Druck und in zeitlicher Abhängigkeit von der zugehörigen Brennkraftmaschine zum Einlaß der Einspritzdüse auf; schließlich sind Mittel vorgesehen, mit denen eine Voreinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum möglich ist, indem dem Brennraum eine geringe Kraftstoffmenge durch die Einspritzdüse zugeführt wird, ehe die von der Förderpumpe geförderte Hauptkraftstoffmenge eingespritzt wird.

Wenn dem Brennraum eines Dieselmotors eine bestimmte Kraftstoffmenge zugeführt wird, so folgt der ersten

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Kraftstoffzuführung vor dem Beginn der Kraftstoffverbrennung zunächst eine Verzögerung. Während dieses Zeitraumes wird eine bestimmte Kraftstoffnioxige g öl" or dart, duüch die bei:·¹. B^giiin dis Verbrennungsvorganges der Druck in der Brennerkammer zunächst schlagartig ansteigt, was Ursache für das sogenannte "Dieselklopfen" der Dieselmotoren ist. Um eine ruhigeren Motorlauf zu haben und den erwähnten Druckanstieg zu verzögern bzw. zu verringern, ist die Voreinspritzung einer relativ geringen Kraftstoff menge bereits bekannt, um im Rahmen des Möglichen die Kraftstoffverbrennung beginnen zu lassen, ehe die Hauptmenge des Kraftstoffes zur Einspritzung kommt. Auf diese Weise wird der Druckanstieg verzögert mit dem Ergebnis eines ruhigeren Motorlaufes.

Für die Bereitstellung der voreinzuspritzenden Kraftstoffmenge wurden bereits verschiedene Systeme bekannt. Im allgemeinen wird dabei der Kraftstoff-Fluß durch die Einspritzdüse modifiziert, während ihr Kraftstoff mit der Kraftstoffpumpe zugeführt wird. Bei einer bekannten Lösung wird der zu der Düse gelangende Kraftstoff anfänglich gedrosselt, bis der Kraftstoff-Fluß infolge entsprechender

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Ventilstellung seine normale Menge erreicht hat. Bei einer anderen bekannten Lösung wird mittels eines Ventils ein T;-il cl-:;s von der Einspritzpumpe ge. förderte α Kraftstoffes zunächst in einem Speicher zurückgehalten, während bei einer noch anderen Lösung während der Anfangspreise der größere Teil des geförderten Kraftstoffes über eine Drainage abgeleitet wird.

Die bekannten Lösungen haben sich in der Praxis nicht sehr bewährt, weil sie den sehr unterschiedlichen Arbeitsbedingungen nicht ausreichend Rechnung tragen können. Sie tragen beispielsweise nicht dem Umstand Rechnung, daß der Arbeitsdruck sehr hoch ist oder daß in den Rohrleitungen des Systems während der Kraftstoff-Förderung Druckwellen auftreten, die sich der Funktion der Ventile überlagern.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese bei den bekannten Lösungen vorliegenden Probleme in einfacher und wirkungsvoller Weise zu beheben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der eingangs genannten Gattung in einem Zylinder verstellbar ein Kolben gelagert.

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wobei der Zylinder am einen Ende mit dem Brennraum der zugehörigen Brennkraftmaschine in Verbindung steht, wobei der Zylinder weiter am anderen Ende einen Auslaß aufweist, der mit dem Einlaß der Einspritzdüse ixi Verbindung steht und wobei schließllich ein Ventil vorgesehen ist, das von dem Kolben zu betätigen ist und zwischen der Kraftstoffpumpe und dem Einlaß der Einspritzdüse angeordnet ist und zwar so, daß es geschlossen ist,bis der Kolben sich zumindest im Bereich des Zylinderendes befindet, das nicht mit dem Brennraum in Verbindung steht; die Anordnung ist weiter so getroffen, daß der Kolben in Richtung auf dieses Zylinderende bewegt wird, während Luft im Brennraum der zugehörigen Brennkraftmaschine verdichtet wird und diese Kolbenbewegung Kraftstoff von dem nicht mit dem Brennraum verbundenen Zylinderende zur Einspritzdüse und dem Brennraum gefördert wird, um den Verbrennungsbeginn zu veranlassen, während die Hauptmenge des für die Verbrennung benötigten Kraftstoffes durch die Kraftstoffpumpe in den Brennraum gefördert wird, wenn das Ventil die Verbindung zwischen Pumpe und Einspritzdüse herstellt.

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Figurenbeschreibung- bzw. Beschreibung von Ausführungsbeispiel· e η

Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Jede Figur der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung.

In Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Kraftstoff einspritzdüse konventioneller Bauweise bezeichnet. Die Einspritzdüse weist ein gestuftes Ventilglied 11 auf, auf das eine gewickelte Druckfeder 12 so einwirkt, daß sein eines, entsprechend geformtes Ende am einen Sitz 13 zur Anlage kommt, um einen Kraftstoffdurchtritt zwischen Sitz und Ventilglied zu verhindern. Das Gehäuse der Einspritzdüse weist einen Kraftstoffeinlaß 14 und einen Kraftstoffauslaß 15 auf. Der Kraftstoffauslaß wird von mehreren Kraftstoffauslaßöffnungen gebildet. Ist das Ventilglied 11 vom Sitz 13 abgehoben, so gelangt Kraftstoff vom Einlaß 14 durch die Auslaßöffnungen 15 in den Brennraum 16 eines Dieselmotors. Das Abheben des Ventilgliedes 11 vom Sitz 13 erfolgt in üblicher Weise entgegen der Wirkung der Feder 12 durch den Druck des Kraftstoffes, der dem Einlaß 14 zugeführt wird.

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Außer der Kraftstoffeinspritzdüse ist ein Zylinder 17 vorgesehen, in dem ein Kolben 18 angeordnet ist. Am einen Ende steht der Zylinder mit dem Brennraum 16 in Verbindung. Zweckmäßigerweise ist der Kolben 18 mit einem Kopf 19 versehen, der mit einer Stufe des Zylinders 17 zusammenwirkt, um eine Dichtung zu bewirken, wenn der Kolben 18 unter der Wirkung des im Brennraum wirkenden Druckes entsprechend verstellt worden ist. Am anderen Ende steht der Zylinder 17 über einen Kanal mit dem Einlaß 14 in Verbindung und von diesem Ende des Kolbens 18 aus erstreckt sich ein Ventilglied 21. Der Kolben 18 und das Ventilglied 21 stehen unter der Wirkung einer gewickelten Druckfeder 22, die dem Druck im Brennraum 16 entgegenwirkt. Das Ventilglied 21 ist zwischen seinen Enden mit zwei in axialer Richtung gegeneinander versetzten Umfangsnu-tsn · 23, 24 versehen. In der Wand der das Ventilglied umschließenden Bohrung ist ein Paar achsengleicher Querbohrungen so angeordnet, daß sie durch die vorerwähnten Umfangsnuten miteinander verbunden sind, wenn sich der Kolben in einer seiner Endstellungen befindet. Die Öffnungen stehen mit dem Einlaß 14 bzw. dem Auslaß der Kraftstoffpumpe 25 in Verbindung.

Die Kraftstoffpumpe 25 ist eine übliche Hochdruckpumpe, die in zeitlicher Abhängigkeit von der zugehörigen

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Brennkraftmaschine betätigt wird. Sie schließt Steuermittel zum Steuern der Kraftstoffmenge ein, die der Einspritzdüse zugeführt wird.

In der in der Zeichnung dargestellten Stellung stehen die vorerwähnten Querbohrungen über die Umfangsnut 23 miteinander in Verbindung. In dieser Stellung wird Kraftstoff von der Pumpe 25 zur Einspritzdüse 10 gefördert und gelangt damit in den Brennraum 16 der Brennkraftinaschine. Im Brennraum wird der Kraftstoff verbrannt und der Kolben der Brennkraftmaschine führt seinen Arbeitstakt aus. Darüberhinaus hat das Auslaßventil der Kraftstoffpumpe den Kraftstoffdruck in den Kraftstoff-Führungen auf den Restdruck wieder abgesenkt, wie es bei solchen Vorrichtungen üblich ist. Am Ende des Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine fällt der Druck im Brennraum ab, so daß die Feder 22 das Ventilglied 21 und den Kolben 18 gegen das eine Ende des Zylinders 17 verstellt, das mit dem Brennraum 16 verbunden ist. Während dieser Verstellbewegung des Ventilgliedes 21 und des Kolbens 18 kann in das andere Ende des Zylinders 17 Kraftstoff einströmen, jedoch in einer relativ kleinen Menge. Ist jedoch die umfangsnut 24 zur Deckung mit den Querbohrungen in der Wand der das Ventilglied 21 umschließenden Bohrung gebracht, so

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gelangt eine zusätzliche Kraftstoffmenge in das dem Kopf 19 abgekehrte Zylinderende und zwar aus der Verbindung zwischen Pumpe und Einspritzdüse. Hierdurch wird der Restdruck weiter verringert. Das dem. Kopf 19 zugehörige eine Ende des Zylinders ist jedoch vollständig mit Kraftstoff gefüllt. Während des nächsten Kompressionstaktes steigt der Druck im Brennraum an und durch diesen Druckanstieg wird der Kolben 18 gegen die Wirkung der Feder 22 verstellt. Während dieser Verstellbewegung wird Kraftstoff aus dem dem Kopf 19 abgekehrten Ende des Zylinders 17 verdrängt und gelangt über den Kanal 20 zum Einlaß 14 der Einspritzdüse. Der dabei erzeugte Druck ist groß genug, um das Ventil zu öffnen, wodurch geringe Kraftstoffmengen in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangen, um den Beginn der Verbrennung einzuleiten. Hat der Kolben sich um den maximalen Betrag bewegt, so sind die vorerwähnten Querbohrungen über die Ringnut 23 miteinander verbunden und die Kraftstoffpumpe 25 kann die Hauptkraftstoffmenge zur Düse fördern. Hierzu soll auch noch erwähnt werden, daß der Kopf 19 des Kolbens an seinem Sitz zur Anlage kommt, um eine mögliche Verschmutzung der Wand des Zylinders 17 durch Verbrennungsprodukte gering zu halten.

