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Kraftstoff-Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, mit hin-und hergehendem Pumpenkolben, dessen auf die Maschinenwelle bezogener Förderbeginn (Spritzzeitpunkt) durch einen Hydraulikmotor - beispielsweise mittels eines Druckkolbens - verstellbar ist, welcher durch einen von der Drehzahl und ausserdem von der Stellung des Fördermengen-Regelgliedes abhängigen Druck gesteuert wird.
Bei derartigen Einspritzanlagen ist jedoch auch zur Verstellung des Regelgliedes ein Hydraulikmotor erforderlich und die den Steuerdruck für beide Hydraulikmotoren bestimmenden Drosseln sind miteinander gekuppelt, wodurch für den den Förderbeginn verstellenden Hydraulikmotor ein von derDrehzahl und ausserdem von der Stellung des Regelgliedes abhängiger Steuerdruck erhalten wird ; diese bekannte Anordnung enthält also zwei Hydraulikmotoren, deren verstellbarer Steuerdruck durch eine gemeinsame Pumpe erzeugt wird.
Es sollen nun Einspritzpumpen dieser Art geschaffen werden, bei denen der Druck im hydraulischen Steuerkreis derart beeinflussbar ist, dass entweder bei gleichbleibender Drehzahl der Brennkraftmaschine der Spritzzeitpunkt in Richtung "spät" verstellt wird, wenn die Belastung des Motors und damit die geför- derte Kraftstoffmenge abnimmt, oder aber die Rückbewegung desjenigen Teiles des Hydraulikmotors, dessen den Spritzzeitpunkt bestimmende Lage vom Steuerdruck abhängt, unabhängig von der jeweiligen Belastung um einen mindestens annähernd konstanten Betrag erfolgt ;
diese Rückbewegung wird durch die Reaktionskraft hervorgerufen, die während jedes einzelnen Förderhubes des Pumpenkolbens auf den Hydraulikmotor wirkt und umso grösser ist, je grösser die bei jedem Kolbenhub geförderte Kraftstoffmengealso auch die Motorbelastung-ist..
Nach der Erfindung wird dies bei Einspritzpumpen der eingangs beschriebenen Bauart dadurch erreicht, dass in den hydraulischen Steuerkreis des den Spritzzeitpunkt verstellenden Hydraulikmotors eine Entlastungsleitung eingesetzt ist, die abhängig von der Stellung des Fördermengen-Regelgliedes in dem Sinne steuerbar ist, dass bei kleiner Fördermenge die Entlastung des Steuerkreises entsprechend grösser ist.
Kraftstoff-Einspritzpumpen mit einem als Fördermengen-Regelglied dienenden Regelschieber, der seine Regelbewegungen von sich ändernden Stellungen aus beginnt, werden erfindungsgemäss derart vorteilhaft ausgebildet, dass der Regelschieber die Entlastungsleitung des hydraulischen Steuerkreises steuert, sobald der Beginn der Regelbewegung gegenüber seiner Ruhestellung verschoben ist.
Bei Kraftstoff-Einspritzpumpen, deren Regelschieber einen von seiner Anfangsstellung unabhängigen, konstanten Regelweg hat, ist dagegen im Regelschieber ein Kanal angebracht, welcher während des Endabschnittes des Regelweges die Entlastungsleitung des hydraulischen Steuerkreises steuert.
In den Zeichnungen ist in Fig. l einAusnihrungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftstoff-Einspritz- pumpe dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Einspritzpumpe in schematischer Übersicht mit mehreren Bauteilen im Mittelschnitt ; Fig. 2 den den SpritzzeitpunktverstellendenHydraulikmotor im Querschnitt 11 - 11 der Fig. 1 ; Fig. 3 ein Diagramm über die Drehzahl-Steuerdruck-Abhängigkeit ; Fig. 4 eine Ausführungform des Fördermengen-Regelschiebers für von seiner Anfangsstellung unabhängigen, konstanten Regelweg.
Im Zylinder 1 einer Kraftstoff-Einspritzpumpe arbeitet ein Kolben 2, der so angetrieben wird, dass er gleichzeitig axiale, hin-und hergehende Bewegungen und eine rotierende Bewegung ausführt, wobei durch die zuletzt genannte Bewegung die Möglichkeit gegeben ist, dass der Kolben gleichzeitig die
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Rolle des Verteilers übernimmt.
