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Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
Bei den mit Selbstzündung betriebenen Einspritzbrennkraftmaschinen ist jeder Maschinendrebzahl eine bestimmte Brennstoffmenge zugeordnet, die gerade noch rauchfrei verbrannt wird. Diese Brennstoffmenge stellt gleichsam die Grenze dar, bis zu der die Maschine mit Rücksicht auf wirtschaftliche Brennstoffausnutzung belastet werden kann. Der Kraftstoffbedarf der Verbrennungskraftmaschine lässt sich durch die Kraftstoffbedarfskennlinie darstellen. Mit dieser Kennlinie soll sich die Drehzahlförderkennlinie der Einspritzausrüstung möglichst decken.
Um eine solche Deckung herbeizuführen und um ein Überschreiten der Rauchgrenze zu verhindern, hat man neben dem die Leerlauf- und die Höchstdrehzahl begrenzenden Regler, der die vom Kraftfahrzeugführer vorgewählte Drehzahl unabhängig von der Motorbelastung konstant hält, einen weiteren Regler vorgesehen, der das Fördermengenverstellglied der Einspritzpumpe in Richtung auf die Höchstfüllung drehzahlabhängig begrenzt, ohne dass dabei der erstere Regler beeinflusst wird.
Dieser drehzahlabhängige Regler wirkt dabei bei einer bekannten Bauart über einen Nocken, der der Angleichung der Drehzahlförderkennlinie der Einspritzpumpe an die Kraftstoffbedarfskennlinie der Brenn- kraftmaschine Rechnung trägt, auf das Fördermengenverstellglied der Einspritzpumpe ein. Bei einer anders gestalteten bekannten Einrichtung wird von dem Regler drehzahlabhängig ein in der Bahn des Fördermengenverstellgliedes liegender Anschlag verschoben, welcher das Geben einer grösseren Brennstoffmenge als derjenigen, die bei der augenblicklichen Drehzahl noch rauchfrei verbrannt wird, verhindert.
Der Anschlag ist dabei von einem Kurvenstück gebildet, das entsprechend der Anpassung der Drehzahlförderkennlinie der Einspritzpumpe an die Kraftstoffbedarfskennlinie der Brennkraftmaschine ausgelegt ist.
Bei den Einspritzbrennkraftmaschinen ist es, um einen ruhigen Lauf und eine einwandfreie Verbrennung zu erzielen, darüber hinaus auch noch erforderlich, den Einspritzzeitpunkt entsprechend der Drehzahlsteigerung vorzuverlegen. Die Vorverlegung des Einspritzzeitpunktes ist notwendig, um den Zündverzug, der sich mit zunehmender Drehzahl über einen grösser werdenden Kurbelwinkel erstreckt, auszugleichen. Zur drehzahlabhängigen Verstellung des Einspritzzeitpunktes ist es bekannt, einen weiteren, auf das Triebwerk der Einspritzpumpe einwirkenden Regler vorzusehen, der entweder von einem Fliehkraftregler oder von einem Steuerkolben gebildet ist. Der Steuerkolben ist von dem Zulaufbrennstoff beaufschlagt, der in seiner Druckhöhe von der Maschinendrehzahl abhängig ist.
Nach alledem besteht immer noch die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Vorrichtung zum Anpassen der Fördermenge der Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine an die Brennstoffbedarfskennlinie und zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes mittels eines einzigen drehzahlabhängigen Reglers zu schaffen, in der die wesentlichen, den Betrieb der Brennkraftmaschine beeinflussenden Grö- ssen berücksichtigt sind und die sich infolge einer einfachen, zuverlässigen und gleichzeitig raumsparenden Konstruktion sowie durch leichte Anpassbarkeit an viele Typen von Brennkraftmaschinen für Massenfertigung eignet.
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit Fördermengen-
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regulierung durch Hubänderung des durch einen Drehnocken betätigten Pumpenkolbens, wobei die Ausgangsstellung des Kolbens vor jedem Förderhub durch die Schwenkstellung und die Lage des Drehpunktes eines auf einem Exzenter schwenkbar gelagerten einarmigen Hebels bestimmt ist, der einen Rückhubbegrenzungsanschlag für den Kolben bildet und mit einem Drehzahlgeber, der zur Anpassung der Drehzahlförderkennlinie der Einspritzpumpe an die Brennstoffbedarfskennlinie der Brennkraftmaschine mit einem Regelnocken versehen ist.
