EP0282508B1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine dieselbrennkraftmaschine mit voreinspritzung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine in der jeweils eine Ein­spritzdüse über eine Druckleitung an einer Brennstoffpumpe angeschlossen ist, die Brennstoffpumpe einen Zylinder mit mindestens einer Brennstoffleitung für den Zu- und Abfluss von Brennstoff und einen Pumpenraum sowie einen Pumpenkolben aufweist, wobei der Pumpenkolben mindestens einen mit dem Pumpenraum verbundenen Ringraum mit zwei Steuerkanten und der Zylinder eine zugehörige Entlastungsbohrung zur Unter­brechung des Druckaufbaues im Pumpenraum aufweist, der Pum­penkolben mit einer vom Brennstoffsystem unabhängigen, mit einem Druckmittel betriebenen Antriebseinheit verbunden ist, und diese Antriebseinheit eine Axialkolbeneinheit, eine Druckquelle und eine Steuereinrichtung aufweist.
• Brennstoffeinspritzvorrichtungen dieser Art finden bei Brennkraftmaschinen Verwendung, bei welchen der Hauptein­spritzphase eine Voreinspritzung vorgelagert ist. Dadurch lässt sich bekanntlich die Belastung der Motorenbauteile reduzieren und der Verbrennungsprozess in der Brennkraft­maschine verbessern. Aus der US-PS Nr. 4 426 198 ist eine derartige Einspritzvorrichtung bekannt, wobei diese Ein­richtung einen Kolben mit einer schrägen Steuerkante auf­weist und von einer Nockenwelle angetrieben ist. Das Pumpen­gehäuse ist in bekannter Weise mit einer Brennstoffkammer versehen, in welche Einlassbohrungen für den Brennstoff mün­den, und von welcher eine Druckleitung zur Einspritzdüse ausgeht. Die Stirnfläche des Pumpenkolbens und die Kanten eines Ringraumes am Kolbenmantel bilden Steuerkanten und wirken in bekannter Weise mit den Einlassbohrungen zusammen. Unterhalb des ersten Ringraumes mit der Schrägkante, welcher mit der Brennstoffkammer verbunden ist, ist ein zweiter Ringraum angeordnet. Dieser Ringraum steht ebenfalls mit der Brennstoffkammer der Pumpe, d.h. dem Pumpenraum, in Verbin­dung. Im Pumpengehäuse ist eine Entlastungsbohrung angeord­net, welche mit der Abflussleitung für den Brennstoff ver­bunden ist. Bei Beginn des Pumpenhubes werden die Zufluss­leitungen für den Brennstoff und die Entlastungsbohrung durch den Kolben verschlossen und im Pumpenraum Druck aufge­baut. Dieser Druck wird wieder abgebaut, sobald der untere Ringraum die Entlastungsbohrung freigibt, wodurch auch der Einspritzvorgang unterbrochen wird. Die Dauer der Unterbre­chung ist von den Abmessungen des zweiten Ringraumes und der Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung des Kolbens abhängig. Die Unterbrechung erfolgt zu einem Zeitpunkt, zu welchem der Kolben bereits eine relativ grosse Geschwindigkeit aufweist. Die Nockenscheibe beschleunigt und bewegt den Kolben weiter, und es geht Bewegungsweg des Kolbens verloren. Damit der im Pumpenraum verdrängte Brennstoff abfliessen kann, müssen der Ringraum und die Entlastungsbohrung relativ grosse Abmessun­gen aufweisen, was zu erhöhter Leckage führt.
• Sobald die Entlastungsbohrung vom Kolbenmantel wieder ge­schlossen wird, entsteht infolge der hohen Kolbengeschwin­digkeit ein Druckstoss, welcher auf die Nockenwelle übertra­gen wird und zu zusätzlichen, nachteiligen Belastungen der­selben führt. Die vom Pumpendruck erzeugten hohen Kräfte, z.B. bei 2000 bar Einspritzdruck, bewirken Torsionsschwin­gungen, die den Einspritzbeginn infolge Druckverlaufsabwei­chungen dynamisch um mehrere Grad Kurbelwinkel verschieben, Bei hohen Geschwindigkeiten des Kolbens und insbesondere bei schnell laufenden Motoren treten weitere Nachteile auf, in­dem die Entlastungsbohrung vom zweiten Ringraum so rasch überfahren wird, dass der Druckabbau nicht mehr richtig ab­läuft. Bei grossen Motoren sind die auf die Nockenwelle wir­kenden Kräfte derart gross, dass besondere Massnahmen not­werdig und die Konstruktionen der Wellen und Nocken sehr teuer werden. Die wirkenden Kräfte und die Bewegungsgeschwindigkeiten der Pumpenkolben beschränken die Hubwege des Kolbens und auch den in der Pumpenkammer maximal erzeugbaren Druck.
• Aus der Schrift FR-A-2 496 170 ist eine Brennstoffpumpe be­kannt, bei welcher der Pumpenkolben von einem mit Druckmit­tel beaufschlagten Antriebskolben angetrieben wird. Als Druckmittel für den Antrieb des Antriebskolbens wird die Verwendung einer Flüssigkeit oder eines Gases vorgeschlagen. Die Bewegungen des Antriebskolbens werden in bekannter Weise über ein Mehrwegventil in der Druckmittelzuleitung ge­steuert. Dem Mehrwegventil ist ein Druckmittelspeicher vorgelagert. Eine elektrische Steuereinrichtung verarbeitet Messignale aus dem Verbrennungsraum und von der Kurbelwelle des Motors und erzeugt Steuersignale für das Steuerventil in der Druckmittelzuleitung. Der Hub des Pumpenkolbens wird durch den Hub des Antriebskolbens bestimmt, d.h. mittels der elektrischen Steuereinrichtung. Da diese Steuerung sehr un­genau ist, weist der Pumpenkolben zwei schräge Steuerkanten auf, und im Pumpenzylinder sind eine Einlassbohrung und eine Auslassbohrung für den Brennstoff angeordnet. Diese beiden Bohrungen werden durch die beiden Steuerkanten am Pumpenkol­ben geöffnet und/oder geschlossen. Durch Verdrehen des Pum­penkolbens um die Längsachse kann in bekannter Weise die von der Pumpe zur Düse geförderte Brennstoffmenge pro Hub verän­dert werden. Diese Steuerung ist mit den bekannten Mängeln behaftet, und es wird nur der Beginn und das Ende des Ein­spritzvorganges gesteuert. Eine Unterbrechung des Hubvorgan­ges zur Erzeugung einer Voreinspritzung ist in der prakti­schen Ausführung nicht möglich, da die Steuervorgänge über den Antriebskolben viel zu ungenau und zu langsam sind. Das ganze System des Antriebskolbens und des Druckmittels wirkt zudem als Feder, was zu unerwünschten Verzögerungen oder Be­schleunigungen des Pumpenkolbens führt. Es besteht auch die Gefahr, dass Druckstösse im Pumpenraum zu Schwingungen im Druckmittelsystem führen. Derartige Stösse und Schwingungen stören die Steuervorgänge und führen zu Defekten an den Steuerungen und Leitungen. Bei hohen Motorgeschwindigkeiten oder hohen Einspritzdrücken sind die Verzögerungen zwischen den Messungen am Motor und den Bewegungskorrekturen am An­triebskolben in der Pumpe viel zu gross, wodurch die Ein­spritzvorgänge ungenau werden. Dies führt zu Leistungsverlu­sten und erhöhten Schadstoffbelastungen.
• Eine der vorliegenden Erfindung ähnliche Brennstoffpumpe, die jedoch heine Voreinspritseirichtung aufweist, ist in der Patentanmeldung W088/02068 beschrieben, die das gleiche Prioritäts datum hat wie vorliegende Erfindung.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoff­einspritzvorrichtung zu schaffen, welche auch bei Einspritz­vorgängen mit Voreinspritzung die Verwendung eines von Druckmittel beaufschlagten Antriebes ermöglicht, bei welcher die Kolbengeschwindigkeit während der Unterbrechungsphase reduziert und der gesamte Hubweg des Pumpenkolbens vergrös­sert und gleichzeitig der Einspritzdruck erhöht werden kann. Der Antrieb soll so schnell geschaltet werden können, dass die Bewegungen des Pumpenkolbens steuerbar sind. Im weiteren soll die Einrichtung die genaue Unterbrechung der Einspritz­phase auch bei schnell laufenden Motoren ermöglichen und die Veränderung der Voreinspritz-, der Unterbrechungs- und der Haupteinspritzphase abhängig vom Betriebszustand zulassen. Die Einrichtung soll auch eine mechanische Notlaufeinrich­tung aufweisen.
• Die Einrichtung zur Lösung dieser Aufgaben ist dadurch ge­kennzeichnet, dass eine erste Steuereinrichtung einen Haupt­schieber und einen Hilfsschieber für das Druckmittel um­fasst, Haupt- und Hilfsschieber je einen Rückstellkolben aufweisen, diese Rückstellkolben über eine Leitung mit dem Pumpenraum verbunden und von Brennstoff beaufschlagt sind, in der Brennstoffleitung an der Pumpe eine zweite Steuerein­richtung mit einem Ueberström-/Saugventil und mindestens einem Unterbrecherventil angeordnet ist, und das Ueberström-/Saugventil eine Schaltkolbeneinheit aufweist, deren Kolben­raum über eine erste Leitung mit der Entlastungsbohrung am Pumpenzylinder und dem Pumpenraum sowie über eine zweite Leitung mit dem Unterbrecherventil und anschliessend der Brennstoffleitung verbunden ist.
• Nach der Erfindung weist die von einem Druckmittel beauf­schlagte Antriebseinheit eine erste Steuereinrichtung mit einem Haupt- und Hilfsschieber auf, welche den Zu- und Ab­fluss von Druckmittel zur Axialkolbeneinheit regeln. Dieses Druckmittelsystem ist vom Brennstoffsystem getrennt und lässt die Verwendung von besonders geeigneten Druckmitteln, z.B. Hochdruck-Hydrauliköl zu. Das Brennstoffsystem der Brennstoffpumpe und das Druckmittelsystem der Axialkolben­einheit sind voneinander unabhängige Systeme, welche nur über die Rückstellkolben der ersten Steuereinrichtung mit­einander verknüpft sind. Die Haupt- und Hilfsschieber der ersten Steuereinrichtung weisen Rückstellkolben auf, welche mit dem Pumpenraum verbunden sind und von Brennstoff beauf­schlagt werden. Diese Verbindungsleitung vom Pumpenraum zu den Rückstellkolben der Steuereinrichtung ermöglicht eine direkte Beeinflussung des Druckmittelsystems durch das Brennstoffsystem. Je nach Stellung des Pumpenkolbens, bzw. der daran angeordneten Steuerkanten, wird die erste Steuer­einrichtung zu einem gewünschten Zeitpunkt von unter Hoch­druck stehendem Brennstoff beaufschlagt und das Druckmittel­system der Axialkolbeneinheit gesteuert. Die zweite im Brennstoffsystem angeordnete Steuereinrichtung erlaubt die Steuerung des Zu- und Abflusses von Brennstoff und gleich­zeitig die Beeinflussung der ersten Steuereinrichtung in Abhängigkeit vom Druck im Pumpenraum. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Phasen des Einspritzvorganges direkt mit Hilfe des Brennstoffdruckes und der Kolbenbewegung ge­steuert sind. Die Entlastungsbohrungen im Pumpenzylinder dienen nur der Uebertragung von Druckstössen und die Ein­richtung lässt deshalb sehr hohe Kolbengeschwindigkeiten und die Verwendung aller Brennstoffarten zu. Als weiterer Vor­teil ist mittels des Unterbrecherventils an der zweiten Steuereinrichtung die Länge der Unterbrechungsphase während der Einspritzphase veränderbar.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder der Pumpe im oberen Bereich mindestens eine Brennstoffspeiseleitung zum Pumpenraum und im Bewegungsbereich des Kolbens eine erste Entlastungs­bohrung und eine zweite, unterhalb der ersten angeordneten Entlastungsbohrung aufweist, diese Entlastungsbohrungen Tei­le der Leitungen zwischen dem Pumpenraum und den Rückstell­kolben sowie der Schaltkolbeneinheit sind und am Mantel des Pumpenkolbens drei Ringräume mit je zwei Steuerkanten ange­ordnet und über einen Kanal mit dem Pumpenraum verbunden sind. In weiterer Ausgestaltung ist zwischen dem Kolbenraum des Rückstellkolbens am Hilfsschieber und dem Kolbenraum des Rückstellkolbens am Hauptschieber eine Verbindungsleitung mit einem Rückschlagventil angeordnet, und der Kolbenraum des Rückstellkolbens am Hilfsschieber ist über eine weitere Leitung mit dem Kolbenraum des Schaltkolbens der zweiten Steuereinrichtung verbunden. Die Anordnung von drei Ringräu­men mit Steuerkanten am Pumpenkolben und von zwei Entla­stungsbohrungen am Pumpenzylinder ermöglicht die richtige Ansteuerung des Haupt- und Hilfsschiebers an der ersten Steuereinrichtung sowie der Schaltstellen in der zweiten Steuereinrichtung. Zusätzliche Unterbrüche der Einspritzpha­se lassen sich durch die Anordnung von weiteren Ringräumen mit Steuerkanten erreichen. Die Entlastungsbohrung und die Ringräume dienen nur der Uebertragung von Druckstössen und können, da die Durchflussmengen sehr gering sind, kleine Ab­messungen aufweisen.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­dung weist der Hauptschieber drei durch Sperrsitze voneinan­der getrennte Ringräume und zwei miteinander verbundene Schieberkörper und der Hilfsschieber zwei durch einen Sperrsitz getrennte Ringräume und einen Schieberkörper auf, wobei zwischen dem mittleren Ringraum des Hauptschiebers und einem der Ringräume des Hilfsschiebers eine Verbindungslei­tung angeordnet ist, eine Druckleitung und eine Rücklauflei­tung zu je einem der anderen Ringräume des Hauptschiebers geführt, und der zweite Ringraum des Hilfsschiebers über eine Leitung mit der Axialkolbeneinheit verbunden ist. Eine weitere Verbesserung der Brennstoffeinspritzvorrichtung lässt sich dadurch erreichen, dass in einer ersten Schalt­stellung des Hauptschiebers ein Schieberkörper die Drucklei­tung sperrt und die Rücklaufleitung mit der Verbindungslei­tung zu einem der Ringräume des Hilfsschiebers verbunden ist, und in einer zweiten Schaltstellung der andere Schie­berkörper die Rücklaufleitung sperrt und die Druckleitung mit der Verbindungsleitung zum Hilfsschieber verbunden ist. Zweckmässig weist der Schieberkörper des Hilfsschiebers eine Drosselbohrung auf, und diese Drosselbohrung verbindet die beiden Ringräume bei geschlossenem Sperrsitz miteinander.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Schaltstellung des Hilfsschiebers der Schieberkörper den Sperrsitz frei gibt und die Leitung zur Axialkolbeneinheit direkt mit der Ver­bindungsleitung zum Hauptschieber verbunden ist, und in einer zweiten Schaltstellung der Schieberkörper die Leitung zur Axialkolbeneinheit sperrt und über die Drosselbohrung zwischen den beiden Ringräumen einen beschränkten Durch­flusskanal bildet.
