EP0142631B1

EP0142631B1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur definierten Vor- und Haupteinspritzung bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP0142631B1
Application number: EP84109736A
Authority: EP
Inventors: Eberhard Hofmann; Helmut Dr. Dipl.-Phys. Pfeifle; Reinhard Dipl.-Ing. Schwartz; Helmut Dr. Dipl.-Ing. Tschöke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-08-26
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1990-01-31
Anticipated expiration: 2004-08-16
Also published as: EP0142631A3; US4590903A; DE3481209D1; EP0142631A2; DE3425460A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Eine bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung dieser Art (DE-A-3 002 851) umfaßt, allerdings für den ausschließlichen Anwendungsfall, einerseits zündungwilligen, von einer Hochdruck- einspritzpumpe geförderten Hauptkraftstoff und andererseits von einer gesonderten Niederdruck-förderpumpe geförderten Zündkraftstoff über eine hydraülische Hilfspumpe separaten Einspritzdüsen für den Hauptkraftstoff und den Zündkraftstoff bei einem Dieselmotor zuzuführen, einen gleitverschieblich in einer Bohrung der Hilfspumpe gelagerten Kolben. Der Kolben ist federvorgespannt (vgl. die dortige Fig. 5) und auf seiner einen Seite vom Druck der Hochdruckeinspritzpumpe beaufschlagt, während der abgewandten Kolbenseite ein Arbeitsraum vorgelagert ist, dem von der Niederdruckförderpumpe in diesem Fall der Zündkraftstoff zugeführt ist. Der Kolben verfügt über eine eine Absteuerkante bildende Steuernut, deren Abstand vom dem Arbeitsraum zugewandten Kolbenende die Voreinspritzmenge des Zündkraftstoffes bestimmt.
Allerdings können als problematisch die sich überlappenden Zeiten für die Vor- und die Haupteinspritzung angesehen werden, da keine Möglichkeit besteht, die Vor- und die Haupteinspritzung in eine vorgegebene zeitliche Abfolge einzuordnen oder zwischen beiden eine definierte Speichermenge einzustellen, verursacht durch das Schluckvolumen des Kolbens. Es ist sogar nicht ausgeschlossen, daß beim weiteren Abwärtsgleiten des Kolbens unter dem Förderdruck des Hauptkraftstoffs die Voreinspritzung nochmals einsetzt. Eine wünschenswert genaue Steuerung der zeitlichen Abfolge zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung ist auch wegen der vorhandenen Toträume in der Vielzahl der Verbindungsleitungen schwierig und führt vor allem in Abhängigkeit zur Drehzahl zu Abweichungen vom vorgegebenen Ablauf.
Bekannt ist ferner eine Einrichtung (DE-B-1 252 001) zur Voreinspritzung, die einen separaten kleinen Kolben in achsparalleler Versetzung zu einem Belastungskolben für die Haupteinspritzung innerhalb eines Kraftstoffeinspritzventils aufweist. Eine getrennte Niederdruckversorgung ist bei dieser bekannten Einrichtung nicht vorgesehen; die Voreinspritzmenge wird aus der Kraftstoffzufuhr für die Haupteinspritzung gewonnen. Hierdurch wird der Standdruck in der Druckleitung und damit die Genauigkeit der Mengensteuerung ungünstig beeinflußt.
Schließlich ist bei einer weiteren bekannten Einrichtung (DE-A-2 834 633) zur Steuerung der Voreinspritzung bei Brennkraftmaschinen ein einteiliger, entgegen der Kraft einer Feder verschiebbarer Steuerschieber vorgesehen, der mit deutlicher Zwischenentlastung in einen Speicher über Steuerkanten die jeweils gewünschten Verbindungen zur Vor- und Haupteinspritzung herstellt. Auch hier wird der Kraftstoff für die Voreinspritzung von der Fördermenge der auch die Haupteinspritzmenge liefernden Einspritzpumpe abgezweigt, so daß ebenfalls die Genauigkeit der Mengensteuerung für die Haupteinspritzmenge negativ beeinflußt wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine definierte zeitliche Trennung zweier Teileinspritzungen, einer Vor- und einer Haupteinspritzung, mit unterschiedlichen, ebenfalls unabhängig voneinander vorgebbaren Mengen realisiert werden kann. Man erzielt hierdurch eine Verringerung des Verbrennungsdruckanstiegs und eine hierdurch bewirkte Geräuschminderung und kann die Verbrennung insgesamt so steuern, daß der Schadstoffgehalt im Abgas und der Verbrauch gering bleiben.
Die Erfindung ermöglicht es, zwischen dem Förderbeginn der Voreinspritzung bzw. dem Ende der Voreinspritzung und dem Förderbeginn der Haupteinspritzung eine definierte Pause von je nach Wunsch mehreren °NW einzuschalten durch entsprechende Ausbildung, Lagerung und Wegbegrenzung des auf den Voreinspritzkolben einwirkenden Speicherkolbens, so daß die von der Hochdruckeinspritzpumpe kontinuierlich gelieferte Fördermenge aufgenommen werden kann, die während der Förderpause zugeführt wird. Dazu ist besonders vorteilhaft die Ausbildung von Voreinspritzkolben und Speicherkolben als Differenzkolben unterschiedlichen Durchmessers und mit entsprechender Übersetzung, und durch die Kombination der Haupt- und Voreinspritzdüse mit der den Differenzkolben enthaltenden Hilfspumpe mittels eines Doppelnadeldüsenhalters zu einer Doppelnadeldüse ergeben sich besonders kleine Leitungstoträume und die Möglichkeit, lediglich einen Federraum in der Hilfspumpe vorzusehen bei gleichachsig angeordnetem Differenzkolben.
