DE2441187A1

DE2441187A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe

Info

Publication number: DE2441187A1
Application number: DE2441187A
Authority: DE
Inventors: Tokiyoshi Yanai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1973-08-29
Filing date: 1974-08-28
Publication date: 1975-03-06
Also published as: US3986487A; GB1478713A; JPS5047031A

Description

PATENTANWÄLTE . A. GRÜNECKER

DlPUJNG.

H. KINKELDEY

DR.-INO.

W. STOCKMAIR

DR.-ING. · AeE(CAt-TECH)

K. SCHUMANN

DR. RER. NAT. ■ DIPL.-PHYS,

P. H. JAKOB

DIPL.-ING.

G. BEZOLD

DR. RER. NAT. · DIPL.-CHEM.

MÜNCHEN

NISSAN MOTOR CO., LTD. E. K. weil

No. 2, Takora-rnachi, Kanagawa-ku, ^DRRER-^OEC-^1Na Yokohama City / Japan lindau

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

Kraftstoffeinspritzpumpe

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe, insbesondere eine umlaufende Axialpumpe, zur Verwendung in dem Kraftstoffördersystem einer Brennkraftmaschine.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem kleinen Fordervolumen, deren Besonderheit darin liegt, daß das Steuersystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in die Pumpe eingebaut ist, und die mehrere in gleichem Abstand zueinander und auf einem Umkreis mit gleichem Radius angeordnete Kolbenpumpen aufweist, wobei die Anzahl der Kolbenpumpen der Anzahl der Motorzylinder entspricht, sowie mehrere Kraftstoffkanäle, welche Auslaßventile über die vorgenannten Kolbenpumpen mit einer zentralen Bohrung einer Laufbüchse verbinden, und bei welcher eine bestimmte Menge des Kraftstoffes zu einer bestimmten Zeit in Abhängigkeit von dem Luftansaugdruck oder Unterdruck des Motors dadurch gefördert wird, daß sich jeder

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Kolben einer jeden Kolbenpumpe unter dem Einfluß eines Steuernockens hin- und herbewegt und daß eine innerhalb der zentralen Bohrung der Laufbüchse der Pumpe angeordnete Regelhülse eine Hin- und Herbewegung avisführt.

Der grundsätzliche Aufbau einer Kraftstoffeinspritzpumpe des umlaufenden Axialpumpentyps ist an sich bekannt, und es sind bereits viele Vorschläge gemacht worden, diesen Pumpentyp zu verbessern. Es wurde jedoch in Bezug auf eine Kolbenpumpe und eine Kraftstoffeinspritzpumpe für eine kleine Fördermenge, z.B. für eine Fördermenge von 10 mm·* oder weniger pro Hub eines Kolbens einer Kolbenpumpe keine befriedigend arbeitende Steuereinrichtung vorgeschlagen, bei welcher der nockenförmige Ventilkörper einer Regelhülse und die Dosieröffnung einer Laufbüchse in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt sind, was bei der Auslegung der Pumpe von großer Bedeutung ist, und bei welcher diese Teile in Abhängigkeit von dem Ansaugverhalten oder dem Unterdruck der angesaugten Luft der Motorzylinder verstellt werden und ferner in Abhängigkeit von der Motordrehzahl eine geeignete Einstellung erfolgt. Da außerdem die Kontrollen hinsichtlich der Verschmutzung der Umgebungsluft durch Kraftfahrzeuge usw. in letzter Zeit wesentlich intensiviert wurden und die Anweisungen für die Durchführung solcher Kontrollen wesentlich verschärft wurden, ist es für die Hersteller von Kraftfahrzeugmotoren wesentlich, die Herstellungsqualität und/oder das Betriebsverhalten dieser Motoren zu verbessern. Unter diesen Umständen muß ebenfalls gefordert werden, daß die in Verbindung mit diesen Kraftfahrzeugmotoren eingesetzte Kraftstoffeinspritzpumpe wesentlich verbessert wird, indem während des Betriebes eine exakte Kraftstoffeinspritzung erfolgt, die bei herkömmlichen Kraftstoffeinspritzpumpen im Bereich kleiner Fördermengen von der Drehzahl des Motors oder der Pumpe beeinflußt wurde.

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Wenn eine Kraftstoffeinspritzpumpe von der Antriebseinrichtung der Pumpe unmittelbar angetrieben wird, dann ist es an sich natürlich, daß, wenn man von einem bestimmten eingespritzten Kraftstoffvolumen einer Pumpe ausgeht, das bei einer bestimmten Drehzahl der Pumpe und bei einem bestimmten Ansaugdruckzustand des Motors eingespritzt wird, dieses eingespritzte Kraftstoffvolumen pro Hub eines jeden Kolbens einer jeden Kolbenpumpe zunimmt, wenn die Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe zunimmt. Es wurde insbesondere bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe herkömmlicher Art mit einer kleinen Fördermenge, wie z.B. mit einer Fördermenge von ungefähr 10 mm^ pro Hub oder weniger, beobachtet, daß die Kraftstoffpumpe mit der Kraftstoffeinspritzung beginnt, wenn die Drehzahl zunimmt, selbst wenn der nockenförmige Ventilkörper die Dosieröffnung der Pumpe nicht vollständig verschließt, so daß infolgedessen eine Zunahme des eingespritzten Kraftstoffvolumens pro Hub jeder Kolbenpumpe der Kraftstoffeinspritzpumpe zunimmt. Das bedeutet, daß die Kraftstoffeinspritzmenge vollständig dem Einfluß der Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe ausgesetzt ist. Aus diesem Grunde ist zur Erzielung einer genauen Steuerung der Pumpenförderung in Abhängigkeit von dem Ansaugluftdruck des Motors im Bereich der Förderung einer kleinen Kraftstoffmenge der Pumpe unbedingt eine Steuereinrichtung erforderlich, die in der Lage ist, das eingespritzte Kraftstoffvolumen pro Hub eines jeden Kolbens unabhängig von der Pumpendrehzahl auf einem bestimmten konstanten Wert zu halten. Die Erfindung ist im wesentlichen darauf gerichtet, diese Forderungen bei einer verbesserten Kraftstoffeinspritzpumpe der vorgenannten Art zu erfüllen, indem die Pumpe insbesondere mit einer neuartigen Steuereinrichtung ausgestattet wird.

