DE1947529B2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit Änderung der zu Einspriztdüsen geförderten Kraftstoff menge in Abhängigkeit von der Drehzahl durch Unterbrechen der Pumpenförderung mindestens bei Erreichen der Maximaldrehzahl infolge Aufsteuerns eines ersten mit dem Pumpenarbeitsraum einer Hauptpumpe in Verbindung stehenden Entlastungskanals während des Förderhubs des Pumpenkolben mittels eines hin- und hergehenden Regelgliedes, das durch die vom Kolben einer synchron mit der Hauptpumpe angetriebenen Hilfspumpe verdrängte Druckflüssigkeit im Sinne seines Hingangs angetrieben wird und während seines durch eine Rückstellkraft bewirkten Rückgangs dadurch gebremst wird, daß es wenigstens einen Teil der Flüssigkeit, die seinen Hingang verursacht hat, durch eine Regeldrossel hindurchpressen muß, so daß das Regelglied bei einem bestimmten Drosselquerschnitt und Erreichen einer bestimmten Drehzahl infolge Eintretens des sogenannten flüssigen Anschlags nicht mehr in seine Ausgangslage an einen festen Anschlag zurückläuft, und mit zusätzlicher Änderung der geförderten Kraftstoffmenge über einen zweiten, mit dem Pumpenarbeitsraum der Hauptpumpe in Verbindung stehenden Entlastungskanal, der durch das Regelglied vor dem ersten Entlastungskanal aufgesteuert und außerdem durch einen synchron mit der Hauptpumpe und Hilfspumpe arbeitenden Kolbenschieber gesteuert wird.

Eine Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art ist aus der deutschen Patentschrift !2 86 804 bekannt Bei der bekannten Pumpe werden die beiden über Verbindungskanäle mit dem Pumpenarbeitsraum der Hauptpumpe in Verbindung stehenden Entlastungskanäle durch das Regelglied beim Anlassen gesperrt. Außerdem wird, solange das Regelglied in seine Ausgangslage zurückläuft bzw. bis der flüssige Anschlag eine bestimmte Höhe überschritten hat, der Verbindungskanal zum zweiten Entlastungskanal durch den Pumpenkolben aufgesteuert, bevor das Regelglied den ersten Entlastungskanal öffnet Durch eine derartige Steuerung des zweiten Entlastungskanals wird nun bei dieser bekannten Einspritzpumpe verhindert, daß im Voll-Lastdreh- zahlbereich die durch einen der Startmehrmenge dienenden Überströmkanal abströmende Druckflüssigkeit der Hilfspumpe einen nachteiligen Einfluß auf die Regelung hat. Bei manchen Brennkraftmaschinen ist eine Voreinspritzung bzw. Spritzverstellung erwünscht, welche bei dieser bekannten Pumpe einen erheblichen Zusatzaufwand beispielsweise in Form eines Nockenspritzverstellers erfordern würde.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln zunächst eine Voreinspritzung zu erreichen und diese in einer Weiterentwicklung ganz oder teilweise durch eine lastabhängige Späterlegung des Einspritzbeginns zu ersetzen.

Die Aufgabe, zunächst eine Voreinspritzung zu erreichen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zweite Entlastungskanal vor Eintreten des flüssigen Anschlags durch den Kolbenschieber geschlossen wird, bevor er durch das Regelglied aufgesteuert wird und nach Eintreten des flüssigen Anschlags, mit dessen Steigen in zunehmendem Maße durch das Regelglied

so früher aufgesteuert als durch den Kolbenschieber geschlossen wird. Die Voreinspritzung wird hierdurch mit einfachen Mitteln und ohne Störung des Regelprinzips des »flüssigen Anschlags« bewirkt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in an sich bekannter Weise jeder Einspritzleitung ein Entlastungsvolumen zugeordnet, so daß mit einfachsten Mitteln, wie bereits im Zusammenhang mit der Aufgabenstellung genannt, die Voreinspritzung je nach Größe des Entlastungsvolumens ganz oder teilweise durch eine lastabhängige Spritzbeginnverstellung ersetzbar ist. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung dient als Kolbenschieber der Pumpenkolben der Hauptpumpe bzw. der Hilfspumpe.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der

Erfindung ist vereinfacht in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine Kraftstoffeinspritzpumpe im Längsschnitt

F i g. 2 zwei Diagramme, die den Hub des Regelgliedes, bzw. des Pumpenkolbens über dem Drehwinkel eines Kolbenantriebsnockens darstellen.

