DE69414745T2 - Krafstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Krafstoffeinspritzvorrichtung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem, bei dem ein Solenoidventil in der Mitte des Brennstoffzufuhrpfads vorgesehen ist, der zum Kompressionsraum des Einspritzpumpen-Hauptkörpers führt, so daß die Brennstoffeinspritzung in die Maschine durch das Öffnen und Schließen des Brennstoffzufuhrpfads mit dem Solenoidventil gesteuert wird.
  • Brennstoffeinspritzpumpen dieser Art des Standes der Technik umfassen z. B. eine Erfindung, die in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung 1-151751 offenbart ist, bei der eine Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird. Um die Haupteinspritzung und eine dieser vorangehende Voreinspritzung zu erreichen, wird ein Solenoidventil während der Kompressionsphase angesteuert.
  • Um dies unter Bezugnahme auf das in Fig. 7 der Zeichnungen gezeigte Kennliniendiagramm zu erläutern, besteht der Ansteuerimpuls, der dem Solenoidventil zugeführt wird, aus einem Hauptimpuls mit einem langen Intervall und einem Hilfsimpuls mit einem kurzen intervall. Die geringe Einspritzung, die erforderlich ist, um die Zündung des Brennstoffs zu bewirken, wird durch Zufuhr dieses Hilfsimpulses erreicht. Im allgemeinen ist die erforderliche Menge für eine Voreinspritzung sehr klein, etwa 3-5 mm³/st pro Einheitshub des Kolbens. Während der Drosselung des Brennstoffzufuhrpfads, d. h., wenn der Hilfsimpuls den Brennstoffzufuhrpfad drosselt, hebt das Solenoidventil voll ab (voller Ventilhub) und erreicht die erforderliche Menge, bevor es schließt. Um diesem Problem entgegenzuwirken, ist es so konstruiert, daß die Zufuhrperiode des Hilfsimpulses verkürzt wird, so daß das Solenoidventil zurückspringt, bevor es voll abgehoben ist.
  • Wie auch in Fig. 1 dieser Veröffentlichung gezeigt ist, ist eine Konstruktion vorgesehen, bei der ein Piezoelement 47 z. B. zum Öffnen/Schließen der Einspritzdüse 49 zusätzlich zum Solenoidventil 7, und ein Pfad 85, der mit dem Pfad 83 für die Brennstoffzufuhr in Verbindung steht, im Gehäuse 11 vorgesehen sind, an dem der Kolben 23 gleitet, und ein Pfad 87 für den Brennstoffauslauf, der den Pfad 85 und den Druckbereich 17 innerhalb eines speziellen Nockenwinkelbereichs verbindet, im Kolben 23 gebildet ist.
  • Da jedoch das Solenoidventil den Befehl empfängt, zu schließen und zurückgestellt zu werden, bevor es voll abgehoben ist, ist der Hubgrad nicht stabil. Deshalb ist, obwohl eine Voreinspritzung angewandt wird, um eine ausreichende Einspritzung zu erreichen, das Gesamtergebnis nicht ausreichend, da die Einspritzmenge schwankt und nicht stabil ist. Wenn außerdem die Voreinspritzung nur mit dem Momentanhub des Solenoids eingestellt wird, wie beim Stand der Technik, und wenn die Drehzahl der Maschine ansteigt, und die Haupteinspritzmenge zunimmt, nimmt auch die Voreinspritzung zu. Wenn die Haupteinspritzung groß ist, können daher nachteilige Effekte wie eine Rauchzunahme und dgl. auftreten, weshalb die Voreinspritzung idealerweise unabhängig von der Drehzahl gering sein sollte.
  • Bei dem Verfahren, bei dem ein elektromagnetisches Ventil zweimal angesteuert wird, besteht das Problem einer Verhaltensinstabilität der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung, verursacht durch die Ansprechverzögerung des Solenoidventils u. dgl., was zu einer Schwankung der Einspritzmenge führt.
  • Dieses Problem scheint durch Anwenden der zuvor erwähnten Technologie lösbar zu sein, bei der eine Voreinspritzung durch Öffnen und Schließen eines Piezoelements o. dgl. erreicht wird, um die Brennstoffeinspritzung sofort zu starten und zu stoppen. Tatsächlich jedoch ist, da der Kolben keinen Drallstopper hat, die Phase zwischen dem Kolben und dem Einspritzpumpen-Hauptkörper nicht stabil. Wenn sich z. B., wie die Fig. 8 (a) und (b) zeigen, die Phase zwischen der Auslaßbohrung 52, die im Einspritzpumpen-Hauptkörper 2 gebildet ist und dem Brennstoffauslaßpfad 43, der im Kolben ausgebildet ist, ändert, ändern sich auch die Länge des Pfads vom Kompressionsraum zur Auslaßbohrung und auch der Pfadwiderstand, so daß sich Schwankungen in der Voreinspritzmenge ergeben. Wenn dabei die optimalen Einspritzcharakteristika in dem Zustand, wie in Fig. 8 (a) gezeigt, erzielt Urerden, und wenn sich die Phase in den in Fig. 8 (b) gezeigten Zustand ändert, verschlechtert sich der Brennstoffüberlauf infolge der Zunahme der Länge des Pfads und des Pfadwiderstands. Im schlechtesten fall überlappen sich, wie die unterbrochenen Linien in Fig. 8 zeigen, die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung, und stabile Einspritzcharakteristika können nicht erreicht werden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Brennstoffeinspritzsystem zu schaffen, bei dem eine Einspritzung in geringer Menge auf stabile Weise vor der Haupteinspritzung erreicht werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine stetige, nahezu konstante Einspritzung in geringer Menge unabhängig von der Drehzahl der Maschine zu erzielen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einspritzeinheit zu schaffen, bei der stabile Einspritzcharakteristika von der Klareinspritzung über die Haupteinspritzung erzielt werden können.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Brennstoffeinspritzsystem geschaffen, bestehend aus