• In der ersten Schaltstellung strömt das volle Volumen zur Axialkolbeneinheit und bewegt den Kolben mit der normalen Geschwindigkeit. Die zweite Schaltstellung nimmt der Hilfs­schieber ein, wenn der erste Ringraum am Pumpenkolben mit der ersten Entlastungsbohrung am Pumpenzylinder zusammen­wirkt. Der unter Druck stehende Brennstoff verschiebt den Hilfsschieber über den Rückstellkolben. Die im Schieberkör­per des Hilfsschiebers angeordnete Drosselbohrung lässt in dieser Stellung nur einen reduzierten Volumenstrom von der Druckmittelquelle zur Axialkolbeneinheit zu. Dadurch wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Pumpenkolbens reduziert, wobei die Reduktion durch Veränderung des Drosselquer­schnittes steuerbar ist. Daraus folgt der Vorteil, dass während der Unterbrechungsphase der Einspritzung praktisch kein Hubvolumen, bzw. Arbeitsweg des Pumpenkolbens verloren geht.
• Weitere Verbesserungen der Brennstoffeinspritzvorrichtung ergeben sich dadurch, dass die zweite Steuereinheit zwei Unterbrecherventile aufweist, beide Ventile mit je einem Steuerkolben versehen sind, zwischen dem Ventilraum eines der Unterbrecherventile und dem Kolbenraum dieses Unterbre­cherventiles eine Verbindungsleitung vorhanden, und in die­ser Verbindungsleitung ein Hilfsventil angeordnet ist. Im weiteren ist der Kolbenraum des zweiten Unterbrecherventiles über eine Leitung mit der unteren Entlastungsbohrung am Pum­penzylinder verbunden, und eine Feder öffnet das Ventil in drucklosem Zustand. In bevorzugter Weise ist das zweite Un­terbrecherventil mit einer aus der Steuereinheit herausge­führten Spindel versehen. Der Kolben des Hilfsventiles ist mit einer Feder belastet und in drucklosem Zustand steht das Ventil offen, wobei der Kolbenraum des Ventils über eine Leitung mit der Verbindungsleitung zwischen Haupt- und Hilfsschieber verbunden und in dieser Leitung ein Schaltven­til mit einer Verbindung zur Rücklaufleitung eingebaut ist.
• Die beiden Unterbrecherventile, bzw, deren Kolbenräume, sind über Leitungen mit dem Brennstoffsystem und dem Pumpenraum verbunden und werden durch Druckstösse gesteuert. Dabei sind diese beiden Ventile so geschaltet, dass normalerweise eines offen und das andere geschlossen ist. Diese Anordnung er­laubt sehr schnelle Schaltungen, da während der Oeffnungsbe­wegung des einen Unterbrecherventiles das andere bereits ge­schlossen werden kann und umgekehrt. Zudem bleiben die zwei­te Steuereinheit und die Pumpe funktionsfähig, auch wenn die Steuerelemente ausfallen. Anstelle der oder ergänzend zur hydraulischen Ansteuerung lassen sich die Unterbrecherventi­le auch indirekt mechanisch oder elektrisch ansteuern. Die direkte hydraulische Steuerung weist den Vorteil auf, dass keine zusätzlichen Schaltmedien notwendig sind und dadurch die Fremdeinflüsse auf die Steuerung reduziert werden. Das Schaltventil, welches das Hilfsventil steuert ist ein Hy­draulikventil, welches in bekannter Weise elektrisch betä­tigt wird. Die elektrischen Signale werden in bekannter Wei­se vom Kurbeltrieb, dem Impulsgeber oder anderen leistungs­abhängigen Messstellen erzeugt. Für die Steuerung des Hy­draulikventiles ist auch eine Nockensteuerung geeignet.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der mit der Brennstoffableitung verbundenen Bohrung in der zwei­ten Steuereinrichtung ein Rückschlagventil angeordnet, und dieses Rückschlagventil sperrt die zum Unterbrecherventil führende Bohrung ab und weist einen freien Durchlass in Richtung der mit der Brennstoffleitung verbundenen Bohrung auf. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass Druckschläge, welche in der mit der Brennstoffleitung verbundenen Bohrung auftreten, nicht auf die Unterbrecherventile einwirken kön­nen. Dadurch wird ein ungewolltes Oeffnen dieser Ventile verhindert.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Schieber­körper des Hauptschiebers mit einer Schubstange verbunden, mindestens ein Teil der Schubstange bildet den Kern einer Magnetspule, und diese Magnetspule ist mit einem elektri­schen Impulsgeber verbunden und/oder die Schubstange ist Teil einer mechanischen Sperreinrichtung ist und diese Sperreinrichtung legt die Schubstange und die Schieberkörper des Hauptschiebers in einer Steuerstellung fest.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Nockenwellen-Steuerung mit der er­sten Steuereinrichtung im Hydrauliksystem in Verbindung steht, und eine Nockenscheibe dieser Nockenwellen-Steuerung auf die Schubstange der Steuereinrichtung einwirkt. Bei die­ser Anordnung kann eine Nockenwelle von geringer Masse ein­gesetzt werden, da sie nur Steuerelemente bewegen muss. Dies im Gegensatz zu Einspritzvorrichtungen, bei welchen die Nockenwelle direkt die Pumpenkolben antreibt, und die einer schweren und aufwendigen Konstruktion bedürfen. Die Steuer­nockenwelle wirkt direkt auf die Schubstange des Hauptschie­bers und dient als Betätigungsorgan des Hauptschiebers oder als Notsteuerung bei Ausfall der Magnetspule. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kolben der Axialkolbeneinheit doppeltwirkend und weist eine volle und eine reduzierte Kolbenfläche auf und die Druckmit­telzuleitung zu dem Arbeitsraum der Axialkolbeneinheit, wel­cher der voll beaufschlagten Kolbenfläche zugeordnet ist, ist über die Steuereinrichtung zur Druckquelle und eine Druckmittelzuleitung von einem Ringraum der Axialkolbenein­heit welcher der reduzierten Ringfläche des Kolbens zugeord­net ist, direkt zur Druckquelle geführt.
• Beim Betrieb der erfindungsgemässen Brennstoffeinspritzvor­richtung wird der Pumpenkolben mittels einer an sich be­kannten Steuereinrichtung von der Motorenleistung abhängig um seine Längsachse verdreht und in eine Stellung gebracht, bei welcher die Steuerkanten die Einspritzung der gewünschen Brennstoffmenge bewirken. Der Start des Einspritzvorganges wird über die erste Steuereinrichtung im Druckmittelsystem mittels eines elektrischen Impulses über die Magnetspule oder mittels der Steuernockenwelle bewirkt. Die erste Steuereinrichtung gibt den Druckmittelzufluss zur Axialkol­beneinheit frei und diese bewegt den Pumpenkolben, wobei der Brennstoff im Pumpenraum unter Druck gesetzt wird. Bei einem bestimmten Druck öffnet das Steuerventil zur Einspritzdüse, und der Brennstoff wird unter Druck bis zu 2000 bar in die Dieselbrennkraftmaschine eingespritzt. Sobald der Pumpenkol­ben den Weg zwischen der Steuerkante an der oberen Endfläche und der oberen Steuerkante am ersten Ringraum zurückgelegt hat wird der Pumpenraum über die erste Entlastungsbohrung und die Verbindungsleitungen mit den beiden Steuereinrich­tungen gekoppelt, und der plötzliche, sich mit Schallge­schwindigkeit ausbreitende Druckstoss bewirkt über die Rück­stellkolben in der ersten Steuereinrichtung ein Rückstellen des Hilfsschiebers und sperrt dadurch den Hauptstrom von Druckmittel zur voll beaufschlagten Kolbenfläche der Axial­kolbeneinheit. Der Vorschub des Axial- und des Pumpenkolbens erfolgt nur noch mittels des reduzierten Druckmittelstromes über die Drosselbohrung des Hilfsschiebers. Gleichzeitig wirkt der Druckstoss auf die Schaltkolbeneinheit der zweiten Steuereinrichtung und öffnet das Ueberström-/Saugventil. Dadurch entspannt sich der im Pumpenraum herrschende Druck über die Speiseleitung in die Brennstoffableitung, und der Einspritzvorgang wird unterbrochen. Wird der erste Ringraum am Mantel des Pumpenkolbens schräg angeordnet, lässt sich die Voreinspritzphase in bekannter Weise durch Verdrehen des Kolbens um die Längsachse verstellen. Sobald die untere Steuerkante des ersten Ringraumes die Entlastungsbohrung passiert hat, ist der Pumpenkolben für die Fortsetzung der Einspritzung bereit und bewegt sich mit reduzierter Ge­schwindigkeit. Zu einem gewünschten Zeitpunkt wird das ge­schlossene Unterbrecherventil geöffnet und dadurch der Kol­benraum der Schaltkolbeneinheit entlastet. Dies hat zur Fol­ge, dass der Rückstellkolben am Hilfsschieber der ersten Steuereinheit ebenfalls entlastet wird und der federbelaste­te Schieber in seine erste Schaltstellung zurückgeschoben wird. Dadurch trifft wieder der volle Volumenstrom von Druckmittel-auf den Axialkolben, und die Bewegung des Pum­penkolbens wird mit voller Geschwindigkeit fortgesetzt. Das Ueberström-/Saugventil schliesst sofort und im Pumpenraum wird wieder Druck aufgebaut. Beim gewünschten Einspritzdruck öffnet das Steuerventil die Zuleitung zur Einspritzdüse, und die Haupteinspritzphase beginnt. Während dieser Phase wird das Unterbrecherventil in der zweiten Steuereinrichtung wie­der geschlossen.
• Sobald die obere Steuerkante des zweiten Ringraumes die er­ste Entlastungsbohrung erreicht, wird das Ueberström-/Saug­ventil in beschriebener Weise erneut geöffnet und die Haupt-Einspritzphase aigebrochen. Der dritte Ringraum am Pumpenkolben ist parallel zum zweiten angeordnet, und die oberen Steuerkanten der beiden Ringräume weisen den gleichen Abstand voneinander auf wie die erste und die zweite Entla­stungsbchrung. Weber die Verbindungsleitungen tritt deshalb der Druckstoss gleichzeitig auf die beiden Rückstellkolben des Hilfs- und des Hauptschiebers an der ersten Steuerein­richtung sowie auf die Schaltkolbeneinheit der zweiten Steuereinrichtung. Der Hauptschieber öffnet den Rücklauf im Druckmittelsystem, was zur Folge hat, dass mit dem Oeffnen des Ueberström-/Saugventiles im Brennstoffsystem auch der Axialkolben sofort stoppt und zurückfährt. Dies gewährlei­stet den sofortigen Verschluss der Einspritzleitung und verhindert ein Nachpumpen. Der Pumpenkolben und der Axial­kolben werden in ihre Ausgangsstellungen im unteren Totpunkt gestossen. Im unteren Totpunkt des Pumpenkolbens liegt die Steuerkante an der oberen Endfläche des Kolbens unter der ersten Entlastungsbohrung. Damit steht das ganze Brennstoff­system einschliesslich der Rückstellkolben unter dem glei­chen Druck. Der Hilfsschieber fährt ebenfalls in seine Aus­gangslage, und die Steurereinrichtungen stehen für den näch­sten Arbeitstakt bereit.
• Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung ist der Hub des Pum­penkolbens nicht durch mechanische Elemente beschränkt. Der Kolben kann deshalb einen kleineren Durchmesser und einen grösseren Hub als die bekannten Vorrichtungen aufweisen. Da­durch ergibt sich mehr Raum für die Steuerkanten, was die Herstellung und die Einstellung vereinfacht. Infolge der vo­lumetrischen Bestimmung der eingespritzten Brennstoffmenge ist diese Brennstoffeinspritzvorrichtung ausserordentlich genau. Der Start des Einspritzvorganges lässt sich durch be­kannte und erprobte Mittel genau festlegen und an die erste Steuereinrichtung übertragen. Durch die Trennung des Brenn­stoffsystems vom Druckmittelsystem ist der Einsatz von spe­ziellen Hydraulikölen oder anderen Druckmitteln möglich, welche die bei Brennstoffeinspritzvorrichtungen gewünschte hohe Lebensdauer gewährleisten. Die Verbindung der Schräg­kantensteuerung am Pumpenkolben mit einer druckmittelbeauf­schlagten Antriebseinheit ergibt eine sehr hohe Betriebssi­cherheit und konstruktive Unabhängigkeit. Ein grosser Vor­teil dieser Brennstoffeinspritzvorrichtung besteht zudem darin, dass sämtliche Bauelemente axial zueinander angeord­net werden können, und bei Anordnung von mehreren Einspritz­vorrichtungen jede von der anderen unabhängig ist. Die schweren und aufwendigen Antriebsnockenwellen entfallen vollständig, was insbesondere bei grossen und schnell lau­fenden Dieselmotoren wesentlich ist. Trotzdem ist die Not­steuerung über Nockenwellen-Steuerungen mit einer leichten Nockenwelle gewährleistet.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­spielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 die erfindungsgemässe Brennstoffeinspritzvorrich­tung in schematischer Darstellung mit teilweise im Schnitt dargestellten Bauelementen
• Fig. 2 einen Längsschnitt durch die erste Steuereinrich­tung mit mechanischer Sperreinrichtung und der Nockenwellen-Steuerung
• Fig. 3 einen Längsschnitt durch die zweite Steuerein­richtung mit zwei Unterbrecherventilen, einem Hilfsventil und einem zusätzlichen zwischen die beiden Steuereinrichtungen geschalteten Steuer­ventil.