In dem Gehäuse 1 einer Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet ein gestufter Pumpenkolben, der in seinem oberen Abschnitt als Hauptpumpenkolben 2 und in seinem unteren Abschnitt als Hilfspumpenkolben 18 ausgebildet ist. Die Kolben 2 und 18 werden durch nicht dargestellte Mittel, wie durch die Pfeile in F i g. 1 angedeutet, in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt und erfahren gleichzeitig eine Drehbewegung um ihre Achse. Der im Durchmesser kleinere Hauptpumpenkolben 2 arbeitet in einem Zylinder 3 und begrenzt mit diesem einen Pumpenarbeitsraum 4. Bei jedem Saughub des Kolbens 2 erfolgt die Versorgung des Pumpenarbeitsraums 4 mit Kraftstoff aus einem Saugraum S über eine Saugbohrung 6 und dann über einer der Längsnuten 7, eine Ringnut 8, eine Axialbohrung 9, die durch eine Querbohrung 10 mit der Ringnut 8 verbunden ist und in den Pumpenarbeitsraum 4 mündet

Der Kolben 2 versorgt über eine Verteilerlängsnut 11 nacheinander Förderkanäle 12, die jeweils ein Rückschlagventil 13 mit einem Entlastungskolben 13' zur Erzielung eines bestimmten Entlastungsvolumens enthalten, und mit nicht dargestellten Druck- oder Einspritzleitungen verbunden sind, die zu den einzelnen Einspritzventilen am Motor führen. Durch die Entlastungs-Rückschlagventile 13 wird bekanntlich verhindert, daß auf Grund der Druckwechsel in der Druckleitung und deren Elastizität sowie der Kompressibilität des Kraftstoffes nach Beendigung des eigentlichen Einspritzvorganges noch Kraftstoff nachgespritzt wird. Die Längsnuten 7, von denen nur zwei dargestellt sind, und die Förderkanäle 12, von denen nur einer dargestellt ist, sind gleichmäßig auf dem Umfang des Kolbens 2 bzw. des Zylinders 3 verteilt und ihre Anzahl ist gleich der Anzahl der Zylinder des Motors, die von der Pumpe versorgt werden. Während Saugbohrung 6 und Förderkanal 12 in einer Ebene angeordnet sind, sind die Verteilerlängsnut 11 und Längsnuten 7 versetzt angeordnet, da die Verteilerlängsnut 11 nur dann einen der Förderkanäle aufsteuert, wenn die Längsnuten 7 von der Saugbohrung 6 getrennt sind und umgekehrt.

Die Mengenregelung der Pumpe erfolgt mit Hilfe eines Regelgliedes 14, das nun Regelschieber genannt wird. Dieser Regelachieber 14 arbeitet in einem Zylinder 15 und steuert die Verbindung zwischen einem Verbindungskanal 35, der vom Pumpenarbeitsraum 4 in den Zylinder 15 führt, und einem Entlastungskanal 16, der von dem Zylinder 15 in den Saugraum 5 führt Der Regelschieber 14 hat eine Ringnut 17, die mit dem Verbindungskanal 35 in stetiger Verbindung ist und in der Ruhelage des Regelschiebers, wie in F i g. 1 dargestellt von dem Entlastungskanal 16 getrennt ist

