Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine

Abstract

 Die Brennstoffeinspritzvorrichtung ist mit einer Brenn­stoffpumpe (l) versehen, die einen von einer Nockenwelle (6) angetriebenen, Brennstoff in einen Pumpenraum (7) fördernden Kolben (2) aufweist sowie ein den Förder­beginn der Pumpe bestimmendes Saugventil (ll) und ein das Förderende der Pumpe bestimmendes Ueberströmventil (24). Der Pumpenkolben (2) hat eine mit dem Pumpenraum (7) in Verbindung stehende Steuerkante (36), die mit einer Oeffnung (38) in der Zylinderwand der Pumpe zu­sammenwirkt. In der Pumpe (l) ist ein mit dieser Oeff­nung (38) in Verbindung stehender, brennstoffgefüllter Raum (70) vorgesehen, der ausserdem über ein Nachfüll­ventil (60) und ein Steuerventil (48) mit der Abström­seite (22) des Ueberströmventils (24) verbunden ist. Im brennstoffgefüllten Raum (70) ist ein von diesem Brenn­stoff beaufschlagter Kolben (7l) angeordnet, der mit dem Ueberströmventil (24) derart zusammenwirkt, dass - bei vor den oberen Totpunkt gelegtem Förderbeginn - das Ueberströmventil während der Förderphase öffnet, wenn die Steuerkante (36) über die Oeffnung (38) die Ver­bindung des Pumpenraums (7) mit dem Raum (70) herstellt. Das Ueberströmventil (24) wird während der Förderphase durch Oeffnen des Steuerventils (48) geschlossen.
Hierdurch wird es möglich, früher als bisher, den maxi­malen Zünddruck im Zylinder zu erreichen und diesen Druck während des ganzen Verbrennungsvorganges im we­sentlichen konstant zu halten.

Beschreibung

[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, mit einem den Förderbeginn der Pumpe bestim­menden Saugventil und einem das Förderende der Pumpe be­stimmenden Ueberströmventil.

[0002] Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art werden in Abhän­gigkeit von der Kolbenbewegung das Saugventil und das Ueberströmventil gesteuert, wobei mit dem Schliessen des Saugventils die Förderphase der Pumpe beginnt und mit dem Oeffnen des Ueberströmventils die Förderphase der Pumpe endet. Zwischen dem Schliessen des Saugventils und dem Oeffnen des Ueberströmventils fördert also die Pumpe den Brennstoff unter hohem Druck über eine Druckleitung zum Einspritzventil im Zylinder. 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 Einspritz­ beginn allmählich ansteigt bis zu einem Zünddruck-­Maximalwert und darnach 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 Zünd­druckverlauf 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 der Pumpenkolben mit mindestens einer mit dem Pumpenraum in Verbindung stehenden Steuerkante versehen ist, die mit einer Oeffnung in der Zylinderwand der Pumpe zusam­menwirkt, dass in der Pumpe ein mit dieser Oeffnung in Verbindung stehender, brennstoffgefüllter Raum vorgesehen ist, der ausserdem über ein Nachfüllventil und ein Steuerventil mit der Abströmseite des Ueberströmventils 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 öffnet, wenn die Steuerkante über die Oeffnung in der Zylinder­wand die Verbindung des Pumpenraums mit dem brennstoff­ gefüllten Raum herstellt, und dass das Ueberströmventil während der Förderphase durch Oeffnen des Steuerventils geschlossen wird.

[0005] Durch die 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 Brennstoffmenge 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. 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 Verbrennungsvorganges 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.

[0007] Es zeigen:

Fig. l 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.

