DE3130442A1

DE3130442A1 - Pump- und einspritzvorrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3130442A1
Application number: DE19813130442
Authority: DE
Inventors: Louis 92310 Sevres Briand; André 78160 Marly le Roi Ecomard
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1981-07-23
Publication date: 1982-05-06
Also published as: GB2081380B; NL8103490A; PT73425B; FR2487434A1; IT1138869B; US4411238A; FR2487434B1; PT73425A; DE3130442C2; JPH0519032B2; IT8123124A0; DK329481A; GB2081380A; ES504237A0; DK155100B; JPS5751945A; DK155100C; BE889710A; CA1170520A; ES8205950A1

Description

Pump- und Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Pump- und Einspritzvorrichtung, die gleichzeitig für das Dosieren und Einspritzen von Brennstoff in eine Brennkraftmaschine sorgt.

Durch die deutsche Patentanmeldung 2 719 228 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, die es ermöglicht, in einen Motor ein unter Druck stehendes Gemisch aus Luft und Brennstoff einzuführen.

Durch die GB-PS 447 057 ist eine Brennstoffdosier- und Pumpvorrichtung bekannt geworden, bei der es notwendig ist, ein Ventil zwischen das Pumporgan und die Einspritzöffnung zwischenzuschalten; die US-PS 2 635 590 lehrt einen Nadelkolben, der in einer Bohrung in Verbindung mit den Einspritzöffnungen verschiebbar ist und für den Dosieren und Einspritzen des Brennstoffs während entgegengesetzter Verschiebungen des Kolbens erfolgen.

Diese bekannten Vorrichtungen ermöglichen es im allgemeinen nicht, zu einem bestimmten Augenblick mit Genauigkeit einen Einspritzbeginn oder ein Einspritzende zu erhalten.

Insbesondere durch die FR-PS 1 435 2 59 und 2 02 7 645 und durch die Veröffentlichung "Simulation of the Cummins Diesel Injection System" von Andrew ROSSELLI und Pat BAGDLEY, Angehörige der Society of Automotive Engineers (Nr. 710 5 70) ist ein Brennstoffinjektor mit einem Injektorkörper und einer Axialbohrung bekannt geworden, dessen Boden von wenigstens einer Brennstoffeinspritzöffnung durchbohrt ist. Eine Leitung zur Zuführung von

Brennstoff unter Druck mündet im Boden dieser Bohrung. Ein Tauchkolben oder Nadelkolben gleitet in dieser Bohrung zwischen einer ersten Stellung, in der dieser Kolben unter Abstand von dem Boden der Bohrung steht sowie einer zweiten bei Ende des Einspritzvorgangs erreichte Bohrung, in der das untere Ende des Tauchkolbens die Brennstoffeinspritzöffnungen verschließt.

Die Bewegungen des Kolbens werden sichergestellt durch eine Anordnung aus Nocke, Stößel, Ventilkipphebel und Rückstellfeder.

Mit einem solchen Injektor wird die eingespritzte Brennstoffladung geregelt, indem man die in die Bohrung über die Einlaßleitung zugeführte Brennstoffmenge dosiert. Entsprechend der Größe der einzuspritzenden Brennstoffmenge wird die Bohrung mehr oder weniger mit Brennstoff in dem Augenblick gefüllt, wo der Tauchkolben mit seinem Brennstoffverdrängerhub beginnt, indem er sich von der ersten in die zweite Stellung verschiebt. Hierzu wird die Brennstoffeinspritzöffnung bei variablem Druck als Funktion des Beschleunigungspedals und der Drehzahl des Motors gespeist. So variiert die in die Bohrung eingeführte Brennstoffmenge entsprechend dem Speisedruck und der Dauer der Dosierperiode, die umgekehrt proportional zur Drehzahl ist, darum"P-T-System" {Druckzeit) genannt.