• Die in Figur 1 dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung weist eine Brennstoffpumpe 3, eine Axialkolbeneinheit 28, eine erste Steuereinrichtung 38, eine zweite Steuereinrich­tung 50 und eine Einspritzdüse 1 auf. Die Brennstoffpumpe 3 umfasst einen Pumpenzylinder 4, einen Pumpenraum 6, einen Pumpenkolben 7 sowie eine Brennstoffleitung, welche aus der Brennstoffzuleitung 14, dem Rückschlagventil 16, dem Brenn­stoffkanal 5, der Durchströmleitung 66, der Speiseleitung 13 und der Brennstoffableitung 15 besteht. Am oberen Ende des Pumpenzylinders 4 ist eine Druckleitung 2 angeordnet, welche ein Steuerventil 17 beinhaltet und zur Einspritzdüse 1 führt. Die Speiseleitung 13 ist am oberen Ende des Pum­penraumes 6 in diesen eingeführt. Der Pumpenkolben 7 weist an seinem Mantel mehrere Ringräume 18, 19, 20 auf, welche über einen Kanal 10 mit dem Pumpenraum 6 in Verbindung ste­hen. Der erste Ringraum 18 weist Steuerkanten 22, 23, der zweite Ringraum 19 Steuerkanten 24, 25 und der dritte Ringraum 20 die Steuerkante 26 auf. Die obere Endfläche 9 des Pumpenkolbens 7 bildet eine erste Steuerkante 21. Im Pum­penzylinder 4 sind eine erste Entlastungsbohrung 11 und eine zweite Entlastungsbohrung 12 angeordnet. Wenn sich der Pumpenkolben 7 im unteren Totpunkt befindet, mündet die er­ste Entlastungsbohrung 11 oberhalb der oberen Endfläche 9 des Pumpenkolbens 7 in den Pumpenraum 6. Die zweite Entla­stungsbohrung 12 ist zur ersten Entlastungsbohrung 11 mit einem Abstand angeordnet, welcher dem maximalen Hub des Pumpenkolbens 7 entspricht. Der Pumpenkolben 7 ist im wei­teren um sein Längsachse 8 drehbar, wozu eine bekannte Verstelleinrichtung 125 vorgesehen ist. Im weiteren ist der Pumpenkolben 7 an seinem unteren Ende mit der Axialkolben­einheit 28 einer Antriebseinheit 27 verbunden.
• Die Axialkolbeneinheit 28 besteht aus einem Zylinder 29 so­wie einem doppeltwirkenden Axialkolben 30 und ist über Druckmittelleitungen 35, 36 mit einer ebenfalls zur An­triebseinheit 27 gehörenden Druckquelle 37 verbunden. Der doppeltwirkende Axialkolben 30 weist eine gegen den Ar­beitsraum 33 gerichtete Kolbenfläche 31 auf, welcher eine dem Ringraum 34 zugeordnete Ringfläche 32 gegenüberliegt. Die Antriebseinheit 27 wird mit einem beliebigen bekannten Druckmittel betrieben und bildet ein Druckmittelsystem. Im vorliegenden Beispiel wird Hochdruck-Hydrauliköl verwendet. Im Druckmittelsystem befindet sich auch die erste Steuer­einrichtung 38, welche über eine Druckleitung 42, eine Rücklaufleitung 43 und eine Leckleitung 44 verfügt. Die Druckmittelleitung 35, welche in den Arbeitsraum 33 der Axialkolbeneinheit 28 mündet, ist ebenfalls mit der ersten Steuereinrichtung 38 verbunden. Im weiteren sind an die erste Steuereinrichtung 38 Verbindungsleitungen 45, 46 an­geschlossen, welche zu den Entlastungsbohrungen 11 und 12 am Pumpenzylinder 4 führen. Die Verbindungsleitungen 45, 46 sind über eine weitere Verbindungsleitung 47, in welche ein Rückschlagventil 48 eingebaut ist, miteinander verbunden. Dieses Rüickschlagventil 48 verhindert, dass Brennstoff von der Leitung 46 zur Leitung 45, bzw. zum Hauptschieber fliesst. Ein elektrischer Impulsgeber 39 ist neben der er­sten Steuereinrichtung 38 angeordnet und mit dieser verbun­den. Dieser Impulsgeber 39 steht in bekannter Weise mit den übrigen Mess- und Steuerorganen der Brennkraftmaschine in Verbindung und steuert die Einspritzvorgänge den Bedürfnis­sen entsprechend. Neben der Druckquelle 37 sind in der An­triebseinheit 27, bzw. im Druckmittelsystem in bekannter Weise ein Druckregelventil 40 und ein Druckmittel- und Aus­gleichsbehälter 41 angeordnet.
• Die Verbindungsleitung 46, die Durchströmleitung 66 und die Speiseleitung 13 stehen mit der zweiten Steuereinrichtung 50 in Verbindung. Diese weist eine durchgehende Bohrung 64 auf, welche einerseits mit der Durchströmleitung 66 und an­derseits mit der Brennstoffableitung 15 in Verbindung steht. In dieser Bohrung ist ein Ueberström-/Saugventil 51 eingebaut, welches über einen Ventilsitz 61, einen Ventil­schaft 58 und einen Schaltkolben 52 verfügt. Bei offenem Ventilsitz 61 kann Brennstoff von der Brennstoffzuleitung 14 über die Durchströmleitung 66, den Ventilsitz 61 und die Speiseleitung 13 in den Pumpenraum 6 fliessen. Zur Unter­stützung des Brennstoffzuflusses ist in der Brennstoffzu­leitung 14 eine nicht dargestellte Brennstoffpumpe angeord­net, welche den Brennstoff unter niederem Druck im Brenn­stoffsystem fördert. Das Ueberström-/Saugventil 51 ist mit einer Feder 59 belastet, welche den Ventilsitz 61 schliesst. Im Ueberströmraum 62 befindet sich der Schalt­kolben 52, welcher am Ventilschaft 58 anliegt. Unterhalb des Schaltkolbens 52 ist ein Kolbenraum 57 ausgebildet, welcher über eine Leitung 49 mit der Verbindungsleitung 46 und der Entlastungsbohrung 11 in Verbindung steht. Im Kol­benraum 57 ist eine Feder 60 angeordnet, welche den Schalt­kolben 52 gegen den Ventilschaft 58 drückt und das Ueber­ström-/Saugventil 51 gegen den Anpressdruck der Feder 59 entlastet und im Gleichgewicht hält. Leber die Bohrungen 63, 65 und ein Unterbrecherventil 53 steht der Kolbenraum 57 auch in Verbindung mit der Bohrung 64, bzw. der Brenn­stoffableitung 15. Zwischen die Bohrungen 63 und 65 ist ein Ausgleichsventil 54 eingeschaltet, welches das Nachströmen von Brennstoff in die verschiedenen Bohrungen erleichtert. Ein gegenüber dem Unterbrecherventil 53 angeordnetes Rück­schlagventil 55 verhindert, dass Druckstösse in der Bohrung 64 das geschlossene Unterbrecherventil 53 aufstossen. Sol­che Druckstösse können auftreten, wenn das Ueberström-/Saugventil 51 bei hohem Druck in der Pumpenkammer 6 geöff­net wird und der Pumpendruck über die Speiseleitung 13 in die Bohrung 64 und die Brennstoffableitung 15 abfliesst. Je nach Druck im Pumpenraum 6 können solche Druckstösse kurz­fristig bis 200 bar erreichen. Die Betätigung des Unter­brecherventiles 53 erfolgt über eine Steuerung 56, welche eine bekannte elektrische Steuerung oder eine mechanische Steuerung ist, welche mit der auf die erste Steuereinrich­tung 38 einwirkende Nockenwellen-Steuerung verbunden ist.
• Die erste Steuereinrichtung 38 ist in Figur 2 im Schnitt dargestellt und besteht im wesentlichen aus einem Haupt­schieber 70, einem Hilfsschieber 71, einer mechanischen Sperreinrichtung 69 und einer Nockenwellen-Steuerung 110. Der Hauptschieber 70 weist zwei Schieberkörper 77, 78 mit Steuerkanten und Sperrsitzen 82, 83 auf. Dem Schieberkörper 77 ist ein Ringraum 79 und dem Schieberkörper 78 ein Ring­raum 81 zugeordnet. Dazwischen befindet sich ein dritter Ringraum 80. Hinter jedem der Schieberkörper 77 bzw. 78 sind Druckentlastungsräume und Dichtkolben angeordnet, wo­bei die Druckentlastungsräume mit einer Leckleitung 44 ver­bunden sind. Die Schieberkörper 77, 78 und die Dichtkolben sind mittels eines Kerns im richtigen Abstand zueinander angeordnet und miteinander verbunden. Der Ringraum 81 steht in Verbindung mit der Rücklaufleitung 43, der Ringraum 79 mit der Druckleitung 42 und 36, und der Ringraum 80 über eine Verbindungsleitung 89 mir einem Ringraum 86 des Hilfs­schiebers 71. An einem Ende des Hauptschiebers 70 ist eine Schubstange 96 angeordnet, welche mit den Schieberkörpern 77, 78 verbunden ist, wobei ein Teil der Schubstange 96 den Kern 98 einer Magnetspule 97 bildet. Die Schubstange 96 er­streckt sich über die Magnetspule 97 hinaus und wird von der mechanischen Sperreinrichtung 69 umschlossen. An diese mechanische Sperreinrichtung 69 schliesst sich die Nocken­wellen-Steuerung 110 an.
• An der gegenüberliegenden Seite des Hauptschiebers 70 wirkt ein Rückstellkolben 72 über einen Zapfen 76 mit den Schie­berkörpern 77, 78 zusammen. Ein zum Rückstellkolben 72 ge­hörender Kolbenraum 73 steht über die Verbindungsleitung 45 mit dem Brennstoffsystem in Verbindung. Diese Verbindungs­leitung 45 ist wie aus Figur 1 ersichtlich in die Entla­stungsbohrung 12 im Pumpenzylinder 4 eingeführt, welche in den Pumpenraum 6 führt. Ueber die Verbindungsleitung 47 und das Rückschlagventil 48 ist der Kolbenraum 73 auch mit der Verbindungsleitung 46 und damit der Entlastungsbohrung 11 im Pumpenzylinder 4, bzw. dem Kolbenraum 57 in der zweiten Steuereinrichtung 50 verbunden.
• Der Hilfsschieber 71 weist einen Schieberkörper 84 und zwei Ringräume 85, 86 auf. Hinter dem Schieberkörper 84 und den Ringräumen 85, 86 sind ebenfalls Druckentlastungsräume und Dichtkolben angeordnet, wobei die Druckentlastungsräume mit der Leckleitung 44 verbunden sind. Zwischen den beiden Ringräumen 85, 86 befindet sich der Sperrsitz 87. Ueber die Verbindungsleitung 89 steht der Ringraum 86 je nach Stel­lung des Hauptschiebers 70 mit der Druckleitung 42 oder der Rücklaufleitung 43 in Verbindung. Vom Ringraum 85 geht die Druckmittelleitung 35 aus, welche zum Arbeitsraum 33 der Axialkolbeneinheit 28 führt. Im Schieberkörper 84 befindet sich eine Drosselbohrung 88, welche auch bei geschlossenem Sperrsitz 87 einen reduzierten Durchfluss von Hydrauliköl vom Ringraum 86 in den Ringraum 85 und umgekehrt ermög­licht. Der Hilfsschieber 71 wirkt an einem Ende ebenfalls mit einem Rückstellkolben 74 zusammen. Ein zum Rückstell­kolben 74 gehörender Kolbenraum 75 steht über die Verbindungsleitung 46 mit dem Brennstoffsystem bzw. mit der Ent­lastungsbohrung 11 am Pumpenzylinder 4 und dem Kolbenraum 57 an der zweiten Steuereinrichtung 50 in Verbindung. An der gegenüberliegenden Seite ist der Hilfsschieber 71 mit einer im Leckraum 95 angeordneten Feder 94 belastet, welche den Hilfsschieber 71 jeweils in die Ausgangsposition zu­rückstösst.
• In Figur 2 ist zusätzlich zu den beiden Schiebern 71, 72 die mechanische Sperreinrichtung 69 und die Nockenwellen-­Steuerung 110 dargestellt. Die mechanische Sperreinrichtung 69 besteht im wesentlichen aus einem Sperrkörper 100, Klin­ken 104 und Entriegelungsbolzen 106. Die Schubstange 96 ragt in den Sperrkörper 100 hinein und weist in dessen Be­reich eine Schulter 101 auf. Wird die Schubstange 96 mit­tels der Magnetspule 97 nach links verschoben, so nimmt die Schulter 101 den Sperrkörper 100 mit, und die federbelaste­ten Klinken 104 rasten in die Nocken 105 ein und halfen den Sperrkörper 100 in seiner Position fest. Dadurch kann die Stromzufuhr zur Magnetspule 97 unterbrochen werden, und es besteht keine Ueberlastungs- und Ueberhitzungsgefahr. Die Rückstellung der Schubstange 96 erfolgt am Ende des Ein­spritzvorganges über den vom Einspritzdruck beaufschlagten Rückstellkolben 72. Dabei wird die Schubstange 96 gegen die Kraft der Feder 102 nach rechts gedrückt und die Entriege­lungsbolzen 106 werden vom Ende der Schubstange 96 nach aussen getrieben. Diese Entriegelungsbolzen 106 heben die Sperrklinken 104 an und geben dadurch die Nocken 105 am Sperrkörper 100 frei. Die Feder 103 drückt nun den Sperr­körper 100 wieder in seine Ausgangslage zurück.
• Aus Sicherheitsgründen ist beim dargestellten Beispiel zu­sätzlich zur Magnetspule 97 der Einspritzansteuerung die Nockenwellen-Steuerung 110 angeordnet. Diese besteht aus der Nockenscheibe 107 mit einem Nocken 108 und der am Steuerkörper 100 befestigten Ablaufrolle 109. Die Nocken­welle wird von einem nicht dargestellten Antrieb, welcher mit dem Kurbeltrieb in Verbindung steht, angetrieben. Bei Ausfall der elektrischen Impulsgeber 39 oder der Magnet­spule 97 oder bei einem Stromausfall treibt der Nocken 108 über die Ablaufrolle 109 den Sperrkörper 100 und damit die Schubstange 96 bei Beginn des Einspritzvorganges nach links. Die Bewegung des Steuerkörpers 100 und der Schub­stange 96 bedarf nur geringer Kräfte, und die Nockenwel­len-Steuerung 110 kann deshalb leicht und ohne grossen ki­nematischen Aufwand gebaut werden. Die Rückstellung der Schubstange 96 am Ende des Einspritzvorganges erfolgt in gleicher Weise wie oben beschrieben. Im dargestellten Bei­spiel ist neben der Magnetspule 97 noch eine zweite Magnet­spule 99 angeordnet. Beide Magnetspulen 97, 99 erhalten über die elektrische Leitung 93 elektrische Impulse vom elektrischen Impulsgeber 39. Durch Betätigung der Magnet­spule 99 mit einem elektrischen Impuls kann die Schubstange 96 nach rechts verschoben und damit der Einspritzvorgang vorzeitig abgebrochen werden. Dies ermöglicht einen Not­stopp der Einspritzvorrichtung, da durch diese Verschiebung des Hauptschiebers 70 die Beaufschlagung des Axialkolbens 30 der Axialkolbeneinheit 28 unterbrochen und der Axialkol­ben 30 zurückgedrückt wird.