Die Versorgung des Zylinders 1 mit Kraftstoff geschieht von einem Kraftstoffzufuhrraum 3 aus, welcher mit dem Zylinder 1 durch eine Zufuhrleitung 4 verbunden ist. Wenn sich nun der Kolben 2 auf seinem Rückhub befindet, sowie während des Stillstandes in seiner unteren Totpunktlage, wird die Druckkammer des Zylinders 1 in üblicher Weise über im Kolben 2 angebrachte Kanäle mit Kraftstoff gefüllt.
Im Zylinder 1 münden ausserdem mehrere, entlang seines Umfanges verteilte Förderleitungen 5, deren jede ein Druckventil 6 enthält. In den Zeichnungen ist nur eine einzige Förderleitung 5 dargestellt.
Um die verschiedenen Förderleitungen 5 während mehrerer aufeinanderfolgender Förderhübe des Kolbens 2 mit der Druckkammer des Zylinders 1 zu verbinden, besitzt der Kolben 2 eine axiale Nut 7, die während seiner Verdrehung nacheinander vor den verschiedenen Förderleitungen 5 vorbeikommt.
Vom Zylinder 1 ist eine aus zwei Teilstrecken 8a und8b bestehende Entlastungsleitung abge- zweigt, welche über einen Zylinder 9 miteinander verbunden sind, in dem ein hin-und hergehende Bewegungen ausführendes Fördermengen-Regelglied 10 arbeitet, das als Schieber mit einer Ringnut 11 ausgebildet ist, die dauernd mit der Teilstrecke 8a der Entlastungsleitung in Verbindung steht, jedoch die Teilstrecke 8b schliesst, wenn sich der Regelschieber 10 in Ruhelage befindet, die dadurch bestimmt ist, dass sein Flansch 12 gegen eine Anschlagfläche 12a (s. Fig. l) unter Einwirkung einer Feder 13 zum Anliegen kommt.
Umgekehrt wird die Verbindung zwischen beiden Teilstrecken 8a und 8b der Entlastungsleitung hergestellt, sobald der Regelschieber 10 gegen die Feder 13 (in Fig. 1 nach rechts) um einen bestimmten Betrag verschoben worden ist ; da die Teilstrecke 8b durch den Kanal 14 mit einem Raum verbunden ist, in dem ein verhältnismässig niedriger Druck herrscht, beispielsweise mit dem Inneren des Pumpengehäuses 15, in welchem sich die Mittel zum Antrieb des Kolbens 2 befinden, so unterbricht die durch die Verbindung der Teilstrecken 8a und 8b herbeigeführte Öffnung der Entlastungsleitung augenblicklich die Einspritzung durch das nicht dargestellte Einspritzventil, welches an diejenige der Förderleitungen 5 angeschlossen ist, welche in diesem Augenblick über die Nut 7 mit der Druckkammer der Pumpe in Verbindung steht.
Die Bewegung des Regelschiebers 10 nach rechts (der Hingang des Regelschiebers) wird durch eine, vorzugsweise durch den Kraftstoff selbst dargestellte Flüssigkeit erreicht, die periodisch durch eine synchron mit der Einspritzpumpe 1 - 2 arbeitenden Hilfspumpe mit Zylinder 16 und Kolben 17 gefördert wird, welch letzterer eine Verlängerung des Kolbens 2 mit diesem gegenüber grösserem Durchmesser bildet. Die Zufuhr der Flüssigkeit zu dieser Hilfspumpe geschieht durch eine Leitung 18, wobei die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit über eine Leitung 19, in welche ein Rückschlagventil 20 eingeschaltet ist, in den Zylinder 9 gelangt, wo sie eine Bewegung des Regelschiebers 10 nach rechts hervorruft.
Weiterhin ist der Zylinder 9 durch eine Leitung 21, in welche eine Drosselstelle 22 mit durch eine Spitzschraube 23 regelbarem Querschnitt eingeschaltet ist, mit dem Druckraum der Hilfspumpe 16, 17 verbunden.
Die Rückbewegung des Regelschiebers 10 in seine Ruhelage während der zwischen zwei aufeinan- derfolgenden Förderhüben desKolbens 17 derHilfspumpe liegenden Perioden wird dadurch abgebremst, dass der Regelschieber 10 während seiner Rückbewegung über die genannte Drosselstelle 22 Flüssig- keit fördern muss.
