DE3844365A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritz­ vorrichtung mit einer bei vorbestimmtem Druck öffnenden Einspritzdüse, welcher Kraftstoff unter Druck zuführbar ist.

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei welcher Kraft­ stoff aus einem Hochdruckspeicher unter Zwischenschaltung eines Magnetventiles einer bei vorbestimmtem Druck öffnenden Einspritzdüse zugeführt wird, ist beispielsweise aus der DE-A 33 42 759 bekanntgeworden. Bei derartigen vorbekannten Einrichtungen wird Kraftstoff unter Druck dem Druckspeicher zugeführt, wobei Druckwellen in der Einspritzleitung sich störend auf die Einspritzmenge auswirken können.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher während des Einspritzvorganges selbst eine unmittelbare Leitungsverbin­ dung zu Zuführungsleitungen bzw. Druckleitungen vermieden wird, um auf diese Weise den Einspritzvorgang und den Ein­ spritzverlauf von im Zuführungsleitungsnetz gegebenenfalls auftretenden Druckwellen freizuhalten. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Einrichtung der eingangs genannten im wesentlichen darin, daß der Einspritzdüsenraum mit einer Kraftstoffzuleitung unter Zwischenschaltung eines nach außen schließenden Rückschlagventiles verbunden ist, wobei der Druck in der Kraftstoffzuleitung geringer ist als der Öffnungsdruck der Einspritzdüse, und daß der Einspritz­ düsenraum mit einem Arbeitsraum eines federbelasteten Ar­ beitskolbens verbunden ist, dessen Verschiebebewegung zur Druckerhöhung des Druckes im Düsenraum über den Öffnungsdruck der Einspritzdüse durch Entlastung eines gesonderten Arbeits­ raumes des federbelasteten Arbeitskolbens unter Einwirkung der Federkraft erfolgt. Dadurch, daß der Einspritzvorgang von einem federbelastetem Arbeitskolben ausgelöst wird, dessen Arbeitshub durch Entlastung eines gesonderten Arbeitsraumes ausgelöst wird und somit unter der Kraft der Feder erfolgt, kann Kraftstoff unter vergleichsweise geringem Druck zur Füllung des Düsenraumes verwendet werden, wobei der für die Einspritzung erforderliche Druck durch die Feder des Arbeits­ kolbens bewirkt wird. Da eine derartige Entlastung eines gesonderten Arbeitsraumes des Arbeitskolbens beliebig ge­ steuert erfolgen kann, läßt sich Einspritzzeitpunkt und Einspritzmenge unabhängig von den jeweils in den Zuleitungen herrschenden Druckverhältnissen exakt einstellen. In jedem Falle ist während des Einspritzvorganges eine direkte Leitungsverbindung zu Kraftstoffzuführungsleitungen ver­ mieden, so daß in derartigen Leitungen entstehende Druck­ wellen sich auf den Einspritzvorgang selbst nicht auswirken können.

In besonders vorteilhafter Weise ist die erfindungsge­ mäße Ausbildung hierbei so getroffen, daß der federbelastete Arbeitskolben als Stufenkolben ausgebildet ist, dessen auf größerem Durchmesser liegender gesonderter Arbeitsraum gesteuert durch ein Magnetventil mit Druckmittel entgegen der Federkraft beaufschlagbar oder von Druckmittel entlastbar ist und dessen auf kleinerem Durchmesser liegender Arbeitsraum mit dem Einspritzdüsenraum in Verbindung steht. Bei einer derartigen Ausbildung kann der gesonderte Arbeitsraum, über welchen die Feder des Arbeitskolbens vorgespannt oder ent­ lastet werden kann, mit nur einem gemeinsamen Bauteil und in überaus kompakter Weise verwirklicht werden, wobei die dem Düsenraum zugewandte Stirnfläche den Druckhub für die Öffnung der Verschlußeinrichtung der Einspritzdüse und den Einspritz­ vorgang so lange ausübt, so lange dieser gesonderte Arbeits­ raum durch Entlastung den Federweg freigibt. Der Stufenkolben führt hierbei gleichzeitig dazu, daß mit relativ geringeren Arbeitsdrücken zum Vorspannen der Feder des Arbeitskolbens relativ hohe Betriebsdrücke im Inneren der Düse und damit ein sicheres Abheben der Nadelverschlußeinrichtung und eine sichere Einspritzung gewährleistet wird.

Die Absteuerung des Einspritzvorganges kann in besonders einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß der Arbeitskolben einen von seiner dem Düsenraum zugewandten Stirnfläche zu einer am Mantel angeordneten Absteuerbohrung oder -nut führenden Kanal aufweist. Bei einer derartigen Ausbildung wird die Einspritzung zuverlässig dann unterbrochen, wenn der Arbeitskolben seinen maximalen Arbeitshub ausgeführt hat, da dann die Absteuerbohrung mit entsprechend fluchtenden Bohrun­ gen der Pumpenkolbenbüchse in Verbindung steht, so daß der Druck in einen Niederdruckraum oder einen Tank abgebaut werden kann. Die Kraftstoffversorgung und damit die Bereit­ stellung der durch den Arbeitskolben einzuspritzenden Kraft­ stoffmenge kann unter relativ geringem Druck vorgenommen werden, wobei lediglich dafür Sorge getragen werden muß, daß zum einen eine sichere Füllung des Düsenraumes gewährleistet ist und zum anderen der Zuführungsdruck den Öffnungsdruck der Einspritzdüse nicht überschreiten darf. Mit Vorteil kann dies dadurch erfolgen, daß in die Kraftstoffzuleitung zum Düsen­ raum ein, insbesondere im Bypass zu einer Förderpumpe ange­ ordnetes, Druckbegrenzungsventil eingeschaltet ist.

