DE2836225C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Kraftstoffeinspritzeinheit für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzeinheit ist aus der DE-OS 20 26 665 bekannt. Bei dieser bekannten Kraftstoffein­ spritzeinheit wird der Kraftstoff von der Kolbenpumpe durch die erste Leitung zur Einspritzdüse und durch die zweite Leitung durch das offene elektromagnetische Ventil in den Rücklaufkanal gefördert. Wird das elektromagnetische Ventil zwischen der zweiten Leitung und dem Rücklaufkanal geschlos­ sen, so steigt der Kraftstoffdruck in der ersten und in der zweiten Leitung an und der Ventilkörper der Einspritzdüse öffnet bei Erreichen des vorgegebenen Einspritzdruckes. Nach dem Schließen des elektromagnetischen Ventils vergeht eine gewisse Zeitspanne, bevor der notwendige Einspritzdruck aufgebaut ist und daraufhin der Ventilkörper die Einspritzdü­ se öffnet. Diese Zeitverzögerung kann zu unerwünschten Ein­ flüssen auf den Verbrennungsvorgang führen und nachteilig für die Abgasemission der Brennkraftmaschine sein.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetisch betätigbare Kraftstoffeinspritzeinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so weiterzubil­ den, daß eine präzisere, reaktionsschnellere Steuerung des der Einspritzdüse zugeordneten Ventilkörpers zur Verbesse­ rung des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch das Vorsehen einer Drosselöffnung vor dem in der ersten Leitung angeordneten elektromagnetischen Ventil wird bei offenem elektromagnetischem Ventil in der ersten und zweiten Leitung und damit auf der der Einspritzdüse zugewand­ ten Seite des Ventilkörpers ein Druck erzeugt, der höher ist als im Rücklaufkanal, der aber andererseits noch nicht hoch genug ist, um gegen den Druck der den Ventilkörper belasten­ den Feder das Einspritzventil zu öffnen. Wird das elektro­ magnetische Ventil geschlossen, so wird der Druck am Ein­ spritzventil ansteigen, wobei die geringe verbleibende Druck­ differenz, die zur Öffnung des Einspritzventils notwendig ist, in verhältnismäßig kurzer Zeit erreicht wird, so daß das Einspritzventil unmittelbar nach dem Schließen des Mag­ netventils öffnen kann.

Patentanspruch 2 kennzeichnet eine vorteilhafte Weiterbil­ dung der Erfindung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Elemente der Kraftstoffeinspritzeinheit nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 3 durch eine elektromagnetisch betätigbare Kraft­ stoffeinspritzeinheit nach der Erfindung, wobei der Kolben der Einspritzpumpe bei Beginn des Ein­ spritzhubes und das elektromagnetische Ventil im stromlosen Zustand dargestellt sind.

Fig. 3 eine Draufsicht zu Fig. 2,

Fig. 4 einen Teilschnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 2 und

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 2.

In den Fig. 2 bis 6 ist eine Kraftstoffein­ spritzeinheit nach der Erfindung dargestellt, die aus einer Einspritzpumpe, einer Einspritzdüse und einem elektromagnetisch betätigten Ventil besteht. Die Einspritzeinheit enthält ein Gehäuse 1 zur Aufnahme eines Pumpenkolbens 2 und eines diesen be­ tätigenden Stößels 3, die am einen Ende des Gehäuses 1 vorgesehen sind, wobei der mit dem Stößel verbundene Pumpen­ kolben durch einen nicht dargestellten Nocken oder einen nicht dargestellten Schwinghebel konstanter Geschwindigkeit hin- und herbewegt werden. Diese Bewegung erfolgt gegen die Kraft einer Rückstellfeder 4. Ferner ist ein Anschlagstift 5 vorgesehen, der die Aufwärtsbewegung des Stößels 3 begrenzt.

Das Gehäuse 1 ist nach unten verlängert, und zwar durch eine aufgeschraubte Mutter 6, in der ein Pumpen­ zylinder 7 mit einer Bohrung 7 a in Form einer Büchse einge­ setzt ist. Der Pumpenkolben 2 und der Pumpenzylinder 7 bilden eine Kolbenpumpe konstanter Fördermenge. Der Pumpen­ zylinder 7 ist an seiner Mantelfläche abgesetzt, wobei der obere Teil in das Gehäuse 1 eingesetzt ist.

