DE2723969C2

DE2723969C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2723969C2
Application number: DE2723969A
Authority: DE
Inventors: Josef 5000 Köln Berg
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1983-02-17
Also published as: US4234292A; DE2723969A1; FR2392245B1; FR2392245A1; GB1586390A; JPS53147128A

Description

7. Kraftstoffcinspritzpuinpe nach Ansprüche.

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art

Neuere Untersuchungen im Zusammenhang mit Bemühungen um die Reduktion von Abgasemission und Kraftstoffverbrauch führen unter anderem zur Steigerung des Einspritzdr'jckes. Unter dem Begriff »Hochdruckeinspritzung« versteht man heute die Einbringung des Kraftstoffes in den Brennraum mit Einspritzspitzendrücken ab ungefähr 800 bar, für Grunduntersuchungen werden jedoch Drücke über 2000 bar angestrebt. Derartige hohe Einspritzdrücke bereiten Schwierigkeiten in bezug auf die Haltbarkeit der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen und die Regelbarkeit der Kraftstoffeinspritzung über einen großen Regelbereich, wie er bei Kraftfahrzeugen üblich ist. Die Optimierung in bezug auf den Kraftstoffverbrauch, die Abgasqualität und das Geräusch erfordert eine Veränderbarkeit des Einspritzdrucks, der Einspritzzeit, des F.insprL" ipunkts usw.

Es ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe der eingangs beschriebenen Art bekannt (deutsche Patentanmeldung M 8 529/46C²105), bei der der Nocken einer Nockenwelle den Pumpenkolben über einen Schwinghebel in die Ausgangslage zurückführt und gleichzeitig dabei eine Feder spannt, die den Schwinghebel belastet und den Förderhub des Pumpenkolbens bewirkt. Dadurch wird erreicht, daß der maximale Einspritzdruck durch die Federkraft begrenzt ist. Die Federcharakteristik und die Federvorspannung kann den Betriebsverhältnissen entsprechend angepaßt werden. Damit ein der max. Federspannung entsprechender Einspritzdruck erreicht wird, muß der Schwinghebel während des Einspritzvorgangs von der Nockenbahn abheben, so daß lediglich die am Schwinghebel angreifenden Feder-, Druck- und Massenkräfte im Gleichgewicht stehen. Das bedingt, daß der Nocken unmittelbar nach seiner höchsten Erhebung eine sehr steil abfallende Flanke aufweist.

Die für den Dieselmotorbetricb notwendige Einhaltung des Einspritzzeitpunktes ist nur mit einem scharfkantigen Übergang von der höchsten Erhebung in die abfallende Flanke zu erreichen. Die schneidenförmige Umlenkung wird mit der maximalen Kraft belastet. Dabei treten bei höheren Einspritzdrücken Flächenpressungen auf, die mit keinem bekannten Werkstoff zu beherrschen sind. Hinzu kommt, daß nach der Entlastung des Pumpenkolbens vom Kraftstoffdruck am Ende der Einspritzung der Schwinghebel mit voller

Federkraft auf die Nc^i-ptmhn aufschlagt und diese langfristig zerstört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzpumpe zu schaffen, die bei optimaler Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse sowie vertretbarem Bauaufwand und vertretbarer Baugröße eine hohe Standzeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäB bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe der eingangs beschriebenen Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe betätigt der Nocken einer Nockenwelle über einen Schwinghebel den Pumpenkolben. Solange der Einspritzdruck den durch dip Feder und die Hebelabmessungen vorgegebenen Wert nicht übersteigt und somit der Schwinghebel an dem Anschlag anliegt, arbeitet die Kraftstoffeinspritzpumpe im wesentlichen wie eine Kraftstoffeinspritzpumpe üblicher Bauart Obersteigt jedoch der Kraftstoffeinspritzdruck den eingestellten Wert, hebt sich der Schwinghebel vom Anschlag ab und der Einspritzdruck ist allein durch die Federkraft begrenzt bis die Steuernut des Kolbens die Steuerbohrung des Zylinders anschneidet Nach der Druckentlastung des Pumpenkolbens geht der Schwinghebel unter Wirkung der Druckfeder in seine Ausgangslage zurück, während der Pumpenkolben ebenfalls unter der Wirkung der Druckfeder oder ggf. mit Hilfe einer besonderen Rückstellfeder üblicher Bauweise, wie sie z. B. aus der DE-AS 23 03 824 bekannt ist, zurückgeführt wird. Während des gesamten Einspritzvorganges liegt die Laufrolle an der Nockenbahn an und belastet diese nur im Bereich ihrer tragfähigen Flanke mit der max. Last, während im Bereich der Nockenkuppe die Kräfte infolge der Druckentlastung und der entgegenwirkenden Massenkräfte stark verringert sind.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Anschlag ein fest mit dem Pumpengehäuse verbundenes, mit dem Ende des Schwinghebels zusammenwirkendes Auflager ist, wobei der Angriffspunkt der Federkraft zwischen dem Auflager und der Laufrolle liegt. Dadurch ist es möglich, auf die besondere Rückstellfeder zu verzichten. Die Druckfeder dient selbst als Rückstellfeder und erzeugt in bezug auf das Auflager ein rückstellendes Moment auf den Schwinghebel.

