DE19900499A1

DE19900499A1 - Antriebe für Pumpe-Düse-Einspritzelemente oder Einspritzpumpen von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19900499A1
Application number: DE19900499A
Authority: DE
Inventors: Jens Hadler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-01-08
Publication date: 2000-07-13
Also published as: DE59903437D1; WO2000040853A1; EP1144839A1; EP1144839B1; JP2002534636A; ATE227807T1; US6427669B1; CN1334900A

Abstract

Die Erfindung betrifft Antriebe für Pumpe-Düse-Einspritzelemente oder Einspritzpumpen von Verbrennungsmotoren mit einer von der Kurbelwelle über ein formschlüssiges Zugmittel drehwinkelsynchron angetriebenen Nockenwelle für die Betätigung von Einspritzelementen. Die Nockenwelle weist für den Einspritzvorgang hinsichtlich ihrer Hubgeschwindigkeit und damit für die Fördergeschwindigkeit von Kraftstoff optimierte Nocken auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Antriebe ohne Spritzversteller für Pumpe-Düse-Einspritzelemente und Einspritzpumpen so zu gestalten, daß sich Langzeitveränderungen der Zugmittel und belastungsabhängige Verdrehungen der Nockenwelle kaum auf die Nennleistung auswirken. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Nocken mit ihrem Drehwinkel bzw. Drehwinkelbereich (alpha¶VHmax¶) höchster Fördergeschwindigkeit (V¶Hmax¶) in einem von der theoretisch optimalen Stellung v. OT (k) abweichenden Winkel (alpha¶a¶) angeordnet sind. Der abweichende Winkel (alpha¶a¶) näher OT entspricht dem sich aus der Zugmittellängung (L) ergebenden Fehlerwinkel (alpha¶F¶) oder ist kleiner als der Fehlerwinkel (alpha¶F¶).

Description

Die Erfindung betrifft Antriebe für Pumpe-Düse-Einspritzelemente oder Einspritzpumpen von Verbrennungsmotoren gemäß den Oberbegriffen des Haupt- und Nebenanspruches.

Vorbekannt sind gattungsgemäße Antriebe für Pumpe-Düse-Einspritzelemente von Verbrennungsmotoren mit einer von der Kurbelwelle über ein formschlüssiges Zugmittel, - z. B. Zahnriemen oder Kette - drehwinkelsynchron angetriebenen Nockenwelle für das Betätigen der Pumpe-Düse-Einspritzelemente.

Optimale Nennleistung und optimales höchstes Drehmoment eines Motors wird jeweils erreicht, wenn in bestimmten, jedoch unterschiedlichen Winkellagen vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes die höchste Fördergeschwindigkeit des Brennstoffes erzielt wird - siehe Fig. 3 -. Dies resultiert daraus, daß der Verbrennungsablauf qualitativ weitgehend vom Zeitpunkt der spezifisch höchsten Einspritzmenge von Kraftstoff bei optimaler Zerstäubung bestimmt wird.

Vorbekannt ist es, mittels einer Drehwinkelverstelleinrichtung im Antrieb zwischen Kurbel- und Nockenwelle eine jeweils optimale Winkellage der Nocken hinsichtlich ihres Bereiches höchster Hubgeschwindigkeit einzustellen. Dies bewirken die bereits bei Einspritzpumpen als auch Pumpe-Düse-Einheiten angewandten Spritzversteller. Bei Antrieben ohne Spritzversteller muß der Bereich höchster Hubgeschwindigkeit des Nockens in einer als Kompromiß festgelegten Winkellage vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes liegen, so daß sowohl ein hohes Drehmoment als auch eine hohe Nennleistung erzielt wird.

Bei solchen Antrieben mit einem formschlüssigen Zugmittel tritt bei diesem - z. B. Zahnriemen oder Kette - eine belastungs- und von der Betriebszeit abhängige Längung auf.

Dadurch verschiebt sich die im Neuzustand eingestellte Winkellage zwischen Kurbel- und Nockenwelle zu einem größeren Winkelabstand vor OT. Dies zieht im Regelfalle einen Leistungsverlust im Betriebsbereich der Nennleistung nach sich.