Die Nachteile einer solchen Anordnung liegen einerseits in der Schwierigkeit, das Gleichgewicht der verschiedenen einzuspritzenden Mengen an einem Mehrzylindermotor auszugleichen, und zwar aufgrund der Wichtigkeit der Kalibrierung der in jeden Injektor einzuführenden Brennstoffmenge und andererseits liegen sie in der Einspritz-

Steuerung, d.h. einer Steuerung oder einer Servosteuerung, die vermittels des Speisedrucks erfolgt.

Das Dosierproblem für die Brennstoffladung wird nach der Erfindung dadurch gelöst, indem man eine Pump- und Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen realisiert, die mit einem eine Bohrung aufweisenden Gehäuse versehen sind, deren Boden mit wenigstens einer Brennstoffeinspritzöffnung in Verbindung steht, wobei wenigstens eine Brennstoffeinlaßleitung in die Bohrung über eine Speiseöffnung vorgesehen ist, wobei die Leitung mit einer Brennstoffquelle unter Druck verbunden ist und ein Kolben in der Bohrung zwischen zwei äußersten Stellungen gleitet, wobei das untere Ende des Kolbens die Einspritzöffnung in der ersten Stellung verschließt und unter Abstand zum Boden der Bohrung in der zweiten Stellung steht und die zum Einspritzen einer bestimmten Brennstoffmenge Dosiereinrichtungen aufweist, die bestehen aus:

a) wenigstens einer Speisenut, die in der Wandung des Kolbens ausgespart ist und an deren einspritzöffnungsseitigem Ende mündet, wobei diese Nut periodisch mit der Speiseöffnung bei Verschieben des Kolbens in Verbindung kommt und durch wenigstens eine bezüglich der Achse des Kolbens geneigte Kante begrenzt ist, wobei die Lage der geneigten Kante gegenüber der Speiseöffnung die Brennstoffeinspritzung steuert

'und

b) Regel- oder Einstelleinrichtungen für das Winkelintervall zwischen der Speiseöffnung und der geneigten Kante der Nut.

Nach einer ersten Ausführungsvariante umfassen die Dosiereinrichtungen im übrigen:

a) eine Förder- oder Druckbeaufschlagungsleitung für den Brennstoff, die in der"Bohrung über eine Abzugsöffnung mündet und

b) wenigstens eine Auslaßnut, die in der Wandung des Kolbens ausgespart ist und an deren öffnungsseitigem Ende mündet, wobei diese Auslaßnut periodisch mit der Auslaßöffnung in Verbindung steht: über wenigstens einen Bruchteil des Zeitraums, während dessen die Speiseöffnung mit der Speisenut in Verbindung steht, ist diese Auslaßnut durch eine geneigte Kante oder einen geneigten Rand, bezogen auf die Achse des Kolbens, begrenzt, wobei das Einspritzen des Brennstoffs vor sich geht, wenn der Kolben sich seiner ersten Stellung nähert. Die Speise- uns Abzugsöffnungen sind dann gleichzeitig verdeckt.

Nach einer zweiten mit der ersten der beiden vorhergehenden Aus führungsformen kombinierbaren Variante umfassen diese Dosiereinrichtungen auch noch:

a) eine zweite Zuführleitung, die in die Bohrung über eine zweite Speiseöffnung mündet, wobei diese Leitung den Brennstoff unter Druck, geliefert von der Brennstoffquelle,über ein Rückschlagventil aufnimmt und

b) eine zweite Speisenut, die in der Wandung des Kolbens ausgespart ist und an dessen einspritzöffnungsseitigem Ende mündet, wobei die zweite Einlaßnut dauernd mit der zweiten Speiseöffnung in Verbindung steht.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigen

Fig. 1 schematisch einen Schnitt die Vorrichtung nach der Erfindung in der Stellung bei Einspritzende;

Fig. 1A teilweise die gleiche Vorrichtung, wobei

der Tauchkolben unter Abstand von den Einspritzöffnungen steht;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II der Fig.

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Endes des Kolbens, der sich an seinem Ort im Gehäuse der Vorrichtung befindet;

Fig. 4 eine Abwicklung der Nut; die Figuren 5 bis 9 Abwicklungen mit den relativen

Stellungen der Speise- und AbzugsÖffnungen bezogen auf die Speise- und Abzugsnuten während eines Arbeitszyklus der Vorrichtung; und

die Figuren 10 bis 13 Ausführungsvarianten.