Der im Durchmesser größere Abschnitt de? gestuften Pumpenkolbens im Anschluß an den Pumpenkolben 2 bildet den Kolben 18 der Hilfspumpe. Dieser Kolben 18 arbeitet in einem Zylinder 19. Die von dem Kolben 18 verdrängte Flüssigkeit verschiebt den Regelschieber 14 im Sinne seines Hingangs. In die Stirnseite des Kolbens 18 münden Längsnuten 20, die sich in der Mantelfläche des Kolbens 18 befinden und die gleiche Anzahl haben sowie in der gleiche Ebene liegen wie die Längsnuten 7. Ober Saugbohrungen 21 und diese Längsnuten 20 gelangt während des Saugiiubs der Hilfspumpe Kraftstoff aus dem Saugraum 5 in den Arbeitsraum der Hilfspumpe 18, 19. Der Kolben 18 verdrängt während des darauffolgenden Förderhubs Kraftstoff im wesentlichen über die Längsnuten 20 und einen Kanal 22 in den Regelschieber 14. Der Kanal 22 und die Längsbohrungen 21 sind versetzt angeordnet.

Wenn der Regelschieber 14 durch diesen von der Hilfspumpe verdrängten Kraftstoff aus seiner Ruhelage geschoben wird, verbindet er bei diesem Hingang kurz vor Ende seines möglichen Weges den Verbindungskanal 35 mit den Entlastungskanal 16. Die Ruhelage des Regelschiebers wird durch einen Anschlag 23 bestimmt, der im Zylinder 15 unter dem Regelschieber angeordnet ist Bei seinem Rückgang verdrängt der Regelschieber, durch eine Rückstellfeder 24 angetrieben, mindestens einen Teil der Flüssigkeit die seinen Hingang bewirkt hat über einen Kanal 25 zurück in den Zylinder 19 der Hilfspumpe, da der Kanal 22 durch ein Rückschlagventil 26 geschlossen ist Im Verlauf des Kanals 25 ist eine Regeldrossel angeordnet die in Form eines mittels einer Schraube 29 axial in einer zylindrischen Bohrung 27 verschiebbar angeordneten Schieber 28 ausgebildet ist Der Schieber 28 hat eine Ringnut 30, in die der vom Regelschieberzylinder 15 herführende Abschnitt des Kanals 25 frei einmündet, während der in den Zylinder 19 der Hilfspumpe mündende Abschnitt des Kanals 25 an der Stelle, die in den Zylinder 27 mündet, bei 31 durch den Schieber 28 drosselbar ist.

Der Rückgang des Regelschiebers wird je nach Größe des Regeldrosselquerschnitts 3J mehr oder weniger gebremst. Oberhalb einer durch diesen Regeldrosselquerschnitt 31 bestimmten Drehzahl beginnt der Förderhub der Hilfspumpe bevor der Regelschieber 14 in seine Ausgangslage zurücklaufen konnte. Infolge des dabei auftretenden sogenannten »flüssigen Anschlags« für den Regelschieber 14, beginnt dieser seinen Hingang in einer anderen Ausgangslage, wodurch die Kanäle 35 und 16 im Laufe des Verdrängerhubs zu einem früheren Zeitpunkt miteinander verbunden werden. Hierdurch wird eine Verringerung deir Einspritzmenge erreicht und infolgedessen auch die Drehzahl des von der Einspritzpumpe versorgten Motors. Der Hingang des Regelschiebers wird in jedem Fall dann beendet, wenn seine Unterkante eine Sicherheitsbohrung 32 aufsteuert die in den Saugraum 5 mündet, und über die eine restliche von der Hilfspumpe geförderte Kraftstoffmenge abströmen kann.