Um einen weitgehend frei wählbaren Einspritzverlauf und insbesondere die Unterteilung der Einspritzung in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung bei gleichzeitiger Kontrolle des Zeitpunktes und der einzuspritzenden Menge zu ermöglichen, kann die Ausbildung hierbei so getroffen sein, daß der gesonderte Arbeitsraum des Arbeitskolbens über eine Druckmittelleitung unter Zwischenschaltung eines Füllmagnet­ ventiles und/oder eines Verteilerventiles von einer Druck­ mittelquelle mit Druckmittel beaufschlagbar ist. In diesem Fall ist das erste Magnetventil zur Entlastung des gesonder­ ten Arbeitsraumes betätigbar und es kann durch intermittie­ rende Entlastung des Arbeitsraumes eine Unterteilung des Einspritzvorganges in mehrere Teileinspritzungen erfolgen. Wenn ein zusätzliches Magnetventil als Füllmagnetventil in die Leitung zum Beaufschlagen des gesonderten Arbeitsraumes eingeschaltet wird, kann bereits beim Vorspannen der Feder ein entsprechendes einzuspritzendes Volumen vorgegeben werden, und eine derartige Volumsvorgabe ermöglicht es, beim Entlasten des gesonderten Arbeitsraumes auf spezielle zeit­ liche Begrenzungen zu verzichten, da dann der Arbeitshub bis zu einem Anschlag oder bis zum Erreichen einer Überström­ öffnung ausgeführt werden kann. Bei gleichzeitiger Anordnung zweier Magnetventile für die gesonderte Mengenvorgabe beim Aufladehub des Arbeitskolbens und die dosierte Ausspritzung lassen sich auch komplexe Einspritzvorgänge mengenmäßig und zeitmäßig exakt kontrollieren, ohne daß hierbei Rückwirkungen durch Druckwellen im Leitungssystem befürchtet werden müssen.

In besonders einfacher Weise kann eine derartige gleich­ zeitige Kontrolle der Einspritzmenge und des Einspritzzeit­ punktes sowie einer Unterteilung des Einspritzvorganges, beispielsweise in eine Vor- und eine Haupteinspritzung, dadurch erzielt werden, daß in die Druckmittelleitung zu dem gesonderten Arbeitsraum des Arbeitskolbens ein zur Druck­ mittelquelle schließendes Rückschlagventil eingeschaltet ist, und daß stromabwärts des Rückschlagventils als Entlastungs­ leitung eine Zweigleitung mit dem zur Entlastung des geson­ derten Arbeitsraumes aufsteuerbaren Magnetventil ange­ schlossen ist. Mit einer derartigen Anordnung wird der Leitungsaufwand verringert und es kann über die Zweigleitung die gesteuerte Entlastung und damit Begrenzung der Vorein­ spritzung und der Haupteinspritzung erzielt werden, wobei über das zur Druckmittelquelle schließende Rückschlagventil bei Bedarf jederzeit eine dosierte oder mengenmäßig nur durch die Größe des gesonderten Arbeitsraumes begrenzte Menge des Druckmittels zum Laden des Kraftspeichers bzw. der Feder herangezogen werden kann.

Um das Druckniveau des aus dem gesonderten Arbeitsraum des Arbeitskolbens zur Auslösung einer Einspritzung abgezo­ genen Kraftstoffes zumindest teilweise nutzen zu können, ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, daß die Entlastungs­ leitung des gesonderten Arbeitsraumes des Arbeitskolbens in die Kraftstoffzuleitung zum Düsenraum mündet, wobei für eine entsprechende Hubbewegung des Arbeitskolbens zur Durchführung der Einspritzung für ein ausreichendes Entlastungsvolumen Sorge getragen werden muß.

Die Absteuerung des Einspritzvorganges kann, wie bereits oben erwähnt, über eine die dem Düsenraum zugewandte Stirn­ fläche des Arbeitskolbens mit einer Stelle des Mantels verbindende Absteuerbohrung erfolgen, wofür naturgemäß eine entsprechende Bohrung im Zylinder des Arbeitskolbens als Überströmöffnung vorgesehen sein muß. Die gleiche Überström­ bohrung bzw. Absteuerbohrung an der Wand des Zylinders kann jedoch auch zu anderen Zwecken herangezogen werden und die erfindungsgemäße Ausbildung ist hierbei mit Vorteil so ge­ troffen, daß innerhalb des maximalen Verschiebeweges des Arbeitskolbens in der diesen umgebenden Zylinderwand eine Absteuerbohrung angeordnet ist, welche von einer den geson­ derten Arbeitsraum begrenzenden Stirnfläche des Arbeitskol­ bens und/oder der mit der dem Düsenraum zugewandten Stirn­ fläche des Arbeitskolbens verbundenen Absteuerbohrung oder -nut überschleifbar ist. Wenn eine derartige Überström- oder Absteuerbohrung, welche für beide Vorgänge von einer ge­ meinsamen Bohrung in der Zylinderwand gebildet sein kann, von einer Kante des den gesonderten Arbeitsraum begrenzenden Teilbereiches des Arbeitskolbens überschliffen wird, wird das Aufladen bzw. Spannen der Feder beendet, so daß auf diese Weise eine einfache Hubbegrenzung beim Ladevorgang bzw. Spannvorgang des Kraftspeichers bzw. der Feder erfolgt.

