DE2442005B1 - Fahrzeug-Dieselmotor mit Verstellung des Einspritzzeitpunktes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeug-Dieselmotor mit einer der Kraftstoff-Einspritzpumpe zugeordneten Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes.

Es sind zahlreiche Ausführungen von Dieselmotoren bekannt, bei denen zur drehzahlabhängigen Verstellung des Einspritzzeitpunktes in den Antrieb der Einspritzpumpe ein durch Fliehgewichte relativ verdrehbares Zwischenglied eingeschaltet ist. Auf diese Weise ist jeder bestimmten Betriebsdrehzahl des Motors ein vorbestimmter Einspritzzeitpunkt zugeordnet.

Die vorliegende Erfindung verfolgt demgegenüber eine andere Absicht. Ziel der Erfindung ist es, einen Fahrzeug-Dieselmotor zu schaffen, welcher auf Freilandstrecken einen möglichst wirtschaftlichen, in dicht besiedelten Gebieten hingegen einen möglichst umweltfreundlichen Betrieb gewährleistet.

Ausgehend von einem Fahrzeug-Dieselmotor der eingangs genannten Art wird dieses Erfindungsziel dadurch erreicht, daß das Verbrennungssystem des Motors auf niedrige Rauchzahl ausgelegt und die Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes wahlweise in eine erste Endstellung für hohe Leistung und minimalen Kraftstoffverbrauch bei Vollast und in eine zweite Endstellung für niedrigen Schadstoffgehalt im Abgas bringbar ist. Dieser Konstruktion liegt der Gedanke zugrunde, daß es mit den heutigen technischen Mitteln möglich ist, das Verbrennungssystem eines Dieselmotors so auszulegen, daß seine Rauchzahl niedrig und dabei nahezu unabhängig vom Einspritzzeitpunkt in dem für den Betrieb in Betracht kommenden Bereich gehalten werden kann. Das bedeutet aber, daß man unter Beibehaltung des erwünschten niedrigen Rauchwertes zwischen zwei Einspritzzeitpunkten wählen kann, von denen der eine höchste Leistung und minimalen Kraftstoffverbrauch bei Vollast erbringt, wogegen der andere Einspritzzeitpunkt einen niedrigen Gehalt an Schadstoffen, insbesondere NOx und CH im Abgas gewährleistet.

Die Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes braucht daher nur über zwei Einstellungen zu verfugen, um die Betriebsweise des Motors den unterschiedlichen Gegebenheiten und Bedürfnissen des Überland- und Stadtverkehrs anpassen zu können. Die Anordnung nach der Erfindung nimmt darauf Rücksicht, daß Dieselkraftfahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen, vornehmlich im Überlandverkehr eingesetzt werden und daher die Wirtschaftlichkeit des Betriebes auf diesen Strecken nicht beeinträchtigt werden darf. Andererseits erfüllt die Erfindung weitgehend die Forderungen des Umweltschutzes, die auf eine Verminderung des Schadstoffgehaltes in den Abgasen, vor allem in dichtbesiedelten Gebieten mit hohem Verkehrsaufkommen abzielen. Die bei dieser Betriebsart zu verzeichnende, unvermeidbare Leistungseinbuße muß in Anbetracht der weltweiten Bestrebungen des Umweltschutzes 'als unvermeidbar in Kauf genommen werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes willkürlich vom Fahrer betätigbar. Dem Fahrer ist dadurch die Möglichkeit gegeben, die Verstellung des Einspritzzeitpunktes entsprechend der jeweiligen Verkehrslage vorzunehmen, also nicht nur beim Übergang vom

Überlandbetrieb auf den Stadtverkehr und umgekehrt sondern auch bei allfälligen Verkehrsstauungen auf Freilandstrecken, beispielsweise vor niveaugleichen Eisenbahnübergängen oder vor Unfallstellen.

In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens kann der Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes eine am Fahrzeug von außen sichtbar angebrachte Anzeigevorrichtung, z. B. eine Signallampe oder eine beleuchtbare Anzeigetafel, zugeordnet sein, die in der zweiten Einstellung der Verstelleinrichtung eingeschaltet ist. Diese Anordnung berücksichtigt vorausblickend möglicherweise zu erwartende gesetzgeberische Maßnahmen, welche die Sichtbarmachung der in dicht besiedelten Gebieten dann sicherlich geforderten schadstoffarmen Betriebsweise von Fahrzeug-Dieselmotoren zur Vorschrift erheben könnten. Auf diese Weise ist eine Kontrolle der Betriebsart durch Straßenaufsichtsorgane möglich, ohne daß das Fahrzeug angehalten werden muß.