Folglich kann der Regelschieber 10 von einer bestimmten Drehzahl des Motors an seine Ruhelage wegen des Beginnes eines neuen Förderhubes des Kolbens 17 nicht mehr erreichen ; der Regelschieber wird durch die nunmehr vom Kolben 17 in den Zylinder 9 geförderte Flüssigkeit angehalten und nach rechts geschoben, ausgehend von einer Stellung, welche sich umso weiter nach rechts verschiebt, je höher die Antriebsdrehzahl der Einspritzpumpe über der genannten bestimmten Drehzahl liegt, von der an der Effekt auftritt, den man als "flüssigen Anschlag" bezeichnet. Da mindestens im Normalfall oberhalb der genannten bestimmten Drehzahl die vom Kolben 17 während jedes Förderhubes geförderte Flüssigkeitsmenge unverändert bleibt, hat der flüssige Anschlag nicht nur die Wirkung, dass diejenige Lage,
von der aus der Regelschieber seinen Vorwärtshub beginnt, sondern in gleicher Weise auch die Lage, in welcher er seinen Vorwärtshub beendet, nach rechts verschoben wird.
Die von der Pumpe 1-2 gegen das mit ihrerDruckkammer in Verbindung stehende Einspritzventil geförderte Kraftstoffmenge wird während eines bestimmten Förderhubes dann ein Maximum, wenn sich der Regelschieber 10 beim Beginn seines Hinganges in seiner Ruhelage befindet. Je weiter der Beginn des Hinganges unter der Einwirkung des flüssigen Anschlages nach rechts verschoben wird, umso stärker wird
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die von der Einspritzpumpe nach einem der Einspritzventile während jedes Förderhubes geförderte Kraftstoffmenge verringert.
Bei der in Fig. l dargestellten Ausführungsform der Einspritzpumpe benutzt man die einer Verringe- rung der pro Hub eingespritzten Kraftstoffmenge entsprechende Verschiebung des Regelschiebers 10 nach rechts in diejenige Lage, welche er am Ende seines Hinganges einnimmt, um eine Verringerung des die Spritzzeitpunktverstellung steuernden Druckes zu bewirken.
Bei dieser Einspritzpumpe wird durch den Motor die Welle 24 angetrieben, welche die Drehung beider Pumpenkolben 2 und 17 um ihre gemeinsame Achse mittels eines Elementes bewirkt, das ihnen eine gleichzeitige axial hin-und hergehende Bewegung gestattet, welche durch einen Querbalken 26 erreicht wird, der mit den Kolben verbunden ist und an seinem äussersten Ende Rollen 27 trägt, die unter Wirkung einer Feder 28 gegen die Lauffläche eines Nockens 29 anliegen, der im Prinzip zwar stationär ist, jedoch ganz geringfügige Winkelbewegungen um die gemeinsame Achse der Welle 24 und der Pumpenkolben 17 und 2 ausführen kann, um auf diese Weise die Verstellung des Einspritzzeitpunktes zu ändern. Diese Winkelbewegungen werden durch eine hydraulische Einrichtung erreicht, die aus einem Zylinder 30 und einem Kolben 31 besteht.
Der genannte Kolben kann im Inneren des Zylinders 30 in der einen Richtung durch eine über eine Leitung 32 in den genannten Zylinder eintretende Flüssigkeit und in der andern Richtung durch eine Feder 33 verschoben werden. Die Bewegungen des Kolbens 31 werden über eine durch eine Stange 35 an dem Kolben starr befestigte Gabel 34 auf den gewölbten Kopf 36 einer an dem Nocken 29 befestigten Stange 37 auf den Nocken 29 übertragen, um dessen Winkelstellung zu ändern. Bei einer Steigerung des Druckes der durch die Leitung 32 geleiteten Flüssigkeit erzeugt die Bewegung des Kolbens 31 eine Bewegung des Nockens 29 im Sinne einer Vorverstellung des Beginnes der Einspritzung mit Bezug auf Motorwelle.
Der der Verstelleinrichtung 30,31 durch die Leitung 32 zugeführte Druck ist der gleiche wie im Kraftstoffzufuhrraum 3 der Einspritzpumpe, von dem die Leitung 32 abzweigt ; dieser Druck ändert sich mit der Motordrehzahl, weil der Zufuhrraum 3 durch eine vom Motor angetriebene volume- trische Pumpe, beispielsweise eine Zahnradpumpe 38 oder eine Schieberpumpe, gespeist wird und weil im Förderstromkreis dieser Pumpe eine Überströmleitung vorgesehen ist, durch welche ein Teil des von der Pumpe geförderten Kraftstoffes in die Ansaugleitung 40 der Pumpe 38 zurückströmen kann.
