DE3245142A1

DE3245142A1 - Verfahren und vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff

Info

Publication number: DE3245142A1
Application number: DE19823245142
Authority: DE
Inventors: Werner 7016 Gerlingen Faupel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-12-07
Filing date: 1982-12-07
Publication date: 1984-06-07
Also published as: JPH0433990B2; GB8332464D0; GB2131485A; JPS59110854A; GB2131485B; US4633836A

Description

R. 13252

22.11.1982 Bö/Ja

Robert Bosch GmbH, 700G Stuttgart 1

Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß der Gattung des Hauptanspruchs aus. Ein solches Verfahren ist durch eine durch die DE-AS 1 260 865 bekannte Einrichtung durchführbar. Hier ist in der Kraftstoffleitung zur Kraftstoffeinspritzduse ein Kolben eingepaßt, der eine mit einer Drossel, versehene Längsbohrung aufweist, durch die die Leitungsteile vor und nach dem Kolben verbunden sind. Der Kolben weist Steuerkanten auf, durch die eine Entlastungsleitung mit der Kraftstoffeinspritzleitung stromabwärts des Kolbens verbindbar ist. Bei Druckanstieg in der Einspritzleitung wird der Kolben zunächst infolge der Drosselwirkung der Drossel so weit verschoben, bis die Steuerkante am Kolben die Entlastungsleitung öffnet. Innerhalb dieses Bereiches erfolgt eine Voreinspritzung, die durch Aufsteuerung der Entlastungsleitung beendet wird. Bei weiterer Förderung von Kraftstoff in die Kraftstoffeinspritzleitung wird der Kolben weiterverschoben und dabei die Entlastungsleitung' wieder verschlossen. Zugleich wird ein zusätzlicher Verbindungsquerschnitt zwischen stromaufwärts des Kolbens liegendem Teil der Kraf tstof feinspri r,zieitung und stromabwärts liegendem Teil der Kraftstoffeinspritzleitung her-

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gestellt, so daß nunmehr die Haupteinspritzung mit größerer Einspritzrate erfolgen kann. Diese Einrichtung dient speziell dazu, durch gesteuerte variable Einspritzraten eine ruhige Verbrennung zu erzielen.

Bei Brennkraftmaschinen dagegen, bei denen der Kraftstoff direkt in den Hauptbrennraum eingespritzt wird und die.auf hohe Nenndrehzahl ausgelegt sind, wird für eine ausreichende Verbrennung gefordert, daß bei niedriger Drehzahl hohe Einspritzdrücke zum Einsatz kommen. Das bedingt relativ kleine Düsenquerschnitte. Diese Ausführung führt zu Schwierigkeiten bei Nenndrehzahl der Brennkraftmaschine, weil auch hier kurze Sinspritzzeiten gefordert werden. Ferner wird ein schnelles Nadelschließen benötigt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß hiermit bei Erreichen des maximalen Einspritzdrucks bzw. kurz nach Überschreiten des maximalen Einspritzdrucks der am Ventilschließglied anstehende Druck sehr schnell abgebaut wird, so daß es zu einem schnellen Schließen des Einspritzventils und zu einer Verkürzung der Einspritzzeit kommt.

Durch die im Anspruch 2 und in den nachfolgenden Unteransprüchen gekennzeichneten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen werden vorteilhafte Ausgestaltungen zur Durchführung des obengenannten Verfahrens zur Verfügung gestellt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung

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b -

näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Ausführungsform des Ausführungsbeispiels in vereinfachter Darstellung, Figur 2 ein Diagramm des Hubs der Einspritzventilnadel über den Drehvinkel und Figur 3 ein Diagramm des Einspritzdrucksverlaufs über den Drehwinkel.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Schematisch vereinfacht ist in Figur 1 eine Kraftstoffeinspritzpumpe 1 dargestellt, die der Versorgung einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine dient. Die Zylinder der Brennkraftmaschine werden über Einspritzventile mit Kraftstoff versorgt, von denen ein Einspritzventil 2 im Teilschnitt dargestellt ist. Dieses wird über eine Kraftstoffeinspritzleitung k von der Kraftstoffeinspritzpumpe 1 periodisch mit zugemessenen Kraftstoffeinspritzmengen versorgt. Das Einspritzventil weist in an sich bekannter Weise als Ventilschließglied eine Ventilnadel 5 auf, die kegelförmig zugespitzt mit einem Ventilsitz β im Einspritzventilkörper T zusammenarbeitet. Ein Teil 8 des kegelförmigen Endes der Ventilnadel 5 ist als Druckschulter ausgebildet und ragt in einen Kraftstoffdruckraum 9, so daß bei Beaufschlagung des Kraftstoffdruckraumes mit Kraftstoffdruck die Ventilnadel entgegen der Kraft einer nicht dargestellten Feder angehoben wird und nach Freigabe des Ventilsitzes 6 eine Verbindung zwischen Kraftstoff druckraum 9 und Einspritzöffnungen 10 hergestellt wird, so daß Kraftstoff zur Abspritzung in den Brennraum gelangen kann. Insofern arbeitet da3 Einspritzventil 2 in an sich bekannter Weise. Weiterhin zweigt vom Kraftstoffdruckraum eine Verbindungsleitung 12 ab, die in einem Druckraum i'u mündet, der durch eine erste Stirnseite 15 eines Stufenkolbens 1-6 in einem Zylinder 17 eingeschlossen wird. Dieser kann, wie gezeigt, dadurch gebildet werden, daß in einen Zylinder 20 mit großem Durchmesser ein Ringzylinder

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eingepreßt wird, dessen Innenbohrung den im Durchmesser kleineren Teil 23 des Stufenzylinders bildet. Die erste Stirnseite 15 des Stufenkolben ist dabei die äußere Stirnseite eines im Durchmesser größeren ersten Stufenkolbenteils 19, der in dem entsprechend im Durchmesser größeren ersten Zylinderteil 20 des Stufenzylinders 17 dicht -verschiebbar ist. Auf der der ersten Stirnseite 15 gegenüberliegenden Seite geht der erste Stufenkolbenteil 19 über in den koaxial sich fortsetzenden zweiten Stufenkolbenteil 22, der in den zweiten Teilzylinder 23 des Stufenzylinders 17 eintaucht. Auch der zweite Zylinder 23 ist stirnseitig geschlossen und bildet dort im Überdeckungsbereich mit dem zweiten Stufenkolbenteil 22 einen Ventilsitz 2h, der mit der äußeren Stirnseite 25 des zweiten Stufenkolbenteils 22, der zugleich als Ventilschließglied dient, ein Ventil bildet. Von der Zylinderwand des zweiten Zylinders 23 am äußersten stirnseitigen Ende des zweiten Zylinders zweigt eine -Entlastungsbohrung 26 ab, die zu einem Kraftstoff vorratsbehälter 27 führt. Dies kann der Vorratsbehälter sein, aus dem auch die Kraftstoffeinspritzpumpe 1 mit Kraftstoff versorgt wird.

Der Stufenkolben 16 weist eine Längsbohrung 29, durch die der Druckraum 1k mit dem zweiten Zylinder 23 verbindbar ist. In der Längsbohrung ist ein Rückschlagventil 30 angeordnet, das in Richtung zum zweiten Zylinder 23 hin öffnet. Das Rückschlagventil liegt möglichst dicht am ventilsitzseitigen Ende des zweiten Stufenkolbenteils 22.

Weiterhin wird bei Anlage der äußeren Stirnseite 25 auf dem auch als Anschlag dienenden Ventilsitz 2U zwischen dein ersten Stufenkolbenteil 19 und dem verbleibenden Teil des ersten Zylinders 20 ein Ringraum 32 gebildet, in dem koaxial zum Stufenkolben 16 eine sich am ersten Stufenkolbenteil 19 abstützende Rückstellfeder 33 eingespannt ist. Der

