DE4122384A1 - Hochdruck-kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck- Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und insbesondere eine verbesserte Einspritzdüse vom Sammelkammertyp für Motoren.

Eine sehr verbreitete und sehr wirksame Art von Einspritzdüsen für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine ist eine Einspritzdüse vom sogenannten "Sammelkammer-Typ". Bei dieser Art von Einspritzdüsen ist eine Sammelkammer vorgesehen, in der Kraftstoff unter Druck gespeichert wird und durch eine Abgabeöffnung mit dem Motor verbindbar ist. Ein Einspritzventil ist innerhalb der Sammelkammer angeordnet und steuert das Öffnen und Schließen der Abgabeöffnung. Außerdem ist eine Steuerkammer vorgesehen, die Kraftstoff unter Druck von der Sammelkammer empfängt, und das Einspritzventil besitzt einen Abschnitt, der innerhalb dieser Steuerkammer gelagert ist. Im Ergebnis dessen wirkt der Druck der Steuerkammer auf das Einspritzventil und trägt dazu bei, daß dieses in einer geschlossenen Stellung gehalten wird. Ein Steuerventil entlastet wahlweise den Druck in der Steuerkammer. Wenn dies stattfindet, veranlaßt der Druck des Kraftstoffes in der Sammelkammer, daß das Einspritzventil öffnet und Kraftstoff ausgegeben bzw. in den Motor eingespritzt wird. Bei dieser Art von Einspritzsystem ist es auch üblich, eine Vorspannfeder zu verwenden, die auf das Einspritzventil wirkt, um dieses in seine Schließstellung in Zusammenwirken mit dem Kraftstoffdruck in der Steuerkammer vorzuspannen.

Obwohl diese Art von Einspritzdüsen sehr wirksam ist, ist es zeitweise schwierig, einen guten Betrieb bei niedrigen Motordrehzahlen, wie z. B. im Leerlauf, zu sichern. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei niedrigem Druck und bei Betrieb im Niedrigdrehzahlbereich die Kraftstoffmenge, die ausgegeben wird, bei einer gegebenen Zunahme des Kraftstoffdruckes beträchtlich ansteigt. Dies ist am besten aus Fig. 1 verständlich, die ein Diagramm angibt, welches den Kraftstoffdruck in der Sammelkammer in Abhängigkeit von der Kraftstoffmenge zeigt, die während vier verschiedener Betriebsbedingungen eingespritzt bzw. ausgegeben wird, wobei diese Betriebsbedingungen durch die Kurven a, b, c und d angegeben sind. Die Kurven a, b, c und d geben jeweils zunehmende Motordrehzahlen an, wobei die Kurve a eine Leerlaufdrehzahl und die Kurve d eine Kurve mit großer Drosselöffnung und maximaler Motordrehzahl bezeichnet. Es zeigt sich, daß die Kurve a sehr steil ist. Somit führt bei der Kurve a eine kleine Differenz in bezug auf den Kraftstoffdruck innerhalb der Sammelkammer zu einer wesentlichen Differenz in der eingespritzten Kraftstoffmenge.

Es ist sehr schwierig, den Kraftstoffdruck in der Sammelkammer bei niedrigen Motordrehzahlen angemessen zu steuern. Dies rührt daher, daß der Kraftstoffdruck sich mit einer Anzahl von Variablen ändert, hauptsächlich mit der Temperatur, die die Viskosität beeinflußt.

Um diese Schwankungen in der Kraftstoffeinspritzmenge bei niedrigen Motordrehzahlen in Abhängigkeit von Druckänderungen zu vermindern, ist vorgeschlagen worden, die Vorspannung der Feder, die mit dem Druck in der Steuerkammer zusammenwirkt, um das Einspritzventil in seiner Schließstellung zu halten, zu erhöhen. Obwohl eine erhöhte Federvorspannung den Anstieg der Kurven, die in Fig. 1 bezeichnet sind, vermindert, führt dies zu einem anderen Problem. Dieses besteht darin, daß bei hohen Motordrehzahlen, wenn die tatsächliche Zeitdauer der Öffnung der Einspritzdüse sehr kurz ist, es unmöglich werden kann, eine ausreichende Kraftstoffmenge einzuspritzen, die erforderlich ist, um tatsächlich die maximale Leistung zu erreichen. Daher sind die bereits vorgeschlagenen Systeme bei der Lösung der vorerwähnten Schwierigkeit bei gleichzeitiger Beibehaltung der maximalen Motorleistung nicht wirksam gewesen.