Im einzelnen ermöglicht die Erfindung

1. einen einstellbaren Förderbeginn für die Haupteinspritzung über eine vorzunehmende Volumenänderung vor dem Speicherkolben;
2. die Abstands- oder Pausenveränderung zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung durch Wegbegrenzung des Speicherkolbens;
3. eine Veränderung des Förderbeginns der Voreinspritzmenge durch Verstellen der Ausgangslage des Voreinspritzkolbens, wobei
4. die durch die Lage der Steuerkante am Voreinspritzkolben festlegbare Voreinspritzmenge erhalten bleibt.

Aus der US-A-2 537 087, Figur 3, ist wohl ein Anschlag für einen eine Voreinspritzung steuernden Ausweichkolben bekannt, und der dort in Figur 4 gezeigte, einen Drosselkanal steuernde Ausweichkolben ist auch mit einer Ringnut versehen, aber er arbeitet bezüglich seiner Anordnung und Funktion und dem Ergebnis völlig anders als der erfindungsgemäße Voreinspritzkolben. Wie aus Figur 1 der vorgenannten US-PS zu ersehen ist, wird mit den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausweichkolben lediglich eine sogenannte «angelagerte» Voreinspritzung (zwischen den Punkten a und b in Figur 1) gesteuert, d. h. es wird bewußt auf eine Unterbrechung der Einspritzungen verzichtet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 in grob schematischer Darstellung die prinzipielle Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hilfspumpe mit zugeordneten Hochdruck-und Niederdruck-Förderpumpen in einer Gesamtdarstellung, Figur 2 den zeitlichen Verlauf der verschiedenen Hübe und Einspritzvorgänge so, wie sie durch die erfindungsgemäße Hilfspumpe realisiert werden, aufgetragen in Form eines Kurvenverlaufs über dem Nockenwellenwinkel, Fig. 3 eine detaillierte Darstellung eines Querschnittes der erfindungsgemäßen Hilfspumpe in Kastenform und separat zu den Einspritzventilen, Fig. 3a eine vergrößerte Teilschnittdarstellung des Bereichs der Voreinspritzkolben-Steuernut und Fig. 4 mit den Figuren 4a, 4b, 4c und 4d ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit in einem Doppelnadeldüsenhalter integrierter Hilfspumpe im Längsschnitt sowie in verschiedenen Querschnitten.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 eine aus einem Tank oder Vorratsbehälter 11 Kraftstoff mit vorgegebenem Druck (beispielsweise 2 bar) über eine Zufuhrleitung 12 einer Hochdruck-Einspritzpumpe 13 sowie einer hydraulischen Hilfspumpe 14 zuführende Niederdruck-Förderpumpe bezeichnet. Die Zufuhrleitung 12 ist über ein Druckregelventil 15 zum Tank 11 abgesichert; die Hochdruck-Einspritzpumpe 13 kann von üblicher, bekannter Bauart sein. Ein nockenwellengesteuerter Pumpenkolben 13a preßt aus einem Saugraum 13b und einer Steuerbohrung 16 zugeflossenen Kraftstoff von der Niederdruck-Förderpumpe 10 unter hohem Druck in eine Druckleitung 17, in welche zwei parallel angeordnete, gegenläufig arbeitende Rückschlagventile 18a, 18b eingeschaltet sind, die ein sogenanntes Gleichdruckentlastungsventil 18 bilden. Die Druckleitung 17 führt über eine bei 19 angedeutete Verzweigung zu einer Haupteinspritzdüse 20 und über die Zweigleitung 17a zur hydraulischen Hilfspumpe 14. Die hydraulische Hilfspumpe 14 ist generell so aufgebaut, daß sie unter dem Hochdruckeinfluß der Haupteinspritzmenge eine vorgegebene, konstante Voreinspritzmenge zu einer Voreinspritzdüse 21 fördert. Aus der stark schematisierten Darstellung der hydraulischen Hilfspumpe 14 in Fig. 1 ist erkennbar, daß die hydraulische Hilfspumpe 14 über einen Differenzkolben 22 verfügt, bestehend aus einem ersten Speicherkolben 22a und einem diesem in Wirkungsrichtung nachgeschalteten und von ihm mindestens mittelbar angetriebenen Voreinspritzkolben 23, der im verjüngten Teil 24a einer Stufenbohrung 24 der hydraulischen Hilfspumpe 14 gleitet. Im demgegenüber vergrößerten Bohrungsteil 24b der Stufenbohrung ist der Speicherkolben 22a gleitverschieblich gelagert und über eine Vorspannungsfeder 25 in die in der Zeichnung dargestellte Ausgangsposition gedrückt. Die Vorspannungsfeder 25 stützt sich an der durch die Abstufung der Bohrung 24 gebildeten Schulter 26 ab. Der Durchmesser des Speicherkolbens 22a ist merklich größer als der Durchmesser des Voreinspritzkolbens 23 und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mindestens doppelt so groß, so daß sich ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis bezüglich der Einspritzdrücke und der bei gleichen Wegeinheiten verdrängten bzw. aufgenommenen (Schluckvolumen) Kraftstoffmengen ergibt.
