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Dokumentenidentifikation DE2901329C2 28.02.1991
Titel Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
Anmelder The Bendix Corp., Southfield, Mich., US
Erfinder Watson, Edwin B., Sidney, N.Y., US
Vertreter Hauck, H., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., 8000 München; Schmitz, W., Dipl.-Phys., 6200 Wiesbaden; Graalfs, E., Dipl.-Ing., 2000 Hamburg; Wehnert, W., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München; Carstens, W., Dipl.-Phys., Pat.-Ass., 5270 Gummersbach; Döring, W., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 4000 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 15.01.1979
DE-Aktenzeichen 2901329
Offenlegungstag 19.07.1979
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.02.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.02.1991
IPC-Hauptklasse F02M 57/02
IPC-Nebenklasse F02M 51/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Gattung ist aus der DE-OS 22 13 776 bekannt. Bei dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung besteht das Einspritzzeitventil aus einem Schieberventil mit zwei Steuerkanten, von denen die eine Steuerkante die Strömungsverbindung zwischen der Druckseite und der Betätigungskammer des Kolbens steuert und die andere Steuerkante in der Strömungsverbindung zwischen der Betätigungskammer des Kolbens und dem Mengenabmeßventil angeordnet ist. Das Mengenabmeßventil, das Beginn und Ende der Druckentlastung der Betätigungskammer und damit die Dauer des Füllvorganges bestimmt, ist als Magnetventil ausgebildet.

Da die Strömungsverbindung zwischen der Betätigungskammer des Kolbens und dem Mengenabmeßventil über die zweite Steuerkante des Einspritzzeitventiles erfolgt, ist ein relativ großes Strömungsmittelvolumen zwischen der Betätigungskammer und dem Mengenabmeßventil vorhanden. Die Steuergenauigkeit der vorbekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung unterliegt daher gewissen Einschränkungen. Insbesondere dürfte die Ansprechgeschwindigkeit bei Beginn und Ende des Mengenabmeßvorganges nicht allzu groß sein. Ferner ist das Einspritzzeitventil wegen der beiden Steuerkanten relativ aufwendig in der Herstellung. Das als Magnetventil ausgebildete Mengenabmeßventil erfordert wegen der zu steuernden hohen Drücke entsprechend große Magnetkräfte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß die Ansprechgenauigkeit verbessert und insbesondere die Ansprechgeschwindigkeit erhöht wird, ohne daß dadurch ein größerer Herstellungsaufwand erforderlich wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Da gemäß der Erfindung das Einspritzzeitventil und das Mengenabmeßventil jeweils ein eigenes Absperrschieberventil aufweisen, ist ein Schieberventil mit zwei Steuerkanten nicht mehr erforderlich. Die beiden Absperrschieberventile können daher sehr einfach aufgebaut und insbesondere identisch ausgebildet sein. Jedes Absperrschieberventil kann zusammen mit seinem zugehörigen Vorsteuerventil als bauliche Einheit ausgebildet werden.

Der Einspritzvorgang und der Mengenabmeßvorgang können wegen der beiden voneinander unabhängigen Absperrschieberventile nicht nur völlig unabhängig voneinander gesteuert werden; vielmehr sorgt das gesonderte Absperrschieberventil des Mengenabmeßventils für eine sehr präzise Steuerung des Abmeßvorganges; insbesondere ist die Ansprechdauer der Einspritzvorrichtung zu Beginn und Ende des Mengenabmeßvorganges sehr gering. Außerdem sind zum Betätigen des magnetischen Vorsteuerventils nur geringe Steuerkräfte erforderlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung;

Fig. 2 die Kraftstoffeinspritzvorrichtung im Schnitt durch die Längsachse;

Fig. 3 die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in der Draufsicht;

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie 4-4 von Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt gemäß Linie 5-5 von Fig. 4;

Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt gemäß Linie 6-6 von Fig. 3;

Fig. 7 einen Schnitt gemäß Linie 7-7 von Fig. 6;

Fig. 8 einen Teilschnitt, in dem Einzelheiten der Bauweise dargestellt sind;

Fig. 9 ein Zeitdiagramm, welches zur Erläuterung der Funktion der Einspritzvorrichtung dient.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung dargestellt, die insbesondere zur Verwendung bei einem Dieselmotor geeignet ist. Die Einspritzvorrichtung ist eine einheitliche Konstruktion und kann im Zylinderkopf des Motors montiert werden. Sie wird mit einer entfernten Kraftstoffversorgungsquelle und einem Ablauf verbunden und spricht auf elektrische Steuersignale von einer entfernten elektronischen Steuereinheit an.

