Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Kolbenbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvor- richtung einer Kolbenbrennkraftmaschine mit indivi dueller Speicherung pro Zylinder des von einer Brenn stoffpumpe einem Einspritzventil zugeführten einzu spritzenden Brennstoffes und hydraulischer Blockie rung bzw.
Auslösung der Ventilnadel des Einspritzven- tiles durch in einem Steuerraum des Einspritzventiles wirkenden hydraulischen Druck, wobei die Einspritz pumpe an einer in der Nähe des Kurbelgehäuses be findlichen Nockenwelle angeordnet ist, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auslösung des Einspritz vorganges durch ein hydraulisches Steuerorgan erfolgt, das sich am Zylinderkopf in der Nähe des Einspritz- ventiles befindet.
Bei den bisherigen Einspritzvorrichtungen bestehen insbesondere bei grösseren Maschinen Schwierigkeiten im Betrieb, die durch das dynamische Verhalten des Brennstoffes in den zu den Einspritzventilen führenden Rohrleitungen und die in diesen verlaufenden Druck wellen verursacht sind, wie z. B. das Nachspritzen von Brennstoff nach einem Einspritzvorgang, ungleichmäs- siger Leerlauf usw.
Das war bisher bei den heute fast ausschliesslich verwendeten Vorrichtungen der Fall, wo der von einer Einspritzpumpe geförderte Brennstoff direkt durch ein Einspritzventil zur Einspritzung ge langte, wie auch bei der seinerzeit vorgeschlagenen Vorrichtung nach der deutschen Patentschrift 512 368, wonach der Brennstoff vorher gespeichert wurde und der Einspritzvorgang erst nach einer Auslösung statt fand. Die Erfindung hat die Schaffung einer Einspritz- vorrichtung zum Ziel, bei welcher der Einfluss der dynamischen Vorgänge in den unter hohem Druck ste henden Brennstoffleitungen auf ein Minimum vermin dert wird.
Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeich nung schematisch dargestellten Ausführungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht eines vierzylindrigen Dieselmo tors mit der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1, Fig. 3 eine erste Ausführungsform der erfindungs- gemässen Einspritzvorrichtung, Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der erfindungs- gemässen Einspritzvorrichtung,
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der erfindungs gemässen Einspritzvorrichtung, Fig.6 einen Längsschnitt des Steuerorganes aus Fig. 5 entsprechend dem Schnitt VI-VI in der Fig.5. Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte vierzylindrige Zweitakt-Dieselmotor 1 ist mit einer von der Kurbel welle 2 über Zahnräder 3, 4, 5 angetriebenen Nocken welle 6 versehen. Die Nockenwelle 6 betätigt mittels entsprechend ausgebildeter Nocken Einspritzpumpen 7, von denen jede einem der Zylinder des Motors zuge ordnet ist.
Von den Pumpen 7 führen Druckleitungen 8 zu Einspritzventilen 9, von denen jedes in einem Zylinderkopf 10 des Motors angeordnet ist. Von jeder der Druckleitungen 8 zweigt jeweils eine Steuerleitung 11 ab, die über ein Steuerorgan 12 ebenfalls zum be treffenden Einspritzventil 9 führt. Die Steuerorgane 12 der einzelnen Zylinder werden von einer gemeinsamen Steuerwelle 13 betätigt. Die Steuerwelle 13 wird von der Kurbelwelle 2 angetrieben, was in diesem Falle durch eine Welle 14 geschieht, die durch Kegelradge- triebe 15, 16 einerseits mit dem Zwischenrad 4 des Antriebes der Nockenwelle 6, andererseits mit der Steuerwelle 13 verbunden ist.
Im dargestellten Beispiel ist der Antrieb so gewählt, dass die Steuerwelle 13 mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle 2 läuft.
In der Fig. 3 ist das Einspritzventil zusammen mit dem Steuerorgan und der Einspritzpumpe dargestellt. Als Einspritzpumpe findet eine normale, handelsübli che Pumpe 20 Verwendung, wie sie als Brennstoffein spritzpumpe für Dieselmotoren dient. Der die Pumpe antreibende Nocken 21 der Nockenwelle 6 hat in die sem Falle drei Erhebungen, so dass die Pumpe 20 während einer Umdrehung der Nockenwelle 6 drei Förderhübe ausführt.