Bevor der Regelschieber 14 den Entlastungskanal 16i> aufsteuert, steuert er einen zweiten Entlastungskanal 33

so auf, der ebenfalls in den Saugraum 5 mündet. Dieser zweite Entlastungskanal 33 wird jedoch durch den Zylinder 3 unterbrochen, in dem der Pumpenkolben 2 arbeitet. Zur Steuerung des zweiten Entlastungskanals 33 ist auf der Mantelfläche des Pumpenkolbens 2 eine Ringnut 34 angeordnet durch die, solange der Pumpenkolben seine untere Ruhelage einnimmt, der zweiten Entlastungskanal geöffnet ist jedoch von dem zweiten Entlastungskanal getrennt ist, wenn der Pumpenkolben beim Druckhub einen bestimmten Weg zurückgelegt hat. Dieser zur Sperrung des zweiten Entlastungskanals 31 notwendige Weg des Pumpenkolbens 2 ist so gewählt daß bei Votl-Last, d. h. solange der Regelschieber in seine Ausgangslage an den Anschlag 23 zurückläuft der zweite Entlastungskanal 33 durch den Pumpenkolben 2 geschlossen wird, bevor der Regelschreber 14 diesen zweiten Entlastungskanal aufsteuert. Sobald hingegen ein flüssiger Anschlag eintritt wird der zweite Entlastungskanal 33 durch den

Regelschieber 14 aufgesteuert, bevor der Pumpenkolben den Weg zurückgelegt hat. Ein Teil der vom Pumpenkolben 2 geförderten Kraftstoffmenge strömt also so lange über den Verbindungskanal 35, die Ringnut 17 und den zweiten Entlastungskanal 33 in den Saugraum 5, bis der zweite Entlastungskanal durch den Pumpenkolben 2 gesperrt wird.

Anhand des in Fig.2 dargestellten Diagramms soll nun die Funktion der daraus sich ergebenden lastabhängigen Spritzbeginnverstellung erläutert werden.

In Fig. 2 sind zwei übereinander angeordnete Diagramme gezeigt. Im oberen Diagramm ist der Weg Sr des Regclschiebers 14 (Ordinate) über dem Drehwinkel « (Abszisse) der die Pumpenkolben 2,18 in eine hin- und hergehende Bewegung versetzenden Antriebsvorrichtung (gewöhnlich in Form eines Nockens) dargestellt. Im unteren Diagramm ist der Kolbenhub s* der Pumpenkolben 2, 18 bzw. die entsprechende durch den Pumpenkolben 2 geförderte Menge Q (Ordinate) ebenfalls über dem Drehwinkel α dargestellt.

Im oberen Diagramm sind vier Kennlinien (I, H, III, IV) des Regelschieberweges aufgezeichnet. Im unteren Diagramm ist eine Kurve V enthalten, die die sinusförmige Bewegung der Kolben 2,18 dargestellt.

Die waagrechte Linie 533 gibt den Weg an, den der Regelschieber 14 vom festen Anschlag 23 aus zurücklegen muß, bis er den zweiten Entlastungskanal 33 aufsteuert (Schnittpunkte der Linie £33 mit den Kennlinien I bis IV). Die waagrechte Linie Sm gibt hingegen den Weg an, den der Regelschieber vom festen Anschlag aus zurücklegen muß, bis er den ersten Entlastungskanal 16 aufsteuert (Schnittpunkte der Linie S\b mit den Kennlinien I bis IV). Die Kennlinie I zeigt den Weg des Regelschiebers 14, solange dieser bei seinem Rückgang in seine Ruhelage an den Anschlag 23 zurücklaufen kann. Die Kennlinien Il bis IV zeigen den Weg des Regelschiebers 14 bei verschiedener zunehmender Höhe des flüssigen Anschlags S2, S3 und Sa. Die waagrechte Linie S21 im unteren Diagramm zeigt den zurückgelegten Weg des Pumpenkolbens bis zum Anschluß der Saugbohrungen 6 bzw. 21 durch den Pumpenkolben 2 bzw. 18 und Beginn des Hingangs des Regeischiebers 14. Dieser Weg entspricht dem Drehwinkel (X21. Beim Drehwinkel Λ34, wenn also der Pumpenkolben den Weg 534 zurückgelegt hat, ist die Ringnut 34 vom zweiten Entlastungskanal 33 getrennt und dieser gesperrt.