In Fig. 1 ist die Einspritzvorrichtung in einem Kraftstoffeinspritzsystem für einen zweizylindrischen Dieselmotor gezeigt. Das System umfaßt eine Einspritzvorrichtung 10 für den einen Zylinder des Motors und eine identische Einspritzvorrichtung 12 für den anderen Zylinder des Motors. Eine Kraftstoffversorgungsquelle, welche den Tank 14 enthält, führt unter Druck stehenden Kraftstoff den Einspritzvorrichtungen zu. Die Quelle umfaßt eine Pumpe 16 mit einer Einlaßleitung, die mit dem Tank 14 verbunden ist, und einer Auslaßleitung, welche mit einem Druckregler 18 verbunden ist. Der geregelte Ausstoß des Druckreglers 18 wird über eine gemeinsame Leitung 20 den Einspritzvorrichtungen zugeführt. Eine Zweigversorgungsleitung 22 ist mit dem Einlaß 24 der Einspritzvorrichtung 10 verbunden. Ein Akkumulator 26 ist mit der Zweigversorgungsleitung 22 verbunden. In entsprechender Weise führt eine Zweitversorgungsleitung 28 von der gemeinsamen Leitung 20 zum Einlaß 30 der Einspritzvorrichtung 12 und ist mit einem Akkumulator 32 versehen. Das Kraftstoffsystem umfaßt außerdem eine gemeinsame Ablaßleitung 34, die mit dem Tank 14 verbunden ist. Die Einspritzvorrichtung 10 besitzt einen ersten Auslaß 36, der über eine Zweigablaßleitung mit der gemeinsamen Leitung 34 verbunden ist. Er besitzt außerdem einen zweiten und einen dritten Auslaß 40 bzw. 42, welche mit der gemeinsamen Ablaßleitung 34 über Zweigablaßleitungen 44 bzw. 46 verbunden sind. In entsprechender Weise ist die Einspritzvorrichtung 12 mit Zweigablaßleitungen 48, 50, 52 verbunden.

Das in Fig. 1 gezeigte Einspritzsystem umfaßt außerdem eine elektronische Steuereinheit 54, welche den einzelnen Einspritzvorrichtungen 10 und 12 entsprechend den Motorbetriebsbedingungen Steuersignale zuführt. Zur Erzielung einer richtigen Zeitrelation bzw. Phasenbeziehung der Steuereinheit 54 zum Motor wird ein Triggersignalgenerator (nicht gezeigt) synchron zum Motor betrieben und erzeugt ein Triggersignal TR. Dieses wird an die Steuereinheit 54 gelegt. Das Triggersignal besitzt zweckmäßigerweise Rechteckwellenform, wobei die Führungsflanke eines ansteigenden Impulses am oberen Totpunkt des Kolbens im ersten Zylinder auftritt und die führende Flanke eines abfallenden Impulses am oberen Totpunkt des Kolbens im zweiten Zylinder auftritt. Die elektronische Steuereinheit 54 empfängt außerdem Datensignale, welche die augenblicklichen Werte der Motorbetriebsparameter anzeigen. Diese Datensignale kommen von einem oder mehreren geeigneten Wandlern. Sie dienen dazu, die optimale Zeit, d. h. also den Einspritzzeitpunkt, sowie die Menge jeder Kraftstoffeinspritzung zu berechnen. Ein Drosselsignal S, welches die gewünschte Motordrehzahl anzeigt, ist für derartige Datensignale repräsentativ und an die Steuereinheit 54, wie in Fig. 1 angedeutet, angelegt.

Die elektronische Steuereinheit 54 umfaßt außerdem zwei Ausgänge 56, 58, die über Leiter 60, 62 mit entsprechenden Eingängen 64, 66 der Einspritzvorrichtung 10 verbunden sind. Die elektronische Steuereinheit umfaßt ferner zwei Ausgänge 68, 70, die über zwei Leiter 72 bzw. 74 mit entsprechenden Eingängen an der Einspritzvorrichtung 12 verbunden sind. Die Einspritzvorrichtungen 10, 12 sind, wie oben erwähnt, miteinander identisch. Die Einspritzvorrichtung 10 wird nun im Detail beschrieben.

Wie in den Fig. 2-8 gezeigt, umfaßt die Einspritzvorrichtung eine Einspritzdüse 76 sowie eine Einspritzpumpe 78, welche Kraftstoff mit dem gewünschten Einspritzdruck der Düse zuführt. Die Einspritzpumpe 78 wird durch ein Einspritzzeitventil 80 und ein Mengenabmeßventil 82 gesteuert, wodurch eine bestimmte, abgemessene Kraftstoffmenge zu einer bestimmten Zeit innerhalb von jedem Motorzyklus eingespritzt wird.

Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfaßt ein Gehäuse 84, welches das Einspritzzeitventil 80 und das Mengenabmeßventil 82 trägt; es sorgt außerdem für den Anschluß der Kraftstoffversorgungsquelle und der Ablaßleitung. Das Gehäuse 84 umfaßt einen oberen Abschnitt mit kreisförmigem Querschnitt und einen unteren Abschnitt mit flacher Vorder- und Rückfläche. Die Kraftstoffversorgungsleitung 24 liegt am Gehäuse 84, und ein Kraftstoffversorgungskanal 85 (s. Fig. 3, 4, 5) erstreckt sich quer im Gehäuse. Außerdem sind der erste Auslaß 36 und miteinander verbundene Ablaßkanäle 86, 88 im Gehäuse 84 vorgesehen.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Einspritzpumpe 78 am Gehäuse 84 montiert; die Einspritzdüse 76 hängt von der Pumpe 78 herab. Die Pumpe 78 und die Düse 76 sind am Gehäuse 84 über einen Flansch 87 befestigt, der am Gehäuse 84 durch zwei Gewindebolzen 89 gehalten wird. Im folgenden wird anhand der Fig. 2 und 4 die Einspritzpumpe 78 genauer beschrieben. Sie umfaßt einen Pumpenkörper 90, der eine Betätigungskammer 92 und eine Abmeßkammer 94 abgrenzt. Die Pumpe ist mit einem Pumpenkolben 95 ausgestattet, welcher einen Betätigungskolben 96 in der Betätigungskammer 92 und einen Einspritzkolben 98 in der Abmeßkammer 94 enthält. Der Betätigungskolben 96 besitzt einen erheblich größeren Durchmesser als der Einspritzkolben; wenn somit die Pumpe dadurch gespeist wird, daß der Kraftstoffversorgungsdruck in die Betätigungskammer 92 eingelassen wird, führt dies zu einem verstärkten Strömungsmitteldruck in der Abmeßkammer 94. Das Verstärkungsverhältnis wird so gewählt, daß der Strömungsmitteldruck in der Abmeßkammer gleich oder größer als der erforderliche Einspritzdruck ist, das heißt, größer als der Wert, der zur Betätigung der Einspritzdüse notwendig ist. Der Betätigungskolben 96 und der Einspritzkolben 98 sind miteinander, zweckmäßigerweise als einstückige Struktur, verbunden. Eine vergrößerte Ringkammer 100 zwischen der Betätigungskammer 92 und der Abmeßkammer 94 ist über einen Kanal 102 zu dem quer verlaufenden Ablaßkanal 88 und von dort über den Kanal 86 mit dem Auslaß 36 verbunden. Der Betätigungskolben der Pumpe wird vom Einspritzzeitventil 80 gespeist und erzeugt einen Vorwärtshub des Einspritzkolbens 98 in der Abmeßkammer 94. Er wird vom Mengenabmeßventil 82 so gesteuert, daß ein Rückwärtshub des Einspritzkolbens erzeugt wird. Die Abmeßkammer 94 ist mit der Kraftstoffversorgungsquelle und der Düse, wie unten beschrieben, verbunden.

