EP0733798A2 - Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach dem Festkörper-Energiespeicherprinzip für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach dem Festkörper-Energiespeicherprinzip für Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0733798A2
EP0733798A2 EP96109438A EP96109438A EP0733798A2 EP 0733798 A2 EP0733798 A2 EP 0733798A2 EP 96109438 A EP96109438 A EP 96109438A EP 96109438 A EP96109438 A EP 96109438A EP 0733798 A2 EP0733798 A2 EP 0733798A2
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cylinder
interior
tappet
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Wolfram Hellmich
Pau Malatinszky
Franz Kögl
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Definitions

  • the invention relates to a device for injecting fuel for internal combustion engines of the type specified in the preamble of claim 1.
  • Injection devices whose electrically operated reciprocating pumps operate according to the so-called solid-state energy storage principle, have a delivery piston or cylinder which is accelerated in a certain way almost without resistance, fuel being generally moved before the delivery pressure which builds up to Spraying the fuel through the injector is required. In this way, kinetic energy is absorbed or stored before the actual pressure build-up required for injection, which is then suddenly converted into a pressure increase in the fuel.
  • the fuel delivery chamber accommodating the delivery piston of the injection pump has, in a first section, axially parallel grooves in the inner wall through which Fuel can flow to the rear of the delivery piston if the delivery piston starts to move without any noticeable pressure build-up in the fuel.
  • the adjoining second section of the fuel delivery chamber is the actual pressure chamber, which has no grooves. If the accelerated delivery piston enters this pressure chamber, it is suddenly braked by the incompressible fuel, whereby the stored kinetic energy is converted into a pressure surge, through which the resistance of the injection valve is overcome, so that fuel is sprayed off.
  • the disadvantage here is that when the delivery plunger is immersed in the second section of the delivery space, because of unfavorable gap conditions, namely a relatively large gap width and a relatively small gap length, noticeably high pressure losses occur, which in particular reduce the possible speed and pressure level of the pressure build-up and thus make the spraying process unfavorable influence.
  • the pressure losses are caused by fuel flowing out of the pressure chamber into the pressure antechamber (first section of the fuel delivery chamber).
  • this disadvantage is to be avoided by mounting an impact body in the pressure chamber of the delivery cylinder on which the piston accelerates almost without resistance, so that the pressure loss during pressure build-up due to a relatively large gap length despite a relatively large gap width (large manufacturing tolerances ) between the impact body and the pressure chamber inner wall area can be kept reasonably small.
  • the disadvantage here is that the impacting process leads to a high level of wear on the bodies that meet.
  • the impact body is set into longitudinal vibrations by the impact, which are transferred to the fuel and disrupt the injection process there as high-frequency pressure vibrations.
  • a particular disadvantage of these known solid-state energy storage injection devices is that the injection process can be controlled only to a very limited extent, that is to say it can only be adapted to the load conditions of the engine to a very limited extent.
  • the reciprocating piston pump has a sleeve-shaped pump cylinder as a movable pump member, which is arranged in a longitudinally displaceable manner on a pump piston fixed in the pump housing and limits the pump pressure space, which is connected to the injection valve device via a longitudinal bore in the pump piston.
  • a cross hole in the pump cylinder allows fuel to flow to the back of the cylinder when storing energy. Passing over the front edge of the piston with the bore leads to pressure build-up and thus to fuel spraying. In this case, too, high gap losses occur when the pressure builds up.
  • the object of the invention is to provide a cost-effective, easy-to-manufacture device for injecting fuel of the type mentioned at the outset, with which wear-free fuel can be injected without any noticeable pressure losses when building up pressure, and fuel can be precisely controlled depending on the load, and which is particularly suitable for high-speed internal combustion engines.
  • the fuel injection device has a reciprocating pump in which a valve is integrated which interrupts the acceleration without resistance, so that a pressure surge is generated with which fuel is sprayed off.
  • the valve is arranged outside the leading liquid-tight contact area between a reciprocating piston element and a reciprocating piston cylinder of the reciprocating pump, so that pressure build-up can be carried out without wear and tear without noticeable pressure losses, fuel-sprayable being controllable depending on the load and the entire device being of a very simple design.
  • FIG. 1 shows a compact design of the electrically operated reciprocating piston pump according to the invention with an integrated stop valve.
  • a coil 201 is arranged in a cylindrical multi-part housing 200 in an inner space 202 delimited by an outer jacket 200a and a cylindrical inner jacket 200b as well as an end wall 200c on the tank side and an end wall 200d on the pressure line side.
  • the cylindrical interior 202 of the housing 200 which is surrounded by the inner jacket 200b, is divided by a radially inwardly extending ring 203 into an interior region on the tank side and a pressure line side.
  • an annular bead 204 of a piston 205 is seated positively and firmly in this interior space against the ring edge of the ring 203, the piston 205 reaching through the ring opening 206 of the ring 203 at a distance and projecting into the tank-side area of the interior 202.
  • the piston 205 is penetrated by a through bore 207, which is designed to be enlarged in the tank-side end region of the piston and supports a valve 208 there, which is pressed against the valve seat 209a by a coil spring 209 in the direction of the tank side for the closed position, with the action a pressure acting from the tank side can be opened.
  • a pump cylinder 210 of the reciprocating piston pump is seated in a form-fitting and slidable manner an annular step 213 is pressed in the inner space 202, one projecting beyond the end face 214 Valve socket 215 protrudes a bit at a radial distance into the interior space 202a, which is radially narrowed in this area, and the end ring surface of the cylinder 210 on the pressure line side is arranged at a distance from the ring 203, thus creating a movement space for the cylinder 210.
  • the cylinder 210 seated in a form-fitting manner on the inner wall of the interior 202 has axially parallel, frontally open longitudinal grooves 216 in the lateral surface, the function of which is explained below.
  • the through bore 217 penetrating the pump cylinder 210 and receiving the piston 205 supports a tappet valve arranged in front of the piston 205 on the tank side, the tappet plate 218 of which is arranged in a short bore extension at a distance from the end face of the piston 205 and the tappet stem 219 of the narrowed bore 217a in the valve stub 215, supporting itself against the inner wall of the bore 217a, reaches through and projects into the narrowed interior 202a.
  • a plate 220 is expediently fastened, which has holes 221, the function of which is explained further below, the plunger stem 219 projecting a little further from the plate 220 and abutting the tank-side bottom surface 222 of the interior 202a.
  • the plunger stem 219 is chosen so long that the plunger plate 218 is lifted from its valve seat, the pressure line side opening 223 of the narrowed bore 217a, so that a certain gap "X" is formed, the meaning and purpose of which is explained below.
  • a helical spring 224 stabilizes this position of the tappet valve in the illustrated rest position of the reciprocating pump, in which the spring 224 is supported at one end on the end face 214 of the cylinder 210 and at the other end against the plate 220.
  • axially parallel bores 225 extend into the bottom wall and open into an axial valve chamber 226, in which a valve plate 229, which is pressed against a valve seat 227 by a coil spring 228 in the tank direction, is arranged, the grooves 230 which can be covered peripherally by the valve seat 227 has, so that the valve can be opened by a tank connection-side pressure against the load of the spring 228 and a passage from the valve chamber 226 to the bores 225 is created.
  • the valve chamber 226 is connected to a fuel line leading to the fuel tank (not shown);
  • a pressure line (not shown) is attached to the end wall 200d on the pressure line side or to an extended connecting piece of the inner wall 200b, which leads to the spray valve.
  • the arrows drawn in FIG. 13 indicate the path of the fuel.
  • the reciprocating pump shown in Figure 1 works as follows.
  • the excitation of the coil 201 accelerates the cylinder 210 from the rest position shown in the direction of the pressure line almost without resistance, fuel flowing out of the space 202 via the grooves 216 and out of the bore 217 or the plunger plate space in the direction of the interior 202a.
  • the accelerated movement ends abruptly when the valve seat 223 hits the valve plate 218, so that the stored energy of the cylinder 210 is transferred to the fuel located in the plunger antechamber.
