DE3048347A1

DE3048347A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE3048347A1
Application number: DE19803048347
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg Hofbauer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1980-12-20
Filing date: 1980-12-20
Publication date: 1982-07-22
Also published as: JPH0330624Y2; JPS57114168U; DE3048347C2; US4437443A; GB2089888A; GB2089888B

Description

VOLKSWAGEN W ERK

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 3033
1702pt-we-jä

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, insbesondere für direkteinspritzende Dieselbrennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Kraftstoffeinspritzeinrichtungen sind beispielsweise aus der DE-OS 27 55 222 bekannt. Der bei dieser bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwendete Stufenkolben dient dazu, den für die Abspritzung erforderlichen hohen Kraftstoffdruck zu schaffen, während die vorgeschaltete Einspritzverteilerpumpe die Zuteilung des Kraftstoffes bei auf einem mittleren Niveau liegenden Pumpendruck übernimmt. Die für eine derartige Kraftstoffeinspritzeinrichtung benötigte Kraftstoffpumpe braucht demnach nur noch einen mittleren Druck zu erzeugen und kann zudem mit größeren Fördermengen arbeiten, wodurch eine wesentlich höhere Genauigkeit der Regelung bei Verwendung herkömmlicher Verteilereinspritzpumpen ermöglicht wird.

Bei dieser bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung erfolgt die Füllung des der kleineren Stirnfläche des Stufenkolbens zugeordneten Arbeitsraumes auf der Seite des Einspritzventils über einen den Stu-

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fenkolben durchsetzenden Verbindungskanal, in dem ein als Rückschlagventil ausgebildetes Kugelventil angeordnet ist. Da jedoch nur ein dem Flächenverhältnis des Stufenkorbens entsprechender Teil der von der Einspritzverteilerpumpe zugelieferten Kraft stoff menge von dem Stufenkorben über das Kugelventil an das Einspritzventil weitergeleitet wird, müssen Maßnahmen zur Abführung des restlichen Teils der zugeteilten Kraftstoff menge vorgesehen werden. Bei der bekannten Vorrichtung müßte dieser Kraftstoffanteil beim Rückgang des Stufenkolbens in den von der Einspritzverteilerpumpe kommenden Kraftstoffzuführkanal zurückgefördert und von dort durch entsprechende Mittel abgeleitet werden. Dies kann jedoch zu erheblichen Schwierigkeiten führen. Darüberhinaus dürfte die Anordnung eines Kugelventils in dem Stufenkolben erhebliche Schwierigkeiten bereiten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung der im Oberbegriff genannten Art zu schaffen, bei der die zuvor genannten Schwierigkeiten vermieden werden. Insbesondere soll eine sichere IHillung des der kleineren Stirnfläche des Stufenkolbens zugeordneten Arbeitsraumes sowie eine wirkungsvolle Abführung des von der Yerteilereinspritzpumpe zugeführten, überschüssigen Kraftstofftedls erzielt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Durch die von der Erfindung vorgesehene Teilung des Stufenkolbens in einen den Kolbenbund mit der größeren Stirnfläche aufweisenden ersten Teilkolben und einen den Kolbenbund mit der kleineren Stirnfläche aufweisenden zweiten Teilkolben, der zudem durch entsprechende Federbelastung als Ventilvorrichtung ausgebildet ist, werden die mit der Unterbringung des Kugelventils zusammenhängenden Schwierigkeiten in einfacher Weise gelöst. Gleichzeitig ergibt sich durch diesen Aufbau die Möglichkeit, eine wirkungsvolle Füllung des dem Einspritzventil zugeordneten Arbeitsraumssowie eine günstige Abführung des von der Einspritzverteilerpumpe gelieferten überschüssigen Kraftstoffanteils zu erreichen, indem gemäß ¥eiterbildung der Erfindung beim Abheben der beiden Teilkolben voneinander eine Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen und einem dritten Arbeitsraum geschaffen wird, der mit dem DruckmittelauslaB verbunden ist.