Um die Änderung desDruckes in Funktion von derAntriebsdrehzahl der Pumpe 38 zu regeln, wird der Querschnitt der Überströmleitung 39 durch einen Kolbenschieber 41 vergrössert, wenn der Förderdruck ansteigt, und im umgekehrten Fall verringert ; dabei wird dieser Kolbenschieber 41 durch den Förderdruck der Pumpe 38 entgegen einer Feder 42 betätigt. Die Bewegungen des Kolbens 31 und damit die Winkelverschiebungen des Nockens 29 finden somit in Abhängigkeit von der Motordrehzahl statt.
Der Abschnitt des Zylinders 30 mit der Feder 33 ist über einen Kanal 43 mit der Ansaugleitung 40 verbunden. An den Kraftstoffzufuhrraum 3 ist ein Entlastungsventil 44 angebaut, welches denselben über den Kanal 14 mit dem Gehäuse 15 verbindet.
Um den auf den Kolben 31 der Verstelleinrichtung wirkenden Druck einer Korrektur in Abhängigkeit von der durch die Einspritzpumpe pro Hub geförderten Kraftstoffmenge und somit von der Belastung des Motors zu unterwerfen, ist im hydraulischen Steuerstromkreis 38 - 39 - 3 - 32 der Verstelleinrichtung 30 - 31 eine Entlastungsleitung 45 angeordnet, welche in Abhängigkeit von der Stellung des Regelschiebers 10 derart gesteuert wird, dass der Betrag der Entlastung des hydraulischen Stromkreises umso grösser wird, je grösser die vom Regelschieber herbeigeführte Verringerung der Fördermenge der Pumpe ist.
Diese Entlastungsleitung 45, die unmittelbar an den Zylinder 30 oder an die Leitung 32 oder-wie in Fig. 1 - an den Kraftstoffzufuhrraum 3 angeschlossen sein kann, wird durch den Regelschieber 10 gesteuert und mündet zu diesem Zweck in den Zylinder 9 an einer Stelle ein, die durch den Regelschieber abgesperrt wird, u. zw. nicht nur, wenn sich dieser in Ruhelage befindet, sondern auch während seines ganzen Hinganges, wenn dieser in der Ruhelage beginnt.
Andernfalls, d. h., wenn die Ausgangslage für den Vorwärtshub des Regelschiebers als Folge des flüssigen Anschlages nach rechts verschoben wird, beginnt eine im Regelschieber angebrachte Ringnut 46 die Entlastungsleitung 45 mit dem Kanal 14 zu verbinden, welcher auf diese Weise die Entlastungsleitung 45 an den Raum 15 anschliesst, in welchem ein niedriger, praktisch konstanter und etwa dem Druck der umgebenden Atmosphäre entsprechender Druck herrscht.
Gemäss der Variante nach Fig. 4 kann die Ringnut 46 durch einen Kanal 47 im Inneren des Regelschiebers ersetzt sein, welcher an der Stirnfläche des Regelschiebers beginnt und an seiner Seitenfläche ausmündet. Wenn man den miteinander zusammenwirkenden Öffnungen, durch welche der Kanal 47
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bzw. der Kanal 14 in den Zylinder 9 einmündet, besondere Formen gibt, kann man jedes ge- wünschte Gesetz für die Änderung des Verbindungsquerschnittes zwischen der Entlastungsleitung 45 und dem Kanal 14 in Abhängigkeit von der je Pumpenkolbenhub geförderten Kraftstoffmenge verwirklichen.
In dem Masse, in welchem der flüssige Anschlag den Anfangspunkt des Hinganges des Regelschiebers nach rechts verschiebt, wird der Wert der durch die Verbindung zwischen der Leitung 45 und dem Kanal 14 herbeigeführten Entlastung grösser. Gleichzeitig bringt diese Verschiebung des Anfangspunktes eine Verringerung der Kraftstoffmenge mit sich, welche die Pumpe pro Kolbenhub nach der oder den Einspritzdüsen fördert, welche durch die Nut 7 mit der Druckkammer der Pumpe in Verbindung gebracht werden.