Sobald die Pumpenkolben 2, 18 den Weg Sm zurückgelegt haben, werden durch die Längsnuten 20 die Saugbohrungen 21 aufgesteuert, so daß der noch vom Kolben 18 verdrängte Kraftstoff zurück in den Saugraum 5 strömen kann. Von diesem Moment an beginnt, wie aus dem oberen Diagramm ersichtlich ist, der durch die Rückstellfeder 24 bewirkte Rückgang des Regelschiebers, bei dem er Kraftstoff über die Drossel 31 verdrängt und dabei je nach Drosselquerschnitt mehr oder weniger gebremst wird. Dem Kolbenweg S20 entspricht der Drehwinkel «20-

Da der Kreuzungspunkt der Linien Sn und «34 auf bzw. unmittelbar über der Kennlinie liegt, ist ersichtlich, daß, solange der Regelschieber an seinen festen Anschlag zurückläuft, solange also kein flüssiger Anschlag eintritt, der zweite Entlastungskanal 33 von der Ringnut 34 gelrennt ist, bevor der Regelschieber den zweiten Entlastungskanal 33 aufsteuert.

Die vom Hauptpumpenkolben 2 geförderte Kraftstoffmenge kann man sich in zwei Mengen unterteilt denken, nämlich die Menge «71, die er vom Drehwinkel 21 bis 34 (Schnittpunkt 34—535) fördert, und die Menge φ, die er von Drehwinkel 34 bis ie (Schnittpunkt κ,—Sx] fördert. Die Pumpenregelung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel nun so ausgelegt, daß die erste, verhältnismäßig kleine zwischen S21 und S34 geförderte Menge q\ gerade zur Auffüllung des Volumenverlustes dient, der bei der Entlastung der Kraftstoffdruckleitung durch den Entlastungskolben 13' des Rückschlagventils 13 entsteht, während die zweite Menge als effektive Einspritzmenge eingespritzt wird. Im gesamten VoIl-Last-Drehzahlbereich bleibt dieses Verhältnis unverändert. Sobald jedoch ein flüssiger Anschlag eintritt und beispielsweise bei Λ21 die Höhe S2 einnimmt, wird bei Drehwinkel oli der zweite Entlastungskanal durch den Regelschieber 14 aufgesteuert (Schnittpunkt <xi — Sn), wodurch die Förderung in den Förderkanal 12 unterbrochen wird und die Menge q'in den Saugraum 5 abfließt (Leerförderung). Erst wieder, wenn bei Drehwinkel «34 der zweite Entlastungskanal durch den Pumpenkolben 2 gesperrt wird, wird die Förderung in den Förderkanal 12 fortgesetzt. Deshalb ist erst bei Drehwinkel «β das Entlastungsvolumen in der Druckleitung durch die Menge q" — q' so aufgefüllt, daß die eigentliche Einspritzung beginnen kann, die dann beim Drehwinkel Λ7 dadurch unterbrochen wird, daß der Regelschieber bei S\_b den ersten Entlastungskanal 16 aufsteuert (Schnittpunkt Si₆-(X₇). Abgesehen davon, daß wie ersichtlich, die Einspritzmenge wesentlich vermindert wird, ergibt sich eine Verschiebung des Spritzbeginnzeitpunktes, und zwar gemäß der mit 5 bezeichneten, gestrichelt dargestellten Kennlinie.