Die Düse 76 ist von bekannter Bauweise und ist mit der Pumpe 78 über das Flanschteil 87 verbunden. Die Düse umfaßt einen Haltekörper 103 mit einem vom Flanschteil 87 gehaltenen Kopf. Sie umfaßt außerdem eine Haltemutter 104, welche auf das untere Ende des Haltekörpers 103 aufgeschraubt ist. Das untere Ende der Haltemutter 104ist mit einem Gewinde versehen, mit dem die Einspritzvorrichtung in den Zylinderkopf des Motors geschraubt werden kann. Die Düse 76 enthält einen Düsenkörper 106, der innerhalb der Haltemutter 104 gehalten wird und mit einer Ringkammer 108 versehen ist, welche mit einem axial verlaufenden Düsenauslaßkanal kommuniziert. Ein Nadelventil 110 im Düsenkörper kann gegen einen Ventilsitz 112 anliegen und die Kommunikation zwischen der Kammer 108 sowie dem Düsenauslaßkanal öffnen oder schließen. Das Nadelventil 110 wird von einer Spiralfeder 114, welche innerhalb des Haltekörpers 103 sitzt, in die Schließstellung gedrückt. Ein Adapter 116 befindet sich zwischen dem unteren Ende der Feder und dem oberen Ende des Nadelventils 110. Eine Anschlagplatte 118 liegt zwischen dem oberen Ende des Düsenkörpers 106 und dem unteren Ende des Haltekörpers 103. Ein Schaft am Nadelventil 110 erstreckt sich durch die Anschlagplatte bis in Anlage gegen den Adapter 116. Eine Spitze 120 ist mit dem Düsenkörper 106 verbunden und wird durch die Haltemutter 104 mit diesem zusammengehalten. Die Spitze steht in Strömungsmittelkommunikation mit dem Auslaßkanal des Düsenkörpers und kann Kraftstoff als feinen Nebel der Verbrennungskammer des Motors zuführen.

Der Kraftstoff wird der Düse über einen axial verlaufenden Versorgungskanal 122 zugeführt. Dieser steht in Kommunikation mit dem Versorgungskanal 85. Dies geschieht zweckmäßigerweise über eine geeichte Öffnung, die durch eine Kalibriernadel 124 (Fig. 4) einstellbar ist. Der Einlaß eines Rückschlagventils 126 kommuniziert mit dem Kanal 122; der Auslaß ist über einen Kanal 128 mit der Abmeßkammer 94 in der Pumpe 78 verbunden. Die Abmeßkammer ist über einen Düsenversorgungskanal 130 im Pumpenkörper und im Haltekörper mit einem Ringkanal 132 (vgl. Fig. 2) in der oberen Fläche der Anschlagplatte 118 verbunden. Der Ringkanal 132 kommuniziert mit einem Kanal 134, der durch die Anschlagplatte 118 und den Düsenkörper 106 hindurch zur Ringkammer 108 verläuft. Wie noch deutlich werden wird, wird unter Druck stehender Kraftstoff von der Kraftstoffversorgungsquelle über den Versorgungskanal 85 zur Abmeßkammer 94 und von dort zur Düse geführt; er steht zur Einspritzung in den Motorzylinder dann in Bereitschaft.

