[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine,
mit einer Brennstoffpumpe, die einen von einer Nockenwelle angetriebenen, Brennstoff
in einen Pumpenraum fördernden Pumpenkolben aufweist, der eine den Förderbeginn der
Pumpe bestimmende, erste Steuerkante und eine das Förderende der Pumpe bestimmende,
zweite Steuerkante aufweist, wobei beide Steuerkanten mit ein und derselben in der
Zylinderwand der Pumpe befindlichen Oeffnung zusammenwirken, die mit einem Saugkanal
und einem Ueberströmkanal in Verbindung steht.
[0002] Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art beginnt die Förderphase der Pumpe, wenn während
der Kolbenbewegung zum Pumpenraum hin die erste Steuerkante die Oeffnung in der Zylinderwand
passiert hat, und die Förderphase der Pumpe endet, wenn die zweite Steuerkante diese
Oeffnung während dieser Kolbewegung passiert hat. Zwischen diesen beiden Passagen
fördert also die Pumpe den Brennstoff unter hohem Druck über eine Druckleitung zum
Einspritzventil im Zylinder der Brennkraftmaschine. Die während dieser Förderphase
über das Einspritzventil in den Zylinder eingespritzte Brennstoffmenge hat zur Folge,
dass der Druck der im Zylinder komprimierten Luft nach dem Einspritzbeginn allmählich
ansteigt bis zu einem Züddruck-Maximalwert und danach abfällt. Dabei bestimmt dieser
zulässige Maximalwert des Zünddrucks den Einspritzbeginn, der meistens nach dem oberen
Totpunkt liegt. Ausserdem sind der Formgebung des Nockens konstruktive Grenzen gesetzt,
die die Beeinflussung des Pumpendruckverlaufes und somit des Zünddruckverlaufes erheblich
einschränken. Der bisher erreichbare bestmögliche Zünddruckveraluf entspricht deshalb
nicht den optimalen Verbrennungsbedingungen im Zylinder. Solche Bedingungen würden
erreicht, wenn der Druck schon unmittelbar nach dem oberen Totpunkt rasch auf den
maximalen Wert des Zünddruckes ansteigen würde und dann möglichst lange konstant bliebe.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung der
eingangs genannten Art so zu verbessern, dass der geschilderte optimale Zünddruckverlauf
im Zylinder erreicht wird.
[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass am Pumpenraum ein zum Ueberströmkanal
führender Kanal angeschlossen ist, in dem ein vom Brennstoffdruck im Pumpenraum in
Schliessrichtung beaufschlagtes Ueberströmventil angeordnet ist, dass der Pumpenkolben
mit mindestens einer dritten, mit dem Pumpenraum in Verbindung stehenden Steuerkante
versehen ist, die mit einer weiteren Oeffnung in der Zylinderwand der Pumpe zusammenwirkt,
dass in der Pumpe ein mit dieser weiteren Oeffnung in Verbindung stehender, brennstoffgefüllter
Raum vorgesehen ist, der ausserdem über ein Nachfüllventil und ein Steuerventil mit
dem Ueberströmkanal verbunden ist, dass in dem brennstoffgefüllten Raum ein von diesem
Brennstoff beaufschlagter Kolben angeordnet ist, der mit dem Ueberströmventil derart
zusammenwirkt, dass - bei vor den oberen Totpunkt gelegtem Förderbeginn - das Ueberströmventil
während der Förderphase vorübergehend öffnet, wenn die dritte Steuerkante über die
weitere Oeffnung in der Zylinderwand die Verbindung des Pumpenraumes mit dem brennstoffgefüllten
Raum herstellt, und dass das Oeffnen des Ueberströmventils während der Förderphase
durch Oeffnen des Steuerventils beendet wird.