Die erfindungsgemässe Kraftstoffeinspritzpumpe ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Axialstellung des Regelnockens von der Drehzahl abhängig gesteuert ist und dass er von einem federbelasteten zweiarmigen Schwinghebel abgetastet wird, dessen Verdrehung über die Exzenterwelle eine Verstellung des Drehpunktes des Rückhubbegrenzungsanschlages bewirkt, wobei die Endfläche des Regelnockens zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes zugleich mit einem federbelasteten, zweiarmigen Hebel zusammenwirkt, dessen Verdrehung über eine weitere Exzenterwelle eine Verschiebung des Drehpunktes des in die Antriebsübertragung zwischen Antilebsnocken und Pumpenkolben eingeschalteten und auf dem Exzenter schwenkbar gelagerten Winkelhebels bewirkt.
Durch die Einschaltung eines als Korrekturglied wirkenden Regelnockens in den drehzahlabhängigen Regelkreis, der nur von einem einzigen Drehzahlgeber beaufschlagt wird, können die für eine bestimmte Motorenbauart wichtigen Regelgrössen, beispielsweise der Liefergrad der Einspritzpumpe, die Luftfüllung der Brennkraftmaschine, die Brennstoffanreichung während des Startbetriebes, die Luftwichte, die Viskosität und die Wichte des Brennstoffes sowie die Vorverlegung des Einspritzzeitpunktes mit zunehmender Drehzahl des Motors, erfasst werden.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. In Fig. l der Zeichnungen ist eine Regelvorrichtung in der senkrechten Hauptebene geschnitten und in Fig. 2 der mit der vorgenannten Vorrichtung zusammenarbeitende drehzahlabhängige Regler im Axialschnitt dargestellt, wobei die Schnittebene der Fig. 2 parallel zu derjenigen der Fig. l liegt.
In Fig. 1 ist das Gehäuse für die Regelvorrichtung mit 1 bezeichnet. An das Gehäuse 1 ist ein weiteres Gehäuse 2 angeflanscht, in welchem die Einspritzpumpe und die kraftstofführenden Bohrungen untergebracht sind. Der Pumpenkolben 3 der Einspritzpumpe ist in einer im Pumpengehäuse 2 befestigten Laufbüchse 4 geführt. Zwischen der Stirnfläche der Laufbüchse 4 und einem am Pumpenkolben 3 ausgebildeten Ringansatz befindet sich die Schraubenfeder 5, deren Kraft die Saughubbewegung des Pumpenkolbens 3 von rechts nach links bewirkt. Der Antrieb des Förderhubes erfolgt
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eine von links nach rechts gerichtete Bewegung des Stösselsdes Pumpenkolbens 3 wirkt.
Im folgenden sind die Teile der Regelvorrichtung beschrieben, durch die die beiden Regelgrössen Drehzahl und Drehmoment des Verbrennungsmotors in die Vorrichtung eingegeben werden. Sie bestehen aus einem an sich bekannten Fliehkraftregler, der federbelastet ist, wobei die Rückstellkraft der Feder willkürlich veränderbar ist. Zum Zwecke des Antriebs des Fliehkraftreglers ist das Zahnrad 7 mittels der Nut-Feder-Verbindung 8 drehfest auf der Nockenwelle 9 angeordnet. Die Nockenwelle 9 für den Antrieb der Einspritzpumpe und des drehzahlunabhängigen Reglers ist im Gehäuse 1 drehbar gelagert. Sie ist in üblicher und daher nicht dargestellter Weise starr mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine gekuppelt.
