DE3407261A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents
BrennstoffeinspritzvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
für Verbrennungsmotoren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Brennstoffeinspritzvorrichtung,
bei der eine Brennstoffeinspritzeigenschaft oder eine Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit entsprechend
dem Betriebszustand des Motors gesteuert werden kann.
Im allgemeinen hängt die Leistung eines Verbrennungsmotors in großem Maße von dem Verfahren der Brennstoffeinspritzung
ab, die in der Verbrennungskammer verwendet •wird. Insbesondere bei einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung
beeinflußt die Geschwindigkeit der Brennstoff-
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■*· einspritzung in die Verbrennungskammer direkt die Zündfähigkeit
des Brennstoffes und daher in großem Maße' die Motorleistung.
° Beispielsweise erzeugt ein Dieselmotor beim Leerlauf
mehr Verbrennungsgeräusch als ein Benzinmotor. Das Leerlaufgeräusch
des Dieselmotors wird üblicherweise durch Verlängern der Dauer der Brennstoffeinspritzung ohne
Verminderung der Menge an eingespritztem Brennstoff reduziert. Auch ist es effektiver, einen Motor bei mittlerer
oder hoher Drehzahl zu betreiben, wenn die Einspritzgeschwindigkeit nicht nur vor der Zündung des Brennstoffs
in der Verbrennungskammer niedrig gehalten wird, sondern wenn sie auch schlagartig bei der Zündung erhöht wird.
Auf diese Weise wird der Brennstoff effizienter in der Verbrennungskammer verbrannt und eine hohe Leistungsabgabe
wird erhalten.
Aus der voranstehenden Erläuterung ergibt sich, daß die Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von
dem gegebenen Betriebszustand des Motors gesteuert werden muß, so daß das Verbrennungsgeräusch während des
Leerlaufs herabgesetzt wird und daß die Leistungsabgabe des Motors erhöht wird, wenn der Motor im mittleren oder
hohen Drehzahlbereich betrieben wird.
Als eine Einrichtung zur Steuerung der Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit
in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors sind Verteiler-Brennstoffeinspritzpumpen
bekannt, wie beispielsweise aus den japanischen Gebrauchsmustern 161173/81 und 161175/81. Diese üblichen
Brennstoffeinspritzpumpen sind mit einem Verteilerkolben versehen, in welchem die Menge an gefördertem Brennstoff
pro Hubwegeinheit, d. h. die Brennstoffördergeschwindigkeit, variabel ist. Der Verteilerkolben weist erste
und zweite Druckflächen auf, welche zur Förderung des Brennstoffes benutzt werden. Die erste Druckfläche kann
zur Förderung des Brennstoffes während des gesamten Druckhubes benutzt werden, während die zweite Druckfläche zur
Förderung des Brennstoffes benutzt werden kann, nur wenn der Verteilerkolben einen vorbestimmten Punkt des Druckhubes
erreicht. Gemäß diesem Stand der Technik haben daher Brennstoffeinspritzpumpen mit derartigen Verteilerkolben
einen kurzen effektiven Druckhub, wenn der Motor bei niedriger Drehzahl, wie beispielsweise dem Leerlauf,
betrieben wird. Während des Leerlaufs kann nur die erste Druckfläche des Kolbens zur Brennstofförderung verwendet
werden. Wenn daher der Motor bei niedriger Drehzahl betrieben wird, ist die Menge an gefördertem Brennstoff
gering, d. h., daß die Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit niedrig ist. Wenn der Motor bei mittlerer oder hoher
Drehzahl betrieben wird, ist der effektive Druckhub des Verteilerkolbens auf der anderen Seite lang und sowohl
die erste und die zweite Druckfläche des Verteilerkolbens werden zur Förderung von Brennstoff verwendet. Wie im
Anfangszustand des effektiven Druckhubes des Verteilerkolbens ist die Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit niedrig.
Wenn ein vorbestimmter Punkt in der Endphase des effektiven Druckhubes erreicht wird, kann die Brennstoffördergeschwindigkeit
erhöht werden, wodurch die Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit
angehoben wird.
Bei den zuvor beschriebenen üblichen Brennstoffeinspritzpumpen
wird die Leistungsabgabe des bei mittleren und hohen Drehzahlen arbeitenden Motors etwas erhöht. Jedoch
ist diese Verbesserung aus dem folgenden Grund nicht ausreichend. Da die Menge an Brennstoff, die bei der Einspritzgeschwindigkeit
bei mittleren und hohen Drehzahlen benötigt wird, steigt, was seinen Grund im Druckhub des
Verteilerkolbens hat, kann die Brennstoffeinspritzge-
schwindigkeit selbst aufgrund des sich ändernden Betriebszustandes
des Motors nicht gesteuert werden.
Darüber hinaus wird bei den bekannten Brennstoffeinspritzpumpen
die Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit bei niedrigen
Drehzahlen einfach abgesenkt und die Brennstoffeinspritzmenge wird unvermeidlicher Weise reduziert, was
zum Klopfen des Motors führt.
Unter Berücksichtigung dieser Umstände ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
zu schaffen, die eine optimale Steuerung der Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von
den sich ständig ändernden Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotores ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß vorliegender Erfindung ist die Auslaßeinrichtung zum Auslassen des Fluides in die Fluidkammer vorgesehen.
Daher kann der Kolben in einer Richtung bewegt werden, so daß das Volumen der Brennstoffpumpkammer erhöht wird,
wenn ein beträchtlicher Teil des Fluides in der Fluidkammer herausgeleitet wird, wenn sich der Motor beispielsweise
in einem Betriebszustand mit niedriger Drehzahl befindet.
Als Ergebnis davon kann die Brennstoffördergeschwindigkeit
OQ von der Brennstoffpumpkammer abgesenkt werden, so daß
die Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit vermindert werden kann. Zur gleichen Zeit kann des Verbrennungsgeräusch
des Motors effektiv durch Verlängern der Einspritzdauer in der gleichen Weise vermindert werden, wie im Falle der
or bekannten Brennstoffeinspritzvorrichtung, wodurch eine
Verminderung der Einspritzmenge aufgrund einer Herabsetzung der Einspritzgeschwindigkeit verhindert wird.
Wenn der Motor bei mittlerer oder hoher Drehzahl betrieben wird, wird die Bewegung des Kolbens in einer derartigen
Richtung, daß das Volumen der Brennstoffpumpkammer erhöht wird, was der Auslaßmenge an Brennstoff bzw.
Fluid aus der Fluidkammer entspricht, durch Verminderung der Auslaßmenge begrenzt. In der Anfangsphase der Einspritzperiode
ist daher die Einspritzgeschwindigkeit niedrig wie im Falle der Betriebsweise bei niedriger
Drehzahl. In der Endphase der Einspritzperiode jedoch kann die Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit durch Erhöhen
der Brennstoffördergeschwindigkeit erhöht werden.
Eine gewünschte Brennstoffeinspritzgeschwindigkeits-Charakteristik
kann nämlich erhalten werden, wenn sich der Motor in einem mittleren oder hohen Drehzahlbereich
befindet.
Daher kann gemäß vorliegender Erfindung die gewünschte Brennstoffeinspritzgeschwindigkeits-Charakteristik für
den gesamten Bereich der Motordrehzahl durch kontinuierliches Variieren der Menge an Brennstoff erreicht werden,
die aus der Fluidkammer gemäß dem Betriebszustand des Motors ausgelassen wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von
Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Teiles einer Verteiler-Brennstoffeinspritzpumpe
gemäß einer Ausführungsform vorliegender Erfindung,
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Steuereinrichtung
und eines Verteilerkopfes der Brennstoffeinspritzpumpe gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine teilweise perspektivische Darstellung eines Kolbens der Brennstoffeinspritzpumpe gemäß · ι
Fig. 1,
Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines Steuerkolbens der Steuereinrichtung gemäß Fig. 2,
Fig. 5 charakteristische Kurven der Brennstoffeinspritzmenge
der Brennstoffeinspritzpumpe gemäß Fig. 1,
Fig. 6 charakteristische Kurven der Brennstoffein-
spritzgeschwindigkeit der Brennstoffeinspritzpumpe
gemäß Fig. 1,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines Verteilerkolbens und einer Steuereinrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 charakteristische Kurven der Brennstoffördermenge,
die bei der Verwendung der Steuereinrich
tung gemäß Fig. 7 erhalten werden,
Fig. 9 charakteristische Kurven der Brennstoffein-
spritzgeschwindigkeit, die bei Verwendung der gO Steuereinrichtung gemäß Fig. 7 erhalten werden,
Fig. 10 eine Schnittdarstellung eines Verteilerkolbens und einer Steuereinrichtung einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 11 eine Schnittdarstellung eines Verteilerkopfes
und einer Steuereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 12 charakteristische Kurven der Brennstoffördermenge,
die bei Verwendung der Steuereinrichtung gemäß Fig. 11 erhalten werden, und
Fig. 13 charakteristische Kurven der Brennstoffein-
spritzgeschwindigkeit, die bei Verwendung der Steuereinrichtung gemäß Fig. 11 erhalten werden.