Es ist vorgeschlagen worden, diese Schwierigkeiten durch die Verwendung einer Anordnung zur Veränderung der Vorspannung der Vorspannfeder, die das Einspritzventil in seiner Schließstellung hält, zu beseitigen. Eine solche Anordnung ist in der US-Patentanmeldung 07/5 56 234, "Einspritzdüse vom Typ mit Sammelkammer", eingereicht 20. Juli 1990, gezeigt. Solch eine Vorrichtung ist bei der Änderung der Form der Einspritzkurven von denjenigen, die in Fig. 1 gezeigt sind, zu Kurven wirksam, wie sie durch a′, b′, c′ und d′ in Fig. 2 dargestellt sind. Obwohl diese Konstruktion sehr wirksame Ergebnisse zeitigt, sind noch weitere Verbesserungen möglich.

Der Grund hierfür ist am besten aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, in denen die Kraftstoffmengenleistungskurven in Abhängigkeit von der Zeit oder dem Kurbelwinkel für Leerlauf oder niedrige Drehzahl (Fig. 3) sowie für hohe Drehzahl (Fig. 4) jeweils dargestellt sind, und zwar durch Kurven a und d, gezeigt in unterbrochenen Linien. In diesen Kurven wird die tatsächliche Zeitdauer, in der das Einspritzventil offen ist, entweder mit t (Zeit) oder 0 (Kurbelwinkel) bezeichnet. Die Zeitdauer der Anregung der Betätigungsmagnetspule ist mit dem Bezugszeichen TW bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, daß aus leicht ersichtlichen Gründen eine bestimmte Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, wenn die Magnetspule angeregt wird, und dem Zeitpunkt, wenn das Einspritzventil tatsächlich geöffnet wird, sowie ebenfalls zwischen dem Zeitpunkt, wenn die Magnetspule abgeschaltet wird, und dem Zeitpunkt, wenn das Einspritzventil schließt, auftritt.

Wie leicht aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird die Kurve a erhalten, mit einer allmählich ansteigenden Geschwindigkeit bzw. Leistung (Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit) an Kraftstoffeinspritzung bis zu einem Spitzenwert, der auftritt, nachdem die Magnetspule ausgeschaltet worden ist, und anschließend fällt die Kurve a schnell ab, wenn das Ventil schließt. Das Problem bei dieser Art von Einspritzung besteht darin, daß der Kraftstoff primär am Ende des Einspritzzyklus eingespritzt wird und dies weder eine komplette Verbrennung noch eine gute Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauches gewährleisten kann.

Andererseits baut sich bei hohen Drehzahlen (Fig. 4) die Kraftstoffeinspritzung bzw. -bereitstellung sehr schnell bis zu einem Spitzenwert auf, der ungefähr zu dem Zeitpunkt auftritt, wenn die Magentspule abgeschaltet wird und fällt anschließend sehr schnell ab. Bei dieser weiteren Einspritzweise liegt der Spitzenwert der Kraftstoffeinspritzung ungefähr in der Mitte der Zeitdauer, während der das Einspritzventil geöffnet ist. Diese Art der Kraftstoffeinspritzung neigt dazu, zuviel Kraftstoff früh in den Verbrennungszyklus einzuführen und kann Veranlassung zu Klopfen, Vorzündung und anderen motorbezogenen Verbrennungsgeräuschen geben, insbesondere bei Dieselmotoren. Außerdem neigt diese Art der Kraftstoffeinspritzung, bewirkt durch herkömmliche Düsen, wie sie durch die Kurve d bezeichnet wird, dazu, die maximale Ausgangsleistung des Motors in bezug auf eine gegebene, verbrauchte Kraftstoffmenge zu vermindern.

Der Erfindung liegt daher grundsätzlich die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kraftstoffenspritzvorrichtung bzw. Einspritzdüse vom Sammlertyp bzw. Sammelkammertyp zu schaffen.

Ein weiteres Zeil der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Einspritzdüse vom Sammelkammertyp zu schaffen, die eine gute Kraftstoffsteuerung bei niedrigen Drehzahlen in Übereinstimmung mit Druckänderungen ermöglicht.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Kraftstoffeinspritzdüse vom Sammelkammertyp anzugeben, bei der die Ansprechempfindlichkeit der Kraftstoffeinspritzung bei niedrigen Drücken vermindert ist, ohne daß die Kraftstoffmenge nachteilig beeinflußt wird, die bei hohen Drücken eingespritzt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht auch darin, eine verbesserte Anordnung zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzdüse vom Sammelkammertyp anzugeben, um kleinere Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge bei Druckänderungen unter Niedrigdruckbedingungen als unter Hochdruckbedingungen zu veranlassen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Kraftstoffeinspritzdüse vom Sammelkammertyp zu schaffen, die es ermöglicht, größere Kraftstoffmengen in den Motor zum Beginn des Einspritzyklus zu ermöglichen, als dies bei herkömmlichen Einspritzdüsen bei niedrigen Motordrehzahlen und -belastungen der Fall ist.