Das Zahnrad 7 kämmt mit dem weiteren Zahnrad 10, das drehbar auf der im Gehäuse 1 angeordneten Achse 11 gelagert ist und elastisch drehfest mit dem topfförmigen Gehäu- se 12 desFliehkraftreglers verbunden ist. Im Gehäuse 12 sind die Fliehgewichte 13 in nicht dargestellter Weise drehbar aufgehängt, wobei als Begrenzer für die Auslenkbewegung der Fliehgewichte der zylindermantelförmige Rand des Gehäuses 12 dient. Mit ihren fingerförmigen Ansätzen 14 hintergreifen die Fliehgewichte die Druckplatte 15, die frei drehbar auf der Achse 11 und in nicht dargestellter Weise reibungsarm drehbar gegenüber der Muffe 16 angeordnet ist. Diehülsenförmige Muf- fe 16 ist auf die Achse 11 geschoben.
Auf ihrem rechten Ende ist die Hülse 17 befestigt, die eine im wesentlichen konische, als Steuerfläche ausgebildeteMantelfläche 18 besitzt. Die Rückstell- kraft für die Fliehgewichte 13 wird von der Schraubenfeder 19 aufgebracht, deren linkes Ende an einer entsprechenden Sitzfläche der Muffe 16 anliegt und deren rechtes Ende sich am Widerlager 20 abstützt, das auf der Muffe 16 axial verschiebbar geführt ist. Zum Zwecke der Axialverschiebung des Widerlagers 20 ist der Hebel 21 vorgesehen, der drehfest auf der im Gehäuse 1 drehbar gelager- ten Welle 22 sitzt und mit dem Bolzen 23 in die Ringnut 24 des Widerlagers 20 eingreift.
Die Welle 22 ist in nicht dargestellter Weise aus dem Gehäuse l herausgeführt und trägt an dem her- ausragenden Ende einen drehfest angeordneten Hebel, der in bekannterWeise mittels eines Gestänges mit einem vom Kraftfahrzeugführer zu betätigenden Hand-bzw. Fusshebel verbunden ist. Zur Übertragung der vom Fliehkraftregler ausgeübten Stellkraft auf das Fördermengenverstellglied der Einspritzpumpe
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dient der Winkelhebel 25, der auf dem ortsfesten Zapfen 26 drehbar gelagert ist und sich mit dem einen Arm auf der Mantelfläche 18 der Hülse 17 abstützt. Am zweiten Arm des Winkelhebels 25 liegt das Ende der einarmigen Schwinge 27, die als Fördermengenverstellglied der Regelvbrrichtung dadurch dient, dass sie den Begrenzungsanschlag für den Saughub des Pumpenkolbens 3 bildet.
Die Schwinge 27 ist auf dem Exzenter 28 drehbar gelagert, so dass sie unter dem Einfluss der vom Fliehkraftregler ausgeübten Stellkraft ihre Winkellage ändert und dadurch früher bzw. später im Weg des rückkehrenden Pumpenkolbens 3 liegt.
Die von der Brennkraftmaschine angetriebene Nockenwelle 9 besitzt den Nocken 29 zur Betätigung der Einspritzpumpe. Die seitlichen Borde 30 des Nockens 29 dienen zur axialen Führung einer Rolle 31, die sich zwischen dem Nocken 29 und dem Stössel 32 befindet und den Zweck hat, die Gleitreibung zwischen den vorgenannten Teilen aufzuheben. Der Stössel 32 ist zwecks Verminderung der Massenkräfte hohl und besitzt eine senkrecht zu seiner Achse liegende Ausnehmung 33.
Zum Zwecke seiner axialen Führung ist die gehäusefeste Gleitbahn 34 vorgesehen. Am oberen Ende des Stössels 32 liegt der eine Arm des winkelförmigen Schwinghebels 35, wobei wieder zwecks Verhinderung von Gleitreibung eine Rolle 36 zwischengeschaltet ist. Der Schwinghebel 35 ist drehbar auf dem Exzenter. 37 gelagert, der auf der im Gehäuse 1 drehbar angeordneten Exzenterwelle 38 befestigt ist. Der zweite Arm des Schwinghebels 35 trägt die Rolle 39 und liegt am tellerförmigen Ende des Stössels 40 an, der in einer senkrecht zur Achse des Stössels 32 liegenden Bohrung der Gleitbahn 34 axial verschieblich geführt ist und den Stössel 32 im Bereich der Ausnehmung 33 durchdringt. Zwischen der Gleitbahn 34 und dem tellerförmigen Ende des Stössels 40 istdieSchrau-
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Die erfindungsgemässe drehzahlabhängige Einwirkungsmöglichkeit ist dadurch vorgesehen, dass der Exzenter 28 auf der drehbar im Gehäuse 1 gelagerten Exzenterwelle 42 befestigt, ist, so dass durch Drehen der Exzenterwelle die Drehpunktlage der Schwinge 27 veränderlich ist. Die Änderung der Drehpunktlage der Schwinge 27 ist für die Eingabe der drehzahlabhängigen Regelgrössen, z. B. des Liefergrads der Einspritzpumpe sowie der Luftfüllung des Verbrennungsmotors und gegebenenfalls zum Zwecke der Startanreicherung ausgenutzt.
