DE2919229A1

DE2919229A1 - Kraftstoff-foerderpumpe fuer einspritzsysteme mit kontinuierlicher kraftstofffoerderung und intermittierender einspritzung

Info

Publication number: DE2919229A1
Application number: DE19792919229
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Schaffitz
Original assignee: Inst Motorenbau Prof Huber E V
Current assignee: Inst Motorenbau Prof Huber E V
Priority date: 1979-05-12
Filing date: 1979-05-12
Publication date: 1980-11-13
Also published as: DE2919229C2

Description

Kraftstoff-Förderpumpe für Einspritzsysteme mit kontinuierlicher
Kraftstoff-Förderung und intermittierender Einspritzung Die Erfindung betrifft eine Mraftstoff-Förderpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Dieselmotoren, das Kraftstoff kontinuierlich fördert und intermittierend über gesteuerte Einspritzdüsen in den Motor einspritzt.
Sie dient dazu, den Kraftstoff gleichzeitig auf den Einspritzdruck zu spannen und die Fördermenge je nach Betriebszustand des Motors zu dosieren.
Kraftstoff-Einspritzpumpen konventioneller Einspritzsysteme fördern den eingespritzten Kraftstoff stoßweise. Dabei muß durch den Förderhub die phasengerechte Lage der Einspritzung sichergestellt und die Dosierung der Einspritzung übernommen werden.
Die stoßweise Belastung des Einspritzpumpenantriebs erfordert hohen konstruktiven Aufwand, insbesondere durch die Verstellung der Phasenlage der Förderung, die aus hydraulischen und verbrennungstechnischen Gründen bei Fahrzeugmotoren mit hoher Drehzahl notwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Förderhub der Kraftstoffpumpe und damit die Einspritzmenge abhängig von der Fahrhebelstellung, der Motordrehzahl und weiteren Regelgrößen stufenlos zu verstellen, ohne daß dadurch große Verstellkräfte durch zusätzliche Stellkrafterzeuger benötigt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die gesamte Einspritzmenge durch eine kontinuierlich fördernde Pumpe auf den Einspritzdruck gefördert und dosiert wird.
Diese Pumpe wird mit einem konstanten Drehzahl-Ubersetzungsver hältnis vom Motor angetrieben und hat einen stufenlos verstellbaren Förderhub. Zur Hubverstellung werden Kraftstoffdrücke benützt, die die Kraftstoffpumpe selbst erzeugt.
Die Verstellung erfolgt durch Kraftstoffdrücke, die sich an geeigneten, auf der Druckseite der Pumpe in deren Förderstrom angeordneten, verstellbaren Steuerquerschnitten ergeben und die auf die Hubverstellung der Förderpumpe einwirken.
Die Steuerquerschnitte sind so ausgebildet, daß sie sich ohne Rückwirkung durch hydraulische Kräfte durch einen Steuerschieber verändern lassen, so, daß die gewünschte Förderhubeinstellung sich als Funktion der Steuerschieberstellung ergibt, die ihrerseits abhängig vom Motorbetriebszustand durch einen geeigneten elektrischen Stellantrieb geregelt wird.
Die dadurch erzielbaren Vorteile liegen vor allem in dem geringen mechanischen Aufwand der Einspritzanlage und ihrer Regelungseinrichtung. Alle wesentlichen Regelungsaufgaben können abhängig von Motordrehzahl und Fahrhebelstellung sowie anderen Betriebsgrößen wie Ansaugtemperatur, Ansaugdruck, Kühlmitteltemperatur gelöst werden, indem diese über geeignete Meßwertaufnehmer in elektrische Signale umgesetzt und in geeigneten elektrischen Signalverarbeitungs-Schaltungen, sogenannten Mikroprozessoren verarbeitet werden. Abhängig von in diesen erzeugten elektrischen Signalen kann die Steuerschieberstellung der Kraftstoff-Förderpumpe und damit die Einspritzmenge durch geeignete elektrische Stellantriebe auf den gewünschten Wert gebracht werden.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfingung. Ein Zylinderstern 1, der mit konstantem Drehzahlverhältnis vom Motor angetrieben wird, trägt mehrere Pumpenkolben 2, die sich gegen den Kraftstoffdruck auf den Hubring 3 abstützen. Der Zylinderstern 1 rotiert um die feststehende Pumpenachse 4. Die Exzentrizität e des kreisförmigen Hubrings 3 gegen die Pumpenachse ist gleich dem halben Förderhub eines jeden Pumpenkolbens und kann durch den Verstellkolben 5, der zentral zur Pumpenachse verschoben werden kann, verstellt werden. Der Verstellkolben 5 stützt sich über mit Kraftstoff gefüllte Druckräume 6 auf den im Pumpengehäuse 7 gelagerten feststehenden Stützkolben 8 ab. In einer Bohrung des Verstellkolbens 5 bewegt sich ein Steuerschieber 9. In diesem und im Verstellkolben sind Ringnuten angeordnet, so, daß