Es ist schließlich auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kraftstoffeinspritzeinrichtung vom Sammelkammertyp zu schaffen, die die Spitzenmenge an Kraftstoffeinspritzung in den Motor bei hohen Drehzahlen und hohen Belastungen am Ende des Einspritzzyklus bewirkt.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung vom Sammelkammertyp mit einer Einspritzdüse und einer Sammelkammer gelöst, die unter Druck stehenden Kraftstoff enthält und eine Ausgabeöffnung besitzt, die die Samelkammer mit einem Verbrennungsraum eines Motors verbindet, um Kraftstoff in diesen einzuspritzen. Ein Einspritzventil steuert die Verbindung der Sammelkammer mit der Ausförderöffnung, um die Ausförderung von Kraftstoff zum Motor zu steuern. Eine Steuerkammer ist mit der Sammelkammer verbunden, um Kraftstoff unter Druck aus dieser aufzunehmen, und das Einspritzventil besitzt einen Abschnitt, der in der Steuerkammer aufgenommen ist, um das Einspritzventil unter dem Einfluß des Kraftstoffdruckes in der Steuerkammer in seine Schließstellung vorzuspannen. Ein Steuerventil ist vorgesehen, um wahlweise den Druck in der Steuerkammer zu entlasten, um ein Öffnen des Einspritzventils zu bewirken und Kraftstoff aus der Ausförderöffnung in den Motor einzuspritzen. Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Geschwindigkeit bzw. Menge pro Zeiteinheit an Kraftstoffeinspritzung zu erhöhen und diese während des mittleren Bereiches des Einspritzzyklus bei niedrigen Motordrehzahlen gleichmäßig zu halten und um eine Spitzengeschwindigkeit bzw. -leistung der Kraftstoffeinspritzung in bezug auf die Kraftstoffabgabe unter hohen Belastungen am Ende des Einspritzzyklus zu erreichen.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 ein Diagramm ähnlich einem Diagramm zum Stand der Technik nach Fig. 7, das die abgegebene Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck in der Sammelkammer und somit die Kraftstofförderkennlinien in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck in der Sammelkammer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die die Einspritzleistung der Kraftstoffeinspritzung während eines einzigen Einspritzzyklus für eine herkömmliche Kraftstoffeinspritzeinrichtung vom Sammelkammertyp sowie für eine Kraftstoffeinspritzung vom Sammelkammertyp zeigt, die nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist,

Fig. 3 eine graphische Darstellung, teilweise ähnlich derjenigen in Fig. 2, die die Einspritzleistung unter Hochdrehzahl-/Hochlast-Bedingungen zeigt,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Teil des zugehörigen Kraftstoffördersystems schematisch dargestellt ist,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung entlang einer Ebene rechtwinklig zur Zeichenebene von Fig. 5,

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittdarstellung, teilweise schematisch, zur Erläuterung der Arbeitsweise der Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 7 ein Diagramm, das die Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck in der Sammelkammer für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.

Unter anfänglicher Bezugnahme auf Fig. 4 wird nachstehend eine Kraftsstoffspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung erläutert, die teilweise schematisch in Fig. 5 dargestellt ist und allgemein durch das Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung enthält eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen vom Sammelkammertyp, allgemein bezeichnet durch das Bezugszeichen 12 und gestaltet nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Gesamtsystem zur Zuführung von Kraftstoff zu den Einspritzvorrichtungen 12 ist nicht dargestellt, da die Erfindung in Verbindung mit einer großen Vielzahl unterschiedlicher Arten von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen verwendet werden kann, soweit die Auslegung des Gesamtsystems betroffen ist. Um den Aufbau und die Auslegung bestimmter Elemente besser zu verstehen, ist jedoch ein Teil des Gesamtsystems schematisch ebenfalls dargestellt, wobei ein Kraftstofftank mit 13 bezeichnet ist. Eine Niederdruckpumpe 14 saugt Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 13 durch ein Filtersieb 15 an und führt diesen zu einer Hochdruckpumpe 16. Die Hochdruckpumpe 16 gibt anschließend den Kraftstoff an die Einspritzvorrichtung 12 durch eine Hochdruckleitung 17 ab. Außerdem wird Kraftstoff mit niedrigem Druck ebenfalls an die Einspritzvorrichtung 12 durch eine Niederdruckleitung 18 geführt, wobei die Gründe hierfür nachfolgend noch erläutert werden.

