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Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs ist beispielsweise durch die US-PS 25 72 118 bekannt.
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Es sind dort mechanische Einrichtungen vorgesehen, die Einspritzanfang und Einspritzende steuern und dadurch die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmen. Mechanische Einrichtungen haben aber nur eine begrenzte Genauigkeit des Steuervorgangs.
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In neuerer Zeit wird eine erhöhte Genauigkeit gefordert, um die schädlichen Anteile in den Abgasen zu verringern und den Kraftstoffverbrauch zu senken.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung der erwähnten Art so weiter auszugestalten, daß sie diese Forderungen erfüllt.
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Diese Aufgabe wird durch die in dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs herausgestellten Merkmale gelöst. Es wird hierbei das Ziel bei einem äußerst einfachen Aufbau mit verhältnismäßig wenig Bauteilen erreicht, wodurch eine wirtschaftliche Fertigung und Montage neben der verbesserten Arbeitsweise vorteilhaft ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung zeigt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung im Schnitt.
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Auf einem Zylinderkopf 2 einer Brennkraftmaschine ist eine vom Druck im Brennraum 3 betätigte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 10 befestigt, deren Einspritzkopf in den Brennraum 3 der Brennkraftmaschine ragt.
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Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 10 enthält in einem Gehäuse eine abgesetzte durchgehende Bohrung, die aus einem oberen Bohrungsteil 5 und einem im Durchmesser kleineren unteren Bohrungsteil 6 besteht, die beide über eine radiale Schulter 7 miteinander verbunden sind.
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Der Bohrung ist ein abgesetzter, erster Kolben 11 zugeordnet, der ein oberes Teil 12 und ein unteres im Durchmesser kleineres unteres Teil 14 aufweist, welch letzteres verschieblich im Bohrungsteil 6 geführt ist. Das untere Kolbenteil 14 enthält in einer Ringnut 17 einen Dichtungsring 16, der gegen das Bohrungsteil 6 abdichtet. Die beiden Kolbenteile 12 und 14 sind über eine radiale Schulter 15 miteinander verbunden, die als Anschlag dient.
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Das obere Kolbenteil 12 und der benachbarte Bereich des unteren Kolbenteils 14 sind in einer abgesetzten Bohrung eines scheibenförmigen Körpers 20 geführt, der zusammen mit einem napfartigen Gehäuse 21 für einen Magneten durch einen Kranz von Kopfschrauben 22 mit dem Zylinderkopf 2 verschraubt ist. Zur Zentrierung zum Bohrungsteil 6 paßt der Körper 20 mit einem Ansatz 20 a in eine entsprechende Aussparung des Zylinderkopfs 2. Die Kopfschrauben 27 treten durch einen Flansch 25 mit Löchern 23 und durch Löcher 24 im Körper 20, um in Gewindelöcher 26 im Zylinderkopf 2 eingeschraubt zu werden.
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Die Bohrung im Körper 20 besteht aus einem oberen Bohrungsteil 30 in dem das obere Kolbenteil 12verschieblich gleitet, und einem unteren Bohrungsteil 31, das das untere Kolbenteil 14 im Spiel umgibt. Beide Bohrungsteile sind über eine radiale Schulter 32 miteinander verbunden.
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Im oberen Kolbenteil 12 sind zwei Ringnuten 34 zur Aufnahme von Dichtungsringen 33 gebildet, die die Abdichtung gegen den Körper 20 bewirken.
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Das untere Ende des Kolbens ist zu einem konisch ausgebildeten Spritkopf 40 geformt. Der Kolben 11 enthält ferner eine Sackbohrung, deren offene Mündung im oberen Bereich liegt. Diese Bohrung besteht aus einem zylindrischen oberen Bohrungsteil 41, einem mittleren zylindrischen Bohrungsteil 42 und einem konisch sich verjüngenden unteren Bohrungsteil 43, welch letzteres als Ventilsitz für ein noch zu beschreibendes Ventil benutzt wird und einen Einspritzkanal begrenzt. Das mittlere Bohrungsteil 42 ist durch eine radiale Schulter vom oberen Bohrungsteil 41 getrennt und weist einen geringeren Durchmesser auf, während es zügig am anderen Ende in das untere Bohrungsteil 43 übergeht, das im Spritzkopf 40 endet und dort Verbindung mit Brennstoffeinspritzöffnungen 45 hat. Diese münden in den Brennraum 3.