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Die Erfindung ist daher darauf gerichtet/ eine verbesserte Kraftstoffeinspritzpumpe zu schaffen, die ein mit einem mechanischen Regler ausgestattetes Steuersystem aufweist, wobei der mechanische Regler auf die Motordrehzahl oder die Pumpendrehzahl anspricht.

Die Erfindung besteht darin, daß eine Laufbüchse mit einer zentralen Bohrung und ersten mit der zentralen Bohrung in Verbindung stehenden Kanälen vorgesehen ist, daß die Laufbüchse in getrennten Gehäusen angeordnet ist und mehrere Kolbenpumpen aufweist, die in Bezug auf die zentrale Bohrung der Laufbüchse einen gleichen radialen Abstand besitzen, daß die Laufbüchse zweite Kanäle aufweist, die über die Kolbenpumpen mit den ersten Kanälen in Verbindung stehen, daß ein Steuernocken vorgesehen ist, der die Kolben der Kolbenpumpen bei seiner Drehung hin- und herbewegt, daß in der zentralen Bohrung der Laufbüchse eine Regelbüchse angeordnet ist, durch welche eine Steuerwelle zentral hindurchgreift, deren eines Ende mit der Nockenwelle bzw. deren anderes Ende mit einem Servomotor im Eingriff steht, daß der Servomotor auf Änderungen des Ansaugluftdruckes des Motors anspricht, daß die Steuerwelle durch die Nockenwelle angetrieben und von dem Servomotor in Axiälrichtung verschoben wird, daß auf der Steuerwelle ein Fliehkraftregler angeordnet ist, der die Regelhülse in Abhängigkeit von der Drehzahl der Steuerwelle federnd belastet, daß zwischen einem auf der Steuerwelle angeordneten Federlager und der Regelhülse eine Feder eingespannt ist, welche die Regelhülse druckbeaufschlagt, daß zwischen dem gegenüber der Steuerwelle vorstehenden Federlager und der Stirnfläche der Nocken-

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welle eine Feder eingespannt ist, die die Steuerwelle druckbeaufschlagt, daß die Regelhülse inAxialdichtung gleitend gelagert ist, so daß die relative Lage eines tiockenförmigen Ventilkörpers der Regelhülse gegenüber Dosieröffnungen, die am inneren Umfang der Laufbüchse angeordnet sind, in einem bestimmten Verhältnis zur Drehzahl der Nockenwelle verändert wird, wobei ein dynamisches Gleichgewicht zwischen der Federkraft der Federn und der von dem Fliehkraftregler erzeugten Federkraft hergestellt ist, und daß die Steuerwelle den Angriffspunkt des Fliehkraftreglers in Abhängigkeit von dem Gleichgewicht zwischen der Kraft der Feder und der von dem Servomotor ausgeübten Kraft verschiebt, so daß eine optimale Steuerung des eingespritzten Kraftstoffvolumens erfolgt und eine konstante Kraftstoffmenge pro Hub jeder Kolbenpumpe der Kraftstoffeinspritzpumpe eingespritzt -wird.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe besteht darin, daß die Regelhülse der Kraftstoffeinspritzpumpe von der federnden Kraft des mechanischen Fliehkraftreglers verschoben wird, so daß sich die Lage, in welcher der nockenförmige Ventilkörper an der Dosieröffnung vorbeiläuft, verändert und dadurch das pro Hub eines Kolbens jeder Kolbenpumpe eingespritzte Kraftstoffvolumen auf einem bestimmten Wert gehalten wird. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sich der mechanische Fliehkraftregler auf einer besonderen Kupplung abstützt, die die von dem Fliehkraftregler erzeugten mechanischen Schwingungen absorbiert, so daß diese Schwingungen nicht in die Regelhülse der Pumpe eingeleitet werden. Schließlich besteht ein Vorteil der Erfindung darin, daß gleichzeitig eine Schmierung und Kühlung der Regelhülse und der Laufbüchse der Kraftstoff einspritzpumpe erfolgt, so daß eine Wärmebeanspruchung oder ein Verbrennen dieser Teile vermieden wird.

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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:'

Fig.1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgernäßen Kraftstoffeinspritzpumpe;

Fig.2 eine vergrößerte Ansicht des Teiles A gemäß Fig.1;

Fig.3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III nach Fig.2;

Fig.4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV nach Fig.1;

Fig. 5

und 6 vergrößerte Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fliehkraftreglers und

Fig.7 eine vergrößerte Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fliehkraftreglers.