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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Kennzeichen weiterer Unteransprüche. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in teils schematischer Darstellungsweise in

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit dem erfindungsgemäßen Stufenkolben,

Figur 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Teilkolbens des Stufenkolbens und

Figur 3 eine Draufsicht auf diesen Teilkolben.

In der Figur 1 ist mit 1 ein Düsenkörper bezeichnet, der zusammen mit einem Zwischenteil 2 mittels einer Überwurfmutter 4 mit einem Düsenträger 3 verbunden ist. In einer axialen Bohrung 6 des Düsenkörpers 1 ist eine Düsennadel 5 axial verschiebbar und dichtend gehalten, die mit einem Federteller 7 verbunden ist, der von einer in einem zylindrischen Raum 9 cles Düsenträgers 3 angeordneten, und sich an einem in dem Düsenträger 3 gehaltenen Einsatz 17 abstützenden Rückstellfeder 8 in Schließrichtung beaufschlagt ist. Das Zwischenteil 2 dient dabei zur Hubbegrenzung der Düsennadel 5·

In dem Düsenträger 3 ist ein aus den beiden Teilkolben 10 und 11 gebildeter Stufen- oder Differentialkolben gehalten, dessen größerer Teilkolben 10 in einer durch den Einsatz 17 begrenzten Bohrung 3a des Düsenträgers 3 und dessen kleinerer Teilkolben 11 in einer Bohrung 17a des Einsatzes 17 gleitet. I4 8-tellt eine den Teilkolben 10 belastende Feder dar, die sich mit einem Ende an dem Einsatz I7 "und mit dem anderen Ende an der Stirnfläche 28 des Teilkolbens 10 abstützt und die in einem der Stirnfläche 28 des Teilkolbens 10 zugeordneten Arbeitsraum 19 angeordnet ist.

Der anderen Stirnseite 25 des Teilkolbens 10 ist ein Arbeitsraum 12 zugeordnet, der über eine Verbindungsleitung 31 zur Druckmittelbeaurschlagung mit einer Verteilereinspritzpumpe 30 verbunden ist, die andererseits mit den anderen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzventilen 32 - 34 in Verbindung steht. Die Einspritzverteilerpumpe entspricht dabei herkömmlichen Verteilerpumpen für Vorkam-

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mer-Dieselmotoren und arbeitet auf einem mittleren Arbeitsdruckniveau, bei dem Arbeitsmitteldrücke zwischen etwa I50 und 300 "bar erreicht werden.

Der größere Teilkolben 10 des Stufenkolbens weist im wesentlichen axial verlaufende Yerbindungskanäle 15 auf, die von der einen, dem Arbeitsraum 12 zugeordneten Stirnseite 25 zu der dem Arbeitsraum I9 zugeordneten Stirnseite 28 des Teilkolbens 10 verlaufen. Der Arbeitsraum 19 ist über eine in dem Düsenträger 3 verlegte leitung 24 mit der Lecköl aus dem Zylinderraum 9 abführenden Druckmittelauslaßleitung 23 verbunden.

Der zweite, kleinere Teilkolben 11 des Stufenkolbens weist an seiner dem größeren Teilkolben 10 zugewandten Seite einen Ringbund 29 auf, an dem eine an dem Einsatz 17 abgestützte Druckfeder 18 anliegt, die parallel zu der den größeren Teilkolben 10 belastenden Druckfeder in dem Arbeitsraum I9 angeordnet ist. Die dem größeren Teilkolben zugewandte Stirnseite 27 des kleineren Teilkolbens 11 ist plan geschliffen und zur die Verbindungskanäle 15 des Teilkolbens 10 abdichtenden Anlage an dem Teilkolben 10 ausgebildet. Eine ebenfalls im wesentlichen axial verlaufende Bohrung 16 verbindet die Stirnseite 27 mit der gegenüberl%enden Stirnseite 26 des Teilkolbens 11. Dieser Stirnfläche 26 ist ein durch die Bohrung 17a gebildeter Arbeitsraum zugeordnet, der über das in dem Einsatz 17» dem Düsenträger 3» clem Zwischenteil 2 und dem Düsenkörper 1 verlaufende Leitungssystem mit einem Druckraum 21 im Bereich der Spitze der Düsennadel 5 unmittelbar vor der Abspritzöffnung 22 des Einspritzventils verbunden ist.