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Ringraum 32 wird ferner mit dem Druckraum 1h über eine Verbindungsbohrung 3^+ verbunden, in der ein in Richtung Ringraum öffnendes Rückschlagventil 35 angeordnet ist. Weiterhin ist der Ringraum über eine Bohrung 3? mit dem ventilsitznahen Ende des zweiten Zylinders 23 verbindbar.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Sobald von der Einspritzpumpe 1 Kraftstoff für die Einspritzung in die Kraftstoffeinspritzleitung h gefördert wird, steigt der Druck im Kraftstoffdruckraum 9 an, was Figur 3 entnehmbar ist. Ab einem bestimmten Druck wird die Ventilnadel 5 angehoben, und zwar soweit, bis sie in eine maximale Öffnungsstellung A gebracht ist. Diesen Zusammenhang kann man der Figur 2 entnehmen. Vor dem Beginn des Druckanstiegs befindet sich der Stufenkolben 19 in seiner obersten Stellung, bei.der die Rückstellfeder 33 maximal entspannt ist. Mit der äußeren Stirnseite 25 hat weiterhin der zweite Stufenkolbenteil 22 die Bohrung 37 geöffnet, so daß der Ring"-raum 32 entlastet ist. Das Rückschlagventil 35 verhindert ein weiteres Abfließen von Kraftstoff aus der Verbindungsleitung 12 und dem Kraftstoffdruckraum 9. Dazu ist zu sagen, daß die Verbindungsleitung 12 möglichst kurz gehalten werden soll.

Mit Beginn des Druckanstiegs wird der Stufenkolben bis zum Anschlag an den Ventilsitz 2h verschoben, wobei sich im Ringraum 32 derselbe Druck einstellt, der auch im Druckraum 1k bzw. im Kraft stoffdruckraum ? herrscht. In dieser Position wird der Stufenkolben mit einer resultierenden Kraft, die sich aus der Druckfläche des zweiten Stufenkolbenteils 22 abzüglich der Rückstellkraft der Feder 33 ergibt, auf den Ventilsitz 2^ gepreßt, so daß eine Verbindung zur Entlastungsbohrung 26 unterbunden ist.

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Sinkt nun nach Überschreiten des Spitzeneinspritzdrucks S (siehe Figur 3) ier Sinspritzdruck gegen Ende der Einspritzperiode wieder ab, erreichen die in Öffnungsrichtung des Ventils 25/2U wirkenden Kräfte,-der Druck auf die Ringfläche des ersten Stufenkolbenteils 19 im Ringraum 32 und die Rückstellkräfte der Rückstellfeder 32 in Punkt E (Figur 3) einen Wert, der größer ist als die zuvor bestehende Schließkraft. In diesem Augenblick wird der Stufenkolben vom Ventilsitz 2k abgehoben und die Verbindung zwischen der Längsbohrung 29 und der Entlastungsbohrung 26 hergestellt. Durch die Entlastung öffnet das Rückschlagventil 30, so daß der Druckraum 1U in der Folge mit der Entlastungsbohrung 26 verbunden ist und sich der Druck an der Ventilnadel 5 durch zusätzlich abströmenden Kraftstoff sehr schnell abbauen kann. Das hat zur Folge, daß die Ventilnadel sehr schnell ihren Schließvorgang am Ende der Einspritzung durchführen kann, was mit der in den Figuren 2 und 3 gestrichelt eingezeichneten Linie a angedeutet ist.

Insgesamt erhält man ein schnelleres Schließen der Ventilnadel, so daß das durchschnittliche Druckniveau während des Sinspritzvorgangs gegenüber bekannten Ausführungen erhöht ist. Dies wirkt im Sinne einer besseren Verbrennung bei Direkteinspritzer-Brennkraftmaschinen. Die Spritzdauer wird verkürzt, weil nur noch während der Förderphase der Einspritzpumpe eingespritzt wird. Mit der Erkennung der Druckuakehr wird das Förderende der Einspritzpumpe erkannt. Die Einrichtung arbeitet dabei als hydraulischer Schwellwertschalter, durch den nicht nur das Erreichen eines bestimmten abfallenden Druckniveaus erkannt wird, sondern durch den in diesem Punkt ein schlagartiges Zuschalten von den weiteren Druckabbau beschleunigenden Mitteln erzielt wird. Diese Mittel sind in diesem

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speziellen Ausführungsbeispiel das im Schaltpunkt erfolgende öffnen der den Druckraum 1U bzw. Kraftstoffdruckraum 9 entlastenden Entlastungsbohrung 26.

Die beschriebene Einrichtung kann auch ohne eine Feder 33 im Ringraum'32 verwirklicht werden bei einem etwas abgewandelten «eitverhalten. In diesem Fall kommt bei Druckanstieg im Druckraum 1h der Stufenkolben sehr schnell zur Anlage an den Ventilsitz 2h . Sinkt der Druck im Druckraum 1U ab und überwiegt die Kraft, die aus der Druckbelastung des Stufenkolbens vom im Ringraum 32 eingeschlossenen Druck resultiert, so wird das Ventil 2U/25 geöffnet und die weitere Entlastung in der Wirkungsart eines Schwellwertschalter^ beschleunigt.

