DE1919969C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer aus einem hin- und hergehenden Kolben sowie einem von diesem angetriebenen Pumpenkolben bestehenden Einheit, wobei der Antrieb des Pumpenkolbens über ein in einem von den einander zugewandten Stirnflächen beider Kolben begrenzten Arbeitsraum befindliches Kraftstoffvolumen einstellbarer Größe erfolgt, und mit einem FüUkanal zur Kraftstoffversorgung des Arbeitsraumes zwischen den beiden Kolben sowie einem mit einer zwischengeschalteten Zündvorrichtung versehenen Saugkanal zur Kraftstoffversorgung einer vom Pumpenkolben auf seiner dem Antriebskolben abgewandten Seite begrenzten Pumpenkammer, aus der währenddes Pumpenkolben-Druckhubs Kraftstoff über eine Einspritzleitung einer Einspritzdüse zugeführt wird, wobei nach einem bestimmten Hub des Pumpenkolbens durch eine Steuerkante am antriebskolbenseitigen Ende dieses Kolbens zur Beendigung der Einspritzung ein das Abströmen von Kraftstoff aus dem Arbeitsraum zwischen den beiden Kolben ermöglichender Entlastungskanal aufgesteuert wird.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art (siehe deutsche PS 11 32 763) wird der während des Saughubs in den Arbeitsraum und in die Pumpenkammer einströmende Kraftstoff durch jeweils eine Drossel gesteuert, wobei diese beiden Drosseln an einem gemeinsamen Stellorgan angeordnet sind. Während des Drucknubs des bzw. der Antriebskolben sind dann die von den Drosseln her führenden Versorgungskanäle des Arbeits: aums bzw. der Pumpenkammer gesperrt, so daß der Pumpenkolben simultan mit dem Antriebskolben bewegt wird und aus der Pumpenkammer so lange Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine fördert, bis er mit seiner rückwärtigen Stirnkante den Entlastungskanal öffnet. Das Ende der Einspritzung wird dabei durch die Lage der Abzweigung des Entlastungskanals bestimmt. Die Ausgangslage des Pumpenkolbens wird durch die Einspritzmenge bestimmt. Dabei erfolgt der Spritzbeginn der Einspritzeinrichtung mit dem Druckhub des Antriebskolbens, während das Spritzende vom konstanten Spritzbeginn an gerechnet, durch die Einspritzmenge bzw. die Spritzdauer bestimmt ist. Einer derartigen Steuerung der zur Brennkraftmaschine geförderten Kraftstoffmenge sind jedoch in Anpassung an deren Charakteristik Grenzen gesetzt, insbesondere läßt sich hiermit keine Verstellung des Spritzbeginns erreichen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzpumpe der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, bei der insbesondere mit einfachen Mitteln eine Spritzbeginnverstellung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Arbeitsraum zwischen dem Arbeitskolben und dem Pumpenkolben ständig mit einem weiteren Entlastungskanal in Verbindung steht, in dem ein in

Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuerbares, den Entlastungskanal freigebendes bzw. sperrendes Ventil angeordnet ist

Dies hat den Vorteil, daß die Einspritzung auf einem beliebigen Teil der Nockenerhebung des Antriebs des Antriebskolbens gelegt werden kann und damit auch die Förderrate pro Drehwinkel verändert werden kann. Zugleich mit diesem Vorteil ergeben sich vielfältige Möglichkeiten der Beeinflussung des Spritzbeginns.