In der Fig.1 sind eine Laufbüchse 10 mit einer zentralen Borhung 12 und Gehäuse 14 und 16 zu erkennen, in denen die Laufbüchse 10 zentrisch aufgenommen wird. Wie die Fig.1 zeigt, ist die Laufbüchse 10 in einer mittleren Lage in Bezug auf die Gehäuse 14 und 16 festgelegt. Die Fig.4 zeigt ferner, daß mehrere Kolbenpumpen 18, 20, 22 und 24 vorgesehen sind, wobei die Anzahl der Kolbenpumpen der Zylinderzahl des Motors entspricht (bei diesem Ausführungsbeispiel vier Kolbenpumpen), die in gleichmäßigem Abstand zueinander

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und auf dem gleichen Radius in Bezug auf die zentrale Bohrung 12 der Laufbüchse 10 angeordnet sind, und in dem Gehäuse 14 sind ferner ein Kraftstoffauslaß 26, ein Kraftstof feinlaß 2 8 und vier Auslaßventile 30, 32, 34 und 36 angeordnet, wobei die Anzahl dieser Auslaßventile wiederum der Anzahl der Motorzylinder entspricht. Es sind ferner Kraftstof fkanäle 38, 40, 42, 44, 46 und 48 vorgesehen, die den vorgenannten Kraftstoffeinlaß, den Kraftstoffauslaß und die Auslaßventile über die Laufbüchse 10 und das Gehäuse 14 mit der zentralen Bohrung 12 verbinden. Infolgedessen wird der Kraftstoff unter einem entsprechenden Druck vom Kraftstoffeinlaß 28 durch den Kanal 38 zu einer Nut 52 einer Regelhülse 50 geleitet, die nachfolgend noch genauer beschrieben wird, und nachdem diese Nut mit Kraftstoff vollgelaufen ist, wird der Kraftstoff durch die Kanäle 40, „42, 44, 46 und 48 und durch die Auslässe 54, 56, 58 und 60 der Kolbenpumpen über den Auslaß 26 zu einem Kraftstoffbehälter zurückgeleitet, der nicht dargestellt ist.

Andererseits ist in dem Gehäuse 16 ein Steuernocken 62 vorgesehen, der an die Laufbüchse 10 angrenzt, wobei die Nockenfläche des Steuernockens dauernd gegen die Stirnseite der Kolben der Kolbenpumpen 18, 20, 22 und 24 anliegt, und wenn der Steuernocken 62 in Drehung versetzt wird, dann bewegen sich die Kolben der Kolbenpumpen 18, 20, 22 und 24 in der Laufbüchse 10 in Bezug auf die Fig.1 von rechts nach links und umgekehrt.

Mit dem Bezugszeichen 66 ist eine Nockenwelle bezeichnet, die von der nicht dargestellten Kurbelwelle des Motors angetrieben wird.

In der zentralen Bohrung 12 der Laufbüchse 10 erstreckt sich eine Steuerwelle 68, deren eines Ende mit der Nockenwelle

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und deren anderes Ende mit einem Servomotor 70 im Eingriff steht. Genauer gesagt, greift ein Ende der Steuerwelle 68 derart in eine längliche zentrale Bohrung 72 der Nockenwelle 66 ein, daß ein in Querrichtung zur länglichen Bohrung angeordneter Zapfen 74 gleitend in Schlitzen 76 aufgenommen wird, die am vorderen Ende der Steuerwelle angeordnet sind, so daß die Steuerwelle koaxial zur Nockenwelle 66 eine Drehung auszuführen vermag, sich jedoch axial gegenüber der Nockenwelle 66 verschieben kann, während die Steuervielle 68 andererseits gegen einen Hebel 80 anstoßen kann, der über ein zwischengeschaltetes Lager mit einer Welle 78 der Ansaugluft-Steuereinrichtung des Servomotors 70 zusammenwirkt (siehe Pig.1). Es ist ein mechanischer Fliehkraftregler vorgesehen, der ein Paar mechanischer Fliehgewichte 82 und 84 aufweist und welcher mittels eines eingepaßten Stiftes 85 starr mit der Steuerwelle 68 verbunden ist, so daß der Fliehkraftregler gegenüber der Steuerwelle 68 festgelegt ist, und zentral in dem Fliehkraftregler ist ein Halter 86 angeordnet, gegen den die Nockenteile des Fliehkraftreglers anliegen. Wie am besten aus der Fig.5 zu entnehmen ist, sind die Fliehgewichte 82 und 84 um Drehachsen 88 und 90 schwenkbar gelagert, so daß sie unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft, welche während der Drehung des Fliehkraftreglers auf die Fliehgewichte ausgeübt wird, radial nach außen schwingen können, wie dies in der Fig.6 dargestellt ist, und den Halter 86 in Bezug auf die Fig.6 nach links drücken. Das vordere vorspringende Ende des Halters 86 v/eist zwei rechteckförmige Vorsprünge auf, die gleitend mit einer entsprechend ausgebildeten Stirnfläche einer Oldham-Kupplungsscheibe 92 im Eingriff stehen, welche ihrerseits in das entsprechend ausgebildete Ende der Regelhülse 50 ebenfalls gleitend eingreift, wie dies in der Fig.5 deutlich zu erkennen ist. In dem Halter 86 ist ein länglicher

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Schlitz 94 vorgesehen, der für einen gleitenden Eingriff mit einem Führungsbolzen 96 dient, v/elcher auf der Steuerwelle festgelegt ist, so daß eine Drehbewegung der Steuerwelle unmittelbar auf die Regelhülse 50 übertragen wird und sich diese in ihrer zentralen Lage innerhalb der stationären Laufbüchse 10 dreht.