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Ein becherförmig ausgebildeter Ventilkörper 50 ist im mittleren Bohrungsteil 42 verschieblich und weist am unteren Ende einen konischen Kopf 51 auf, der abdichtend gegen das untere Bohrungsteil 43 bewegbar ist, wobei eine Sitzfläche 52 vorgesehen ist. Der Ventilkörper 50 ist axial verschieblich und verschließt in der unteren Stellung den Ventilsitz 43, während in der oberen Stellung zwischen dem unteren Bohrungsteil 43 und der Sitzfläche 52 ein Durchstrom von Kraftstoff zum Spritzkopf erfolgt.
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Der Ventilkörper 50 enthält ferner eine oben offene Sackbohrung 53, die mit einem Kolbenteil 65, der noch beschrieben werden wird, zusammenarbeitet und eine Einspritzkammer 54 begrenzt, die veränderliches Volumen hat. Ferner ist der Ventilkörper 50 mit mehreren radialen Bohrungen 55 neben dem Boden der Einspritzkammer 54 versehen, die in eine Ringnut 56 des Kopfes 51 oberhalb der Sitzfläche 52 des Ventilkörpers 50 münden.
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An einer Verschlußkappe 60 ist ein nach unten ragender Kolben 62 gebildet. Die Verschlußkappe 60 stützt sich an der Stirnfläche 27 a eines axial gerichteten Flansches 27 an der oberen Seite des Körpers 20 ab. An ihrer oberen Stirnfläche ist die Verschlußkappe 60 mit einem Teil 61 in die Seitenwand des Magnetgehäuses 21 eingesetzt, wobei in der Berührungsfläche ein in einer Ringnut sitzender Dichtungsring vorgesehen ist.
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Der Kolben 62 besteht aus einem oberen Teil 63, das in dem oberen Bohrungsteil 41 des ersten Kolbens 11 geführt ist, einem mittleren Teil 64 und dem bereits erwähnten unteren Teil 65, das in der Bohrung 53 des Ventilkörpers 50 geführt ist. Die Kolbenteile 63, 64 und 65 haben von oben nach unten in der Figur gesehen fortschreitend kleinere Durchmesser. Das obere Kolbenteil 63 wirkt als Steuerkolben und ist mit dem mittleren Kolbenteil 64 über eine radiale Schulter 66 verbunden. Ferner enthält es eine Ringnut 68 zur Aufnahme einer Ringdichtung 67, die gegen das obere Bohrungsteil 41 abdichtet. Es wird hierdurch eine Steuerkammer 70 veränderlichen Volumens begrenzt.
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Das untere Kolbenteil 65 erstreckt sich um einen vorgegebenen Weg in die Sackbohrung 53 des Ventilkörpers 50 , und bestimmt damit das veränderliche Volumen der Einspritzkammer 54.
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Das untere Kolbenteil 65 enthält in seiner Mantelfläche eine axiale Nut 71, deren Länge so bemessen ist, daß in der gezeichneten Stellung der Ventilbüchse 50 und des Kolbenteils 65 eine Verbindung zwischen der Einspritzkammer 54 und der Steuerkammer 70 besteht.
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In der Steuerkammer 70 ist eine Schraubenfeder 72 angeordnet, die das mittlere Kolbenteil 64 und das untere Kolbenteil 65 umgibt und sich einerseits an der Schulter 66 der Verschlußkappe 60 und andererseits an einer Scheibe 73 abstützt, die das untere Kolbenteil 65 lose umgibt und sich an der oberen Stirnfläche des Ventilkörpers 50 abstützt. Die Schraubenfeder 72 belastet somit den Ventilkörper 50 im Sinne des Schließens des Ventilsitzes 43 und den ersten Kolben 11 nach unten in der Zeichnung. Die Abwärtsbewegung des ersten Kolbens 11 wird durch Anfahren seiner Schulter 15 gegen die Schulter 32 des Körpers 20 begrenzt. Bei einer Ausführungsform hat die Schraubenfeder 72 eine Federkraft weniger als 414,8 Newton.
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Von der oberen Stirnfläche der Verschlußkappe 60 ausgehend enthält diese eine Sackbohrung, die aus von oben nach unten fortschreitend geringeren Durchmesser aufweisenden Bohrungsteilen besteht, nämlich einem oberen Bohrungsteil 74, einen oberen mittleren Bohrungsteil 75, einem unteren mittleren Bohrungsteil 76 und einem unteren Bohrungsteil 77. Die einzelnen Bohrungsteile sind durch radiale Schultern 78 bzw. 80 bzw. 81 miteinander verbunden. Im unteren mittleren Bohrungsteil 76 ist an der Schulter 81 abgestützt ein Ventilsitzeinsatz 82 vorgesehen, der einen zentralen axialen Kanal 83 enthält. Das untere Bohrungsteil 77 ist am unteren Ende über Querbohrungen 84 in Verbindung mit der Steuerkammer 70.