Das ermöglicht die Verwendung einer kleineren Pumpe gegenüber den heute üblichen Anordnungen, wo die ganze Einspritzmenge von der Pumpe in einem einzigen Hub während einer Umdre hung der Nockenwelle gefördert werden muss. Die Pumpe 20 entnimmt Brennstoff einer Zubringerleitung 19 und fördert diesen in die Druckleitung $. Die Druckleitung 8 führt, wie bereits erwähnt, zum Ein- spritzventil 9, das im Zylinderkopf 10 angeordnet ist. Mit dem Einspritzventil 9 ist ein Akkumulator 22 ver bunden, der aus Anschaulichkeitsgründen in der Fig. 3 vom Einspritzventil getrennt gezeichnet wurde.
Vor dem Einspritzventil 9 ,und dem Akkumulator 22 zweigt von der Druckleitung 8 die Steuerleitung 11 ab, die über das Steuerorgan 12, das in diesem Falle durch einen Kolbenschieber gebildet wird, zum entspirechen- den Steuerraum des Einspritzventiles 9 führt.
Das Einspritzventil enthält einen Sitzteil 23 und einen Gehäuseteil 24. Im Sitzteil 23 sind durch eine Ventilnadel 25 verschliessbare Einspritzöffnungen 26 ausgebildet. In der Bohrung 27 der Ventilnadel 25 be findet sich über der Ventilnadel ein Anhebekolben 28 mit etwas grösserem Durchmesser. Die Ventilnadel 25 ist mit einem verjüngten Vorsprung 30 versehen, wobei zwischen dem Vorsprung und der Wand der Bohrung 27 ein Steuerraum 31 gebildet wird. Der Steuerraum 31 ist durch eine Bohrung 32 im Sitzteil 23 und eine Bohrung 33 im Gehäuseteil 24 an die Steuerleitung 11 angeschlossen.
Eine Bohrung 34 ver bindet den Düsenraum 35 des Sitzteiles 23 mit einer Bohrung 36 im Gehäuseteil 24, welche mit dem Akku mulator 22 und der Druckleitung 8 verbunden ist.
Der Anhebekolben 28 stützt sich gegen den Feder teller 37 einer Feder 38, welche den Anhebekolben 28 gegen die Düsennadel 2.5 und diese gegen ihren Sitz drückt, sobald kein oder nur ein geringer Druck im Steuerraum 31 herrscht. Das andere Ende der Feder 38 stützt sich gegen einen Zapfen 39, der im Gehäuse teil 2:1 eingeschraubt ist. Der Zapfen 39 ist mit einem zylindrischen Anschlag 40 versehen, der die Hubbewe gung des Anhebekolbens, 28 zusammen mit dem Feder teller 37 nach oben begrenzt. Der Zapfen 39 ist mit einem Entlüftungskanal 41 versehen, der an eine über strömleitung 42 angeschlossen ist.
Der an die Steuerleitung 11 in Fig. 3 angeschlos sene Steuerschieber 12 weist einen Kolbenschieber 50 auf, der in der Bohrung eines Gehäuses 51 beweglich ist und von einem Nocken 52 der Steuerwelle 13 betä tigt wird. Das Gehäuse 51 ist ausser an die Steuerlei tung 11 an eine Abflussleitung 53 angeschlossen. Der Kolbenschieber 50 ist mit einer Ausnehmnng 54 verse hen, die durch eine zur Schieberachse senkrechte Kante 55 und eine schräge Kante 56 begrenzt ist. Der Kolbenschieber ist durch einen Hebel 57, eine Gabel 58 und einen flachen Führungsteil 59 um seine Achse schwenkbar.
Die Ausnehmung 54 ist geeignet, zu einem früheren oder zu einem späteren Zeitpunkt, je nach der Winkelstellung des Kolbenschiebers 65 und dessen Hub, entweder eine durchgehende Verbindung der Leitung 11 zu schaffen oder die Verbindung zur Druckleitung 8 abzuschliessen und den Teil der Druck leitung 11 mit dem Steuerraum 31 an die Abflusslei- tung 53 anzuschliessen. In dieser Stellung, die auch in der Figur dargestellt ist, wird die Leitung 11 mit dem Steuerraum drucklos, der Druck aus der Druckleitung 8 kann durch den Steuerschieber jedoch nicht entwei chen.
Vor jedem Einspritzvorgang führt die Pumpe 20 unter dem Einfluss des Nockens 21 der Nockenwellen 6 drei Förderhübe aus. Dadurch wird die Druckleitung 8 zusammen mit dem Akkumulator 22 und dem ge samten Einspritzsystem unter Druck gesetzt. Die Menge des dabei gespeicherten Brennstoffes wird mit Hilfe der Mengenregelung der Einspritzpumpe 20 ge steuert. Entsprechend stellt sich am Ende des letzten Förderhubes im Akkumulator 22, wie auch im ganzen System ein Druck ein, der von der einzuspritzenden Brennstoffmenge abhängig ist.