Die Regelhülse 50 ist derart auf der Steuerwelle 68 montiert, daß sie axial in der zentralen Bohrung 12 der Laufbüchse 10 verschiebbar ist. Da die Regelhülse 50 eine ringförmige oder umlaufende Nut 52 aufweist, in welcher sich ein nockenform!- ger Ventilkörper 98 befindet, d-er den gleichen Radius wie die Außenseite der Regelhülse 50 aufweist, können die an den Enden der Kraftstoffkanäle 38, 40, 42, 44, 46 und 48 gelegenen Steueröffnungen, d.h. die öffnungen dieser Kanäle, die mit der zentralen Bohrung 12 der Laufbüchse 10 in Verbindung stehen, von dem Ventilkörper 98 nacheinander verschlossen oder geöffnet werden, wenn sich die Regelhülse 50 dreht, wie dies aus den Fig.2 und 3 zu entnehmen ist. In der in der Fig.4 dargestellten Betriebsstellung befindet sich der nockenförmige Ventilkörper in einer Stellung, in welcher er die Steueröffnung 100 des Kraftstoffkanals 42 verschließt.

An gegenüberliegenden Enden eines ringförmigen Federlagers 106 der Steuerwelle 68 sind zwei Schraubenfedern 102 und 104 angeordnet und erstrecken sich axial entlang der Steuerwelle, wobei die erste Feder 102 federnd gegen die Regelhülse 50 und die zweite Feder 104 federnd gegen die Steuerwelle 68 drückt, so daß die durch die Kraft des Fliehkraftreglers bzw. durch die Kraft des Servomotors bewirkten Axialbewegungen der Regelhülse 50 und der Steuerwelle 68 ausgeglichen werden.

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Es soll nun die Funktionsweise der Kraftstoffeinspritzpumpe herkömmlicher Art beschrieben werden, d.h. der Einspritzpumpe, die nicht mit einem besonderen Fliehkraftregler, der Laufbüchse 10, dem Steuernocken 62, der Steuerwelle 68, dem Servomotor 70, dem Regler, der Regelbüchse 50 und den Federn 102 und 104 ausgestattet ist.

Zunächst erfolgt die Einleitung der Antriebskraft oder die Einleitung der Drehbewegung in die Kraftstoffeinspritzpumpe derart, daß die Drehbe^^regung der Nockenwelle 66 über den Zapfen 74 der vorbeschriebenen Zapfen-Schlitzverbindung in die Steuerwelle 6 8 eingeleitet wird, die ihrerseits das Drehmoment über den Führungsbolzen 96 in den Halter 86, die Kupplung 92 und infolgedessen in die Regelhülse 50 einleitet. Auf diese Weise erfolgt die übertragung des Drehmomentes. Was nun die Kraftstoffeinspritzung und die Zumessung der Kraftstoffeinspritzmenge betrifft, so tritt der Kraftstoff, wenn das Drehmoment in die beweglichen Teile der Kraftstoffpumpe eingeleitet wird, durch den Kraftstoffeinlaß 28 ein und füllt die Nut 52 der Regelhülse, sowie die Kanäle 38, 40, 42, 44, 46 und 48 und gelangt zu den Auslassen der Kolbenpumpen 54, 56, 58 und 60, um anschließend durch den Kraftstoffauslaß 26 in den Kraftstoffbehälter zurückzukehren.

Da die Kolbenpumpen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in gleichem Abstand zueinander und auf dem gleichen Radius angeordnet sind, wie dies bereits ausgeführt wurde, kann zur Vereinfachung und zur Verdeutlichung der Beschreibung die Funktionsweise irgendeiner Kolbenpumpe 18,20,22 und 24 beschrieben werden. Für die Beschreibung wird als Beispiel die Kolbenpumpe 22 ausgewählt. In dem Fall, daß der Kolben der Kolbenpumpe 22 eine solche Lage einnimmt, in welcher er von

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dem Steuernocken 62 zum oberen Totpunkt gedrückt wird, wenn sich die Regelhülse 50 innerhalb der zentralen Bohrung 12 der Laufbüchse 10 in Richtung des Pfeiles L gemäß Fig.4 dreht, dann ergibt sich ein solches Verhältnis, daß die vordere Kante 108 des nockenförmigen Ventilkörpers 98_f der in der Nut der Regelhülse angeordnet ist, an der entsprechenden Dosieröffnung der Kolbenpumpe 18 vorbeiläuft. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens infolge einer größeren Drehzahl der Nockenwelle 66 zunimmt, dann könnte eine solche Stellung auftreten, bei welcher die Kraftstoffmenge, die von dem Kolben der Kolbenpumpe 18 gefördert wird, und die Kraftstoffmenge, die aus der vorgenannten Dosieröffnung austritt, gleich groß sind, wobei die Dosieröffnung vollständig unverschlossen bleibt- Daraus ergibt sich infolgedessen ein Zustand, bei welchem der Kraftstoffdruck in dem Kanal 48 ansteigt, wenn der Kolben der Kolbenpumpe 18 und die Regelhülse 50 ihre Bewegung fortsetzen, und wenn der Druck im Kanal 48 den Schließdruck des Auslaßventiles 30 übersteigt, dann beginnt der Kraftstoff aus dem Auslaßventil auszutreten.