Die schematisch im Vertikalschnitt in Fig. 1 dargestellte Pump- und Einspritzvorrichtung umfaßt ein Gehäuse 1, in welchem eine Bohrung 2 ausgearbeitet ist. Das untere Ende 3 des Gehäuses ist von wenigstens einer Einspritzöffnung 4 durchbohrt, die mit der Bohrung 2 in Verbindung steht.

In dem Gehäuse vorgesehen ist weiterhin eine Einlaßleitung 5, die in die Bohrung 2 über eine Speiseöffnung 6 mündet. Die Leitung 5 ist über einen Kanal 7 mit einer unter Druck stehenden Brennstoffspeisequelle (nicht dargestellt) verbunden.

Eine Druckförderleitung 8 im Gehäuse 1 mündet über eine Auslaßöffnung 9 in die Bohrung 2. Diese Leitung 8 ist über einen Rückführkanal 10 mit der Brennstoffspeisequelle verbunden.

Ein Kolben, beispielsweise ein Nadelkolben it, gleitet in der Bohrung 2. Eine in Drehung versetzte Profilnocke 12 sorgt für die Bewegungen des Kolbens 11 gegen die Wirkung der Rückstelleinrichtungen, welche hier gebildet werden durch eine Feder 13, die sich einerseits gegen einen fest mit dem Gehäuse 1 verbundenen Hut und andererseits gegen eine Kapsel 15 in Anschlag gegen eine Schulter 16 des Kolbens 11 abstützt.

Der Kolben 11 bewegt sich so axial in der Bohrung 2 zwischen einer ersten Stellung (Tig· Ό> wo er sich gegen den Boden der Bohrung 2 legt und die Verbindung dieser Bohrung mit den· Einspritzleitungen 4 unterbricht und einer zweiten Stellung (Fig. 1A), wo er unter Abstand zum Boden der Bohrung 2 steht.

Der Kolben 11 kann um seine Achse durch einen Schwingarm 17 bzw. eine Regelstange in Drehung versetzt werden, deren Ende 17a (Fig. 2) von einem Bügel 18 betätigbar ist, der fest mit einem Gestänge 19 verbunden ist, das direkt oder indirekt vom Gaspedal des Motors aus steuerbar ist. Der Bügel 18 ist in einer Richtung parallel zur Achse der Bohrung 2 länglich ausgebildet und ermöglicht so die Axialverschiebung des Kolbens 11.

Der Kolben 11 trägt eine Speisenut 20 und eine Auslaßnut 21, wie sie perspektivisch in Fig. 3 dargestellt sind, wobei diese Nuten am Ende des Kolbens

münden, das auf der Seite der Einspritzöffnungen 4, d.h. auf der Seitenwand der Spitze des Kolbens 11 sich befindet.

In dem in Fig. 4 dargestellten Fall, die eine dieser Nuten in dsr Abwicklung erkennen läßt, sieht man, daß diese Nut eine Seite 20a, die geneigt bezüglich der Achse der Nadel 11 ist, aufweist und über eine Seite 20b verfügt, derart, daß in der zweiten Stellung (Fig. 1A) der Nadel 11 die Nuten 20 und 21 jeweils mit den Öffnungen 6 und 9 in Verbindung stehen.

Die Arbeitsweise der Pump-u. Einspritzvorrichtung ist schematisch in den Figuren 5 bis 9 wiedergegeben, wenn man berücksichtigt, daß die Winkelstellung θ des Kolbens 11, eingestellt wie oben durch den Schwingarm 17, über einen Funktionszyklus konstant bleibt und unter der Annahme, daß der Kanal 10 über einen Brennstoffrückführkreis mit der Brennstoffquelle verbunden ist und daß die relativen Stellungen der Öffnungen 6 und 9 bezüglich der Nuten 20 und 21 gleich sind.