Eine baulich besonders einfache Ausbildung für die Versorgung des Düsenraumes mit Kraftstoff läßt sich dadurch erzielen, daß das Rückschlagventil in der Kraftstoffzuleitung für den Düsenraum in einer axialen Bohrung oder Durchbrechung des Arbeitskolbens angeordnet ist und daß die Kraftstoffzu­ leitung an den Federraum des Arbeitskolbens angeschlossen ist. In diesem Falle kann die Anspeisung mit Kraftstoff über den Federraum des Arbeitskolbens erfolgen, wobei allerdings in diesem Falle dafür Sorge getragen sein muß, daß dieser Federraum nur mit Niederdruck gefüllt werden darf, welcher darüberhinaus über ein Druckhalteventil konstant gehalten werden muß, um den Ladehub des Arbeitskolbens nicht zu behindern.

Bei einer besonders einfachen Schaltungsanordnung kann die Ausbildung so getroffen werden, daß für die Druckmittel­ zuleitung zum gesonderten Arbeitsraum und die Kraftstoffzu­ leitung zum Düsenraum eine gemeinsame Förderpumpe mit einem geringeren Förderdruck als dem Öffnungsdruck der Einspritz­ düse angeordnet ist. Bei einer derartigen Ausbildung ist eine gesonderte Hochdruckseite für das Laden und Spannen der Feder entbehrlich und es muß lediglich bei Verwendung einer gemein­ samen Speiseleitung zum Düsennadelraum und dem gesonderten Arbeitsraum des Arbeitskolbens ein zur Leitung in den geson­ derten Arbeitsraum bei Entlastung desselben schließendes Rückschlagventil eingebaut werden, um eine sichere Aus­ spritzung zu gewährleisten.

Der bevorzugt verwendete Stufenkolben kann in besonders einfacher Weise zweiteilig ausgebildet sein, wobei die beiden Teile des Arbeitskolbens federnd gegeneinander preßbar gelagert sind. Der dem Düsenraum zugewandte kleinere Teil des Arbeitskolbens kann hierbei über eine Feder im Inneren des Einspritzdüsenraumes abgestützt sein. Eine Versorgung mehrerer derartiger jeweils einer Einspritzdüse zugeordneten Arbeitskolben kann in konventioneller Weise über eine Ver­ teilerwelle erzielt werden, wobei bei Verwendung von Speichern in der Hochdruckseite für die Zuführung von Druck­ mittel zum gesonderten Arbeitsraum ohne weiteres auch mehrere derartiger Arbeitskolben gleichzeitig vorgespannt werden können, oder, wie es gleichfalls bevorzugt erscheint, das Aufladen bzw. Spannen einer Feder eines Arbeitskolbens einer Einspritzdüse in einem Ausmaß erfolgen kann, welches we­ nigstens zwei Vor- und/oder Haupteinspritzungen bis zum nächsten Ladevorgang bzw. Spannvorgang der den Arbeitskolben belastenden Feder ermöglicht.

Um jederzeit bei Bedarf eine entsprechende Druckmittel­ menge zum Laden des Kraftspeichers bzw. zum Spannen der Feder des Arbeitskolbens zur Verfügung stellen zu können, ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, daß die Druckmittel­ quelle zum Beaufschlagen des gesonderten Arbeitsraumes des Arbeitskolbens als insbesondere mit einem Speicher verbundene Hochdruckpumpe ausgebildet ist. Die Verwendung von Hochdruck für die Vorspannung der Feder bzw. des Ladens des Druck­ speichers ermöglicht ein überaus rasches Spannen, und die Tatsache, daß eine derartige Druckmittelquelle mit hohem Druck lediglich zum Laden bzw. Spannen der Feder, nicht aber während des eigentlichen Einspritzvorganges zur Erzielung der Ausspritzung herangezogen wird, führt zu einer einwandfreien Trennung von Hochdruckleitungen vom Einspritzvorgang.