[0008] Gemäss Fig. l ist in einem Pumpengehäuse l eine Buchse 50 mit einer Zylinderbohrung 8 vorgesehen, in der ein Pumpenkolben 2 dichtend geführt ist. Der Pumpenkolben ist an seinem in Fig. l unteren Ende mit einer Rolle 3 versehen, die durch eine sich am Gehäuse l abstützende Feder 4 gegen einen Nocken 5 einer Nockenwelle 6 gedrückt wird. Im Pumpengehäuse l ist ein Pumpenraum 7 ausgebildet, der mit der Zylinderbohrung 8 in Verbindung steht. In den Pumpenraum 7 mündet ein Eingangskanal l0, der an seiner Mündung in den Raum 7 mit einem Saugventil ll versehen ist. Das Saugventil ll weist eine im Pumpenge­häuse vorgesehene Sitzfläche l2 und einen mit diesem zusammenwirkenden Ventilkörper l3 auf, der durch eine Feder l4 gegen die Sitzfläche l2 gedrückt wird. Der Ventilkörper l3 hat einen nach unten ragenden Zapfen l5, der mit einem im Gehäuse l geführten Stössel l6 zusam­menwirkt. Der Stössel l6 wird durch eine Feder l7, die sich am Gehäuse l abstützt, nach unten gedrückt und ruht mit seinem unteren Ende in einer Vertiefung eines zweiarmigen Steuerhebels l8. Der Steuerhebel l8 liegt mit seinem mittleren Abschnitt auf einem exzentrischen Zapfen 2l und ist mit seinem in Fig. l rechten Ende zwischen zwei Führungsflächen 20 am Pumpenkolben 2 ge­führt. Der exzentrische Zapfen 2l ist in nicht näher dargestellter Weise schwenkbar gelagert, wodurch der Zeitpunkt des Schliessens des Saugventils ll eingestellt werden kann. Am Pumpengehäuse l ist eine in den Eingangs­kanal l0 mündende Zufuhrleitung 44 für Dieselbrennstoff angeschlossen.

[0009] Im Pumpengehäuse l ist ein Ausgangskanal 43 vorgesehen, der vom Pumpenraum 7 ausgeht und an seinem oberen Ende in eine am Gehäuse l angeschlossene Förderleitung 45 mündet, die zu einem nicht dargestellten Einspritzventil im Zylinder der Brennkraftmaschine führt. Der Ausgangs­kanal 43 weist ein Druckventil 40 auf, das aus einer im Gehäuse l vorgesehenen Sitzfläche 4l und einem Ventil­körper 42 besteht, der von einer Feder 46 in die Schliess­stellung gedrückt wird.

[0010] Im Pumpengehäuse l ist ein Ueberströmkanal 22 vorgesehen, der ebenfalls vom Pumpenraum 7 abzweigt und mit einem Ueberströmventil 24 versehen ist. Das Ueberströmventil 24 besteht aus einer Sitzfläche 25 im Gehäuse l und einem Ventilkörper 26, der von einer Feder 27 gegen die Sitzfläche gedrückt wird. Der Ventilkörper 26 weist einen nach unten ragenden Zapfen 28 auf, der mit einem im Gehäuse l geführten Stössel 30 zusammenwirkt. Der Stössel wird von einer am Gehäuse l abgestützten Feder 3l nach unten gedrückt und ruht mit seinem unteren Ende in einer Vertiefung eines Steuerhebels 32, der mit seinem rechten Ende auf einem exzentrischen Zapfen 33 aufliegt und mit seinem linken Ende zwischen den Flächen 20 des Pumpenkolbens 2 geführt ist. Der exzentrische Zapfen 33 ist - wie der exzentrische Zapfen 2l - so ge­lagert, dass durch Verschwenken des Zapfens der Zeit­punkt des Oeffnens des Ueberströmventils 24 und damit des Endes der Förderphase verändert werden kann.

[0011] Die Buchse 50 ist mit ihrem in Fig. l oberen Flansch in eine entsprechende Aussparung des Pumpengehäuses l eingelassen und unterhalb des Flansches von einem Ring 5l umgeben, der ebenfalls in einer entsprechenden Aus­sparung des Gehäuses l untergebracht ist. Mittels mehre­rer, über den Umfang des Ringes 5l verteilter Schrauben, von denen in Fig. l eine durch die strichpunktierte Linie 52 angedeutet ist, sind der Ring 5l und damit auch die Buchse 50 im Pumpengehäuse l befestigt. In der Buchse 50 sind über deren Umfang verteilt und auf glei­cher Höhe mehrere Oeffnungen 38 vorgesehen, die in einen ringförmigen Hohlraum des Ringes 5l münden, der über eine Bohrung 53 im Ring 5l mit einem Raum 70 in Verbin­dung steht, in dem ein Kolben 7l angeordnet ist. Der Kolben 7l ist an dem Stössel 30 befestigt, und die Oberseite dieses Kolbens dient zugleich als Widerlager für die Feder 3l. Von dem Raum 70 führt eine Bohrung 39 zum Ueberströmkanal 22, wobei in dieser Bohrung ein federbelastetes Nachfüllventil 60 angeordnet ist. Dieses Nachfüllventil stellt sicher, dass beim Förderhub des Pumpenkolbens 2 die Bohrung 39, der Raum 70 und die Boh­rung 53 nicht leergesaugt werden können, da bei einem in diesem Volumen entstehenden Unterdruck Brennstoff aus dem Ueberströmkanal 22 über das Nachfüllventil 60 nach­strömen kann. Dieses Volumen ist also stets brennstoff­gefüllt, wobei dieser Brennstoff unter einem geringfügig niedrigerem Druck steht als der Brennstoff im Kanal 22. Vom Nachfüllventil 60 zweigt eine Bohrung 47 ab, die über ein Steuerventil 48 ebenfalls in den Ueberström­kanal 22 mündet. Das Steuerventil 48, von dem in Fig. l nur der Verschlussteil gezeigt ist, kann elektrisch, hydraulisch oder auch mechanisch betätigt werden.