Durch den Einbau des aus den beiden Teilkolben 10 und 11 bestehenden Stufenkolbens in den Düsenträger 3 des Einspritzventils wird der mit dem hohen Abspritzdruck arbeitende Bereich des Einspritzsystems auf das Einspritzventil selbst beschränkt, so daß das übrige Leitungssystem entlastet bleibt. Der für die Zwecke der Direkteinspritzung erforderliche hohe Arbeitsdruck wird dabei durch den Stufenkolben 10, gebildet, der den Druck entsprechend dem Flächenverhältnis der beiden Stirnflächen 25 und 26 verstärkt. Gleichzeitig ergibt sich eine Verringerung der Pördermengen, so daß das dem Einspritzventil vorgeschaltete

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Verteilersystem nicht nur "bei relativ niedrigen Arbeitsdrücken, sondern auch mit relativ großen Fördermengen arbeitet, was technisch sehr viel einfacher auszuführen ist, als eine Verteilung bei hohen Drücken und kleinen Mengen, ganz abgesehen davon, daß Verteilereinspritzpumpen für die bei der Direkteinspritzung erforderlichen hohen Arbeitsdrücke bis zu etwa 1000 bar bisher überhaupt nicht bekannt waren.

Ausgehend von der in der Zeichnung gezeigten Stellung des Einspritzventils wird nun bei einer Druckbeaufschlagung des Kraftstoffzuführkanals 31 durch die Verteilereinspritzpumpe 30 zunächst der aus den beiden Teilkolben 10 und 11 bestehende Stufenkolben entgegen der Wirkung der Federn I4 und 18 niedergedrückt, wobei sich in dem Leitungssystem 20 ein entsprechend dem Flächenverhältnis der Stirnflächen 25 und 26 des Stufenkolbens verstärkter Druck einstellt. Dieser Druck hebt die Düsennadel 5 entgegen der Rückstellfeder 8 an, so daß durch die Abspritzöffnung 22 eine dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepaßte Kraftstoffmenge abgespritzt werden kann. Die Zumessung der Kraftstoffmenge erfolgt vor dem Kraftstoffeinspritzventil auf der Seite des relativ niedrigen Pumpenförderdruckes durch die Verteilereinspritzpumpe 30, wobei die Fördermengen entsprechend dem Flächenverhältnis der Stirnflächen 25 und 26 des Stufenkolbens vergrößert sind. Dies ermöglicht eine technisch einfachere Ausführung der Zumeßvorrichtung mit geringeren Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit. Zudem bleibt der hohe Abspritzdruck auf die in den kompakten Teilen des Kraftstoffeinspritzventils eingearbeiteten, relativ kurzen Leitungen begrenzt, wodurch der Einfluß der Leitungselastizitäten auf die Einspritzmenge wesentlich reduziert werden kann.

Bei Beendigung des Förderhubes der Verteilereinspritzpumpe 30 fällt der Druck in dem Leitungssystem 20 und in dem Druckraum 21 ab, so daß die von der Rückstellfeder 8 belastete Düsennadel 5 wieder in die Schließstellung zurückbewegt wird, in der die Abspritzöffnung 22 abgesperrt wird. Da auch in dem von der Einspritzverteilerpumpe 30 kommenden Kraftstoffzuführkanal 3I nach der Förderung der zugemesse-