Nach einem den Gegenstand der Erfindung weiter ausbildenden Gedanken kann aber auch die Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, der Motordrehzahl und der Einspritzmenge der Einspritzpumpe selbsttätig in dem Sinne gesteuert sein, daß die Einrichtung bei Absinken der Fahrgeschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert und bei niedriger Motordrehzahl und kleiner Einspritzmenge, zeitlich verzögert, in die zweite Endstellung und bei Überschreiten der vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit, ebenfalls zeitlich verzögert, in die erste Endstellung gelangt. Bei dieser automatischen Verstellung des Einspritzzeitpunktes wird von dem Umstand Gebrauch gemacht, daß in der Stadt in Anbetracht der gesetzlichen Geschwindigkeitsbeschränkungen und auch der Verkehrsdichte grundsätzlieh mit kleinen Geschwindigkeiten gefahren wird und bei Überlandfahrten mit geringen Fahrgeschwindigkeiten nur bei Bergstrecken gerechnet werden muß, wobei in diesen Fällen der Motor mit höherer Drehzahl läuft und ein niedriger Getriebegang benützt wird.

Die vorgesehene Verzögerung des Umschaltvorganges verfolgt dabei die Absicht, eine Umschaltung von schadstoffarmen Betrieb in der Stadt beim Anfahren und kurzzeitigen Beschleunigen auf die Betriebsart für Überlandfahrt zu vermeiden, desgleichen beim Anfahren und bei Fahrgeschwindigkeiten innerhalb des in der Stadt zulässigen Bereiches, wenn der Motor mit niedriger Drehzahl und geringer Belastung betrieben wird.

Auf Freilandstraßen wird im allgemeinen mit hohen Geschwindigkeiten gefahren, und mit geringen Geschwindigkeiten ist nur bei Bergfahrten zu rechnen, wobei aber große Motorbelastungen (hohe Drehzahl, große Einspritzmengen) auftreten. Durch die auch beim Umschalten von der zweiten in die erste Endstellung vorgesehene zeitliche Verzögerung wird sichergestellt, daß diese Umschaltung bei kleiner Geschwindigkeit und großer Motorbelastung erst nach einer Zeitspanne erfolgt, die zum Beschleunigen auch im Stadtverkehr notwendig ist.

Demnach erfolgt eine automatische Umschaltung der Verstelleinrichtung in die erste Endstellung bei rascher Überlandfahrt, bei Fahrten im Stadtverkehr nur bei Überschreitung der zulässigen Fahrgeschwindigkeit, und wenn höhere Motordrehzahl mit hoher Belastung des Motors verbunden ist, demnach die Regelstange der Einspritzpumpe auf größere Einspritzmenge steht, und dieser Zustand länger dauert, als es die normale Anfahrt im Stadtverkehr erfordert. Nur bei langen Bergfahrten im Stadtbereich muß der Fahrer die Automatik ausschalten und die Verstelleinrichtung von Hand in die zweite Endstellung für niedrigen Schadstoffgehalt im Abgas bringen.

Hingegen erfolgt die Umschaltung von der ersten in die zweite Endstellung der Verstelleinrichtung mit einer zur Vermeidung des Umschaltens bei kurzem Bremsen des Kraftfahrzeuges vorgesehenen Verzögerung dann, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges unter die im Stadtverkehr zulässige Geschwindigkeit absinkt und zugleich niedrige Motordrehzahl und kleine Einspritzmenge vorhanden sind.

Die Erfindung läßt sich in konstruktiver Hinsicht auf mannigfaltige Weise verwirklichen. Eine besonders einfache Ausführungsart besteht darin, daß die Einrichtung zur Verstellung des Einspritzpunktes als Kupplung mit zwei Kupplungshälften ausgebildet ist, von denen die eine mit der Nockenwelle der Einspritzpumpe und die andere mit der vom Motor angetriebenen Pumpen-Antriebswelle drehfest verbunden ist, und die mittels eines Stellgliedes um einen durch Endanschläge bestimmten Winkel relativ zueinander verdrehbar sind. Diese Anordnung zeichnet sich durch ihren geringen Platzbedarf und den betriebssicheren, einfachen Aufbau aus.