Der Anschlag kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung von einem einerseits in der Laufrolle am Schwinghebel und andererseits in einer festen Lagerstelle im Pumpengehäuse gelagerten Winkelhebel gebildet werden, der in seinem zwischen den beiden Lagerstellen nockenseitig vorspringenden Bereich mit einem gegenüber dem Schwinghebel seitlich vorstehenden, zugleich der Übertragung der Federkraft auf den Schwinghebel dienenden Querstift zusammenwirkt. Dadurch erhält man eine exakte Führung der Laufrolle unabhängig von der Führung des Schwinghebels durch den Stößel bzw. von der Anlenkung der Feder. Außerdem ergibt sich auch hier trotz des von der Laufrollenlagerachse gleich großen Abstandes vom Federangriffspunkt und Anlagestelle des Schwinghebels am Anschlag die Möglichkeit, auf die besondere Rückstellfeder zu verzichten.

Zur Einstellung des Leerhubs und damit verbunden zur Grundeinstellung des Förderbeginns ist der *> Anschlag in zweckmäßiger Weise /.. B. mit Hilfe eines Exzenters einstellbar.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die den maximalen Einspritzdruek bestimmende Kraft und/oder Charakteristik der Feder einstellbar ist, wobei die Einstellung in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, wie Drehzahl, Last, Abgastemperatur oder Schadstoffemissionswerten, erfolgen kann. In diesem Zusammenhang sei noch auf die bereits aus der deutschen Patentanmeldung M8 529/46C², 105 grundsätzlich bekannte betriebsabhängige Verstellmöglichkeit der Feder hingewiesen.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Feder als hydropneumatische Feder allein oder in Kombination mit einer Schraubendruckfeder ausgebildet ist

Dabei erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Schraubendruckfeder mit der hydropneumatischen Feder in Reihe geschaltet ist und der Hydraulikraum der hydropneumatischen Feder über einen eine einseitig wirksame Drossel enthaltenden Kanal mit einem Raum verbunden ist, in dem ein der Schraubendruckfeder zugleich als Widerlager dienender Kolben dichtend geführt ist. Die Charakteristik der Feder ist dabei durch die Verwendung der Drossel und einer gesteuerten Druckänderung in der Feder über entsprechende Regelorgane den Betriebsverhäitnissen opiinai anpaßbar.

Zur optimalen Auslegung der Federkräfte, der Federvolumen und der Flächenpressungen ist es schließlich gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, daß die Feder und der Pumpenkolben mit ungleichen Hebelarmen am Schwinghebel angreifen. Dadurch läßt sich eine besonders vorteilhafte Abstimmung von Kräften und Bauvolumen in bezug auf das Regelverhalten erzielen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

A b b. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem gehäusefesten Anschlag für einen Schwinghebel.

Abb.2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Anschlag, der von einem drehbar an der Schwingachse eines Schwinghebels und im Gehäuse gelagerten Winkelhebel gebildet wird.

Die Kraftstoffeinspritzpumpe besteht in üblicher Weise aus einem Pumpengehäuse 1, in das eine Zylinderbüchse 2 mit Steuerkanälen 3 eingesetzt ist Die Zylinderbüchse 2 wird durch eine Druckverschraubung 4 mit einem Anschluß 5 für eine nicht näher dargestellte Druckleitung zu einem Kraftstoffeinspritzventil gehalten. In der Druckverschraubung 4 ist ein Druckventil 6 vorgesehen. Ein Pumpenkolben 7 ist in der Zylinderbüchse 2 axial verschiebbar gelagert. Er hat am Umfang eine mit einer schrägen Steuerkante versehene Steuernut 8, die über einen Kanal 9 mit einem Pumpenarbeitsraum 17 in Verbindung steh» und mit den Steuerkanälen 3 zusamr.euwirkt. Der Pumpenkolben 7 ist ferner durch eine Zahnstange 10 über eine Verstelleinrichtung 11 drehbar.

Der Antrieb des Pumpenkolbens 7 erfolgt von einer Nockenwelle 12 mit einem Nocken 13 über einen Schwinghebel 14, an dem über eine Schubstange 15 ein Stößel 16 angelenkt isi. Dieser wiederum ist formschlüssig mit einem Ende des Pumpenkolben 7 verbunden, Am Schwinghebel 14 ist eine Laufrolle 18 gelagert, die auf dem Nocken 13 läuft. Mit seinem freien Ende 19 liegt der Schwinghebel schwenkbar auf einem gehäusefesten Auflager 2^ auf. das mittels eines Exzenters 71 verstellbar ist. Zwischen dem Auflager 20 und dtr Laufrolle 18 «reift eine Feder 22 über einen Führungs-

kolben 23 am Schwinghebel 14 an.