Die Fig. 1 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 1 ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung dargestellt, die im vorliegenden
Fall als Verteiler-Brennstoffeinspritzpumpe ausgebildet
ist.
Die Brennstoffeinspritzpumpe weist ein Pumpengehäuse 1
auf, welches eine Brennstofförderkammer 2 begrenzt. Eine
Antriebswelle 3 ist drehbeweglich im Pumpengehäuse 1 gelagert. Ein Ende der Antriebswelle 3 erstreckt sich aus
dem Pumpengehäuse 1 heraus und ist mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, wie
beispielsweise eines Dieselmotors, über eine nicht näher
dargestellte Antriebskraft-Übertragungseinrichtung ver-25
bunden. Daher wird die Antriebswelle 3 synchron zum Verbrennungsmotor
gedreht. Eine Förderpumpe 4 ist mit einem Bereich der Antriebswelle 3 verbunden. Bei Drehung der
Antriebswelle 3 wird die Förderpumpe 4 angetrieben, um Brennstoff von einem nicht näher dargestellten Brenn-
stofftank zur Brennstofförderkammer 2 zu fördern. Es ist zu
erwähnen, daß der Druck in der Brennstofförderkammer 2 sich gemäß der Drehzahl des Motors ändert.
Ein Kolben bzw. Plunger 5 ist mittels einer Kupplung 6
mit dem anderen Ende der Antriebswelle 3 verbunden, wel-
ehe sich in das Pumpengehäuse 1 erstreckt. Die Kupplung
6 verbindet die Antriebswelle 3 und den Kolben 5, so daß die Drehung der Antriebswelle 3 mit dem Kolben 5 synchronisiert
wird und so daß der Kolben 5 axial gegen die Antriebswelle 3 bewegt wird. Der Kolben 5 ist gleitbeweglich
in einer Zylinderausnehmung 7 eines Verteilerkopfes 8 angeordnet. Der Verteilerkopf 8 ist an der,
äußeren Wand des Pumpengehäuses 1 flüssigkeitsdicht?
befestigt.
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Eine Plankurvenscheibe 9 ist an dem Endbereich des Kolbens 5 befestigt, der an die Kupplung 6 angrenzt.
Mitnehmerrollen 10 eines Rollenhalters rollen auf der Mitnehmerfläche 11 der Plankurvenscheibe 9. Wenn die
Plankurvenscheibe aufgrund der Drehung der Antriebswelle 3 gedreht wird, wird die Mitnehmerfläche 11 in Gleitkontakt
mit den Mitnehmerrollen 10 durch die Kraft einer Speicherfeder 9a gebracht, wodurch die Plankurvenscheibe
9 durch Bewegung entlang der Axialrichtung der Antriebswelle 3 hin- und herbewegt wird. Mit anderen Worten dreht
der Kolben 5 und bewegt sich in der Zylinderausnehmung 7 hin und her, wenn sich die Antriebswelle 3 dreht. Der
Kolben 5 bewegt sich mit einer Zahl von Hin- und Herbewegungen, welche der Zahl der Zylinder entspricht, die
in einem Verbrennungsmotor während einer Umdrehung betrieben werden. Das Innere der Zylinderausnehmung 7 ist
als Pumpkammer 12 vom Kolben 5 bestimmt. Die Pumpkammer 12 ist in Fig. 2 dargestellt.
Eine Mehrzahl von Ansaugnuten 13 ist in gleichen Abständen entlang der Außenfläche des Kolbens 5 angeordnet.
Die Ansaugnuten 13 stehen mit der Pumpenkammer 12 in Verbindung. Die Ansaugnuten 13 können auch selektiv mit einem
Einlaßkanal 14 in Verbindung treten, der im Vertei-
Ab
lerkopf 8 zu einem vorbestimmten Winkel bezüglich des
Kolbens 5 angeordnet ist. Der Einlaßkanal 14 steht ständig mit der Brennstofförderkammer 2 in Verbindung.
Ein Verbindungskanal 15 ist im Kolben 5 angeordnet, wobei sich der Verbindungskanal 15 entlang der Achse des
Kolbens 5 erstreckt. Der Verbindungskanal 15 steht mit der Pumpkammer 12 in Verbindung. Eine Verteilernut 16
ist im Mittelbereich der Außenfläche des Kolbens 5 angeordnet. Die Verteilernut 16 steht mit dem Verbindungskanal 15 in Verbindung. Die Verteilernut 16 kann auch
mit einem Ausströmkanal von einer Mehrzahl von Ausströmkanälen 17 in Verbindung stehen, die im Verteilerkopf 8
angeordnet sind. Die Zahl der Ausströmkanäle 17 ist gleich der Zahl der Zylinder des Motors. Nur einer der
Ausströmkanäle 17 ist in Fig. 1 dargestellt. Jeder der Ausströmkanäle 17 ist mit einer Brennstoffeinspritzdüse
über ein Förder-Steuerorgan verbunden. Weder die Brennstoffeinspritzdüse
noch das Förder-Steuerorgan sind in Fig. 1 dargestellt.
Der Verbindungskanal kann auch mit der Brennstofförderkammer
2 über Überströmöffnungen 18 in Verbindung stehen.
Die Überströmöffnungen 18 können mittels eines Über-Strömringes
19 geöffnet und geschlossen werden, welcher gleitbeweglich auf der Außenfläche des Kolbens 5 angeordnet
ist.
Der Überströmring 19 wird zur Steuerung des Öffnungs-
bzw. Schließzeitpunktes der Überströmöffnungen 18 verwendet. Im einzelnen ist der Überströmring 19 mit einem
Stellhebel 20 mittels eines Spannhebels 21 und einer Feder 22 verbunden. Daher wird der Überströmring 19 entlang
der Achse des Kolbens 5 durch die Wirkung des Stell hebeis 20, der Feder 22 und des Spannhebels 21 bewegt.
Der Spannhebel 21 ist weiterhin mit einem Zentrifugalregler 23 mittels eines Lagerhebels 24 verbunden. Der
Zentrifugalregler 23 wird von der Antriebswelle 3 über
ein Zahnrad 25 und einen Zahnbereich 26 des Reglers 23 gedreht. Wenn der Zentrifugalregler 23 durch die Drehung
der Antriebswelle 3 gedreht wird, bewegen Fliehgewichte 27 des Zentrifugalreglers 23 eine Reglermuffe 28 entlang
der Achse des Zentrifugalreglers 23 gemäß der Motordrehzahl,
wodurch der Überströmring entlang der Achse des Kolbens 5 über den Lagerhebel 24 bewegt wid.
Die grundlegende Wirkungsweise der zuvor beschriebenen Brennstoffeinspritzpumpe wird im folgenden beschrieben.
Wenn die Antriebswelle 3 synchron zum Motor gedreht wird, bewegt sich der Kolben 5 in der Zylinderausnehmung
7 durch die Wirkung der Plankurvenscheibe 9 und der Mitnehmerrollen 10 hin und her. ·;
Wenn der Kolben 5 gemäß der in Fig. 1 gewählten Darstellung nach links bewegt wird, um das Volumen der Pumpkammer
12 zu vergrößern, kommt eine der Ansaugnuten 13 mit dem Einlaßkanal 14 aufgrund der Drehung des Kolbens
5 in Verbindung. Daher wird Brennstoff von der Brennstoff förderkammer 2 angesaugt und in die Pumpkammer 12 über
den Einlaßkanal 14 und die Ansaugnut 13 geleitet. Dieser Vorgang bildet den Brennstoffeinlaßvorgang der Pumpe.
Während des Einlaßvorganges sind die Überströmöffnungen
18 mittels des Überströmringes 19 geschlossen und die Verteilernut 16 wird ebenfalls in geschlossener Stellung
gehalten. Wenn danach der Kolben 5 gemäß der in Fig. 1 gewählten Darstellung nach rechts bewegt wird, um das
Volumen der Pumpkammer 12 zu verkleinern, steht die Ansaugnut 13, die bis dahin in Verbindung mit dem Einlaßkanal
14 gestanden ist, nicht mehr mit diesem in Verbindung, da sich der Kolben 5 dreht. In diesem Zustand wird
Brennstoff in der Pumpkammer 12 mittels des Kolbens 5 unter Druck gesetzt. Daher wird der Brennstoff-Komprimiervorgang
der Pumpe begonnen.