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Die Kraftstoffmenge, die anfangs eingespritzt wird, wird durch den Verstellv/eg des Kolbens 18 bestimmt. Die-C-^vv;^;rd in ν;·!3^:1 .vrhOii kovr.ii:·::''. KI.';!'..■ vü . Π ir. V ;-r''j. ϊ. ί-glied 21 besteht mit dem Kolben 18 aus einem Stück, so daß die Förderwirkung nur von einem Kreisrihgbereich der Stirnseite des Kolbens ausgeht. Diese Stirnseite ist auch dem von der Pumpe erzeugten hohen Druck ausgesetzt, weshalb die Größe der Stirnseite des Kolbens sorgfältig ausgewählt werden muß, um sicherzustellen, daß der Kolben nicht während der Kraftstoff-Förderung gegen das zum Kopf 19 gehörende eine Zylinderende bev/egt wird.

Bei der Lösung nach Fig. 1 stammt die anfangs einzuspritzende Kraftstoffmenge hauptsächlich aus der Leitung, die die Pumpe und die Einspritzdüse miteinander verbindet. Das führt zu einer Verringerung des Restdruckes. In manchen Fällen kann jedoch die Verbindungsleitung zwischen Pumpe und Einspritzdüse extrem kurz sein, so daß ihr die anfänglich einzuspritzende Kraftstoffmenge nicht in ausreichendem Maße entnommen werden kann. Dieses Problem wird durch die Lösung gemäß Fig. 2 gelöst. Bei dieser Lösung sind die beiden Querbohrungen in Längsrichtung des Kolbens 18 gegeneinander versetzt. Befindet sich der Kolben 18 in der Endstellung an dem dem Kopf zugehörigen Ende des Zylinders 17, so sind die beiden Querbohrungen durch einen Ringraura 27 miteinander verbunden, dessen

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Länge in Längsrichtung des Kolbens 18 größer ist als die Länge der Ringnut 23 der Lösung gemäß Fig. 1. Die Ringnut 24 der Lösung gemäß Fig. 1 als solche ist bei der Lösung gemäß Fig. 2 entfallen, jedoch ist in der Endstellung des Kolbens 18, in der sich dieser am dem Kopf" 19 zugehörigen Ende des Zylinders 17 befindet, die zum Einlaß 14 der Einspritzdüse führende Querbohrung mit dem Raum des Zylinders verbunden, der die Rückstellfeder 22 aufnimmt. Dieser Raum steht mit einer Kraftstoffquelle 26 in Verbindung. Ist bei dieser Lösung der Druck im Brennraum so weit verringert worden, daß sich Kolben und Ventilglied dem Ende des Zylinders nähern können, das zum Kopf 19 gehört, so sind der Einlaß 14 und der Kanal 20 mit der Kraftstoffquelle 26 verbunden, die einen relativ niedrigen Druck hat, während gleichzeitig die mit der Pumpe 25 verbundene Querbohrung zu dem Ringraum 27 hin offen ist. Deswegen ist die anfänglich einzuspritzende Kraftstoffmenge hauptsächlich der Kraftstoffquelle 26 entnommen und es findet praktisch keine Verringerung des Restdruckes statt.

Gegenüber bekannten Lösungen hat die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, daß das Ventil vom Druck im Brennraum betätigt wird und diese Betätigung in keiner Weise

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durch den von der Kraftstoffpumpe erzeugten hohen Kraftstoffdruck beeinflußt wird oder durch die Druckwellen h-::oi;iflu^rl^f: wird, die bei dor Kraftstoff-Förderung durch die Pumpe 25 entstehen können.