  • the valve 208 is opened and the pressure on the fuel in the bore 207 or in the pressure line is propagated, as a result of which fuel is sprayed off through the injection nozzle.
  • the excitation is not yet switched off, fuel is sprayed off as long as the cylinder is moved.
  • the tappet valve 218, 219 is entrained by the cylinder 210 and there is a negative pressure in the interior spaces 202, 202a and in the bores 225 and the antechamber of the valve space 226 delimited by the valve 229, so that the valve 229 is opened.
  • the fuel flows through the peripheral grooves 230 in the valve plate 229, the antechamber of the valve chamber 226, the bores 225 and the holes 221 in the plate 220 into the interior 202a and via the grooves 216 into the interior 202.
  • the spring 211 After the excitation has been switched off the spring 211 returns the cylinder to its rest or home position pushed back, previously the plunger stem 219 abuts against the bottom wall 222 and the plunger valve is opened so that fuel can flow through the gap between the plunger stem and the bore 217a into the plunger plate antechamber 217.
  • the valve 208 remains closed. It acts as a stand pressure valve and maintains a stand pressure in the fuel in the space between the injection valve (not shown) and the valve plate 208, which is, for example, higher than the vapor pressure of the liquid at the maximum occurring temperature, so that bubbles are prevented can.
  • the piston 205 is formed in one piece with the end wall 200d and the standing pressure valve 208, 209, which is in a pipe socket 208a is housed, covers the pressure line side mouth of the bore 207 going through the piston 205.
  • the sliding pump cylinder 210 which acts as an anchor, is constructed in several parts for a simple possibility of mounting the valve tappet 218, 219. Since the multiple parts are not essential to the invention, the structure of the cylinder 210 is not described in detail.
  • the tappet stem 219 is made relatively short and can only protrude over the valve-side end ring surface 214 of the cylinder 210.
  • the end ring surface 214 abuts in the region of the end wall 200c against a plastic block 231 mounted there, which has through bores 232 which open peripherally in grooves 233 which are connected to the tank-side interior 202, with bores 234 from the tank-side interior 202 to the enlarged bore region of the bore Guide 217 in cylinder 210.
  • the bores 232 open into the axial valve space 226 leading to the tank, which is accommodated in a pipe socket 226a.
  • the tappet valve 218, 219 is not spring-loaded. It works due to inertial forces, with the plunger stem sitting approximately form-fit in the narrowed bore 217a.
  • the tappet valve In the position shown in FIG. 2, the tappet valve is pressed against the plastic block 231 by the pressure acting on the tappet plate 218 in the spaces 202, 217, 207. If the cylinder 210 is accelerated, the tappet valve remains in this position until it is carried along by the valve seat 223. During the return movement of the armature cylinder 210, the tappet stem 219 abuts against the plastic block 231, so that the tappet valve returns to the starting position shown.
  • the bore extension of the bore 217, in which the tappet plate 218 is received forms an annular step 235 on the pressure line side, which in the rest position of the tappet valve is located only a short distance in front of the tappet plate 218 and against which the tappet plate 218 abuts when the tappet is due to inertia the return movement of the cylinder 210 lifts off the valve seat and / or the valve should be rebounded from the plastic block 231 during the return movement of the cylinder 210.
  • In the end face of the ring step 235 there are recesses 235a which ensure an unimpeded flow of the fuel. In this way, the rest position of the tappet valve is ensured with simple means.
  • the end ring surface 214 is arranged at a small distance "A" from the surface of the plastic block 231 (FIG. 15).
  • Support webs 214a which protrude from the end ring surface 214, lie against the surface of the plastic block 231 and provide the distance "A", so that there is no disturbing negative pressure effect when the anchor cylinder 210 is started between the end ring surface 214 and the surface of the plastic block 231 can.
  • Such support webs can be arranged for the same purpose on the end face of the plunger stem 219 (not shown).
  • the distance "A" is chosen so small that during the return stroke, damping takes place by squeezing fuel out of the gap "A".
  • the embodiment of the reciprocating piston pump according to FIGS. 2 and 3 can be provided with a simply constructed, effective armature damping device, which is shown in FIG. 4.
  • the tappet stem 219 has in its free end region a flange ring 219a, which overlaps the end ring surface 214 a little laterally and can rest against the end ring surface 214.
  • a recess 231a corresponding to the flange ring 219a is made, into which the flange ring 219a fits approximately in a form-fitting manner, so that a piston-cylinder-like hydraulic damping device is formed.
  • the flange ring 219a is carried along by the end face surface 214. As soon as the flange ring 219a dips into the recess 231a, fuel is displaced therefrom and the armature cylinder 210 is braked. When the armature cylinder 210 accelerates, the armature cylinder moves almost without resistance. The flange ring 219a and thus the tappet valve 218, 219 initially remain in the recess 231a until the tappet valve is carried along by the valve seat.
  • the thickness of the flange ring 219a is expediently made somewhat larger than the depth of the recess 231a, so that the The end ring surface 214 remains in the rest position of the armature cylinder 210 at a distance from the surface of the plastic block 231 and support webs are not required in this respect.
  • a bore 236 is expediently arranged in the pressure line-side end wall 200d, which leads outwards from the pressure line-side interior 202 and on which a nozzle 237 with a through-bore 238 is placed on the outside.
  • fuel is pumped out of the armature cylinder 210, so that the pump and / or the fuel supply line can be flushed out of air bubbles.
  • fuel can also be flushed during the injection activity of the pump, thereby dissipating heat, and preventing the formation of bubbles.
  • the spring is compressed.
  • the spring 238 releases its stored spring force to the armature cylinder 210, so that the latter moves correspondingly accelerated into the rest position.
  • the cylinder 210 acts as a piston-like anchor element which is guided in the inner cylinder 200b in a liquid-tight manner.
  • FIG. 5 An injection pump 1 similar to the injection pump shown in FIG. 1 is shown in FIG. 5, the same parts being assigned the same reference numbers.
  • the piston 205a which is partially seated in the armature cylinder bore 217, is not fastened to the end wall 200d on the pressure line side, but is mounted so as to be axially movable and is part of the spray valve device 3.
  • the injection valve 3 has a valve cap 3b which fits into the front wall 200d of the housing 200 in the injector side Interior 202 is screwed gripping.
  • the valve cap has a central injection nozzle hole 3d.
  • the piston 205a covers the injection nozzle bore 3a with an end face 205b with a reduced diameter.
  • the reduced surface area 205b merges with a truncated cone 205c into the cylindrical part of the piston 205a.
  • the piston 205a is pressed in the armature cylinder bore 217 by a compression spring 240 against the injection nozzle bore 3d, the compression spring 240 being supported against an intermediate wall 241 arranged in the armature cylinder bore 217, which divides the bore 217 into an injection nozzle-side and a tank-side region .
  • At least one bore 242 leads from the end ring surface 212 through the armature cylinder 210 into the enlarged cylinder bore space of the tank-side region of the bore 217, in which the tappet plate 218 is received, and a bore 243 through the armature cylinder 210 from the region of the bore 217 in the injector side the tank-side interior 202, the central region of the armature cylinder 210 being positively and almost liquid-tightly seated on the inner wall of the interior 202.
  • the armature cylinder preferably has grooves in the tank-side region of the interior 202, the groove webs abutting the inner wall of the interior 202 and forming guides for the armature cylinder 210 there.
  • the pressure surge is transmitted to the conical surface of the truncated cone 205c and lifts the piston 205 against the pressure of the spring 240 from the nozzle 3a, so that fuel is hosed.
  • a vacuum is created in the space 202a and in the tank-side interior 202, which also acts on the piston 205, but which is very much less than the spring force of the spring 240, so that the piston remains unaffected.
  • the negative pressure opens the valve 229, so that fuel is sucked in.
  • the valve 229 closes again due to the spring force of the spring 228 when the return movement of the armature cylinder 210 begins, so that fuel is then forced into the spaces of the bore 217 and the interior 202 by the armature-cylinder movement.