Die Einspritzvorrichtung, nachfolgend als Einspritzdüse 12 bezeichnet, besteht aus einer äußeren Gehäuseanordnung 22, die in noch näher erläuterter Weise zur Montage im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei eine Abgabeöffnung 23 mit der Verbrennungskammer kommunizierend verbunden ist, um Kraftstoff in der nachfolgend erläuterten Weise bereitzustellen. Anstelle der direkten Einspritzung in den Zylinder kann die Erfindung auch in Verbindung mit Einspritzverteilersystemen verwendet werden, wobei die Erfindung allerdings insbesondere für die direkte Einspritzung bedeutungsvoll und nützlich ist, wie sie z. B. für Hochleistungs-Dieselmotoren mit hohen Drehzahlen verwendet wird.

Das äußere Gehäuse 22 besteht aus einem unteren Teil 24, das ein mit Gewinde versehenes unteres Ende 25 aufweist, das in eine geeignete Öffnung im Zylinderkopf des zugehörigen Motors (nicht gezeigt) in bekannter Weise eingeschraubt wird. Die Abgabeöffnung 23 wird durch eine Spitze 26 gebildet, die einen Gewindeabschnitt 27 aufweist, der in einer Gewindebohrung 28 aufgenommen ist, ausgebildet am unteren Ende des Gehäuseteils 24.

Ein Einspritzventil 29 ist gleitbar innerhalb einer Bohrung 31 des Düsenstückes 26 gelagert und besitzt einen Abschnitt 32 von vermindertem Durchmesser sowie eine strömungssteuernde Spitze 33, die in ihrer Schließstellung die Abgabeöffnung 23 verschließt. Der Ventilabschnitt 32 weist unterbrochene Vergrößerungsabschnitte auf, um das Einspritzventil 29 in der Bohrung 31 in bekannter Weise gleitbar zu lagern.

Eine Sammelkammer 34 ist über der Bohrung 31 durch das Gehäuseteil 24 gebildet. Die Sammelkammer 34 ist an ihrem oberen Ende durch eine Verschlußplatte 35 verschlossen, die durch ein zweites Gehäuseteil 36 gegen eine Schulter in dem Gehäuseteil 24 gehalten ist. Das Gehäuseteil 36 besitzt einen Gewindeabschnitt 37, der innerhalb einer Gewindebohrung 38 des Gehäuseteils 24 aufgenommen ist, um so die Verschlußplatte 35 in ihrer Lage zu halten und die Kammer 34 in einem abgedichteten Zustand zu halten, mit Ausnahme nachfolgend erläuterter Betriebszustände. Außerhalb der Gewindeöffnung 38 ist das Gehäuseteil 24 mit einem Sechskantabschnitt 39 versehen, um sein Einsetzen in die Gewindebohrung des Zylinderkopfes zu erleichtern.

Das Gehäuseteil 36 ist mit einer Einlaßleitung 41 versehen, die einen Außengewindeabschnitt 40 aufweist, um einen Einsatz zum Verbinden der Zuführungsleitung 17 aufzunehmen, die sich von der Druckpumpe 16 zu der Einlaßleitung 41 erstreckt.

Die Einlaßleitung 41 (Fig. 5), die im allgemeinen eine gebohrte Öffnung ist, wird durch einen weiteren, gebohrten Kanal 42 geschnitten, der sich axial entlang dem Gehäuseteil 36 an einer Seite desselben erstreckt und der an seinem unteren Ende mit einer entsprechenden Umfangsnut 43 verbunden ist, die in der Oberseite eines zylindrischen Abschnittes 44 der Verschlußlatte 35 ausgebildet ist. Die Nut 42 wird von Bohrungen 45 geschnitten, die sich in die Sammelkammer 34 erstrecken, um Kraftstoff unter Druck zu der Sammelkammer 34 zuzuführen.

Eine Steuerkammer 46 ist in der Verschlußplatte 35 durch eine Bohrung 47 gebildet, die sich durch das untere Ende der Verschlußplatte 35 hindurch öffnet. Das Einspritzventil 29 besitzt einen im wesentlichen zylindrischen Betätigungsabschnitt 48, der gleitbar innerhalb der Bohrung 47 gelagert ist und der das untere Ende der Steuerkammer 46 verschließt. Eine Drosselstelle 49, festgelegt im Ende des Betätigungsabschnittes 48, verbindet einen Axialkanal 51 des Abschnittes 48 sowie radiale Anschlüsse bzw. Öffnungen 52 mit der Sammelkammer 39. Die Steuerkammer 46 kommuniziert mit der Drosselstelle 49, um den unter Druck stehenden Kraftstoff aufzunehmen und normalerweise das Einspritzventil 29 nach unten bzw. in seine Schließstellung vorzuspannen.