  • einer Einspritzpumpeneinheit mit einem in einem Einspritzpumpenhauptkörper ausgebildeten Zylinder, einem in den Zylinder verschiebbar eingesetzten Kolben, einem von dem Zylinder und dem Kalben gebildeten Kompressionsraum, einem Hochdruckpfad zur Übertragung von Brennstoff vom Kompressionsraum, und einem Brennstoffzufuhrpfad für die Zufuhr des von einem Brennstoffeinlaß zufließenden Brennstoffs zum Kompressionsraum;
  • einer Solenoidventileinheit am Zuführpfad der Brennstoffpumpeneinheit mit einem Kegelventil zur Einstellung des Zustands der Verbindung zwischen der Kompressionsraumseite und der Brennstoffeinlaßseite des Brennstoffzuführpfads, wobei die Bewegung des Kegelventils von einem externen Steuersignal gesteuert wird, das einem Solenoid zugeführt wird, und mit einer Düseneinheit (13), die den Brennstoff vom Hochdruckpfad einer Maschine zuführt,
  • dadurch gekennzeichnet, daß:
  • eine Abzweigeinrichtung, die eine Verbindung zwischen dem Kompressionsraum und dem Brennstoffzufuhrpfad entsprechend dem Hubzustand des Kolbens ermöglicht, vorgesehen ist, und wobei das externe Steuersignal, das dem Solenoid zugeführt wird, einen Hauptimpuls aufweist, um eine Haupteinspritzung durchzuführen, und einen Hilfsimpuls, um eine kleine Menge vor Einspritzung vor dem Hauptimpuls durchzuführen, und daß die Verbindung zwischen dem Kompressionsraum und dem Brennstoffzufuhrpfad unterbrochen wird, nachdem der Hilfsimpuls und bevor der Hauptimpuls erzeugt wird, wobei die Anordnung derart ist, daß die Abzweigeinrichtung nur am Ende der Voreinspritzung und bevor das Kegelventil auf einem Ventilsitz aufsitzt, in Betrieb ist.
  • Die Erfindung schafft somit eine Brennstoffeinspritzpumpe, die als Minimalanforderungen mit einem Kompressionsraum versehen ist, der in einem Zylinder gebildet ist, in den der Kolben derart eingesetzt ist, daß er frei gleitet, einem Hochdruckpfad, um den Brennstoff aus dem Kompressionsraum in die Düse einzuleiten, einem Brennstoffzufuhrpfad, um den Brennstoff zuzuführen, der vom Brennstoffeinlaß zum Kompressionsraum fließt, einem Solenoidventil, das sich in der Mitte des Brennstoffzufuhrpfads der Brennstoffeinspritzpumpe befindet, das ein Kegelventil zum Einstellen des Verbindungszustands zwischen der Kompressionsraumseite und der Brennstoffeinlaßseite im Brennstoffzufuhrpfad hat und den Betrieb des Kegelventils mit einem externen Steuersignal steuert, das dem Solenoid zugeführt wird, und einer Auslaßbohrung, die an der Seitenfläche des Zylinders gebildet ist und die Verbindung zwischen dem Kompressionsraum und dem Brennstoffzufuhrpfad in Abhängigkeit vom Hub des Kolbens ermöglicht. Das zuvor erwähnte externe Steuersignal, das dem Solenoid zugeführt wird, besteht aus einem Hauptimpuls, der die Haupteinspritzung bewirkt, und einem Hilfsimpuls, der eine Einspritzung in geringer Menge bewirkt, die vor dem Hauptimpuls durchgeführt wird. Der Hilfsimpuls wird nicht länger als die Zeit eingestellt, die notwendig ist, um das zuvor erwähnte Kegelventil auf den Ventilsitz abzusenken, und daher stehen der Kompressionsraum und der Brennstoffzufuhrraum vor der Haupteinspritzung in Verbindung.
  • Bei dieser Konstruktion wird der Brennstoff, der vom Brennstoffeinlaß kommt weiter zum Kompressionsförderung über das Solenoidventil geleitet, und selbst während des Vorgangs der Kompressionszufuhr durch den Kolben, wird der Brennstoff nicht durch die Diese eingeleitet, bis der Brennstoffzufuhrpfad durch das Solenoidventil gedrosselt wird. Wenn ein Hilfsimpuls in diesem Abschnitt des Nockenlaufbereichs erzeugt wird, in dem eine Einspritzung in geringer Menge erforderlich ist, wird das Kegelventil des Solenoidventils angehoben, um den Brennstoffzufuhrpfad zu drosseln und damit wird der Brennstoff im Kompressionsraum mit Druck beaufschlagt und durch die Düse eingespritzt. Wenn danach der Hilfsimpuls endet, und der Brennstoffzufuhrpfad in seinen Anfangszustand zurückkehrt, wird diese vorbereitende Einspritzung beendet, und der Hauptimpuls wird erzeugt, um den Brennstoffzufuhrpfad wiederum zu drosseln, und um jedoch zu diesem Zeitpunkt die Haupteinspritzung zu starten.
  • Während der vorbereitenden Einspritzphase, die der Haupteinspritzung vorangeht, bewegt sich, da der Hilfsimpuls länger als die Zeit eingestellt ist, die erforderlich ist, um das Kegelventil auf den Ventilsitz abzusenken, das Kegelventil weiter, bis es auf dem Ventilsitz aufsitzt. Dies bedeutet, daß die Notwendigkeit, das Kegelventil wieder abzuheben, bevor es auf den Ventilsitz schlägt, beseitigt wird, so daß es möglich ist, die Bewegung des Kolbens gleichmäßig zu bestimmen. Hierbei könnte man meinen, daß die Menge der vorbereitenden Einspritzung zu groß ist. Jedoch in Kombination mit der Bewegung des Kegelventils kommen der Kompressionsraum und der Brennstoffzufuhrpfad über die Auslaßbohrung vor der Haupteinspritzung in Verbindung, so daß jede Erhöhung der Menge der vorbereitenden Einspritzung unterdrückt wird.
  • Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch Kombination der Zeitperiode, während der der Brennstoff innerhalb des Kompressionsraums über die Auslaßbohrung abgeleitet wird, und der Zeitperiode, während der der Brennstoffzufuhrpfad durch die Bewegung des Kegelventils gedrosselt, bis es auf dem Ventilsitz aufsitzt, die Druckbeaufschlagung und Ableitung des Brennstoffs im Kompressionsraum gleichzeitig oder mit einer speziellen Phasenverschiebung vor der Haupteinspritzung durchgeführt werden, so daß sich eine stabile Bewegung des Kegelventils ergibt, und auch die optimale geringe Menge für den Vor-Zufluß (vorbereitende Einspritzung) erreicht wird.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung, und um zu zeigen, wie sie verwirklicht werden kann, wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen
  • Fig. 1 ein Querschnitt ist, der den schematischen Aufbau einer Ausführungsform des Brennstoffeinspritzsystems zeigt;
  • Fig. 2 (a) bis (c) vergrößerte Querschnitte wesentlicher Teile des Brennstoffeinspritzsystems in Fig. 1 sind;
  • Fig. 3 ein Diagramm ist, das die Kennlinien des Kolbenhubs, des Ansteuerimpulses, des Ventilhubs und der Einspritzrate des Brennstoffeinspritzsystems in Fig. 1 zeigt;
  • Fig. 4 (a) und (b) vergrößerte Querschnitte der wesentlichen Teile einer weiteren Ausführungsform eines Brennstoffeinspritzsystems sind;
  • Fig. 5 (a) bis (c) vergrößerte Querschnitte der wesentlichen Teile noch einer weiteren Ausführungsform eines Brennstoffeinspritzsystems sind;
  • Fig. 6 ein Diagramm ist, das die Kennlinien des Kolbenhubs, des Ansteuerimpulses, des Ventilhubs und Einspritzrate des Brennstoffeinspritzsystems bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform sind;
  • Fig. 7 ein Diagramm des Systems des Standes der Technik ist, das die Kennlinien des Kolbenhubs, des Ansteuerimpulses, des Ventilhubs und der Einspritzrate sind; und
  • Fig. 8 (a) und (b) erläuternde Zeichnungen der Phasenänderung zwischen der Auslaßbohrung sind, die im Einspritzpumpen-Hauptkörper gebildet ist, und dem Brennstoffauslaßpfad, der im Kolben in einem System des Standes der Technik gebildet ist.
  • Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist in Fig. 1 das Brennstoffeinspritzsystem mit einer Einspritzpumpeneinheit 1 vom Einspritzdüsentyp versehen, die Brennstoff in den Zylinder z. B. eines Dieselmotors durch Einspritzen einleitet. Diese Einspritzpumpeneinheit 1 ist mit einem Zylinder 3 an der Basis des Einspritzpumpen- Hauptkörpers 2 und des Kolbens 43 versehen, der in den Zylinder 3 frei gleitbeweglich eingesetzt ist. Ein Federlagerabschnitt 2a ist am Einspritzpumpen- Hauptkörper 2 gebildet, und die Feder 6 ist zwischen dem Federlagerabschnitt 2a des Einspritzpumpen = Hauptkörpers 2 und dem Stößel 5 vorgesehen, der mit dem Kolben 4 verbunden ist. Die Feder 6 übt konstant in der Richtung Druck aus, in der sich der Kolben weiter vom Einspritzpumpen-Hauptkörper 2 (der durch einen Pfeil A in der Figur angegebenen Richtung) entfernt. Der Stößel 5 ist am Einspritzpumpen- Hauptkörper 2 mit dem Verbindungsstift 8 verbunden, der in ihn eingesetzt ist, und dieser Verbindungsstift 8 steht aus der Seitenfläche in die Führungsnut 7 vor, die in Längsrichtung der Achse des Kolbens 4 im Einspritzpumpen-Hauptkörper 2 gebildet ist, so daß er eine Reziprokbewegung durchführen kann, während eine spezielle Phase bezüglich des Einspritzpumpen-Hauptkörpers 2 aufrechterhalten wird. Ein Nocken, der an einer Antriebsweile (nicht gezeigt) gebildet ist, steht mit dem Stößel 5 in Kontakt, und die Antriebs wette, die mit der Maschine verbunden ist, dreht. Die Antriebswelle und der Nocken arbeiten mit der zuvor erwähnten Feder 6 zusammen, um die Reziprokbewegung des Kolbens 4 im Zylinder 3 zu veranlassen. Durch diese Reziprokbewegung des Kolbens 4 wird der Brennstoff im Kompressionsraum 9, der eine Umschließung bildet, die vom Kolben 4 und dem Einspritzpumpen-Hauptkörper gebildet ist, komprimiert, und mit der gleichen Bewegung wird Brennstoff in den Kompressionsraum 9 angesaugt.