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nen Kraftstoffmenge eine Druckentlastung stattfindet, wird der Stufenkolben 10, 11 von den "beiden Federn I4 unä 18 in die in der Zeichnung gezeigte Ausgangsstellung zurückgedrückt. Diese Rückbewegung der beiden Teilkolben 10 und 11 erfolgt jedoch nicht als Einheit, sondern getrennt. Dabei wird zunächst der größere Teilkolben 10 unter der Einwirkung der Feder I4 in seine Ausgangsstellung zurückgedrückt, wobei er sich von dem kleineren Teilkolben 11 abhebt. Dieses Abheben ergibt sich dadurch, daß der kleinere Teilkolben 11 von dem beim Rückgang des Teilkolbens 10 in der zu der Verteilereinspritzpumpe 50 führenden Zuleitung J1 sich aufbauenden Druck belastet wird, der über die Verbindungskanäle 15 und eine Ringnut 35 auf einen Teil der Stirnfläche 27 entgegen der Feder 18 wirkt. Dieser kleinere Teilkolben 11 führt daher seine durch die Feder 18 bewirkte Rückbewegung erst mit einiger Verzögerung durch; er muß jedoch bei Beginn des nächstfolgenden Förderhubs der Verteilereinspritzpumpe 30 wieder an dem größeren Teilkolben 10 zur die Verbindungskanäle 15 verschließenden Anlage an dem größeren Teilkolben 10 gekommen sein.

Während der Trennung der beiden Teilkolben 10 sind die den beiden Teilkolben zugeordneten Verbindungskanäle 15 und 16 mit dem mit dem Auslaß verbundenen Arbeitsraum I? und damit auch untereinander verbunden. Auf diese Weise erfolgt während des Rückgangs der beiden Kolben sowohl eine erneute Füllung des Hochdruckteils des Einspritzventils, d.h. des Arbeitsraums I3 über den Verbindungskanal 16, als auch eine Abführung des darüberhinausgehenden Anteils der von der Verteilereinspritzpumpe 30 gelieferten Kraftstoffmenge aus dem Arbeitsraum 12 durch die Kanäle 15 in den Arbeitsraum 19 und von dort in den Auslaß, wobei gleichzeitig auch der in der Zuleitung 31 beim Rückgang des größeren Teilkolbens 10 erzeugte Druck abgebaut wird. Bei Beendigung des Rückhubes kommt der kleinere Teilkolben 11 mit seiner Stirnseite 27 an der Stirnseite 28 des größeren Teilkolbens wieder zur Anlage, wodurch die Verbindungskanäle 15 und 16 sowohl voneinander als auch von dem Arbeitsraum 19 abgeschnitten werden. In

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dieser Ausgangsstellung steht der Stufenkolben 10, 11 wieder für einen erneuten Einspritzvorgang bereit, der durch den Beginn eines erneuten Förderhubes der Einspritzverteilerpumpe 30 eingeleitet wird.

In den Figuren 2 und 3 der Zeichnung ist eine Ausführung des größeren Teilkolbens 10' des Einspritzventils angedeutet, bei der die Verbindungskanäle zwischen den beiden Stirnseiten 25' und 28' nicht glatt durchgehend, sondern als sogenanntes Stabfilter ausgebildet sind. Zu diesem Zweck ist der Teilkolben aus einem zylindrischen Kernstück 40 und einem dieses Kernstück mit geringem Spiel umgebenden ringzylindrischen Kranz 41 gebildet. Das Kernstück 40 und der Kranz 4"· sind untereinander starr, beispielsweise durch eine hier nicht dargestellte Yerstemmung oder dgl., verbunden. Am Außenmantel des Kernstückes und am Innenmantel des ringzylindrischen Kranzes 41 sind axial verlaufende, nicht ganz durchgehende Nuten 42 und 43 vorgesehen, wobei die einen an der Stirnfläche 25' und die anderen an der Stirnfläche 28' beginnen bzw. enden. Die Nuten 42 und 43 sind darüberhinaus in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt, so daß keine direkt durchgehenden Terbindungskanäle vorhanden sind. Eine Verbindung der beiden Stirnseiten 25' und 28' untereinander erfolgt vielmehr über jeweils benachbarte Axialnuten 42 und 43 unter Zwischenschaltung der diese Nuten verbindenden Ringspalte zwischen dem Kernstück 40 und dem Ringkranz 41 des Teilkolbens 10'. Da diese Verbindungsringspalte zwar relativ eng, andererseits aber.auch relativ lang (Höhe h in Figur 2) sind, ergibt sich eine genügend große Durchtrittsfläche für das Druckmittel. Der Sinn einer derartigen, als Stabfilter bezeichneten Anordnung besteht darin, mit dem Druckmittel mitgeführte Fremdkörper daran zu hindern, bis zur Abspritzöffnung 22 zu gelangen und dort Verstopfungen zu verursachen. Derartige Fremdkörper werden vielmehr im Bereich der Ringspaltverbindungen zwischen den Axialnuten 42 und 43 aufgehalten und dort zertrümmert.