Eine Schraubendruckfeder 53 umgibt das Einspritzventil 29 und stützt sich gegen eine Halteplatte 54 an ihrem oberen Ende ab. Das untere Ende der Feder 53 ist in Eingriff mit einem tassenförmigen Halter 55, der in seiner axialen Lage gegen eine Schulter gehalten ist, die durch eine Erweiterung an dem Einspritzventil 29 gebildet ist, um so das Halten des Einspritzventils 29 in seiner Schließstellung zu unterstützen, wie dies in den Zeichnungen dargestellt ist. Die Halteplatte 54 ist in der nachfolgend erläuterten Weise vorgespannt.

Ein Steuerventil 56 ist innerhalb des oberen Endes der Verschlußplatte 35 gelagert und steuert die Öffnung einer Steuerventilöffnung 57, ausgebildet im oberen Ende der Verschlußplatte 35, die mit der Steuerkammer 46 kommunizierend verbunden ist. Das Steuerventil 56 weist einen Kopfabschnitt auf, der auch als Ankerplatte wirksam ist. Das Steuerventil 56 ist in seiner Schließstellung mit der Steuerventilöffnung 57 vorgespannt, wie dies nachfolgend erläutert wird.

Wenn das Steuerventil 56 geöffnet wird, gestattet es, daß der Kraftstoff in der Steuerkammer 46 zu dem Kraftstofftank 13 durch einen Rückführkanal 58, der sich axial durch das Ende des Gehäuseteils 36 parallel zum Einlaßkanal 52 erstreckt, zurückgeführt wird. Der Rückführkanal 48 ist durch einen Einsatz 59 mit einer Leitung 60 verbunden. Der Kraftstoff kann von der Steuerventilöffnung 57 durch geeignete innere Kanäle oder Spalte zu dem Rückführkanal 58 fließen, wobei diese inneren Kanäle oder Spalte diesen Rückfluß gestatten, der in seinem Volumen verhältnismäßig klein ist.

Das Steuerventil 56 wird geöffnet und geschlossen, um die Abgabe von Kraftstoff durch die Abgabeöffnung 23 zu steuern, wobei als Steuereinrichtung hierfür eine Elektromagnetanordnung dient, die allgemein durch das Bezugszeichen 61 bezeichnet ist. Diese Elektromagnetanordnung 61 enthält ein im wesentlichen zylindrisches Joch 62, das an einem unteren Endabschnitt mit vergrößertem Durchmesser eine Öffnung besitzt, wobei dieser untere Endabschnitt auf einem zylindrischen Teil der Verschlußplatte 35 aufgenommen ist, um so die Elektromagnetanordnung 61 in ihrer Lage zu sichern.

Die Elektromagnetanordnung 61 weist eine Magnetspule oder Magnetspulenwicklung 63 auf, die am unteren Ende eines Gehäuses oder Jochs 64 angeordnet ist, welches einen Anker umgibt und integral einstückig mit dem Joch 62 ausgebildet ist. Der Anker ist mit einer Bohrung versehen, in der gleitbar ein Kolben 65 des Steuerventils 56 gelagert ist. Eine Blattfeder 66 wird durch das Joch 64 getragen und stützt sich gegen das obere Ende des Kolbens 56 ab, um das Steuerventil 56 in seine Schließstellung vorzuspannen.

Es wird darauf hingewiesen, daß das Joch 64 einen kleineren Durchmesser als die zugehörige Bohrung 67 des Gehäuseteils 36 aufweist, um so einen Spalt zwischen diesen Teilen zu belassen, der als Kühlmittel rund um die Magnetspulenwicklung 63 wirkt.

Wie früher erläutert, wird durch diesen Kühlmantel hindurch Kraftstoff von der Niederdruck-Förderpumpe 14 durch die Leitung 18 zirkuliert. Die Leitung 18 ist mit einem Einsatz 68 verbunden, der an dem Gehäuseteil 36 befestigt ist, und kommuniziert mit einer Leitung 69, die in diesem ausgebildet ist, um Kraftstoff zu diesem Kühlmantel zuzuführen. Der Kraftstoff, der so zirkuliert wird, wird durch den Kanal 58 und den Einsatz 59 zurückgeführt, die ebenfalls den Kraftstoff zurückführen, der aus der Steuerkammer 46 abgeführt wird, wenn das Steuerventil 56 geöffnet ist, worauf bereits hingewiesen wurde.

Die Spannung der Feder 66 wird durch einen festen Anschlagstift 71 (Fig. 5), der in Eingriff ist mit einem Ende der Blattfeder 66, sowie einen einstellbaren Anschlag 72 eingestellt, der mit dem anderen Ende in Eingriff ist. Der einstellbare Anschlag 72 besitzt einen Gewindeabschnitt 73, der in eine Kontermutteranordnung 74 eingeschraubt ist, um die Vorspannung auf die Feder 66 einzustellen.