  • the function of the valve 292 corresponds to the function of the same valve 229 in the embodiment of the injection pump 1 according to FIG. 13.
  • FIG. 6 A further embodiment of the injection pump 1 according to the invention, in which the injection nozzle 3 is accommodated directly in the end wall 200d in the housing 200 of the injection pump 1, results from FIG. 6. This embodiment is similar to that of FIG. 5, which is why the same parts have the same reference numbers Marked are.
  • valve cap 3b forms a valve seat 3c for a tappet valve 244, the valve plate 245 of which is pulled from the outside against the valve seat 3c, and the tappet stem 246 of which engages freely through the cap bore 3d following the valve seat 3c or is supported radially by ribs 247 and freely through the Armature cylinder bore 217 goes and ends shortly before the enlarged area of the bore 217, in which the tappet plate 218 of the tappet valve 218, 219 is received.
  • a ring 248a having holes or edge recess 248 is fastened, against which the injector side is located supports a compression spring 250, which rests against the end wall 200d of the housing 200 or against the valve cap 3b. It is important in this embodiment that the anchor cylinder 210 only has the through hole 217 and no marginal grooves, but rests positively on the inner wall of the interior 202.
  • this injection pump which has no separate piston, functions as follows. If the tappet valve 218, 219 is taken away from the valve seat of the armature cylinder 210, the sudden pressure build-up in the fuel takes place in the space 202, 217 and 3d, so that the tappet valve 244 opens for spraying against the pressure of the return spring 250. Then, after another stroke "H", the plunger plate 218 hits the plunger stem 246 and keeps the valve 244 open.
  • FIG. 7 An embodiment of the injection pump 1 according to the invention which is similar to the embodiment shown in FIG. 6 is shown in FIG. 7, the same parts again being designated with the same reference numbers.
  • the tappet stem 246 of the tappet valve 244 is made shorter and, in the rest position or starting position of the pump 1, extends only into the end region of the armature cylinder bore 217 on the injection valve side. Accordingly, the return spring 250 is also shortened. In addition, however, a further compression spring 251 presses against the ring 248a from the tank side, which is supported at one end against a wall 217e having a central bore 217d, which divides the bore 217 into an injector-side and a tank-side region which communicate via the bore 217d stand.
  • the spring 251 supports the opening of the valve 244 as in the case of the embodiment according to FIG. 6, in which the opening is supported by the valve disk 218, which strikes the tappet stem 246. The springs then also hold valve 244 in the open position, as long as the spring pressure of the spring 250 or 251 causes this.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, die nach dem Festkörper-Energiespeicher-Prinzip arbeitet, wobei ein in einem Pumpenzylinder angeordnetes Kolbenelement aus einer Ausgangsstellung während einer nahezu widerstandslosen Beschleunigungsphase von einem Elektromagneten angetrieben kinetische Energie speichert und ein Druckstoß durch ein die widerstandslose Beschleunigung plötzlich unterbrechendes Mittel erzeugt wird, so daß der Druckstoß auf den Kraftstoff übertragen wird, wobei der Druckstoß zum Abspritzen von Kraftstoff durch eine Einspritzdüseneinrichtung verwendet wird. Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzvorrichtung weist als Mittel zur Unterbrechung der widerstandslosen Beschleunigung ein in die Hubkolbenpumpe integriertes Ventil auf, das außerhalb des führenden flüssigkeitsdichten Kontaktbereichs zwischen Hubkolbenelement und Hubkolbenzylinder der Hubkolbenpumpe angeordnet ist. Der Ventilkörper (218,219) dieses Ventils ist im Ausgangszustand des Hubkolbenelements (210) von seinem Ventilsitz (223) um einen vorbestimmten Spalt "X" beabstandet, so daß, nachdem das Hubkolbenelement (210) einen Weg x zurückgelegt hat, das Ventil geschlossen wird, wodurch der Druckstoß erzeugt wird. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist einfach und ermöglicht ohne spürbare Druckverluste verschleißfrei den Betrieb einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, die nach dem Festkörper-Energiespeicher-Prinzip arbeitet, wobei lastabhängig genau steuerbar Kraftstoff eingespritzt werden kann. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff für Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
  • Einspritzvorrichtungen, deren elektrisch betriebene Hubkolbenpumpen nach dem sogenannten Festkörper-Energiespeicher-Prinzip arbeiten, weisen einen Förderkolben oder -zylinder auf, der auf einem bestimmten Weg nahezu widerstandslos beschleunigt wird, wobei in der Regel Kraftstoff bewegt wird, bevor derjenige Förderdruck aufgebaut wird, der zum Abspritzen des Kraftstoffes über die Einspritzdüse erforderlich ist. Auf diese Weise wird vor dem eigentlichen zum Einspritzen erforderlichen Druckaufbau kinetische Energie aufgenommen bzw. gespeichert, die dann schlagartig in einen Druckanstieg im Kraftstoff umgewandelt wird.
  • Bei einem aus der DD-PS 120 514 bekannten sogenannten Pumpe-Düse-Element, das nach dem Festkörper-Energiespeicher-Prinzip arbeitet, weist der den Förderkolben der Einspritzpumpe aufnehmende Kraftstofförderraum in einem ersten Abschnitt axial parallel angeordnete Nuten in der Innenwandung auf, durch die Kraftstoff zur Rückseite des Förderkolbens abfließen kann, wenn sich der Förderkolben in Bewegung setzt, ohne daß es zu einem merklichen Druckaufbau im Kraftstoff kommt.
  • Der sich anschließende zweite Abschnitt des Kraftstofförderraumes ist der eigentliche Druckraum, der keine Nuten aufweist. Tritt der beschleunigte Förderkolben in diesen Druckraum ein, wird er durch den inkompressiblen Kraftstoff schlagartig abgebremst, wodurch die gespeicherte kinetische Energie in einen Druckstoß umgewandelt wird, durch den der Widerstand des Einspritzventils überwunden wird, so daß es zum Abspritzen von Kraftstoff kommt. Nachteilig hierbei ist, daß beim Eintauchen des Förderkolbens in den zweiten Abschnitt des Förderraumes aufgrund ungünstiger Spaltbedingungen, nämlich einer relativ großen Spaltbreite und einer relativ kleinen Spaltlänge, spürbar hohe Druckverluste auftreten, die insbesondere die mögliche Geschwindigkeit und Druckhöhe des Druckaufbaus reduzieren und damit den Abspritzvorgang ungünstig beeinflussen. Die Druckverluste werden durch Abfließen von Kraftstoff aus dem Druckraum in den Druckvorraum (erster Abschnitt des Kraftstofförderraumes) verursacht.
  • Nach der DD-PS 213 472 soll dieser Nachteil vermieden werden, indem im Druckraum des Förderzylinders ein Schlagkörper gelagert wird, auf den der nahezu widerstandslos beschleunigte Kolben auftrifft, so daß der Druckverlust beim Druckaufbau durch eine relativ große Spaltlänge trotz relativ großer Spaltbreite (große Fertigungstoleranzen) zwischen dem Schlagkörper und der Druckrauminnenwandungsfläche vertretbar klein gehalten werden kann. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß es durch den Schlagvorgang zu einem hohen Verschleiß der aufeinandertreffenden Körper kommt. Zudem wird der Schlagkörper durch den Schlag in Longitudinalschwingungen versetzt, die sich auf den Kraftstoff übertragen und dort als hochfrequente Druckschwingungen den Einspritzvorgang stören.
  • Ein besonderer Nachteil dieser bekannten Festkörper-Energiespeicher-Einspritzvorrichtungen besteht darin, daß der Einspritzvorgang nur sehr begrenzt steuerbar ist, sich also nur sehr beschränkt an die Lastverhältnisse des Motors anpassen läßt. Das Gleiche gilt für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der DE-OS 23 07 435, bei der die Hubkolbenpumpe als bewegliches Pumpenglied einen hülsenförmigen Pumpenzylinder hat, der längsverschieblich auf einem im Pumpengehäuse fest sitzenden Pumpenkolben angeordnet ist und den Pumpendruckraum begrenzt, der über eine Längsbohrung im Pumpenkolben mit der Einspritzventileinrichtung in Verbindung steht. Eine Querbohrung im Pumpenzylinder ermöglicht das Abfließen von Kraftstoff auf die Rückseite des Zylinders beim Energiespeichern. Das Überfahren der Kolbenstirnkante mit der Bohrung führt zum Druckaufbau und damit zum Abspritzen von Kraftstoff. Auch in diesem Fall treten hohe Spaltverluste beim Druckaufbau auf.
