DE2807720A1

DE2807720A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung fuer brennkraftmaschinen, insbesondere fuer dieselmotoren

Info

Publication number: DE2807720A1
Application number: DE19782807720
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Ing Dr Eckert; Max Dipl Ing Dr Straubel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-02-23
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1979-08-30
Also published as: GB2015078B; DE2807720C2; US4306528A; GB2015078A

Description

R. 4 4 7 δ Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem gattungsbildenden Oberbegriff des Hauptanspruchs. Es ist bereits eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung dieser Bauart bekannt (DE-PS 958 hhO), bei der die Einspritzpumpe als Pumpe-Düse ausgebildet ist. Die Antriebsvorrichtung dieser Pumpe-Düse besteht im wesentlichen aus einem von einem Antriebsnocken einer Steuerwelle angetriebenen Schwinghebel, der den mit einem Druckstößel versehenen Pumpenkolben antreibt. Der Schwinghebel ist auf einem Exzenter gelagert, der von einer drehzahlabhängigen Steuervorrichtung zur Veränderung des Spritzbeginns verdrehbar ist, wobei der Exzentermittelpunkt im viesentlichen quer zur Längsachse des Schwinghebels verschoben wird. Der Pumpenkolben hat eine erste an seiner Stirnseite befindliche schräge Steuerkante, die der lastabhängigen Spritzbeginnänderung dient und eine zweite schräge Steuerkante, durch die in bekannter Weise bei durch eine Verstelleinrichtung erfolgendem Verdrehen des Pumpenkolbens die einzuspritzende Kraftstoffmenge eingestellt werden kann.

Desweiteren ist durch die DE-OS 25 58 699 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung der gattungsgemäßen Bauart bekannt, deren als Pumpe-Düse ausgebildete Einspritzpumpe einen zweiteiligen, aus einem Förderkolben und einem Ausweichkolben bestehenden Pumpenkolben aufweist, dessen beide Kolben zwischen sich einen als hydraulischer Stößel dienenden und mit Flüssigkeit gefüllten Ausgleichsraum einschließen. Dieser Ausgleichsraum wird bei Förderbeginn durch eine schräge Steuerkante am Förderkolben abgesperrt, bleibt während des Förderhubes geschlossen und wird zur Beendigung des Förderhubes durch den Ausweichkolben aufgesteuert. Durch eine

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elektrisch angesteuerte Verstelleinrichtung kann der mit der schrägen Steuerkante versehene Förderkolben verdreht werden, um so durch früheres oder späteres Zusteuern des Ausgleichraums den Fumphub des Ausgleichkolbens einzuleiten, der während des Förderhubes Kraftstoff aus einem von einer Kraftstoffzumeßeinrichtung mit zugemessener Kraftstoffmenge versorgten Pumpenarbeitsraum zur Einspritzdüse fördert.

Diese bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen und alle mechanisch von einem Antriebsnocken angetriebenen Einspritzpumpen haben den systembedingten Nachteil, daß sich der der Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens proportionale Einspritzdruck und damit auch der auftretende Spitzendruck in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors ändert, während z.B. bei hydraulisch angetriebenen Pumpe-Düsen die Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens und damit auch der Einspritzdruck entsprechend dem Servodruck konstant bleibt oder bei geregeltem Servodruck veränderbar ist. Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit hydraulisch angetriebenen Pumpe-Düsen erfordern einen sehr großen Aufwand durch die zusätzlich zur Kraftstoff zumeßeinrichtung erforderliche j den Servodruck erzeugende Druckeinheit.

Zur Erzielung einer optimalen Leistung im gesamten Drehzahlbereich und zur Einhaltung der sich immer stärker verschärfenden Bestimmungen zur Reinhaltung der Luft ist es erforderlich, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu schaffen, die kostengünstig herzustellen ist und bei der der Einspritz- oder Spitzendruck in Abhängigkeit von der Drehzahl steuerbar ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindunggemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den

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kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung die Hubbewegung des Pumpenkolbens im Sinne einer mindestens in einem weiten Drehzahlbereich konstanten oder einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf angepaßten Kolbengeschwindigkeit beeinflussen zu können, wobei bereits die Aufgabe der Erzielung eine die systembedingte drehzahlabhängige Einspritzdruckänderung mindestens teilweise ausgleichenden oder ändernden Korrektur der Kolbengeschwindigkeit durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung als erfinderisch zu betrachten ist.

Erfolgt durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung eine zu große oder ungewollte Förderbeginnänderung, so ist diese gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes durch eine Korrekturvorrichtung kompensierbar oder auf einen vorbestimmten, von Betriebsgrößen des Motors abhängigen Wert korrigierbar.

Durch die in den weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind konstruktive Ausgestaltungen, Verbesserungen und vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung möglich. So ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes die erfindungsgemäße Korrektur der Kolbengeschwindigkeit dadurch möglich, daß durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung der beim Förderhub des Pampenkolbens wirksame Bereich am Antriebsnocken derart kontinuierlich verlagerbar ist, daß der Pumpenkolben bei niedriger Drehzahl in einem Bereich hoher spezifischer Hubgeschwindigkeit und bei hoher Drehzahl in einem Bereich niedriger spezifischer Hubgeschwindigkeit fördert, wobei als Korrekturvorrichtung ein eine Steuerwelle mit einer Antriebswelle des Motors verbindender und die gegen-

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seitige Drehlage beider Wellen in Abhängigkeit von der Drehzahl ändernder Wellenversteller dient.