Wenn während dieses Druckvorganges der Brennstoff in der Pumpkammer 12 auf einen vorbestimmten Druck gebracht
wird, beginnt die Verteilernut 16 mit einem der Ausströmkanäle 17 in Verbindung zu gelangen, wenn sich der Kolben
5 dreht. Daher wird der unter Druck gesetzte Brennstoff in der Pumpkammer 12 zu einer Brennstoffeinspritzdüse
über den Verbindungskanal 15, die Verteilernut 16, den Ausströmkanal 17 und das Förder-Steuerorgan 17 gefördert.
Am Ende des Brennstoff-Druckvorganges werden die Überströmöffnungen
18 durch den Überströmring 19 geöffnet, so daß der unter Druck gesetzte Brennstoff in der Pumpkammer
12 in die Brennstofförderkammer 2 über den Verbjindungskanal
15 und die Überströmöffnungen 18 überströmt. In diesem Zustand kann der Brennstoff nicht vom Ausströmkanal
17 zur Einspritzdüse gefördert werden. Als Ergebnis
davon wird während des Druckvorganges die Menge an Brennstoff, die zur Einspritzdüse gefördert wird, mittels
des Zeitpunktes gesteuert, zu welchem die Überströmöffnun gen 18 geöffnet werden.
Währenddessen wird der Überströmring 19 entlang der Achse des Kolbens 5 mittels des Stellhebels 20 und des Zentrifugalreglers
23 bewegt, so daß die Stellung des Überström rings 19 relativ zu den Überströmöffnungen 18 gemäß den
Betriebsbedingungen des Motors geändert wird. Der Zeitpunkt, zu welchem die Überströmöf fnunge.n 18 nämlich geöffnet
oder geschlossen werden, ändert sich gemäß der Motordrehzahl oder des Maßes der Herabdrückung des Gaspedales.
Als Ergebnis davon kann die Menge an Brennstoff, die von der Pumpe zur Brennstoffeinspritzdüse gefördert
3g werden soll, gemäß den Betriebsbedingungen des Motors gesteuert
werden.
* Die oben beschriebene Wirkungsweise stellt den Brennstof
fördervorgang bezüglich einer einzelnen Brennstoffeinspritzdüse dar. In der Praxis wird jedoch der Brennstof
fördervorgang mit einer Frequenz wiederholt, die der Zahl der Zylinder des Motors entspricht, während der
Kolben 5 eine Umdrehung ausführt. Die entsprechend fichtige Menge an unter Druck gesetztem Brennstoff wird-zu
jeder einzelnen der Brennstoffeinspritzdüseigefördert.
Gemäß den Fig. 1 und 2 wird nunmehr eine Steuereinrichtung 30 zum Steuern der Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit
beschrieben. Die Steuereinrichtung 30 weist ein Gehäuse 31 auf, welches an der Stirnfläche des Verteilerkopfes
8 mittels Befestigungsschrauben 32 befestigt ist. Das Bezugszeichen 33 bezeichnet eine Öldichtung.
Eine Ausnehmung 34 ist im Gehäuse 31 auf der Seite des Kolbens 5 angeordnet. Ein innerer Zylinder 35 ist in der
Ausnehmung 34 angeordnet. Ein ringförmiger Rand 36 ragt von einem Ende des Zylinders 35 hervor. Ein Gewinde ist
auf der äußeren Umfangsflache des Randes 36 angeordnet.
Der Rand 36 des inneren Zylinders 35 ist in eine ringförmige Ausnehmung 37 mit einem entsprechenden Gegengewindebereich
auf der Stirnfläche des Verteilerkopfes 8 eingeschraubt. Der innere Zylinder 35 ist nämlich an dem
Verteilerkopf 8 befestigt. Eine ringförmige Kammer 38 ist zwischen der inneren Stirnfläche der ringförmigen
Ausnehmung 37 des Verteilerkopfes 8 und der Stirnfläche des Randes 36 des inneren Zylinders 35 angeordnet.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Zylinderausnehmung
7 im Verteilerkopf 8 mittels des inneren Zylinders 35 geschlossen, so daß die Pumpkammer 12 praktisch zwischen
dem Kolben 5 und der Stirnfläche des inneren Zylinders 35 begrenzt wird.
Ein Zwischenkolben 39 ist gleitbeweglich im inneren Zylin-
der 35 angeordnet und erstreckt sich koaxial zum Kolben 5. Ein Ende des Zwischenkolbens 39 erstreckt sich in die Ρυτρ-kammer
12, um am körperfernen Ende des Kolbens 5 anzuliegen. Ein Verbindungsbereich 40 ist am körperfernen
Ende des Kolbens 5 angeordnet. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist der Verbindungsbereich 40 auf einem teilweise
abgetragenen hohlen Zylinderbereich angeordnet. Ein Bereich 41 großen Durchmessers ist an einem Ende
des Zwischenkolbens 39 angeordnet und ist unter Anlage in dem Verbindungsbereich 40 angeordnet. An dieser Stelle
ist zu bemerken, daß der Bereich 41 großen Durchmessers des Zwischenkolbens 39 sich axial innerhalb des Verbindungsbereiches
40 bewegen kann.
Eine Federkammer 42 ist im körperfernen Endbereich des Kolbens 5 angeordnet. In der Federkammer 42 ist eine
Feder 43 angeordnet, welche gemäß der in Fig. 2 gewählten Darstellung einen Zwischenkolben 39, wie gewünscht nach
rechts drückt, so daß der Bereich 41 großen Durchmessers des Zwischenkolbens 39 die innere Stirnfläche des Verbindungsbereiches
40 berührt. Die Federkammer 42 steht mit der Pumpkammer 12 über eine innere Kammer 44 des
Bereiches 40 in Verbindung und steht weiterhin mit dem Verbindungskanal 15 in Verbindung. Daher bilden die
Federkammer 42 und die innere Kammer 44 des Verbindungsbereiches 40 einen Teil des Verbindungskanales 15. Wie
aus Fig. 2 ersichtlich ist, stehen weiterhin die Ansaugnuten 13 mit dem Verbindungskanal 15 einzeln mittels
Verbindungsöffnungen 45 in Verbindung. Die Verbindungsöffnungen 45 dienen dazu, kontinuierlich die Verbindung
zwischen dem Verbindungskanal 15 und der Pumpkammer 12 aufrechtzuerhalten, selbst dann, wenn die Federkammer
mittels des Bereiches 41 großen Durchmessers des Zwischenkolbens 39 geschlossen ist. Daher wird verhindert, daß
3g der Brennstoffdruck innerhalb der Pumpkammer 12 abgesperrt
wird.
Eine Zylinderausnehmung 46 ist im Gehäuse 31 angeordnet und erstreckt sich koaxial zum Zwischenkolben 39. Ein
Steuerkolben 47 ist gleitbeweglich in der Zylinderausnehmung 46 flüssigkeitsdicht angeordnet. Daher wird eine
Fluidkammer 48 in .der Zylinderausnehmung 46 zwischen ihrer inneren Stirnfläche und dem Steuerkolben 47 bestimmt.
Ein Ende des Steuerkolbens 47 erstreckt sich aus der Zylinderausnehmung 46 heraus, und zwar auf den
Zwischenkolben 39 zu und ein Sackloch 49 ist am anderen Endbereich des Steuerkolbens 47 angeordnet. Eine Rückstellfeder
50 ist im Sackloch 49 und der Fluidkammer 48 angeordnet. Die Rückstellfeder 50 belastet den Steuerkolben
47 auf die gemäß der in Fig. 2 gewählten Darstellung linke Seite unter Verwendung eines Anlageteiles 51.
Daher steht die linke Stirnfläche des Steuerkolbens 47 immer mit der rechten Stirnfläche des Zwischenkolbens
39 in Verbindung. An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß die rechte Stirnfläche des Zwischenkolbens 39 abgerundet
ist.
Die Fläche des anderen Endes des Steuerkolbens 47, welche der Fluidkammer 48 gegenüberliegt, dient als Steuerfläche
52. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Steuerfläche 52 in Form einer schraubenförmigen schiefen Kante ausgebildet,
und zwar gesehen entlang ihrer Achse, so daß die Steuerkante 52 sich in Axialrichtung entlang dem Umfang
verschieben kann, wenn sie gedreht wird.