Wenn sich die Regelhülse 50 v/eiterdreht, so daß die Dosieröffnung geöffnet wird, wenn die hintere Kante 110 des nockenförmigen Ventilkörpers 9 8 an der Dosieröffnung vorbeiläuft, dann fällt der Druck in dem Kraftstoffkanal ab und infolgedessen hört zu diesem Zeitpunkt die Kraftstoffeinspritzung durch das Auslaßventil 30 auf, da der Kraftstoffdruck den Schließdruck des Auslaßventils unterschreitet.

Die vorstehende Beschreibung bezog sich insbesondere auf das Betriebsverhalten der Kolbenpumpe 18, sie trifft jedoch auch auf das Betriebsverhalten der anderen Kolbenpumpen 20, 22 und 24 zu, so daß der Kraftstoff nachfolgend aus den Ventilen 32,

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34 und 36 austritt, wenn die Kraftstoffeinspritzpumpe ihre Drehung fortsetzt. Wie dies bereits ausgeführt wurde, tritt eine Verstärkung der Kraftstoffeinspritzung ein, während die Dosieröffnung nicht vollständig von dem nockenförmigen Ventilkörper 98 der Regelhülse 50 verschlossen ist, wenn die Drehzahl der Nockenwelle.66 zunimmt. Im Falle einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem kleinen Strömungsdurchsatz steigt das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzung in dem Zeitpunkt, in welchem die Dosieröffnung nicht vollständig von dem nockenförmigen Ventilkörper verschlossen ist, zu der Gesamtmenge der Kraftstoffeinspritzung der Pumpe ferner an, wenn die am Umfang gemessene Länge des Ventilkörpers klein ist, und infolgedessen ist das eingespritzte Kraftstoffvolumen pro Hub jedes Kolbens von der Drehzahl der Pumpe abhängig.

Andererseits ergibt sich nach Ausführung der vorbeschriebenen Bewegung, daß jeder Kolben der Kolbenpumpen 18, 20, 22 und infolge eines von dem Kraftstoff, der von dem Kraftstoffbehälter zugeführt wird, ausgeübten bestimmten Druckes in seine Ausgangslage für eine Hin- und Herbewegung zurückgeführt wird, wobei er gegen die untere Fläche 64 des Steuernockens 62 anliegt, so daß durch eine Drehung der Nockenwelle 66 weitere zyklische Hin- und Herbewegungen der Kolben nacheinander ausgeführt werden. Wenn in dieser Weise der Hub eines jeden Kolbens und die Schließzeit der Dosieröffnung durch den nockenförmigen Ventilkörper aufeinander abgestimmt sind, dann erfolgt gleichfalls eine Kraftstoffeinspritzung in jeden Motorzylinder in der gewünschten Aufeinanderfolge in Abhängigkeit von der Drehung der Nockenwelle, so daß die Pumpe die erwünschte Einspritzung ausführt.

Es'soll nun das Betriebsverhalten und die Wirkungsweise der

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erfindungsgemäßen umlaufenden Kraftstoffeinspritzpumpe beschrieben werden, die mit einer Steuereinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung, nämlich mit einem besonderen Fliehkraftregler gemäß der Erfindung ausgestattet ist. Die Steuereinrichtung ist, wie bereits kurz ausgeführt wurde, mit einem Servomotor 70 ausgestattet, der am rechten Ende der Steuerwelle 68 über eine Welle und einen Hebel mit der Steuerwelle 68 in Verbindung steht. Wenn der Servomotor 70 mit dem Luftansaugdruck oder einem Unterdruck aus dem Ansaugrohr des Motors beaufschlagt wird, dann wird die Steuerwelle 78 von dem Ansaugdruck in Bezug auf die Fig.1 nach oben angehoben, so daß ein Hebel oder Winkelhebel 80 um einen bestimmten Winkel um einen Zapfen gedreht oder geschwenkt wird, so daß die Steuerwelle 6 8 in Bezug auf die Fig.1 nach links bewegt wird. Durch eine solche Axialbewegung der Steuerwelle ergibt sich eine Axialbewegung des mit der Steuerwelle fest verbundenen Halters 86 und der über die Oldham-Kupplungsscheibe 92 mit dem Halter 86 in Verbindung stehenden Regelhülse 50 nach links.

Wie bereits ausgeführt, ist ein nockenförmiger Ventilkörper 98 der in der Fig.2 dargestellten Form in der Ringnut 52 der Regelhülse 50 vorgesehen, und wenn sich die Regelhülse 50 in Axialrichtung mit der Steuerwelle 68 in Bezug auf die Fig.2 nach links bewegt, dann folgt eine Relativbewegung der Steuerkante 108 des nockenförmigen Ventilkörpers gegenüber der Dosieröffnung, die zur zentralen Bohrung 12 der Laufbuchse 10 geöffnet ist, von einer Stellung "a" zu einer Stellung "b". Der nockenförmige Ventilkörper 98 hat einen trapezförmigen Querschnitt, wobei die Kante 108 gegenüber· der, Kante 110 schräge verläuft, wie dies am besten aus der Fig.2 zu erkennen ist. Wenn sich also die Regelhülse 50 in Axialrichtung bewegt,

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dann verändert sich der Querschnitt der Dosieröffnung, die von dem Ventilkörper 98 überdeckt wird,in der schematisch durch die Besugszeichen a und b angegebenen Weise, so daß das eingespritzte Kraftstofffvolumen verändert wird. Hierbei handelt es sich um ein erstes Funktionsmerkmal der Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe.