Bei einer nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ausgebildeten Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem zwischen Steuerwelle und Druckstößel angeordneten Schwinghebel und mit
einem Antriebsstößel zwischen Antriebsnocken und Schwinghebel ist durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung der als Rollenstößel ausgebildete Antriebsstößel quer
zu seiner Längsrichtung verschiebbar, wodurch auf einfache
Weise der wirksame Bereich am Antriebsnocken steuerbar ist.

Ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung entsprechend der zum Stand der Technik genannten DE-OS 25 58 699 mit einem zweiteiligen, aus Förderkolben und Ausweichkolben bestehenden
Pumpenkolben ausgestattet, dessen Förderkolben mit einer
schrägen Steuerkante zur Bestimmung de Förderbeginns und mit einer Verstelleinrichtung zu seinem Verdrehen versehen ist, so ist die erwünschte Steuerung der Kolbengeschwindigkeit
in vorteilhafter Weise dadurch erzielbar, daß als drehzahlabhängige Steuereinrichtung die die Verdrehung des Förderkolbens bewirkende Verstelleinrichtung dient, durch welche
der von der Drehlage der schrägen Steuerkante am Förderkolben festgelegte, während des Förderhubes wirksame Bereich
am Antriebsnocken derart steuerbar ist, daß das Produkt aus spezifischer Hubgeschwindigkeit und Drehzahl bei sich ändernder Drehzahl mindestens annähernd konstant bleibt oder einem vorgegebenen Verlauf anpaßbar ist.

Eine genaue und flexible Steuerung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und exakte Anpassung der die Einspritzung beeinflussenden Parameter ist dadurch erzielbar, daß die Steuereinrichtung und die Korrekturvorrichtung von einer elektro-

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nischen Regeleinrichtung ansteuerbar sind, wobei alle Betriebsdaten wie Drehzahl, Last, Ladedruck, Atmosphärendruck, Luft- und Motortemperatur usw., gegebenenfalls nach einem Kenn feldprogramm mit der erforderlichen Genauigkeit gesteuert werden können. In einer weiteren Ausgestaltung der nach dem Hauptanspruch ausgebildeten und entsprechend der DE-PS 958 440 mit einem zwischen Steuerwelle und Druckstößel angeordneten und auf einem Exzenter einer drehzahlabhängig von einem Stellglied der Steuereinrichtung verdrehbaren Verstellwelle der Antriebsvorrichtung gelagerten Schwinghebel ausgestatteten Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist die erfindungsgemäße Geschwindigkeitssteuerung dadurch ersielbar, daß die Lageänderung des Exzenters beim Verdrehen der Verstellwelle im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Schwinghebels erfolgt und die wirksame Länge des vorzugsweise mit einem Druckballen am Druckstößel angreifenden Hebelarms des Schwinghebels bei größer werdender Drehzahl verkleinert und bei kleiner werdender Drehzahl vergrößert wird. Hier wird die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsänderung durch eine Übersetzungsänderung im Antrieb vorgenommen, wobei der während des Förderhubes des Pumpenkolbens wirksame Bereich am Antriebsnocken unabhängig von der Drehzahl im wesentlichen der gleiche bleibt. Die durch den Exzenterhub verursachte Pörderbeginnänderung kann dann, wenn sie nicht erwünscht ist, dadurch kompensiert werden, daß der Druckballen des an dem vorzugsweise als Rollenstößel ausgebildeten Druckstößel angreifenden Hebelarms als Korrekturvorrichtung dient und mit einer nockenförmigen Erhebung versehen ist, durch welche die beim Verdrehen des Exzenters zwangsläufig erfolgende Hubbewegung dieses Hebelarms mindestens annähernd ausgeglichen wird. Diese nockenförmige Erhebung kann in vorteilhafterweise auch so ausgebildet sein, daß neben dem Ausgleich der zwangsläufig erfolgenden Hubbewegung des am Druckstößel angreifenden Hebelarms des

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Schwinghebels eine der drehzahlabhängigen Förderbeginnverschiebung dienende Änderung der den Förderbeginn bestimmenden Hublage des Pumpenkolbens durch die Steuereinrichtung erzielbar ist.

Eine vollkommen von der Steuereinrichtung unabhängige Förderbeginnänderung ist durch die Kombination der in Anspruch 12 festgelegten Merkmale erzielbar.