Anstelle einer Hochdruckpumpe mit besonders geringen Förderstromschwankungen und damit verbundenem relativ auf­ wendigen Aufbau der Pumpe kann in einfacher Weise die Aus­ bildung so getroffen sein, daß die Druckmittelquelle zum Beaufschlagen des gesonderten Arbeitsraumes des Arbeitskol­ bens als Einzylinder-Exzenterpumpe ausgebildet ist, deren Antriebswelle mit einem drehbaren Verteilerventil in der Druckmittelleitung zum gesonderten Arbeitsraum des Arbeits­ kolbens gekoppelt ist. Entsprechend der unterschiedlichen Drehzahl der Antriebswelle der Pumpe und des Verteilerventils wird bei jedem Ladevorgang die Einspritzmenge für jeweils mehrere Einspritzvorgänge samt den entsprechenden Kom­ pressionsmengen vorgelagert und es lassen sich mit einer derartigen Ausführungsform über das drehbare Verteilerventil Voreinspritzvorgänge bis weit in den Saugtakt der einzelnen Zylinder verlegen. Aufgrund der Größe des Arbeitsraumes der Pumpe kann dabei auf einen zusätzlichen Speicher verzichtet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. In dieser zeigen Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz­ vorrichtung; Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung; Fig. 3 eine weitere abgewandelte Ausführungsform, bei welcher die Kraft­ stoffzuleitung in den Düsenraum über den Federraum des Arbeitskolbens erfolgt; Fig. 4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei welcher die Druckmittelzuleitung zum gesonderten Arbeitsraum und die Kraftstoffzuleitung zum Düsenraum über eine gemeinsame Förderpumpe erfolgt; Fig. 5 ein Diagramm der Einspritzzeit­ punkte einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß Fig. 4; Fig. 6 einen zweiteilig ausgebildeten Arbeitskolben zur Anordnung in einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung; Fig. 7 eine Ausbildung mit einer Einzylinder-Exzenterpumpe; Fig. 8 einen Schnitt durch eine bei einer Ausbildung gemäß der Fig. 7 verwendete Verteilerwelle; und Fig. 9 ein Diagramm der Ein­ spritzzeitpunkte bei einer Ausbildung gemäß den Fig. 7 und 8.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Einspritzdüse bezeichnet, in deren Düsenraum 2 eine Düsennadel 3 entgegen der Kraft einer Feder 4 bei entsprechender Beaufschlagung mit Kraftstoff unter hohem Druck durch ein Abheben eines Ventilschließ­ gliedes 5 Einspritzöffnungen freigibt. Die Zuführung von Kraftstoff in den Düsenraum bzw. Düsennadelraum 2 erfolgt aus einem Tank 6 durch eine Pumpe 7 über ein in die Zuführungs­ leitung 8 eingeschaltetes Rückschlagventil 9, wobei in einem Bypass 10 der Pumpe 7 ein Druckbegrenzungsventil 11 vor­ gesehen ist. Der Zuführungsdruck des über die Leitung 8 zugeführten Kraftstoffes liegt dabei unter dem Öffnungsdruck für die Düsennadel.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung erfolgt eine Füllung des Düsenraumes 2 mit Kraftstoff und gleichzeitig eine Spülung des Düsenraumes bzw. Federraumes 2 der Düsennadel 3 über einen in einem als Stufenkolben ausgebildeten Zumeßkol­ ben 12 vorgesehenen Kanal 13, welcher eine Verbindung des dem Düsenraum 2 zugewandten Arbeitsraumes 14 des Stufenkolbens 12 mit einer am Mantel der Führungsbohrung 15 des Stufenkolbens 12 vorgesehenen Steuernut bzw. Ringnut 16 darstellt. Über den Kanal 13 und die Absteuerbohrung bzw. -nut 16 erfolgt über ein weiteres Rückschlagventil 17 die Rückführung von in den Düsenraum 2 und den Arbeitsraum 14 eingebrachten Kraftstoff in einen Rücklauf bzw. einen Tank. Der Einfachheit halber wird im folgenden angenommen, daß sämtliche Rücklauf- bzw. Ansaugleitungen in den gemeinsamen Tank 6 münden. Der Stufen­ kolben 12 wird dabei von einer Feder 18 in seiner Ausgangs­ stellung gehalten.

Für ein Vorspannen bzw. Laden des Arbeitskolbens 12 wird über eine Druckleitung 19 Druckmittel unter einem Druck von beispielsweise 250 bar in einen gesonderten und auf größerem Durchmesser liegenden Arbeitsraum 20 des Arbeitskolbens 12 zugeführt. Das Druckmittel unter einem derart hohen Druck wird dabei von einer Hochdruckpumpe 21 über ein Rückschlag­ ventil 22 einem Speicher 23 zugeführt, aus welchem das Druckmittel über ein Magnetventil 24 und eine mit der Hoch­ druckpumpe 21 in einfacher Weise gekoppelte Verteilerwelle 25 durch die jeweils entsprechende Leitung 19 über ein Rück­ schlagventil 26 dem gesonderten Arbeitsraum 20 des Zumeßkol­ bens bzw. Arbeitskolbens 12 zugeführt wird. Die Verteiler­ welle 25 ist dabei mit dem Antrieb der Hochdruckpumpe 21 gekoppelt, wie dies durch die Welle 27 angedeutet ist, und es ergibt sich je nach Drehlage der Verteilerwelle 25 bei geöffnetem Magnetventil 24 eine Verbindung zwischen dem Druckspeicher 23 bzw. der Hochdruckpumpe 21 und dem auf größerem Durchmesser liegenden Arbeitsraum 20 eines be­ stimmten Arbeitskolbens 12. Über das Magnetventil 24 kann dabei die dem Arbeitsraum 20 zugeführte Menge und somit das Ausmaß der Verschiebebewegung des Arbeitskolbens 12 ent­ sprechend den Anforderungen eingestellt werden, wodurch die für eine Einspritzung in weiterer Folge zur Verfügung stehen­ de Kraftstoffmenge im Düsenraum 2 sowie im Arbeitsraum 14 eingestellt wird. Dabei ist eine Entlastungsleitung 28 aus dem die Feder 18 aufnehmenden und den Arbeitsräumen 20 und 14 abgewandten Raum 29 in den Tank 6 vorgesehen.