Das Einspritzzeitventil 80 beaufschlagt die Pumpe 78 und leitet somit die Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder zu einer bestimmten Zeit im Motorzyklus ein. Das Einspritzzeitventil 80 umfaßt, wie in den Fig. 2, 6, 7 gezeigt, ein Schieberventil 140 sowie ein Vorsteuerventil in Form eines Solenoidventils 142. Allgemein gesprochen beaufschlagt das Einspritzzeitventil 80 die Pumpe 78 dadurch, daß es zu dieser unter Druck stehendes Strömungsmittel, nämlich Kraftstoff, vom Versorgungskanal 85 zuläßt, wenn ein elektrisches Zeitgabesignal anliegt, welches das Solenoidventil 142 erregt. Die Kombination aus Solenoidventil und Schieberventil wird deshalb verwendet, um ein rasches Ansprechverhalten und eine hinreichende Leistungsverstärkung zur Betätigung der Pumpe zu erzielen. Das Schieberventil 140 umfaßt einen Ventilkörper 144, in dem ein Zylinder 146 ausgebildet ist. Dieser nimmt einen Ventilschieber 148 auf. Der Ventilkörper 144 besitzt eine Einlaßöffnung 150, die über einen Axialkanal 152 (welcher durch den Körper 144 und das Gehäuse 84 verläuft) mit einem Querkanal 154 verbunden ist. Dieser zapft den Versorgungskanal 85 an. Der Querkanal ist an der Vorderfläche des unteren Abschnittes des Gehäuses 84 durch einen Stopfen 156 verschlossen. Der Ventilkörper 144 enthält eine Auslaßöffnung 158, die über einen Axialkanal 160 und einen diesen verlängernden Querkanal 161 mit einem Axialkanal 162 und von dort mit der Betätigungskammer 92 verbunden ist. Der Kanal 161 ist an der Fläche des Gehäuses 84 durch einen Stopfen 164 verschlossen.

Der Zylinder 146 im Ventilkörper 144 enthält einen unteren Abschnitt 166 (vgl. Fig. 6) mit kleinerem Durchmesser, der sich in einen Querkanal 168 öffnet. Dieser wiederum kommuniziert mit dem Versorgungskanal 152. Der Ventilschieber 148 enthält eine Ringnut 170 und einen Schaft 172, der sich in den unteren Zylinderabschnitt 166 erstreckt. Der Kraftstoffdruck wirkt somit auf die kleinere Fläche des Schafts 172 und sucht den Ventilschieber in eine Richtung zu drücken, in welcher die Ringnut 170 mit den Einlaß- und Auslaßöffnungen 150 und 158 verbunden und das Ventil offen ist. Ein Ablaßkanal 171 erstreckt sich vom unteren Ende des Zylinders 146 zum quer verlaufenden Ablaßkanal 88 und entfernt die Flüssigkeit, die an dem Ventilschieber vorbeileckt. Der Ablaßkanal 88 ist über einen Kanal 86 mit dem Auslaß 36 verbunden und am äußeren Ende durch einen Stopfen 173 verschlossen. Die Betätigung des Schieberventils 140 wird vom Solenoidventil 142 auf eine Weise gesteuert, die nun beschrieben wird.

Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt, ist das Solenoidventil 142 ein Dreiwegeventil. Dies bedeutet, daß es mit drei Öffnungen versehen ist und so betrieben werden kann, daß eine Öffnung ausschließlich mit einer der beiden anderen kommuniziert. Das Solenoidventil 142 umfaßt einen Ventilkörper 174, in dem ein Zylinder 192 ausgebildet ist, eine Ventilhülse 176, welche innerhalb des Zylinders 192 verschiebbar angeordnet ist, sowie einen Ventilpfosten 178, der relativ zur Hülse verschiebbar ist. Der Ventilkörper 194 ist auf den Ventilkörper 144 des Schieberventils 140 ausgerichtet und in einem Adapter 180 montiert, der in den oberen Abschnitt des Gehäuses 84 eingeschraubt ist.

Das Solenoidventil 142 enthält außerdem einen Elektromagnet 182 in Form eines E-Kerns und einer Wicklung, der in einem Deckelteil 184 einsitzt. Der Elektromagnet 182 ist von dem Ventilkörper 174 durch einen nichtmagnetischen Abstandsring 186 getrennt. Eine Flanschmutter 188 liegt am Deckel 184 an und ist auf den Adapter 180 aufgeschraubt. Das Solenoidventil 142 umfaßt außerdem eine Armatur 190 aus magnetischem Material, die in dem Raum zwischen dem Elektromagnet 182 und dem Ventilkörper 174 liegt. Die Armatur 190 ist kreisförmig und, z. B. durch einen Preßsitz, am oberen Ende der Ventilhülse 176 befestigt. Die Ventilhülse 176 kann in eine obere Stellung bewegt werden, wenn der Elektromagnet erregt ist und in eine untere Stellung, wenn er entregt ist, wie dies unten erläutert wird. Der Ventilpfosten 178 ist verschiebbar innerhalb der Hülse 176 angeordnet und mit einem Abstandsstück 194 aus nicht magnetischem Material am oberen Ende versehen. Das Abstandsstück ist auf einem im Durchmesser verringerten Abschnitt des Pfostens, z. B. im Preßsitz, befestigt und liegt gegen eine Vorspannfeder 196 an. Diese sitzt in einem Rücksprung des E-Kernes 182.