Die Mutter 6 hat am unteren Ende eine Öffnung 6 a, durch die sich das untere Teil eines Einspritzventils mit Düsenkopf 8 erstreckt. Der Düsenkopf 8 ist am oberen Ende verbreitert und bildet eine Schulter 8 a, die auf einer innen gebildeten Schulter 6 b einer Gegenbohrung in der Mutter 6 aufruht. Zwischen dem Düsenkopf 8 und dem Pumpen­ zylinder 7 sind nebeneinander vom Düsenkopf ausgehend ein Federkäfig 10 und ein Leitungskäfig 11 vorgesehen, die zur leichteren Herstellung und Montage als getrennte Elemente ausgebildet sind. Das Gewinde 12, mit dem die Mutter 6 mit dem Gehäuse 1 verschraubt ist, hält den Düsenkopf 8, den Federkäfig 10 und den Leitungskäfig 11 gegeneinandergedrückt zwischen der oberen Stirnfläche 8 b des Düsenkopfes und der unteren Stirnfläche 7 b des Pumpenzylinders 7 festgespannt. Alle diese Teile berühren sich in geläppten Flächen, so daß sie abgedichtet sind. Zusätzlich können die einzelnen Teile in ausgerichteter Lage durch Paßstifte festgelegt sein.

Kraftstoff wird von einem nicht dargestellten Kraftstofftank über eine Förderpumpe, die ebenfalls nicht dargestellt ist, mit verhältnismäßig niedrigem Druck zu der unten offenen Stirnseite des Pumpenzylinders 7 zugeleitet. Dies erfolgt über einen Einlaßfitting 15 (Fig. 4), der ein Filter 16 enthält und über ein Kniestück 17 mit einem Rohrfitting 18 an das Gehäuse 1 angeschlossen ist. Der Aus­ laß des Rohrfittings 18 steht über einen Zulaufkanal 20 im Ge­ häuse 1 und einen abgesetzten Kanal 21 im Pumpenzylinder 7 mit einer Aussparung 22 in der oberen Stirnfläche des Lei­ tungskäfigs 11 in Verbindung, wobei die Aussparung 22 mit der unten offenen Stirnfläche des Pumpenzylinders 7 in Verbindung steht (Fig. 4). Der Strom durch den Einlaß­ kanal wird durch ein Rückschlagventil 23 im vergrößerten Teil des Kanals 21 gesteuert, wobei das Rückschlagventil 23 durch eine Druckfeder 25 gegen einen Ventilsitz 24 während des Saughubes des Pumpenkolbens 2 gehalten ist, so daß beim Saughub durch die offene untere Stirnseite des Pumpenzylinders 7 Kraftstoff angesaugt werden kann.

Während des Einspritzhubes des Pumpenkolbens 2 wird Kraftstoff durch die offene Stirnseite des Pumpenge­ häuses 7 in die Aussparung 22 gedrückt, die, wie die Fig. 2 und 6 zeigen, solche Gestalt hat, daß eine Verbindung mit den Mündungen von Förderkanälen besteht. Ein unterer Teil der Förderleitung besteht aus einem nach unten gerich­ teten Kanal 26 im Leitungskäfig 11, der die Aussparung 22 mit einer Ringnut 27 in der oberen Stirnfläche des Feder­ käfigs 10 verbindet. Diese Ringnut 27 ist mit einer ent­ sprechenden Ringnut 28 in der unteren Stirnfläche des Feder­ käfigs 10 durch ein oder mehrere Längskanäle 30 verbunden. Die untere Ringnut 28 ihrerseits verbindet über mehrere geneigte Kanäle 31 zu einem zentralen Kanal 32, der einen nadelförmigen Ventilkörper 33 im Düsenkopf 8 umgibt. Das untere Ende des zentralen Kanals 32 bildet einen Aus­ tritt für den Kraftstoff und hat einen schrägen ringförmi­ gen Ventilsitz 34 für den Ventilkörper und ist unterhalb dieses Ventils mit Düsenöffnungen 35 im Düsenkopf 8 verbunden, durch die der Kraftstoff in den nicht darge­ stellten Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.

Das obere Ende des Düsenkopfes 8 hat eine Bohrung 36, die konzentrisch zum Ventilsitz 34 liegt, um den Ventilkörper 33 zu führen. Das Schaftteil 37 dieses Ventils gleitet in der Bohrung 36 und ist mit seinem unteren Ende 38 dem Kraftstoffdruck im zentralen Kanal 32 ausgesetzt, während sein oberes Ende dem Kraftstoffdruck in einer Federkammer 40 über eine Öffnung 41 in dessen Bodenfläche ausgesetzt ist.