Es ist zwar aus der DE-PS 7 36 380 eine Einspritzpumpe der gatiungsgemäßen Art mit der Möglichkeit bekannt, auch den Einspritzbeginn zu beeinflussen. Bei dieser Pumpe, bei der die Einspritzmenge durch Verändern des wirksamen Förderhubs des Pumpenkolbens bestimmt wird, was durch eine schräge Steuerkante am Pumpenkolben geschieht, die je nach Drehlage des Pumpenkolbens, einen Entlastungskanal früher oder später aufsteuert, ist ein Entlastungskanal vorhanden, der über eine Drossel vom Arbeitsraum in einen Druckraum führt, dessen Druck durch ein Steuerventil konstant einstellbar ist. Durch diese Einrichtung soll der Spritzzeitpunkt drehzahlabhängig beeinflußt werden. Diese Einrichtung hat jedoch den wesentlichen Nachteil, daß bei zunehmender Drehzahl die Spritzbeginnverstellung gemäß einer quadratischen Funktion geändert wird. Bezüglich der Regelwirksamkeit der Einrichtung ist dabei funktionsgegeben die Spritzverstellung im niedrigen Drehzahlbereich recht genau drehzahlabhängig, im hohen Drehzahlbereich jedoch nahezu undifferenziert bzw. unwirksam. Gerade bei hohen Drehzahlen aber ist eine sehr genaue und sich verhältnismäßig stark mit der Drehzahl ändernde Spritzbeginnverstellung erforderlich, während bei niedrigen Drehzahlen die Verstellung vernachlässigbar ist.

Weiterhin hat die bekannte Einrichtung gemäß der DE-PS 7 36 380 den Nachteil, daß große Kolbenhübe notwendig sind, um die dort vorgesehene Steuerfunktion auszuführen. Insbesondere bei schnell drehenden Pkw-Dieselmotoren sind in dieser Richtung Grenzen gesetzt, um bei großen Nockenhüben bzw. steilen to Nockenanstiegen nicht die sogenannte Abspringdrehzahl zu erreichen oder überschreiten, bei der eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Pumpenkolben und Nockenantrieb nicht mehr gewährleistet ist. Die großen Nockenhübe beruhen auf den großen Auffüll- bzw. Absteuermengen des Arbeitsraumes und dem konstanten Drosselabfluß von dort.

Es fließt bei dieser Einrichtung in jedem Fall drehzahlabhängig eine nicht unerhebliche Kraftstoffmenge während des gesamten Druckhubs des Antriebskolbens ungenutzt ab. Bei der Pumpenkammer erfordert die Steuerung einen verhältnismäßig langen Vor- und Nachhub je nach Lage der Schrägkanten, wobei die Vor- und Nachhubmenge ungenutzt abströmt. Die Schrägkantensteuerung erfordert ferner erhebliche Mindesthübe, wodurch dem Kolbendurchmesser Grenzen gesetzt sind. Entsprechend muß der Pumpenkolben große Hübe ausführen, so daß zwar für eine Spritzverstellung eine sehr genaue Anpassung möglich ist, diese jedoch einen erheblichen Verlusthub mit sich bringt.

Der Förderkolben wird bei dieser Einrichtung immer so lange angetrieben, bis der Antriebskolben seinen Hub beendet hat. Hierdurch wirken sich auch nockenformbedingte Antriebskolbengeschwindigkeitsänderungen unmittelbar auf die Förderkolbenbewegung aus, was sich insbesondere gegen Ende der Kolbenhübe als nachteilig Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

So hebt z. B. das Ventil im EntlastungskanaJ mit seinem Ventilglied in Richtung zum Arbeitsraum hin von seinem Ventilsitz ab, was den Vorteil hat, daß der Schließ- bzw. Öffnungsvorgang des Ventilgliedes von der Kraftstoffströmung unterstützt wird. Ein derart öffnendes Ventil ist aus der US-PS 16 64 607 bekannt

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist derart, daß das Ventil im Entlastungskanal ein gegen die Kraft einer Feder über eine Nebenleitung vom Druck im Arbeitsraum zwischen dem Arbeits- und Pumpenkolben beaufschlagter Steuerschieber ist, dem im Entlastungskanal eine Drosselstelle nachgeschaltet ist, deren Durchströmquerschnitt drehzahl- oder lastabhängig änderbar ist. Eine derartige Steuerung einer Leitung läßt sich der DE-OS 14 01 244 entnehmen.