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Der Kraftstoffstrom zur und von der Steuerkammer 70 wird durch ein Magnetventil 85 gesteuert, das auf einem rohrförmigen Spulenkasten 86 eine Spule 87 aufgewickelt hat, welche über nicht dargestellte elektrische Leiter mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden ist. Der Spulenkasten 86 liegt zwischen der oberen Stirnfläche der Verschlußkappe 60 und einer inneren ebenen Schulter 21 a des Magnetgehäuses 21.
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Ein außen abgesetztes Polstück 90 paßt mit einem im Durchmesser kleineren Pol 90 a in die Bohrung 86 a des Spulenkastens 86 und ist axial zu diesem ausgerichtet. Das Polstück 90 ist axial im Magnetgehäuse 21 befestigt und hat am oberen erweiterten Ende ein Außengewinde 90 b, das in ein Innengewinde 21 b des Magnetgehäuses einschraubbar ist. Eine Gegenmutter 91 sichert auf das Gewinde 90 b aufgeschraubt und gegen das Magnetgehäuse 21 gedrückt die gewählte Einstellung.
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Dichtungen 92 und 93 bewirken die Abdichtung zwischen einer Schulter 78 der Verschlußkappe 60 und der Unterseite des Spulenkastens 86 und zwischen dem erweiterten Bohrungsteil 86 a des Spulenkastens 86 und der Mantelfläche des Polstücks 90 mit kleinerem Durchmesser.
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Das Polstück 90 enthält einen axialen Kanal 94, der sich bis in einen oberen Fitting 95 des Polstücks 90 erstreckt und an den eine nicht dargestellte Kraftstoffquelle anschließbar ist, von der Kraftstoff mit vorgegebenen Förderdruck der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 10 zugefördert wird. Das untere erweiterte Ende 94 a des axialen Kanals 94 mündet in eine Kraftstoffkammer 96, die vom Bohrungsteil 86 a des Spulenkastens 86 und dem oberen mittleren Bohrungsteil 75 der Verschlußkappe 60 begrenzt wird.
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Ein zylindrischer Anker 100, ist axial verschieblich im Bohrungsteil 86 a des Spulenkastens 86 innerhalb der Kraftstoffkammer 96 angeordnet und zwischen einer Stellung, in der er gegen einen Ventilsitz 82 a des Ventilsitzeinsatzes 82 anliegend diesen schließt, und einer das Ventil öffnenden Stellung beweglich.
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Der Anker 100 ist an seiner Mantelfläche mit mehreren über den Umfang verteilten axialen Schlitzen 101 versehen und hat eine zentrale im Durchmesser abgesetzte Bohrung 102, die koaxial zum Kanal 77-83 liegt und ein Kugelrückschlagventil 104 enthält und normalerweise durch eine Feder 105 gegen den Ventilsitz eines Ventilsitzeinsatzes 106 in Anlage gehalten wird.
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Der Anker 100 wird normalerweise durch eine Schraubenfeder 110 in der Zeichnung nach unten gedrückt, um den Ventilsitz 82 a zu schließen. Das eine Ende der Schraubenfeder 110 stützt sich an einer Innenschulter 90 c des Polstücks 90 ab, während ihr anderes Ende am Ventilsitzeinsatz 106 anliegt, der mit Preßsitz in der Bohrung 102 sitzt.
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Die obere Stirnfläche des ersten Kolbens 11 und die untere Stirnfläche der Verschlußkappe 60 begrenzen eine Kraftstoffkammer 111 veränderlichen Volumens, die Verbindung mit der Außenluft hat, wozu radiale Kanäle 112 in der Verschlußkappe 60, ein schräger Schlitz 114 im Flansch 25 des Magnetgehäuses 21 und ein schräges Loch 115 durch den Flansch 25 vorgesehen sind.