Ein im Durchmesser abgesetzter Teil 42 des Einspritzventils ragt durch die Öffnung 41 und drückt auf einen Federteller 43 in der Federkammer 40. Zwischen dem Federteller 43 und der unteren Stirnfläche des Leitungskäfigs 11 ist eine Schraubenfeder 44 zusammengedrückt, die den Ventilkörper 33 in die in Fig. 4 gezeigte Schließstellung drückt.

Die Förderleitung hat auch ein oberes Teil mit einer Drosselöffnung, die mit einer Überströmleitung niedri­ gen Druckes verbunden ist. Der Abstrom zu der Überströmlei­ tung wird durch eine elektromagnetisch betätigtes Ventil gesteuert, das normalerweise offen ist. Dieser Teil der Förderleitung ist in Fig. 2 dargestellt und enthält einen Kanal 45, der sich durch den Pumpenzylinder 7 erstreckt und am unteren Ende in die Aussparung 22 mündet, während das obere Ende mit einem Kanal 46 im Gehäuse 1 in Verbindung steht und zum einen Ende einer Kammer 47 führt, die im Ge­ häuse durch eine Gegenbohrung 48 gebildet ist. Diese enthält zum Teil ein Innengewinde. Der Kraftstoffstrom von der Kammer 47 zur Überströmleitung wird über die Drosselöffnung und durch das normalerweise offene elektromagnetische Ventil gesteuert.

Im Ausführungsbeispiel enthält ein Ventil­ käfig 50 eine abgesetzte Bohrung 51, die am einen Ende eine Drosselöffnung 52 vorgegebenen Durchmessers enthält, die in die Kammer 47 mündet. Das vergrößerte Ende der abgesetzten Bohrung 51 im Ventilkäfig 50 nimmt verschieblich ein Ventil­ glied 53 des elektromagnetischen Ventils auf, dessen Kopf gegen einen Ventilsitz 54 bewegt werden kann, der die Drosselöffnung 52 umgibt.

Der Ventilkäfig 50 enthält einen mittleren, Gewinde 50 a tragenden Teil, der in das Innengewinde einer abgesetzten Bohrung 55 eingeschraubt ist, die sich in Längs­ richtung durch einen rohrförmigen Magnetkern 56 erstreckt, der am einen Ende ein Gewinde 57 verkleinerten Durchmessers aufweist, das in das Innengewinde der Gegenbohrung 48 des Ge­ häuses 1 eingeschraubt ist. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß das im Durchmesser kleinere Ende des Ventil­ käfigs 50 sich über das eine Ende des Magnetkerns 56 hinaus erstreckt und in einen im Durchmesser verringerten Teil der Gegenbohrung 48 neben der Kammer 47 erstreckt, wodurch die Drossel­ öffnung 52 in Flüssigkeitsverbindung mit der Kammer 47 steht.

Der Magnetkern 56 hat an der anderen Stirn­ seite ein im Durchmesser verringertes Endteil 56 a, das sich in das offene Ende eines topfförmigen Spulenkörpers 58 er­ streckt, auf den eine Magnetwicklung 60 zwischen radialen Flanschen 58 a und 58 b aufgewickelt ist. Diese Spule ist über elektrische Leiter 61 mit einer elektrischen Stromquelle über ein übliches elektronisches Kraftstoffeinspritzgerät verbunden, das nicht dargestellt ist. Dieses kann den Mag­ neten in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Maschine in bekannter Weise erregen.

Eine topfförmige Mutter 62 mit Innengewinde umschließt einen Teil des Spulenkörpers 58 und der Wicklung 60, um diese mit dem Magnetkern 56 zu verbinden, wozu die Mutter auf das Gewindeteil 56 b des Magnetkerns 56 aufge­ schraubt wird, bis eine innere radiale Schulter 62 a gegen den Flansch 58 a des Spulenkörpers anliegt. Ein kolbenförmiger Anker 63 ist im Spulenkörper 58 neben dessen geschlossenem Ende zwischen dem freien Ende des Magnetkerns 56 und einem Anschlag 64 verschieblich. Der Anschlag 64 ist über ein Innengewinde 58 d an diesem Ende des Spulenkörpers einstellbar, wobei eine Mutter 65 auf den Anschlag 64 ange­ schraubt wird, bis sie gegen den Spulenkörper anliegt, wodurch nicht nur die Lage, sondern auch die Abdichtung gegeben ist. Der Anker 63 enthält an seiner Stirnfläche Aussparungen, um an der einen Seite den Anschlag 64 und einen Ansatz 58 c des Spulenkörpers aufzunehmen und am anderen Ende den vergrößerten Kopf 53 a des Ventilgliedes 53.