Schließlich ist es bei einer Kraftstoffeinspritzpumpenbauart bei der zur Versorgung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine der Pumpenkolben neben seiner Hin- und Herbewegung synchron mit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine umläuft, und dabei über eine Verteilernut während seines jeweiligen Druckhubs nacheinander mehrere Einspritzdüsen versorgt sowie über mehrere Einlaßlängsnuten während des jeweiligen Saughubs den Saugkanal aufsteuert, wie sie z. B. aus der DE-PS 8 53 079 bekannt ist, vorteilhaft, wenn der Arbeitskolben mit dem Pumpenkolben über einen Mitnehmer drehschlüssig gekuppelt ist und beide Kolben in einem gemeinsamen Zylinder arbeiten.

Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine elektromagnetische Steuerung eines ständig mit dem Arbeitsraum zwischen dem Arbeitsund dem Pumpenkolben in Verbindung stehenden Entlastungskanals,

Fig. 2 eine hydroelektrische Steuerung dieses Entlastungskanals.

In einem Pumpengehäuse 1 arbeiten in einer Bohrung 2 ein Arbeitskolben 3 und ein Pumpenkolben 4. Der Arbeitskolben wird durch nicht dargestellte Mittel in eine hin- und hergehende sowie rotierende Bewegung versetzt und treibt den Pumpenkolben für die hin- und hergehende Bewegung mittelbar über Kraftstoff an, der sich in dem Arbeitsraum 5 zwischen Pumpenkolben 4 und Arbeitskolben 3 befindet, und für die rotierende Bewegung durch eine drehschlüssige Kupplung in Form eines Mitnehmers 6. Der eigentliche Einspritzpumpenarbeitsraum, die Pumpenkammer 7, ist oberhalb des Pumpenkolbens 4 vorgesehen und durch einen die Bohrung 2 verschließenden Stopfen 8 begrenzt.

Die Pumpenkammer 7 wird während des Saughubs der Einspritzpumpe aus einem Saugraum 10 über einen Saugkanal 11, dessen Querschnitt durch ein Ventil 12 gesteuert wird, und über in der Oberfläche des Pumpenkolbens 4 angeordnete Längsnuten 13, eine Ringnut 14 und eine Verteilerlängsnut 15 mit Kraftstoff versorgt. Die in die Ringnut 14 mündenden Längsnuten 13 steuern hierbei während des Saughubs den Saugkanal 11 auf, während gleichzeitig die Verteilerlängsnut 15 von den Druckleitungen 16 getrennt ist, von denen nur eine in der Zeichnung dargestellt ist. Die Verteilerlängsnut 15 steuert eine der Druckleitungen 16 erst während des Druckhubs der Kraftstoffeinspritzpumpe auf, damit der Kraftstoff aus der Pumpenkammer 7 zu der nicht dargestellten Einspritzdüse in einer Brennkraftmaschine strömen kann.

Der Arbeitsraum 5 zwischen dem Pumpenkolben 4 und dem Arbeitskolben 3 wird über in der Oberfläche des Arbeitskolbens 3 angeordnete Längsnuten 18 gegen Ende des Saughubs, d. h. wenn auch die Pumpenkammer 7 in der gewünschten Weise mit Kraftstoff versorgt ist, über einen Füllkanal 19 aus dem Saugraum 10 mit Kraftstoff aufgefüllt. Zu Beginn des darauffolgenden Druckhubes des Arbeitskolbens 3 strömt ein Teil des Kraftstoffes aus dem Arbeitsraum 5 über einen Entlastungskanal 20 zurück in den Saugraum 10. Der Entlastungskanal 20 ist durch ein Ventil 21 schließbar. Sobald der Entlastungskanal 20 geschlossen ist, dient das restliche im Arbeitsraum 5 befindliche Kraftstoffvolumen zum Antrieb des Pumpenkolbens 4. Der Pumpenkolben 4 steuert nach Zurücklegen eines bestimmten Hubes mit seiner Stirnkante 22 eine Ringnut 23 eines Entlastungskanals 24 auf, in dem ein Rückschlagventil 25 angeordnet ist, mit dem Saugraum 10 verbunden ist. Sobald diese Ringnut 23 aufgesteuert ist, strömt der vom restlichen Druckhub des Arbeitskolbens 3 verdrängte Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 5 über die Ringnut 23 und den Kanal 24 zurück in den Saugraum 10, so daß der Hub des Pumpenkolbens 4 und damit die Förderung aus der Pumpenkammer 7 zu der Brennkraftmaschine beendet ist. Durch das Rückschlagventil 25 wird verhindert, daß während des darauffolgenden Saughubes Kraftstoff aus dem Saugraum 10 in den Arbeitsraum 5 strömen kann.