Weiterhin kann zur Stabilisierung des Stufenkolbens in seiner Endlage am Ventilsitz 2h eine in diese Richtung wirkende schwache Stellfeder am Stufenkolben angreifen, wobei nach Druckumkehr im Druckraum 1U der im Ringraum 32 gespeicherte Druck gegen diese Feder das Ventil 2U/25 öffnet.

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Claims

R. 18252

22.11.1982 Bö/Jä

Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

1./Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff mit einer■Kraftstoff einspritzpumpe (1) und einem Kraftstoffeinspritzventil (2), dessen Ventilschließglied (5) durch den Druck des zur Einspritzung zugeführten Kraftstoffes entgegen einer Rückstellkraft geöffnet wird, wobei der Einspritzverlauf des Einspritsvorgangs durch Entnahme von Kraftstoff beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, däß ein die Druckumkehr des Drucks an dem Kraftstoffeinspritzventil am■· Ende der Kraftstoff örderung durch die Kraftstoffeinspritzpumpe erkennender hydraulischer Schwellwertschalter vorgesehen ist, über den am Ende der Einspritzung zum schnellen Druckabbau Kraftstoff in einen Entlastungsraum abgeführt wird.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe und einem Kraftstoffeinsprit zventil, das eine sich unter dem Druck des zur Einspritzung von der Kraftstoffeinspritzpumpe zugeführten Kraftstoffs entgegen eine Rückstellkraft öffnendes Ventilschließglied (5) aufweist und mit einem den Einsprit zverlauf beeinflussenden Kolben (16), dessen eine Stirnseite (15) in einem Zylinder (20) einen Druckraum (1M einschließt, der vom Druck des von der Kraftstoffe einspritzpumpe geförderten Kraftstoff beaufschlagt ist,

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der bis an einen Anschlag (2U) verschiebbar ist und durch den eine Entlastungsöffnung (26) steuerbar ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit seiner anderen Stirnseite (25) und zusammen mit der entsprechenden als Kolbenanschlag dienenden Stirnseite (2U) des Zylinders (17) ein Ventil bildet, durch das eine vom Zylinder abführende Entlastungsbohrung (26) steuerbar ist, die beim Abheben des Kolbens von der Stirnseite (2U) über eine Längsbohrung (29) im Kolben mit dem Druckraum (1U) verbindbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Längsbohrung (29) ein in Richtung Entlastungsbohrung (26) öffnendes Rückschlagventil (30) angeordnet ist.

U. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 oder 3,. dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als Stufenkolben (17) ausgebildet ist mit einem im Durchmesser größeren ersten Stufenkolbenteil (19) und einem im Durchmesser kleineren, zweiten Stufenkolbenteil (22) und der Stufenkolben in einem Stufenzylinder (17) mit einem im Durchmesser größeren ersten Zylinder (20) und einem sich anschließenden im Durchmesser kleineren zweiten Zylinder (23) verschiebbar angeordnet ist,, wobei der erste Stufenkolbenteil ■(19) ait seiner Stirnfläche (15) den Druckraum (1U.) im ersten Zylinder (20) einschließt und die Stirnseite (25) des zweiten Stufenkolbenteils (22) mit der Stirnseite (2U) des zweiten Zylinders (23) das Ventil bildet.

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5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem ersten Zylinder (20) vom ersten Stufenkolbenteil (19) und einem Teil des zweiten Stufenkolbenteils (22) eingeschlossene Ringraum (32) über eine ein in Richtung Ringraum öffnendes Rückschlagventil (35) enthaltende Verbindungsbohrung 3k mit dem Druckraum verbindbar ist.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, da- -^ durch gekennzeichnet, daß im Ringraum (32) eine auf den Stufenkolben wirkende Stellfeder (33) angeordnet ist.

T. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum über eine Verbindungsbohrung (37) niit dem der Zylinderstirnseite (2U) benachbarten Teil des zweiten Zylinders (23) verbindbar ist und die Einmündung der Verbindungsbohrung (37) durch den zweiten Stufenkolbenteil (22) steuerbar ist.

8. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß in dem Druckraum ( 11+) eine auf den Stu- f^ fenkolben wirkende Druckfeder angeordnet ist.