Zeichnung

Vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine vereinfachte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels mit einer im Querschnitt dargestellten,als Pumpe-Düse ausgebildeten Einspritzpumpe, Figur 2 eine Pumpe-Düse des zweiten Ausführungsbeispiels, Figur 3 eine Pumpe-Düse des dritten Ausführungsbeispiels, Figur 4 das vierte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffeinspritzeinrichtung und Figur 5 ein Nockenhub- und Kolbengeschwindigkeit sdiagramm.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei der in Figur 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist mit 10 eine mechanisch angetriebene Pumpe-Düse bezeichnet, die im wesentlichen aus einer von einer Antriebsvorrichtung 11 angetriebenen als Kolbenpumpe ausgebildeten Einspritzpumpe 12 und einer mit dieser zusammengebauten als druckgesteuertes Einspritzventil ausgebildeten Einspritzdüse 13 besteht. Der mit 14 bezeichnete Pumpenkolben ist in einem Pumpenzylinder 15 geführt und besteht aus zwei über ei-

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nen als hydraulischer Stößel dienenden mit Flüssigkeit gefüllten Ausgleichsraum 16 gekuppelte Kolben 17 und 18, von denen der erste, als Pörderkolben 17 bezeichnete mit einem Druckstößel 19 versehen ist, der entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 21 von einem Schwinghebel 22 der Antriebsvorrichtung 11 betätigt wird.

Der Schwinghebel 22 ist auf einer im Zylinderkopf des Motors befestigten Achse 23 gelagert und wird von einem Antriebsnocken 24 über einen als Rollenstößel ausgebildeten Antriebsstößel 25 und eine Druckstange 26 angetrieben. Der Antriebsnocken 24 ist auf einer Steuerwelle 27 befestigt, die unter Zwischenschaltung eines bekannten, vorzugsweise elektrohydraulisch angetriebenen Wellenverstellers 28 mit einer synchron zur Motorkurbelwelle umlaufenden Antriebswelle 29 verbunden ist. Der Pörderkolben 17 ist an seiner dem Ausgleichsraum zugewandten Stirnfläche mit einer schrägen Steuerkante 31 versehen, die zur Steuerung des Förderbeginns mit einer Steueröffnung 32 in der Wand des Pumpenzylinders 15 zusammenarbeitet, und er ist über eine als drehzahlabhängige Steuereinrichtung dienende Verstelleinrichtung 33 verdrehbar, die in bekannter Weise im wesentlichen aus einem Verstellritzel 34, einer Regelstange 35 und einem drehzahlabhängig die Regelstange 35 betätigenden Steuergerät 36 besteht.

Als Sperrflüssigkeit für den als hydraulischer Stößel dienenden Ausgleichsraum 16 zwischen den Kolben 17 und 18 dient über eine Leitung 37 und die Steueröffnung 32 zugeführter unter Vorförderpumpendruck stehender Kraftstoff, der einer als Kraftstoffzumeßeinrichtung dienenden Verteilereinspritzpumpe 38 entnommen wird. Der Kraftstoff wird der Verteilerpumpe 38 in bekannter und deshalb nicht näher dargestellter Weise von einer Vorförderpumpe über eine Förderleitung 39 zugeführt, und die Verteilerpumpe 38 versorgt in den Spritzpausen

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einen mit 4l bezeichneten Pumpenarbeitsraum unterhalb des Ausweichkolbens l8 über eine ihrer mit je einem Füllventil 42 versehenen Fülleitungen 43 mit einer genau zugemessenen Kraftstoff menge. Als Kraftstoffzumeßeinrichtung kann jede beliebige, bekannte eine genau zugemessene Kraftstoffmenge unter relativ niedrigem Druck fördernde Einrichtung dienen. Die Verteilerpumpe 38 ist mit einem elektrischen Regler 44 versehen, der wie auch das Steuergerät 36 und der Wellenversteller 28 von einer elektronischen Regeleinrichtung 45 angesteuert wird.

Die elektronische Regeleinrichtung 45 enthält in bekannter Weise einen Drehzahl- oder Füllungsregler, dessen Sollwert von einem Fahrpedal 46 eingegeben wird, und der ein Drehzahlsignal A eines auf der Antriebswelle der Verteilerpumpe 38 befestigten Drehzahlgebers 47 verarbeitet.

Der von einer Stirnfläche 51 des Ausweichkolbens 18 begrenzte Pumpenarbeitsraum 41 ist mittels eines Ringraumes 52 und einer an den Ringraum 52 angeschlossenen Druckleitung 53 mit einem Druckraum 54 der Einspritzdüse 13 verbunden, in dem in bekannter Weise der Kraftstoffdruck die Druckschulter einer Ventilnadel 55 beaufschlagt und letztere entgegen der Kraft einer Ventilfeder 56 im Öffnungsssinne bewegt, wodurch der aus dem Pumpenarbeitsraum 4l verdrängte Kraftstoff während des Förderhubes des Pumpenkolbens 14 durch Düsenbohrungen 57 in den Motorzylinder eingespritzt wird. Ein die Ventilfeder 56 umgebender Federraum SO ist über eine Leckbohrung 58 an eine drucklose Rücklaufleitung 59 angeschlossen, welche zum nicht dargestellten Tank der Einspritzanlage zurückführt oder_/falls erwünscht, in die unter Vorförderpumpendruck stehende Leitung 37 mündet. An die Rücklaufleitung 59 ist auch eine Entlastungsleitung 6l angeschlossen, die