• Bei der in Figur 3 dargestellten zweiten Steuereinrichtung 50 handelt es sich um eine Ausführungsform, welche höhere Schaltgeschwindigkeiten zulässt und Notlauffunktionen er­füllt. Diese verbesserte Steuereinrichtung verfügt in glei­cher weise wie die in Figur 1 dargestellte über ein Ueber­ström-/Saugventil 51 mit einem Schaltkolben 52, ein Aus­gleichsrentil 54 und ein Rückschlagventil 55. Von der Durchströmleitung 66 fliesst Brennstoff in den Ueberström­raum 62 und von dort entweder über das Ueberström-/Saugven­til 51 und die Speiseleitung 13 in den Pumpenraum 6 oder über die Bohrung 64 zur Brennstoffableitung 15. Das Rück­schlagventil 55 weist einen freien Durchlass 68 auf, durch welchen der Brennstoff von der Bohrung 64 in die Leitung 15 fliessen kann. Bei offenem Rückschlagventil 55 steht der Ventilraum 114 über die Bohrung 67 mit der Brennstoffablei­tung 15 in Verbindung. Der Kolbenraum 57 des Schaltkolbens 52 ist wie aus Figur 1 ersichtlich über die Leitung 49 so­wie die Leitungen 45 und 46 mit den Entlastungsbohrungen 11 und 12 im Pumpenzylinder 4 verbunden. In die Bohrungen 63, 65 zwischen dem Kolbenraum 57 und der Brennstoffableitung 15 ist zusätzlich zum Unterbrecherventil 53 ein zweites Un­terbrecherventil 111 eingebaut. Neben dem Unterbrecherven­til 53 ist ein weiteres Hilfsventil 117 angeordnet. Das Un­terbrecherventil 111 weist einen Steuerkolben 113 und einen Kolbenraum 118 auf, wobei der Kolbenraum 118 über die Lei­tung 119 mit der Leitung 45 bzw. der Entlastungsbohrung 12 verbunden ist. Herrscht im Kolbenraum 118 kein Druck, so wird das Unterbrecherventil 111 von einer Feder 120 gegen den unteren Anschlag gedrückt und steht offen. Das Unter­brecherventil 53 verfügt über einen Steuerkolben 112 und einen Kolbenraum 115, welcher über die Leitung 116 mit dem Ventilraum 114 in Verbindung steht. Das Unterbrecherventil 53 wird von einer Feder 126 gegen den Ventilsitz gedrückt, wenn im Kolbenraum 115 kein Druck vorhanden ist und hält dieses Ventil geschlossen. In der Leitung 116 zwischen Kol­benraum 115 und Ventilraum 114 ist das Hilfsventil 117 an­geordnet, welches über einen Kolben 121, einen Kolbenraum 123 und eine Feder 122 verfügt. Im drucklosen Zustande drückt die Feder 122 den Kolben 121 gegen den Anschlag, und das Hilfsventil 117 steht offen. Der Kolbenraum 123 ist über die Leitung 124 mit einem Schaltventil 90 verbunden, welches seinerseis über die Steuerleitungen 91, 92 mit dem Hilfsschieber 71 der Steuereinrichtung 38 in Verbindung steht. Die Steuerleitung 91 mündet wie aus Figur 2 ersicht­lich ist in den Ringraum 86 und die Steuerleitung 92 in den mit der Leckleitung verbundenen Leckraum 95 am Hilfsschie­ber 71. Das Schaltventil 90 ist ein Drei-Zweiwegventil, welches vom Impulsgeber 39 elektrisch oder von einer Nockenwelle betätigt wird. Der Betrieb der in Figur 1 dargestellten Brennstoffein­spritzeinrichtung erfolgt in der Weise, dass Brennstoff von der Brennstoffzuleitung 14 über den Brennstoffkanal 5, die Leitung 66, das offene Saugventil 51 und die Speiseleitung 13 in den Pumpenraum 6 strömt. Dabei befindet sich der Pumpenkolben 7 in seiner untersten Lage und auch der mit dem Pumpenkolben 7 verbundene Axialkolben 30 ist im unteren Totpunkt. Der Hauptschieber 70 der ersten Steuereinheit 38 wird von der Feder 103 in seiner Ausgangslage gehalten, und der Schieberkörper 77 verschliesst dabei die Verbindung der Druckleitung 42 zur Druckmittelleitung 35. Bei Beginn eines Einspritzvorganges wird vom elektrischen Impulsgeber 39 die Magnetspule 97 angeregt und über die Schubstange 96 der Hauptschieber 70 in Richtung des Rückstellkolbens 72 ver­schoben. Dadurch gibt der Schieberkörper 77 die Verbindung zwischen dem Ringraum 79 und dem Ringraum 80 frei. Ander­seits verschliesst der Schieberkörper 78 die Verbindung zwischen dem Ringraum 80 und dem Ringraum 81. Dadurch strömt Druckmittel unter Druck von der Druckleitung 42 über die Leitung 89 in die Ringräume 86, 85 am Hilfsschieber 71 und in die Leitung 35 und damit in den Arbeitsraum 33 der Axialkolbeneinheit 28. Der Axialkolben 30 verschiebt sich nach oben und stösst den Pumpenkolben 7 in Richtung des oberen Endes des Pumpenraumes 6. Durch diese Axialbewegung wird die Entlastungsbohrung 11 im Pumpenzylinder 4 ge­schlossen, und im Pumpenraum 6 wird Druck aufgebaut. Bei Erreichen eines bestimmten Druckes öffnet das Steuerventil 17 und über die Einspritzdüse 1 wird Brennstoff in den Ver­brennungsraum einer Dieselbrennkraftmaschine eingespritzt. Der im Pumpenraum 6 herrschende Druck wird über einen am Mantel des Pumpenkolbens 7 angebrachten Kanal 10 den Ring­räumen 18, 19 und 20 zugeführt. Sobald der Ringraum 18 bzw. dessen obere Steuerkante 22 die Entlastungsbohrung 11 er­reicht, pflanzt sich der im Pumpenraum 6 aufgebaute Druck als Druckstoss über die Leitungen 46 und 49 in die erste und zweite Steuereinrichtung 38 und 50 fort. In der ersten Steuereinrichtung 38 wird wie aus Figur 2 erkennbar der Rückstellkolben 74 über den Kolbenraum 75 vom Druckstoss beaufschlagt. Dadurch wird der Hilfsschieber 71 gegen die Kraft der Feder 94 verschoben, und der Schieberkörper 84 verschliesst den Sperrsitz 87. In dieser Stellung des Hilfsschiebers 71 kann von der Druckleitung 42 nur noch ein begrenzter Volumenstrom über die Drosselbohrung 88 in den Ringraum 85 und damit zum Axialkolben 30 fliessen. Der Pum­penkolben 7 bewegt sich deshalb von diesem Moment an nur noch mit reduzierter Geschwindigkeit. Gleichzeitig wird in der zweiten Steuereinrichtung 50 über den Kolbenraum 57 der Schaltkolben 52 vom Druckstoss beaufschlagt. Der Schaltkol­ben 52 verschiebt sich nach oben und öffnet über den Ven­tilschaft 58 das Ueberström-/Saugventil 51 bzw. dessen Ven­tilsitz 61. Der im Pumpenraum 6 herrschende Druck entspannt damit sofort in den Ueberströmraum 62, die Bohrung 64 und in die Brennstoffableitung 15. Der plötzliche Druckabfall bewirkt das sofortige Schliessen des Steuerventiles 17, und der Einspritzvorgang wird unterbrochen. Die Entlastungsboh­rung 11 wird nach einem kurzen Bewegungsweg des Kolbens 7 durch die untere Steuerkante 23 des Ringraumes 18 wieder verschlossen, und das Ueberström-/Saugventil 51 wird durch das im Kolbenraum 57 vorhandene Brennstoffvolumen in der offenen Position gehalten. Dabei ist der Druck im Raum 57 höher als im Raum 62. Die Federn 59, 60 unterstützen die Bewegungen des Ventiles 51. Da der Ringraum 18 nur der Uebertragung des Druckstosses dienen muss, kann der Abstand zwischen den Steuerkanten 22, 23 sehr klein gewählt werden. Im Moment, wo der Einspritzvorgang fortgesetzt werden soll, wird das Unterbrecherventil 53 schnell geöffnet, indem die Steuerung 56 betätigt wird. Dadurch wird die Bohrung 65 mit der Brennstoffableitung 15 verbunden und der Hilfsschieber 71 in der ersten Steuereinrichtung 38 kann durch die Feder 94 in seine Ausgangslage zurückgestossen werden. Durch die gleiche Druckentlastung wird das Ueberström-/Saugventil 51 geschlossen. In der Folge strömt wieder der volle Volumen­strom in die Druckleitung 35 und die Bewegung des Axialkol­bens 30 und damit des Pumpenkolbens 7 wird mit voller Geschwindigkeit fortgesetzt. Bei Erreichen des vorgewählten Einspritzdruckes öffnet das Steuerventil 17 wieder, und die Hauptphase der Einspritzung beginnt. Während dieser Phase wird das Unterbrecherventil 53 mit Hilfe der Steuerung 56 wieder geschlossen. Die Haupteinspritzphase setzt sich fort, bis die Steuerkanten 24 und 26 der beiden Ringräume 19 und 20 die Entlastungsbohrungen 11 und 12 erreichen. Die beiden Steuerkanten 24 und 26 sind im gleichen Abstand von­einander angeordnet wie die beiden Entlastungsbohrungen 11 und 12. Bei Erreichen dieser Position wird der im Pumpen­raum 6 herrschende Druck in der Form eines Druckstosses über die Leitungen 45, 46 und 49 an die beiden Steuerein­richtungen 38 und 50 übertragen. Durch den Druckstoss in der Leitung 45 und über den Kolbenraum 73 wird der Rück­stellkolben 72 beaufschlagt und der Hauptschieber 70 zu­rückgestossen. Der Schieberkörper 77 unterbricht die Ver­bindung zwischen den Ringräumen 79 und 80, und der Schie­berkörper 78 öffnet die Verbindung zwischen den Ringräumen 80 und 81, womit der Arbeitsraum 33 an der Axialkolbenein­heit 28 mit der Rücklaufleitung 43 in Verbindung steht. Da der Hilfsschieber 71 durch den Druckstoss auf den Rück­stellkolben 74 ebenfalls verschoben wurde, ist der Sperr­sitz 87 durch den Schieberkörper 84 verschlossen. Das Druckmedium kann deshalb vom Arbeitsraum 33 über die Lei­tung 35 und die Drosselbohrung 88 nur mit beschränkter Ge­schwindigkeit zurückströmen, wodurch ein Zurückschiessen des Kolbens verhindert wird. Gieichzeitig öffnet wie schon oben beschrieben an der zweiten Steuereinrichtung 50 das Ueberström-/Saugventil 51 den Ventilsitz 61, und der Druck im Pumpenraum 6 wird sofort abgebaut. In der Folge schliesst das Steuerventil 17, und der Haupteinspritzvor­gang wird beendigt. Das ganze Brennstoffsystem und damit auch die Ringräume 18, 19 und 20 am Pumpenkolben 7 sowie die Leitungen 45, 46, 49 stehen damit wieder unter dem nor­malen Druck der Brennstofförderpumpe und der Hilfsschieber 71 wird mittels der Feder 94 in die Ausgangspesition zu­rückgestossen. Der Schieberkörper 84 öffnet dabei den Sperrsitz 87 und gibt den vollen Rückströmquerschnitt frei. Der im Ringraum 34 der Axialkolbeneinheit 28 herrschende Druck des Druckmittelsystems stösst den Axialkolben 30 zu­rück, bis er seine Ausgangslage im unteren Totpunkt wieder erreicht hat. Die Einrichtung steht damit für einen weite­ren Einspritzvorgang bereit.
• Werden entsprechend der Figur 3 in der zweiten Steuerein­richtung 50 zwei Unterbrecherventile 53 und 111 eingesetzt, so erfolgt die Schaltung dieser Ventile ebenfalls mit Hilfe der über die Entlastungsbohrungen 11 und 12 vom Pumpenraum 6 abgezweigten Druckstösse. Die Verwendung von zwei Unter­brecherventilen 53, 111 mit entsprechenden Steuerkolben 112, 113 gewährleistet den Betrieb bis zum maximalen Hub auch bei Ausfall der Steuerung 56 gemäss Figur 1 oder des Schaltventils 90 oder deren Ansteuerung. Dabei ist das Hilfsventil 117 im drucklosen Zustand im Kolbenraum 123 durch die Federkraft 122 offen. Erreicht die Steuerkante 22 am Kolben 7 die Entlastungsbohrung 11, wirkt der Druck aus dem Pumpenraum 6 als Druckstoss von der Entlastungsbohrung 11 über die Leitung 49 und die Verbindungsleitung 116 auf den Steuerkolben 112, und das Unterbrecherventil 53 öffnet. Infolge des Druckabfalles im Kolbenraum 57 schliesst sofort das Ueberström-/Saugventil 51, und die Einspritzung wird fortgesetzt. Mit dem Abfallen des Druckes in der Verbin­dungsleitung 116 schliesst auch das Ventil 53 wieder. Der Kolben 7 bewegt sich weiter nach oben, wobei die Einspritz­phase fortgesetzt wird. Sobald die Steuerkanten 24 und 26 je die Entlastungsbohrungen 11 und 12 erreichen, wirkt der Druck aus dem Pumpenraum 6 als Druckstoss über die Leitun­gen 49 und 119. Der Druckstoss über die Leitung 49 wirkt auf den Schaltkolben 52 und öffnet das Ueberström-/Saugven­til 51. Das zweite Unterbrecherventil 111 wird gleichzeitig durch den Druckstoss aus dem Pumpenraum 6 über die Entla­stungsbohrurg 12, die Verbindungsleitung 119 und der Beaut­schlagung des Steuerkolbens 113 geschlossen, so dass das Ueberström-/Saugventil offen bleibt und die Einspritzung beendet wird. Durch das Abströmen über das Ueberström-/Saugventil 51 und den nachfolgenden langsamen Saughub sinkt der Druck im ganzen Brennstoffsystem und auch im Kol­benraum 118, so dass das Ventil 111 durch die Feder 120 zu­zurück gedrängt wird und für den nächsten Förderhub wieder offen steht. Mit Hilfe einer Spindel 127 am Unterbrecher­ventil 111 können während des Einspritzhubes übergreifende Steuerbewegungen ausgeübt werden. Durch eine an sich be­kannte, nicht dargestellte Betätigung der Spindel 127, z.B. in Verbindung mit dem Schaltventil 90, ergeben sich kürzere Schaltintervalle für das Ueberström-/Saugventil 51. Während des Oeffnungsvorganges des ersten Unterbrecherventiles 53 kann das zweite Unterbrecherventil 111 bereits geschlossen werden und umgekehrt. Das offene Unterbrecherventil 111 wird offen gehalten, indem das Hilfsventil 117 geschlossen wird. Das Schaltventil 90 sorgt dafür, dass das Hilfsventil 117 im richtigen Zeitpunkt geöffnet und damit das Unterbre­cherventil 53 geschlossen wird. Die Steuerung des Schalt­ventiles 90 für das Hilfsventil 117 erfolgt beim darge­stellten Beispiel in bekannter Weise leistungs- und dreh­zahlabhängig wie die Steuerung der Verstelleinrichtung 125 am Pumpenkolben 7. Die Kombination dieser beiden Verstell­möglichkeiten ermöglicht die Veränderung der Voreinspritz-, Unterbrecher- und Haupteinspritzphasen in einem weiten Be­reich. Bei Verwendung von zwei Unterbrecherventilen 53 und 111 an der zweiten Steuereinrichtung 50 lassen sich am Pum­penkolben 7 noch weitere Ringräume mit Steuerkanten anord­nen, wodurch weitere Unterbrechungsphasen in den Einspritz­zyklus einschaltbar sind. Infolge des langen möglichen Hu­bes des Pumpenkolbens 7 lassen sich derartige Ringräume in bekannter Weise leicht anordnen.