Der Führungskolben 23 ist in einem zylindrischen Raum 25 dichtend geführt, der gleichzeitig der Federraum der Feder 22 ist und über einen Verbindungskanal 26 mit einer hydropneumatischen Druckfeder 27 verbunden ist. Die hydropneumatische Druckfeder 27 besteht aus einem Behälter, dessen hydraulischer Teil 28 mittels einer Hutmembran 29 vom pneumatischen Teil 30 getrennt ist. Im Verbindungskanal 26 ist eine bei der Kraftstofförderung einseitig wirksame, veränderbare Drossel 31 angeordnet.

In Abb. 2 sind die funktionsmäQig gleichwirkenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ausführung nach A b b. 2 unterscheidet sich von der nach Abb. 1 dadurch, daß anstelle des gehäusefesten Auflagers 20 im Gehäuse ein Winkelhebel 32 schwenkbar gelagert ist. Mit seinem freien Ende ist der Winkelhebel 32 auf der als Schwingachse für den Schwinghebel 14 dienenden Achse der Laufrolle 18 gelagert. Die Lagcrstelle des Winkelhebeis 32 im Gehäuse 1 ist mit 33 bezeichnet und kann über einen Exzenter 35 verstellt werden. Hier dient der Winkelhebel 32 als Anschlag für den Schwinghebel 14, indem ein Querstift 34, der gleichzeitig· zur Anlenkung einer Gelenkstange 24 des Führungskolbens 23 dient, in der Kehle des Winkelhebels 32 zur Anlage gelangt.
Die Kraftstoffeinspritzpumpe wirkt wie folgt:
Von einer nicht näher dargestellten Kraftstofförderpumpc wird der Kraftstoff über die Steuerkanäle 3 in den Pumpenarbeitsraum 17 der Kraftstoffeinsptitzpumpe gefördert. Während des Hubs des Pumpenkolbens 7 werden die Steueröffnungen 3 vom Pumpenkolben 7 zeitweise abgedeckt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Kraftstofförderung über das Druckventil 6 in die Druckleitung und der Druckaufbau. Bei Erreichen eines vorgebbaren Druckes öffnet das nicht näher dargestellte Kraftstoffeinspritzventil. Die Kraftstoffeinspritzung wird beendet, wenn der Pumpenkolben 7 mit der schrägen Steuerkante seiner Steuernut 8 die Steuerkanäle 3 überläuft. Zu diesem Zeitpunkt fällt der Druck im Pümpenarbeitsraum 17 ab und das Druckventil 6 schließt. Durch eine Drehung des Pumpenkolbens 7 mittels der Zahnstange 10 über die Verstelleinrichtung 11 kann die Einspritzzeit und damit die Einspritzmenge verändert werden. Die Hubbewegung des Pumpenkolbens wird von dem Nocken 13 der Nockenwelle 12 bewirkt indem der Nocken 13 die Laufrolle 18 und den

mit ihr verbundenen Schwinghebel anhebt. Die Laufrolle 14 wird durch eine Feder 22 ständig gegen den Nocken 1.1 gedrückt, wobei der Schwinghebel 19 solange auf dem Auflager 19 ruht, wie das vom Einspritzdruck auf den Schwinghebel 14 ausgeübte Moment das von der Feiler 22 ausgeübte Moment nicht übersteigt. In diesem Arbeitsbereich arbeitet die Kraftstoffeinspritz.pumpe wie bekannte und bewährte Kraftstoffeinspritzpumpen. Übersteigt jedoch das vom Einspritzdruck ausgeübte Moment auf den Schwinghebel 14 das von der Feder 22 ausgeübte Moment, hebt der Schwinghebel 14 mit seinem Ende 19 vom Auflager 20 ab und der Einspr '/.druck nimmt unabhängig von den dynamischen Kräften im Einspritzsystem nur noch in Abhängigkeit der Federcharakteristik der Feder 22 und 27 zu. Durch die Veränderung der Federcharakteristiken und der Vorspannung der Federn läßt sich der Einspritzdruck in seiner Höhe und auch in seinem Druckvcrlauf in weiten Grenzen den Forderungen für einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine anpassen. Die Veränderung der Federcharakteristik läßt sich besonders leicht durch die Anwendung hydropneumatischer Federn variabel und steuerbar gestalten. So kann durch die Anordnung von Drosseln und anderen Steuerorganen jede beliebige Federcharakteristik in Abhängigkeit der zu beeinflussenden Betriebsparameter erreicht werden.