Die Anordnung der Ventilöffnungen am Solenoidventil 142 ist folgende: in dem Ventilkörper 174 ist eine Einlaßöffnung 198 gebildet, die mit dem Kraftstoffdruckkanal 152 kommuniziert. Die Ventilhülse 176 ist mit einer Öffnung 200 versehen, die mit der Öffnung 198 kommuniziert. Die Ventilhülse 176 besitzt unter der Öffnung 200 einen größeren Innendurchmesser, wodurch eine Ringkammer 201 gebildet wird, die sich in eine untere Arbeitsöffnung 202 am Ende der Ventilhülse öffnet. Die Arbeitsöffnung 202 öffnet sich in den Zylinder 146 des Schieberventilkörpers 144. Das untere Ende des Ventilpfostens 178 kann dicht gegen einen Ventilsitz 204 an der Ventilhülse 176 anliegen und verhindert eine Kommunikation zwischen der Einlaßöffnung 198 und der Arbeitsöffnung 202, wenn sich die Ventilhülse 176 in der oberen Stellung befindet. Eine Auslaßöffnung 206 ist in dem Ventilkörper 174 am unteren Ende des Zylinders 192 vorgesehen. Diese Öffnung kommuniziert über einen Kanal 208 mit dem Raum, der die Armatur 190 umgibt, und von dort über einen Kanal 210 in dem E-Kern mit dem zweiten Auslaß 40. Zur Öffnung und Schließung der Auslaßöffnung 206 ist der Ventilkörper 174 mit einem Ventilsitz 212 versehen, der mit dem unteren Ende der Ventilhülse 192 zusammenwirkt. Wenn der Elektromagnet 182 entregt ist, ist die Ventilhülse 192 geschlossen; der Ventilpfosten 178 ist am Sitz 204 durch die Wirkung des Strömungsmitteldruckes in der Ringkammer 201 geöffnet. Wenn der Elektromagnet bestromt wird, wird die Ventilhülse 192 am Sitz 212 geöffnet und der Ventilpfosten 178 am Sitz 204 geschlossen.

Zusammenfassend funktioniert das Solenoidventil 142 folgendermaßen:

Wenn der Elektromagnet 182 entregt ist, befindet sich die Ventilhülse 176 in ihrer unteren Stellung. Dadurch wird die Ventilhülse gegen den Ventilsitz 212 gelegt und der Ventilpfosten 178 am Ventilsitz 204 geöffnet. Dies sorgt für eine Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 198 über die Öffnung 200 in der Ventilhülse mit der Arbeitsöffnung 202. Dadurch wird Druck zum oberen Ende des Ventilschiebers 148 zugelassen. (Unter diesen Bedingungen reicht der Strömungsmitteldruck am unteren Ende des Ventilpfostens 178 aus, die Kraft der Vorspannfeder 196 zu überwinden; der Ventilpfosten liegt gegen die Fläche des E-Kernes an.) Wenn der Elektromagnet 182 bestromt ist, hält die Armatur 190 die Ventilhülse 192 in der oberen Stellung. Unter diesen Bedingungen liegt der Ventilpfosten 178 gegen den Ventilsitz 204 an und unterbricht so die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 198 und der Arbeitsöffnung 202. Unter diesen Bedingungen, bei denen sich die Ventilhülse 192 in der oberen Stellung befindet, ist außerdem die Ventilhülse von dem Ventilsitz 212 abgehoben und das obere Ende des Zylinders 146 ist mit der Auslaßöffnung 206 verbunden.

Das Solenoidventil 142 steuert das Schieberventil folgendermaßen:

Wenn der Elektromagnet 182 entregt ist, befindet sich die Ventilhülse 192 in der unteren Stellung und die Einlaßöffnung 198ist mit der Arbeitsöffnung 202 verbunden. Unter Druck stehender Kraftstoff wird zum oberen Ende des Ventilzylinders 146 zugelassen. Wie oben erwähnt, wirkt dauernd unter Druck stehender Kraftstoff auf den Ventilschaft 172. Wegen der Differenzfläche des Ventilschaftes 172 und dem oberen Ende des Ventilschiebers 148 wird der Ventilschieber in die untere Stellung bewegt. Dies trennt die Einlaßöffnung 150 von der Auslaßöffnung 158. Wenn der Elektromagnet 182 bestromt ist, wird die Ventilhülse 176 in die obere Stellung bewegt; der Ventilpfosten 178 legt sich gegen den Ventilsitz 204 an und schneidet den Kraftstoffversorgungsdruck vom Zylinder 146 ab. Gleichzeitig wird die Ventilhülse 176 vom Ventilsitz 212 abgehoben und der Zylinder 146 mit der Auslaßöffnung 206 verbunden. Der Kraftstoffdruck im Zylinder 146 wird abgelassen. Demzufolge wird der Ventilschieber 148 in die obere Stellung durch den Kraftstoffversorgungsdruck bewegt, der auf den Ventilschaft 172 wirkt. Hierdurch wird die Einlaßöffnung 150 mit der Auslaßöffnung 158 verbunden. Der Kraftstoffversorgungsdruck wird über die Kanäle 160, 161, 162 an die Betätigungskammer 92 gelegt. Zusammenfassend wird also das Schieberventil 140 geöffnet, wenn das Solenoidventil 142 bestromt wird, und Druck wird in die Betätigungskammer 92 der Einspritzpumpe 78 eingelassen. Wenn das Solenoidventil 142 entregt wird, wird das Schieberventil 140 geschlossen und der Kraftstoffversorgungsdruck von der Betätigungskammer 92 abgeschnitten.

Das Mengenabmeßventil 82 steuert, wie oben erwähnt, die Kraftstoffmenge, die in den Zylinder bei jedem Motorzyklus eingespritzt wird. Wie weiter unten noch deutlicher wird, geschieht dies durch Kontrolle des Rückwärtshubes der Einspritzpumpe 78, wodurch der Injektionskammer 128 ein bestimmtes Volumen gegeben wird.

Das Mengenabmeßventil 82 besitzt, wie in den Fig. 2 und 8 gezeigt, eine ähnliche Bauweise wie das Einspritzzeitventil 80. Tatsächlich ist das Solenoidventil 142&min; mit dem Solenoidventil 142 identisch. Demzufolge wird denjenigen Teilen des Mengenabmeßventils 82, die mit Teilen des Einspritzzeitventils 80 identisch sind, dasselbe Bezugszeichen, jedoch mit einem zugefügten Strich, gegeben. Angesichts der Ähnlichkeit wird eine Beschreibung des Solenoidventils 142&min; und seiner Montagestruktur weggelassen.