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von einem in die Wand des Pumpenzylinders 15 eingearbeiteten Ringraum 62 ausgeht und der Entlastung des Druckraums 54 und der Druckleitung 53 der Einspritzdüse 13 dient, wenn zugleich mit oder kurz nach Beendigung der Pumpenförderung durch Abschluß des Ringraums 52 durch die Stirnfläche 51 des Ausweichkolbens l8 der Ringraum 52 durch eine dann mit diesem in Verbindung gelangende erste Ringnut 63_s einen Entlastungskanal 64 und eine zweite Ringnut 65 am Ausweichkolben-18 mit dem Ringraum 62 verbunden wird. Nach Abschluß der Verbindung vom Pumpenarbeitsraum 41 zur Druckleitung 53 wird durch eine dem Ausgleichsraum l6 zugewandte Stirnfläche 66 am Ausweichkolben l8 ein Verbindungskanal 67 aufgesteuert, durch den der als hydraulischer Puffer dienende, im Ausgleichsraum 16 eingesperrte Kraftstoff in die Leitung 37 entweichen kann, so daß der Ausweichkolben l8 seinen Pumphub beendet, der Förderkolben 17 aber einen vom Antriebsnocken 24 vorgegebenen Pumphub bis zum Hubende fortsetzen kann.

Bei der beschriebenen Pumpe-Düse 10 dient die Steuereinrichtung 33 nicht, wie üblich, der Änderung des Förderbeginns, sondern durch die drehzahlabhängig von dem Steuergerät 36:geoteuerte Verdrehung des Förderkolbens 17 und durch die entsprechende Lage der schrägen Steuerkante 31 wird der während des Förderhubes des Pumpenkolbens 14 wirksame Bereich am Antriebsnocken 24 vorgewählt und die dabei erfolgende Förderbeginnänderung wird durch den hier als Korrekturvorrichtung dienenden Welienversteller 28 zurückverstellt, d.h. kompensiert oder auf einen von der Regeleinrichtung 45 in Abhängigkeit von Betriebsgrößen des Motors vorbestimmten Viert korrigiert. Das erfindungsgemäße Zusammenwirken der Steuereinrichtung 33 und der Korrekturvorrichtung 28 wird weiter hinten bei der Beschreibung der Wirkungsweise und anhand der Figur 5 noch näher erläutert.

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In Figur 2 ist lediglich die mit 10' bezeichnete Pumpe-Düse
und die mit 11' bezeichnete Antriebsvorrichtung des zweiten
Ausführungsbeispiels dargestellt. (Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel in Figur 1 gleiche Teile sind gleich bezeichnet und gleiche jedoch in ihrer Funktion veränderte
oder gleichwirkende Teile sind mit einem Indexstrich versehen. )

Kolbenpumpe 12 und Einspritzdüse 13 sind mit denen von Figur 1 identisch, nur die mit 31' bezeichnete schräge Steuerkante am Förderkolben 17' hat eine gegenüber der Steuerkante 31 in 'Figur 1 veränderte Funktion, wie weiter hinten näher ausgeführt wird. Die Verstelleinrichtung 33' dient hier als Korrekturvorrichtung und wird von einem Steuergerät 71 betätigt
und übt bei diesem Beispiel die gleiche Funktion aus wie der Wellenversteller 28 in Figur 1.

Der Schwinghebel 22 der Antriebsvorrichtung 11' wird über die Druckstange 26 von einem als Rollenstößel ausgebildeten Teil 72 am Ende eines auf einem Exzenter 73 schwenkbar gelagerten Antriebshebels 7^ betätigt und der Antriebshebel 7^ ist Teil einer drehzahlabhängig arbeitenden Steuereinrichtung 75, deren Exzenter 73 über einen Hebel 76 von einem durch ein Magnetventil 77 mit Hydraulikdruck versorgten Kolbenstellglied 78 zur Lageänderung des Rollenstößels 72 verschwenkbar ist.
Ein entgegen einer Feder 79 arbeitender Kolben 8l wird durch vom Magnetventil 77 in einen Druckraum 82 zugeführte Druckflüssigkeit in eine vom zugehörigen Steuergerät vorbestimmte Lage verstellt, die über einen Weggeber 83 zurückgeführt und damit geregelt wird. Die in den Druckraum 82 zugeführte Druckflüssigkeit fließt über eine Rückströmdrossel 84 ab.

Die durch Verdrehen des Exzenters 73 bewirkte Verschiebung
des Rollenstößels 72 quer zu seiner Hubrichtung ergibt einen

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veränderten wirksamen Bereich während der Pumpenförderung am Antriebsnocken 24, und eine ungexfollte dabei auftretende Förderbeginnverschiebung wird durch die Korrekturvorrichtung 33' ausgeglichen. So entspricht in diesem Beispiel nach Figur 2 die Steuereinrichtung 75 funktionell der Steuereinrichtung 33 in Figur 1 und die Korrekturvorrichtung 33' der Korrekturvorrichtung 28 in Figur 1.