Zum Zwecke der Drehung der Exzenterwelle 42 ist auf dieser, wie in Fig. 2 dargestellt, der zweiarmige Schwinghebel 43 fest angeordnet, dessen einer Arm durch die Kraft der Rückstellfeder 44 belastet und dessen anderer Arm als Taster ausgebildet ist, der auf der Mantelfläche des Regelnockens 45 liegt. Der Regelnocken ist hohlgebohrt sowie axial verschiebbar und drehbar auf der Hülse 46 gelagert, die fest im Pumpengehäuse 2 angeordnet ist. Die Hülse 46 dient als Führung für den Kolben 47, mit dessen Kolbenstange 48 der Regelnocken 45 axial fest dadurch verbunden ist, dass er zwischen der Schulter 49 der Kolbenstange und dem in eine Nut der Kolbenstange eingelegten Sprengring 50 gehalten ist.
Als Verstellkraft für den Kolben 47 dient der Druck, den die im Pumpengehäuse 2 befindliche und von der Nockenwelle des Verbrennungsmotors angetriebene, nicht dargestellte Kraftstofförderpumpe erzeugt. Die Bohrung 51 verbindet zu diesem Zweck den Zylinder-
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ben 47 wird von der Schraubenfeder 53 aufgebracht, die auf die Kolbenstange 48 aufgeschoben und mit ihrem einen Ende am Kolben, mit ihrem andern Ende an dem als Widerlager dienenden Sprengring 54 anliegt, der in eine Nut der Hülse 46 eingelegt ist. Mit dem Regelnocken 45 drehfest verbunden ist das Ritzel 55, mit dem die Zahnstange 56 kämmt, die in der Führungsbahn 57 des Gehäuses 1 für die Regelvorrichtung verschiebbar angebracht ist.
Die Axialverschiebung des Regelnockens 45 in der einen oder andern Richtung entsprechend den eingezeichneten Pfeilen bewirkt eine Drehung der Exzenterwelle 42 und damit eine Verschiebung des Drehpunkts der Schwinge 27 entsprechend der als Raumkurve ausgebildeten Oberfläche des Regel- nockens. 45. Zu diesem Zweck ist der für die Lastdrehzahlen des Verbrennungsmotors vorgesehene Teil 58 der Steuerfläche unter Berücksichtigung der Kraftstoffbedarfskennlinie und der Drehzahlförderkennlinie des Verbrennungsmotors ausgebildet. Der Liefergrad der Einspritzpumpe und die Luftfüllung des Verbrennungsmotors sind dabei veränderliche Abhängige der Kraftstoffbedarfskennlinie. Der Teil 59 der Oberfläche des Regelnockens 45 hat keinen Einfluss auf die Regelwirkung.
Zwischen denTei- len 58 und 59 der Steuerfläche befindet sich ein steiler Anstieg, mit dessen Hilfe die beim Anlassen des Verbrennungsmotors benötigte Fördermenge geregelt wird.
Ebenso bewirkt eine Drehung des Regelnockens 45 um die Achse des Kolbens 47 eine Drehung
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sen geliefert wird. In diesem Fall ist bei entsprechender Ausbildung der vorerwähnten Raumkurve auf der Oberfläche des Regelnockens 45 der Einfluss der Luftwichte auf die bei jedem Hub des Pumpenkolbens 3 zu fördernde Kraftstoffmenge berücksichtigt. Es ist aber auch möglich, auf der Oberfläche des Regelnockens 45 mehrere voneinander verschiedene Längsbahnen vorzusehen, die um einen Winkelbetrag gegeneinander versetzt sind und deren jede unter Berücksichtigung der Viskosität und der Wichte des Kraftstoffs geformt ist.