Nach einem weiteren Gedanken ist es dabei von Vorteil, das Stellglied als axial verschiebbare, die Kupplungshälften umfassende Muffe auszubilden, die an ihrem Umfang Führungsschlitze aufweist, in die von den Kupplungshälften radial abstehende Mitnehmerbolzen eingreifen, wobei die Führungsschlitze für wenigstens eine der Kupplungshälften mit der Umfangsrichtung der Muffe spitze Winkel einschließen bzw. nach einer Schraubenlinie verlaufen. Zur Verstellung der Muffe können die z. B. beim Drehzahlreglerbau bekannten Mittel, beispielsweise ein in eine Ringnut der Muffe eingreifender Gabelhebel, angewendet werden.

Bei automatischer Umschaltung der Verstelleinrichtung empfiehlt sich eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Stellglied mit einem doppelt wirkenden hydraulischen Arbeitszylinder antriebsverbunden ist, dessen beidseits des Kolbens gelegene Zylinderräume jeweils über ein Magnetventil mit der Druckölleitung des Motors und andererseits jeweils über ein weiteres Magnetventil mit einer Rückführleitung zur Ölwanne des Motors verbindbar sind. Die Steuerung der insgesamt vier Magnetventile erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, der Motordrehzahl und der an der Einspritzpumpe eingestellten Einspritzmenge, beispielsweise mittels einer diese Werte erfassenden elektronischen Hilfseinrichtung. Dabei ist jeweils ein in die Druckölleitung eingeschaltetes Magnetventil und das diesem diagonal gegenüberliegende, den Ablauf in die Ölwanne steuernde Magnetventil miteinander parallel geschaltet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Axialschnitt einer Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes für einen Fahrzeug-Dieselmotor nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Abwicklung einer wesentlichen Einzelheit der Einrichtung nach F i g. 1 und

F i g. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer selbsttätigen Antriebsvorrichtung für eine Einrichtung nach Fig. 1.

In F i g. 1 ist mit 1 die Nockenwelle der nicht dargestellten Einspritzpumpe eines Fahrzeug-Dieselmotors

bezeichnet. Die dazu koaxiale, vom Motor über ein nicht dargestelltes Vorgelege angetriebene Antriebswelle für die Einspritzpumpe ist mit 2 bezeichnet. Die Wellen 1 und 2 sind miteinander über eine Kupplung 3 antriebsverbunden.

Zu der Kupplung 3 gehören zwei scheibenförmige Kupplungshälften 4 und 5, von denen die eine 4 auf der Nockenwelle 1 und die andere Kupplungshälfte 5 auf der Antriebswelle 2 aufgekeilt ist. Auf der Antriebswelle 2 ist eine Muffe 6 axial verschieblich gelagert, welche die beiden Kupplungshälften 4 und 5 umfaßt und die an ihrem Umfang Führungsschlitze 7 und 8 aufweist, in welche von den Kupplungshälften 4, 5 radial abstehende Mitnehmerbolzen 9 eingreifen.