Die Stufenbohrung 24 bildet einen dem Voreinspritzkolben 23 vorgelagerten Arbeitsraum 27, der vom Voreinspritzkolben 23 beaufschlagt ist und dem über eine Ringnut 28 und eine Verzweigungsleitung 12a von der Zufuhrleitung 12 von der Niederdruck-Förderpumpe 10 geförderter Kraftstoff zugeführt ist. Der öldicht in seinem Bohrungsteil 24a geführte Voreinspritzkolben 23 hat im vorgegebenen Abstand zum Kolbenende eine Ringnut 29, die beispielsweise über eine Querbohrung 29a und eine Kolbenlängsbohrung 29b mit dem Arbeitsraum 27 in Verbindung steht. Die bei einer in der Zeichenebene nach rechts gerichteten Bewegung des Voreinspritzkolbens 23 nach Abschluß der Ringnut 28 aus dem Arbeitsraum 27 verdrängte Voreinspritz-Kraftstoffmenge gelangt über einen im Bohrungsgrund des Arbeitsraums 27 angeschlossenen Druckkanal 31 und ein zwischengeschaltetes Rückschlagventil 30 zur Voreinspritzdüse 21.
Da die Druckübersetzungsverhältnisse und die Federvorspannung im Bereich der hydraulischen Hilfspumpe 14 so bemessen sind, daß bei einwirkendem Förderdruck der Hochdruck-Einspritzpumpe 13 zunächst der Speicherkolben 22a eine zur Voreinspritzdüse 21 gerichtete Bewegung durchführt und entsprechend geförderte Kraftstoffmengen aufnimmt, ohne daß die Haupteinspritzdüse 20 den ihr zugeordneten Brennräumen oder Einlaßkanälen Kraftstoff unter hohem Druck zuführt, d.h. öffnet, ergibt sich folgende Wirkungsweise, die anhand der Diagrammdarstellung der Fig. 2 erläutert wird.
Bis zum Förderbeginn durch die Hochdruck- Einspritzpumpe 13 vergeht zunächst ein vorgegebener Zeitraum, bedingt durch den Umstand, daß die Förderkante des Pumpenkolbens 13a zunächst die Steuerbohrung 16 schließen muß. Im Diagramm der Fig. 2 können die auf der Abszisse angegebenen Bezugsgrößen x,... x_e als Angaben in °NW oder auch als Zeitangaben entsprechend dem Nockenhub-Kurvenverlauf im Diagramm verstanden werden; vertikal ist der Hub H als Wegeinheit aufgezeichnet, der von dem Pumpenkolben 13a zurückgelegt wird. Im Diagramm ist von x₁―x₂ zunächst der Einspritzpumpen-Vorhub VH_EP dargestellt, der bis zum effektiven Förderbeginn und dem entsprechenden Druckanstieg in der Druckleitung 17 vom Pumpenkolben 13a der Hochdruck-Einspritzpumpe 13 zurückgelegt wird. Anschließend ergibt sich zunächst eine weitere, einspritzfreie Hubbewegung, die als Voreinspritz-Vorhub VH_VE bezeichnet ist und die mit dieser Bezeichnung auch der Darstellung der Fig. 1 entnommen werden kann; dieser Vorhub der Voreinspritzung entspricht der Dauer oder den Nockenwellen-Winkelgraden x₂―x₃ bis zum Förderbeginn FB1 der Voreinspritzung, zu welchem Zeitpunkt die von der mit 23b bezeichneten Stirnfläche gebildete Förderkante des Voreinschubkolbens 23 den Ringkanal 28 verschlossen hat. Es ergibt sich dann von x₃―x₄ der Voreinspritz-Förderhub FH_VE, der dann beendet ist (Voreinspritz-Förderende FE1), wenn eine vordere Ringkante 29c der Ringnut 29 am Voreinspritzkolben 23 die Absteuer-Randkante 28a des Ringkanals 28 erreicht und den Arbeitsraum 27 in die Leitung 12a druckentlastet. Man erkennt, daß sich auf diese Weise, nämlich durch den Abstand der vorderen Ringkante 29c am Voreinspritzkolben 23 mit Bezug auf die Kolbenstirnfläche 23b und die Absteuer-Randkante 28a des Ringkanals 28 die Voreinspritzmenge bestimmen läßt. In gleicher Weise kann der Voreinspritz-Vorhub VH_VE durch Abstandsänderungen zwischen der Stirnfläche 23b des Voreinspritzkolbens 23 und dem Ringkanal 28 eingestellt werden. Die Druckentlastung des Arbeitsraums 27 bestimmt bei _X4 das Förderende FE1 der Voreinspritzung und hieran schließt sich dann ein insgesamt einspritzungsfreier Distanzhub DH an, dessen Dauer sich beispielsweise aus dem Zeitraum bestimmt, den das vordere Kolbenende benötigt, bis es im Bohrungsgrund des Arbeitsraums 27 oder an einem dort angebrachten Anschlag 27a anschlägt. Es versteht sich, daß hier auch andere Anschläge, die etwa auf den Speicherkolben 22a direkt einwirken (siehe dazu Anschlag 56 in Fig. 3), vorgesehen sein können. Sobald der Speicherkolben 22a seine unter dem Hochdruck des geförderten Kraftstoffs erfolgende Verschiebebewegung aufgrund der Anschlagmittel einstellt, ist der Distanzhub DH beendet und die hydraulische Hilfspumpe 14 nimmt keine weiteren Speichermengen des geförderten Kraftstoffs mehr auf. Die sich durch den Distanzhub von x₄―x₅ ergebende Förderpause zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung ist beendet, und es schließt sich dann von x_s-x, im Diagramm der Fig. 2 der Haupteinspritzungs-Förderhub FHHE an, wobei die zur Haupteinspritzung gelangende Kraftstoffmenge sich in bekannter Weise durch die auf die jeweils gegebenen Brennkraftmaschinenparameter bezogene Einstellung der Hochdruck- Einspritzpumpe 13 bestimmt.