Der Schaltkreis zum Anregen der Spule 63 der Elektromagnetanordnung 61 zum Öffnen des Steuerventils 56 enthält ein Paar Endklemmen 75, die sich durch das obere Ende des Gehäuseteils 36 erstrecken, mit elektrischen Hülsenverbindern 76, die auf den Klemmen 75 in elektrischem Kontakt mit diesen zwischen einem jeweiligen Mutternpaar 77 gehalten sind, um so eine Verbindung zu einer entsprechenden Leitung eines Schaltkreises mit einem Ventiltreiber herzustellen. Drähte 78 sind mit den Klemmen 71 verbunden, um den Anschluß der Wicklung 63 zu vervollständigen.

Der Zustand, der in den Figuren dargestellt ist, ist derjenige, der vorliegt, wenn die Wicklung 63 in einem nicht stromdurchflossenen Zustand ist. Wenn die Wicklung 63 stromlos ist, wird das Steuerventil 56 durch die Feder 66 in seiner Schließstellung gehalten, so daß die Sammelkammer 34 und die Steuerkammer 46 druckbeaufschlagt werden können.

Zu einem geeigneten Moment, an dem die Kraftstoffeinspritzung beginnen soll und der durch eine herkömmlich bekannte Steuerstrategie gesteuert werden kann, wird die Windung 63 von einem Erregerstrom durchflossen. Wenn dies passiert, wird der Entlastungsventilanker 56 durch den magnetischen Fluß in dem Anker der Magnetspule 61 nach oben angezogen, um so den Ventilabschnitt 65 nach oben zu bewegen und das Steuerventil 56 entgegen der Wirkung der Feder 66 zu öffnen. Der Druck in der Steuerkammer 46 fällt anschließend sehr rasch ab, und der höhere Druck des Kraftstoffes, der in der Sammelkammer 34 wirksam ist, drückt das einspritzventil 29 nach oben und gestattet, daß Kraftstoff aus der Abgabeöffnung 23 eingespritzt wird. Wenn der Kraftstoffdruck in der Sammelkammer 34 entlastet worden ist, bewegt die Feder 53 das Einspritzventil 29 in seine Schließstellung, und der Kraftstoffdruck kann sich anschließend in der Sammelkammer 34 aufbauen. Dieser Aufbau wird begonnen durch das Ende der Energieversorgung der Wicklung 63, um das Steuerventil 56 zu schließen und es dem Druck in der Steuerkammer 56 zu gestatten, sich wieder aufzubauen.

Der Aufbau der Einspritzdüse bzw. Einspritzvorrichtung 12, die insoweit erläutert wurde, kann als herkömmlich angesehen werden. Das heißt, alle Elemente und ihre Teile sind nach Lehren des Standes der Technik angeordnet und dienen hier der Erläuterung der Erfindung. Gegenüber herkömmlichen Einspritzvorrichtungen vom Sammelkammertyp werden durch die Erfindung jedoch die Verhältnisse bestimmter Elemente zueinander verändert, wie dies nachfolgend erläutert wird, um auf diese Weise Strömungskennlinien zu erreichen, wie sie den Kurven a′, b′, c′ und d′ nach Fig. 1 entsprechen. Zusätzlich zu den vorgenommenen Änderungen in den geometrischen Beziehungen der Teile untereinander wurden die Vorspannung der Feder 53 und ihre Kennlinie, die Steuerschaltung zum Anregen und Abschalten der Wicklung 63 ebenfalls in einigen Aspekten gegenüber der früheren Steuerung geändert, um diese Ergebnisse zu erzielen.

Diese Beziehungen und ihre Wirkungen können am besten unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert und verstanden werden. Diese Darstellung ist eine schematische Teilschnittdarstellung, die die verschiedenen Kräfte verdeutlicht, die auf das Einspritzventil 29 einwirken, mit der Niegung dieses zu öffnen und zu schließen. Wie sich aus Fig. 6 ergibt, ist die Öffnungskraft durch den Vektor F_o bezeichnet, und die Schließkraft ist durch den Vektor F_c bezeichnet. Außerdem sind der Kraftstoffdruck in der Sammelkammer 34 mit P_a und der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 62 mit P_b bezeichnet, wobei überdies auch ein Druck in der Verbrennungskammer P_g existiert. Ferner besteht eine Kraft der Feder 53, und diese Kraft ist gleich der Federkraft B, die gleich der Federkonstante multipliziert mit der Durchbiegung der Feder ist. Außerdem ist die anfängliche Vorspannung der Feder mit B_s bezeichnet. Die Öffnungs- und Schließkräfte können hinreichend durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:

F_o = [P_a×(A1-A2)+P_g×A2] - [B+B_s] - P_b×A1,

F_c = [P_b×A1+B+B_s] - [P_a×(A1-A2) + P_g×A2].