Darüber hinaus wird angenommen, daß der Kolben 11 sich in der ersten Stellung entsprechend der der Fig. 1 befindet. Unter diesen Bedingungen, wie Fig. zeigt, stehen die Nuten 20 und 21 nicht mit den Öffnungen 6 und 9 in Verbindung.

Eine Drehung der Nocke 12 in der durch den Pfeil in Fig. 1 angedeuteten Richtung sowie die Wirkung der Feder 13 sorgen für eine Axialverschiebung des Kolbens 11 . Nach einer Bewegung C-. treffen die Öffnungen 6 und 9 auf die geneigten Seiten 20a und 21a der Nuten 20 und 21 (Fig. 6). Nunmehr, und während einer Verschiebung C₂ des Kolbens 11 stehen die Öffnungen und 9 mit den Nuten 20 und 21 in Verbindung. Der Brenn-

stoff unter Druck tritt in die Nut 20 über die öffnung 6 ein und fließt dann in die Bohrung 2, in die Nut 21 und tritt über die öffnung 9, wie es die Pfeile in Fig. 3 erkennen lassen, aus. Haben die Nuten 20 und 21 die zweite äußerste Stellung (Fig. TA und 7) erreicht, so kehrt sich die Bewegung des Kolbens 11 um-Unter der Wirkung der Nocke 12 erfolgt eine Verschiebung C, (Fig. 8), bei deren Ende die öffnungen 6 und 9 durch den Kolben abgedeckt sind und nicht mehr in Verbindung mit den Nuten 20 und 21 stehen. Dies ist im wesentlichen der Augenblick, daß die Einspritzung des Brennstoffs über die öffnungen 4 erfolgt. Diese Einspritzung erfolgt während der Bewegung C. des Kolbens (Fig. 9) der dann in seine erste Stellung (Fig. 5) zurückkehrt.

Aus dem Vorstehenden wird klar, daß die in die Zylinder des Motors eingespritzte Brennstoffmenge abhängt von der Winkelverstellung θ der Nuten 20 und 21 sowie der öffnungen 6 und 9.

Ausführungsvarianten sind im Rahmen der Erfindung möglich.

So ist es beispielsweise möglich, die Kanäle 7 und 10 parallel zur Zuführung des unter Druck stehenden Brennstoffs zu verbinden oder auch die Leitung 8 sowie die entsprechende Nut 9 fortfallen zu lassen, wobei die Brennstoffspeisung allein über den Kanal 7 erfolgt.

Den Kanten 20a und 21ä der Nuten 20 und 21 kann man auch unterschiedliche Neigungen geben, wie die Abwicklung,Fig. 10,erkennen läßt.

Nach einer in den Figuren 11 und 12 schematisierten Ausführungsvariante sind die öffnung 9 sowie die Nut

21 ersetzt durch eine zweite Speiseöffnung 6', die mit der Brennstoffspeisung über ein Rückschlagventil

22 (Fig. 12) und über eine Nut 20' verbunden ist, deren Profil derart ist (Fig. 11), daß sie dauernd in Verbindung mit der öffnung 6' verbleibt. So beginnt das Füllen der Bohrung 2, sobald der Kolben 11 sich aus seiner in Fig. 12 dargestellten Lage entfernt.

Nach einer weiteren in Fig. 13 dargestellten Ausführungsvariante, bei der es sich um die Abwicklung des Kolbens 11 handelt, kombiniert man die Ausführungsformen der Figuren 1 und 11, d.h., daß der Kolben mit zwei Einlaßöffnungen 6 und 6' versehen wird, die zwei Speisenuten 20 und 20' entsprechen, wobei die zweite Nut dauernd in Verbindung mit der öffnung 6', mit Brennstoff über ein Rückschlagventil gespeist, verbleibt und wobei eine Abzugsöffnung 9 periodisch mit der Auslaßnut 21 in Verbindung kommt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, bei denen mehrere in die Bohrung 2 mündende öffnungen sowie entsprechende vom Kolben 11 getragene Nuten vorgesehen sind, ist es möglich, diese öffnungen auf unterschiedlichen Niveaus der Vorrichtung anzuordnen.