Eine Steueröffnung 53 und eine Drosselöffnung 54 sind
im Gehäuse 31 angeordnet und öffnen sich in die Fluidkammer 48. Diese Öffnungen 53 und 54 stehen mit einem
Brennstoffkanal 55 in Verbindung, der im Gehäuse 31 angeordnet ist. Der Brennstoffkanal 55 steht mit einer Getriebekammer
56 in Verbindung, welche im inneren Zylinder 35 in der Ausnehmung 34 angeordnet ist. Die Getriebe-
-■*"2Λ """"" ·-' : 3Λ07261
kammer 56 steht mit der Brennstofförderkammer 2 über einen
Brennstoffkanal 57 im inneren Zylinder 35, die ringförmige Kammer 38 und einen Brennstoffkanal 58 in Verbindung, der
im Verteilerkopf 8 angeordnet ist. Die Steueröffnung 53
und die Drosselöffnung 54 stehen nämlich mit der Brennstof förderkammer 2 über die Kanäle 55, 56, 57, 38 und 58
in Verbindung. Demgemäß wird die Fluidkammer 48 mit Brennstoff gefüllt, welcher in die Brennstofförderkammer 2 geleitet
wird.
Obwohl die Steueröffnung 53 mittels der Steuerkante 52
des Steuerkolbens 47 geöffnet und geschlossen wird, wird die Drosselöffnung 54 niemals mittels des Steuerkolbens
47 geschlossen, und zwar ohne Rücksicht auf die axiale Stellung des Steuerkolbens 47. Die Drosselöffnung 54 steht
nämlich ständig mit der Fluidkammer 48 in Verbindung.
Gemäß Fig. 4 ist ein Paar von parallel abgeflachten Bereichen 59 auf der äußeren Umfangsflache des linksseitigen
Endbereiches des Steuerkolbens 47 angeordnet, welcher sich aus der Zylinderöffnung 46 erstreckt. Ein Steuerzahnrad
60, das in der Getriebekammer 56 angeordnet ist, ist auf den abgeflachten Bereichen 59 des Steuerkolbens
47 angeordnet. Daher kann der Steuerkolben 47 relativ zum Steuerzahnrad 60 in axialer Richtung gleiten, obwohl
diese zwei Teile 47 und 60 für eine gemeinsame Drehbewegung verbunden sind. Gemäß Fig. 2 ist das linksseitige
Ende des Steuerzahnrades 60 drehbeweglich auf einem zylindrischen Vorsprung 61 gelagert, der auf der rechten
Stirnfläche des inneren Zylinders 35 angeordnet ist, wobei sich der zylindrische Vorsprung 61 koaxial zum Steuerzahnrad
60 erstreckt. Das Steuerzahnrad 60 ist nämlich mittels des Vorsprunges 61 des inneren Zylinders 35 gelagert.
Demgemäß überträgt das Steuerzahnrad 60 nur die
Kraft seiner Drehung auf den Steuerkolben 47 und zu die-
* ser Zeit wirkt das Gewicht des Steuerzahnrades 60 nicht
auf den Steuerkolben 47.
Das Steuerzahnrad 60 steht mit einem Zahnrad 62 in Eingriff, das in der Getriebekammer 56 angeordnet ist. ,Das
Zahnrad 62 wird mittels eines Schrittmotors 63 gedreht.
Der Schrittmotor 63 ist auf dem Gehäuse 31 der Steuereinrichtung 30 mittels Bolzen 64 angeordnet. Eine Ausgangswelle
65 des Schrittmotors 63 erstreckt sich in die Getriebekammer 56 durch eine Durchtrittsöffnung 66,
die im Gehäuse 31 angeordnet ist. Das Zahnrad 62 ist auf einem Ende der Ausgangswelle 65 befestigt.
Anstatt der Verwendung eines Schrittmotors 63 kann ein Gleichstrommotor, ein drehbarer Solenoid oder eine
hydraulische Betätigungseinrichtung als Einrichtung zur Drehung des Zahnrades 62 verwendet werden.
Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 30 wird im folgenden
beschrieben. Wie zuvor erwähnt, setzt der Kolben 5 den Brennstoff in der Pumpkammer 12 unter Druck, wenn
sich die Pumpe im Brennstoff-Druckvorgang befindet. Der
Zwischenkolben 39, der den Druck des Brennstoffes in der Pumpkammer 12 an seiner linken Stirnfläche aufnimmt,
wird daher gemäß der gewählten Darstellung nach rechts entlang des Kolbens 5 bewegt. Zur gleichen Zeit wird
der Steuerkolben 47, dessen linksseitige Stirnfläche ständig in Kontakt mit der rechtsseitigen Stirnfläche
des Zwischenkolbens 39 steht, gemäß der gewählten Darstellung nach rechts gegen die Kraft der Rückstellfeder
50. bewegt. Wenn der Steuerkolben 47 sich in dieser Art und Weise bewegt, fließt Brennstoff in der Fluidkammer
48 zum Brennstoffkanal 55 oder zu der Seite der Brennstof
förderkammer 2 über die Steueröffnung 53. Die Menge an Brennstoff, die aus der Fluidkammer 48 abgelassen
Y)
wird, entspricht der Verstellung des Steuerkolbens 47. Nachdem der Steuerkolben 47 jedoch nach rechts bewegt
worden ist, um die Steueröffnung 43 mittels seiner Steuerkante 52 zu schließen, kann der Brennstoff von der Fluidkammer
48 nur noch zur Drosselöffnung 54 gelangen. Der Steuerkolben 47 bewegt sich daher kaum. Zur gleichen Zeit
kommt der Zwischenkolben 39 bloß zum Stillstand.
Wenn der Zwischenkolben 39 entlang des Kolbens 5 nach rechts bewegt wird, wird das Volumen der Pumpkammer 12
um ein Volumen erhöht, das gleich dem Bereich des Zwischenkolbens 39 ist, welcher aus der Pumpkammer 12 entfernt
wird, so daß die Wirkung des Kolbens 5 bezüglich des unter Druck Setzens des Brennstoffes in der Pumpkammer
12 klein ist. Wenn der Zwischenkolben 39 im wesentlichen zum Stillstand gekommen ist, wird jedoch
der Brennstoff in der Pumpkammer 12 mittels der effektiven Druckfläche unter Druck gesetzt, welche dem Querschnitt
des Kolbens 5 entspricht. Es kann festgehalten werden, daß die Wirkung des Kolbens 5 bezüglich des
unter Druck Setztens des Brennstoffes groß ist. Nachdem der Zwischenkolben 39 im wesentlichen zum Stillstand gekommen
ist, wird daher die Größe der tatsächlichen Druckfläche erhöht, wie dies auch die Brennstoffördergeschwindigkeit
von der Pumpe zur Einspritzdüse tut. In diesem Falle wird die Menge an Brennstoff, die von der
Pumpe zur Einspritzdüse gefördert wird, durch die charakteristische Kurve oder Linie 0-al-a2 gemäß Fig. 5 repräsentiert.
Das Symbol A bezeichnet den Zeitpunkt bei dem die Brennstoffördergeschwindigkeit plötzlich angehoben
wird. In Fig. 5 stellt die Abszisse den Drehwinkel der Plankurvenscheibe 9 und die Ordinate die Menge an
Brennstoff, die von der Pumpkammer 12 gefördert wird, dar.
Wenn der Brennstoffeinlaßvorgang am Ende des Brennstoff-
fördervorganges begonnen wird, nimmt der Druck des Brennstoffes in der Pumpkammer 12 ab, da sich der Kolben 5
gemäß der gewählten Darstellung nach links bewegt. Wenn sich der Kolben 5 in der Art bewegt, bewegt der Verbindungsbereich
40 des Kolbens 5 den Zwischenkolben 39 zusammen mit dem Kolben 5 nach links, wobei der Bereich
großen Durchmessers des Zwischenkolbens 39 gezogen wird. Wenn der Zwischenkolben 39 nach links bewegt wird, w,ird
die Berührungslast des Zwischenkolbens 39 auf den Steuerkolben 47 entfernt, so daß der Steuerkolben 47 sich
ebenfalls nach links zu bewegen beginnt, und zwar unter der Kraft der Rückstellfeder 50. Sofort nachdem der Steuerkolben
47 seine nach links gerichtete Bewegung beginnt, wird Brennstoff· in die Fluidkammer 48 allein über die
Drosselöffnung 54 eingeleitet, so daß die nach links gerichtete Bewegung des Steuerkolbens 47 langsam ist.