[0005] Durch die dritte Steuerkante und das Steuerventil wird die sonst in einer ununterbrochenen
Phase in den Zylinder eingespritzte Brennstoffmenge - durch kurzzeitiges Oeffnen des
Ueberströmventils und damit kurzzeitige Druckentlastung des im Pumpenraum befindlichen
Brennstoffs - in zwei Abschnitte unterteilt, wobei das zwischen diesen beiden Abschnitten
liegende Intervall abhängig vom Zeitpunkt des Oeffnens des Steuerventils verändert
werden kann. Die Aufteilung der gesamten einzuspritzenden Bre
nnstoffmenge kann so gewählt werden, dass während des ersten Abschnitts etwa 20 %
und während des zweiten Abschnitts dementsprechend etwa 80 % der gesamten Brennstoffmenge
eingespritzt werden. Zugleich wird der Einspritzbeginn gegenüber dem der bekannten
Vorrichtungen vorverlegt, und zwar vor den oberen Totpunkt, was mittels einer von
der sonst üblichen Bemessung abweichenden Bemessung des Nockens und dessen entsprechender
Befestigung auf der Nockenwelle relativ zum Kurbelwinkel bewerkstelligt wird. Durch
diese Vorverlegung wird erreicht, dass der maximale Zünddruck zum oberen Totpunkt
hin verschoben wird, wogegen durch die reduzierte oder unterbrochene Förderung und
Einspritzung dieser Zünddruck während des grössten Teils des Ver brennungsvorganges
praktisch auf dem maximalen Wert konstant gehalten wird. Wegen des früheren Erreichens
des maximalen Zünddruckes wird es überdies möglich, die Förderphase und die Einspritzung
früher als bisher zu beenden, was den Vorteil hat, dass auch der nahe dem Förderende
eingespritzte Brennstoffanteil unter höherem Druck verbrannt wird. Damit wird eine
optimale Verbrennung des eingespritzten Brennstoffs erreicht und zugleich der spezifische
Brennstoffverbrauch verringert.
[0006] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung nach
der Erfindung und
Fig. 2 ein Diagramm über den zeitlichen Ablauf der Förderphase mit Hilfe der erfindungsgemässen
Einrichtung.
[0007] Gemäss Fig. 1 ist in einem Pumpengehäuse 1 eine Zylinderbüchse 2 angeordnet, in deren
Bohrung ein Pumpenkolben 3 dichtend geführt ist. Der Pumpenkolben 3 steht an seinem
unteren, in Fig. 1 nicht dargestellten Ende mit einer Nockenwelle in Wirkungsverbindung,
durch die der Pumpenkolben 3 im Takt der Brennkraftmaschine auf- und abwärts bewegt
wird. Die Zylinderbüchse 2 ist an ihrem oberen Ende mit einem Flansch 5 versehen,
über den die Zylinderbüchse mittels Schrauben 6 am Pumpengehäuse 1 befestigt ist.
In der Zylinderbüchse 2 ist ein Pumpenraum 4 ausgebildet, von dem ein Ausgangskanal
7 ausgeht, der ein Druckventil 8 enthält. Stromunterhalb des Druckventils 8 ist am
Ausgangskanal 7 eine Förderleitung 9 angeschlossen, die zu einem nicht dargestellten
Einspritzventil im Zylinder der Brenn kraftmaschine führt. Das Druckventil 8 wird
von einer Feder 8ʹ auf eine Sitzfläche im Ausgangskanal 7 gedrückt. Der Pumpenkolben
3 weist eine ersteteils rechtwinklig, teils schräg zur Kolbenachse verlaufende Steuerkante
10 auf, die mit einer Oeffnung 12 in der Wand der Zylinderbüchse 2 zusammenwirkt und
die den Förderbeginn der Pumpe bestimmt. In axialer Richtung unterhalb der ersten
Steuerkante 10 weist der Pumpenkolben 3 eine zweite, schräg zur Längsachse des Kolbens
verlaufende Steuerkante 11 auf, die ebenfalls mit der Oeffnung 12 zusammenwirkt und
die das Förderende der Pumpe bestimmt. Die zweite Steuerkante 11 wird durch eine Ausfräsung
im Kolben 3 gebildet, die zum unteren Kolbenende hin durch eine rechtwinklig zur Längsachse
verlaufende Kante 22 begrenzt wird. Die Ausfräsung steht über einen in Längsrichtung
des Kolbens sich erstreckenden Kanal 11ʹ mit dem Pumpenraum 4 in Verbindung.
[0008] Die sich durch die Wand der Zylinderbüchse 2 erstreckende Oeffnung 12 mündet in einen
Ringraum 13, der zwischen der Zylinderbüchse und dem Pumpengehäuse 1 ausgebildet ist.
In den Ringraum 13 mündet ein Saugkanal 14, an dem eine nicht gezeichnete Zubringerpumpe
für die Brennstoffzufuhr angeschlossen ist. Ausserdem ist an den Ringraum 13 ein Ueberströmkanal
15 angeschlossen, über den am Ende der Förderphase Brennstoff aus dem Pumpenraum 4
über den Kanal 11ʹ und die Oeffnung 12 abströmen kann.
[0009] Erfindungsgemäss ist in der Zylinderbüchse 2 ein Kanal 16 vorgesehen, der vom Pumpenraum
4 oben abzweigt und über ein Ueberströmventil 17 in den Ueberströmkanal 15 mündet.