Für die Auslösung einer Einspritzung ist an die Leitung 19 zwischen dem Rückschlagventil 26 und dem gesonderten Arbeitsraum 20 des Arbeitskolbens 12 eine Zweigleitung 30 angeschlossen, in welcher in Serie ein Magnetventil 31 sowie ein Rückschlagventil 32 vorgesehen sind. Bei Umschaltung des Magnetventiles 31, d.h. bei einem Öffnen der Verbindung zwischen dem gesonderten Arbeitsraum 20 des Arbeitskolbens 12 und dem Tank 6, drückt die Feder 18 den Zumeßkolben 12 in Richtung zur Düsennadel 3, wodurch der im Raum 14 und im Düsenraum 2 enthaltene Kraftstoff unter Druck gesetzt wird. Nach Überschreiten des Düsenöffnungsdruckes wird eine ent­ sprechende Menge über die nach außen öffnende Düsennadel ausgespritzt. Über das Rückschlagventil 9 in der Zuführungs­ leitung 8 wird während des Druckaufbaus und des Einspritzvor­ ganges eine Rückwirkung in die Zuleitung 8 vermieden, ebenso wie das Rückschlagventil 26 in der Zuführungsleitung zum gesonderten Arbeitsraum 20 des Arbeitskolbens 12 eine Rück­ wirkung zur Verteilerwelle 25 bzw. zum Magnetventil 24 verhindert. Der Einspritzvorgang kann dabei durch ein neuer­ liches Schließen des Magnetventiles 31 erfolgen, so daß durch Festlegung der Öffnungszeitpunkt und der Öffnungsdauer des Magnetventiles 31 der Einspritzvorgang in einfacher Weise in eine Vor- und Haupteinspritzung getrennt werden kann. Falls die gesamte, im Arbeitsraum 14 und Düsenraum 2 enthaltene Kraftstoffmenge ausgebracht werden soll, erfolgt bei voll­ ständigem Entleeren des gesonderten und auf größerem Durch­ messer liegenden Arbeitsraumes 20 eine Entlastung des Düsen­ raumes 2 sowie des Arbeitsraumes 14 über den Kanal 13 im Arbeitskolben 12 sowie die Steuernut 16. Der Einspritzvorgang kann jedoch jederzeit vor diesem, in jedem Falle erfolgenden Beenden der Einspritzung durch ein Schließen des Magnetven­ tiles 31 beendet werden.

Der Einspritzzeitpunkt wird somit über das Magnetventil 31 bestimmt, während die Einspritzmenge sowohl über die Einschaltdauer des Magnetventiles 24 und damit die Fülldauer des gesonderten Arbeitsraumes 20 des Arbeitskolbens als auch die Einschaltdauer des Magnetventiles 31 bestimmt werden kann. Der Vorteil der durch die gezielte Entlastung des Zumeßkolbens bzw. Arbeitskolbens 12 erfolgenden Einspritzung besteht dabei darin, daß nach dem Vorspannen des Arbeitskol­ bens 12 keine Verbindung mehr zum Hochdruckspeicher 23 über die Verteilerwelle 25 besteht, so daß eventuell auftretende Druckwellen keinen störenden Einfluß auf die Einspritzmenge mehr ausüben. Bei beginnender Entlastung des gesonderten Arbeitsraumes 20 über das Magnetventil 31 wird dabei über das Rückschlagventil 9 auch die Verbindung zur Förderpumpe 7, welche als Elektrokraftstoffpumpe ausgebildet sein kann, geschlossen, so daß im Düsenraum 2 und dem damit in Verbin­ dung stehenden Arbeitsraum 14 des Arbeitskolbens 12 eine definierte Kraftstoffmenge mit vorbestimmtem Druck enthalten ist.