Man erkennt, daß die vorliegende Erfindung eine saubere und definierte Trennung zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung sicherstellt, wobei der Speicherkolben 22a die Fördermenge aufnimmt, die während der sich durch den Distanzhub DH ergebenden Förderpause von der Hochdruck-Einspritzpumpe 13 gefördert wird. Durch Verändern der den Distanzhub DH bestimmenden Anschläge für den Differenzkolben 22 läßt sich der Spritzbeginnabstand ASB zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung entsprechend Δ°NW vom Förderbeginn der Voreinspritzung zum Förderbeginn der Haupteinspritzung variieren. Die sich aus dem Voreinspritzung-Förderhub FH_vE ergebende Voreinspritzung-Kraftstoffmenge Q_VE ist konstant, aber ebenfalls auslegbar.
Das in Fig. 3 und 3a gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine auch die Leitungsverzweigung 19' umfassende Hilfspumpe 14' in Block- oder Kastenform, die, falls gewünscht, in beliebiger Weise vom Düsenhalter für die Voreinspritzdüse und/oder Haupteinspritzdüse getrennt angeordnet werden kann. Es versteht sich aber, daß die erfindungsgemäße Hilfspumpe auch Bestandteil einer oder beider Düsen sein kann, insbesondere dann, wenn Haupt- und Voreinspritzdüse als Doppelnadeldüse kombiniert sind (siehe dazu Fig. 4 mit ihren Querschnittsdarstellungen in den Fig. 4a bis 4d).
Die Hilfspumpe 14' stellt eine praxisgerechte Ausführungsform dar und umfaßt ein über Befestigungsmittel (Schrauben 33, 34a) seitlich angeflanschtes Anschlußstück 34, das hauptsächlich für die Leitungsverzweigung 19' (entsprechend Verzweigungspunkt 19 in Fig. 1) zuständig ist; der Einlaß für die von der nicht dargestellten Hochdruck-Einspritzpumpe kommende Druckleitung 17' ist mit 35 bezeichnet, der weiterführende Auslaß zur Haupteinspritzdüse mit 36. Die Leitungsverzweigung erfolgt hier innerhalb eines Einstellmittels, vorzugsweise einer Stellschraube 37, durch welche, wie weiter unten noch erläutert wird, der Zeitpunkt für den Förderbeginn der Voreinspritzung bestimmt werden kann. Die Stellschraube 37 ist in ein Gewinde einer von einem aufgeschraubten Stopfen 38 verschlossenen Bohrung 39 des Anschlußstückes 34 eingeschraubt und führt über einen Längskanal 17a' den von der Hochdruckeinspritzpumpe geförderten Kraftstoff der Druckseite des Arbeits- oder Speicherkolbens 22a' zu; dabei gelangt der geförderte Kraftstoff über eine Ringnut 40 in der Stellschraube 37 auch zum zur Haupteinspritzdüse führenden Druckauslaß 36. Die Lagerung des Differenzkolbens 22' kann allgemein mittels einer abgestuften Bohrung in einem die hydraulische Hilfspumpe 14' umfassenden Hauptkörper 41 erfolgen. Entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt der mit dem Ansatz 34 verbundene Hauptkörper 41 über eine durchgehend zylindrische Innenbohrung 42, die rohrförmige Einsatzstücke aufnimmt, die der Lagerung und Führung des Differenzkolbens 22' sowie der Bildung der Zu- und Abflußkanäle dienen.