  • Die Halteeinheit 10 ist an der Spitze des Einspritzpumpen-Hauptkörpers durch die Haltemutter 11 befestigt, die mit der Halteeinheit 10 um die Spitze des Einspritzpumpen-Hauptkörpers 2 verbunden ist. Die Düseneinheit 13 ist an der Halteeinheit 10 über den Abstandshalter 12 befestigt. Der Abstandshalter 12 und die Düseneinheit 13 werden durch Aufschrauben der Haltemutter 14, die mit diesen Teilen verbunden ist, auf die Spitze der Halteeinheit 10 befestigt. Die Halteeinheit ist mit dem Federgehäuse 15 und mit der Düsenfeder 16 versehen, die im Federgehäuse 15 aufgenommen ist, und ein Nadelventil (nicht gezeigt) in der Düseneinheit wird in Richtung der Spitze der Düseneinheit (der durch einen Pfeil B in der Figur angegebenen Richtung) gedrückt. Der Aufbau der Düseneinheit 13 ist bekannt, und wenn Brennstoff mit hohen Druck durch den Hochdruckpfad 17, der später erläutert wird, zugeführt wird, wird das Nadelventil entgegen der Kraft der Düsenfeder 16 geöffnet, und der Brennstoff wird durch eine Einspritzöffnung, die an der Spitze der Düseneinheit ausgebildet ist, in die Maschine eingespritzt.
  • Der Hochdruckpfad 17 besteht aus dem Pfad 18, der im Einspritzpumpen- Hauptkörper gebildet ist, von dem ein Ende in den Kompressionsraum 9 mündet, dem Pfad 19, der mit dem Pfad 18 verbunden und in der Halteeinheit 10 ausgebildet ist, dem Pfad 20, der im Abstandshalter 12 ausgebildet ist und mit dem Pfad 19 verbunden ist, und einem Pfad (nicht gezeigt), der in der Düseneinheit 13 gebildet und mit dem Pfad 20 verbunden ist.
  • Das Ventilgehäuse 22 zur Aufnahme der Solenoidventileinheit 21, die später erläutert wird, befindet sich auf der Seite des Einspritzpumpen-Hauptkörpers 2 als integrierte Einheit hiermit. Der Brennstoffzufuhrpfad 23 ist in dem Einspritzpumpen- Hauptkörper 2 und dem Ventilgehäuse 22 für die Zufuhr des Brennstoffs zum Kompressionsraum 3 vorgesehen. Dieser Brennstoffzufuhrpfad 23 umfaßt den ersten Zufuhrpfad 23a, der auf einer Seite des Einspritzpumpen-Hauptkörpers 2 gebildet ist und durch den der Brennstoff vom Brennstoffeinlaß 24 zugeführt wird, den Ringkanal 23b, der mit dem ersten Zufuhrpfad 23a verbunden und an einem Teil des Zylinders 3 ausgebildet ist, an dem der Koben 4 konstant gleitet, den zweiten Zufuhrpfad 23c, der mit dem Ringkanal 23b und der Ventilkopfgehäusekammer 25 in der später zu erläuternden Solenoidventileinheit 21 verbunden ist, und den dritten Brennstoffzufuhrpfad 23d, von dem ein Ende mit der Ringnut 27 verbunden ist, die auf der Oberfläche des Kegelventils ausgebildet ist, und dessen anderes Ende mit dem zuvor erwähnten Kompressionsraum 9 verbunden ist.
  • Die Brennstoffzufuhr zum Kompressionsraum 9 wird von der Solenoidventileinheit 21 gesteuert, die mit dem Kegelventil 26 verbunden ist, das durch die Gleitöffnung 28 frei gleitbeweglich eingesetzt ist, die im Ventilgehäuse 22 ausgebildet ist. Im Ventilgehäuse 22 ist der Ventilsitz 30 in Kontakt mit dem Ventilkopf 29 vorgesehen, der an der Spitze des Kegelventils 26 ausgebildet ist, und das Kopfstück 31 ist durch eine Schraube am Ventilgehäuse 22 derart befestigt, daß es den Ventilkopf 29 umgibt. Am Verbindungsabschnitt des Kopfstücks 31 und des Ventilaufnahmegehäuses 22 ist eine Ventilkopfgehäusekammer 25 durch das Kopfstück 31 und das Ventilgehäuse 22 gebildet. Der Anschlag 32, der am Kopfstück 31 befestigt und vom Ventilkopf 29 abgewandt ist, ist in der Ventilkopfgehäusekammer vorgesehen.
  • Das Kegelventil 26 verläuft durch den Halter 33, der durch eine Schraube an der anderen Seite des Kopfstücks 31 im Ventilgehäuse 22 vorgesehen ist, und ein Anker 34 ist an seiner Spitze befestigt. Der Solenoidaufnahmeabschnitt 36 ist durch eine Haltemutter 37 am Halter 33 über den Abstandshalter 35 befestigt und in der Ankerkammer 38 aufgenommen, die zwischen dem Halter 33 und dem Abstandshalter 35 gebildet ist, wobei er dem Solenoid abgewandt ist, das im Solenoidaufnahmeabschnitt 36 über die Montageöffnung im Abstandshalter 35 aufgenommen ist. Die Feder 40 ist im Halter 33 aufgenommen und gehalten, um eine konstante Kraft auf den Ventilkopf 29 in der Richtung auszuüben, in der er sich vom Ventilsitz 33 entfernt, so daß im normalen Zustand der Kopf 29 vom Ventilsitz 30 entfernt ist, und wenn der Anker 34 zum Solenoid 39 gezogen wird, wenn diesem Energie zugeführt wird, wird der Ventilkopf 29 in der Richtung angetrieben, in der er mit dem Ventilsitz 30 in Kontakt kommt.
  • Somit wird die zuvor erwähnte Kegelventilgehäusekammer 25 stets über den ersten Zufuhrpfad 23a, den Ringkanal 23b und den zweiten Brennstoffzufuhrpfad 23c mit Brennstoff versorgt und gefüllt, und wenn der Ventilkopf 29 den Ventilsitz 30 während der Ansaugphase des Kolbens 4 verläßt, gelangt der die Kegelventilgehäusekammer 25 füllende Brennstoff durch den Spalt zwischen dem Kegelventil 26 und der Gleitöffnung 28 zur Ringnut 27. Dann läuft er von der Ringnut 27 durch den dritten Brennstoffzufuhrpfad 23d und wird dem Kompressionsraum 9 zugeführt. Der Brennstoffdruck an dieser Stelle beträgt etwa 5 kg/cm².