Nach der vorliegenden Erfindung ist der Durchmesser des Betätigungsabschnittes 48 des Einspritzventils 29 von dem üblichen Standardmaß 4,2 mm auf ungefähr 2,5 mm verringert, um so entsprechend die Querschnittsfläche zu vermindern und auch das Volumen der Steuerkammer 62 von 4,2 mm³ auf ungefähr 1,5 mm³ zu verringern. Der Durchmesser des reduzierten Abschnittes 32 des Einspritzventils 29 ist der gleiche wie bei herkömmlichen Anordnungen, jedoch ist das Verhältnis der Durchmesser bei der Erfindung nahezu auf Gleichheit bzw. 1 vermindert, da der Durchmesser A2 gleich ungefähr 1,4 mm beträgt. Die anfängliche Vorspannung der Feder 53 ist gegenüber herkömmlichen Vorspannungen von ca. 5 kg auf 1,5 kg vermindert, um den Kraftstoffdruck am Beginn des Öffnens der Einspritzöffnung gleich demjenigen zu machen, wie er herkömmlich ist. Die Federkonstante für die Feder 53 wird jedoch von 5 kg/cm auf ungefähr 40 kg/cm erhöht. Im Ergebnis dieser Beziehung und wie sich aus den obigen Formeln ergibt, wird die effektive Ventilöffnungskraft F_o bei Entlastung des Druckes P_b in der Steuerkammer 62 kleiner als die effektive Ventilschließkraft F_o, wenn der Druck P_b in der Steuerkammer 62 aufgebaut ist und wird größer.

Die Wirkung dieser Auslegung während des Leerlaufes und anderer Betriebsweisen mit niedriger Drehzahl ist aus Fig. 2 ersichtlich, in der die Kraftstoffeinspritzmengenleistung der Einspritzmengenkurve in Abhängigkeit von der Zeit (d. h. vom Kurbelwinkel) durch die Kurve a′ in Vollinien dargestellt ist. Wie ersichtlich ist, steigt die Einspritzmengenleistung nach dem Öffnen des Einspritzventils 29 zum Zeitpunkt t₁ durch Anregen der Magnetspulenwicklung 63 viel schneller an, als dies bei einem herkömmlichen Ventil der Fall ist, und zwar aufgrund der anfänglichen Federvorspannung B_s. Die tatsächliche Größe der Öffnung des Ventils ist jedoch kleiner als bei herkömmlichen Ventilen wegen der kleineren effektiven Ventilöffnungskraft F_o und dem verhältnismäßig niedrigen Kraftstoffdruck. Im Ergebnis dessen bleibt die Einspritzgeschwindigkeit bzw. Einspritzmengenleistung während dieses Einspritzkurvenmusters über die gesamte Einspritzdauer O₂ nahezu konstant. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zeitdauer TW2 der Anregung der Magnetspule 63 im wesentlichen dieselbe wie bei einer herkömmlichen Magnetspule und Ventil TW1. Die Einspritzdauer O₂ ist jedoch kürzer als herkömmlich, da das Ventil schneller schließt. Der Zeitpunkt des Schließens beider Ventile t₂ ist im wesentlichen gleich, das Ventil nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung schließt jedoch viel schneller als das aus dem Stand der Technik bekannte Ventil.

Im Hochlastbereich und bei hohen Drehzahlen (Fig. 4) nimmt die Einspritzgeschwindigkeit bzw. Einspritzmengenleistung nach der vorliegenden Erfindung weniger steil zu, als dies bei herkömmlichen Konstruktionen der Fall ist, und zwar wegen der kleineren effektiven Ventiöffnungskraft F_o, veranlaßt durch die kleinere Differenz der Querschnitte A1 und A2 und die größere Federkonstante. Somit ist es erforderlich, die Magnetspule 63 für einen längeren Zeitraum TW4 (Kurve d′ in Vollinien in Fig. 3) anzuregen, als dies bei einer herkömmlichen Anordnung für den Zeitraum TW3 (vgl. auch Kurve d in unterbrochenen Linien in Fig. 3) erforderlich ist, um dieselbe Öffnungsdauer für die Einspritzventilöffnung zu erreichen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß das Einspritzventil 29 sehr viel schneller schließt, da das kleinere Volumen der Steuerkammer 62 einen sehr viel schnelleren Druckanstieg herbeiführt und weil die größere Federkonstante eine größere effektive Ventilschließkraft F_o verursacht. Somit ist deutlich, daß die Spitzenrate an Kraftstoffeinspritzung am Ende des Einspritzzyklus bereitgestellt wird (Vollinienkurve d′ in Fig. 3) und nicht mehr in der Mitte des Einspritzzyklus, wie dies bei einer herkömmlichen Anordnung der Fall ist (vgl. Kurve d in unterbrochenen Linien in Fig. 3). Daher kann unter allen Betriebsbedingungen eine bessere Kraftstoffzuführungskennlinie erzielt werden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vorgenannten Ergebnisse durch die Veränderung der verschiedenen Durchmesser der Teile bzw. Abschnitte des Einspritzventils 29, der Federvorspannung sowie der Federstärke und -geschwindigkeit erreicht worden, ohne daß die Erfindung hierauf beschränkt wäre. Sie umfaßt vielmehr auch die dem Fachmann aus den vorgenannten Angaben ersichtlichen äquivalenten Maßnahmen, die zum selben Ergebnis führen.