Claims (16)

1. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine mit Voreinspritzung in der jeweils eine Einspritzdüse (1) über eine Druckleitung (2) an einer Brennstoffpumpe (3) angeschlossen ist, die Brennstoff­pumpe (3) einen Zylinder (4) mit mindestens einer Brennstoffleitung (14, 5, 15) für den Zu- und Abfluss von Brennstoff und einen Pumpenraum (6) sowie einen Pumpenkolben (7) aufweist, wobei der Pumpenkolben (7) mindestens einen mit dem Pumpenraum (6) verbundenen Ringraum (18) mit zwei Steuerkanten (22, 23) und der Zylinder (4) eine zugehörige Entlastungsbohrung (11) zur Unterbrechung des Druckaufbaues im Pumpenraum (6) aufweist, der Pumpenkolben (7) mit einer vom Brenn­toffsystem unabhängigen, mit einem Druckmittel be­riebenen Antriebseinheit (27) verbunden ist und diese Antriebseinheit (27) eine Axialkolbeneinheit (28), eine Druckquelle (37) und eine Steuereinrichtung (38) auf­weist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Steuer­einrichtung (38) einen Hauptschieber (70) und einen Hilfsschieber (71) für das Druckmittel umfasst, Haupt- und Hilfsschieber (70, 71) je einen Rückstellkolben (72, 74) aufweisen, diese Rückstellkolben (72, 74) über eine Leitung (45, 46) mit dem Pumpenraum (6) verbunden und von Brennstoff beaufschlagt sind, in der Brenn­stoffleitung (5, 15) an der Pumpe (3) eine zweite Steuereinrichtung (50) mit einem Ueberström-/Saugventil (51) und mindestens einem Unterbrecherventil (53) ange­ordnet ist, und das Ueberström-/Saugventil (51) eine Schaltkolbeneinheit (52) aufweist, deren Kolbenraum (57) über eine erste Leitung (49) mit der Entlastungs­bohrung (11) am Pumpenzylinder (4) und dem Pumpenraum (6) sowie über eine zweite Leitung (61, 65) mit dem Unterbrecherventil (53) und anschliessend der Brenn­stoffleitung (15) verbunden ist.

2. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, dass der Zylinder (4) der Pumpe (3) im oberen Bereich mindestens eine Brennstoffspeiseleitung (13) zum Pumpenraum (6) und im Bewegungsbereich des Kolbens eine erste Entlastungsbohrung (11) und eine zweite, un­terhalb der ersten angeordneten Entlastungsbohrung (12) aufweist, diese Entlastungsbohrungen (11, 12) Teile der Leitungen (45, 46, 49) zwischen dem Pumpenraum (6) und den Rückstellkolben (72, 74) sowie der Schaltkolbenein­heit (52) sind und am Mantel des Pumpenkolbens (7) drei Ringräume (18, 19, 20) mit je zwei Steuerkanten ange­ordnet und über einen Kanal (10) mit dem Pumpenraum (6) verbunden sind.

3. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, dass zwischen dem Kolbenraum (75) des Rückstellkolbens (74) am Hilfsschieber (71) und dem Kolbenraum (73) des Rückstellkolbens (72) am Haupt­schieber (70) eine Verbindungsleitung (47) mit einem Rückschlagventil (48) angeordnet ist, und der Kolben­raum (75) des Rückstellkolbens (74) am Hilfsschieber (71) über eine weitere Leitung (46, 49) mit dem Kolben­raum (57) des Schaltkolbens (52) der zweiten Steuerein­richtung (50) verbunden ist.

4. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptschieber (70) drei durch Sperrsitze (82, 83) voneinander getrennte Ringräume (79, 80, 81) und zwei miteinander verbundene Schieberkörper (77, 78) und der Hilfsschieber (71) zwei durch einen Sperrsitz (87) getrennte Ringräume (85, 86) und einen Schieberkörper (84) aufweist, zwischen dem mittleren Ringraum (80) des Hauptschiebers (70) und einem der Ringräume (86) des Hilfsschiebers (71) eine Verbindungsleitung (89) angeordnet ist, eine Drucklei­tung (42) und eine Rücklaufleitung (43) zu je einem der anderen Ringräume (79, 81) des Hauptschiebers (70) ge­führt, und der zweite Ringraum (85) des Hilfsschiebers (71) über eine Leitung (35) mit der Axialkolbeneinheit (28) verbunden ist.

5. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach Patentanspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, dass in einer ersten Schaltstellung des Hauptschiebers (70) ein Schieberkörper (77) die Druck­leitung (42) sperrt und die Rücklaufleitung (43) mit der Verbindungsleitung (89) zu einem der Ringräume (86) des Hilfsschiebers (71) verbunden ist, und in einer zweiten Schaltstellung der andere Schieberkörper (78) die Rücklaufleitung (43) sperrt und die Druckleitung (42) mit der Verbindungsleitung (89) zum Hilfsschieber (71) verbunden ist.

6. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach Patentanspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, dass der Schieberkörper (84) des Hilfsschie­bers (71) eine Drosselbohrung (88) aufweist, und diese Drosselbohrung (88) die beiden Ringräume (85, 86) bei geschlossenem Sperrsitz (87) miteinander verbindet.

7. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Schalt­stellung des Hilfsschiebers (71) der Schieberkörper (84) den Sperrsitz (87) frei gibt und die Leitung (35) zur Axialkolbeneinheit (28) direkt mit der Verbindungs­leitung (89) zum Hauptschieber (70) verbunden ist, und in einer zweiten Schaltstellung der Schieberkörper (84) die Leitung (35) zur Axialkolbeneinheit (28) sperrt und über die Drosselbohrung (88) zwischen den beiden Ring­räumen (85, 86) einen beschränkten Durchflusskanal bildet.

8. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuereinheit (50) zwei Unterbrecherventile (53, 111) aufweist, beide Ventile mit je einem Steuerkolben (112, 113) versehen sind, zwischen dem Ventilraum (114) eines der Unterbre­cherventile (53) und dem Kolbenraum (115) dieses Unter­brecherventiles (53) eine Verbindungsleitung (116) vor­handen, und in dieser Verbindungsleitung (116) ein Hilfsventil (117) angeordnet ist.

9. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach Patentanspruch 8, dadurch gekenn­zeichnet, dass der Kolbenraum (118) des zweiten Unter­brecherventiles (111) über eine Leitung (119, 45) mit der unteren Entlastungsbohrung (12) am Pumpenzylinder (4) verbunden ist und eine Feder (120) das Ventil (111) in drucklosem Zustand öffnet.

10. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach Patentanspruch 8, dadurch gekenn­zeichnet, dass das zweite Unterbrecherventil (111) mit einer aus der Steuereinheit (50) herausgeführten Spin­del (127) versehen ist.

11. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach einem der Patentansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (121) des Hilfsventiles (117) mit einer Feder (122) belastet ist und in drucklosem Zustand das Ventil (117) offen steht, der Kolbenraum (123) des Ventiles (117) über eine Lei­tung (124, 91) mit der Verbindungsleitung (89) zwischen Haupt- und Hilfsschieber (70, 71) verbunden und in die­ser Leitung (124, 91) ein Schaltventil (90) mit einer Verbindung (92) zur Rücklaufleitung (43) eingebaut ist.

12. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der mit der Brennstoff­ableitung (15) verbundenen Bohrung (64) in der zweiten Steuereinrichtung (50) ein Rückschlagventil (55) ange­ordnet ist, und dieses Rückschlagventil (55) die zum Unterbrecherventil (53) führende Bohrung (67) absperrt und einen freien Durchlass (68) in Richtung der mit der Brennstoffableitung (15) verbundenen Bohrung (64) auf­weist.

13. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberkörper (77, 78) des Hauptschiebers (70) mit einer Schubstange (96) verbunden sind, mindestens ein Teil der Schubstange (96) den Kern (98) einer Magnetspule (97) bildet und diese Magnetspule (97) mit einem elektrischen Impuls­geber (39) verbunden ist.

14. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberkörper (77, 78) des Hauptschiebers (70) mit einer Schubstange (96) verbunden sind, die Schubstange (96) Teil einer me­chanischen Sperreinrichtung (69) ist und diese Sperr­einrichtung (69) die Schubstange (96) und die Schieber­körper (77, 78) des Hauptschiebers (70) in einer Steuerstellung festlegt.

15. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach Patentanspruch 14, dadurch gekenn­zeichnet, dass eine Nockenwellen-Steuerung (110) mit der ersten Steuereinrichtung (38) in Verbindung steht und eine Nockenscheibe (107) dieser Nockenwellen-­Steuerung (110) auf die Schubstange (96) der Steuerein­richtung (38) einwirkt.

16. Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrenn­kraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (30) der Axial­kolbeneinheit (28) doppeltwirkend ist und eine volle und eine reduzierte Kolbenfläche aufweist und die Druckmittelleitung (35) zum Arbeitsraum (33) der Axial­kolbeneinheit (28), welcher der voll beaufschlagten Kolbenfläche (31) zugeordnet ist, über die Steuerein­richtung (38) zur Druckquelle (37) und eine Druckmit­telleitung (36) von einem Ringraum (34) der Axialkol­beneinheit (28), welcher der reduzierten Ringfläche (32) des Kolbens (30) zugeordnet ist, direkt zur Druckquelle (37) geführt ist.

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