In letzterem Fall ist es zweckmässig, die Längsverschiebung der Zahnstange 56 etwa an Hand einer entsprechend bezeichneten Skala von Hand vorzunehmen und gleichzeitig über eine nicht dargestellte Regulierdrossel den drehzahlabhängigen Druckverlauf in der Bohrung 51 von der Viskosität des Kraftstoffs unabhängig zu machen.
Wegen des für die Zündung und die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs im Zylinder des Verbrennungsmotors erforderlichen Zeitbedarfs ist es nötig, den Einspritzzeitpunkt mit zunehmender Drehzahl des Motors vorzuverlegen. Zu diesem Zweck ist auf der Welle 38 des Exzenters 37, der als Drehlager für den Schwinghebel 35 dient, der Hebel 60 drehfest angeordnet, dessen einer Arm von der Kraft der Rückstellfeder 61 beaufschlagt ist. Der andere Arm des Hebels 60 liegt in der Verschiebeachse des Regelnockens 45. Wenn der Regelnocken 45 infolge steigender Drehzahl des Verbrennungsmotors und damit steigenden Druckes im Zylinderraum 52 gemäss Fig. 2 nach links verschoben wird, trifft er auf den Hebel 60 und bewirkt bei weiterer Verschiebung in demselben Sinn die Drehung der Exzenterwelle 38, wodurch sich die Drehpunktlage des Schwinghebels 35 ändert.
Hieraus ergibt sich eine Verschiebung des Stössels 40 nach rechts, wodurch der Zwischenraum zwischen dem Ende des Stössels und dem Verlängerungsstück 6 des Pumpenkolbens 3, der in der Ruhelage des Hebels 60 vorhanden ist, verkleinert wird, so dass der Stössel bei seinem Arbeitshub früher auf das Verlängerungsstück 6 des Pumpenkolbens 3 auftrifft. Dies hat zur Folge, dass der Einspritzhub des Pumpenkolbens 3 früher einsetzt und dass somit zu einem früheren Zeitpunkt Krattstoff in den Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt wird.
PAT ENT ANSPRÜCHE :
1. Kraitstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit Fördermengenregulierung durch Hubänderung des durch einen Drehnocken betätigten Pumpenkolbens, wobei die Ausgangsstellung des Kolbens vor jedem Förderhub durch die Schwenkstellung und die Lage des Drehpunktes eines auf einem Exzenter schwenkbar gelagerten einarmigen Hebels bestimmt ist, der einen Rückhubbegrenzungsanschlag tür den Kolben bildet, und mit einem Drehzahlgeber, der zur Anpassung der Drehzahlförderkennlinie der Einspritzpumpe an die Brennstoffbedarfskennlinie der Brennkraftmaschine mit einem Regelnocken versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialstellung des Regelnockens (45) von der Drehzahl abhängig gesteuert ist und dass er von einem federbelasteten zweiarmigen Schwinghebel (43) abgetastet wird,
dessen Verdrehung über die Exzenterwelle (42) eine Verstellung des Drehpunktes des Rückhubbegrenzungsanschlages (27) bewirkt, wobei die Endfläche des Regelnockens (45) zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes zugleich mit einem federbelasteten, zweiarmigen Hebel (60) zusammenwirkt, dessen Verdrehung über eine weitere Exzenterwelle (38) eine Verschiebung des Drehpunktes des in die Antriebs- übertragung zwischen Antriebsnocken (29) und Pumpenkolben (3) eingeschalteten und aut dem Exzenter (37) schwenkbar gelagerten Winkelhebels (35) bewirkt.
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kens (45) unter Berücksichtigung der Drehzahlförderkennlinie und der Krattstoffbedartskennlinie getormt ist und an eine unter Berücksichtigung der beim Anlassen der Brennkraftmaschine benötigten Kraftstoffmenge geformte Steuerfläche mit einem steilen Anstieg anschliesst.