Unter dem Einfluß des Drehmomentes für die Betätigung des Förderelementes verdreht sich auch die Nockenwelle des Antriebes, so daß sich, je weiter der Nocken von der Antriebsebene der Nockenwelle entfernt ist, die Nockenwelle elastisch verdreht. Auch der Winkel dieser Verdrehung führt zu einem größeren Winkelabstand vor OT gegenüber der im Neuzustand eingestellten Winkellage zwischen Kurbel- und Nockenwelle. Dies führt zu dem bereits vorangehend beschriebenen Leistungsverlust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Antriebe ohne Spritzversteller für Pumpe-Düse-Einspritzelemente und Einspritzpumpen so zu gestalten, daß sich Langzeitveränderungen der Zugmittel und belastungsabhängige Verdrehungen der Nockenwelle kaum auf die Nennleistung auswirken.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Nocken mit ihrem Drehwinkel oder Drehwinkelbereich höchster Fördergeschwindigkeit in einem von der theoretisch optimalen Stellung v. OT abweichenden Winkel näher dem oberen Totpunkt angeordnet sind, wobei der abweichende Winkel dem sich aus der Längung des Zugmittels ergebenden Fehlerwinkel entspricht oder auch kleiner als dieser ist. Sowohl Nennleistung als auch maximales Drehmoment sind mittels einer solchen Gestaltung etwa konstant zu halten.

Die Anwendung eines Spritzverstellers oder eine zwischenzeitliche Neueinstellung der Winkellage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle während der Laufzeit des Antriebes kann entfallen.

In ähnlicher Weise können erfindungsgemäß auch Einflüsse des Drehmomentes für die Betätigung des Förderelementes kompensiert werden, die sich aus der elastischen Verdrehung der Nockenwelle des Antriebes ergeben. Einzelheiten hierzu werden in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang erläutert.

Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1a und b einen Antrieb für Pumpe-Düse-Einspritzelemente oder Einspritzpumpen mit neuem und gedehntem Zugmittel,

Fig. 2 ein Kennfeld der Hubgeschwindigkeit eines Nockens im Zusammenwirken mit den Übertragungsmitteln,

Fig. 3 ein Kennfeld mit den Winkelbereichen höchster Fördergeschwindigkeit V_Hmax für ein Optimum von Nennleistung N₀ und höchstem Drehmoment M_dmax,

Fig. 4 ein Diagramm der jeweiligen elastischen Verdrehung der Nockenwelle NW bei Wirksamkeit der Nocken N₁ bis N₄,

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Anordnung eines Nockens auf der Nockenwelle NW.

In Fig. 1a ist ein Antrieb für Pumpe-Düse-Einspritzelemente oder Einspritzpumpen schematisiert dargestellt. Von der Kurbelwelle KW des Verbrennungsmotors treibt ein formschlüssiges Zugmittel 1 über die Zahnräder 2; 3 eine Nockenwelle NW drehwinkelsynchron an. Sie steht mit ihren Nocken N₁ bis N₄ - siehe Fig. 4 - mit den Betätigungsorganen von Einspritzelementen im Eingriff, letzteres ist nicht dargestellt. Die Nockenwelle NW weist für den Einspritzvorgang optimierte Nocken N₁ bis N₄ auf, d. h. sie weisen ein ausgeprägtes Maximum oder einen sehr schmalen Drehwinkelbereich mit hoher Hubgeschwindigkeit V_Hmax und damit für die Fördergeschwindigkeit von Kraftstoff auf, siehe Fig. 2.

Dieser Drehwinkel oder Drehwinkelbereich V_Hmax kann zum Erzielen von optimaler Nennleistung - Feld N₀ - und optimalem, höchstem Drehmoment - Feld M_dmax - eines Motors jeweils in unterschiedlichen Winkelbereichen vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes liegen, siehe die genannten Felder in Fig. 3. Dies ergibt sich daraus, daß der Verbrennungsablauf qualitativ weitgehend vom Zeitpunkt der spezifisch höchsten Einspritzmenge von Kraftstoff mit optimaler Zerstäubung bestimmt wird.