  • Auf diese Weise sitzt, während dem Solenoid 39 Energie zugeführt wird, der Ventilkopf 29 auf dem Ventilsitz 30 auf, um den Brennstoffzufuhrpfad 23 zu unterbrechen, und Brennstoff, der dem Kompressionsraum 9 bereits zugeführt wurde, wird während des Kompressionsfördervorgangs vom Kolben 4 komprimiert und der Düseneinheit 13 über dem Hochdruckpfad 17 zugeführt. Diese Brennstoffkompressionsförderung wird beendet, wenn die Energieversorgung des Solenoids 39 stoppt, der Ventilkopf 29 vom Ventilsitz 30 abhebt, und ein Teil des Hochdruckbrennstoffs auf der Hochdruckseite (dem Hochdruckpfad, dem Kompressionsraum, und dem dritten Brennstoffzufuhrpfad) zum Ventilaufnahmegehäuse 25 zurückgeleitet wird, und der Brennstoffdruck im Kompressionsraum 9 reduziert wird.
  • Wie die Fig. 2(a) bis (c) zeigen, ist der Brennstoffauslaßpfad 43 auf der Seite des Kolbens 4 zum Kompressionsraum relativ zum Ringkanal 23 gebildet, und dieser Auslaßpfad 43 ist aus der Ringnut 45, die auf der Seitenfläche des Kolbens 4 ausgebildet ist, und einer Verbindungsbohrung aufgebaut, deren eines Ende mit der Ringnut 45 und deren anderes Ende mit dem Kompressionsraum 9 verbunden ist. Es ist auch eine Auslaßbohrung 42 auf der Seite des Zylinders 3 vorgesehen, deren eines Ende in den ersten Zufuhrpfad 23a und deren anderes Ende in den Zylinder mündet. Die Beziehung zwischen der Auslaßbohrung und der zuvor erwähnten Ringnut 45 wird später beschrieben.
  • Fig. 2 zeigt den Kolben am unteren Todpunkt, von wo er aus zum obersten Punkt in Fig. 1 läuft. An diesem Punkt ist die Auslaßbohrung 42 bereits zur Ringnut 45 offen. Wenn während der Anfangsphase der Bewegung der Kolben 4 in der Figur (der Richtung des Pfeils in Fig. 2) nach unten läuft, läuft die Position der Auslaßbohrung 42, die der Ringnut 45 zugewandt ist relativ zur Ringnut 45 nach oben, und wenn der Kolben 4 die in Fig. 2b gezeigte Position erreicht, ist die Ringnut 45 von der Auslaßbohrung 42 getrennt, so daß die Verbindung mit der Auslaßbohrung 42 beendet ist. Die vom unteren Todpunkt beginnende Zeitperiode bis zur Unterbrechung der Verbindung zwischen der Auslaßbohrung 42 und der Ringnut 45 wird als t cut bezeichnet. Nach t cut wird der Kolben weiter abgehoben, um die Volumenkapazität des Kompressionsraums 9 zu reduzieren, ohne daß die Auslaßbohrung 42 und die Ringnut 4-5 wieder verbunden werden (Fig. 2c).
  • In Relation zur Bewegung des Kolbens 4, bei der die Auslaßbohrung 42 und die Ringnut 45 die oben beschriebene Beziehung aufrechterhalten, wird die Energiezufuhr zu dem zuvor erwähnten Solenoid 39 von der in Fig. 1 gezeigten Steuereinheit 48 gesteuert. Diese Steuereinheit 48 besteht aus einem A/D-Wandler, einem Multiplexer, einem Mikrocomputer und einem Treiberkreis etc., die in der Figur nicht gezeigt sind. Verschiedene Signale von Einheiten wie eine Beschleunigungsermittlungseinheit, die die Bewegungsgröße am Gaspedal (Drosselklappenöffnung) erfaßt, und einem Drehzahlermittlungseinheit, die die Drehzahl der Maschine erfaßt, einen Bezugssignalgenerator, der mit der Antriebswelle verbunden ist und einen Impuls jedesmal erzeugt, wenn die Antriebswelle eine Bezugswinkelposition durchläuft u. dgl., werden in die Steuereinheit 48 eingegeben, die den in Fig. 3 gezeigten Ansteuerimpuls ausgibt.
  • Dieser Ansteuerimpuls wird dem Solenoid 39 in der Solenoidventileinheit 21 zugeführt und enthält einen Hilfsimpuls, um eine Einspritzung (bzw. Voreinspritzung) mit geringer Menge über ein kurzes Zeitintervall von t1-t2 während der Anfangsphase des Hubs durchzuführen, bevor der Hauptimpuls die Haupteinspritzung während des Zeitintervalls t3-t4 durchführt, wenn der Kolben 4 vom unteren Todpunkt (t = 0) abhebt. Die Impulsbreite (t2 - t1) dieses Hilfsimpulses ist nicht größer als die Zeitperiode, die beginnt, wenn sich das Kegelventil 26, das von offen ist, gegen die Feder 40 bewegt, bis zur Zeit, wenn es auf dem Ventilsitz 30 aufsitzt. Auch ist das Intervall zwischen dem Hilfsimpuls und dem Hauptimpuls nicht länger als die Zeit, die zwischen der Zeit abläuft, wenn das Kegelventil 26 aufsitzt, und der Zeit, wenn es in seinen voll geöffneten Anfangszustand zurückkehrt. Der zuvor er wähnte Zeitpunkt t cut wird so eingestellt, daß er auftritt, nachdem das Ventil wieder offen ist, nachdem der Hilfsimpuls erzeugt wurde, und vor t3, wenn der Hauptimpuls erzeugt wird.