[0012] Der Pumpenkolben 2 weist einen quer zu seiner Längsachse und über einen Teil seines Umfangs sich erstreckenden Kanal 37 auf, dessen in Fig. l obere Begrenzung eine Steuerkante 36 bildet, die mit den Oeffnungen 38 in der Zylinderbuchse 50 zusammenwirkt. Der Kanal 37 steht über einen axialen, in der Mantelfläche des Kolbens 2 ange­brachten Kanal 34 mit dem Pumpenraum 7 in Verbindung. Die Steuerkante 36 verläuft etwas schräg zur Längsachse des Pumpenkolbens 2, der oberhalb der oberen Führungs­fläche 20 von seinem unteren Teil 2′ getrennt ist. An der Trennstelle weist der obere Teil des Pumpenkolbens 2 einen Flansch 54 auf, der mit einem radialen Vorsprung 55 versehen ist, an dem ein nicht näher dargestelltes Gestänge angeschlossen ist. Mit Hilfe dieses Gestänges lässt sich der obere Teil des Pumpenkolbens 2 um seine Längsachse etwas verdrehen, so dass sich die Lage der Steuerkante 36 relativ zu den Oeffnungen 38 verändern lässt.

[0013] Im normalen Betrieb der Vorrichtung wird der Pumpen­kolben 2, 2′ von der Nocke 5 in Fig. l nach oben bewegt, wobei das Saugventil ll sich anfänglich noch in offener Stellung befindet, weil der Steuerhebel l8 den Stössel l6 noch gegen den Zapfen l5 drückt. Zu dieser Zeit sind das Druckventil 40 und das Ueberströmventil 24 noch ge­schlossen. Sobald im weiteren Verlauf der Aufwärtsbe­wegung des Pumpenkolbens der Stössel l6 den Zapfen l5 freigibt, ist das Saugventil ll geschlossen, und es be­ginnt die Förderphase und damit der Einspritzvorgang, indem der Pumpenkolben 2, 2′ den im Pumpenraum 7 be­findlichen Brennstoff unter hohem Druck in die Förder­leitung 45 drückt, wobei das Druckventil 40 offen ist. Der Beginn der Förderphase ist in Fig. 2 mit A bezeich­net. Sobald die Steuerkante 36 am Pumpenkolben in den Bereich der Oeffnungen 38 kommt, entsteht über die Kanäle 34 und 37, die Oeffnung 38 und die Bohrung 53 eine Verbindung zwischen dem Pumpenraum 7 und dem brenn­stoffgefüllten Raum 70 unter dem Kolben 7l. Durch diese Verbindung pflanzt sich der hohe Druck aus dem Pumpen­ raum 7 zum Raum 70 fort, was eine rasche Aufwärtsbewegung des Kolbens 7l zur Folge hat, so dass über den Stössel 30 das Ueberströmventil 24 während der Förderphase geöffnet wird. Es entweicht somit Brennstoff aus dem Pumpenraum 7 in den Ueberströmkanal 22. Durch diese Druckentlastung im Pumpenraum 7 wird vorübergehend die Brennstofförde­rung in die Druckleitung 45 unterbrochen. Der Beginn dieser Unterbrechung ist in Fig. 2 mit B bezeichnet. Die Unterbrechung wird dadurch beendet, dass durch ein ent­sprechendes Signal das Steuerventil 48 geöffnet wird, so dass der hohe Druck im Raum 70 unter dem Kolben 7l sich über die Bohrungen 39 und 47 abbaut und der Kolben 7l wieder in die in Fig. l gezeichnete Lage zurückkehrt, bei der das Ueberströmventil 24 geschlossen ist. Dieser Schliesszeitpunkt, bei der also die Förderphase über die Druckleitung 45 zum Einspritzventil fortgesetzt wird, ist in Fig. 2 mit C bezeichnet. Die Förderphase bzw. Einspritzung wird beendet, wenn der Steuerhebel 32 über den Stössel 30 das Ueberströmventil 24 öffnet, was in Fig. 2 dem Punkt D entspricht. Der Druck im Pumpenraum 7 baut sich über den Ueberströmkanal 22 ab. Nach der Be­wegungsumkehr des Pumpenkolbens 2, 2′ wird das Ueber­strömventil 24 geschlossen und das Saugventil ll geöffnet, womit neuer Brennstoff in den Pumpenraum 7 gelangt.