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Die in der Zeichnung gezeigte Ausfuhrung des Einspritzventils
stellt selbstverständlich nur ein, zudem schematisches Ausführungsbeispiel dar. Es sind selbstverständlich eine Vielzahl anderer
Ausführungsvarianten möglich, die die erfindungsgemäße Ausbildung des Stufenkolbens enthalten können. Wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung ist dabei die geteilte Ausführung des Stufenkolbens, wobei beide Teilkolben federbelastet sind und sich bei
der Rückverstellung zur Verbindung ihrer Durchgangskanäle untereinander sowie mit dem Auslaß voneinander trennen. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Einspritzeinrichtung auch mit anderen als Verteilereinspritzpumpen, beispielsweise auch mit Reiheneinspritzpumpen arbeiten.

Leerseite

Claims

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VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 3033

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1980

ANSPRÜCHE

Λ j Kraftstoffeinspritzeinrichtung, insbesondere für direkteinspritzende Dieselbrennkraftmaschinen, mit einer Einspritzpumpe mit "beschränktem lörderdruckniveau, einem jedem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzventil sowie einer jedem Einspritzventil vorgeschalteten Druckverstärkungsvorrichtung, die aus einem in einem Gehäuse verschiebbar gehaltenen, federbelasteten Stufenkolben besteht, dessen der größeren Stirnfläche zugeordneter Arbeitsraum mit der Einspritzpumpe und dessen der kleineren Stirnfläche zugeordneter Arbeitsraum mit dem zu einer Abspritzöffnung des Einspritzventils führenden Leitungssystem verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben in den beiden Stirnflächen (25, 26) zugeordnete, getrennt von Federn (14» 18) belastete Teilkolben (1O, 11) unterteilt ist, und daß der der kleineren Stirnfläche zugeordnete Teilkolben (11) als Ventilvorrichtung ausgebildet ist.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teilkolben (1O) wenigstens einen in axialer Richtung verlaufenden Verbindungskanal (15) zur Verbindung seiner Stirnseiten (25, 28) aufweist und daß der kleinere Teilkolben (11) zur die Verbindung des Verbindungskanals mit einem

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mittleren Arbeitsraum (19) unterbrechenden, federbewirkten Anlage an dem größeren Teilkorben ausgebildet ist.

5· Kraftstoff einspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Teilkolben (11) einen in axialer Richtung verlaufenden Verbindungskanal (26) zur Verbindung seiner Stirnseiten (26, 27) aufweist und daß er zur die Verbindung dieses Verbindungskanals mit dem mittleren Arbeitsraum (19) unterbrechenden, federbewirkten Anlage an dem größeren Teilkolben (1O) ausgebildet ist.

4. Kraftstoff einspritzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Arbeitsraum (19) auf der dem mit der Einspritzpumpe (50) verbundenen Arbeitsraum (12) abgewandten Seite des größeren Teilkolbens (1O) angeordnet ist und mit dem Druckmittelauslaß (23» 24) verbunden ist.

5. Kraftstoff einspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mittleren Arbeitsraum (19) zumindest die dem größeren Teilkolben (1O) zugeordnete Feder (I4) angeordnet ist.

6. Kraftstoff einspritzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in wenigstens einem der Teilkolben (10, 11) angeordneten Verbindungskanäle (I5» 16) nach Art eines Stabfilters (42, 43) ausgebildet sind.

7« Kraftstoff einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Teilkolben (11) auf der dem größeren Teilkolben (1O) zugewandten Seite einen von einer Feder (18) belasteten Ringbund (29) mit einer an dem größeren Teilkolben (1O) zur die Verbindungskanäle (15» 16) versperrenden Anlage kommenden Stirnfläche (27) aufweist.