Wenn jedoch der Steuerkolben 47 weiter nach links bewegt wird, um die Steueröffnung 53 zu öffnen, wird Brennstoff
auch über die Steueröffnung 53 in die Fluidkammer 48 eingeleitet. Zu diesem Zeitpunkt ist daher die Geschwindigkeit
der nach links gerichteten Bewegung des Steuerkolbens 47 groß, so daß der Steuerkolben 47 sich sofort
nach links bewegt, um sich an den Zwischenkolben 39 anzulegen. Das Zeitintervall, welches vom Zeitpunkt des
geschlossenen Zustands der Steueröffnung 53 durch die
Steuerfläche 52 des Steuerkolbens 47 bis zum Ende des Brennstoffdruckvorganges abläuft, ist viel kleiner, als
die Zeit, die für einen Hub des Kolbens 5 erforderlich ist. Daher kann der Steuerkolben 47 eine beträchtliche
Zeitspanne früher in seine Anfangsstellung zurückkehren, bevor der nächste Druckvorgang begonnen wird, nachdem der
vorherige Druckvorgang beendet worden ist.
Aus der voranstehenden Beschreibung der Wirkungsweise des Steuerkolbens 47 ist ersichtlich, daß die Verstellung des
Steuerkolbens 47, das ist der axiale Abstand zwischen der Steuerkante 52 des Steuerkolbens 47 und der Steueröffnung
53, den Zeitpunkt bestimmt, bei dem die Brennstoffordergeschwindigkeit
plötzlich erhöht wird. Da die Steuerkante 52 des Steuerkolbens 47 schraubenförmig ausgebildet ist,
kann der axiale Abstand zwischen der Steuerkante 52 und der Steueröffnung 53 durch Drehung des Steuerkolbens 47
um seine Achse mittels des Schrittmotors 53 und unter Verwendung des Zahnrades 62 und des Steuerzahnrades 60 verändert
werden.
Wenn der Steuerkolben 47 um seine Achse gedreht wird, um den Abstand zwischen der Steuerkante 52 und der Steueröffnung
53 zu vergrößern, wird die plötzliche Erhöhung der Brennstoffordergeschwindigkeit vom Punkt A zum Punkt
B verzögert und weiterhin vom Punkt B zum Punkt C, was aus der charakteristischen Kurve der Brennstoffördermenge
in Fig. 5 ersichtlich ist. In Fig. 5 kennzeichnet das Symbol q die Menge an Brennstoff, die von der Pumpkammer
12 gefördert ist, die erhalten wird, bevor der Brennstoffdruck
der Einspritzdüse erreicht wird, d. h., bevor der Brennstoff von der Brennstoffdüse eingespritzt wird. Daher
ist die Menge an Brennstoff, die tatsächlich von der Einspritzdüse eingespritzt wird, der Rest, der erhalten
wird, wenn die Menge abgezogen wird. Wenn daher die Anhebung der Brennstoffordergeschwindigkeit vom Punkt A
über den Punkt B zum Punkt C verzögert wird, wird die Menge an Brennstoff, die zur Einspritzdüse gefördert wird,
schrittweise vermindert. Wenn die Brennstoffeinspritzdauer daher festgelegt wird, wird die Einspritzgeschwindigkeit
vermindert, um die Brennstoffeinspritzmenge zu vermindern. Währenddessen kann die Brennstoffeinspritzgeschwindigkeits-Charakteristik
verändert werden, wie dies durch die Kurven a3, b3 und c3 in Fig. 6 dargestellt ist,
wobei eine festgelegte Einspritzmenge durch Einstellen der
2O
Einspritzdauer mittels des Stellhebels 20 vorliegt.
Die charakteristischen Kurven der Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit
a3, b3 und c3 der Fig. 6 entsprechen den charakteristischen Kurven al-a2, al-bl-b.2 bzw.
al-cl-c2 der Brennstoffördermenge in Fig. 5. Hier ist anzumerken, daß die charakteristischen Kurven der Brennstof
feinspritzgeschwindigkeit gemäß Fig. 6 unter der Bedingung vorliegen, daß die Einspritzperiode endet,
bevor der Punkt C erreicht ist.
Wenn der Zeitpunkt zur Erhöhung der Brennstoffördergeschwindigkeit
vom Punkt A zum Punkt D vorverlegt wird, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, wird der Brennstoffeinspritzzeitpunkt
der Einspritzdüse vom Punkt A zum Punkt E vorverlegt. Daher kann der Brennstoffeinspritzzeitpunkt
gemäß Fig. 6 vorverlegt werden.
Wenn im einzelnen der Motor bei niedriger Drehzahl, wie im Leerlauf, betrieben wird, kann das Verbrennungsgerausch
durch Absenken der Einspritzgeschwindigkeit gemäß der charakteristischen Kruve c3 von Fig. 6 der Brennstof
feinspritzgeschwindigkeit herabgesetzt werden und weiterhin durch Verlängern der Einspritzperiode, um eine
Verminderung der Einspritzmenge zu verhindern. Insbesondere bei kompakten Dieselmotoren mit Direkteinspritzung
ergibt dies die Möglichkeit einer bedeutsamen Verbesserung der Verbrennungseffizienz bei niedrigen Drehzahlen.
Wenn der Motor bei mittlerer oder hoher Drehzahl betrieben wird, kann die Verbrennungseffizienz durch Absenken
der Einspritzgeschwindigkeit zu Beginn der Einspritzperiode und dann durch plötzliches Anheben der Einspritzgeschwindigkeit
am Ende der Einspritzperiode gemäß der charakteristischen Kurve b3 der Brennstoffeinspritzgeschwindigkeit
gemäß Fig. 6 verbessert werden, um die
Leistungsabgabe des Motors zu erhöhen.
Wenn der Motor weiterhin in einem extrem hohen Drehzahlbereich arbeitet, kann die Einspritzgeschwindigkeit
schrittweise erhöht werden, wie dies durch die charakteristischen Kurven a3 und d3 in Fig. 6 dargestellt ist
und der Einspritzzeitpunkt kann vorverlegt werden. Wenn daher der Motor bei seiner Spitzendrehzahl arbeitet,
kann die Brennstoffeinspritzeffizienz verbessert werden.
Die zuvor erwähnte Brennstoffeinspritzgeschwindigkeits-Charakteristik
und der Einspritzzeitpunkt werden durch Steuerung des Antriebes des Schrittmotors 63 in Abhängigkeit
vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors eingestellt. Die Einspritzperiode wird mittels des Stellhebels
20 eingestellt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die erste Ausführungsform begrenzt. Gemäß den Fig. 7 bis 13 sind weitere
drei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und
werden im folgenden beschrieben. Bei der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugsziffern für gleiche Teile
mit den gleichen Funktionen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet und daher wird deren Beschreibung wegge-
lassen.
Gemäß den Fig. 7 bis 9 ist die zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung dargestellt.
Gemäß Fig. 7 ist eine Steuereinrichtung 30 dargestellt, welche ein Gehäuse 67 aufweist, das aus
einer Kombination des Gehäuses 31 und des inneren Zylinders 35 der ersten Ausführungsform ausgeführt ist. Wie
das Gehäuse 31 der ersten Ausführungsform ist das Gehäuse 67 am Verteilerkopf 8 mittels Schrauben befestigt. Bei
dieser zweiten Ausführungsform ist ein Kolben 68 mit der-
selben Ausbildung und Funktion wie der Zwischenkolben 39 der ersten Ausführungsform gleitbeweglich und flüssigkeitsdicht
in einer Zylinderausnehmung 69 gelagert, welche im Gehäuse 67 angeordnet ist. Daher ist die Flui,dkammer
48 innerhalb der Zylinderausnehmung 69 mittel« des Kolbens 68 bestimmt.
Eine Drosselsteueröffnung 70 mit einem weiteren Durchmesser
als demjenigen der Drosselöffnung 54 der ersten Ausführungsform und einem geringeren als demjenigen der
Steueröffnung 53 der ersten Ausführungsform öffnet sich
in die Fluidkammer 48. Eine Förderöffnung 71 öffnet sich ebenfalls in die Fluidkammer 48 und zwar unabhängig von
der Drosselsteueröffnung 70. Die Förderöffnung 71 und
die Drosselsteueröffnung 70 stehen ständig mit der Fluidkammer 48 in Verbindung und zwar unabhängig von der axialen
Stellung des Kolbens 68. Die Förderöffnung 71 öffnet sich ebenfalls in eine Federkammer 72, welche im Gehäuse
67 angeordnet ist. Die Federkammer 72 steht mit dem Brennstoffkanal
58 über einen Brennstoffkanal 73 und die ringförmige Kammer 38 in Verbindung. Ein Rückschlagventil 75,
das von einer Feder 74 mit einer Kraft beaufschlagt wird, ist in der Federkammer 72 angeordnet. Das Rückschlagventil
75 ist zum Öffnen des Brennstoffkanales 73 vorgesehen, um
den Brennstoff von der Brennstofförderkammer 2 in die
Fluidkammer 48 zu leiten, wenn der Brennstoffdruck in der Fluidkammer 48 unter ein vorbestimmtes Druckniveau
abgesenkt wird. Wenn der Brennstoffdruck in der Fluidkammer 48 am oder oberhalb eines vorbestimmten Niveaus
angelangt ist, schließt andererseits das Rückschlagventil 75 den Brennstoffkanal 73, um das Zurückfließen von Brennstoff
von der Fluidkammer 48 zur Brennstofforderkanuner 2 zu verhindern.
gg Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 30 der zweiten Aus-
£33Α0726Ί
führungsform wird im folgenden beschrieben. Wenn der Motor
bei niedriger Drehzahl arbeitet, ist die Zeit, die für einen Hub des Kolbens 5 benötigt wird, groß, so daß sich
der Brennstoffdruck innerhalb der Fluidkammer 48 relativ langsam ändern wird. Daher erreicht Brennstoff, der von
der Fluidkammer 48 zum Brennstoffkanal 55 ausströmt, die Drosselsteueröffnung 70 nur mit einem kleinen Strömungswiderstand.