  • Es sei bei dem oben beschriebenen Aufbau angenommen, daß der Kolben 4 sich gerade in der unteren Todpunktposition befindet. Zu diesem Zeitpunkt beginnt sich der Kolben zu heben und bei t1, wenn der Hilfsimpuls dem Solenoid 39 zugeführt wird, wird der Anker 34 zum Solenoid 39 von der elektromagnetischen Kraft angezogen, und der Ventilkopf 29 beginnt, sich gegen den Ventilsitz 30 zu bewegen. Kurz danach und nach t1 sitzt der Ventilkopf 29 auf dem Ventilsitz 30 auf. Dieser geschlossene Zustand dauert bis t2. Dann nach t2 wird, wenn die elektromagnetische Kraft nicht mehr auftritt, der Ventilkopf 29 vom Ventilsitz 30 mit einer Geschwindigkeit gelöst, die durch die Kraft der Feder 40 bestimmt wird. Während dieses Vorgangs wird, da der Brennstoffzufuhrpfad 23 durch die Solenoidventileinheit 21 gedrosselt wird, der Brennstoff im Kompressionsraum 9 vom Kolben 4 komprimiert und eingespritzt, bevor das Kegelventil 26 voll geöffnet ist. Da dieser Vor-Zufluß nur dazu da ist, die Zündung der Haupteinspritzung zu veranlassen, ist eine sehr geringe Menge erforderlich, und daher würde, wenn das Abheben andauert, bis das Kegelventil 26 aufsitzt, die Einspritzmenge üblicherweise die erforderliche Menge überschreiten. Da jedoch während dieses Vor- Zulaufintervalls die Auslaßbohrung 42 und die Ringnut 45 verbunden sind und folglich ein Teil des Brennstoffs im Kompressionsraum zum Brennstoffzufuhrpfad 23 über die Verbundungsbohrung 46, die Ringnut 45 und die Auslaßbohrung 42 zurückgeleitet wird, nimmt die aus der Düse eingespitzte Brennstoffmenge nicht zu, sondern es wird im Gegenteil, wie Fig. 3 zeigt, eine geringe Einspritzrate erreicht. Der Durchmesser der Auslaßbohrung 42 ist so vorbestimmt, daß solch ein optimaler Vor-Zufluß mit geringer Menge erreicht wird. Außerdem kann, da das Kegelventil 46 an einer bestimmten Stelle aufsitzt, die Bewegung des Kegelventils 26 gleichmäßig bestimmt werden, um die Schwankung der Einspritzrate zu beseitigen. Außerdem wird, obwohl die Impulsbreite des Ansteuerimpulses länger eingestellt wird, als für das Aufsitzen des Kegelventils 26 notwendig ist, die Einspritzung über ein längeres Zeitintervall als beim Stand der Technik über die vorhandene Auslaßbohrung 42 durchgeführt, und Einspritzratencharakteristika, die ein mäßige Aufwärtsgesamtprofil zeigen, können erreicht werden, um die Zündung der Haupteinspritzung glatt durchzuführen.
  • Wenn der Vor-Zufluß endet, und der Betrieb bei t cut ist, wird die Verbindung zwischen der Auslaßbohrung 42 und der Ringnut 45 unterbrochen. Danach ist keine Auslauffunktion für den Brennstoff wirksam, und die Haupteinspritzung ähnlich der des Standes der Technik wird durchgeführt. Das heißt, daß nach t3, wenn der Ansteuerimpuls erzeugt wird, das Kegelventil 26 auf dem Ventilsitz wieder aufsitzt, und der Brennstoff im Kompressionsraum durch die Düse infolge der Kompression des Kolbens 4 ohne Abzweigung durchgeführt wird. Somit wird die Einspritzrate erhöht, und dieser Zustand wird bis t4 aufrechterhalten, zu welchem Zeitpunkt das Kegelventil 26 den Ventilsitz 30 verläßt.
  • Es ist zu beachten, daß bei dem oben beschriebenen Aufbau die Ringnut 45 im Kolben 4 und die Auslaßbohrung 42 stets der Seitenfläche des Kolbens 4 zugewandt sind. Wie Fig. 4 zeigt, ist es jedoch möglich, ähnliche Vorteile mit einem Aufbau zu erreichen, bei dem die Auslaßbohrung 42 so gebildet ist, daß sie dem Kompressionsraum 9 während der Anfangsphase des Kolbenhubs (Fig. 4a) zugewandt ist, und die Auslaßbohrung 42 durch die Spitze des Kolbens 4 zum Zeitpunkt t cut (Fig. 4b) unterbrochen wird.
  • Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Da ihr grundsätzlicher Aufbau ähnlich dem der ersten Ausführungsform ist, unterbleibt seine Erläuterung. Die Beziehung zwischen der Auslaßbohrung 42 und der Ringnut 45 des Brennstoffauslaßpfads 43 wird nachstehend beschrieben.