Eine Feder 66 umgibt den Schaft des Ventil­ gliedes 53, wobei das eine Ende sich am Ventilkäfig 50 und das andere Ende am Kopf 53 a des Ventilglieds 53 abstützt, so daß normalerweise das elektromagnetische Ventil in eine Offenstellung belastet ist, in der das Ventilglied vom Ventilsitz 54 abgehoben in Fig. 2 auf der linken Seite liegt. Hierbei wird der Anker 63 in gleicher Richtung zur Anlage gegen den Anschlag 64 gehalten. Wird die Magnetwicklung 60 erregt, so bewegt sich der Anker 63 nach rechts in Fig. 2, wobei diese Bewegung endet, wenn der Kopf des Ventilgliedes 53 gegen den Ventilsitz 54 anfährt. Es ist genug Spiel zwischen dem Anker 63 und dem freien Ende des Magnetkerns 56 vorge­ sehen, um die Anlage des Ventilglieds 53 gegen den Ventil­ sitz 54 zu gewährleisten.

Wie Fig. 2 zeigt, bildet das Innere des Magnetkerns 56 zwischen dem freien Ende des Ventilkäfigs 50 und dem Anker 63 eine erste Kraftstoffrücklaufkammer 67, die über mindestens einen in Längsrichtung liegenden Kanal 68 im Magnetkern 56 mit einer zweiten Rücklaufkammer 70 ver­ bunden ist, die durch ein Teil der Gegenbohrung 48 im Gehäuse 1 gebildet wird, der sich rings um den Ventilkäfig 50 zwischen dem Gewindeende des Magnetkerns 56 und einer radialen Schulter 71 in der abgesetzten Gegenbohrung 48 im Gehäuse 1 erstreckt. Die Rücklaufkammern 67 und 70 sowie der Kanal 68 bilden eine Überströmleitung, über die der Kraftstoff zum Kraftstofftank zurückkehrt. Diese Rückführleitung enthält ferner einen Kanal 72, der im Bereich der Schulter 71 in die zweite Rücklaufkammer 70 mündet und mit einem Rücklaufkanal 73 im Gehäuse 1 verbunden ist, der seinerseits über ein Rück­ laufrohr 74, ein Kniestück 75 und einen Fitting 76 zu dem nicht dargestellten Kraftstofftank verbunden ist, in dem üblicherweise atmosphärischer Druck herrscht.

Das andere Ende des Rücklaufkanals 73 im Gehäuse 1 (Fig. 4) steht in Verbindung mit einem Kanal 77 im Pumpen­ zylinder 7, der zu einem nach unten geneigten Kanal 78 im Leitungskäfig 11 Verbindung hat und in die obere Stirn­ fläche der Federkammer 40 (Fig. 4) mündet. Der Aufbau von Druck in dem Kraftstoff innerhalb der Federkammer 40 wird hierdurch unterbunden, so daß kein Widerstand gegen das Öffnen des Einspritzventils 33, 34 während des Einspritzvor­ ganges vorliegt. Zusätzlich kann Kraftstoffleckage am Pumpenkolben 2 innerhalb des Pumpenzylinders 7 in einem Ringraum 80 des Pumpenzylinders aufgenommen werden, der über einen Kanal 81 zu der Überströmleitung 77, 78, 73 Verbindung hat.

Dichtungen 90 und 91 dienen der Abdichtung zwischen dem Flansch 48 b des Spulenkörpers 58 und dem Magnet­ kern 56 und zwischen dem im Durchmesser verringerten Teil des Ventilkäfigs 50 und dem Gehäuse 1, während eine Dich­ tung 92 die Abdichtung zwischen dem Gehäuse 1 und der Mutter 6 bewirkt.

Arbeitsweise

Bei laufender Maschine wird Kraftstoff von einem nicht dargestellten Kraftstofftank mit einem vorge­ gebenen Druck durch eine nicht dargestellte Förderpumpe über den Einlaßfitting 15 und den Zulaufkanal zur Pumpen­ kammer gefördert, die durch den Pumpenkolben 2 und den Pumpenzylinder 7 begrenzt wird. Zu dieser Zeit befindet sich Kraftstoff in der Förderleitung bis zum Einspritzventil 33, 34, während über die Zumeßöffnung 52 und die Rücklaufkammern 67 und 70 Kraftstoff abströmt, da das elektromagnetische Ventil stromlos ist und durch die Feder 66 in der Offenlage gehalten ist. Wird der Stößel 3 nach unten bewegt, so folgt der Pumpen­ kolben 2 und bewirkt einen Druckanstieg in der Aussparung 22 und der Förderleitung. Die Drucksteigerung erfolgt bis zu einem niedrigeren Druck als dem Einspritzdruck, bei dem der Ventilkörper 33 von seinem Ventilsitz 34 abgehoben wird. Dieser Druck wird durch die Abmessung der Drossel­ öffnung 52 bestimmt, die zweckmäßig im Ventilkäfig 50 aus Herstellungsgründen vorgesehen ist.