Die mit 10" bezeichnete Pumpe-Düse des dritten Ausführungsbeispiels in Figur 3 ist mit der gleichen Antriebsvorrichtung 11' und Steuereinrichtung 75 wie das zweite Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ausgestattet. Während beim zweiten Ausführungsbeispiel in Figur 2 die Steuerwelle 27 direkt mit einer nicht dargestellten Antreibswelle des Motors verbunden ist, ist jedoch in Figur 3 die Steuerwelle 27 in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel in Figur 1 über einen als Korrekturvorrichtung dienenden Wellenversteller 28 mit der Antriebswelle 29 des Motors verbunden. Da bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Figur 3 sowohl die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung 75 als auch die Korrekturvorrichtung 28 im Antrieb der Pumpe-Düse 10" angeordnet sindj kann letztere beliebig ausgeführt sein. Bei der Pumpe-Düse 10" dient die von einem Steuergerät 91 verschiebbare Regelstange 35 der Verstelleinrichtung 33 in bekannter Weise der Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge. Ein hier mit 14" bezeichneter Pumpenkolben ist mit einer schrägen Steuerkante 92 ausgestattet, die nach erfolgtem Pumphub eine Steueröffnung 93 in der Wand des Pumpeiizylinders 15" aufsteuert und den hier mit 94 bezeichneten Pumpenarbeitsraum mit einer druckentlasteten Rücklaufleitung 95 verbindet. Der Kraftstoffzulauf erfolgt über eine Leitung 96. Die mit der mit 12" bezeichneten Kolbenpumpe zusammengebaute Einspritzdüse 13 ist über ein Druckventil 97 an den Pumpenarbeitsraum 94 angeschlossen.

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Das in Figur 4 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Pumpe-Düse 10™ auf, deren Pumpenkolben 14"' von einem als Rollenstößel ausgebildeten Druckstößel 19"' angetrieben wird. Kolbenpumpe 12"' und Einspritzdüse 13 sind identisch mit denen aus Figur I₃ nur das mit 101 bezeichnete Steuergerät der Verstelleinrichtung 33 dient hier in bekannter V/eise einer von der Regeleinrichtung 45 steuerbaren Förderbeginnverstellung. Die mit 11"' bezeichnete Antriebsvorrichtung weist einen Schwinghebel 22"' auf, der auf einem auf einer Verstellwelle 102 befestigten Exzenter 103 schwenkbar gelagert ist. Der Antrieb des Schwinghebels 22"' erfolgt über die Druckstange 26 und den Antriebsstößel 25 durch den auf der Steuerwelle 27 befestigten Antriebsnocken 24. Der Stellweg des Exzenters 103 ist über einen Stellhebel 104 durch eine drehzahlabhängig von der Regeleinrichtung 45 geregelte Steuereinrichtung 105 verdrehbar, wodurch die wirksame Länge L eines mit einem Druckballen 106 am Druckstößel 19"' angreifenden Hebelarms 107 des Schwinghebels 22"' verändert werden kann. Erfindungsgemäß erfolgt diese Änderung so, daß bei größer werdender Drehzahl dieser Hebelarm 107 verkleinert und bei kleiner werdender Drehzahl vergrößert wird. Durch die damit erzielte Änderung der Hebelübersetzung des Schwinghebels 22"' wird erfindungsgemäß die Kclbengeschwindigkeit des Pumpenkolbens 14 vergrößert oder verkleinert, um bei wechselnder Drehzahl entweder eine konstante Kolbengeschwindigkeit einzuhalten oder die Kolbengeschwindigkeit einem vorbestimmten Geschwindigkeitsverlauf anzupassen. Da bei Verlagerung des mit 108 bezeichneten Exzentermittelpunktes bei festgelegter Lage des Antriebsnockens 24 der Druckballen 106 eine Hubbewegung ausführt, die bei nicht geregeltem Förderkolben 17 zu einer Spritzbeginnänderung führen würde, ist der Druckballen 106 mit einer nockenförmigen Erhebung 109 ausgestat-

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tet, durch welche die beim Verdrehen des Exzenters 103 zwangsläufig erfolgende Hubbewegung des Hebelarms 107 ausgeglichen wird. Ist neben dem Ausgleich der zwangsläufig erfolgenden Hubbewegung des am Druckstößel 19"' angreifenden Hebelarms 107 eine der drehzahlabhängigen Förderbeginnverschiebung dienende Änderung der den Förderbeginn bestimmenden Hublage des Pumpenkolbens 14"' erwünscht, dann kann die nockenförmige Erhebung 109 am Druckballen 106 mit einer entsprechenden Kurvenbahn versehen werden. Der Druckballen 106 dient somit als Kcrrekturvorrichtung.

Wird die Spritzbeginnkorrektur nicht vom Druckballen 106 vorgenommen, dann kann auch wie beim Beispiel in Figur 2 die vom Steuergerät 101 betätigte Verstelleinrichtung 33 der Förderbeginnkorrektur dienen. Da beim Beispiel nach Figur 4 durch die erfindungsgemäß ausgebildete, in der Antriebsvorrichtung 11"' vereinigte Steuereinrichtung 105 und Korrekturvorrichtung 106 die erwünschte Geschwindigkeitsänderung des Purnpenkolbens 14"' steuerbar ist, ist in diesem Fall die Bauart der Pumpe-Düse von untergeordneter Bedeutung und nur von zusätzlichen Forderungen, wie separater Mengen- und Förderbeginnregelung, abhängig.