Im Stopfen 8 ist ein Drehmagnet 27 angeordnet, über den eine Welle 28 mit einem im Stopfen 8 laufenden Gewindeabschnitt 29 verdrehbar ist. Die Welle hat einen Kopf 30, der über fest mit dem Pumpenkolben verbundene Klammern 31 als verstellbarer Anschlag für den Pumpenkolben 4 dient. Durch diesen Anschlag wird die vom Pumpenkolben 4 einnehmbare Saughubendstellung bestimmt. Dieser Anschlag dient damit zur Begrenzung der Maximalfördermenge. Der Drehmagnet 27 wird durch ein nicht dargestelltes elektronisches Steuergerät erregt, wodurch die Maximalfördermenge drehzahl- bzw. lastabhängig geändert werden kann (Angleichung). Die Verstellung dieses Anschlags 30 könnte jedoch auch mit anderen Mitteln als mit einem Drehmagneten erfolgen.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Querschnitt des Saugkanals 11 der die einzuspritzende Menge bestimmt, durch ein als Magnetventil ausgebildetes Ventil 12 gesteuert, d. h. das Magnetventil öffnet den Saugkanal 11 so lange, bis die gewünschte Kraftstoffmenge in die Pumpenkammer 7 gelangt ist. Hierbei wird die Öffnungszeit durch ein nicht dargestelltes elektronisches Steuergerät bestimmt.