Es ist ein erstes rohrförmiges Einsatzstück 43 vorgesehen mit einer entsprechend großen Innenbohrung zur gleitverschieblichen Aufnahme des Speicherkolbens 22a' angrenzend an die Einmündung des Kraftstoffs unter hohem Druck zuführenden Längskanals 17a' in der Stellschraube 37. Nach rechts in der Zeichenebene schließt sich an dieses erste Einsatzstück 43 ein zweites, der Lagerung und Führung des Voreinspritzkolbens 23' dienendes Einsatzstück 44 an mit einer abgestuften Innenbohrung bei 45, die mit erweitertem Durchmesser zunächst angrenzend zum Speicherkolben 22a' einen Federraum 46 für diesen bildet, in welchem eine Vorspannungsfeder 47 eine kolbenstangenartige Verlängerung 23a' des Voreinspritzkolbens 23' umgibt und sich einerseits über zwischengelegte Federteller 48 an der durch die Abstufung der Innenbohrung 45 gebildeten Schulter und andererseits an Federtellern 49 abstützt, die an der Kolbenstange 23a' befestigt sind. Der Speicherkolben 22a' erfährt hierdurch eine Vorspannung in Richtung auf den von der Hochdruckeinspritzpumpe geförderten Kraftstoff, was auch auf den Voreinspritzkolben 23' zutrifft, der vorzugsweise mittels der Kolbenstange 23a' am Speicherkolben 22a' kraftschlüssig anliegt und mit diesem den einheitlichen Differenzkolben 22' bildet. Die weitere Ausbildung des Voreinspritzkolbens 23' ist dann so wie weiter vorn zu Fig. 1 schon beschrieben. Das zweite Einsatzstück 44 führt über eine mit einem Druckeinlaß 50 für von der Niederdruck-Förderpumpe geförderten Kraftstoff verbundene Ringausnehmung 51 und entsprechende Querkanäle dem den Voreinspritzkolben 23' vorgelagerten Arbeitsraum 27' und dem Federraum 46 (zu dessen Druckentlastung) den unter niederem Druck stehenden Kraftstoff zu. Das Auslaß-Rückschlagventil 30' befindet sich schon in einem in die Bohrung 42 des Hauptkörpers 41 eingeschraubten Verschlußstopfen 52, der auch den Auslaßanschluß 53 weiterführend zur Voreinspritzdüse bildet.
Die Darstellung der Fig. 3a verdeutlicht nochmals die Beziehungen der unter dem Förderdruck der Hochdruck-Einspritzpumpe von dem Voreinspritzkolben 23' der so gebildeten hydraulischen Hilfspumpe 14' durchgeführten Hubwege, wobei der Abstand von einer Absteuerkante 54 einer Querbohrung 55 (entsprechend Ringkanal 28 und Absteuer-Randkante 28a in Fig. 1) zur Vorderkante 29c der Ringnut 29' am Voreinspritzkolben 23' die Summe aus Vorhub + Förderhub der Voreinspritzung angibt und, wie in Fig. 1 auch, mit VH_VE + FH_vE bezeichnet ist. Der bis zum Hubende sich ergebende Speicherhub ist wiederum als Distanzhub DH bezeichnet; das Hubende bestimmt sich bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch, daß zwischen dem Einsatzstück 43 und dem Einsatzstück 44 in vorgegebener Menge Distanzstücke, Beilegscheiben o. dgl., die mit 56 bezeichnet sind, eingelegt werden, wodurch sich für den Speicherkolben 22a' je nach Anzahl der eingelegten Beilegscheiben ein früherer oder späterer Anschlag ergibt, der auch den Beginn des Förderhubs der Haupteinspritzung bestimmt.
Man erkennt ferner, das durch stärkeres oder schwächeres Einschrauben der Stellschraube 37 die Ausgangsposition des Differenzkolbens 22' (Speicherkolben 22a' und Voreinspritzkolben 23') vorgegeben werden kann, wodurch sich der Zeitpunkt für den Förderbeginn der Voreinspritzung bestimmen läßt. Die Dauer der Voreinspritzung und damit die Menge ergibt sich, wie schon erwähnt, aus dem Abstand der Vorderkante 29c der Ringnut 29' am Voreinspritzkolben 23' zur Absteuerkante 54 der Kraftstoff von der Niederdruckförderpumpe zuführenden Querbohrung 55. Die Breite der Ringnut 29' am Voreinspritzkolben 23' ist so zu wählen, daß während des ganzen, durch entsprechende mechanische Anschläge vorgegebenen Distanzhubs der dem Voreinspritzkolben 23' vorgelagerte Arbeitsraum 27' druckentlastet bleibt, damit es nicht zu einer erneuten Voreinspritzung kommt. (Dies gilt sinngemäß auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.)
Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Hilfspumpe 59 zur Voreinspritzung in einer Ausführungsform eines Doppelnadeldüsenhalters integriert ist, wobei die Fig. 4a den Querschnitt längs der Linie 1-1, die Fig. 4b längs der Linie 11-11, die Fig. 4c längs der Linie 111-111 und die Fig. 4d längs der Linie IV-IV des in Fig. 4 dargestellten Einspritzventils 60 eine Doppelnadeldüse mit integrierter Voreinspritz-Hilfspumpe 59 darstellen. Das Einspritzventil 60 umfaßt ein Anschlußstück 61, welches mit einem Hilfspumpen-Zwischenstück 62 verbunden ist und einen Druckleitungsanschluß 63 zur Hochdruckeinspritzpumpe und einen Niederdruckanschluß 64 aufweist, der mit der Niederdruck-Kraftstofförderpumpe verbunden ist. Das Anschlußstück 61 besteht im einzelnen aus einem inneren, zylinderförmigen Einsatz 66 mit abgestuften Außendurchmessern und ist bei 65 in das Zwischenstück 62 eingeschraubt. Unter Zwischenlegung geeigneter Dichtungen 67, 68 ist dann auf den Einsatz zunächst ein Ringteil 69 mit dem Niederdruckanschluß 64 aufgeschoben, welches durch eine auf den Einsatz 66 aufgeschraubte Überwurfmutter 70 gehalten ist. Ein Druckkanal 71 für den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff durchsetzt den Einsatz 66 im wesentlichen zentral vom Leitungsanschluß 63 aus und mündet in eine eine Druckleitungsverzweigung 72 bildende Ausnehmung im Einsatz 66.