Als Ergebnis davon kann Brennstoff in der Fluidkammer 48 frei in den Brennstoffkanal 55 durch die
Drosselsteueröffnung 70 fließen, so daß der Kolben 78 axial hin- und hergehen kann, als ob er einstückig mit
dem Kolben 5 verbunden wäre. Wenn daher der Motor mit niedriger Drehzahl dreht, ist die Geschwindigkeit des
von der Pumpkammer 12 geförderten Brennstoffes niedrig.
In Fig. 8 repräsentiert die Kurve Fl die Brennstoffördermengencharakteristik
für diesen Fall. Die entsprechende Brennstoffeinspritzgeschwindigkeitscharakteristik wird
von der Kurve f2 in Fig. 9 dargestellt, welche eine relativ niedrige Einspritzgeschwindigkeit anzeigt. Wie bei
der ersten Ausführungsform kann Verbrennungsgeräusch durch
Einstellen des Stellhebels 20 auf eine lange Einspritzperiode herabgesetzt werden, um eine Herabsetzung der
Einspritzmenge zu verhindern.
Wenn der Motor bei hoher Drehzahl betrieben wird, ist die Zeit, die für einen Hub des Kolbens 5 erforderlich
ist, kurz, was eine große Veränderung im Niveau des Brennstoff druckes in der Fluidkammer 48 zur Folge hat. Daher
erreich Brennstoff, der aus der Fluidkammer 48 ausfließt, die Drosselsteueröffnung 70 mit einem großen Strömungswiderstand.
Als Ergebnis davon wird Brennstoff in der Fluidkammer 48 daran gehindert, frei in den Brennstoffkanal
49 durch die Drosselsteueröffnung 70 zu fließen, so daß der Kolben 68 im wesentlichen im Stillstand gehalten
wird. Wenn der Motor bei hoher Drehzahl arbeitet,
■A
ist die Geschwindigkeit des Brennstoffes, der von der
Pumpkammer 12 gefördert wird, hoch. In Fig. 8 stellt die Kurve hl die Brennstoffördermengencharakteristik für diesen
Fall dar. Die entsprechende Brennstoffeinspritzgeschwindigkeitscharakteristik
ist in diesem Fall von der Kurve h2 in Fig. 9 dargestellt, welche eine relativ hohe
Einspritzgeschwindigkeit anzeigt. Zum Vergleich zum Betrieb des Motors bei niedriger Geschwindigkeit kann der
Einspritzzeitpunkt während hoher Drehzahlen vom Punkt F zum Punkt H vorverlegt werden.
Wenn der Motor weiterhin mit mittlerer Geschwindigkeit betrieben wird, ist der Drosseleffekt der Drosselsteueröffnung
70 größer als während niedriger Drehzahlen aber niedriger im Vergleich zu hohen Drehzahlen. Im Brennstoffdruckvorgang
wird daher der Kolben 68 gemäß der gewählten Darstellung nach rechts bewegt und zwar langsamer als
der Kolben 5, so daß die Brennstoffördermengencharakteristik durch eine Kurve gl in Fig. 8 repräsentiert wird.
Die entsprechende Brennstoffeinspritzgeschwindigkeits-Charakteristik
wird für diesen Fall von einer Kurve g2 in Fig. 9 dargestellt. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist,
liegen die Einspritzgeschwindigkeit und der Einspritzzeitpunkt für mittlere Drehzahlen zwischen denjenigen für
hohe und niedrige Drehzahlen.
Das Rückschlagventil 75 dient zur Verhinderung der Erzeugung von Luftblasen in der Fluidkammer 48, wenn der
Kolben 68 nach links bewegt wird. Die Förderöffnung 71,
die Federkammer 72, die Feder 74, das Rückschlagventil und der Brennstoffkanal 73 können weggelassen werden,
falls Brennstoffdruck in der Brennstofförderkammer 2 derart
hoch ist, daß der Brennstoff in der Brennstofförderkammer 2 in die Fluidkammer 48 durch die Kanäle 58, 38
und 55 und durch die Drosselsteueröffnung 70 gefördert
2-5
werden kann, oder daß Luftblasen, die in der Fluidkammer 48 erzeugt werden, während des Ansaugvorganges vernichtet
werden können, um den Kolben 5 vor dem Beginn des darauffolgenden Druckvorganges nach links bewegen zu können,
wodurch der gegenläufige Effekt von Luftblasen, die in der Fluidkammer 48 erzeugt werden, beseitigt werden kann.
Gemäß Fig. 10 ist eine Steuereinrichtung 30 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Bei der Steuereinrichtung 30 der dritten Ausführungsform ist eine Fluidverbindungskammer 76 zwischen
dem Zwischenkolben 39 und dem Gehäuse 67 und dem Steuerkolben 47 bestimmt. Ein Endbereich des Steuerkolbens 47
auf der Seite der Fluidkammer 48 ist größer als der andere Endbereich des Steuerkolbens 47 auf der Seite des Zwischenkolbens
39. Der Steuerkolben 47 ist mit einer Stange 78 versehen, welche sich von der Fluidkammer 48 in eine Kammer
77 erstreckt. Ein paralleles Paar von abgeflachten Bereichen 79 ist auf dem rechten Endbereich der Stange
angeordnet. Die Ausgangswelle 65 des Schrittmotors 63 ist auf den abgeflachten Bereichen 79 der Stange 78 befestigt,
um eine Verbindung mit dieser zu schaffen. Im Gehäuse ist darüber hinaus eine Einstellausnehmung 100 angeordnet,
welche den Brennstoffkanal 55 und die Fluidverbindungskammer 7 6 miteinander verbinden.
Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 30 gemäß der dritten Ausführungsform wird im folgenden beschrieben. Wenn
in dem Brennstoff unter Druck setzenden Brennstoffdruck-
gg Vorgang der Zwischenkolben 39 gemäß der gewählten Darstellung
nach rechts bewegt wird, um die Einstellausnehmung 100 zu schließen, während sich der Kolben 5 nach rechts
bewegt, wird Brennstoff in der Brennstoffverbindungskammer 76 eingeschlossen. Selbst wenn daher der Zwischenkolben
3g 39 weiter nach rechts bewegt wird, nachdem der Brennstoff
in der Brennstoffverbindungskammer 76 eingeschlossen ist,
wird Brennstoff in der Kammer 76 nicht länger in den Brenn stoffkanal 55 durch die Einstellausnehmung 100 fließen.
Demgemäß wird die Eiewegungskraft des Zwischenkolbens 39
auf den Steuerkolben 47 mittels des abgeschlossenen Brennstoffes in der Brennstoffverbindungskammer 76 übertragen,
so daß der Steuerkolben 47 ebenfalls beginnt, sich nach rechts zu bewegen. Wie im Falle der ersten Ausführungsform
wird die Bewegung des Steuerkolbens 47 angehalten, wenn die Drosselsteueröffnung 70 von der Steuerkante 52 des
Steuerkolbens 47 geschlossen wird. Demgemäß wird auch die nach rechts gerichtete Bewegung des Zwischenkolbens 39
zu diesem Zeitpunkt gestoppt. Die Steuereinrichtung 30 gemäß der dritten Ausführungsform weist nämlich im wesentliehen
die gleiche Funktion wie diejenige auf, die bei der ersten Ausführungsform verwendet wird. Die Einstellausnehmung
100 ist an einer Stelle angeordnet, an der sie von dem Zwischenkolben 39 während des Zeitintervalles
zwischen dem Zeitpunkt gegen Ende des Einlaßvorganges und dem Beginn des Druckvorganges geöffnet wird. Daher wird
der Brennstoffdruck in der Fluidverbindungskammer 76 in der Anfangsphase des Druckvorganges im wesentlichen konstant
gehalten.