Dieser Druck wirkt, da während des Speichervor ganges eine Verbindung der Leitung 11 durch das Steuerorgan 12 besteht, auch im Steuerraum 31 des Einspritzventiles und drückt den Anhebekolben 28 zusammen mit dem Ventilteller 37 gegen den Anschlag 40. Dadurch wird die Ventilnadel 25 der Einwirkung der Feder 38 entzogen. Da die Ventilnadel in ihrem Sitz vor den Einspritzdüsen 26 aufliegt, überwiegt die Kraft des im Steuerraum 31 wirkenden Druckes die Kraft des auf die Ventilnadel im Raum 35 wirkenden Druckes. Durch diese Kraftdifferenz wird die Ventilna del 25 gegen ihren Sitz gedrückt und verschliesst den Zufluss von Brennstoff zu den Düsen 26.
Der Augenblick der Einspritzung des Brennstoffes wird durch den Steuerschieber 12 bestimmt. Dieser unterbricht, wie bereits erwähnt, die Leitung 11 und verbindet den nach dem Steuerschieber befindlichen Teil dieser Leitung, zusammen mit dem Steuerraum 31 mit der Abflussleitung. Dadurch sinkt schlagartig der Druck im Steuerraum 31. Nun überwiegt die Kraft des im Raum 35 auf die Ventilnadel 25 wirkenden Druk- kes, die Ventilnadel 25 wird angehoben und der Ein spritzvorgang beginnt. Das Ende des Einspritzvorgan ges wird durch die Kraft der Feder 38 bestimmt. Sobald ihre Kraft die Kraft des im Raum 35 wirken den Druckes überwiegt, so wird die Ventilnadel 25 gegen ihren Sitz gedrückt und die Einspritzung wird beendet.
Bei der Ausführungsform nach der Fig.4 ist die Anordnung im wesentlichen gleich wie bei der nach der Fig. 3. Es sind daher die gleichen Teile, soweit dies erforderlich ist, mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in der Fig. 4 dargestellte Steuerorgan 60 ent hält ein Gehäuse 61, durch welches die Steuerwelle 13 führt. Die Steuerwelle ist in diesem Falle mit einem Exzenter 62 versehen. Der Exzenter 62 betätigt einen Hebel 63, der um einen Zapfen 64 schwenkbar ist. Die Höhenstellung des Zapfens 64 ist durch einen Hebel 65 mittels eines Exzenters 66 verstellbar. Der Hebel 63 wirkt über eine Stange 67 auf einen Stössel 68, der von unten ein Ventil 69 betätigt. Das Ventil 69 drückt gegen einen Arm eines zweiarmigen Hebels 70, dessen zweiter Arm zwischen einem Ventil 71 und einem Schieber 72, der unter dem Einfluss einer Feder 73 steht, beweglich ist.
Wenn das Ventil 69 geschlossen ist, d. h. wenn der Stössel 68 dieses nicht anhebt, so wird durch den Schieber 72 und die Feder 73 das Ven til 71 angehoben. Es besteht eine durchgehende Ver bindung in der Leitung 11. Sobald das Ventil 69 durch den Nocken 62 über die Teile 63, 67 und 68 angeho ben wird, so wird durch den zweiarmigen Hebel 70 der Schieber 72 niedergedrückt. Das Ventil 71 unterbricht die Leitung 11 und das offene Ventil 69 schliesst den zum Einspritzventil führenden Teil dieser Leitung an eine Abflussleitung 74 an. Der Zeitpunkt der so erfol genden Auslösung des Einspritzvorganges wird durch den Hebel 65 mit dem Exzenter 66 eingestellt.
Bei der Anordnung nach der Fig. 4 wird ein Steu- eroran 60 verwendet, bei dem der Abschluss aus- t> schliesslich durch Ventile erfolgt. Dabei sind die Ven tile so angeordnet, dass sie durch den höheren Druck in ihren Sitz gedrückt werden. Diese Anordnung ist insbesondere dort anwendbar, wo besonderer Wert auf eine Zuverlässigkeit bezüglich der Dichtwirkung der Abschlussorgane gelegt wird.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 ist wieder die .Anordnung im wesentlichen gleich wie bei den Anordnungen nach den Fig. 3 und 4. Das in der Fig.5 dargestellte Einspritzventil 9 unterscheidet sich von der vorher beschriebenen Ausführung einzig dadurch, dass der Anhebekolben 28 in diesem Falle den gleichen Durchmesser hat wie die Ventilnadel 25.