Figur 5 enthält ein Nockenhub- und Kolbengeschwindigkeitsdiagramm für sämtliche in den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die ausgezogen gezeichnete sinusförmige Kurve a stellt den über dem Nockenwinkel oC in <3-^e;r Ordinate aufgetragen Nockenhub H dar und die gestrichelte Kurve b den Geschwindigkeitsverlauf ν der Pumpenkolben 14, 14^r und 14" bei festgelegter Übersetzung am Schwinghebel 22. Die stichpunktierten Kurven c und d stellen Geschwindigkeitskurven des Kolbens 14"' aus Figur 4 dar. Die niedrige Kolbengeschwindigkeit c tritt am Kolben 14"' bei verkürzter wirksamer Länge L am Hebelarm 107 des Schwinghebels 22"' auf, und zwar

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erfindungsgemäß bei hohen Drehzahlen; während die höhere Kolbengeschwindigkeit nach der Kurve d bei kleineren Drehzahlen einstellbar ist. Nachfolgend wird die erfindungswesentliche Funktion der vier Ausführungsbeispiele anhand der Figuren 1 bis 4 und 5 erläutert:

Bei dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel wird der einzuspritzende Kraftstoff von der Zumeßeinrichtung 38 über die Fülleitung 43 und das Füllventil 42 in den Pumpenarbeitsraum 41 vorgelagert. Dabei verschiebt sich der Ausweichkolben 18 entsprechend der vorgelagerten Einspritzmenge in Richtung auf den Förderpumpen 17 zu. Dreht sich nun der Antriebsnocken 24 entgegen dem Uhrzeigersinn, so bewegt sich der Förderkolben 17 auf den Ausweichkolben 18 zu und verdrängt Kraftstoff aus dem Ausgleichsraum 16 in die Leitung 37, bis die Steuerkante 31 die Steueröffnung 32 abschließt. Dieser Punkt ist beispielsweise bei niedriger Geschwindigkeit beim NockenwinkeloC-, (Figur 5) erreicht. Bei sich weiter drehendem Nocken 24 dient der im Ausgleichsraum l6 jetzt eingesperrte Kraftstoff als hydraulischer Stößel und treibt den Ausweichkolben 18 an. Dabei wird der zugemessene Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 41 über die Druckleitung 53 zum Druckraum 54 verdrängt und bei geöffneter Ventilnadel 55 über die Düsenöffnungen 57 in den Zylinder des Motors eingespritzt. Beim Nockenwinkel oC _? in Figur 5 wird durch die Stirnfläche 51 des Ausweichkolbens 18 die untere Begrenzungskante des Ringraums 52 abgeschlossen, die Pumpenförderung ist beendet und der Druckraum 54 an der Einspritzdüse 13 wird über den Entlastungskanal 64 und die Entlastungsleitung 6l zur Rücklaufleitung 59 hin entlastet. Zugleich damit oder kurz danach steuert die zweite Stirnfläche 66 des Ausweichkolbens 18 den Verbindungskanal 67 auf, und der Ausweichkolben 18 beendet seinen Pumphub. Während des Resthubs des Förderkolbens 17 wird Kraftstoff aus dem Ausgleichsraum l6 über

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den Verbindungskanal 67 zur Leitung 37 verdrängt.

In Figur 5 ist der beschriebene Kubbereich am Antriebsnocken 24 du:^h den dick ausgezogenen Abschnitt a.. auf der Kurve a dargf illt. Die zugehörige Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens ,.wegt sich dann zwischen v, und v~.

Steigert der Motor seine Drehzahl und drehen sich damit die Antriebswelle 29 und die Steuerwelle 27 schneller, dann wird entsprechend dem vom Drehzahlgeber 47 in die Regeleinrichtung 45 eingegebenen Drehzahlsignal· A die Verstelleinrichtung 33 des Förderkolbens 17 über das drehzahlabhängig arbeitende Steuergerät 36 in dem Sinne betätigt, daß die Pumpenförderung in einem Nockenbereich zwischen den Nockenwinkeln cC ^ undoC η stattfindet. Ohne den als Korrekturvorrichtung dienenden Wellenversteller 28 würde ein auf oC -, zurückgenommener ,^: Spritzbeginn .am Motor in der Regel zu einem unzulässig frühen Spritzbeginn führen. Um, dieisa Verschiebung^ auszugleichen, wird zugleich mit dem Steuergerät 36 auch der Welienverstellsr 28 von der Regeleinrichtung 45 drehzahlabhängig angesteuert und die Drehlage der Steuerwelle 27 gegenüber der Antriebswelle 29 um den Differenzbetrag zwischen den Winkeln oC . und qü -^ zurückverstellt.