  • Aufgabe der Erfindung ist, eine kostengünstige, einfach zu fertigende Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ohne spürbare Druckverluste beim Druckaufbau verschleißfrei, sowie lastabhängig genau steuerbar Kraftstoff eingespritzt werden kann und die insbesondere für schnellaufende Brennkraftmaschinen geeignet ist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzvorrichtung weist eine Hubkolbenpumpe auf, in die ein Ventil integriert ist, das die widerstandslose Beschleunigung unterbricht, so daß ein Druckstoß erzeugt wird, mit dem Kraftstoff abgespritzt wird. Das Ventil ist außerhalb des führenden flüssigkeitsdichten Kontaktbereichs zwischen einem Hubkolbenelement und einem Hubkolbenzylinder der Hubkolbenpumpe angeordnet, so daß ohne spürbare Druckverluste verschleißfrei der Druckaufbau erfolgen kann, wobei lastabhängig genau steuerbar Kraftstoff abspritzbar ist und die gesamte Vorrichtung sehr einfach aufgebaut ist.
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 und 2
    schematisch im Längsschnitt jeweils eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung,
    Fig. 3 und 4
    jeweils einen Schnitt durch eine Ankerdämpfungseinrichtung, und
    Fig. 5 bis 7
    schematisch im Längsschnitt jeweils eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung.
  • Die Figur 1 zeigt eine kompakte Bauform der erfindungsgemäßen elektrisch betriebenen Hubkolbenpumpe mit integriertem Anschlagventil. Dabei ist in einem zylindrischen mehrteiligen Gehäuse 200 in einem von einem Außenmantel 200a und einem zylindrischen Innenmantel 200b sowie einer tankseitigen Stirnwandung 200c und einer druckleitungsseitigen Stirnwandung 200d begrenzten Innenraum 202 eine Spule 201 angeordnet. Der vom Innenmantel 200b umgebene zylindrische Innenraum 202 des Gehäuses 200 wird durch einen sich radial nach innen erstreckenden Ring 203 in einen tankseitigen und einen druckleitungsseitigen Innenraumbereich abgeteilt. Druckleitungsseitig ist gegen die Ringkante des Rings 203 ein formschlüssig und fest in diesem Innenraum sitzender Ringwulst 204 eines Kolbens 205 gesetzt, wobei der Kolben 205 die Ringöffnung 206 des Rings 203 mit Abstand durchgreift und in den tankseitigen Bereich des Innenraums 202 ragt. Der Kolben 205 ist von einer durchgehenden Bohrung 207 durchsetzt, die im tankseitigen Endbereich des Kolbens erweitert ausgebildet ist und dort ein Ventil 208 lagert, das von einer Schraubenfeder 209 in Richtung Tankseite für die Schließstellung gegen einen Ventilsitz 209a gedrückt wird, mit hin durch die Einwirkung eines von der Tankseite wirkenden Druckes geöffnet werden kann.
  • Auf dem im tankseitigen Innenraumbereich des Innenraums 202 befindlichen Teil des Kolbens 205 sitzt formschlüssig und gleitbar ein Pumpenzylinder 210 der Hubkolbenpumpe, der von einer sich einendig auf dem Ring 203 und anderendig an einer Ringstufe 212 des Zylinders 210 abstützenden Schraubenfeder 211 mit seiner tankseitigen Stirnringfläche 214 gegen eine Ringstufe 213 im Innenraum 202 gedrückt wird, wobei ein die Stirnfläche 214 überragender Ventilstutzen 215 mit radialem Abstand ein Stück in den in diesem Bereich radial verengten Innenraum 202a ragt und wobei die druckleitungsseitige Stirnringfläche des Zylinders 210 im Abstand vom Ring 203 angeordnet ist und somit ein Bewegungsraum für den Zylinder 210 geschaffen wird. Der formschlüssig an der Innenwandung des Innenraums 202 geführt sitzende Zylinder 210 weist achsparallele, stirnseitig offene Längsnuten 216 in der Mantelfläche auf, deren Funktion weiter unten erläutert wird.
  • Die den Pumpenzylinder 210 durchsetzende, durchgehende, den Kolben 205 aufnehmende Bohrung 217 lagert tankseitig ein dem Kolben 205 vorgeordnetes Stößelventil, dessen Stößelteller 218 im Abstand von der Stirnringfläche des Kolbens 205 in einer kurzen Bohrungserweiterung angeordnet ist und dessen Stößelstiel 219 die verengte Bohrung 217a im Ventilstutzen 215, sich gegen die Innenwandung der Bohrung 217a abstützend, durchgreift und in den verengten Innenraum 202a ragt.
  • Am freien Ende des Stößelstils 219 ist zweckmäßigerweise ein Teller 220 befestigt, der Löcher 221 aufweist, deren Funktion weiter unten erläutert wird, wobei der Stößelstiel 219 noch ein Stück über den Teller 220 hinausragt und gegen die tankseitige Bodenfläche 222 des Innenraums 202a stößt. Dabei ist der Stößelstiel 219 so lang gewählt, daß der Stößelteller 218 von seinem Ventilsitz, der druckleitungsseitigen Öffnung 223 der verengten Bohrung 217a, abgehoben ist, so daß ein bestimmter Spalt "X" gebildet wird, dessen Sinn und Zweck weiter unten erläutert wird. Eine Schraubenfeder 224 stabilisiert diese Stellung des Stößelventils in der abgebildeten Ruhestellung der Hubkolbenpumpe, in dem sich die Feder 224 einendig auf der Stirnringfläche 214 des Zylinders 210 und anderendig gegen den Teller 220 abstützt.
  • Von der Bodenfläche 222 erstrecken sich achsparallele Bohrungen 225 in die Bodenwandung und münden in einen axialen Ventilraum 226, in dem ein von einer Schraubenfeder 228 in Tankrichtung gegen einen Ventilsitz 227 gedrückter Ventilteller 229 angeordnet ist, der peripher vom Ventilsitz 227 abdeckbare Rillen 230 aufweist, so daß das Ventil durch einen tankanschlußseitigen Druck gegen die Belastung der Feder 228 geöffnet werden kann und einen Durchgang vom Ventilraum 226 zu den Bohrungen 225 geschaffen wird.
  • Der Ventilraum 226 steht mit einer zum Kraftstofftank führenden Kraftstoffleitung in Verbindung (nicht dargestellt); an die druckleitungsseitige Stirnwandung 200d bzw. an einen verlängerten Stutzen der Innenwandung 200b wird eine Druckleitung angesetzt (nicht dargestellt), die zum Abspritzventil führt. Die in der Figur 13 gezeichneten Pfeile deuten den Weg des Kraftstoffes an.