Das Mengenabmeßventil 82 umfaßt außer dem Solenoidventil 142&min; ein Schieberventil 214. Das Schieberventil 214 umfaßt einen Ventilkörper 216, in dem ein Zylinder 218 ausgebildet ist. Dieser nimmt einen Ventilschieber 220 auf. Der Ventilkörper 216 enthält einen Einlaßkanal 222, der über einen Kanal 223 und von dort über Kanäle 161, 162 mit der Betätigungskammer 92 kommuniziert. Der Ventilkörper 216 enthält außerdem eine Auslaßöffnung 224, die über einen axialen Kanal 226 mit einem quer verlaufenden Ablaßkanal 86 verbunden ist. Dieser ist mit dem Auslaß 36 (im Gehäuse 84, vgl. Fig. 3) verbunden. Ein Ablaßkanal 234 verläuft vom unteren Abschnitt des Zylinders 218 zum quer verlaufenden Ablaßkanal 88 und zieht das Strömungsmittel ab, welches an dem Ventilschieber vorbeileckt.

Der Ventilschieber 220 ist mit einem Schaft 238 versehen, welcher durch einen im Durchmesser verringerten Abschnitt des Zylinders 218 zum unteren Ende des Ventilkörpers verläuft. Ein Querkanal 240 (vgl. Fig. 3) verläuft vom Kraftstoffversorgungskanal 152&min; zum unteren Ende des im Durchmesser verlängerten Zylinderabschnitts. Der Kraftstoffversorgungskanal 152&min; und der Querkanal 240 liefern unter Druck stehenden Kraftstoff zum Schaft 238 und drücken den Ventilschieber 220 in die obere Stellung.

Wenn das Solenoidventil 142&min; entregt ist, wird unter Druck stehender Kraftstoff durch das Solenoidventil zum Zylinder 218 gebracht. Da die obere Fläche des Ventilschiebers 220 größeren Querschnitt als der Schaft 238 besitzt, befindet sich der Ventilschieber in der unteren Stellung, wenn das Solenoidventil entregt ist. In dieser Stellung schließt der Ventilschieber 220 die Einlaßöffnung 222 und die Auslaßöffnung 224. Wenn das Schieberventil geschlossen ist, ist die Leitung 224 geschlossen, so daß kein unter Druck stehendes Strömungsmittel in der Betätigungskammer 92 freigelassen wird. Wenn das Solenoidventil 142&min; bestromt ist, wird das Schieberventil 214 geöffnet und der Kraftstoffversorgungsdruck in der Betätigungskammer 92 wird durch Verbindung mit dem Ablaß über die Kanäle 162, 161, 223, die Öffnungen 222, 86 sowie die Kanäle 226 und 86 abgebaut. Die Funktionsfolge des Mengenabmeßventils 82, bezogen auf diejenige des Einspritzzeitventils 80, wird unten beschrieben.

Die Wirkungsweise der Einspritzvorrichtung wird nun unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 1, 2, 4, 9 beschrieben. Der Kraftstoff wird mit geregeltem Druck an der Einlaßöffnung 24 der Einspritzvorrichtung zugeführt. Der Kraftstoff wird über den Versorgungskanal 85, die Öffnung der Kalibriernadel 124, den Kanal 122 und von dort über das Rückschlagventil 126 und den Kanal 128 der Abmeßkammer 94 zugeführt. Zu Erläuterungszwecken sei angenommen, daß die Einspritzvorrichtung sich in einem Bereitschaftszustand befindet, in welchem ein Einspritzzyklus eingeleitet werden kann. In diesem Zustand sind sowohl das Solenoidventil 142 als auch das Solenoidventil 142&min; entregt und die Schieberventile 140 und 214 geschlossen. Demzufolge wird der Pumpenkolben 95 durch den Kraftstoffversorgungsdruck in der Abmeßkammer 94 in eine Stellung gedrückt, die durch die Menge des durch die Schließung der Schieberventile in der Betätigungskammer 92 eingesperrten Strömungsmittels bestimmt ist. (Dieser Zustand wird unten in Zusammenhang mit dem Einspritzzyklus ausführlicher beschrieben.) In diesem Bereitschaftszustand für die Einspritzung füllt somit unter geregeltem Druck stehender Kraftstoff die Abmeßkammer 94 und außerdem die Versorgungskanäle zur Düse 76. Die Düsen-Versorgungskanäle enthalten die Kanäle 130, 132, 134 und die Ringkammer 108 am Nadelventil 110 (vgl. Fig. 2, 4). Der geregelte Kraftstoffversorgungsdruck in der Ringkammer 108 reicht nicht aus, das Nadelventil 110 von dem Sitz gegen die Vorspannkraft der Feder 114 abzuheben. Demzufolge bleibt das Nadelventil geschlossen und die Einspritzdüse ist inaktiv, jedoch bereit zur Kraftstoffeinspritzung.