Wie aus der Abwicklung des Umfanges der Muffe 6 in F i g. 2 ersichtlich, verlaufen die mit den Bolzen 9 der Kupplungshälfte 4 zusammenarbeitenden Führungsschlitze 7 parallel zu der gemeinsamen Achse der beiden Wellen 1 und 2, wogegen die dazwischen angeordneten Führungsschlitze 8 für die Kupplungshälfte 5 in spitzem Winkel zur Umfangsrichtung der Muffe 6 verlaufen. In der auf der Zeichnung ersichtlichen rechten Endlage der Muffe 6 liegen die Mitnehmerbolzen 9 am linken Ende der Führungsschlitze 7 bzw. 8 an. Bei einer axialen Verschiebung der Muffe 6 nach links gleiten die Mitnehmerbolzen 9 in den Führungsschlitzen 7 bzw. 8 bis zu ihrer rechten Endstellung. Die zur Kupplungshälfte 5 gehörigen Mitnehmerbolzen 9 werden dabei in Umfangsrichtung um die Strecke u versetzt, so daß eine Relativverdrehung der Kupplungshälften 4 und 5 um einen der Strecke u entsprechenden Winkel erfolgt. Durch diese Relativverdrehung wird der Einspritzzeitpunkt der Einspritzpumpe verändert. Durch entsprechende Wahl des Winkels der Führungsschlitze 8 in bezug auf die Umfangsrichtung erhält man zwei Endstellungen der Kupplung, von denen die eine dem günstigsten Einspritzzeitpunkt für höchste Leistung und minimalen Kraftstoffverbrauch bei Vollast und die andere dem Einspritzzeitpunkt für niedrigen Gehalt an Schadstoffen NOx und CH im Abgas entspricht. Die erstgenannte Endstellung ist somit für den Uberlandbetrieb des betreffenden Fahrzeugs und die andere Endstellung für Zonen großer Verkehrsdichte, vornehmlich also für den Stadtverkehr vorgesehen. Durch entsprechende Auslegung des Verbrennungssystems des betreffenden Motors gelingt es, die Rauchzahl niedrig und nahezu unabhängig vom Einspritzzeitpunkt zu halten, so daß also in beiden Endstellungen der Muffe 6 mit dem erwünschten niedrigen Rauchwert gefahren werden kann.

Zur Einleitung der Muffenbewegung ist ein um die Achse 10 schwenkbar gelagerter, zweiarmiger Hebel 11 vorgesehen, dessen einer Arm in bekannter Weise gabelförmig ausgebildet und an einen Ring 12 angelenkt ist, der in eine Ringnut der Muffe 6 eingreift. An dem anderen Hebelende 13 greift entweder ein hier nicht gezeigtes Gestänge od. dgl. an, welches bis in das Fahrerhaus des betreffenden Fahrzeuges geführt ist, so daß es vom Fahrer betätigt werden kann, oder es ist eine hydraulische Servoeinrichtung vorhanden, deren Stellglied mit dem Hebelende 13 antriebsverbunden ist.

In der schematischen Zeichnung der Fig.3 ist eine derartige Servoeinrichtung dargestellt. Sie besteht aus einem doppeltwirkenden, hydraulischen Arbeitszylinder 14, dessen Kolbenstange 15 am Hebelende 13 (F i g. 1) angelenkt ist. Der Kolben dieses Arbeitszylinders 14 ist mit 16 bezeichnet. Die beidseits des Kolbens 16 gelegenen Arbeitsräume 17 bzw. 18 des Arbeitszylinders 14 sind je über ein Magnetventil 19 bzw. 20 an die Druckölleitung 21 des betreffenden Motors angeschlossen. Die Arbeitsräume 17 bzw. 18 stehen außerdem je über ein Magnetventil 22 bzw. 23 mit einer zur nicht dargestellten Ölwanne des Motors führenden Öl-Rückführleitung 24 in Verbindung.
Um die Muffe 6 der Kupplung 3 in die aus F i g. 1 ersichtliche, rechte Endstellung zu bringen, wird der Arbeitsraum 18 des Zylinders 14 über das Magnetventil 20 mit Drucköl beaufschlagt, wobei zugleich das öl aus dem Arbeitsraum 17 über das ebenfalls geöffnete Magnetventil 22 in die Öl-Rückführleitung 24 ausgeschoben wird. Die Magnetventile 19 und 23 bleiben dabei geschlossen.

Die Umschaltung der Kupplung 3 in ihre andere Endstellung, in welcher der Hebel 11 die strichpunktiert eingezeichnete Lage 25 aufweist und die Muffe 6 nach

2$ links verschoben ist, erfolgt sinngemäß durch gleichzeitiges Öffnen der Magnetventile 19 und 23 bei geschlossenen Ventilen 20 und 22, wobei das in den Arbeitsraum 17 gelangende Drucköl den Kolben 16 nach rechts verschiebt und das Öl aus dem Arbeitsraum 18 in die Öl-Rückführleitung 24 ausgeschoben wird.

Die Steuerung der Magnetventile 19, 20, 22, 23 erfolgt, wie schon oben erläutert, in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, der Motordrehzahl und der an der Einspritzpumpe eingestellten Einspritzmenge.