Arbeitsweise:
Füllen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung:
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Kraftstoff wird mit vorgegebenen Förderdruck dauernd über den Fitting 95 und den Kanal 94 der Kraftstoffkammer 96 zugefördert. Am Ende eines Arbeitstaktes, wenn der Druck im Brennraum ausreichend gefallen ist, bewegt die Schraubenfeder 72 in die gezeichnete Stellung in der die Schulter 15 des ersten Kolbens 11 gegen die Schulter 32 des Körpers 20 anliegt. Da die Kraft der Feder auf den Kolben 11 über den Ventilkörper 50 übertragen wird, liegt dessen Sitzfläche 52 gegen das mittlere Bohrungsteil 43 an. Der Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffkammer 96 öffnet dann das Rückschlagventil 104 gegen die Kraft seiner Feder, so daß Kraftstoff zur Steuerkammer 70 fließt, in der also jetzt Förderdruck herrscht. Zu dieser Zeit kann Kraftstoff über die offene Verbindung zur Einspritzkammer 54 gelangen.
Drucksteigerung im Kraftstoff:
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Steigt der Druck im Brennraum 3 auf einen vorgegebenen Wert, so bewirkt er auf den Kolben 11 einwirkend dessen Aufwärtsbewegung, wodurch der Kraftstoff in der Steuerkammer 70 und der Einspritzkammer 54 eine Drucksteigerung erfährt und das Rückschlagventil 104 schließt. Bei der Anfangsbewegung des Kolbens 11 und bei nicht geschlossener Einspritzkammer 54 kann in beiden ein Druck von beispielsweise 13 709 kPa erreicht werden. Wird dagegen die Einspritzkammer 54 geschlossen, so kann sich der Druck in dieser über diesen Wert steigern. Der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 70 wird jedoch den Druck im Brennraum 3 ausgleichen, so daß eine Kraftstoffeinspritzung verhindert ist. In beiden Fällen ist aber eine weitere Aufwärtsbewegung des Kolbens 11 verhindert, da sich die auf seine beiden Seiten wirkenden Kräfte ausgleichen.
Einspritzen des Kraftstoffs:
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Wird die Spule 87 des Magnetventils 85 erregt, so bewegt sich dessen Anker 100 nach oben und löst sich vom Ventilsitz 82 a, so daß Kraftstoff mit hohem Druck aus der Steuerkammer 70 zur Kraftstoffkammer 96 zurückfließen kann. Dies führt zu einem Druckabfall in der Steuerkammer 70 und es steht dem Druck in dem Brennraum 3 nur noch der Druck des Kraftstoffs in der Einspritzkammer 54 und die Kraft der Schraubenfeder 72 entgegen. Durch den Druck in dem Brenraum 3 wird der Kolben 11 nunmehr weiter nach oben bewegt.
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Damit wird aber der als axiale Nut ausgebildete Steuerdurchlaß 71 im unteren Kolbenteil 65 geschlossen und der Druck in der Einspritzkammer erhöht sich schnell auf eine beträchtliche Höhe, beispielsweise 137 900 kPa.
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Der Querschnitt zwischen dem unteren Bohrungsteil 43 und der Sitzfläche 52 ist um einen bestimmten Betrag größer als die Kolbenfläche. Es ergibt sich damit eine vorgegebene Kraft von beispielsweise 414,8 Newton, die größer als die Kraft der Schraubenfeder 72 ist. Der Ventilkörper 50 bewegt sich also nach oben, so daß über die radialen Bohrungen 55 Kraftstoff zu den Brennstoffeinspritzöffnungen 45 gelangt und in den Brennraum eingespritzt wird.
Beenden des Einspritzens:
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Wird die Spule 87 des Magnetventils 85 wieder stromlos gemacht, so bringt die Schraubenfeder 110 den Anker 100 wieder in die gezeichnete Schließstellung, in der der Ventilsitz 82 a geschlossen ist, so daß ein weiterer Rückstrom von Kraftstoff aus der Steuerkammer 70 zur Kraftstoffkammer 96 endet. Bewegt sich der Kolben 11 durch den Druck im Brennraum 3 weiter nach oben, wird der Druck in der Steuerkammer 70 wieder steigen. Erreicht der Druck einen Wert von beispielsweise 14 616 kPa, so reicht er unterstützt durch die Kraft der Schraubenfeder 27 aus, um die Kraft infolge des Drucks im Brennraum 3 zu überwinden, ohne daß der Druck des Kraftstoffs in der Einspritzkammer mithilft. Etwas bevor dieser Druckpegel erreicht wird, endet die Aufwärtsbewegung des Kolbens und die Schraubenfeder 72 schließt das Ventil durch Abwärtsbewegen des Ventilkörpers 50, wodurch die Einspritzung des Kraftstoffs endet. Danach tritt ein statischer Zustand der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ein, bis der Druck im Brennraum erneut genügend abfällt, um den Kreislauf mit Füllen erneut zu beginnen.