  • Die in Figur 1 abgebildete Hubkolbenpumpe funktioniert wie folgt. Durch die Erregung der Spule 201 wird der Zylinder 210 aus der abgebildeten Ruhestellung in Richtung Druckleitung nahezu widerstandslos beschleunigt, wobei aus dem Raum 202 über die Nuten 216 und aus der Bohrung 217 bzw. dem Stößeltellerraum Kraftstoff in Richtung Innenraum 202a abfließt. Die beschleunigte Bewegung endet mit dem Auftreffen des Ventilsitzes 223 auf dem Ventilteller 218 abrupt, so daß die gespeicherte Energie des Zylinders 210 auf den in dem Stößelvorraum befindlichen Kraftstoff übertragen wird. Das Ventil 208 wird geöffnet und der Druck auf den in der Bohrung 207 bzw. in der Druckleitung befindlichen Kraftstoff fortgepflanzt, wodurch ein Abspritzen von Kraftstoff durch die Einspritzdüse erfolgt. Wenn die Erregung dann noch nicht abgeschaltet ist, wird so lange Kraftstoff abgespritzt, wie der Zylinder bewegt wird. Das Stößelventil 218, 219 wird dabei vom Zylinder 210 mitgenommen und es entsteht ein Unterdruck in den Innenräumen 202, 202a sowie in den Bohrungen 225 und dem vom Ventil 229 abgegrenzten Vorraum des Ventilraums 226, so daß das Ventil 229 geöffnet wird. Der Kraftstoff fließt vom Tank kommend durch die peripheren Rillen 230 im Ventilteller 229, den Vorraum des Ventilraums 226, die Bohrungen 225 und die Löcher 221 im Teller 220 in den Innenraum 202a sowie über die Nuten 216 in den Innenraum 202. Nach dem Abschalten der Erregung wird der Zylinder von der Feder 211 in seine Ruhe- bzw. Ausgangsstellung zurückgedrückt, wobei vorher der Stößelstiel 219 gegen die Bodenwandung 222 stößt und das Stößelventil geöffnet wird, so daß Kraftstoff durch den Zwischenraum zwischen dem Stößelstiel und der Bohrung 217a in den Stößeltellervorraum 217 fließen kann. Dabei bleibt das Ventil 208 geschlossen. Es wirkt als Standdruckventil und hält in dem zwischen dem Einspritzventil (nicht dargestellt) und dem Ventilteller 208 befindlichen, mit Kraftstoff gefüllten Raum einen Standdruck im Kraftstoff aufrecht, der z.B. höher ist als der Dampfdruck der Flüssigkeit bei maximal auftretender Temperatur, so daß Blasenbildung verhindert werden kann.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Einspritzpumpe, die der Ausführungsform nach Fig. 1 gleicht, weshalb gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist der Kolben 205 einstückig mit der Stirnwandung 200d ausgebildet und das Standdruckventil 208, 209, das in einem Rohrstutzen 208a untergebracht ist, deckt die druckleitungsseitige Mündung der durch den Kolben 205 gehenden Bohrung 207 ab.
  • Der als Anker wirkende gleitende Pumpenzylinder 210 ist für eine einfache Möglichkeit der Montage des Ventilstößels 218, 219 mehrteilig aufgebaut. Da die Mehrteiligkeit nicht erfindungswesentlich ist, wird der Aufbau des Zylinders 210 nicht näher beschrieben.
  • Der Stößelstiel 219 ist relativ kurz ausgebildet und kann über die tankseitige Stirnringfläche 214 des Zylinders 210 nur um das Ventilspiel herausragen. Die Stirnringfläche 214 stößt im Bereich der Stirnwandung 200c gegen einen dort gelagerten Kunststoffblock 231, der Durchgangsbohrungen 232 aufweist, die peripher in Nuten 233 münden, die mit dem tankseitigen Innenraum 202 in Verbindung stehen, wobei vom tankseitigen Innenraum 202 Bohrungen 234 zum erweiterten Bohrungsbereich der Bohrung 217 im Zylinder 210 führen. Die Bohrungen 232 münden in den zum Tank führenden axialen Ventilraum 226, der in einem Rohrstutzen 226a untergebracht ist.
  • Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Stößelventil 218, 219 nicht federbelastet. Es funktioniert aufgrund von Trägheitskräften, wobei der Stößelstiel etwa formschlüssig in der verengten Bohrung 217a sitzt. In die in Fig. 2 dargestellte Stellung wird das Stößelventil durch den auf den Stößelteller 218 wirkenden in den Räumen 202, 217, 207 herrschenden Druck gegen den Kunststoffblock 231 gedrückt. Wird der Zylinder 210 beschleunigt, verharrt das Stößelventil in dieser Stellung, bis es vom Ventilsitz 223 mitgenommen wird. Bei der Rückstellbewegung des Ankerzylinders 210 stößt der Stößelstiel 219 gegen den Kunststoffblock 231, so daß das Stößelventil wieder in seine dargestellte Ausgangsstellung gelangt.
  • Zweckmäßigerweise bildet die Bohrungserweiterung der Bohrung 217, in der der Stößelteller 218 aufgenommen ist, druckleitungsseitig eine Ringstufe 235, die sich in der Ruhestellung des Stößelventils nur in geringem Abstand vor dem Stößelteller 218 befindet und gegen die der Stößelteller 218 stößt, wenn der Stößel trägheitsbedingt bei der Rückstellbewegung des Zylinders 210 vom Ventilsitz abhebt und/oder das Ventil vom Kunststoffblock 231 bei der Rückstellbewegung des Zylinders 210 zurückgeprellt werden sollte. In der Stirnfläche der Ringstufe 235 sind Ausnenmungen 235a eingebracht, die einen ungehinderten Durchfluß des Kraftstoffs gewährleisten. Auf diese Weise ist die Ruhestellung des Stößelventils mit einfachen Mitteln sichergestellt.
  • Während der Beschleunigung des Anker-Zylinders 210 fließt bei dieser Ausführungsform der Einspritzpumpe Kraftstoff aus dem druckleitungsseitigen Innenraum 202 über die Nuten 216 in den tankseitigen Innenraum 202 sowie aus den Bohrungen 207, 217 durch die Ausnehmungen 235a am Stößelteller 218 vorbei durch die Ventilsitzöffnung in die Bohrungen 235 ebenfalls in den tankseitigen Innenraum 202. Die Verdrängung des Kraftstoffs wird durch das Schließen des Stößelventils 218, 219 plötzlich unterbrochen, wodurch der beabsichtigte Druckstoß erwirkt wird. Bei der Rückstellbewegung des Anker-Zylinders 210 öffnet das Stößelventil 218, 219 und der Kraftstoff fließt in umgekehrter Richtung.
  • Damit die Startbewegung des Anker-Zylinders 210 aus der Ruhestellung nicht beeinträchtigt werden kann, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß die Stirnringfläche 214 mit geringem Abstand "A" von der Oberfläche des Kunststoffblocks 231 angeordnet ist (Fig. 15). Abstützstege 214a, die von der Stirnringfläche 214 vorstehen, liegen an der Oberfläche des Kunststoffblocks 231 an und sorgen für den Abstand "A", so daß kein störender Unterdruckeffekt beim Start des Anker-Zylinders 210 zwischen der Stirnringfläche 214 und der Oberfläche des Kunststoffblocks 231 auftreten kann. Ebensolche Abstützstege können zum gleichen Zweck auf der Stirnfläche des Stößelstiels 219 angeorndet sein (nicht dargestellt). Darüberhinaus ist der Abstand "A" so klein gewählt, daß beim Rückstellhub eine Dämpfung durch Ausquetschen von Kraftstoff aus dem Spalt "A" erfolgt.
  • Die Ausführungsform der Hubkolbenpumpe nach Fig. 2 und 3 kann mit einer einfach aufgebauten wirkungsvollen Ankerdämpfungseinrichtung versehen sein, die in Fig. 4 dargestellt ist. Dabei weist der Stößelstiel 219 in seinem freien Endbereich einen Flanschring 219a auf, der die Stirnringfläche 214 ein Stück seitlich übergreift und an der Stirnringfläche 214 anliegen kann. In die Oberfläche des Kunststoffblocks 231 ist eine dem Flanschring 219a entsprechende Ausnehmung 231a eingebracht, in die der Flanschring 219a etwa formschlüssig paßt, so daß eine kolbenzylinderartige hydraulische Dämpfeinrichtung gebildet wird. Bei der Rückstellbewegung des Anker-Zylinders 210 wird der Flanschring 219a mit Anhang von der Stirnringfläche 214 mitgenommen. Sobald der Flanschring 219a in die Ausnehmung 231a eintaucht, wird Kraftstoff daraus verdrängt und eine Abbremsung des Anker-Zylinders 210 bewirkt. Bei der Beschleunigung des Anker-Zylinders 210 bewegt sich der Anker-Zylinder fast widerstandslos. Der Flanschring 219a und damit das Stößelventil 218, 219 verharrt zunächst in der Ausnehmung 231a bis die Mitnahme des Stößelventils durch den Ventilsitz erfolgt.