Um eine optimale Fördergeschwindigkeit und einen möglich^;* hohen Druckanstieg als Ausgangswert zu erhalten, der durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen abgeregelt werden kann, ist die Verwirklichung großer Nockenhöhe und einer Hebelübersetzung vorteilhaft, durch die große Leerhübe und hohe Fördergeschwindigkeiten erzielt werden können. Eine einfache Einstellung des Leerhubs erfolgt durch die Verstellung des Auflagers 20 mittels des Exzenters 21 bzw. bei der Ausführung nach A b b. 2 durch die Verstellung der Lagerstelle 33 des Winkelhebels 32 mittels des Exzenters 35.

Die Auslegung der Kraftstoffeinspritzpumpe hat so zu erfolgen, daß bei Nenndrehzahl und Vollast die erforderliche Kraftstoffmenge mit dem max. zulässigen Einspritzdruck in der zur Verfügung stehenden Zeiteinheit eingespritzt wird und daß die Einspriugeschwindigkeit bei kleinen Fördermengen und Drehzahlen noch so hoch ist. daß annähernd der max. Einspritzdruck erreicht werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Krsftütoffeinspritzpunipe für Brennkraftmaschinen mit einem im Zylinder eines Pumpengehäuses axial verschiebbaren, an seinem Umfang eine schräge, mit einer Steuerbohrung zusammenwirkende Steuerkante aufweisenden und durch Verdrehung die Kraftstoffeinspritzmenge steuernden Pumpenkolben, der gelenkig mit dem einen Ende eines durch den Nocken einer Nockenwelle betätigten Schwinghebeis verbunden ist, an dem mit Abstand zum Pumpenkolbenangriffspunkt eine den maximalen Einspritzdruck bestimmende und auf den Schwinghebel mit einer zur Seite der Nockenwelle hin gerichteten Kraft einwirkende Feder angreift, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwinghebel (14), zwischen dem Angriffspunkt der Feder (22) und der Anlenkstelle des Pumpenkolbens (7), eine Laufrolle (18) gelagert ist, die ständig mit dem Nocken (13) der Nockenwelle zusammenarbeitet, und daß dit den maximalen Einspritzdruck bestimmende Feder (22, 27) den Schwinghebel (14) federkraftseitig mit einem Anschlag in Anlage bringt und beim Druckhub des je nacn dem Abstand des Federangriffspunkts bzw. der Schwinghebelanlagestelle am Anschlag von der Laufrollenachse im Schwinghebel (14) ggf. von einer Rückstellfeder beaufschlagten Pumpenkolbens (7) an diesem Anschlag solange in Anlage hält, wie das vom Kraftstoffdruck Ober den Pumpenkolben und ggf. von der Rückstellfeder auf den Schwinghebel (14) ausgeübte Drehmoment geringer ist als das von der Feder (22,27) erzeugte Gegenmoment

2. Kraffttoffeinspiitzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag ein fest J5 mit dem Pumpengehäuse verv/undenes, mit dem Ende (19) des Schwinghebels (14) zusammenwirkendes Auflager (20) ist, wobei der Federkraftangriffspunkt zwischen dem Auflager (20) und der Laufrolle (18) liegt.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag von einem einerseits in der Laufrolle (18) am Schwinghebel (14) und andererseits in einer festen Lagerstelle

(33) im Pumpengehäuse (1) gelagerten Winkelhebel (32) gebildet wird, der in seinem zwischen den beiden Lagerstellen nockenseitig vorspringenden Bereich mit einem gegenüber dem Schwinghebel (14) seitlich vorstehenden, zugleich der Übertragung der Federkraft auf den Schwinghebel (14) dienenden Querstift

(34) zusammenwirkt.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag z. B. mit Hilfe eines Exzenters (21, 35) einstellbar ist.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den maximalen Einspritzdruck bestimmende Kraft und/oder Charakteristik der Feder (22, 27) einstellbar ist, wobei die Einstellung in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, wie Drehzahl, Last, Abgastemperatur oder Schadstoffemissionswerten, erfolgen kann.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als hydropneumatisch^ Feder (27) ausgebildet dadurch gekennzeichnet, daß die hydropneumatische Feder (27) mit einer Schraubendruekfeder (22) im Kombination angeordnet ist.

8, Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruckfeder (22) mit der hydropneumatischen Feder (27) in Reihe geschaltet ist und der Hydraulikraum der hydropneumatischen Feder (27) über einen eine einseitig wirksame Drossel (31) enthaltenden Kanal (26) mit einem Raum (25) verbunden ist, in -dem ein der Schraubendruckfeder (22) zugleich als Widerlager dienender Kolben (23) dichtend geführt ist.

9. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (22,27) und der Pumpenkolben (7) mit ungleichen Hebelarmen am Schwinghebel (14) angreifen.