  • In dem Zustand, in dem sich der Kolben 4 am unteren Todpunkt befindet, ist die Auslaßbohrung 42 der Seitenwand des Kolbens 4 in Richtung zur Spitze bezüglich der Ringnut 45 zugewandt, und die Auslaßbohrung 42 und die Ringnut 45 sind nicht verbunden (Fig. 5a). Wenn der Kolben 4 in der Figur nach unten (in Richtung des Pfeils) von diesem Zustand aus läuft, läuft die Auslaßbohrung 42 relativ zur Ringnut 45 während der Anfangsphase der Bewegung nach oben, und die Ringnut 45 wird mit der Auslaßbohrung 42 verbunden, wenn der Kolben 4 die in Fig. 5 (b) gezeigte Position erreicht. Wenn der Kolben Breiter läuft, um die in Fig. 5 (c) gezeigte Position zu erreichen, wird die Ringnut 45 von der Auslaßbohrung 42 getrennt, so daß die Verbindung mit der Auslaßbohrung 42 unterbrochen wird. Der Zeitpunkt, beginnend vom unteren Todpunkt bis zur Verbindung der Auslaßbohrung 42 und der Ringnut 45 miteinander ist mit t open bezeichnet, und die Zeit bis zu dem Punkt, wenn die Verbindung zwischen der Auslaßbohrung 42 und der Ringnut 45 unterbrochen wird, ist mit t cut bezeichnet.
  • Nach t cut wird der Kolben weiter abgehoben, um die Volumenkapazität des Kompressionsraums 9 zu reduzieren, ohne daß die Auslaßbohrung 42 und die Ringnut 45 wieder verbunden werden.
  • In Relation zur Bewegung des Kolbens 4, wobei die Auslaßbohrung 42 und die Ringnut 45 ihre oben beschriebene Beziehung aufrechterhalten, wird die Energiezufuhr zum zuvor erwähnten Solenoid durchgeführt, wie Fig. 6 zeigt.
  • Zusammenfassend enthält der Ansteuerimpuls, der dem Solenoid 39 zugeführt wird, einen Hilfsimpuls zur Durchführung einer Einspritzung (oder Voreinspritzung) mit geringer Menge über ein kurzes Intervall von t1-t2 während der Anfangsphase des Abhebens vor dem Hauptimpuls zur Durchführung der Haupteinspritzung während des Zeitintervalls t3 - t4, wenn der Kolben 4 vom unteren Todpunkt (t = 0) abhebt. Die Impulsbreite dieses Hilfsimpulses ist nicht länger als die Zeitperiode, die beginnt, wenn das Kegelventil 26, das voll geöffnet ist, entgegen der Kraft der Feder 40 verstellt wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn es auf dem Ventilsitz 30 aufsitzt. Auch ist das Zeitintervall zwischen dem Hilfsimpuls und dem Hauptimpuls nicht länger als die abgelaufene Zeit zwischen dem Zustand, in dem das Kegelventil 26 aufsitzt, und dem Zeitpunkt, wenn es in seinen offenen Anfangszustand zurückkehrt. Der zuvor erwähnte Zeitpunkt t open wird so eingestellt, daß er auftritt, nachdem der Hilfsimpuls erzeugt ist, und bei dieser Ausführungsform das Kegelventil auf dem Ventilsitz aufsitzt. Tatsächlich wird er an einem geeigneten Punkt eingestellt, um eine übermäßige Erhöhung des Vor-Zulaufs zu verhindern. Dies bedeutet, daß es nicht unbedingt notwendig ist, ihn entsprechend dem Ende des Hilfsimpulses oder dem Zeitpunkt einzustellen, bei dem das Kegelventil aufsitzt. Statt dessen sollte er experimentell bestimmt werden, wobei der Austrittszustand des Brennstoffs u. dgl. zu berücksichtigen ist. Der zuvor erwähnte Zeitpunkt t cut wird so eingestellt, daß er vor t3 auftritt, wenn der Hauptimpuls erzeugt wird.
  • Bei dem zuvor beschriebenen Aufbau sei angenommen, daß der Kolben 4 gerade in der unteren Todpunktposition ist. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Kolben abzuheben, und bei t1, wenn der Hilfsimpuls dem Solenoid 39 zugeführt wird, wird der Anker von der elektromagnetischen Kraft gegen den Stator gezogen, und der Ventilkopf 29 beginnt, sich gegen den Ventilsitz 30 zu bewegen. Kurz danach und nach t1 sitzt der Ventilkopf auf dem Ventilsitz 30 auf. Dieser Zustand dauert bis t2 an. Dann wird nach t2, da die elektromagnetische Kraft nicht mehr vorhanden ist, der Ventilkopf 29 vom Ventilsitz 30 mit einer Geschwindigkeit gelöst, die durch die Kraft der Feder 40 bestimmt wird.
  • Während dieses Vorgangs wird, da der Brennstoffzufuhrpfad 23 von der Solenoideinheit 21 gedrosselt wird, der Brennstoff im Kompressionsraum 9 vom Kolben 4 komprimiert und eingespritzt, bevor das Kegelventil 26 voll öffnet. Während dieser Vor-Zuflußperiode und bevor dieser Vor-Zufluß übermäßig wird, kommt die Auslaßbohrung 42 mit der Ringnut 45 in Verbindung, so daß ein Teil des Brennstoff im Kompressionsraum 9 zum Brennstoffzufuhrpfad 23 über die Verbindungsbohrung 46, die Ringnut 45 und die Auslaßbohrung 42 zurückgeleitet werden kann. Daher nimmt der durch die Düse eingespritzte Brennstoff v licht mehr zu, und die geringe Einspritzrate kann, wie Fig. 6 zeigt, unabhängig von der Drehzahl der Maschine erreicht werden.
  • Auch bei dieser Ausführungsform wird das Kegelventil 26 verstellt, bis es auf dem Ventilsitz 30 aufsitzt. Daher kann die Bewegung des Kegelventils gleichmäßig bestimmt werden, so daß eins Schwankung der Einspritzrate vermieden wird.