Das Ueberströmventil 17 ist so im K anal 16 angeordnet, dass
es von dem im Pumpenraum 4 herrschenden Brennstoffdruck in schliessendem Sinne auf
eine Sitzfläche 18 gedrückt wird. Ausserdem ist zur Unterstützung dieser Wirkung eine
Feder 17ʹ vorgesehen. Das Ueberströmventil 17 ist auf seiner Abströmseite mit einem
Zapfen 25 versehen, der auf einen weiter unten beschriebenen federbelasteten Kolben
31 drückt.
[0010] In der Zylinderbüchse 2 ist eine weitere, deren Wand durchdringende Oeffnung 28 vorgesehen,
die auch die Wand des Pumpengehäuses 1 durchdringt und über ein gebogenes Rohrstück
29 mit einem Raum 30 in Verbindung steht, in dem der am Zapfen 25 anliegende Kolben
31 angeordnet ist. Der Kolben 31 ruht auf einer Feder 32, die sich am Boden des Raumes
30 abstützt. Von dem Raum 30 führt eine Bohrung 33 zum Ueberströmkanal 15, wobei in
dieser Bohrung ein federbelastetes Nachfüllventil 34 angeordnet ist. Dieses Nachfüllventil
stellt sicher, dass beim Förderhub des Pumpenkolbens 3 die Bohrung 33, der Raum 30
und der zur Oeffnung 28 führende Kanal nicht leergesaugt werden können, da bei einem
in diesem Volumen entstehenden Unterdruck Brennstoff aus dem Ueberströmkanal 15 über
das Nachfüllventil 34 nachströmen kann. Dieses Volumen ist also stets brennstoffgefüllt,
wobei dieser Brennstoff unter einem geringfügig niedrigerem Druck steht als der Brennstoff
im Kanal 15. Vom Nachfüllventil 34 zweigt eine Bohrung 35 ab, die über ein Steuerventil
36 ebenfalls in den Ueberströmkanal 15 mündet, und zwar stromunterhalb des Ueberströmventils
17. Das Steuerventil 36, von dem in Fig. 1 nur der Verschlussteil gezeigt ist, kann
elektrisch, hydraulisch oder auch mechanisch betätigt werden.
[0011] Der Pumpenkolben 3 weist einen quer zu seiner Längsachse und über einen Teil seines
Umfangs sich erstreckenden Kanal 19 auf, dessen in Fig. 1 obere Begrenzung eine dritte
Steuerkante 20 bildet, die mit der weiteren Oeffnung 28 in der Zylinderbüchse 2 zusammenwirkt.
Der Kanal 19 steht über einen axialen, in der Mantelfläche des Kolbens 3 angebrachten
Kanal 21 mit dem Kanal 11ʹ und somit mit dem Pumpenraum 4 in Verbindung. Die Steuerkante
20 verläuft etwas schräg zur Längsachse des Pumpenkolbens 3, der in seinem in Fig.
1 unteren Teil eine Verzahnung 23 aufweist, die mit einer nicht näher dargestellten
Zahnstange 24 in Eingriff steht. Mit Hilfe dieser Zahnstange lässt sich der Pumpenkolben
3 um seine Längsachse etwas verdrehen, so dass sich die Lage der drei schrägen Steuerkanten
10, 11 und 20 relativ zu den zugehörigen Oeffnungen 12 bzw. 28 verändern lässt.
[0012] Im normalen Betrieb der Vorrichtung wird der Pumpenkolben 3 von einer Nocke der nicht
gezeigten Nockenwelle in Fig.1 nach oben bewegt, wobei die erste Steuerkante 10 sich
anfänglich noch in einiger Entfernung von der Oeffnung 12 befindet. Zu dieser Zeit
sind das Druckventil 8 und das Ueberströmventil 17 noch geschlossen. Sobald im weiteren
Verlauf der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 3 die erste Steuerkante 10 die Oeffnung
12 bedeckt, beginnt die Förderphase und damit der Einspritzvorgang, indem der Pumpenkolben
3 den im Pumpenraum 4 befindlichen Brennstoff unter hohem Druck in die Förderleitung
9 drückt, wobei das Druckventil 8 offen ist. Der Beginn der Förderphase ist in Fig.