Sobald die Fahrgeschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert sinkt, und zugleich eine niedrige Motordrehzahl und eine kleine Einspritzmenge vorhanden sind, wird nach Ablauf einer ebenfalls vorbestimmten Verzögerungsphase durch Betätigung der entsprechenden Magnetventile eine Umschaltung der Einrichtung vom normalen Überland-Fahrbetrieb auf schadstoff armen Stadtbetrieb ausgelöst. Die Rückstellung in die Endlage für normalen Überland-Fahrbetrieb erfolgt dann wieder bei Überschreiten der vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit nach Ablauf einer entsprechenden Verzögerungszeit.

Außer dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung gibt es noch zahlreiche weitere Möglichkeiten für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens. So kann beispielsweise an Stelle einer mit Führungsschlitzen versehenen Muffe eine an der Innenseite schräg verzahnte Muffe vorgesehen werden, in deren Zahnung die Kupplungshälften mit einer entsprechenden Außenverzahnung eingreifen.

Weiterhin könnte die Relatiwerdrehung zwischen der Nockenwelle 1 und der Antriebswelle 2 auch durch ein nach Art eines Differentials gestaltetes Kegelradgetriebe bewerkstelligt werden, dessen Zwischenrad auf einer mit Bezug auf die Nockenwellenachse zwischen Anschlägen verschwenkbaren Welle sitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Fahrzeug-Dieselmotor mit einer der Kraftstoff-Einspritzpumpe zugeordneten Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungssystem des Motors auf niedrige Rauchzahl ausgelegt und die Einrichtung (3) zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes wahlweise in eine erste Endstellung für hohe Leistung und minimalen Kraftstoffverbrauch bei Vollast und in eine zweite Endstellung für niedrigen Schadstoffgehalt im Abgas bringbar ist.

2. Fahrzeug-Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3) zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes willkürlich vom Fahrer betätigbar ist.

3. Fahrzeug-Dieselmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtung (3) zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes eine am Fahrzeug von außen sichtbare angebrachte Anzeigevorrichtung, z. B. eine Signallampe oder eine beleuchtbare Anzeigetafel, zugeordnet ist, die in der zweiten Endstellung der Verstelleinrichtung eingeschaltet ist.

4. Fahrzeug-Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3) zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, der Motordrehzahl und der Einspritzrnenge der Einspritzpumpe selbsttätig in dem Sinne gesteuert ist, daß die Einrichtung bei Absinken der Fahrgeschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert und bei niedriger Motordrehzahl und kleiner Einspritzmenge, zeitlich verzögert, in die zweite Endstellung, und bei Überschreiten der vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit, ebenfalls zeitlich verzögert, in die erste Endstellung gelangt.

5. Fahrzeug-Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes als Kupplung (3) mit zwei Kupplungshälften (4, 5) ausgebildet ist, von denen die eine (4) mit der Nokkenwelle (1) der Einspritzpumpe und die andere (5) mit der vom Motor angetriebenen Pumpen-Antriebswelle (2) drehfest verbunden ist, und die mittels eines Stellgliedes (6) um einen durch Endanschläge bestimmten Winkel relativ zueinander verdrehbar sind.

6. Fahrzeug-Dieselmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied als axial verschiebbare, die Kupplungshälften (4, 5) umfassende Muffe (6) ausgebildet ist, die an ihrem Umfang Führungsschlitze (7, 8) aufweist, in die von den Kupplungshälften (4, 5) radial abstehende Mitnehmerbolzen (9) eingreifen, wobei die Führungsschlitze (8) für wenigstens eine (5) der Kupplungshälften mit der Umfangsrichtung der Muffe spitze Winkel einschließen bzw. nach einer Schraubenlinie verlaufen.

7. Fahrzeug-Dieselmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) mit einem doppeltwirkenden hydraulischen Arbeitszylinder (14) antriebsverbunden ist, dessen beidseits des Kolbens (16) gelegene Zylinderräume (17, 18) jeweils über ein Magnetventil (19, 20) mit der Druckölleitung (21) des Motors und andererseits jeweils über ein weiteres Magnetventil (22, 23) mit einer Rückführleitung (24) zur ölwanne des Motors verbindbar sind.