Wie bereits weiter vorne ausgeführt, kann eine gewünschte drehzahl- oder lastabhängige Förderbeginnverstellung durch entsprechende Korrektur des Steuersignals für den Wellenversteller 28 gesteuert werden. Ebenso kann durch die Regeleinrichtung 45 anstelle einer Kompensation der bei der Drehzahländerung auftretenden Hubgeschwindigkeit auch eine einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf angepaßte Korrektur der Hubgeschwindigkeit gesteuert werden. Die im entsprechenden Nockenbereich, z.B. a^, auf den Pumpenkolben 14 übertragene

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Hubgeschwindigkeit ändert sich zwischen v. und v~, wobei die jeweils höchste Geschv/indigkeit den Spitzendruck in der Einspritzanlage bestimmt. Der Spitzendruck kann annähernd konstant gehalten werden, wenn der beim Förderhub des Pumpenkolbens 14 wirksame Bereich im Antriebsnocken 24 in der Weise verlagert wird, daß der Pumpenkolben 14 bei niedriger Drehzahl in dem Bereich a., einem Bereich hoher spezifischer Hubgeschwindigkeit,, und bei hoher Drehzahl in dem Bereich a„₃ einem Bereich niedriger spezifischer Hubgeschwindigkeit, fördert.

Wie bereits vorne zu Figur 2 ausgeführt, dient beim zweiten Ausführungsbeispiel in Figur 2 die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung 75 der Auswahl des wirksamen Nockenbereichs j z.B. a„ oder a_?3 die notwendige Förderbeginnkorrektur wird von dem die Verstelleinrichtung 33' betätigenden Steuergerät 71 vorgenommen.

Beim dritten Ausführungsbeispiel in Figur 3 erfolgte Auswahl des wirksamen Nockenbereichs wie in Figur 2 durch die Steuereinrichtung 75j die Förderbeginnkorrektur wird jedoch vom Wellenversteller 28 vorgenommen.

Bei dem nach einem anderen Lösungsprinzip arbeitenden vierten Ausführungsbeispiel in Figur 4 ändert sich der wirksame Nockenbereich am Antriebsnocken 24 nicht, sondern die erforderliche Hubgeschwindigkeitsänderung wird durch Übersetzungsänderung in der Antriebsvorrichtung II"¹ erzielt. Fördert der Pumpenkolben 14"' dieser Einspritzeinrichtung z.B. zwischen dem Nockenwinkeln oC ₁ und ^C ₂ (siehe Figur 5) und läuft der Motor langsam, dann wird eine Übersetzung des Schwinghebels 22"' eingestellt, die z.B. eine erhöhte Nockengeschwindigkeit entsprechend der Kurve d ergibt, so daß der Pumpenkolben eine auf eine Geschwindigkeit zwischen v., und Vu vergrößerte spe-

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zifische Hubgeschwindigkeit erfährt. Bei hohen Drehzahlen
wird diese spezifische Hubgeschwindigkeit z.B. auf die durch die Kurve c festgelegten Werte herabgesetzt, so daß das Produkt aus spezifischer Hubgeschwindigkeit und Drehzahl bei sich ändernder Drehzahl mindestens annähernd konstant bleibt oder eine im vorgegebenen Teriauf angeoaßt ist.

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Claims

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2O.2.1978 Ks/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OÖO Stuttgart 1

Ansprüche

(l) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, mit einem mechanisch, über einen Druckstößel einer Antriebsvorrichtung von einem Antriebsnocken einer Steuerwelle angetriebenen und in einem Pumpenzylinder geführten Pumpenkolben einer - vorzugsweise mit der Einspritzdüse zu einer Pumpe-Düse zusammengebauten Einspritzpumpe - und mit einer drehzahlabhängig arbeitenden, in die Antriebsvorrichtung des Pumpenkolbens eingreifenden Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer die systembedingte drehzahlabhängige Einspritzdruckänderung mindestens teilweise ausgleichenden oder ändernden Korrektur der Kolbengeschwindigkeit durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung (33, 75, 105) die während der Förderung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge vom Antriebsnocken (24) auf den Pumpenkolben (14, 14', 14", 14"·) übertragene Hubbewegung derart beeinflußbar ist, daß die sonst sich proportional zur Motordrehzahl ändernde Kolbengeschwindigkeit mindestens annähernd konstant bleibt oder einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf anpaßbar ist.

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2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Korrekturvorrichtung (28, 33Ί 106) eine von der Steuereinrichtung (33, 75, 105) bewirkte ungewollte Förderbeginnänderung kompensierbar oder auf einem vorbestimmten, von Betriebsgrößen des Motors abhängigen Wert korrigierbar ist.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung (33 ₃ 75) der beim Förderhub des Pumpenkolbens (14, 14', 14") wirksame Bereich (a^ , a~ in Figur 5) am Antriebsnocken (24) derart kontinuierlich verlagerbar ist, daß der Pumpenkolben (14, 14', 14") bei niedriger Drehzahl in einem Bereich (a,. ) hoher spezifischer Hubgeschwindigkeit und bei hoher Drehzahl in einem Bereich (a„) niedriger spezifischer Hubgeschwindigkeit förder- (Figuren 1 bis 3).
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspurch 3_} dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturvorrichtung ein die Steuerwelle (27) mit einer Antriebswelle (29) des Motors verbindender und die gegenseitige Drehlage beider Wellen in Abhänggigkeit von der Drehzahl ändernder Wellenversteller (28) dient (Figur 1 und 3).