Sobald der flüssige Anschlag auf die Höhe S3 gestiegen ist, ist die Leerförderung durch den zweiten Entlastungskanal 33, nämlich zwischen dem Drehwinkel «3 und «34 genauso groß wie der Förderabschnitt zwischen dem Drehwinkel Ot₃₄ und dem Drehwinkel as, bei dem der Entlastungskanal 16 aufgesteuert wird, wodurch die Einspritzung beendet wird (Schnittpunkt Kennlinie III mit S]₆), so daß die vom Pumpenkolben 2 geförderte Kraftstoffmenge lediglich zum Auffüllen des Entlastungsvolumens dient, also keine Einspritzung stattfindet. Steigt der flüssige Anschlag weiter an, so erfolgt keine Einspritzung mehr. Ab einer gewissen Höhe, z. B. der Höhe des flüssigen Anschlags, steuert der Regelschieber bei S32 die Sicherheitsbohrung 32 auf, die seinen Maximalhub bestimmt. Ab Aufsteuern dieser Sicherheitsbohrung 32 verläuft die Kennlinie IV waagrecht und fällt dann, wie die anderen Kennlinien, ab dem Drehwinkel Λ20 wieder ab.

Wie also mit Hilfe der Diagramme erläutert, wird durch die beschriebene Regelung der Spritzzeitpunkt im Abregeldrehzahlbereich auf »spät« verstellt, und zwar mit abnehmender Last, d. h. auch zunehmender Drehzahl, auf zeitlich gesehen zunehmend »spät«.

Wird anstelle des Rückschlagventils 13 mit Entlastungskolben 13' ein Rückschlagventil ohne Entlastungskolben eingebaut, so wird im Teillastgebiet oder im Leerlaufbereich durch die Fördermenge q\ eine Voreinspritzung erzielt, die zumindest im Leerlauf einen weichen Gang der Brennkraftmaschine ermöglicht.

Je nach Größe des verwendeten Entlastungsvolumens besteht außerdem die Möglichkeit, nebeneinander im oberen Lastbereich eine Voreinspritzung mit dann allerding kleinerer Erstmenge und im unteren Lastbereich eine Späterlegung des Spritzzeitpunktes zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit Änderung der zu Einspritzdüsen geförderten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl durch Unterbrechen der Pumpenförderung mindestens bei Erreichen der Maximaldrehzahl infolge Aufsteuerns eines ersten mit dem Pumpenarbeitsraum einer Hauptpumpe in Verbindung stehenden Entlastungskanals während des Förderhubs des Pumpenkolbens mittels eines hin- und hergehenden Regelgliedes, das durch die vom Kolben einer synchron mit der Hauptpumpe angetriebenen Hilfspumpe verdrängte Druckflüssigkeit im Sinne seines Hingangs angetrieben wird und während seines durch eine Rückstellkraft bewirkten Rückgangs dadurch gebremst wird, daß es wenigstens einen Teil der Flüssigkeit, die seinen Hingang verursacht hat, durch eine RegeJdrossel hindurchpressen muß, so daß das Regelglied bei einem bestimmten Drosselquerschnitt und Erreichen einer bestimmten Drehzahl infolge Eintretens des sogenannten flüssigen Anschlags nicht mehr in seine Ausgangslage an einen festen Anschlag zurückläuft, und mit zusätzlichen Änderungen der geförderten Kraftstoffmenge über einen zweiten, mit dem Pumpenarbeitsraum der Hauptpumpe in Verbindung stehenden Entlastungskanals, der durch das Regelglied vor dem ersten Entlastungskanal aufgesteuert und außerdem durch einen synchron mit der Hauptpumpe und Hilfspumpe arbeitenden Kolbenschieber gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Entlastungskanal (33) vor Eintreten des flüssigen Anschlags durch den Kolbenschieber (2) geschlossen wird, bevor er durch das Regelglied (14) aufgesteuert wird und nach Eintreten des flüssigen Anschlags, mit dessen Steigen in zunehmendem Maße durch das Regelglied (14) früher aufgesteuert, als durch den Kolbenschieber (2) geschlossen wird.
2. 2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise jeder Einspritzleitung ein Entlastungsvolumen zugeordnet ist.
3. 3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kolbenschieber in an sich bekannter Weise der Pumpenkolben (2) der Hauptpumpe dient.
4. 4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kolbenschieber der Pumpenkolben (18) als Hitfspumpe dient.