In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzvorrichtung dargestellt, bei der auf die Zumessung über das der Verteilerwelle 25 vorgeschaltete Magnetventil verzichtet wird. Der Arbeitskolben wird jetzt entsprechend der Drehlage der Verteilerwelle jeweils bis zu einem oberen Anschlag 33 vorgespannt. Die Füllung des Düsen­ nadelraumes 2 bzw. des Arbeitsraumes 14 erfolgt dabei analog zur Ausbildung gemäß Fig. 1. Zur Spülung des Düsennadelraumes 2 ist abweichend von der Ausführung gemäß Fig. 1 an den Düsenraum 2 eine Ableitung 34 angeschlossen, welcher in einer der vorgespannten Lage des Arbeitskolbens 12 entsprechenden Schaftstellung eines 2/3-Magnetventiles 35 mit der Zweiglei­ tung 30 zum Tank 6 stromauf des den Spüldruck haltenden Rückschlagventils 32 in Verbindung steht. Dieses Magnetventil 35 dient dabei gleichzeitig als Entlastungsventil des auf größerem Durchmesser liegenden Arbeitsraumes 20 des Arbeits­ kolbens 12, wobei lediglich über das Magnetventil 35 der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge durch den Ein­ schaltzeitpunkt und die Einschaltdauer bestimmt werden. Durch geeignete Steuerung kann dabei wiederum eine Trennung der Einspritzung in Vor- und Haupteinspritzung erzielt werden. Der Hub des Arbeitskolbens 12 ist dabei so gewählt, daß der untere Anschlag, d.h. ein vollständiges Entlasten des Arbeitsraumes 20 nicht erreicht wird. Neben der Spülung des Düsenraumes 2 in der für die Entlastung des Arbeitsraumes 20 geschlossenen Stellung des Magnetventiles 35 erfolgt bei dem in 3/2-Bauart ausgeführten Magnetventil damit auch das definierte Entlasten des Düseninnenraumes 2 zur Beendung einer Einspritzung.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 erfolgt die Zulei­ tung von Kraftstoff in den Arbeitsraum 14 bzw. den Düsenraum 2 über den die Feder 18 zur Beaufschlagung des Arbeitskolbens 9 aufnehmenden Raum 29 über einen im wesentlichen axialen Kanal 36 im Inneren des Arbeitskolbens 12, welcher ein zum Raum 29 und zur Zuleitung 8 schließendes Rückschlagventil 37 aufweist. Die Vorspannung des Arbeitskolbens 12 durch Ein­ leitung von Druckmittel unter hohem Druck erfolgt dabei wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2, d.h. es wird der Zumeß­ kolben bzw. Arbeitskolben 12 bis zu seinem oberen Anschlag bewegt. Die Entlastung des gesonderten Arbeitsraumes 20 und somit die Einleitung eines Einspritzvorganges erfolgt wiederum über ein Magnetventil 38, welches in einfacher Weise als 2/2-Ventil ausgebildet ist, wobei die an die Zuführungs­ leitung 19 angeschlossene Entlastungsleitung 30 in diesem Ausführungsbeispiel in den Federraum 29 des Arbeitskolbens 12 mündet.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird für das Vorspannen des Arbeitskolbens 12, d.h. für das Füllen des gesonderten und auf größerem Durchmesser liegenden Arbeits­ raumes 20 sowie für das Füllen des Düsenraumes 2 und des Arbeitsraumes 14 des Arbeitskolbens 12 eine gemeinsame Druckmittelquelle 39 verwendet, welche beispielsweise von einer Niederdruckpumpe mit einem Maximaldruck von etwa 60 bar gebildet wird. Dabei ist wichtig, daß dieser Maximaldruck der Niederdruckpumpe 39 unter dem Düsenöffnungsdruck von etwa 120 bar liegt. Analog wie bei den vorangehenden Ausführungs­ formen wird wiederum ein Speicher 23 verwendet und es erfolgt die Füllung und das Vorspannen des Arbeitskolbens 12 wiederum über eine Verteilerwelle 25. Es entfällt somit bei dieser Ausführungsform die getrennte Pumpe für die Kraftstoffversor­ gung des Düseninnenraumes. An die Zuführungsleitung 19 ist dabei eine in den Düsenraum 2 und zum Arbeitsraum 14 des Arbeitskolbens führende Leitung 40 angeschlossen, in welcher wiederum ein nach außen schließendes Rückschlagventil 41 vorgesehen ist, welches die Funktion des Rückschlagventiles 9 der vorangehenden Ausführungsformen übernimmt. Zur Entlastung des gesonderten Arbeitsraumes 20 und damit zur Einleitung bzw. Durchführung eines Einspritzvorganges findet wiederum ein Magnetventil 42 Verwendung, das in einer Zweigleitung 30 der Druckleitung 19 gemäß Fig. 1 stromaufwärts vom Rückschlag­ ventil 32 angeordnet ist.

Der von der den Arbeitskolben 12 beaufschlagenden Feder 18 erzeugte Druck bei einem Entlasten des Arbeitsraumes 20 soll dabei etwa 200 bar betragen, wobei dies durch ent­ sprechende Dimensionierung der Stufenfläche, d.h. durch entsprechende Dimensionierung der den Arbeitsraum 14 bzw. 20 zugewandten Kolbenflächen realisiert werden kann.

In Fig. 5 ist schematisch ein Einspritzdiagramm einer mit vier Zylindern ausgestatteten Brennkraftmaschine dargestellt, welche eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Ausbil­ dung gemäß Fig. 4 aufweist. Dabei ist auf der Abszisse der Kurbelwellen-Winkel aufgetragen und es sind für die einzelnen Zylinder die entsprechenden Winkelbereiche, in welchen der Arbeitskolben 12 vorgespannt wird und in welchen eine Vor- bzw. eine Haupteinspritzung erfolgt, durch unterschiedliche Schraffuren ersichtlich gemacht. Weiters ist die Stellung des einem ersten Zylinder zugeordneten Magnetventiles 42 ange­ deutet, wobei jeweils in der Öffnungsstellung des Magnetven­ tiles 42 eine Vor- bzw. Haupteinspritzung erfolgt. Die Winkelbereiche, innerhalb welcher der Arbeitskolben vorge­ spannt wird, ergeben sich dabei durch die entsprechende Drehlage der Verteilerwelle 25, in welcher über die Leitung 19 eine Verbindung zwischen der Pumpe 39 bzw. dem Speicher 23 und dem gesonderten Arbeitsraum 20 des Arbeitskolbens herge­ stellt wird. Gleichzeitig wird dabei bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 eine Füllung des Düsenraumes 2 bzw. des Arbeits­ raumes 14 vorgenommen.

Auch mit den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Aus­ führungsformen wird eine dem Diagramm gemäß Fig. 5 im wesent­ lichen entsprechendes Einspritzverhalten für einzelne Zylin­ der einer Brennkraftmaschine erzielt.