Das sich an das Anschlußstück 61 anschließende Zwischenstück 62 ist aus einem tragrohrähnlichen Hauptkörper 73 gebildet, der mit einem Innengewinde den Einsatz 66 des Anschlußstückes 61 aufnimmt, in seinem Inneren ein Hilfspumpen-Einsatzstück 74 enthält und an dessen anderes Ende ein in der Zeichnung der Fig. 4 nur teilweise dargestellter Düsenhalter 75 mit dem Druckkanal 76 für den unter Niederdruck stehenden Voreinspritz-Kraftstoff und Druckkanal 77 für den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff sowie dem bei 78 nur schematisch angedeuteten Federraum angesetzt ist. Beim Ausführungsbeispiel ist der Düsenhalter 75 in ein Innengewinde des tragenden Hohlzylinders 73, wie bei 79 angedeutet, geschraubt und hält so auch, über ein zwischengelegtes, abdichtendes und Druckkanäle fortsetzendes sowie zugleich als Anschlag für den Differenzkolben dienendes Zwischenelement 80 das Hilfspumpen-Einsatzstück 74 im Anschlag an den Einsatz 66 des Anschlußstückes 61. Das Einsatzstück 74 ist zweiteilig ausgeführt.
Die Hilfspumpe 59 ist im Hilfspumpen-Einsatzstück 74 exzentrisch aus der Mitte heraus angeordnet und umfaßt im wesentlichen eine Stufenbohrung 81a, 81b, wobei die erste Bohrung 81a einen Voreinspritzkolben 82 für die Voreinspritzung und die zweite Bohrung 81b einen Arbeits-oder Speicherkolben 83 gleitverschieblich lagert. Der Speicherkolben 83 steht dabei unter der sich in der Ausnehmung 72 des Einsatzes 66 ergebenden hohen Kraftstoffdruck von der Hochdruck- Einspritzpumpe und überträgt seine Wirkung auf den Voreinspritzkolben 82 mit entsprechender Übersetzung. Die beiden Kolben 82 und 83 der Voreinspritz-Hilfspumpe können dabei einstückig ausgebildet sein oder als getrennte Teile ineinandergreifen; sie bewegen sich gemeinsam unter der Wirkung von bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise lediglich einer einzigen Vorspannungsfeder 84, die in einem Federraum 85 angeordnet ist, der sich als Ringbohrung 85a nach unten, die Lagerbohrung 81a für den Voreinspritzkolben 82 dabei umgebend, fortsetzt. Auf diese Weise ist eine größere Anzahl von Federwindungen frei wählbar, so daß die Federcharakteristik je nach Wunsch ausgelegt werden kann.
Der Verbindungsbereich zwischen dem Voreinspritzkolben 82 und dem Speicherkolben 83, der in Fig. 4 allgemein mit 86 bezeichnet ist, kann in an sich beliebiger Weise ausgebildet sein und bildet jedenfalls einen Federteller 87, an welchem sich die Vorspannungsfeder 84 abstützt, wobei sie auf der anderen Seite im Bohrungsgrund der Ringbohrung 85a aufliegt.
Die Kraftstoffzufuhr für die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung verläuft dabei wie folgt. Der unter dem hohen Druck der Haupteinspritzung stehende Kraftstoff gelangt vom Hochdruckanschluß 63 über den schon erwähnten Druckkanal 71 zur Ausnehmung 72 und verläuft dann durch den geradlinigen Druckkanal 88, der exzentrisch im Hilfspumpen-Einsatzstück 74 angeordnet ist, bis er über eine Öffnung 89 im Zwischenelement 80 zum Druckkanal 77 im Düsenhalter 75 und von dort weiter zur Haupteinspritzdüse gelangt, deren Bereich mit E2 bezeichnet ist.
Der Kraftstoff für die Voreinspritzung gelangt vom Niederdruckanschluß 64 zu einem ersten Ringkanal 90 im Einsatz 66, der natürlich auch vom Ringteil 79 gebildet sein kann und von dort über «äußere» Kanäle 91 im oder am Einsatz 66 und Kanäle 92 im oder am Einsatzstück 74 im Hilfspumpenbereich bis zu einem zweiten Ringkanal 93, der über einen Querkanal 94 mit einem dem Voreinspritzkolben 82 vorgelagerten Arbeitsraum 95 verbunden ist. Durch Verdrängung aus dem Arbeitsraum 95 gelangt der Voreinspritz-Kraftstoff über ein hier mit einer Kugel 96a versehene Rückschlagventil 96 zum Druckkanal 76 im Düsenhalter 75 und von dort zum Voreinspritzbereich E1 der hier nicht näher dargestellten Voreinspritzdüse 21.