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5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem zwischen Steuerwelle und Druckstößel angeordneten Schwinghebel und mit einem Antriebsstößel zwischen Antriebsnocken und Schwinghebel, nach Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung (75) der als Rollenstößel ausgebildete Antriebsstößel (72) quer zu seiner Längsrichtung verschiebbar ist (Figuren 2 und 3)·
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem zweiteiligen aus einem Förderkolben und einem Ausweichkolben bestehenden Pumpenkolben, dessen beide Kolben zwischen sich einen als . hydraulischer Stößel dienenden und mit Flüssigkeit gefüllten Ausgleichsraum einschließen, der bei Förderbeginn durch eine mit einer Steueröffnung in der Wand des Pumpenzylinders zusammenarbeitende schräge Steuerkante am Förderkolben absperrbar, während des Förderhubes geschlossen und zur Beendigung des Förderhubes durch den Ausweichkolben entlastbar ist, mit einer Verstelleinrichtung zum Verdrehen des Förderkolbens und mit einer eine zugemessene Krafttoffmenge in einen vom Ausweichkolben beaufschlagten Pumpenarbeitsraum vorlagernden Kraftstoff zündeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als drehzahlabhängige Steuereinrichtung die die Verdrehung des Förderkolbens (17) bewirkende, von einem Steuergerät (36) betätigbare Verstell-

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Einrichtung (33) dient, durch welche der von der Drehlage der schrägen Steuerkante (31) am Förderkolben (17) festgelegte, während des Föderhubes wirksame Bereich (a^, a₂ in Figur 5) am Antriebsnocken (2k) derart steuerbar ist., daß das Produkt aus spezifischer Hubgeschwindigkeit und Drehzahl bei sich ändernder Drehzahl mindestens annähernd konstant bleibt oder einem vorgegebenen Verlauf anpaßbar ist (Figur 1).
7· Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 5 in Verbindung mit Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturvorrichtung die die Verdrehung des mit der schrägen Steuerkante (31') versehenen Förderkolbens (17^!) bewirkende, von einem Steuergerät (71) betätigbare Verstelleinrichtung (33¹) dient (Figur 2).
8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (33j 75> 105) und die Korrekturvorrichtung (28, 33') von einer elektronischen Regeleinrichtung (45) ansteuerbar sind.
9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem zwischen Steuerwelle und Druckstößel angeordneten und auf einem Exzenter einer drehzahlabhängig von einem Stellglied der Steuerein-

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richtung verdrehbaren Verstellwelle der Antriebsvorrichtung gelagerten Schwinghebel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageänderung des Exzenters (103) beim Verdrehen der Verstellwelle (102) im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Schwinghebels (22"') erfolgt und die wirksame Länge (L) des vorzugsweise mit einem Druckballen (106) am Druckstößel (19'") angreifenden Hebelarms (107) des Schwinghebels (22"') bei größer werdender Drehzahl verkleinert und bei kleiner werdender Drehzahl vergrößert wird (Figur 4).
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckballen (106) des an dein vorzugsweise als Rollenstößel ausgebildeten Druckstößel (19'") angreifenden Hebelarms (107) als Korrekturvorrichtung dient und mit einer nockenförmigen Erhebung (109) versehen ist, durch welche die beim Verdrehen des Exzenters (103) zwangsläufig erfolgende Hubbewegung dieses Hebelarms (107) mindestens annähernd ausgleichbar ist (Figur 4).
11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die nockenförmige Erhebung (109) am Druckballen (106) so ausgebildet ist, daß neben dem Ausgleich der zwangsläufig erfolgenden Hubbewegung des am Druckstößel (19'") angreifenden Hebelarms (107) eine

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der drehzahlabhängigen Förderbeginnverschiebung dienende Änderung der den Förderbeginn bestimmenden Hublage des Pumpenkolbens (14"') durch die Steuereinrichtung (105) erzielbar ist.
12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung, deren Pumpenkolben mit einer schrägen, der Förderbeginnänderung dienenden und mit einer Steueröffnung in der Wand der Zylinderbohrung zusammenwirkenden schrägen Steuerkante versehen und durch eine Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von mindestens einer Betriebsgröße des Motors verdrehbar ist, nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (1-U^T1' ) zweiteilig ausgebildet ist und aus einem Förderkolben (17"') und einem Ausweichkolben (18) besteht, die beide zwischen sich einen als hydraulischer Stößel dienenden und mit Flüssigkeit gefüllten Ausgleichsraum (16) einschließen, welcher bei Förderbeginn durch die von der schrägen Steuerkante (31'") begrenzte Mantelfläche des Förderkolbens (17'") absperrbar und zur Beendigung des Förderhubes durch eine Steuerstelle (66) am Ausweichkolben (18) entlastbar ist, daß eine zugemessene Kraftstoffmenge in einem vom Ausweichkolben (18) beaufschlagten Pumpenarbeitsraum (4l) von einer Kraftstoffzumeßeinrichtung (38) vorlagerbar ist und daß durch die Verstellein-

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richtung (33'") des Förderkolbens (17"') der Förderbeginn der Einspritzpumpe (12"') unabhängig von der durch die Steuereinrichtung (105) bewirkten Hubgeschwindigkeitssteuerung in frei wählbarer Abhängigkeit von Betriebskenngrößen des Motors steuerbar ist (Figur A).

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