insgesamt 5 Ringräume 10, 11, 12, 13 und 14 gebildet werden, in denen unterschiedliche Kraftstoffdrücke herrschen und die folgendermaßen durch Drosselquerschnitte miteinander verbunden sind: Der Förderstrom der Kraftstoffpumpe wird in den Ringraum 10 geleitet. Dieser ist über sich gegensinnig verändernde Querschnitte mit den Ringräumen 11 und 12 verbunden, deren Größe von der relativen Stellung zwischen Verstellkolben 5 und Steuerschieber 9 abhängt. Diese beiden Ringräume 11 und 12 sind einerseits mit den Druckräumen 6 des Verstellkolbens verbunden, in denen sich der jeweils in den zugeordneten Ringräumen herrschende Druck einstellt. Ferner sind diese Ringräume 11 und 12 mit den Ringräumen 13 und 14 über Drosselquerschnitte verbunden, die sich ebenfalls gegensinnig abhängig von der relativen Stellung des Steuerschiebers 9 im Verstellkolben 5 verändern. Die Ringräume 13 und 14 sind zu einer gemeinsamen Sammeldruckleitung 15 verbunden, durch die der gesamte, von der Pumpe erzeugte Förderstrom Q zum Verteilungsteil 16 des Einspritzsystems geleitet wird. Der gesamte Förderstrom Q durchläuft also den Steuerteil der Förderpumpe auf zwei parallelen Wegen: Vom Ringraum 10 über den Ringraum 11 und den Ringraum 13 zur Sammeldruckleitung 15 und vom Ringraum 10 über den Ringraum 12 und den Ringraum 14 zur Sammeldruckleitung 15.
Unabhängig von der relativen Lage des Steuerschiebers 9 im Verstellkolben 5 ist der insgesamt wirksame Drosselquerschnitt von 10 nach 15 konstant. In einer Mittellage, in der die Drosselquerschnitte von 10 nach 11 und von 10 nach 12, sowie von 11 nach 13 und von 12 nach 14 paarweise gleich sind, sind die Drücke in den Druckräumen 6 des Verstellkolbens gleich, es erfolgt keine Verstellung der Exzentrizität e des Hubrings 3. Bei Stellungsabweichungen von dieser Mittellage entstehen am Verstellkolben Druckdifferenzen, die zu einer Verlagerung des Verstellkolbens und damit zu einer Förderhubverstellung führen, bis die Symmetrie der Stellung zwischen Steuerschieber und Verstellkolben wiederhergestellt ist. Verstellkolben und Hubring folgen also der Stellung des Steuerschiebers, der ohne Reaktionskräfte aus den auf ihn wirkenden Kraftstoffdrücken bewegt werden kann.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hier liegt auf der Druckseite der Förderpumpe im Förderstrom Q ein Drosselquerschnitt 17, dessen Größe durch einen Steuerschieber 18 stufenlos verstellt werden kann. Der Kraftstoffdruck vor dem Drosselquerschnitt 17 wird auf einem Verstellkolben 19, der Kraftstoffdruck unter dem Steuerschieber auf einen Verstellkolben 20 geleitet. Beide Verstellkolben 19 und 20 sind mit dem Hubring 3 der Förderpumpe verbunden. Auf beide Verstellkolben 19 und 20 wirken neben den Kraftstoffdrücken Kräfte aus den zugeordneten Federn 21 und 22. Die Exzentrizität des Hubrings 3 stellt sich so ein, daß diese Kräfte ins Gleichgewicht kommen.
Ober die Stellung des Steuerschiebers läßt sich also der Förderhub 2e der Förderpumpe verstellen. Die Form des Steuerschiebers ist so ausgebildet, daß er keine Lage-Verschiebung aus Kraftstoffkräften erfährt und ohne Rückwirkung aus solchen bewegt werden kann.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel auf der Basis des in Fig. 2 erläuterten Prinzips. Neben der verstellbaren Drossel 17 ist eine konstant Drossel 23 in Strömungsrichtung parallel liegend vorgesehen. Der Weg des Kraftstoffs durch diese Drossel 23 kann durch das elektromagnetisch betätigte 2/2-Wege-Ventil 24 geöffnet oder geschlossen werden. Dadurch ergeben sich zusätzliche Verstellcharakteristiken für die Förderhubeinstellung der Kraftstoff-Förderpumpe. Die Verstellung des Drosselquerschnitts 17 erfolgt durch einen Stellantrieb mit Stellungs-Rückmeldung 25. Die Steuerung des Stellantriebs 25 und des Ventils 24 erfolgt durch das elektrische Steuergerät 26, welches als Eingangsgrößen die Stellung des Fahrhebels 27 über einen Meßwertumformer 28, ein der Motordrehzahl proportionales Drehzahlsignal knM des Zylindersterns 1 der Kraftstoff-Förderpumpe über einen Impulsgeber 29 sowie weitere, den Betriebszustand des Motors kennzeichnende Meßsignale erhält und umwandelt. Dieses Steuergerät kann in Mikroprozessor-Technik ausgeführt sein und so geschaltet werden, daß das gewünschte Regelverhalten der Kraftstoff-Förderpumpe erzielt wird.
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Claims