In Fig. 6 ist lediglich eine Einspritzdüse 1 mit den zugehörigen Arbeitskolben dargestellt, welcher bei dieser Ausführungsform zweiteilig ausgebildet ist, wodurch die Fertigung vereinfacht wird. Dabei wird analog zur Ausbildung gemäß Fig. 4 zur Füllung des Düsenraumes 2 bzw. des Arbeits­ raumes 14 sowie zum Vorspannen des aus zwei Teilen 43 und 44 bestehenden Arbeitskolbens eine gemeinsame Druckmittelquelle verwendet. Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform sind beide Arbeitskolbenteile 43 und 44 durch Federn 45 bzw. 46 gegeneinander preßbar und es erfolgt zur Durchführung eines Einspritzvorganges wie bei den vorangehenden Aus­ führungsformen wiederum eine Entlastung des auf größerem Durchmesser liegenden Arbeitsraumes 20 des zweiteiligen Arbeitskolbens über ein in eine Zweigleitung zur Zuleitung 19 eingeschaltetes und nicht näher dargestelltes Magnetventil. Die den der Düsennadel 3 zugewandten Kolben 44 beaufschla­ gende Feder 46 ist dabei am Gehäuse der Einspritzdüse 1 gehäusefest abgestützt. Beim Vorspannen des zweiteiligen Arbeitskolbens 43, 44, d.h. bei der Beaufschlagung des gesonderten Arbeitsraumes 20 muß dabei durch entsprechende Bemessung der Federkräfte der Federn 45 und 46 sowie der Abmessungen der Kolben 43 und 44 Sorge getragen werden, daß der auf den der Düsennadel 3 zugewandten Kolben 44 wirkende Druck nicht für eine entsprechende Verschiebung des Kolbens 44 in Richtung zur Düsennadel ausreicht, um einen, den Öffnungsdruck der Düsennadel 3 übersteigenden Druck im Arbeitsraum 14 bzw. Düsenraun 2 aufzubauen. Vielmehr soll für eine definierte Funktionsweise die Feder 46 ausreichend dimensioniert sein, um auch beim Vorspannen des Kolbens 43 eine Anlage des Kolbens 44 an den Kolben 43 sicherzustellen.

Bei den bisher gemachten Ausführungen wurde davon ausgegangen, daß für die Druckerzeugung eine Pumpe 21 bzw. 39 mit möglichst geringer Förderstromschwankung eingesetzt wird. Dies bedeutet im allgemeinen, daß Pumpen mit mindestens drei Kolben notwendig sind. In Fig. 7 ist nun eine Lösung darge­ stellt, bei der dies mit einer Einzylinder-Exzenterpumpe realisiert wird, deren grundsätzlicher Aufbau dem bekannten Stand der Technik entspricht. Dabei ist in einem Pumpenge­ häuse 47 eine Antriebswelle 48 mit einem Antriebsnocken 49 in Lagern 50 gelagert, wobei vom Antriebsnocken ein Pumpenkolben 51 betätigt wird. In eine den Pumpenarbeitsraum 58 vor dem Pumpenkolben 51 abschließenden Verschlußschraube 52 ist direkt ein Speicherkolben 53 integriert, welcher von einer Feder 54 entsprechend einem Ansprechdruck seitens des Pumpen­ arbeitsraumes 58 von etwa 60 bar vorgespannt ist. In Fig. 7 ist mit 55 die Kraftstoffzuführung aus dem Pumpenarbeitsraum 58 des federbelasteten Pumpenkolbens 51 bzw. dem Speicherraum des Speicherkolbens 53 zur Verteilerwelle 25 bezeichnet. Die Pumpe dreht dabei mit der Motordrehzahl und treibt außerdem die Verteilerwelle 25 an, welche über ein nicht näher darge­ stelltes Zahnradpaar mit einem Viertel der Umdrehungsge­ schwindigkeit der Pumpenwelle 48 rotiert. Auf das Rückschlag­ ventil 22 wird hierbei verzichtet, was möglich ist, wenn der Zumeßkolben auf einen festen Anschlag führt. Die Steuerung des Kanals 55 übernimmt die Verteilerwelle. Die Ansaugung erfolgt saugschlitzgesteuert. Die an die Verteilerwelle 25 über die Zuleitung 19 anschließende Düsenausführung ent­ spricht dabei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform. Die zu einer Ausführung der Pumpe gemäß Fig. 7 entsprechenden Einspritzvorgänge bzw. Ladevorgänge der Arbeitskolben einer vier Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine sind dabei in Fig. 9 dargestellt. Dabei ist als Abszisse am oberen Ende des Diagramms der Kurbelwellenwinkel und am unteren Ende des Diagramms der Verteilerwellenwinkel eingetragen. Entscheidend ist nun, daß bei jedem Ladevorgang, d.h. bei jedem Füllen des gesonderten Arbeitsraumes 20 eines jeden Arbeitskolbens 12 als auch beim Füllen des Düsenraumes 2 bzw. des Arbeitsraumes 14 der entsprechenden Einspritzdüse 1 die Einspritzmengen inklusive der Kompressionsmengen für jeweils zwei Einspritz­ vorgänge eingebracht werden müssen, wobei die Kompressions­ menge nur einmal aufzuwenden ist. Die Festlegung des Ein­ spritzzeitpunktes sowie der Einspritzmenge erfolgt wiederum über die gesteuerte Entlastung des gesonderten Arbeitsraumes des Arbeitskolbens über ein entsprechendes Magnetventil. Wie aus Bild 9 ersichtlich, erfolgt der Ladevorgang der Zumeß­ kolben bzw. Arbeitskolben bei Zylinder 1 und 3 bzw. 2 und 4 in verschiedenen Förderbereichen der Pumpe. Unterschiedliche Systemdrücke während des Ladevorganges können dabei dadurch vermieden werden, daß die Speicherkolbenfeder 54 weich ausgeführt wird. Da nach der Abkopplung einer Zuleitung 19 durch entsprechende Drehstellung der Verteilerwelle 25 in jedem Fall die jeweilige Feder im Zumeßkolben bzw. Arbeits­ kolben den Systemdruck bestimmt, ergeben sich daraus keine Nachteile.