Besondere Wirkungen und Effekte der oben beschriebenen Steuereinrichtung 30 der dritten Ausführungsform werden
im folgenden beschrieben. Da die rechte Stirnfläche des Steuerkolbens 47, die der Fluidkammer 48 gegenübersteht,
größer ist als die rechte Stirnfläche des Steuerkolbens
gg 47, die der Fluidverbindungskammer 76 gegenübersteht,
kann der Brennstoffdruck in der Fluidkammer 48 mehr angehoben werden als der Brennstoffdruck in der Fluidverbindungskammer
76 während des Druckvorgangs. Selbst obwohl der Durchmesser der Drosselsteueröffnung 70 relativ
gg groß ist, ist es daher möglich, einen guten Drosseleffekt
auf den Brennstoff auszuüben, der aus der Fluidkammer 48
in den Brennstoffkanal 55 fließt. Die Drosselsteueröffnung
70 kann daher einfach ausgeführt werden und es kann verhindert werden, daß sie durch Staub oder ähnliches, was
mit dem Brennstoff vermischt ist, verstopft wird.
Im Druckvorgang drückt und bewegt darüber hinaus der Zwischenkolben 39 den Steuerkolben 47 mittels des in
der Fluidverbindungskammer 76 eingeschlossenen Brennstoffes.
Selbst obwohl der Zwischenkolben 39 gedreht wird, wenn der Kolben 5 dreht, wird daher das Drehmoment des
Zwischenkolbens 39 niemals auf den Steuerkolben 47 über den in der Fluidverbindungskammer 76 enthaltenen Brennstoff
übertragen und die Reibungskraft, welche durch Berührung zwischen dem Zwischenkolben 39 und dem Steuerkolben
47 erzeugt werden sollte, kann beseitigt werden.
Die Fig. 11 bis 13 zeigen eine vierte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung. Gemäß
Fig. 11 ist eine Steuereinrichtung 30 gemäß der vierten Ausführungsform dargeteilt. Die Steuereinrichtung 30 ist
mit einem Drucksteuerorgan 80, vorzugsweise einem Drucksteuerventil, versehen, welches die Drosselsteueröffnung
70 öffnen und schließen soll, die sich ständig in die Fluidkammer 48 öffnet. Das Drucksteuerventil 80 ist in
einer Ventilkammer 81 angeordnet, die im Gehäuse 67 vorgesehen ist und wird in der Schließrichtung bezüglich der
Drosselsteueröffnung 70 mittels einer Feder 82 belastet. Wenn daher der Brennstoffdruck in der Fluidkammer 48 ein
vorbestimmtes Niveau überschreitet, wird die Drosselsteueröffnung 70 mittels des Drucksteuerventils 80 geöffnet,
wenn der Brennstoff in der Fluidkammer 48 in dem Brennstoffkanal 55 durch die Drosselsteueröffnung 70 fließt.
Der rechte Endbereich der Feder 82, die das Drucksteuer-
ventil 80 mit einer Kraft belastet, liegt an einer Steuer-
schraube 83 an. Gemäß Fig. 11 ist die Steuerschraube]83
in eine mit Gewinde versehene Ausnehmung 84 im Gehäuse 67 angeordnet. Der rechte Endbereich der Steuerschraube 83
erstreckt sich in eine Zahnradkammer 85 im Gehäuse 67 und ein paralleles Paar von abgeflachten Bereichen ist auf
der äußeren Umfangsflache des rechten Endbereiches der
Steuerschraube 83 angeordnet. Ein Zahnrad 87 ist auf den abgeflachten Bereichen 86 der Steuerschraube 83 angeordnet.
Das Zahnrad 87 steht mit einer Zahnstange 88 in Eingriff, welche gleitbeweglich im Gehäuse 67 angeordnet ist. Daher
kann die Steuerschraube 83 axial unter zu Hilfenahme des Zahnrades 87 und durch eine Gleitbewegung der Zahnstange
88 in einer Richtung, die senkrecht auf der Zeichenebene der Fig. 11 steht, bewegt werden. Daher kann die eingestellte
Kraft der Feder 82, das ist der Wert des Öffnungsdruckes des Drucksteuerventils 80, verändert werden. Die
Zahnradkammer 85 ist flüssigkeitsdicht mittels einer in das Gehäuse 67 eingeschraubten Deckelschraube 89 und einem
O-Ring 90 geschlossen.
Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 30 der vierten Ausführungsform
wird im folgenden beschrieben. In der Anfangsphase des Druckvorganges ist der Druck des Brennstoffes
in der Pumpkammer 12, der durch den Kolben 5 erzeugt wird, J
niedrig, so daß die Kraft zur Belastung des Zwischenkolbens I 39 in eine Richtung nach rechts niedrig ist. Zu diesem ;
Zeitpunkt ist daher der Brennstoffdruck in der Fluidkammer 48 ebenfalls niedrig, so daß die Drosselsteueröffnung 70 t
durch das Drucksteuerventil 80 geschlossen wird. Demgemäß I
bewegt sich der Zwischenkolben 39 kaum nach rechts gemäß j
der in Fig. 11 gewählten Darstellung. Wenn jedoch der
Druckvorgang weiter voranschreitet, um den Brennstoffdruck
in der Fluidkammer 48 auf den Wert des Öffnungsdruckes des
Drucksteuerventils 80 anzuheben, wird die Drosselsteuer-
Öffnung 70 durch das Drucksteuerventil 80 geöffnet. Als Ergebnis davon fließt Brennstoff in der Fluidkammer 48 in
den Brennstoffkanal 50 und zwar durch die Drosselsteueröffnung 70, so daß der Zwischenkolben 39 durch den Druck
von dem in der Pumpkammer 12 befindlichen Brennstoff nach rechts bewegt wird. Daher wird bei der Steuereinrichtung
30 der vierten Ausführungsform, im Gegensatz zu denjenigen
der vorangehenden Ausführungsformen, die Geschwindigkeit des zur Einspritzdüse geförderten Brennstoffes zu Beginn
der nach rechts gerichteten Bewegung des Zwischenkolbens 39 vermindert, das ist zum Zeitpunkt, zu dem die Drosselsteueröffnung
70 geöffnet ist. In diesem Fall ist die Brennstoffördermengencharakteristik beispielsweise eine
Linie 0-il-i2 in Fig. 12. Die Brennstoffeinspritzgeschwindigkeitscharakteristik
für diesen Fall ist durch die Kurve x3 in Fig. 13 dargestellt.
Da die Öffnungszeit für die Drosselsteueröffnung 70 durch
Absenken des Wertes des Öffnungsdruckes des Drucksteuerventils
80 vorverlegt werden kann, werden die Brennstofffördermengencharakteristik und die Brennstoffeinspritzgeschwindigkeitscharakteristik
für diesen Fall durch eine Linie 0-J1-J2 in Fig. 12 bzw. eine Kurve j3 in Fig. 13
dargestellt. Andererseits kann die Öffnungzeit für die Drosselsteueröffnung 70 durch Anheben des Wertes des
Öffnungsdruckes des Drucksteuerventils 80 verzögert werden, so daß die Brennstoffördermengencharakteristik und die
Brennstoffeinspritzgeschwindigkeitscharateristik für diesen
Fall durch eine Linie 0-kl-k2 in Fig. 12 bzw. eine Kurve
3Q k3 in Fig. 13 dargestellt sind.
Daher kann bei der Steuereinrichtung der vierten Ausführungsform die Brennstoffeinspritzgeschwindigkeitscharakteristik
und der Brennstoffeinspritz Zeitpunkt durch Verändern
des Wertes des Öffnungsdruckes des Drucksteuerventils 80 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors gesteuert
werden.