Bei der Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 2 wird dem elektromagnetischen Ventil ein elektrischer Puls bestimmter Eigen­ schaft zugeleitet, der auf die obere Totpunktlage des Pumpenkolbens in bezug zur Nockenwelle u. dgl. abgestimmt ist und das sich bildende elektromagnetische Feld zieht den Anker 63 an, wodurch das Ventilglied 53 gegen den Ventilsitz 54 bewegt wird und die Drosselöffnung 52 sperrt. Es kann nun der Pumpenkolben 2 den Druck des Brennkraftstoffs auf den Einspritzdruck erhöhen, so daß das Einspritzventil 33, 34 öffnet und die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt, die während der weiteren Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 2 stattfindet.

Am Ende des Strompulses bricht das Magnetfeld zusammen, so daß die Feder 66 das Ventilglied 53 vom Ventilsitz 54 abhebt und damit die Drosselöffnung 52 wieder freigibt. Dies erfolgt in gesteuerter Weise, um den Druck in der Förderleitung zum Düsenkopf 8 abzusenken.

Über den Kraftstoffdruck in der Förderleitung wird also in gesteuerter Weise von dem elektronischen Steuerkreis der Einspritzzeitpunkt bestimmt, wobei das Druckniveau vor der Einspritzung von der Drosselöffnung 52 bestimmt wird. Die feste Fördermenge der Kolbenpumpe ist so gewählt, daß ein ausreichendes Kraftstoffvolumen zur Verfügung steht, um den jeweils gewünschten Einspritzdruck und die jeweils ge­ wünschte Einspritzmenge bereitzuhaben.

Obwohl ein Antrieb der Kolbenpumpe mit kon­ stanter Geschwindigkeit erfolgt, kann der Zeitpunkt der Steigerung des Kraftstoffdruckes sowie die Einspritzmenge in gewünschter Weise gesteuert werden. Der Anstieg des Kraftstoffdruckes während der Abwärtsbewegung des Kolbens wird durch das elektromagnetische Ventil und die Drosselöffnung 52 bestimmt, solange der Abströmvorgang anhält und nach dem Absperren dieses Weges erfolgt die Erhöhung des Druckes auf den Einspritzdruck. Die Dauer des elektrischen Pulses, der dem Magnetventil zugeleitet wird, bestimmt die Einspritzdauer.

Claims (2)

1. Elektromagnetisch betätigbare Kraftstoffeinspritzeinheit für eine Brennkraftmaschine mit einer mechanisch betätig­ ten Kolbenpumpe, die einen Pumpenarbeitsraum aufweist, der über eine erste Leitung mit einer Einspritzdüse und über eine mit der ersten ständig in Verbindung stehende zweite Leitung mit einem Rücklaufkanal und über einen Zulaufkanal mit einer Brennstoffquelle verbunden ist, mit einem der Einspritzdüse zugeordneten, in Schließrichtung federbelasteten Ventilkör­ per, der deren Einspritzöffnung bei einem vorgegebenen Einspritzdruck freigibt, und mit einem in der zweiten Leitung angeordneten elektromagnetischen Ventil zur Steue­ rung des Rücklaufkanals, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Leitung (45) in Strömungsrichtung vor dem elektromagneti­ schen Ventil (53, 54) eine Drosselöffnung (52) angeordnet ist, deren Öffnungsquerschnitt derart gewählt ist, daß beim Arbeitshub der Kolbenpumpe und bei geöffnetem elek­ tromagnetischem Ventil der in Öffnungsrichtung wirkende Druck am Ventilkörper (33) nur auf einen Druck unterhalb des vorgegebenen Einspritzdruckes ansteigt und bei geschlossenem elektromagnetischem Ventil (53, 54) dieser Druck überschritten wird.

2. Elektromagnetisch betätigbare Kraftstoffeinspritzeinheit für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zulaufkanal (20) ein Rückschlagventil (23) ange­ ordnet ist.