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung vom Sammelkammer-Typ mit einer Anordnung die sicherstellt, daß die Einspritzeinrichtung eine verhältnismäßig konstante Mengenleistung an Kraftstoffeinspritzung unter Niedriglast/ Niedrigdrehzahl-Bedingungen vornimmt, während eine Förderleistung unter Hochlast/Hochdrehzahl-Bedingungen ihren Spitzenwert im Endabschnitt des Öffnungszyklus des Einspritzventils erreicht. Diese Wirkung wird durch Änderung der Wirkflächen verschiedener Teile des Einspritzventils bzw. anderer Parameter der Einspritzvorrichtung, wie z. B. der Vorspannung der Vorspannfeder und der Geschwindigkeit oder Stärke der Vorspannfeder, erreicht.

Claims (8)

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer Sammelkammer für unter Druck stehenden Kraftstoff, einer Abgabeöffnung zum Verbinden der Sammelkammer mit einer Brennkraftmaschine, um Kraftstoff in diese einzuspritzen, einem Einspritzventil zum Steuern der Verbindung der Sammelkammer mit der Abgabeöffnung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine, einer Steuerkammer, die mit der Sammelkammer verbunden ist, um von dieser Kraftstoff unter Druck aufzunehmen, wobei das Einspritzventil einen Abschnitt aufweist, der in der Steuerkammer aufgenommen ist, um das Einspritzventil in seine Schließstellung unter dem Einfluß des Kraftstoffdruckes in der Steuerkammer vorzuspannen, einer Steuereventileinrichtung zum abfolgenden Entlasten des Druckes in der Steuerkammer zum Öffnen des Einspritzventils und anschließender Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine von der Abgabeöffnung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um im wesentlichen eine konstante Einspritzmenge pro Zeiteinheit an Kraftstoff unter Niedrigdrehzahl/Niedriglast-Betriebsbedingungen während eines Einspritzzyklus einzuspritzen und um einen Spitzenwert der Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit für die Kraftstoffeinspritzung unter Betriebsbedingungen mit höherer Drehzahl und höherer Belastung im Endabschnitt des Einspritzzyklus vorzunehmen.

2. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzmengen pro Zeiteinheit durch Beibehalten eines verhältnismäßig kleinen Verhältnisses zwischen der Fläche (A1) des Abschnittes des Einspritzventils (29) in dem Steuerabschnitt und der Fläche (A2) des Einspritzventils (29), die die Strömung durch die Abgabeöffnung (23) steuert, erreicht ist.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzmengen pro Zeiteinheit außerdem gesteuert werden durch Beibehalten eines verhältnismäßig kleinen Volumens der Steuerkammer (46).

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Vorspannfedereinrichtung (53) zum Vorspannen des Einspritzventils (29) in seine Schließstellung.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einrichten der Einspritzmengen pro Zeiteinheit eine verhältnismäßig niedrige Vorspannung auf die Vorspannfedereinrichtung (53) vorsieht.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzmengen pro Zeiteinheit eine verhältnismäßig hohe Federgeschwindigkeit bzw. Antwortcharakteristik für das Einspritzventil (29) vorsieht.

7. Einspritzeinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Federvorspanneinrichtung (53) zum Vorspannen des Einspritzventils (29) in seine Schließstellung.

8. Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung durch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung in ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung während eines Einspritzzyklus in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des zugehörigen Motors derart erfolgt, daß im Bereich geringer Belastung und niedriger Drehzahl nach raschem Anstieg eine gleichmäßige Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit im wesentlichen während des gesamten Einspritzzyklus eingespritzt wird, während im Bereich hoher Drehzahlen und hoher Belastungen während eines Einspritzzyklus ein allmählicher Anstieg der Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit bis zu einem Spitzenwert im Bereich des Endes des Einspritzzyklus erfolgt.