Bei Antrieben ohne Spritzversteller, die erfindungsgemäß zu gestalten sind, ist der Drehwinkel oder Drehwinkelbereich V_Hmax in einer festen Winkellage vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes positioniert - siehe Fig. 3, Linie k -, wobei diese Winkellage k einen Kompromiß darstellt, um sowohl ein hohes Drehmoment als auch eine hohe Nennleistung zu erzielen. Die Lage vor OT von Drehwinkeln oder Drehwinkelbereichen V_Hmax der Nocken zum Erzielen eines hohen Drehmomentes M_dmax als auch einer hohen Nennleistung N₀ sind aus Fig. 3 ersichtlich.

Bei Antrieben mit einem formschlüssigen Zugmittel 1 - z. B. Zahnriemen oder Kette - treten belastungs- und von der Betriebszeit abhängige, bleibende Längungen L auf. Diese verlagern die im Neuzustand eingestellten festen Winkel zwischen Kurbel- KW und Nockenwelle NW - siehe Fig. 1a - hin zu einem um den Winkelabstand α_F vergrößerten Winkel, siehe Fig. 1b. Dies zieht im Regelfalle einen Leistungsverlust im Betriebsbereich der Nennleistung nach sich, siehe Fig. 3, Linie k + α_F.

Der durch die bei formschlüssigen Zugmitteln 1 auftretenden Längungen L auftretende Leistungsverlust ist vermeidbar. Erfindungsgemäß sind die Nocken N₁ bis N₄ mit ihrem Drehwinkel bzw. Drehwinkelbereich in einem von der theoretisch optimalen Stellung vor OT - siehe Linie k in Fig. 3 - abweichenden Winkel α_a näher OT angeordnet - siehe Linie e in Fig. 3. Der abweichende Winkel α_F entspricht dem sich aus der Längung L ergebenden Fehlerwinkel. Eine erfindungsgemäße Einstellung kennzeichnet die Linie e in Fig. 3.

Durch das wirkende Drehmomentes beim Betätigen der Förderelemente kommt es zur elastischen Verdrehung der Nockenwelle NW, wobei der dabei auftretende Verdrehwinkel α_t1 bis α_t4 um so größer ist, je weiter der jeweilige Nocken N₁ bis N₄ von dem Antriebsrad 3 bzw. von der Antriebsebene der Nockenwelle NW entfernt ist. Auch dieser jeweilige Verdrehwinkel α_t führt zu einem größeren Winkelabstand vor OT des Drehwinkels bzw. Drehwinkelbereiches αV_Hmax höchster Hubgeschwindigkeit gegenüber der bei Erstmontage eingestellten Winkellage zwischen Kurbel- KW und Nockenwelle NW. Somit wirken diese Verdrehwinkel α_t auch in Richtung Leistungsverlust.

Diese Auswirkungen können erfindungsgemäß behoben werden. Hierzu sind die Nocken N in einer von dem Zylinderfolgewinkel α_z abweichenden Winkellage α_a' näher an OT angeordnet. Der Differenzwinkel α_t von der dem Zylinderfolgewinkel α_z entsprechenden Winkellage ist durch die elastische Verdrehung zwischen dem Antriebsrad 3 und dem jeweiligen Nocken N₁ bis N₄ bestimmt. Seine Größe entspricht der sich bei Vollast und höchster Hubgeschwindigkeit einstellenden Verdrehung in Größe des Winkels α_t.

Zum Kompensieren der Längungen L der Zugmittel 1 als auch der Verdrehung α_t der Nockenwelle NW beim Fördervorgang der einzelnen Pumpe-Düse-Elementen sind alle Nocken N₁ bis N₄ auf der Nockenwelle NW mit ihrem Drehwinkel bzw. Drehwinkelbereich αV_Hmax in einem von der theoretisch optimalen Stellung vor OT, siehe Strahl k, abweichenden Winkel, z. B. α_a' näher OT, siehe Strahl e, angeordnet. In Fig. 5. sind die vorbeschriebenen Winkelkorrekturen für den Zylinder Z4 dargestellt.