  • Wenn der Vor-Zufluß endet, und der Betrieb bei t cut ist, wird die Verbindung der Auslaßbohrung 42 und der Ringnut 45 unterbrochen. Danach ist für den Brennstoff keine Abzweigfunktion mehr wirksam, und eine Haupteinspritzung ähnlich der des Standes der Technik wird durchgeführt. Das heißt, daß nach t3, wenn der Ansteuerimpuls erzeugt wird, das Kegeleventil 26 auf dem Ventilsitz 30 wieder aufsitzt, und der Brennstoff im Kompressionsraum 9 durch die Düse infolge der Kompression durch den Kolben 4 ohne irgendeine Abzweigung eingespritzt wird.
  • Somit wird die Einspritzrate erhöht, und dieser Zustand wird bis t4 aufrechterhalten, zu welchem Zeitpunkt das Kegelventil 26 vom Ventilsitz 30 abhebt.

Claims (7)

1. Brennstoffeinspritzsystem, bestehend aus: einer Einspritzpumpeneinheit (1) mit einem in einem Einspritzpumpenhauptkörper (2) ausgebildeten Zylinder (3), einem in den Zylinder (3) verschiebbar eingesetzten Kolben (4), einem von dem Zylinder (3) und dem Kolben (4) gebildeten Kompressionsraum, einem Hochdruckpfad (17) zur Übertragung von Brennstoff vom Kompressionsraum (9), und einem Brennstoffzufuhrpfad (23) für die Zufuhr des von einem Brennstoffeinlaß (24) zufließenden Brennstoffs zum Kompressionsraum (9);
einer Solenoidventileinheit (21) am Zufuhrpfad (23) der Brennstoffpumpeneinheit (1) mit einem Kegelventil (26) zur Einstellung des Zustands der Verbindung zwischen der Kompressionsraumseite und der Brennstoffeinlaßseite des Brennstoffzufuhrpfads (23), wobei die Bewegung des Kegelventils (26) von einem externen Steuersignal gesteuert wird, das einem Solenoid (39) zugeführt wird, und mit einer Düseneinheit (13), die den Brennstoff vom Hochdruckpfad (17) einst Maschine zuführt,
dadurch gekennzeichnet, daß:
eine Abzweigeinrichtung, die eine Verbindung zwischen dem Kompressionsraum (9) und dem Brennstoffzufuhrpfad (23) entsprechend dem Hubzustand des Kolbens (4) ermöglicht, vorgesehen ist, und
wobei das externe Steuersignal, das dem Solenoid (39) zugeführt wird, einen Hauptimpuls aufweist, um eine Haupteinspritzung durchzuführen, und einen Hilfsimpuls, um eine kleine Menge vor Einspritzung vor dem Hauptimpuls durchzuführen, und daß
die Verbindung zwischen dem Kompressionsraum (9) und dem Brennstoffzuführpfad (23) unterbrochen wird, nachdem der Hilfsimpuls und bevor der Hauptimpuls erzeugt wird, wobei die Anordnung derart ist, daß die Abzweigeinrichtung nur am Ende der Voreinspritzung und bevor das Kegelventil (26) auf einem Ventilsitz (30) aufsitzt, in Betrieb ist.
2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, bei dem die Abzweigeinrichtung eine Auslaßbohrung (42) aufweist, deren eines Ende in den Brennstoffzufuhrpfad (23) und deren anderes Ende in den Zylinder (3) mündet.
3. Einspritzsystem nach Anspruch 1, bei dem die Abzweigeinrichtung eine Auslaßbohrung (42) aufweist, die im Einspritzpumpenhauptkörper (2) ausgebildet ist, und einen Brennstoffauslaßpfad (43), der im Kolben (4) ausgebildet ist, und dessen eines Ende seitlich am Kolben (4) und dessen anderes Ende in den Kompressionsraum (9) mündet.
4. Einspritzsystem nach Anspruch 1, 2, oder 3, bei dem der Kompressionsraum (9) und der Brennstoffzufuhrpfad (23) von einem Zeitpunkt an in Verbindung stehen, wenn der Kolben (4) am unteren Totpunkt ist.
5. Einspritzsystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem der Kompressionsraum (9) und der Brennstoffzufuhrpfad (23) in Verbindung stehen, nachdem das Kegelventil (26) auf einem Ventilsitz (30) aufsitzt.
6. Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Kegelventil (26) den Brennstoffzufuhrpfad (23) unterbricht, wenn dem Solenoid (39) elektrische Energie zugeführt wird, und eine Verbindung mit dem Brennstoffzufuhrpfad (23) ermöglicht, wenn die elektrische Energie abgeschaltet ist.
7. Einspritzsystem nach Anspruch 6, bei dem das Kegelventil (26) in ein Ventilgehäuse (22) eingesetzt ist, das mit dem Einspritzpumpenhauptkörper (2) verbunden ist, um mit einem Anker (34) verbunden zu werden, und einen Ventilkopf (29) am einen Ende hat,
wobei sich der Ventilkopf (29) in einer Ventilkopfgehäusekammer (25) befindet, die vom Ventilgehäuse (22) und einem Kopfstück (39) gebildet ist,
eine Ringnut (27) um das Kegelventil (26) gebildet ist,
die Brennstoffeinlaßseite des Brennstoffzufuhrpfads (23) mit der Ventilkopfgehäusekammer (25) verbunden ist, und die Kompressionsraumseite des Brennstoffzufuhrpfads (23) mit der Ringnut (27) verbunden ist, ein Ventilsitz (30), der im Ventilgehäuse (22) ausgebildet ist, zwischen der Ventilkopfgehäusekammer (25) und der ringförmigen Nut (27) vorgesehen ist, und das Kegelventil (26) von einer Feder (40) in Richtung weg vom Ventilsitz (30) gedrückt wird.
Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zeit vom Hilfsimpuls bis zum Hauptimpuls länger als die Zeit vom Zustand eingestellt ist, in dem das Kegelventil (26) auf dem Ventilsitz (30) aufsitzt, bis ein voll geöffneter Zustand des Kegelventils (26) erreicht ist.
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