Die den unter Niederdruck stehenden Kraftstoff zum Arbeitsraum 95 der Hilfspumpe 59 führenden Kanäle 91; 92, 92' sind deshalb als sogenannte äußere Kanäle bezeichnet worden, weil sie bei dem in der Darstellung der Fig. 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel als äußere Längsrillen in den Einsätzen 66, 74 ausgebildet sind und die Kanalform durch die Umschließung oder Einfassung durch den Hohlzylinder 73 erreicht wird. Überhaupt verlaufen nahezu sämtliche Kanäle, Bohrungen, Speicher-, Druck- und Arbeitsräume unter Vermeidung von Schrägbohrungen, so daß sich eine kostengünstige Herstellung mit geringem Aufwand verbindet, denn ein weiterer, wesentlicher Vorteil des integrierten Doppeldüsensystems besteht darin, daß auf Lecköl-Rückführbohrungen und Aufnahmeräume völlig verzichtet wird und das Lecköl intern über das Niederdrucksystem der Voreinspritzung zurückgeführt wird. Es werden daher auch nur die beiden äußeren Leitungsanschlüsse 63 und 64 benötigt, so daß es gelingt, unter Beibehaltung der radialen Außenabmessungen die Voreinspritz-Hilfspumpe 59 im Doppelnadeldüsenhalter mit anzuordnen und insgesamt kompakt und mit geringem Aufwand zu bauen. Bei der Darstellung der Fig. 4 sei noch darauf hingewiesen, daß die den Kanal 92 für den Voreinspritz-Kraftstoff bildende Nut um 90° versetzt dargestellt ist, was aus der Betrachtung der Schnittbilder der Fig. 4a bis 4d erkennbar ist, auf die im folgenden eingegangen wird; dabei münden die Kanäle 92 und ergänzend 92' in einem dritten Zwischenringraum, der bei 97 im Übergang zwischen dem Einsatz 66 und dem Einsatzstück 74 gebildet ist.
Die vorteilhafte Kombination der Leckölrückführung mit dem Niederdrucksystem der Voreinspritzung geht am besten aus den Schnittbildern der Fig. 4a bis 4d hervor; man erkennt in der Darstellung der Fig. 4d, daß diametral gegenüberliegend zwei der seitlich von Nuten oder Rillen gebildeten Kanäle 92, 92', ausgehend vom dritten Ringraum 97 im Hilfspumpen-Einsatzstück 74, vorgesehen sind, die mit dem Federraum 85 für die einen Differenzkolben bildenden Kolben 82 und 83 über Querbohrungen 98a, 98b verbunden sind.
Der weiter unten liegende Schnitt entsprechend der Fig. 4c läßt die Querbohrung 94 aus dem Ringraum 93 zum Arbeitsraum 95 erkennen sowie einen weiteren Axialkanal 99, der in dieser Höhe beginnen kann und über einen Querkanal 100 mit dem Ringraum 93 verbunden ist. Dieser Axialkanal 99 dient der Leckölrückführung aus dem Federraum 78 des Düsenhalters 75 und ist dort mit den gleichen Bezugszeichen angedeutet. Man erkennt, daß sich durch diesen einen zusätzlichen Längskanal 99 und einige Querbohrungen eine vollständige Leckölrückführung, eingegliedert in das Niederdrucksystem der Voreinspritzung ergibt, wobei die beiden äußeren Leitungsanschlüsse am gleichen Anschlußstück 61, axial und radial wegführend, angeordnet sein können.
Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel des die integrierte Voreinspritz-Hilfspumpe 59 enthaltenden Kombinations-Einspritzventils entsprechend Fig. 4 sichert die gleichen Einstellmöglichkeiten, wie weiter vorn anhand der Darstellung der Fig. 2 ausführlich erläutert, also entsprechende Pausen- und Mengeneinstellungen, wobei der vom Speicherkolben 83 zurückgelegte Hub mit A bezeichnet ist. Die Wirkungsweise im Hilfspumpenbereich ist ähnlich wie weiter vorn schon erläutert; der Hub endet, wenn das vordere Kolbenende des Voreinspritzkolbens 82 am Bohrungsgrund des Arbeitsraums 95, hier also am Zwischenelement 80 anschlägt; das Ende der Voreinspritzung ergibt sich allerdings wie weiter vorn schon erläutert durch die Wirkung der von der Querbohrung 94 gebildeten Absteuerkante. Der vom Speicherkolben 83 dann noch fortgesetzte Hub ist der freie Distanzhub, bis die Haupteinspritzung einsetzt.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur definierten Vor- und Haupteinspritzung bei Dieselbrennkraftmaschinen, mit einer von einer Hochdruck- Einspritzpumpe (13) über eine Druckleitung (17) mit einer Haupteinspritzmenge versorgten Haupteinspritzdüse (20), mit einer antriebsseitig an die Druckleitung (17) angeschlossenen hydraulischen Hilfspumpe (14), die einen vom Förderdruck der Hochdruck-Einspritzpumpe (13) angetriebenen Kolben (22) mit von einer Ringnut (29) gebildeter Absteuerkante (29c) für die Bemessung der einer Voreinspritzdüse (21) zugeführten Voreinspritzmenge enthält, und mit einer Niederdruck-Förderpumpe (10), die Kraftstoff zur Voreinspritzung