Bei den in zwei Einlaßöffnungen verwendenden Ausführungsformen können diese Öffnungen mit ein und der gleichen Brennstoffquelle oder zwei unterschiedlichen Brennstoffquellen vereinigt sein.

Claims

Pump- und Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen

PATENTANSPRÜCHE

\.l Pump- und Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem mit einer Bohrung (2) versehen Gehäuse (1), wobei der Boden der Bohrung mit wenigstens einer Brennstoffeinspritzöffnung (4) in Verbindung steht; wenigstens einer Brennstoffzuführleitung (5), die in die Bohrung (2) über eine Speiseöffnung (6) mündet, wobei die Leitung (5) mit einer unter Druck stehenden Brennstoffquelle verbunden ist; einem Kolben (11) in der Bohrung (2), der zwischen einer äußersten Stellung, in der er die Einspritzöffnung (4) verschließt und einer zweiten äußersten Stellung, in der er unter Abstand zum Boden der Bohrung (2) steht, sich bewegt; und mit Dosiereinrichtungen, die es ermöglichen, eine bestimmte Brennstoffmenge einzuspritzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinrichtungen umfassen:

a) wenigstens eine in der Wandung des Kolbens (11) ausgearbeitete Speisenut (20), die an dessen einspritzöffnungsseitigem Ende mündet, wobei die Nut (20) periodisch mit der Speiseöffnung (6) bei Verschiebung des Kolbens (11) in Verbindung steht und wenigstens eine bezüglich der Achse des Kolbens (11) geneigte Kante (20a) aufweist, deren Lage bezüglich der Speiseöffnung (6) die Brennstoffeinspritzung steuert, und

b) Regel- und Einstelleinrichtungen (17) für das Winkelintervall zwischen Speiseöffnung (6) und der geneigten Kante (20a) der Nut (20).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß diese Stell- und Regeleinrichtungen für das Winkelintervall so ausgebildet sind, daß sie für die Drehung des Kolbens (11) um seine Achse als Funktion der Beschleunigungssteuerung des Motorssorgen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinrichtungen umfassen:

a) eine in die Bohrung (2) über eine Abzugsöffnung (9) mündende Förderleitung (8),

b) wenigstens eine in der Wandung des Kolbens (11) ausgearbeitete Auslaßnut (21), die an dessen einspritzöffnungsseitigem Ende mündet, wobei die Auslaßnut (21) periodisch mit der Abzugsöffnung (9) wenigstens über einen Zeittakt in Verbindung steht, währenddessen die Speiseöffnung (6) mit der Speisenut (20) in Verbindung steht, wobei die Aulaßnut (21) durch eine bezüglich der Achse des Kolbens (11) geneigte Kante (21a) begrenzt ist und die Brennstoffeinspritzung erfolgt, wenn Speise- und Auslaßnuten gleichzeitig durch die Wandung des Kolbens (11) geschlossen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigten Kanten (20a und 21a) der Speise- (20) und Auslaßnut (21) über die gleiche Neigung bezüglich der Achse des Kolbens (11) verfügen und daß die Stellungen von Speiseöffnung (6) und Auslaßöffnung (9) jeweils bezüglich Speisenut (20) und Auslaßnut (21) gleich sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die geneigten Kanten (20a und 21a) von Speisenut (20) und Auslaßnut (21) über unterschiedliche Neigungen,bezogen auf die Achse des Kolbens (11), verfügen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Dosiereinrichtungen umfassen:

a) eine zweite Einlaßleitung (5¹), die in die Bohrung (2) über eine zweite Speiseöffnung (6') mündet_, wobei diese Leitung (5') den Brennstoff unter Druck aufnimmt, der von der Brennstoffquelle über ein Rückschlagventil geliefert wird und

b) eine zweite Speisenut (20') in der Wandung des Kolbens (11), die an dessen einspritzöffnungsseitigem Ende mündet, wobei die zweite Einlaßnut (5') dauernd mit der zweiten Speiseöffnung (6') in Verbindung steht.