Der an die Steuerleitung 11 in Fig. 5 angeschlos sene Steuerschieber 80, dessen axialer Schnitt in der Fig. 6 dargestellt ist, weist einen rotierenden Schieber- körper 81 auf, der durch Zahnräder 82, 83 von einer Steuerwelle 84, die der Steuerwelle 13 in Fig. 1 ent spricht, angetrieben wird. Der Schieberkörper 81 ist in einer schwenkbaren Büchse 85 gelagert, durch deren Schwenkung mittels eines Hebels 86 der Beginn der Einspritzung verändert werden kann. In den Schieber wird durch Kanäle 87 Brennstoff eingeführt und die sem durch Kanäle 88 wieder entnommen.
Zur Verbin dung der Kanäle 87 und 88 ist die Büchse 85 mit Aus- nehmungen 90 und der Drehschieber 81 mit Einschnit ten 91 versehen. Ausserdem enthält der Schieber 81 eine zentrische Bohrung 92, die dauernd durch Boh rungen 93, 94 an einen Abflusskanal angeschlossen ist. Bohrungen 95 führen von der zentrischen Bohrung 92 des Schiebers 81 nach aussen in die Ausnehmungen 90 der Büchse 85.
Die Anordnung ist so getroffen, dass, je nach der relativen Stellung des Schiebers 81 und der Büchse 85, entweder die Leitung 11 über die Kanäle 87, 88 durchgehend verbunden ist, oder der Teil der Leitung 11 mit dem Steuerraum 31 an die Abflusslei- tung 94 angeschlossen und praktisch drucklos ist.
Der in den Fig. 5 und 6 dargestellte Drehschieber, welcher das Steuerorgan 80 bildet, ist, wie aus der Figur ersichtlich ist, voll symmetrisch ausgebildet, um so die von den hohen Drücken herrührenden Kräfte in jeder Lage auszugleichen. Aus der symmetrischen Aus bildung folgt, dass die Drehzahl des Schiebers nur halb so gross zu sein braucht wie die der Kurbelwelle 2 des Motors. Das wird in der Fig.6 dadurch angedeutet, dass die den Schieber antreibenden Zahnräder 82, 83 ein übersetzungsverhältnis 1:2 haben. Es versteht sich allerdings, dass der Antrieb auch so ausgebildet sein kann, dass bereits die Welle 84 die halbe Drehzahl der Kurbelwelle erhält. Selbstverständlich sind auch andere Antriebsformen möglich.
Der in der Fig. 6 im Schnitt dargestellte Drehschie ber enthält in seiner Längsrichtung die erforderlichen Steuerkanäle für vier Zylinder eines Motors. Im Falle der Verwendung eines Drehschiebers nach der Fig. 6 ist es daher nicht notwendig, bei jedem Zylinder, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist, ein Steuerorgan anzu ordnen. Das hat eine gewisse Vereinfachung des Motors zur Folge, allerdings unter Verwendung länge rer Steuerleitungen 11. Es ist selbstverständlich auch möglich, jedem Zylinder seinen eigenen Schieber der dargestellten Ausführung zuzuordnen, wobei dann ein solcher Schieber kürzer sein könnte und nur die Steu erkanäle für einen Zylinder aufweisen würde.
Erfindungsgemäss wird es auch unter anderem ermöglicht, die Steuerfunktion des Einspritzvorganges von der die Brennstoffeinspritzungen antreibenden Nockenwelle 6 zu trennen. Da die Einspritzpumpen bei grösseren Motoren bedeutende Leistungen aufnehmen, muss diese Welle zusammen mit ihrem Antrieb robust sein. Es ist daher eine Anordnung der Nockenwelle in der Nähe der Kurbelwelle vorteilhaft. Das hatte bei den bisherigen Ausführungen lange Brennstoffleitungen zur Folge, in denen bei den erforderlichen hohen Drücken unliebsame dynamische Erscheinungen auftra ten, die stark den Einspritzvorgang beeinflussten.
Bei der erfindungsgemässen Ausführung werden hingegen nur ganz kurze Steuerleitungen verwendet, in denen die Laufzeiten der Druckwellen so kurz sind, dass sie sich nicht störend auswirken können. Die Steuer welle 13 wird dabei praktisch nicht belastet und kann daher auch bei ausreichender Steifigkeit relativ leicht ausgebildet sein.