Im allgemeinen tritt jedoch bei einer solchen Steuereinrichtung der vorbeschriebenen Art eine Vergrößerung des eingespritzten Kraftstoffvoluinens pro Hub eines jeden Kolbens auf, wenn die Geschwindigkeit der Transversalbewegung des nockenförmigen Ventilkörpers in Bezug auf die Dosieröffnung zunimmt, so daß es notwendig ist, eine solche Zunahme des eingespritzten Kraftstoffvolumens zusätzlich zu steuern. Gemäß der Erfindung wird dies mit Hilfe eines mechanischen Fliehkraftreglers erreicht, der eine Steuerung in Abhängigkeit von den vorgenannten Schwankungen des auf den Servomotor 70 der Pumpe wirkenden Ansaugluftdruckes oder Unterdruckes des Motors ausführt. Hierdurch ergibt sich ein zweites Funktionsmerkmal der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.

Wenn sich die Fliehgewichte 82 und 84 während des Betriebes infolge der durch die Drehung des Fliehkraftreglers erzeugten Zentrifugalkraft anheben und radial nach außen bewegen, dann verschieben sie den Halter 86" proportional zur Drehzahländerung des Fliehkraftreglers um eine bestimmte Strecke in Axialrichtung, wie dies am besten aus den Fig.5 und 6 zu entnehmen ist, so daß die Regelhülse 50 in Bezug auf die Fig.6 nach links verschoben wird und das eingespritzte Kraftstoff volumen um ein vorbestimmtes Verhältnis abnimmt, so daß eine kompensierende Steuerung des eingespritzten Kraftstoff-

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Volumens erfolgt, welches infolge der resultierenden Bewegung des Ventilkörpers 98 und der Dosieröffnung unter dem Einfluß der Steuereinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung zunimmt.

Wenn die Drehbewegung der Steuerwelle 68 und der Regelhülse 50 abnehmen, dann muß eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in umgekehrter Richtung vorgenommen v/erden. In einem solchen Fall wird die Steuerwelle 68 aus der vorbeschriebenen Stellung nun unter dem Einfluß der Federkraft der Schraubenfeder 104 in die entgegengesetzte Richtung gedrückt oder in Bezug auf die Fig.1 nach rechts, während die Regelhülse 50 von der Schraubenfeder 102 nach rechts gedrückt wird. Um diese Axialbewegung der Steuerwelle und der Regelhülse in umgekehrter Richtung ausführen zu können, liegen die beiden Schraubenfedern unabhängig voneinander gegen gegenüberliegende Seiten des Bundes oder Federlagers 106 der Steuerwelle 68 an. Hierbei handelt es sich um ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung. Wie bereits ausgeführt wurde, wird jede Schraubenfeder 102 und 104 bezüglich ihrer Federkonstante auf die Kräfte abgestimmt, die von dem Fliehkraftregler bzw. dem Servomotor ausgeübt werden. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die in der Fig.1 dargestellte Schraubenfeder 102 eine nicht lineare Federcharakteristik besitzt, um zu versuchen, daß die Verschiebung der Regelhülse proportional zur Änderung der Drehzahl des Fliehkraftregler erfolgt. -

In der Fig.7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Fliehkraftreglers gemäß der Erfindung dargestellt, das so ausgelegt ist, daß keine Feder mit einer nicht linearen Charakteristik verwendet wird, indem die Verschiebung der Regelhülse

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unter Verwendung mehrerer Federn proportional zur Änderung der Drehzahl des FliehJoraftreglers erfolgt.

Wenn die Steuerwelle 68 dieses Ausführungsbeispieles angetrieben wird, dann schwenken die Fliehgewichte 82' und 84' ebenfalls unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft, die während der Drehbewegung auf die Fliehgewichte einwirkt, um ihre Drehachsen radial nach außen. Zur Vereinfachung und Verdeutlichung der Beschreibung soll lediglich die Funktion eines Fliehgewichtes, z.B. des Fliehgewichtes 84^! beschrieben werden. Während der Drehung wird infolge der in das Fliehgewicht 84' eingeleiteten Zentrifugalkraft an der Drehachse des Fliehgewichtes ein Moment zweiten Grades erzeugt. Während das Fliehgewicht 84 * an einem Zapfen oder einer Drehachse 90' des Drehkörpers des Fliehkraftreglers angelenkt ist, ist der vorstehende Teil des Fliehgewichtes an einem Ende mit einer Schraubenfeder 112 verbunden, während das andere Ende der Schraubenfeder am anderen Fliehgewicht befestigt ist, so daß die Fliehgewichte unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte, die während der Drehbewegung erzeugt werden, entgegen der Kräfte der Schraubenfedern radial nach außen geschwenkt werden können. Infolgedessen kann die Schraubenfeder 112 nicht linear gedehnt v/erden, so daß um die Drehachse 90' des Fliehgewichtes ein nicht lineares Drehmoment erzeugt wird, das dem Drehmoment entgegengerichtet ist, welches von den auf die Fliehgewichte wirkenden Zentrifugalkräften erzeugt wird. Durch den Momentenunterschied wird eine Differentialkraft über einen Nocken 122 des Fliehgewichtes 84' in den Halter 86 des Fliehkraftreglers eingeleitet. Es ist nun leicht möglich, die Federparameter zu bestimmen, wie z.B. die Federkonstante, die Federlänge usw., um eine geeignete Feder zu finden, die die im Einsatz benötigte theoretische nicht lineare Charakteristik aufweist.