Claims (9)
- PatentansprücheBrennstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in eine Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotorsmit einem Pumpengehäusemit einem Pumpenzylinderbereich, der im Pumpengehäuse angeordnet ist,mit einem Pumpenkolben, der im Pumpenzylinderbereich für eine Gleitbewegung in seiner axialen Richtung angeordnet ist, wobei der Pumpenkolben eine Brennstoffpumpkammer zur Aufnahme des Brennstoffes im Pumpenzylinderbereich bestimmt, undmit einer Brennstoffördereinrichtung zum Hin- und Herbewegen des Pumpenkolbens in dem Pumpenzylinderbereich zur Förderung des Brennstoffes in die Brennstoffpumpkammer zur Verbrennungskammer, dadurch gekennzeichnet,•Büro F r.ii]kfurt/F:ranktun oflirc'Büro MüiK hen/Munk h offite:Tl1I (M)171.!(X)-I TfUw 4IO87(i ohlcx tiS( llllcRti-StNlS.SC "i 5 Tel. ()HI(JI/(>2()!I-Ii) HO50 I-'rnsiMf? Telex 32(>Γ>47 [).ι\ν;ι dreli-nmmmriiircs.se- l'iW.inmc l'osis< Ικ ι K Mm« |«·ΐ34107261daß eine Steuereinrichtung (30) zum Steuern der Brennstoffördergeschwindigkeit von der Brennstoffpumpkammer (12) zur Verbrennungskammer vorgesehen ist, wobei die Brennstoffördergeschwindigkeit die von der Brennstoff-° pumpkammer (12) geförderte Brennstoffmenge pro Hubwegeinheit des Pumpenkolbens (5) angibt, und wobei die Steuereinrichtung (30) weiterhin folgende Teile iind Einrichtungen aufweist: ;ein Gehäuse (31, 67) mit einer Fluidkammer (48) in welche Fluid einleitbar ist, wobei das Gehäuse (31, 67) einen Steuerzylinderbereich (35) aufweist, welcher koaxial zum Pumpenkolben (5) angeordnet ist,eine Kolbeneinrichtung (39, 47) mit einem Kolben, der in dem Steuerzylinderbereich (35) des Gehäuses (31, 67) flüssigkeitsdicht angeordnet ist und gleitbeweglich in Axialrichtung des Pumpenkolbens (5) gelagert ist, wobei ein Ende des Kolbens sich in. die Brennstoffpumpkammer (12) erstreckt und am körperfernen Ende des Pumpkolbens (5) anliegt, so daß der Kolben zusammen mit dem Pumpenkolben (35) in derselben Bewegungsrichtung bewegbar ist, wenn der Pumpenkolben. (5) in eine Richtung bewegt wird, die das Volumen der Brennstoffpumpkammer (12) vergrößert, und daß der Kolben den Druck des Brennstoffes in der Brennstoffpumpkammer (12) aufnimmt und daher unabhängig vom Pumpenkolben (5) axial bewegbar ist, wenn der Pumpenkolben (5) in eine Richtung bewegt wird, die das Volumen der Brennstoffpumpkammer (12) verkleinert und wobei das andere Ende des Kolbens sich in die Fluidkammer (48) erstreckt und zum unter Druck Setzen des Fluides in der Fluidkammer (48) vorgesehen ist, undeine Auslaßeinrichtung (53, 52, 55) zum Ablassen eines . Teiles des Brennstoffes in der Fluidkammer (48) gemäß des Betriebszustandes des Motors, wenn das Fluid inder Fluidkammer mittels des Kolbens unter Druck gesetzt ist.
- 2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, da-durch gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrichtung (53,52, 55) einen Ausstränkanal (55) aufweist, der im Gehäuse (31, 67) angeordnet ist und sich in die Fluidkammer (48) öffnet, wobei der Kolben einen Zwischenkolbenbereich (39) und einen Steuerkolbenbereich (47) aufweist, wobei das eine Ende des Zwischenkolbenbereiches (39) am körperfernen Ende des Pumpenkolbens (5) anliegt und wobei der Steuerkolbenbereich (47) normalerweise in Berührung mit dem anderen Ende des Zwischenkolbenbereiches (39) an einem seiner Enden steht, und drehbar um seine Achse angeordnet ist, und wobei die andere Stirnfläche des Steuerkolbenbereiches (47) zum unter Druck Setzen des Brennstoffes in der Brennstoffkammer (48) dient und wobei diese Stirnfläche des Steuerkolbenbereiches (47) weiterhin als schräge Kante(52) ausgebildet ist, um eine Öffnung des Ausströmkanals (55), der sich in die Fluidkammer (48) öffnet, zu öffnen und zu schließen und daß die Auslaßeinrichtung weiterhin eine Dreheinrichtung (63, 62, 60) zum Drehen des Steuerkolbenbereiches (47) aufweist.
- 3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinrichtung (63, 62, 60) ein Steuerzahnrad (60) auf dem Steuerkolben (47) aufweist, um zusammen mit diesem drehbar angeordnet zu sein, und weiterhin ein antreibendes Zahnrad (62) aufweist, das auf der Ausgangswelle eines Schrittmotors (63) angeordnet ist und in Eingriff mit dem Steuerzahnrad (60) steht, wobei die Drehung des Schrittmotorsok (63) gemäß dem Betriebszustand des Motors steuerbar ist.
- 4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausströmkanal (55) ebenfalls als Kanal zum Einleiten des Fluides in die Fluidkammer (48) vorgesehen ist.
- 5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid, das in die Fluidkammer (48) einleitbar ist, Brennstoff ist.
- 6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrichtung einen Auslaßkanal (55) aufweist, der im Gehäuse (31, 67) angeordnet ist und sich in die Fluidkammer (48) an einer Stelle öffnet, so daß der Ausströmkanal . (55) niemals mittels des Kolbens ohne Rücksicht auf die Stellung des Kolbens geschlossen ist und wobei der Auslaßkanal (55) mit einem Drosselbereich (70) zum Herabsetzen des Querschnittes des Ausströmkanals (55) versehen ist und wobei das Fluid in die Fluidkammer(48) über einen Fluidförderkanal (73) leitbar ist, der im Gehäuse (31, 67) angeordnet ist und sich in die Fluidkammer (48) öffnet, wobei der Fluidförderkanal (73) mit einem Rückschlagventil (75) versehen ist.
- 7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrichtung einen Ausströmkanal (55) aufweist, der im Gehäuse (31, 67) angeordnet ist und sich in die Fluidkammer (48) öffnet, wobei der Kolben einen Zwischenkolbenbereich (39) und einen Steuerkolbenbereich (47) aufweist, und wobei das eine Ende des Zwischenkolbenbereiches (39) am körperfernen Ende des Pumpkolbens (5) anliegt und wobei der Steuerkolbenbereich (47) um seine Achse drehbar angeordnet ist und zum unter Druck Setzen des FIu-gg ides in der Fluidkammer (48) vorgesehen ist, wobei derZwischenkolbenbereich (39) und der Steuerkolbenbereich (47) eine Zwischenkammer begrenzen, die mit einer Förderöffnung im Gehäuse (31, 67) in Verbindung steht und sich in diese öffnet, so daß das Fluid in die Zwischenkäufer (76) durch die Förderausnehmung (100) einleitbar ist, wobei die Öffnung der Förderausnehmung (100) in der Zwichenkammer (76) mittels des Zwischenkolbenbereiches (39) offen- bzw. schließbar ist und wobei der Durchmesser einer der Stirnflächen des Steuerkolbenbereiches (47), der der Zwischenkammer (76) gegenübersteht, kleiner ist als derjenige der anderen Stirnfläche, die der Fluidkammer (48) gegenübersteht, und wobei die andere Stirnfläche als eine schiefe Kante zum Öffnen und Schließen der Öffnung des Auslaßkanales dient, der sich in die Fluidkammer (48) öffnet und wobei die Auslaßeinrichtung weiterhin eine Dreheinrichtung (63, 78) zum Drehen des Steuerkolbenbereiches (47) aufweist.
- 8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinrichtung eine Stange (78) aufweist, die koaxial zu dem Steuerkolbenbereich(47) angeordnet und einstückig mit diesem verbunden ist und wobei ein Schrittmotor (63) zum Steuern der Drehung der Stange (78) gemäß dem Betriebszustand des Motors vorgesehen ist.
- 9. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrich-■ tung einen Ausströmkanal (55) aufweist, der im Gehäuse : (31, 67) angeordnet ist und sich in die Fluidkammer(48) öffnet, wobei die Auslaßeinrichtung mit einem Absperrorgan (80) versehen ist, das mittels einer Feder in eine Richtung zum Verschließen des Ausströmkanals (55) gegen den Druck des Fluides in der Fluid-O ■> W t. Φ"*kammer (48) versehen ist und wobei die Auslaßeinrichtung weiterhin eine Einstelleinrichtung (83, 87, 88) zum Einstellen der Belastungskraft der Feder aufweist.10; Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 9, da-i durch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine Steuerschraube (83) aufweist, die an dem Endbereich der Feder auf der zum Absperrorgan (80) gegenüberliegenden Seite anliegt und die axial beweglich im Genaue (31, 67) angeordnet ist, wobei ein Zahnrad (87) auf dem Endbereich der Steuerschraube (83) angeordnet ist, der auf der gegenüberliegenden Seite der Feder angeordnet ist, und wobei eine Zahnstange(88) in Eingriff mit dem Zahnrad (87) steht, um dessen Drehung gemäß dem Betriebszustand des Motors zu steuern.
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