  • Zweckmäßigerweise ist die Dicke des Flanschrings 219a etwas größer als die Tiefe der Ausnehmung 231a ausgeführt, so daß die Stirnringfläche 214 in der Ruhestellung des Anker-Zylinders 210 im Abstand von der Oberfläche des Kunststoffblocks 231 bleibt und Abstütztstege insoweit nicht benötigt werden.
  • Zweckmäßigerweise ist in der druckleitungsseitigen Stirnwand 200d eine Bohrung 236 angeordnet, die vom druckleitungsseitigen Innenraum 202 nach außen führt und auf die außenseitig ein Stutzen 237 mit einer Durchgangsbohrung 238 gesetzt ist. Durch die Bohrung 236 und den Ablaufstutzen 237 kann z.B. während der Startphase der Pumpe bzw. des Motors Kraftstoff vom Anker-Zylinder 210 abgepumpt werden, so daß die Pumpe und/oder die Kraftstoffzuleitung von Luftblasen freigespült werden kann. Durch den Ablauf 236, 237 kann aber auch während der Einspritzaktivität der Pumpe Kraftstoff umgespült werden und dadurch Wärme abgeführt, sowie Blasenbildung vermieden werden.
  • Zweckmäßigerweise ist an der Innenwandung des druckleitungsseitigen Innenraums 202 eine sich an der Stirnwandung 200b abstützende Druckfeder 238 angeordnet, gegen die bei der Beschleunigung des Anker-Zylinders 210 eine Stirnringfläche 239 des Anker-Zylinders erst stößt, wenn ein großer Hub für eine große abzuspritzende Kraftstoffmenge initiiert wird. Die Feder wird dabei komprimiert. Bei der Rückstellbewegung des Anker-Zylinders 210 gibt die Feder 238 ihre gespeicherte Federkraft an den Anker-Zylinder 210 ab, so daß sich dieser entsprechend beschleunigt in die Ruhestellung bewegt.
  • Bei den im folgenden anhand der Figuren 5, 6, 7 beschriebenen Hubkolbenpumpen wirkt der Zylinder 210 als kolbenartiges Ankerelement, das im Innenzylinder 200b flüssigkeitsdicht geführt wird.
  • Eine der in der Fig. 1 abgebildeten Einspritzpumpe ähnelnde Einspritzpumpe 1 wird in Fig. 5 dargestellt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern belegt sind.
  • Der teilweise in der Anker-Zylinderbohrung 217 sitzende Kolben 205a ist nicht an der druckleitungsseitigen Stirnwand 200d befestigt, sondern axial bewegbar gelagert und Teil der Abspritzventileinrichtung 3. Das Einspritzventil 3 weist eine Ventilkappe 3b auf, die in die Sirnwand 200d des Gehäuses 200 in den einspritzventilseitigen Innenraum 202 greifend eingeschraubt ist. Die Ventilkappe verfügt zentral über eine Einspritzdüsenbohrung 3d. Der Kolben 205a deckt in seiner Ruhestellung mit einer im Durchmesser reduzierten Stirnfläche 205b die Einspritzdüsenbohrung 3a ab. Die im Durchmesser reduzierte Fläche 205b geht mit einem Kegelstumpf 205c in den zylindrischen Teil des Kolbens 205a über. Der Kolben 205a wird in der Ankerzylinderbohrung 217 von einer Druckfeder 240 gegen die Einspritzdüsenbohrung 3d gedrückt, wobei sich die Druckfeder 240 anderendig gegen eine in der Anker-Zylinderbohrung 217 angeordnete Zwischenwand 241 abstützt, die die Bohrung 217 in einen einspritzdüsenseitigen und in einen tankseitigen Bereich abteilt. Dabei führt mindestens eine Bohrung 242 von der Stirnringfläche 212 durch den Anker-Zylinder 210 in den erweiterten Zylinderbohrungsraum des tankseitigen Bereichs der Bohrung 217, in dem der Stößelteller 218 aufgenommen ist, und eine Bohrung 243 durch den Ankerzylinder 210 vom einspritzdüsenseitigen Bereich der Bohrung 217 in den tankseitigen Innenraum 202, wobei der mittlere Bereich des Anker-Zylinders 210 formschlüssig und nahezu flüssigkeitsdicht an der Innenwandung des Innenraums 202 sitzt. Vorzugsweise weist der Anker-Zylinder im tankseitigen Bereich des Innenraums 202 Nuten auf, wobei die Nutenstege an der Innenwandung des Innenraums 202 anliegen und dort Führungen für den Anker-Zylinder 210 bilden.
  • Die Einspritzpumpe nach Fig. 5 funktioniert wie folgt. Wird der Anker-Zylinder 210 aus der dargestellten Ruhestellung zunächst widerstandslos beschleunigt, fließt Kraftstoff über die Bohrung 242 in den tankseitigen Raum der Bohrung 217 und von dort in den Raum 202a, wobei das Ventil 229 geschlossen bleibt. Zudem fließt Kraftstoff durch die Bohrung 243 aus dem einspritzventilseitigen Raum der Bohrung 217 in den tankseitigen Innenraum 202 und von dort - da der Anker-Zylinder 210 von der Stirnringfläche 213 abgehoben hat - durch den dadurch gebildeten Spalt ebenfalls in den Raum 202a. Sobald das Stößelventil 218, 219 vom Ventilsitz erfaßt wird, entsteht der gewünschte Druckstoß im einspritzventilseitigen Innenraum 202. Der Druckstoß wird auf die Kegelfläche des Kegelstumpfes 205c übertragen und hebt den Kolben 205 gegen den Druck der Feder 240 von der Düse 3a ab, so daß Kraftstoff abgespritzt wird. Gleichzeitig entsteht im Raum 202a und im tankseitigen Innenraum 202 ein Unterdruck, der auch auf den Kolben 205 wirkt, der aber sehr viel geringer ist als die Federkraft der Feder 240 beträgt, so daß der Kolben insofern unbeeinflußt bleibt. Der Unterdruck öffnet aber das Ventil 229, so daß Kraftstoff nachgesaugt wird. Das Ventil 229 schließt aufgrund der Federkraft der Feder 228 wieder, wenn die Rückstellbewegung des Ankerzylinders 210 beginnt, so daß dann durch die Anker-Zylinderbewegung Kraftstoff in die Räume der Bohrung 217 und des Innenraums 202 gedrängt wird. Die Funktion des Ventils 292 entspricht der Funktion des gleichen Ventils 229 in der Ausführungsform der Einspritzpumpe 1 nach Fig. 13.
  • Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspritzpumpe 1, bei der die Einspritzdüse 3 unmittelbar in der Stirnwand 200d im Gehäuse 200 der Einspritzpumpe 1 untergebracht ist, ergibt sich aus Fig. 6. Diese Ausführungsform ähnelt der nach Fig. 5, weshalb wiederum gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
  • Die Ventilkappe 3b bildet in diesem Fall einen Ventilsitz 3c für ein Stößelventil 244, dessen Ventilteller 245 von außen gegen den Ventilsitz 3c gezogen wird, und dessen Stößelstiel 246 die dem Ventilsitz 3c nachfolgende Kappenbohrung 3d frei oder durch Rippen 247 radial abgestützt durchgreift sowie frei durch die Ankerzylinderbohrung 217 geht und kurz vor dem erweiterten Bereich der Bohrung 217 endet, in dem der Stößelteller 218 des Stößelventils 218, 219 aufgenommen ist. Am freien Ende des Stößelstiels 246 ist ein Löcher oder randliche Ausnehmung 248 aufweisender Ring 248a befestigt, gegen den sich einspritzventilseitig eine Druckfeder 250 abstützt, die anderendig an der Stirnwand 200d des Gehäuses 200 bzw. an der Ventilkappe 3b anliegt. Wesentlich ist bei dieser Ausführungsform, daß der Ankerzylinder 210 lediglich die Durchgangsbohrung 217 und keine randlichen Nuten aufweist, sondern formschlüssig an der Innenwandung des Innenraums 202 anliegt.