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Claims

L 66 P T80 Anmelder: LUCAS INDUSTRIES LIMITED Great King Street, Birmingham B19 2XF, England Titel: Kraftstoffeinspritzvorrichtung Patentansprüche i) Kraftstoffeinspritzanlage zum Zuführen von Kraftstoff zum Brennraum einer Reihenbrennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einer Kraftstoffeinspritzdüse mit einem Kraftstoffeinlaß und einem vom Kraftstoffdruck in seine Öffnungsstellung bringbaren Ventil, durch das in seiner Öffnungsstellung der Kraftstoff in den Brennraum gelangt und das von einer Rückstellfeder in seiner Schließstellung gehalten ist, wobei die Einspritzanlage eine Kraftstoffpumpe aufweist, die in zeitlicher Abhängigkeit von der zugehörigen Brennkraftmaschine den Kraftstoff unter Druck dem Brennraum zuführt und wobei diesem Brennraum durch die Einspritzdüse eine geringe Kraftstoffmenge zugeführt wird, ehe dem Brennraum mit der Förderpumpe die Hauptmenge des für die Verbrennung benötigten Kraftstoffes zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der geringen Kraftstoffmenge mittels eines Kolbens (18) erfolgt, der in einem Zylinder (17) verstellbar ist, der am einen Ende mit dem

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Brennraum (16) der Brennkraftmaschine, am anderen Ende mit dem Kraftstoffeinlaß (14) der Einspritzdüse (10) in Verbindung steht, v/obei die Steuerung der Vor-Hiiisprihzung ά_·3 r.caftstOjJ'fe3 durch ein Ventil erfolgt, das zwischen der Kraftstoff-Förderpumpe (25) und dem Kraftstoffeinlaß der Einspritzdüse angeordnet ist und das geschlossen ist,bis der Kolben (17) an das Ende des Zylinders (17) oder zumindest in den Bereich des Endes des Zylinders gelangt ist, das nicht mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei der Kolben in diese Stellung gelangt, während Luft im Brennraum der Brennkraftmaschine verdichtet wird und wobei diese Verstellbewegung des Kolbens eine Förderung von Kraftstoff aus diesem Zylinderende zur Einspritzdüse und in den Brennraum bewirkt, um dort die Kraftstoffverbrennung einzuleiten, während die Hauptmenge des zu verbrennenden Kraftstoffes von der Kraftstoff-Förderpumpe zur Einspritzdüse gefördert wird, wenn über das Ventil diese Pumpe mit dem Kraftstoffeinlaß der Einspritzdüse verbunden ist.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des Endes des Kolbens

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(18), der dem im Brennraum (16) herrschenden Druck unterworfen ist, kleiner ist als der Bereich des Kolbens, der Kraftstoff zu der Einspritzdüse (10) fördert.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kolben (18) eine Feder (22) einwirkt, die diesen an das Ende des Zylinders (17) verstellt, das mit dem Brennraum (16) verbunden ist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Ventilglied (21) aufweist, das von einem Ansatz des Kolbens (18) mit einem verringerten Querschnitt gebildet wird, der in einem Gehäuse verstellbar ist und mit Bohrungen und Nuten in der Gehäusebohrung und dem Kolben zusammenwirkt.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen den Querschnitten des Kolbens (18) und dem Ventilglied

(21) der Kolbenbereich ist, der den Kraftstoff zur Einspritzdüse (10) fördert.

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6. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der der Förderung des Kraftsfcoffri'i cüa-v-T.de Bereich ein Kreisring ir,t.

7. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (21) zwei in Längsrichtung des Ventilgliedes gegeneinander versetzte Ringnuten (23, 24) aufweist und die Bohrungen zwei achsengleich angeordnete Querbohrungen sind, von denen die eine mit der Förderseite der Kraftstoffpumpe (25) und die andere mit dem Einlaß (14) der Kraftstoffeinspritzdüse (10) in Verbindung steht, wobei die Querbohrungen in den Endstellungen des Kolbens über jeweils eine der beiden Ringnuten miteinander verbunden sind.

8. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (21) einen Ringraum (27) aufweist und die Bohrungen zwei achsengleich angeordnete Querbohrungen sind, von denen die dem Zylinder (17) entferntere Bohrung mit dem Kraftstoffeinlaß (14) der Kraftstoffeinspritzdüse (10) und die dem Zylinder nähere Bohrung

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mit der Förderseite der Kraftstoffpumpe (25) in Verbindung steht, wobei beide Querbohrungen durch den Ringraum.miteinander in Verbindung stehen, wenn der Kolben seine dem mit dem Brennraum (16) in Verbindung stehenden Ende entfernte Endstellung einnimmt und die erste Querbohrung in der anderen Enstellung des Kolbens über dem äußeren Ende des Ventilgliedes (27) mit der das Ventilglied führenden Bohrung in Verbindung steht, die ihrerseits mit einer Miederdruck-Kraftstoffquelle (26) in Verbindung steht.

9. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Druck im Brennraum (16) ausgesetzte Ende des Kolbens (18) als Kopf (19) ausgebildet ist, der mit einem Sitz am Zylinderanfang zusammenwirkt und an diesem Sitz anliegt, wenn der Kolben (18) seine Endstellung am anderen Zylinderende einnimmt.

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