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Es soll nun in Verbindung mit der vorgeschriebenen Wirkungsweise und Funktion der Steuereinrichtung die Wirkungsweise der Oldham-Kupplung 92 beschrieben werden, die in die erfindungsgemäße Steuereinrichtung eingebaut ist. Wie dies bereits ausgeführt wurde, bringt die Verwendung des Fliehkraftreglers wesentliche Vorteile und ist in Verbindung mit einer Steuerung der Kraftstoffeinspritzung unentbehrlich, jedoch ist es unvermeidlich, daß bei der Herstellung der Fliehgewichte 82' und 84' infolge Herstellungsfehlern ungleichmäßige statische Massenverteilungen oder Abweichungen auftreten, welche eine dynamische Unwucht hervorrufen, die zu unerwünschten mechanischen Schwingungen führt. Diese mechanischen Schwingungen werden unmittelbar in die Regelhülse 50 eingeleitet, wenn nicht eine Dämpfungseinrichtung zwischen den entsprechenden Teilen vorgesehen wird, und die Schwingungen verursachen bei der Kraftstoffeinspritzpumpe herkömmlicher Bauart direkt oder indirekt eine Wärrnebeanspruchung oder ein Verbrennen der Regelhülse und der Laufbüchse. Aus diesem Grunde ist gemäß der Erfindung eine Oldham-Kupplungsscheibe 92 vorgesehen, deren Gestalt derart gewählt ist, daß sie in an sich bekannter Weise zwischen dem vorderen Ende des Halters 86 und dem gegenüberliegenden Ende der Regelhülse 50eineAntriebsverbindung herstellt, wobei die in die Kupplungsscheibe eingeleiteten mechanischen Schwingungen absorbiert und nicht auf die Regelhülse 50 übertragen werden« Da die Steuerwelle ff8 in Bezug auf die Fig.1 dauernd nach; links gedrückt wird, wobei die Federkraft der Schraubenfeder 104 der von dem Servomotor 70 ausgeübten Kraft entgegengerichtet ist, wird das Spiel oder der lose Sitz des Lagers 126, das am rechten äußeren Ende der Steuerwelle angeordnet ist (siehe Fig.T), beseitigt, so daß die Axialbewegung der Welle der Ansaug-

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luft-Steuereinrichtung 78 über den Winkelhebel 80 fehlerfrei in eine Axialbewegung der steuerwelle 6 8 übertragen wird.

Die vorbeschriebene erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe bildet eine verbesserte umlaufende Kraftstoffeinspritzpumpe, welche aufgrund der folgenden vorteilhaften Eigenschaften für eine konstante Kraftstoffeinspritzung sorgt, indem nämlich bei einer Änderung der Drehzahl der Nockenwelle eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzung dadurch erfolgt, daß die Regelhülse innerhalb der Laufbüchse der Pumpe mittels der auf einen mechanischen Fliehkraftregler wirkenden Zentrifugalkräfte in Axialrichtung verschoben wird, so daß das eingespritzte Kraftstoffvolumen pro Hub eines jeden Kolbens erhalten bleibt; indem ferner bei einer Änderung des Ansaugdruckes des Motors ebenfalls eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzung dadurch erfolgt, daß die Regelhülse unter dem Einfluß des Servomotors in Axialrichtung verschoben wird, so daß sich die Lage der Drehachsen oder der Anlenkpunkt des Fliehkraftreglers verschieben, so daß die eingespritzte Kraftstoffmenge unabhängig von der Änderung der Drehzahl der Kraftstoff einspritzpumpe gesteuert wird.

Außerdem ergibt sich ein weiterer Vorteil der Erfindung durch die Verwendung einer Oldham-Kupplung, die zwischen der Steuerwelle und der Regelhülse angeordnet ist, so daß dadurch die statische und/oder dynamische Unwucht, die in den mechanischen Bauteilen des Fliehkraftreglers infolge einer ungeeigneten mechanischen Bearbeitung vorhanden sind, beseitigt werden,da diß Kupplung als Dämpfungsglied wirkt und die durch die statische oder dynamische Unwucht in dem Fliehkraftregler hervorgerufenen mechanischen Schwingungen absorbiert; und ferner ergibt sich dadurch ein weiterer Vorteil, der darin besteht,

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daß eine Wärraebeanspruchung oder ein Verbrennen der Lagereinrichtung im Bereich der Regelhülse und der Wellenanordnung des Fliehkraftreglers vermieden wird, da die Kupplung die Schwingungen absorbiert und die Lagerteile durch den um die Regelhülse herum geförderten Kraftstoff geschmiert werden. -