Patentansprüche S Kraftstoff-Förderpumpe für Kraftstoffeinspritzsysteme für Dieselmotoren, die die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge auf den Einspritzdruck fördert und dosiert, indem sie mit konstantem Drehzahlverhältnis vom Motor angetrieben wird und mit einem stufenlos verstellbaren Förderhub ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung des Förderhubs Kraftstoffdrücke benützt werden, die sich im Förderstrom der Kraftstoff-Förderpumpe auf deren Druckseite an geeignet geformten und verstellbaren Drosselquerschnitten einstellen, die ihrerseits von einem Steuerschieber verändert werden, an dem sich die Wirkung der Kraftstoff-Druckkräfte aufheben, und von dessen Stellung der Förderhub der Kraftstoff-Förderpumpe funktional abhängt.
2. Kraftstoff-Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Förderstrom angeordneter Steuerschieber bei seiner Verlagerung zwei parallel liegende Drosselquerschnitte gegensinnig so verstellt, daß ein Verstellkolben, der die Hubregelung der Kraftstoff-Förderpumpe übernimmt, unter der Wirkung der an den beiden Drosseiquerschnitten entstehenden Druckdifferenz solange bewegt wird, bis die Gleichheit der beiden Drosselquerschnitte wieder hergestellt ist.
3. Kraftstoff-Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in deren Förderstrom ein durch einen Steuerschieber verstellbarer Drosselquerschnitt angeordnet ist, an dem eine Druckdifferenz auftritt, die zur Verstellung des Förderhubs der Kraftstoffpumpe verwendet wird.
4. Kraftstoff-Förderpumpe nach Anspruch 1 und 3, bei der parallel zu dem vom Steuerschieber verstellten Drosselquerschnitt ein oder mehrere feste Drosselquerschnitte angeordnet sind, durch die der Kraftstoffweg durch elektromagnetisch gesteuerte Ventile gesperrt oder freigegeben werden kann.
5. Kraftstoff-Förderpumpe nach Anspruch 1, 3 und 4, bei der die zur Förderhubverstellung verwendete Druckdifferenz die Förderhubverstellung gegen ein System verschieden vorgespannter Federn mit verschiedener Federkonstante herbeiführt.
6. Kraftstoff-Förderpumpe nach Anspruch 1 bis 5, bei der der Steuerschieber, der die Förderhubstellung der Pumpe bestimmt, durch einen elektrischen Stellantrieb abhängig von einem elektrischen Signal verstellt wird, welches funktional von der Motordrehzahl, der Fahrhebelstellung und weiteren Meßgrößen wie Ansaugtemperatur, Ansaugdruck und Kühlmitteltemperatur abhängt.