Der Querschnitt des Saugkanals 11 kann aber auch wie beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 durch eine Saugdrossel 12' erfolgen, über die je nach dem Drosselquerschnitt während des Saughubs der Kolben, d. h. in der Zeit, in der durch die Längsnuten 13 der Saugkanal 11 aufgesteuert ist, eine bestimmte Kraftstoffmenge in die Pumpenkammer 7 gelangen kann.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird auch der Entlastungskanal 20 durch ein Magnetventil gesteuert, dessen Magnet 33 durch das nicht dargestellte elektronische Steuergerät nach Beginn des Druckhubes und drehzahl- oder auch lastabhängig erregt wird, so daß sein Anker 34 mit beweglichem Ventilteil 35 entgegen der Kraft der Öffnungsfeder 36 auf den Ventilsitz 37 gezogen wird. Aufgrund der Drosselwirkung der öffnung des Magnetventils 35, 37 wirkt der durchströmende Kraftstoff in Schließrichtung auf das bewegliche Ventilteil 35 und preßt dieses, nachdem das Ventil geschlossen ist, fest auf seinen Sitz 37. Der Magnet 33 bleibt so lange erregt, bis nach Ende des durch die Längsnuten 13 bestimmten nachfolgenden Saughubs eine Verbindung des Saugraums 10 zum Arbeitsraum 5 zu dessen Auffüllung erfolgen muß. Bei diesem Ausführungsbeispiel könnte durchaus auf den Kanal 19 und die Längsnuten 18 verzichtet werden.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung des Entlastungskanals 20 durch das Ventil 2Γ hydroelektrisch. Der im Arbeitsraum 5 herrschende Druck beaufschlagt über eine Nebenleitung 38 einen Steuerschieber 39, der den Durchgang durch den Entlastungskanal 20 steuert und entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 40 verschiebbar ist. Die Hochdruckseite des Kanals 20 wird von dem Niederdruckabschnitt des Kanals 20 getrennt, sobald nach Beginn des Druckhubes des Arbeitskolbens 3 und ausreichendem Druck im Arbeitsraum 5 der Steuerschieber 39 entgegen der Feder 40 verschoben wird. Um den für die Verschiebung ausreichenden Druck im Arbeitsraum 5 zu erhalten, ist im Entlastungskanal 20 eine Drosselstelle 41 vorgesehen, deren Querschnitt mittels einer Drosselnadel 42 drehzahl- bzw. lastabhängig änderbar ist. Hierzu dient ein Stellorgan 43, das elektrisch arbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer aus einem hin- and hergehenden Kolben sowie einem von diesem angetriebenen Pumpenkolben bestehenden Einheit, wobei der Antrieb des Pumpenkolbens über ein in einem von der einander zugewandten Stirnflächen beider Kolben begrenzten Arbeitsraum befindliches Kraftstoffvolumen einstellbarer Größe erfolgt, und ι ο mit einem Füllkanal zur Kraftstoffversorgung des Arbeitsraumes zwischen den beiden Kolben sowie einem mit einer zwischengeschalteten Zumeßvorrichtung versehenen Saugkanal zur Kraftstoffversorgung einer vom Pumpenkolben auf seiner dem Antriebskolben abgewandten Seite begrenzten Pumpenkammer, aus der während des Pumpenkolben-Druekhubs Kraftstoff über eine Einspritzleitung einer Einspritzdüse zugeführt wird, wobei nach einem bestimmten Hub des Pumpenkolbens durch eine Steuerkante am antriebskolbenseitigen Ende dieses Kolbens zur Beendigung der Einspritzung ein das Abströmen von Kraftstoff aus dem Arbeitsraum zwischen den beiden Kolben ermöglichender Entlastungskanal aufgesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (5) zwischen dem Arbeitskolben (3) und dem Pumpenkolben (4) ständig mit einem weiteren Entlastungskanal (20) in Verbindung steht, in dem ein in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuerbares, den Entlastungskanal freigebendes bzw. sperrendes Ventil (21,21') angeordnet ist.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (21) im Entlastungskanal (20) elektromagnetisch betätigt wird.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (21) im Entlastungskanal (20) mit seinem Ventilglied (34, 35) in Richtung zum Arbeitsraum (5) hin von seinem "O Ventilsitz (37) abhebt.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (21') im Entlastungskanal (20) ein gegen die Kraft einer Feder (40) über eine Nebenleitung (38) vom Druck im Arbeitsraum (5) zwischen dem Arbeits- und Pumpenkolben (3, 4) beaufschlagter Steuerschieber (39) ist, dem im Entlastungskanal (20) eine Drosselstelle (41) nachgeschaltet ist, deren Durchströmquerschnitt drehzahl- oder lastabhängig änderbar ist.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchströmquerschnitt der Drosselstelle (41) mit Hilfe eines elektrisch betätigbaren Stellorgans (43) änderbar ist.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Saughub des Pumpenkolbens (4) zur Maximalfördermengenbegrenzung durch einen verstellbaren Anschlag (27—31) einstellbar ist.

7. Krattstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (27—31) elektromagnetisch verstellbar ist.

8. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zur Versorgung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine der Pumpenkolben neben seiner Hin- und Herbewegung synchron mit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine umläuft, und dabei über eine Verteilernut wahrend seines jeweiligen Druckhubs nacheinander mehrere Einspritzdüsen versorgt sowie über mehrere Einlaßlängsnuten während des jeweiligen Saughubs den Saugkanal aufsteuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (3) mit dem Pumpenkolben (4) über einen Mitnehmer (6) drehschlüssig gekuppelt ist und beide Kolben (3,4) in einem gemeinsamen Zylinder (2) arbeiten.