[0014] Wie schon erwähnt, lässt sich durch Variation des Oeff­nungszeitpunktes des Steuerventils 48 der zeitliche Ab­stand zwischen den Punkten B und C variieren, und zwar insbesondere sehr klein machen. Mit Hilfe des verdreh­baren Kolbenteils 2 wird es möglich, das einspritzlose Intervall, also die Unterbrechungszeit zwischen den Punkten B und C in Fig. 2, in Richtung zum Punkt A oder in Richtung zum Punkt D zu verschieben, z.B. in Abhängig­keit der Last der Brennkraftmaschine.

[0015] Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können mehrere, dem Kanal 37 entsprechende Kanäle in axialer Richtung versetzt am Pumpenkolben 2 vorgesehen sein, die jeder über einen eigenen axialen Kanal mit dem Pumpenraum 7 in Verbindung stehen. Bei einer solchen Ge­staltung entstehen dann während einer Förderphase mehre­re Intervalle mit reduzierter oder unterbrochener Förde­rung.

[0016] Anstatt den Kolben 7l mit dem Stössel 30 zu verbinden, ist es auch möglich, diesen Kolben vom Stössel zu tren­nen und von diesem unabhängig zu bewegen. Hierbei weist der Kolben eine Hülse auf, die einerseits auf dem Stössel 30 und andererseits im Pumpengehäuse l gleitet und deren obere Stirnfläche bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens an den Zapfen 28 des Ueberströmventils 24 anstösst. Die den Stössel 30 auf den Steuerhebel 32 drückende Feder 3l wird dann - wie beim Stössel l6 des Saugventils ll - ausserhalb des Pumpengehäuses angeord­net.

Ansprüche

1. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine, mit einer Brennstoffpumpe, die einen von einer Nockenwelle angetriebenen, Brennstoff in einen Pumpenraum fördernden Pumpenkolben aufweist, mit einem den Förderbeginn der Pumpe bestimmenden Saug­ventil und einem das Förderende der Pumpe bestimmen­den Ueberströmventil, dadurch gekennzeich­net, dass der Pumpenkolben mit mindestens einer mit dem Pumpenraum in Verbindung stehenden Steuerkante versehen ist, die mit einer Oeffnung in der Zylinder­wand der Pumpe zusammenwirkt, dass in der Pumpe ein mit dieser Oeffnung in Verbindung stehender, brenn­stoffgefüllter Raum vorgesehen ist, der ausserdem über ein Nachfüllventil und ein Steuerventil mit der Abströmseite des Ueberströmventils 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 öffnet, wenn die Steuerkante über die Oeffnung in der Zylin­derwand die Verbindung des Pumpenraums mit dem brenn­stoffgefüllten Raum herstellt, und dass das Ueber­strömventil während der Förderphase durch Oeffnen des Steuerventils geschlossen wird.

2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch l, mit einem das Ueberströmventil am Ende der Förderphase betätigenden, auf einem Steuerhebel abgestützten Stössel, dadurch gekennzeichnet, dass der im brenn­ stoffgefüllten Raum befindliche Kolben mit dem Stössel verbunden ist.

3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, da­durch gekennzeichnet, dass eine den Stössel auf den Steuerhebel drückende Feder sich auf dem Kolben ab­stützt.

4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­sprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der die Steuerkante aufweisende Abschnitt des Pumpenkolbens um seine Längsachse relativ zur Oeffnung in der Zylinderwand verdrehbar ausgebildet ist.

5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­sprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge des Pumpenkolbens verteilt mehrere Steuer­kanten angeordnet sind.

6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­sprüche l bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verändern des Schliesszeitpunktes des Saugventils ein verstellbarer Exzenter vorgesehen ist.

Zeichnung