  • Diese Einspritzpumpe, die keinen separaten Kolben aufweist, funktioniert im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 5 wie folgt. Wenn das Stößelventil 218, 219 vom Ventilsitz des Ankerzylinders 210 mitgenommen wird, erfolgt der plötzliche Druckaufbau im Kraftstoff im Raum 202, 217 und 3d, so daß das Stößelventil 244 zum Abspritzen gegen den Druck der Rückstellfeder 250 öffnet. Anschließend trifft der Stößelteller 218 nach einem weiteren Hubweg "H" auf den Stößelstiel 246 und hält das Ventil 244 offen.
  • Eine der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ähnelnde Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspritzpumpe 1 ist in Fig. 7 abgebildet, wobei gleiche Teile wiederum mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
  • Der Stößelstiel 246 des Stößelventils 244 ist kürzer ausgeführt und reicht in der Ruhestellung bzw. Ausgangsstellung der Pumpe 1 nur bis in den einspritzventilseitigen Endbereich der Ankerzylinderbohrung 217. Demgemäß ist auch die Rückstellfeder 250 verkürzt ausgeführt. Zusätzlich drückt jedoch eine weitere Druckfeder 251 von der Tankseite her gegen den Ring 248a, die sich einendig gegen eine eine zentrale Bohrung 217d aufweisende Wandung 217e abstützt, die die Bohrung 217 in einen einspritzventilseitigen und einen tankseitigen Bereich unterteilt, die über die Bohrung 217d in Verbindung stehen.
  • Bei dieser Version der Einspritzpumpe 1 unterstützt die Feder 251 das Aufstoßen des Ventils 244 wie im Falle der Ausführungsform nach Fig. 6, bei der das Aufstoßen durch den Ventilteller 218 unterstützt wird, der auf den Stößelstiel 246 stößt. Die Federn halten dann auch das Ventil 244 in der Offenstellung, solange der Federdruck der Feder 250 bzw. 251 dies bewirkt.

Claims (29)

  1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, die nach dem Festkörper-Energiespeicher-Prinzip arbeitet, wobei ein in einem Pumpenzylinder angeordnetes Hubkolbenelement aus einer Ausgangsstellung während einer nahezu widerstandslosen Beschleunigungsphase, von einem Elektromagneten angetrieben, kinetische Energie speichert und ein Druckstoß durch ein die widerstandslose Beschleunigung plötzlich unterbrechendes Mittel erzeugt wird, so daß der Druckstoß auf den Kraftstoff übertragen wird, wobei der Druckstoß zum Abspritzen von Kraftstoff durch eine Einspritzdüseneinrichtung verwendet wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das die widerstandslose Beschleunigung unterbrechende Mittel ein in die Hubkolbenpumpe integriertes Ventil mit einem Ventilkörper (218, 219) und einem Ventilsitz (223) ist, das außerhalb des führenden flüssigkeitsdichten Kontaktbereichs zwischen dem Hubkolbenelement (210) und dem Hubkolbenzylinder der Hubkolbenpumpe angeordnet ist, und in der Ausgangsstellung des Hubkolbenelementes der Ventilkörper (218, 219) vom Ventilsitz (223) um einen bestimmten Spalt "X" beabstandet ist, so daß die widerstandslose Beschleunigungsphase unterbrochen wird, wenn das Ventil geschlossen wird, nachdem das Hubkolbenelement aus der Ausgangsstellung um die Länge des Spaltes "X" bewegt worden ist.
  2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Ventilsitz (223) am Hubkolbenelement (210) ausgebildet ist.
  3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Ventilkörper ein Stößel, bestehend aus einem Stößelteller (218) und einem Stößelstiel (219), ist.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Hubkolbenelement als Pumpenzylinder (210) ausgebildet ist, wobei ein Gehäuseinnenraum (202) durch einen sich radial nach innen erstreckenden Ring (203) in einen tankseitigen und einen druckleitungsseitigen Innenraumbereich abgeteilt wird und wobei druckleitungsseitig gegen eine Ringkante des Rings (203) ein formschlüssig und fest in diesem Innenraum sitzender Ringwulst (204) eines Kolbens (205) der Hubkolbenpumpe (1) gesetzt ist, der die Ringöffnung (206) des Rings (203) mit Abstand durchgreift und in den tankseitigen Bereich des Innenraums (202) ragt, wo er in eine durchgehende Bohrung (217) des Ankerzylinders (210) eingreift.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kolben (205) von einer durchgehenden Bohrung (207) duchsetzt ist, die im tankseitigen Endbereich des Kolbens erweitert ausgebildet ist und dort ein Rückschlagventil (208) lagert, das von einer Schraubenfeder (209) in Richtung Tankseite für die Schließstellung gegen einen Ventilsitz (209a) gedrückt wird.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 35 und/oder 36,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß auf dem im tankseitigen Innenraumbereich des Innenraums (202) befindlichen Teil des Kolbens (205) formschlüssig und gleitbar der Pumpenzylinder (210) der Hubkolbenpumpe sitzt, der von einer sich einendig auf dem Ring (203) und anderendig an einer Ringstufe (212) des Zylinders (210) abstützenden Schraubenfeder (211) mit seiner tankseitigen Stirnringfläche (214) gegen eine Ringstufe (213) im Innenraum (202) gedrückt wird, wobei ein die Stirnringfläche (214) überragender Ventilstutzen (215) mit radialem Abstand ein Stück in den in diesem Bereich radial verengten Innenraum (202) ragt und wobei die druckleitungsseitige Stirnringfläche des Zylinders (210) im Abstand vom Ring (203) angeordnet ist und somit ein Bewegungsraum für den Zylinder (210) geschaffen wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der formschlüssig an der Innenwandung des Innenraums (202) geführt sitzende Zylinder (210) achsparallele stirnseitig offene Längsnuten (216) in der Mantelfläche aufweist, und daß die den Pumpenzylinder (210) durchsetzende, durchgehende, den Kolben (205) aufnehmende Bohrung (217) tankseitig ein dem Kolben (205) vorgeordnetes Stößelventil lagert, dessen Stößelteller (218) im Abstand von der Stirnringfläche des Kolbens (205) in einer kurzen Bohrungserweiterung angeordnet ist und dessen Stößelstiel (219) die verengte Bohrung (217a) im Ventilstutzen (215) - sich gegen die Innenwandung der Bohrung (217a) abstützend - durchgreift und in den verengten Innenraum (202a) ragt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß am freien Ende des Stößelstiels (219) ein Teller (220) befestigt ist, der Löcher (221) aufweist, wobei der Stößelstiel (219) noch ein Stück über den Teller (220) hinausragt, und gegen die tankseitige Bodenfläche (222) des Innenraums (202a) stößt, wobei der Stößelstiel (219) so lang gewählt ist, daß der Stößelteller (218) von seinem Ventilsitz (223) der verengten Bohrung (217a) abgehoben ist, so daß ein bestimmter Spalt "X" gebildet wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Schraubenfeder (224) die Stellung des Stößelventils in der Ruhestellung der Hubkolbenpumpe stabilisiert, indem sich die Feder (224) einendig auf der Stirnringfläche (214) des Zylinders (210) und anderendig gegen den Teller (220) abstützt.