Um den Satz der Einspritzvorrichtungen des Motors in zeitlicher Relation zur Motorfunktion zu steuern, werden elektrische Steuersignale von der elektronischen Steuereinheit an die entsprechenden Einspritzvorrichtungen angelegt. Dies wird anhand der Fig. 1 und 9 beschrieben, welche die Einspritzfunktion in einem zweizylindrigen Motor darstellen. Das Triggersignal TR, welches an die elektronische Steuereinheit 54 gelegt ist, wird synchron zur Motordrehung erzeugt. Ein Zyklus des Triggersignales entspricht einer Umdrehung des Motors. Wie in Fig. 9 gezeigt, liegt das Triggersignal während der ersten Halbdrehung der Motorkurbelwelle zwischen dem oberen Totpunkt (TDC) im Zylinder No. 1 zum oberen Totpunkt im Zylinder No. 2 hoch und während der zweiten Halbdrehung niedrig. Die zu beschreibenden Steuersignale werden von der Steuereinheit 54 derart erzeugt, daß die Einspritzvorrichtung 10 des Zylinders No. 1 eine zeitlich abgestimmte Einspritzung während der zweiten Halbumdrehung und die Einspritzvorrichtung 12 des Zylinders No. 2 eine zeitlich abgestimmte Einspritzung während der ersten Halbumdrehung der Kurbelwelle erzeugt.

Die elektronische Steuereinheit 54 erzeugt für die Einspritzvorrichtung 10 des Zylinders No. 1 ein Zeitsignal T1, welches die Zeitimpulse tp1, tp2 usw. enthält. Diese besitzen eine bestimmte Zeitdauer bzw. Impulsbreite. Die Zeitimpulse werden von der Steuereinheit unter variablem Einstellwinkel bzw. zu variabler Zeit vor dem oberen Totpunkt erzeugt. Beim Beispiel von Fig. 9 tritt der Zeitimpuls tp1 zur Zeit t1 vor dem oberen Totpunkt und der Zeitimpuls tp2 zur Zeit t2 vor dem oberen Totpunkt auf. Die Zeitimpulse tp1, tp2 treten, wie zu erkennen, mit ihren Vorderflanken unter einem Einspritzverstellwinkel auf, der von einem Motorzyklus zum nächsten entsprechend der Errechnung der optimalen Einspritzverstellung bei den herrschenden Motorbedingungen variiert. Die Steuereinheit 54 erzeugt außerdem für die Einspritzvorrichtung 10 des Zylinders No. 1ein Abmeßsignal M1, welches die Abmeßimpulse mp1, mp2 usw. enthält. Dieses sind Impulse mit variabler Zeitdauer bzw. Impulsbreite. Jeder Abmeßimpuls wird nach Beendigung des unmittelbar vorhergehenden Zeitimpulses eingeleitet; seine Zeitdauer variiert von einem Zyklus zum nächsten in Übereinstimmung mit dem errechneten Wert der zu injizierenden Kraftstoffmenge, mit welcher eine optimale Motorfunktion unter den herrschenden Betriebsbedingungen erzielt wird. Die Zeitimpulse haben typischerweise Dauern von ca. 1 Millisec., während die Abmeßimpulse typische Werte im Bereich von einigen Millisec. besitzen. Die Dauer der Zeitimpulse ist zweckmäßigerweise wie oben erwähnt konstant; sie muß mindestens so lang wie die Zeit sein, die der Pumpenkolben der Einspritz-Vorrichtung zur Ausführung eines Vorwärtshubes benötigt. Jeder Abmeßimpuls kann zu jeder Zeit im Motorzyklus eingeleitet werden, solange er nicht den vorhergehenden Zeitimpuls oder den nachfolgenden Zeitimpuls überlappt. In entsprechender Weise umfaßt beim Beispiel von Fig. 9 das Zeitsignal P2 die Zeitimpulse tp3, tp4, usw., welche konstante Dauer aufweisen und zu den Zeiten p3 bzw. p4 vor dem oberen Totpunkt des Zylinders No. 2 auftreten. Auch für den Zylinder No. 2 erzeugt die Steuereinheit 54 das Abmeßsignal M2, welches die Abmeßimpulse mp3, mp4 usw. enthält. Diese weisen die Dauer m3 bzw. m4 auf.