In Fig. 8 ist ein Schnitt durch die bei der Ausführungs­ form der Pumpe gemäß Fig. 7 Verwendung findende Verteilerwelle 25 mit dem auf die einzelnen Zylinder bezogenen Steuerwinkel der Verteilerwelle 25 dargestellt. Dabei ist eine Verteiler­ bohrung 56 ersichtlich, welche mit einzelnen Zuleitungen 19 zu den Zylindern in entsprechender Drehstellung der Vertei­ lerwelle jeweils über einen durch Steuernuten 57 entsprechend definierten Winkelbereich in Verbindung steht. Mit dieser Ausführung kann die Voreinspritzung bis weit in den Saugtakt verlegt werden, wobei dies motorspezifisch vorteilhaft sein kann, da bei einer Voreinspritzung im Ladungswechsel-OT die Gefahr besteht, daß über das noch offene Auslaßventil Kraft­ stoff unverbrannt in den Auspuff gelangt.

Claims (13)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer bei vorbe­ stimmtem Druck öffnenden Einspritzdüse, welcher Kraftstoff unter Druck zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzdüsenraum (2) mit einer Kraftstoffzuleitung (8, 40) unter Zwischenschaltung eines nach außen schließenden Rück­ schlagventiles (9, 37, 41) verbunden ist, wobei der Druck in der Kraftstoffzuleitung (8, 40) geringer ist als der Öffnungs­ druck der Einspritzdüse, und daß der Einspritzdüsenraum (2) mit einem Arbeitsraum (14) eines federbelasteten Arbeitskol­ bens (12; 43, 44) verbunden ist, dessen Verschiebebewegung zur Druckerhöhung des Druckes im Düsenraum (2) über den Öffnungs­ druck der Einspritzdüse (1) durch Entlastung eines gesonder­ ten Arbeitsraumes (20) des federbelasteten Arbeitskolbens (12; 43, 44) unter Einwirkung der Federkraft erfolgt.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der federbelastete Arbeitskolben als Stufenkolben (12; 43, 44) ausgebildet ist, dessen auf größerem Durchmesser liegender gesonderter Arbeitsraum (20) gesteuert durch ein Magnetventil (24, 31, 35, 38, 42) mit Druckmittel entgegen der Federkraft beaufschlagbar oder von Druckmittel entlastbar ist und dessen auf kleinerem Durchmesser liegender Arbeitsraum (14) mit dem Einspritzdü­ senraum (2) in Verbindung steht.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (12) einen von seiner dem Düsenraum (2) zugewandten Stirnfläche zu einer am Mantel angeordneten Absteuerbohrung oder -nut (16) führen­ den Kanal (13) aufweist.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kraftstoffzulei­ tung (9) zum Düsenraum ein, insbesondere im Bypass (10) zu einer Förderpumpe (7) angeordnetes, Druckbegrenzungsventil (11) eingeschaltet ist.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gesonderte Arbeitsraum (20) des Arbeitskolbens (12) über eine Druck­ mittelleitung (19) unter Zwischenschaltung eines Füllmagnet­ ventiles (24) und/oder eines Verteilerventiles (25) von einer Druckmittelquelle (23) mit Druckmittel beaufschlagbar ist.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Druckmittelleitung (19) zu dem gesonderten Arbeitsraum (20) des Arbeitskolbens (12) ein zur Druckmittelquelle (21, 23, 39) schließendes Rückschlagven­ til (26) eingeschaltet ist, und daß stromabwärts des Rück­ schlagventils (26) als Entlastungsleitung (30) eine Zweig­ leitung mit dem zur Entlastung des gesonderten Arbeitsraumes (20) aufsteuerbaren Magnetventil (31, 35, 38, 42) angeschlossen ist.

7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungs­ leitung (30) des gesonderten Arbeitsraumes (20) des Arbeits­ kolbens (12) in die Kraftstoffzuleitung (8, 29) zum Düsenraum (2) mündet.

8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des maximalen Verschiebeweges des Arbeitskolbens (12) in der diesen umgebenden Zylinderwand (15) eine Absteuerbohrung (16) angeordnet ist, welche von einer den gesonderten Arbeitsraum (20) begrenzenden Stirnfläche des Arbeitskolbens (12) und/oder der mit der dem Düsenraum (2) zugewandten Stirn­ fläche des Arbeitskolbens verbundenen Absteuerbohrung oder -nut überschleifbar ist.

9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlag­ ventil (37) in der Kraftstoffzuleitung für den Düsenraum (2) in einer axialen Bohrung oder Durchbrechung (36) des Arbeits­ kolbens (12) angeordnet ist und daß die Kraftstoffzuleitung (8) an den Federraum (29) des Arbeitskolbens (12) ange­ schlossen ist.

10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Druckmittelzuleitung zum gesonderten Arbeitsraum (20) und die Kraftstoffzuleitung zum Düsenraum (2) eine gemeinsame Förder­ pumpe (39) mit einem geringeren Förderdruck als dem Öffnungs­ druck der Einspritzdüse angeordnet ist.

11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeits­ kolben (43, 44) zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Teile des Arbeitskolbens federnd gegeneinander preßbar sind.

12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ mittelquelle zum Beaufschlagen des gesonderten Arbeitsraumes (20) des Arbeitskolbens (12) als insbesondere mit einem Speicher (23) verbundene Hochdruckpumpe (21) ausgebildet ist.

13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ mittelquelle zum Beaufschlagen des gesonderten Arbeitsraumes ausgebildet ist, deren Antriebswelle (48) mit einem drehbaren Verteilerventil (25) in der Druckmittelleitung (19) zum gesonderten Arbeitsraum (20) des Arbeitskolbens (12) ge­ koppelt ist.