  10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß von der Bodenfläche (222) sich achsparallele Bohrungen (225) in die Bodenwandung erstrecken und in einen axialen Ventilraum (226) münden, in dem ein von einer Schraubenfeder (228) in Tankrichtung gegen einen Ventilsitz (227) gedrückter Ventilteller (229) angeordnet ist, der peripher vom Ventilsitz (227) abdeckbare Rillen (230) aufweist, so daß das Ventil durch einen tankanschlußseitigen Druck gegen die Belastung der Feder (228) geöffnet werden kann und einen Durchgang vom Ventilraum (226) zu den Bohrungen (225) geschaffen wird.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kolben (205) einstückig mit der Stirnwandung (200d) des Gehäuses (200) ausgebildet ist, wobei das Standdruckventil (208, 209) druckleitungsseitig dem Kolben (205) in einem Rohrstutzen (208a) vorgeordnet ist und die druckleitungsseitige Mündung der durch den Kolben (205) gehenden Bohrung (207) abdeckt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stößelstiel (219) relativ kurz ausgebildet ist und über die tankseitige Stirnringfläche (214) des Zylinders (210) nur um das Ventilspiel herausragen kann.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Stirnringfläche (214) im Bereich der Stirnwandung (200c) gegen einen dort gelagerten Kunststoffblock (231) stößt, der Durchgangsbohrungen (232) aufweist, die peripher in Nuten (233) münden, die mit dem tankseitigen Innenraum (202) in Verbindung stehen, wobei vom tankseitigen Innenraum (202) Bohrungen (234) zum erweiterten Bohrungsbereich der Bohrung (217) im Zylinder (210) führen und wobei die Bohrungen (232) in den zum Tank führenden axialen Ventilraum (226) münden, der in einem Rohrstutzen (226a) untergebracht ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Bohrungserweiterung der Bohrung (217) in der der Stößelteller (218) aufgenommen ist, druckleitungsseitig eine Ringstufe (235) bildet, die sich in der Ruhestellung des Stößelventils nur in geringem Abstand vor dem Stößelteller (218) befindet und gegen die der Stößelteller (218) stößt, wenn der Stößel trägheitsbedingt bei der Rückstellbewegung des Zylinders (210) vom Ventilsitz abhebt und/oder das Ventil vom Kunststoffblock (231) bei der Rückstellbewegung des Zylinders (210) rückgeprellt werden sollte.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der Stirnfläche der Ringstufe (235) Ausnehmungen (235a) eingebracht sind, die einen ungehinderten Durchfluß des Kraftstoffs gewährleisten.
  16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 46,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Stirnringfläche (214) mit geringem Abstand von der Oberfläche des Kunststoffblocks (231) angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß auf der Stirnringfläche (214) vorstehende Abstützstege (214a) angeordnet sind.
  18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 17,
    gekennzeichnet durch
    eine Ankerdämpfungseinrichtung im freien Endbereich des Stößelstiels (219), wobei dort ein Flanschring (219a) angeordnet ist, der die Stirnringfläche (214) ein Stück seitlich übergreift und an der Stirnringfläche (214) anliegen kann, und wobei in der Oberfläche des Kunststoffblocks (231) eine dem Flanschring (219a) entsprechende Ausnehmung (231a) eingebracht ist, in die der Flanschring (219a) etwa formschlüssig paßt.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Dicke des Flanschrings (219a) etwas größer als die Tiefe der Ausnehmung (231a) ausgeführt ist.
  20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der druckleitungsseitigen Stirnwand (200d) eine Bohrung (234) angeordnet ist, die vom druckleitungsseitigen Innenraum (202) nach außen führt und auf die zweckmäßigerweise außenseitig ein Stutzen (237) mit einer Durchgangsbohrung (238) gesetzt ist, wobei durch die Bohrung (236) und den Ablaufstutzen (237) während der Startphase der Pumpe 1 bzw. des Motors oder laufend Kraftstoff vom Anker-Zylinder (210) abgepumpt werden kann.
  21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an der Innenwandung des druckleitungsseitigen Innenraums (202) eine sich an der Stirnwandung (200b) abstützende Druckfeder (238a) angeordnet ist, gegen die bei der Beschleunigung des Ankerzylinders (210) eine Stirnringfläche (239) des Ankerzylinders stößt und dabei die Feder komprimiert.
  22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Zylinder (210) als kolbenartiges Ankerelement im Innenraum (202) flüssigkeitsdicht geführt wird.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein teilweise in der Ankerzylinderbohrung (217) sitzender Kolben (205a) axial bewegbar gelagert ist und Teil der Abspritzventileinrichtung (3) ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abspritzventileinrichtung (3) eine Ventilkappe (3b) aufweist, die in die Stirnwand (200d) des Gehäuses (200) in den einspritzventilseitigen Innenraum (202) greifend eingeschraubt ist, der Kolben (205a) in seiner Ruhestellung mit einer im Durchmesser reduzierten Stirnfläche (205b) die Einspritzdüsenbohrung (3d) abdeckt und die im Durchmesser reduzierte Fläche (205b) mit einem Kegelstumpf (205c ) in den zylindrischen Teil des Kolbens (205a) übergeht.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kolben (205a) in der Ankerzylinderbohrung (217) von einer Druckfeder (240) gegen die Einspritzdüsenbohrung (3d) gedrückt wird, wobei sich die Druckfeder (240) anderendig gegen eine in der Ankerzylinderbohrung (217) angeordnete Zwischenwand (241) abstützt, die die Bohrung (217) in einen einspritzdüsenseitigen und in einen tankseitigen Bereich abteilt.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 25,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens eine Bohrung (242) von der Stirnringfläche (212) durch den Ankerzylinder (210) in den erweiterten Zylinderbohrungsraum des tankseitigen Bereichs der Bohrung (217) führt, in dem der Stößelteller (218) aufgenommen ist, und daß eine Bohrung (243) durch den Ankerzylinder (210) vom einspritzdüsenseitigen Bereich der Bohrung (217) in den tankseitigen Innenraum (202) geht, wobei der mittlere Bereich des Anker-Zylinders (210) formschlüssig und nahezu flüssigkeitsdicht an der Innenwandung des Innenraums (202) sitzt.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 26,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Anker-Zylinder (210) im tankseitigen Bereich des Innenraums (202) Nuten aufweist, wobei die Nutstege an der Innenwandung des Innenraums (202) anliegen und dort Führungen für den Anker-Zylinder (210) bilden.
  28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einspritzdüse (3) unmittelbar in der Stirnwand (200d) des Gehäuses (200) untergebracht ist und eine Ventilkappe (3b) mit einem Ventilsitz (3c) für ein Stößelventil (244) aufweist, dessen Ventilteller (245) von außen gegen den Ventilsitz (3c) gezogen wird und dessen Stößelstiel (246) die dem Ventilsitz (3c) nachfolgende Kappenbohrung (3d) frei oder durch Rippen (247) radial abgestützt durchgreift sowie frei durch die Ankerzylinderbohrung (217) geht und kurz vor dem erweiterten Bereich der Bohrung (217) endet, in dem der Stößelteller (218) des Stößelventils (218, 219)aufgenommen ist, wobei am freien Ende des Stößelstiels (246) ein Löcher oder radiale Ausnehmungen (248) aufweisender Ring (248a) befestigt ist, gegen den sich einspritzventilseitig eine Druckfeder (250) abstützt, die anderendig an der Stirnwand (200d) des Gehäuses (200) bzw. an der Ventilkappe (3b) anliegt, wobei der Ankerzylinder (210) lediglich die Durchgangsbohrung (217a) und keine radialen Nuten aufweist, sondern formschlüssig und flüssigkeitsdicht an der Innenwandung des Innenraums (202) anliegt und wobei der Stößelteller (218) nach einem bestimmten Hubweg auf den Stößelstiel (246) bei der Pumpbewegung stößt.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 28,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stößelstiel (246) des Stößelventils (244) kürzer ausgeführt ist und in der Ruhestellung der Pumpe (1) nur bis in den einspritzventilseitigen Endbereich der Ankerzylinderbohrung (217) reicht, wobei zusätzlich eine weitere Druckfeder (251) von der Tankseite her gegen den Ring (248a) drückt, die sich einendig gegen eine eine zentrale Bohrung (217d) aufweisende Wandung (217e) abstützt, die die Bohrung (217) in einen einspritzventilseitigen und einen tankseitigen Bereich unterteilt, die über die Bohrung (217d) in Verbindung stehen.
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