DasDiagramm der Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäss erreichte Korrekturwirkung. In diesemDiagramm stelltdieAbszissedieDrehzahl n desMotorsdar, währenddieOrdinate den Druck p in dem Raum 3, d. h. also den auf den Kolben 31 der die Spritzzeitpunktvorverstellung ändernden Einrichtung wirken- den Druck darstellt. Solange der Motor unter Vollast arbeitet, d. h. also solange der Regelschieber seinen Hingang jedesmal aus seiner Ruhestellung heraus beginnt, wird die Änderung des Druckes p inAbhängigkeitvonderMotordrehzahl n durch die als voll ausgezogeneLinie dargestellte Kurve a angegeben.
Wenn umgekehrt bei Teillast der Regelschieber seinen Hingang aus einer mit Bezug auf seine Ruhelage in Fig. 1 nach rechts verschobenen Lage beginnt, so dass infolge der durch den Regelschieber zwischen den Leitungen 45 und 14 hergestellten Verbindung im Raum 3 eine gewisse Entlastung entsteht, dann wird die Änderung des Druckes im Raum 3 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n durch die in Fig. 3 mit einer gestrichelten Linie b angegebene Kurve dargestellt.
Wie bereits oben dargelegt worden ist, kann die Korrektur des Druckes p verschiedenartig angewandt werden. Entsprechend dem gesuchten Zweck muss man die Faktoren wählen, die das Gesetz bestimmen, gemäss welchem sich der Querschnitt der Verbindung zwischen den Leitungen 45 und 14 in Abhängigkeit von der Belastung, von der Zusammendrückbarkeit der Feder 32 usw. ändert. Auf diese Weise wird diejenige Rückwärtsbewegung von der Motorbelastung unabhängig gemacht werden, welcher der Nocken 29 und mit ihm der Kolben 31 unter Einwirkung der durch den Pumpenkolben bei seinem Förderhub über die Teile 26,27 auf den Nocken ausgeübten Reaktionskraft unterworfen sind, die sich mit der Belastung ändert und den Nocken in Antriebsrichtung zu drehen versucht.
Bisher hat diese mit der Belastung zunehmende Reaktionskraft eine Verschiebung des Zündzeitpunktes in Richtung"spät" zur Folge gehabt, da der auf den Kolben 31 wirkende und sich dieser Rückwärtsbewegung widersetzende Flüssigkeitsdruck unabhängig von der Belastung war. Gemäss der Erfindung kann man erreichen, dass der Widerstand, den der Flüssigkeitsdruck der Reaktionskraft entgegensetzt, dieser angeglichen wird, d. h. dass dieser Widerstand für die hohen Belastungen grösser und für die niedrigen Belastungen schwächer ist, so dass die Rückwärtsbewegung von der Belastung des Motors unabhängig wird.
Wenn man dieser Rückwärtsbewegung Rechnung trägt, kann man eine Änderung der Spritzzeitpunktverstellung erreichen, welche nur von der Motordrehzahl n abhängig ist.
Weiterhin kann man erreichen, dass für ein und dieselbe Drehzahl des Motors die Vorverstellung des Spritzzeitpunktes bei den niedrigen Belastungen geringer wird als bei den hohen Belastungen. Dies ist in gleicher Weise auch in den Fällen nützlich, in denen man die Wirkung der vom Pumpenkolben auf die Spritzzeitpunktverstellung ausgeübten Reaktionskraft unterdrückt, indem man den Kolben 31 während des Förderhubes des Pumpenkolbens in seiner Lage blockiert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kraftstoff-Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, mit hin-und hergehendem Pumpenkolben, dessen auf die Maschinenwelle bezogener Förderbeginn (Spritzzeitpunkt) durch einen Hydraulikmotor beispielsweise mittels eines Druckkolbens - verstellbar ist, welcher durch einen von der Drehzahl und ausserdem von der Stellung des Fördermengen-Regelgliedes abhängigen Druck gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den hydraulischen Steuerkreis (38 - 39 - 3 - 32) des den Spritzzeitpunkt verstellenden Hydraulikmotors (30 - 31) eine Entlastungsleitung (45) eingesetzt ist, die abhängig von der Stellung desFördermengen-Regelgliedes (10) in dem Sinne steuerbar ist, dass bei kleiner Fördermenge die Entlastung des Steuerkreises entsprechend grösser ist.