2 mit A bezeichnet. Sobald die dritte Steuerkante 20 am Pumpenkolben 3 in den Bereich
der weiteren Oeffnung 28 kommt, entsteht über die Kanäle 11ʹ, 21 und 19, die Oeffnung
28 und den an diese anschliessenden Kanal im Rohrstück 29 eine Verbindung zwischen
dem Pumpenraum 4 und dem brennstoffgefüllten Raum 30 unter dem Kolben 31. Durch diese
Verbindung pflanzt sich der hohe Druck aus dem Pumpenraum 4 zum Raum 30 fort, was
eine rasche Aufwärtsbewegung des Kolbens 31 zur Folge hat, so dass das Ueberströmventil
17 während der Förderphase geöffnet wird. Es entweicht somit Brennstoff aus dem Pumpenraum
4 über den Kanal 16 zum Ueberströmkanal 15. Durch diese Druckentlastung im Pumpenraum
4 wird vorübergehend die Brennstofförderung in die Druckleitung 9 unterbrochen. Der
Beginn dieser Unterbrechung ist in Fig. 2 mit B bezeichnet. Die Unterbrechung
wird dadurch beendet, dass durch ein entsprechendes Signal das Steuerventil 36 geöffnet
wird, so dass der hohe Druck im Raum 30 unter dem Kolben 31 sich über die Bohrungen
33 und 35 abbaut und der Kolben 31 wieder in die in Fig. 1 gezeichnete Lage zurückkehrt,
bei der das Ueberströmventil 17 geschlossen ist. Dieser Schliesspunkt, bei dem also
die Förderphase über die Druckleitung 9 zum Einspritzventil fortgesetzt wird, ist
in Fig. 2 mit C bezeichnet. Die Förderphase bzw. Einspritzung wird beendet, wenn die
zweite Steuerkante 11 im weiteren Verlauf der Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 die Oeffnung
12 freigibt, was in Fig. 2 dem Punkt D entspricht. Der Druck im Pumpenraum 4 baut
sich über den Kanal 11ʹ, die Oeffnung 12 und den Ringraum 13 ab. Nach der Bewegungsumkehr
des Pumpenkolbens 3 gelangt über den Saugkanal 14 und den Ringraum 13 sowie die Oeffnung
12 neuer Brennstoff in den Pumpenraum 4.
[0013] Wie schon erwähnt, lässt sich durch Variation des Oeffnungszeitpunktes des Steuerventils
36 der zeitliche Abstand zwischen den Punkten B und C variieren, und zwar insbesondere
sehr klein machen. Mit Hilfe der Zahnstange 24 wird es möglich, die gesamte Förderphase
bzw. den gesamten Einspritzvorgang, also den Zeitraum zwischen den Punkten A und D
in Fig. 2, vor- oder zurückzuverschieben, z.B. in Abhängigkeit der Last der Brennkraftmaschine.
Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Brennstoffpumpe,
die einen von einer Nockenwelle angetriebenen, Brennstoff in einen Pumpenraum fördernden
Pumpenkolben aufweist, der eine den Förderbeginn der Pumpe bestimmende, erste Steuerkante
und eine das Förderende der Pumpe bestimmende, zweite Steuerkante aufweist, wobei
beide Steuerkanten mit ein und derselben in der Zylinderwand der Pumpe befindlichen
Oeffnung zusammenwirken, die mit einem Saugkanal und einem Ueberströmkanal in Verbindung
steht, dadurch gekennzeichnet, dass am Pumpenraum ein zum Ueberströmkanal führender Kanal angeschlossen ist, in
dem ein vom Brennstoffdruck im Pumpenraum in Schliessrichtung beaufschlagtes Ueberströmventil
angeordnet ist, dass der Pumpenkolben mit mindestens einer dritten,mit dem Pumpenraum
in Verbindung stehenden Steuerkante versehen ist, die mit einer weiteren Oeffnung
in der Zylinderwand der Pumpe zusammenwirkt, dass in der Pumpe ein mit dieser weiteren
Oeffnung in Verbindung stehender, brennstoffgefüllter Raum vorgesehen ist, der ausserdem
über ein Nachfüllventil und ein Steuerventil mit dem Ueberströmkanal verbunden ist,
dass in dem brennstoffgefüllten Raum ein von diesem Brennstoff beaufschlagter Kolben
angeordnet ist, der mit dem Ueberströmventil derart zusammenwirkt, dass - bei vor
den oberen Totpunkt gelegtem Förderbeginn - das Ueberströmventil während der Förderphase
vorübergehend öffnet, wenn die dritte Steuerkante über die weitere Oeffnung in der
Zylinderwand die Verbindung des Pumpenraums mit dem brennstoffgefüllten Raum herstellt,
und dass das Oeffnen des Ueberströmventils während der Förderphase durch Oeffnen des
Steuerventils beendet wird.