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Claims

P 8503 Patentansprüche

1./ Kraftstoff einspritzpumpe, insbesondere umlaufende Axialpumpe, zur Verwendung in dem Kraftstoffördersystem einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet , daß eine Laufbüchse (10) mit einer zentralen Bohrung (12) und ersten mit der zentralen Bohrung in Verbindung stehenden Kanälen (38, 40,42,44,46,48) vorgesehen ist, daß die Laufbüchse in getrennten Gehäusen (14,16) angeordnet ist und mehrere Kolbenpumpen (18,20,22,24) aufweist, die in Bezug auf die zentrale Bohrung der Laufbüchse allgemein radial angeordnet ist . ., daß die Laufbüchse zweite Kanäle (26,28,30,32,34,36) aufweist, die über die Kolbenpumpen mit den ersten Kanälen in Verbindung stehen, daß ein Steuernocken (62) vorgesehen ist, der die Kolben der Kolbenpumpen bei seiner Drehung hin- und herbewegt, daß in der zentralen Bohrung der Laufbüchse zentral eine Regelhülse (50) angeordnet ist, durch welche eine Steuerwelle (68) zentral hindurchgreift, deren eines Ende mit der Nockenwelle (66) bzw. deren anderes Ende mit einem Hilfsmotor (70) im Eingriff steht, daß der Hilfsmotor auf Änderungen des Ansaugluftdruckes des Motors anspricht, daß die Steuerwelle durch die Nockenwelle angetrieben und von dem Hilfsmotor in Axialrichtung verschoben wird, daß auf der Steuerwelle ein Flieh-

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kraftregier (82,84,86) angeordnet ist_f der die Regelhülse in Abhängigkeit von der Drehzahl der Steuerwelle federnd belastet, daß zwischen einem auf der Steuerwelle angeordneten Federlag.er (106) und der Regelhülse eine Feder (102) eingespannt ist, welche die Regelhülse ■ druckbeaufschlagt, daß zwischen dem gegenüber der.Steuerwelle vorstehenden Federlager und der Stirnfläche der Nockenwelle eine Feder (104) eingespannt ist, die die Steuerwelle druckbeaufschlagt, daß die Regelhülse in Axialrichtung gleitend gelagert ist, so daß die relative Lage eines nockenförmigen Ventilkörpers (98) der Regelhülse gegenüber Dosieröffnungen, die am inneren Umfang der Laufbüchse angeordnet sind, allgemein proportional zur Drehzahl der Nockenwelle unter dem dynamischen Gleichgewicht zwischen der Federkraft der Federn und der von dem Fliehkraftregler erzeugten Federkraft verändert wird, und daß die Steuerwelle den Angriffspunkt des Fliehkraftreglers in Abhängigkeit von dem Gleichgewicht·zwischen der Kraft der Feder (104) und der von dem Hilfemotor (70) ausgeübten Kraft verschiebt, so daß eine optimale Steuerung des eingespritzten Kraftstoffvolumens erfolgt und eine konstante Kraftstoffmenge pro Hub jeder Kolbenpumpe der Kraftstoffeinspritzpumpe eingespritzt wird.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein nockenförmig ausgebildeter, schmaler, verschiebbarer Ventilkörper (98) mit zueinander im Winkel verlaufenden, gegenüberliegenden Steuerkanten (108,110) vorgesehen ist, der sich in Achsrichtung der Regelhülse (50) in deren mittleren kleinen Durchmesserteil (52) erstreckt, welcher den Dosier-

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öffnungen der entsprechenden in der Laufbuchse angeordneten Kolbenpurapen (18,20,22,24), die sich am Ende der auf dem Umkreis mit gleichem Radius verteilten Kanäle befinden, zugeordnet ist, daß der Ventilkörper den Durchtrittsquerschnitt der Dosieröffnungen verstellt, wenn die Regalhülse unter dem Einfluß des Fliehkraftreglers bei einer Drehzahlzunähme der Kraftstoffpumpe axial gleitend verschoben wird, und daß die Querschnitte der Dosieröffnungen in Abhängigkeit von der Lage der schrägen Steuerkanten (108,110) des gleitend gelagerten Ventilkörpers verkleinert werden, so daß das eingespritzte Kraftstoffvolumen umgekehrt zur Zunahme der eingespritzten Kraftstoffmenge gesteuert wird, die pro Hub eines jeden Kolbens der Pumpe in Abhängigkeit von der Zunahme der Drehzahl der Pumpe eingespritzt wird.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Hilfsrotor (70) eine Einrichtung(78,80) aufweist, mittels welcher er mit der von dem Fliehkraftregler gleitend verschobenen Regelhülse (50) derart zusammenwirkt, daß das von dem Fliehkraftregler ausgeübte Moment bei einer Zunahme des Ansaugdruckes des Motors in Abhängigkeit von der dynamischen Einwirkung des Hilfsmotors verändert wird.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Fe-

. dercharakteristik der mit dem Fliehkraftregler zusammenwirkenden Feder (102) nicht linear ist·, so daß sich das auf den Fliehkraftregler wirkende Moment proportional zur Änderung der Drehzahl der Pumpenwelle verhält.

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5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß in der Antriebsvorrichtung des Hilfsmotors (70) Federeinrichtungen vorgesehen sind, die das mechanische Spiel zwischen den Konstruktionsteilen der Antriebsvorrichtung eliminieren.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Fliehkraftregler (82,84,86) und der Regelhülse (50) eine Kupplung (92) vorgesehen ist, die eine starre mechanische Verbindung zwischen diesen Teilen verhindert.

7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß mittels des Kraftstoffes zwischen der Regelhülse (50) und der Laufbüchse.(10) eine Schmierung erfolgt, so daß eine Wärmebeanspruchung dieser Teile vermieden wird.

8. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Kupplung (9 2) eine Oldham-Kupplung ist.

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