Wenn die Einspritzvorrichtung 10 zum Einspritzzyklus, wie oben beschrieben, bereit ist, wird der Zeitimpuls tp1 an das Solenoidventil 142 gelegt. Dies führt dazu, daß das Schieberventil 140 öffnet und Treibstoff unter geregeltem Versorgungsdruck zur Betätigungskammer 92 des Pumpenkolbens 95 zugelassen wird. Hierdurch wird der Betätigungskolben 96 beaufschlagt und der Einspritzkolben 98 führt einen Vorwärtshub in die Abmeßkammer 94 aus. Der Vorwärtshub des Einspritzkolbens 98 reicht von seiner anfänglichen bzw. Ruhestellung bis zu einer festen Anschlagstellung, in welcher das vordere Ende des Betätigungskolbens 96 gegen eine unter Wand der Ringkammer 100 anliegt. Dieser Vorwärtshub des Einspritzkolbens 98 erzeugt einen hohen Strömungsmitteldruck in der Abmeßkammer 94, der entsprechend der vom Pumpenkolben erzeugten Verstärkung den geregelten Kraftstoffdruck übersteigt. Somit wird das Rückschlagventil 126 geschlossen und der Druck in der Abmeßkammer und in den Düsenkanälen 130, 132, 134 sowie in der Ringkammer 108 überschreitet den Einspritzdruck und hebt das Nadelventil 110 vom Ventilsitz 112 ab. Dementsprechend erfolgt eine Einspritzung durch den Düsenkörper 106 und die Spitze 120. Am Ende des Vorwärtshubes des Pumpenkolbens schließt das Nadelventil 110 und die Einspritzung ist beendet. Am Ende des Zeitimpulses tp1 wird das Solenoid 142 entregt und das Schieberventil 140 geschlossen. Als Folge wird die Versorgung mit unter Druck stehendem Strömungsmittel von der Betätigungskammer 92 genommen, die Betätigungsflüssigkeit in der Kammer wird durch das Schließen des Schieberventils 140 eingesperrt. Der Pumpenkolben 95 bleibt in seiner Stellung am vorderen Ende des Hubes. Wenn der Abmeßimpuls mp1 auftritt, wird das Abmeßsolenoid 142&min; bestromt und das Schieberventil 214 geöffnet. Dadurch kann das in der Betätigungskammer 92 eingesperrte Strömungsmittel über die Kanäle 162, 161, 223 zum Einlaß des Schieberventils und von dort durch den Auslaß 224 des Ventils und den Kanal 226 zur Öffnung 36 abgelassen werden. Als Folge bewegt sich der Pumpenkolben 95 im Rückwärtshub durch den Druck des Kraftstoffes in der Abmeßkammer 94. Die Geschwindigkeit des Kolbens beim Rückwärtshub wird durch die Geschwindigkeit der Kraftstoffströmung in die Abmeßkammer bestimmt, welche durch die Kalibriernadel 124 eingestellt ist. Der Pumpenkolben 95, welcher den Einspritzkolben 98 und den Betätigungskolben 96 enthält, bewegt sich im Rückwärtshub weiter, bis das Schieberventil 214 geschlossen ist (oder bis der Kolben seine volle Rückwärtsstellung erreicht hat). Wenn der Abmeßimpuls mp1 aufhört, wird das Solenoidventil 142 entregt und das Schieberventil 214 wird geschlossen. Wenn das Schieberventil 214 geschlossen ist, ist das Strömungsmittel in der Betätigungskammer 92 eingeschlossen, und die Bewegung des Kolbens wird angehalten. Somit wird der Einspritzkolben 98 in einer bestimmten Stellung, je nach der Dauer des Abmeßimpulses gehalten, wodurch das Volumen der Abmeßkammer und die Menge des Kraftstoffes, die beim nächsten Einspritzzyklus eingespritzt wird, eingestellt werden.

Die Funktion der Einspritzvorrichtung 12 am Zylinder No. 2 ist der soeben für die Einspritzvorrichtung 10 beschriebenen ähnlich. Bei jeder Einspritzvorrichtung wird das Zeitsolenoid zu einer bestimmten Zeit im Motorzyklus erregt. Nach erfolgter Einspritzung wird das Abmeßsolenoid unabhängig eine bestimmte Zeit lang erregt, wodurch die Menge der Kraftstoffeinspritzung beim nächsten Einspritzzyklus eingestellt wird. Diese Erregung wird bei jedem Motorzyklus wiederholt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wurde unter Druck stehendes Strömungsmittel als Betätigungsflüssigkeit für die Einspritzpumpe gewählt. Es versteht sich, daß zu diesem Zweck auch ein anderes unter Druck stehendes Strömungsmittel verwendet werden kann.


Anspruch[de]
  1. 1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einer Einspritzpumpe, die eine Abmeßkammer, eine Betätigungskammer und einen Kolben mit einem Betätigungsabschnitt und einem Einspritzabschnitt aufweist, wobei der Abmeßkammer ständig unter Druck stehender Kraftstoff zuführbar ist, einer Einspritzdüse, die mit der Abmeßkammer in Verbindung steht, mit einem Einspritzzeitventil, gesteuert von einem Magnetventil, an das ein erstes Signal einer ersten Zeitdauer anlegbar ist, um die Betätigungskammer während dieser Zeitdauer über das Einspritzventil mit Kraftstoffdruck zu beaufschlagen, und mit einem Mengenabmeßventil, an das ein zweites Signal einer zweiten Zeitdauer anlegbar ist, um die Betätigungskammer während der zweiten Zeitdauer vom Druck zu entlasten und dadurch die Abmeßkammer zur erneuten Füllung mit Kraftstoff freizugeben, wobei sich die erste und zweite Zeitdauer nicht überlappen, dadurch gekennzeichnet, daß das Enspritzzeitventil (80) und das Mengenabmeßventil (82) jeweils ein eigenes Absperrschieberventil (140; 214) aufweisen, die unabhängig voneinander sind und jeweils durch ein zugeordnetes magnetisches Vorsteuerventil (142; 142&min;) gesteuert werden.
  2. 2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Absperrschieberventile (140; 214) durch Kraftstoffdruck in seine Schließstellung vorgespannt und durch eine von dem zugehörigen Vorsteuerventil (140; 140&min;) gesteuerte Druckentlastung in seine Öffnungsstellung bewegbar ist.
  3. 3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Vorsteuerventile (142; 142&min;) als Dreiwegeventil mit einer Einlaßöffnung (198), einer Auslaßöffnung (206) und einer Arbeitsöffnung (202) ausgebildet ist, wobei die Arbeitsöffnung (202) mit der Druckseite des zugehörigen Absperschieberventiles (140; 214) in Verbindung steht.
  4. 4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Vorsteuerventile (142, 142&min;) eine gleitend verschiebbare Ventilhülse (176) aufweist, die von einer Feder (196) in eine die Arbeitsöffnung (202) schließende Stellung gedrückt und von der Magnetkraft in eine die Arbeitsöffnung freigebende Stellung bewegbar ist.






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