Zur eingangs beschriebenen Ausführung sind die Nocken N₁ bis N₄ auf der Nockenwelle NW untereinander in einer von dem Zylinderfolgewinkel α_z abweichenden Winkellage näher an OT angeordnet, wobei der Differenzwinkel α_t von der dem Zylinderfolgewinkel α_z entsprechenden Winkellage durch die elastische Verdrehung zwischen dem Antriebsrad 3 und dem jeweiligen Nocken N₁ bis N₄ bestimmt ist.

Erreicht wird bei einer solchen erfindungsgemäßen Ausführung nach Anspruch 3, daß alle Pumpe-Düse-Elemente während der Nutzungszeit des Zugmittels 1 von dem ihm zugehörigen Nocken N₁ bis N₄ so angetrieben werden, daß für jeden der Zylinder Z1 bis Z4 der Drehwinkel bzw. Drehwinkelbereich αV_Hmax immer in einem Winkelabstand α_a' näher vor OT liegt, bei dem eine optimale Nennleistung vom Motor erreicht wird.

Claims

1. Antrieb für Pumpe-Düse-Einspritzelemente oder Einspritzpumpen von Verbrennungsmotoren mit einer von der Kurbelwelle über ein formschlüssiges Zugmittel drehwinkelsynchron angetriebenen Nockenwelle für die Betätigung von Einspritzelementen, wobei die Nockenwelle jeweils für den Einspritzvorgang, hinsichtlich ihrer Hubgeschwindigkeit und damit für die Fördergeschwindigkeit von Kraftstoff optimierte Nocken aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken mit ihrem Drehwinkel bzw. Drehwinkelbereich (αV_Hmax) höchster Fördergeschwindigkeit (V_Hmax) in einem von der theoretisch optimalen Stellung v. OT (k) abweichenden Winkel (α_a) angeordnet sind, wobei der abweichende Winkel näher OT dem sich aus der Zugmittellängung (L) ergebenden Fehlerwinkel (α_F) entspricht oder kleiner als der Fehlerwinkel (α_F) ist.

2. Antrieb für Pumpe-Düse-Einspritzelemente oder Einspritzpumpen von Verbrennungsmotoren mit einer von der Kurbelwelle über ein formschlüssiges Zugmittel winkelsynchron angetriebenen Nockenwelle für die Betätigung von Einspritzelementen, wobei die Nockenwelle jeweils für den Einspritzvorgang, hinsichtlich ihrer Hubgeschwindigkeit und damit für die Fördergeschwindigkeit von Kraftstoff optimierte Nocken aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken (N₁ und N₄) in einer von dem Zylinderfolgewinkel (α_z) abweichenden Winkellage näher an OT angeordnet sind, wobei der Differenzwinkel (α_t1 bis α_t4) von der dem Zylinderfolgewinkel (α_z) entsprechenden Winkellage durch die elastische Verdrehung zwischen dem Antriebsrad (3) und dem jeweiligen Nocken (N₁ bis N₄) bestimmt ist, die sich bei Vollast und höchster Fördergeschwindigkeit (V_Hmax) einstellt.

3. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken (N₁ bis N₄) mit ihrem Drehwinkel bzw. Drehwinkelbereich (αV_Hmax) höchster Fördergeschwindigkeit in einem von der theoretisch optimalen Stellung v. OT abweichenden Winkel (α_t1 bis α_t4) näher OT angeordnet sind, wobei jeweils der abweichende Winkel (α_a') die Größe der Summe von dem sich aus der Zugmittellängung ergebenden Fehlerwinkel (α_a) und dem Differenzwinkel (α_t1 bis α_t4), der sich bei Vollast und höchster Fördergeschwindigkeit (V_Hmax) einstellt, aufweist.