einem dem Kolben (22) der Hilfspumpe (14) vorgelagerten Arbeitsraum (27) zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als ein einen Speicherkolben (22a; 22a'; 83) und einen von diesem mindestens mittelbar angetriebenen Voreinspritzkolben (23; 23'; 82) mit gegenüber dem Speicherkolben geringerem Durchmesser umfassender Differenzkolben (22; 22') ausgebildet und so angeordnet ist, daß sich ein Hub des Speicherkolbens (22a; 22a'; 83) ergibt, durch den eine den Förderbeginn (FB2) der Haupteinspritzung (HE) bestimmende Speichermenge an Kraftstoff aufgenommen wird, daß des weiteren das Ende eines einspritzfreien, eine Förderpause zwischen dem Förderende (FE1) der Voreinspritzung (VE) und dem Förderbeginn (FB2) der Haupteinspritzung (HE) festlegenden Distanzhubes (DH) und entsprechend der Förderbeginn (FB2) der Haupteinspritzung durch einen Anschlag (27a; 56; Zwischenelement 80) für den Voreinspritzkolben (23; 82) oder den Speicherkolben (22a', 83) bestimmt ist, daß ferner die Breite der Ringnut (29; 29') am Voreinspritzkolben (23; 23'; 82) so breit ausgeführt ist, daß während des ganzen, durch den Anschlag (27a; 56; Zwischenelement 80) vorgegebenen Distanzhubes (DH) der dem Voreinspritzkolben (23; 23'; 82) vorgelagerte Arbeitsraum (27; 27'; 95) druckentlastet bleibt, und daß die Haupt- und Voreinspritzdüse (20, 21) sowie die Hilfspumpe (14; 14'; 59) mittels eines für beide Düsen gemeinsamen Düsenhalters (75) zu einer Doppelnadeldüse kombiniert sind.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung (42) eines Hauptkörpers (41; 73) Einsatzstücke (43, 44; 74) mit unterschiedlichen Innenbohrungen zur Aufnahme des vom Voreinspritzkolben (23'; 82) und Speicherkolben (22a'; 83) gebildeten Differenzkolbens (22') angeordnet sind und daß am Hauptkörper (41; 73) ein die Druckleitungsverzweigung (19', 72) aufnehmendes Anschlußstück (34; 61) befestigt ist.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschlußstück (34) eine Stellschraube (37) angeordnet ist, die als mechanischer Anschlag für den Speicherkolben (22a') die Ausgangsposition des Differenzkolbens (22') bestimmt und gleichzeitig der Druckseite des Speicherkolbens (22a') über einen zentralen Längskanal (17a') den der Hochdruck-Einspritzpumpe geförderten Kraftstoff zuführt und mittels eines Ringkanals (40) eine Leitungsverzweigung (19') zu dem zur Haupteinspritzdüse führenden Auslaß (36) bildet.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß endseitig in den mit dem die Leitungsverzweigung (19') aufnehmenden Anschlußstück (34) einen separaten Funktionsblock bildenden Hauptkörper (41) der Hilfspumpe (14') ein Anschlußstopfen (52) mit Rückschlagventil (30') und zur Voreinspritzdüse (21) führendem Auslaßanschluß (53) eingeschraubt ist.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einspritzpumpenseitigen Anschlußstück (61) und dem Düsenhalter (75) ein die Hilfspumpe (59) für die Voreinspritzung und die erforderlichen Druckleitungen und Kanäle sowie den Hauptkörper (73) und die Hilfspumpen-Einsatzstücke (74) enthaltendes Zwischenstück (62) angeordnet ist unter Beibehaltung der radialen Außenabmessungen der benachbarten Bauteile.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (62) lediglich vom Anschlußstück (61) kommende Niederdruck- und Hochdruckleitungen, -kanäle und -druckräume enthält unter Verzicht auf Leckölrückführleitungen, wobei das Lecköl in die die Niederdruck-Förderpumpe (10) mit dem Arbeitsraum (95) des Voreinspritzkolbens (82) verbindenden Kanäle (92, 92', 93) des Niederdruck-Voreinspritzleitungssystems eingeführt wird.

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (62) in einer exzentrischen, abgestuften Innenbohrung (81a, 81b) Gleitlagerführungen für den Speicherkolben (83) und den Voreinspritzkolben (82) bildet und innerhalb des zweiteiligen Einsatzstückes (74) einen einzigen Federraum (85) für lediglich eine einzige als Rückstellfeder für Voreinspritzkolben (82) und Speicherkolben (83) dienende Vorspannungsfeder (84) umfaßt.

8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Voreinspritz-Düsenkanäle (92, 92', 91) in einem Einsatz (66) des Anschlußstücks (61) und/oder im Einsatzstück (74) des Zwischenstücks (62) als äußere Rillen ausgebildet sind, die jeweils Ringräume (90, 97, 93) verbinden und über Querkanäle (98a, 98b, 100) mit dem Federraum (85) der Hilfspumpe (59) und mindestens mittelbar mit dem Federraum (98) des Düsenhalters (75) zur Leckölrückführung verbunden sind.