DE2923445C2

DE2923445C2 - Steuereinrichtung für die Änderung des Förderbeginns einer Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2923445C2
Application number: DE2923445A
Authority: DE
Inventors: Max Dipl.-Ing. Dr. 7016 Gerlingen Greiner; Helmut 7000 Stuttgart Laufer; Max Dipl.-Ing. Dr. 7000 Stuttgart Straubel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-06-09
Filing date: 1979-06-09
Publication date: 1987-01-22
Also published as: GB2052647A; JPS56526A; GB2052647B; JPH0137578B2; US4342302A; DE2923445A1

Description

Die Erfindung geht von einer Steuereinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs aus. Eine solche Einrichtung ist durch die DE-AS 12 58 181 bekannt. Dort wird der Arbeitsraum stets zugleich mit jedem Förderbeginn des Pumpenkolbens durch ein hydraulisch betätigtes Schaltventil von der den drehzahlabhängigen Steuerdruck lieferenden Druckquelle getrennt, so daß die vom Nockenantrieb auf den Verstellkolben ausgeübte Reaktionskraft bei Förderbeginn keine Veränderung der zuvor eingestellten drehzahlabhängigen Stellung des Verstellkolbens mehr bewirken kann. Während der Saughübe des Pumpenkolbens wird die Verbindung, um eine Stellungskorrektur zu ermöglichen, wieder geöffnet.
Es ist weiterhin durch die DE-OS 26 29 847 eine Spritzzeitpunktsteuereinrichtung bei einer Verteilerkraftstoffeinspritzpumpe bekannt, bei der der am Verstellkolben angrenzende Arbeitsraum über eine Drossel und ein parallel zu dieser geschaltetes Rückschlagventil mit der Steuerdruckquelle verbunden ist, die mit ihrem variablen Druck den Spritzzeitpunkt steuert. Dabei öffnet das Rückschlagventil nur in Richtung zum Arbeitsraum und hat die Aufgabe, ähnlich wie beim Gegenstand gemäß der eingangs genannten Schrift, eine Ausweichbewegung des Verstellkolbens bei Förderhubbeginn des Pumpenkolbens zu verhindern. Die Drossel hingegen hat die Aufgabe, daß der Arbeitsraum ständig mit der Steuerdruckquelle in Verbindung bleibt und der Druck im Arbeitsraum bei einer Senkung des Steuerdrucks dieser Senkung auch folgen kann. Der Querschnitt der Drossel muß dabei so optimiert werden, daß die Nachgiebigkeit des Verstellkolbens bei einer Stoßbelastung auf diesem nicht zu groß wird, aber der Arbeitsraumdruck sich auch schnell genug der Steuerdruckänderung in den Spritzpausen anpassen kann.
Diese bekannten Kraftstoffeinspritzpumpen befassen in den genannten Punkten mit dem Problem, daß durch die Stoßbelastung auf den Verstellkolben bei Förderhubbeginn grundsätzlich keine oder nur eine unwesentliche Veränderung des Spritzzeitpunkts erfolgt. Ein wesentliches Ziel bei Kraftstoffeinspritzpumpen für selbstzündende Brennkraftmaschinen ist aber auch die Minderung der Geräuschentwicklung. Dies kann bekanntlich durch eine Verlängerung der Einspritzdauer erzielt werden, was insbesondere für den Leerlaufbetrieb und den Betrieb bei niedriger Teillast angestrebt wird. Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzanlage strömt dazu ein Teil des vom Pumpenkolben geförderten Kraftstoffs ungenutzt ab, so daß zur Aufrechterhaltung der Drehzahl der Brennkraftmaschine der zur Einspritzung gelangene Anteil der Pumpenkolbenförderung verhältnismäßig länger gefördert werden muß. Diese bekannte Regelung ist recht aufwendig und es besteht ein gewisses Problem bei der Mengenregelung des Kraftstoffs, da auch die abströmende Menge bei der durch die Absteuerung erfolgenden Regelung mit berücksichtigt werden muß. Diese Nachteile sind schwerwiegend, da bei der Eingabe von irgendwelchen Brennkraftmaschinen-Kenngrößen für die Regelung, was bei modernen Brennkraftmaschinen zunehmend erforderlich wird, eine entsprechende Rücksichtnahme auf diese für den Leiselauf dienende Abströmmenge genommen werden muß. Dementsprechend sind auch Korrekturgeber erforderlich. Man muß dabei ferner beachten, daß bei einer Leiselaufeinrichtung, bei der die Einspritzrate über eine Bypaßabsteuerung von Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum reduziert werden soll, insbesondere bei Verteilerkraftstoffeinspritzpumpen, kein beliebig großer Nockenhub zur Verfügung steht, so daß die Steuerfunktionen, insbesondere auch im Übergang vom Leerlaufbetrieb zum Teillast- bzw. Vollastbetrieb sehr belastet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Steuereinrichtung der eingangs genannten Gattung dort eine Möglichkeit zu schaffen, die Spritzdauer gezielt zu verlängern, ohne daß unmittelbar in den Kraftstofffluß auf der Hochdruckseite der Kraftstoffeinspritzpumpe eingegriffen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Hauptanspruchs gelöst.
Mit einer solchen Steuereinrichtung wird die Förderbewegung des Pumpenkolbens pro Drehwinkeleinheit zur Spritzzeitverlängerung verlangsamt. Da ein Verschieben des Verstellkolbens nur bei zunehmender Kraft möglich ist, ist auch eine während des vorgesehenen Einspritzabschnitts kontinuierliche Bewegung des Pumpenkolbens gewährleistet. Die Spritzzeitpunktverlängerung wird dabei auf einfachste Weise erzielt.
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung in stark vereinfachter Weise mit den Fig. 1 bis 4 wiedergegebenen, und in Fig. 5 ist ein das Beispiel nach Fig. 4 erläuterndes Diagramm gezeigt.
Das in Fig. 1 dargestellte Schema zeigt eine Kraftstoffverteilereinspritzpumpe, die einen Nockenantrieb aufweist, bestehend aus einem Rollenring1 und einer Nockenscheibe. Der im wesentlichen ortsfest gelagerte Rollenring 1 wird durch einen Verstellkolben 2 einer Spritzverstelleinrichtung relativ in seiner Lage verdreht. Über die Rollen 3 des Rollenrings 1 wird in bekannter Weise die Nockenscheibe bewegt, die mit einem Pumpenkolben gemeinsam rotiert und diesen in eine hin- und hergehende pumpende und zugleich rotierende und dabei die Verteilung bewirkende Bewegung versetzt. Der Verstellkolben 2 wird hydraulisch entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 4 in einen Zylinder verstellt. Je nach Lage des Verstellkolbens 2, d. h. je nach Größe des diesen betätigenden hydraulischen Drucks, wird der Beginn der Einspritzung verschoben, im allgemeinen mit zunehmender Drehzahl in Richtung früher. Im dargestellten Beispiel wird der den Verstellkolben 2 betätigende Hydraulische Druck durch eine Pumpe 5 erzeugt und über einen Zuflußkanal 19, der eine Steuerventileinrichtung 6 in Form eines Magnetventils enthält, zu einem vom Verstellkolben 2 im Zylinder begrenzten Arbeitsraum 7 hin gesteuert. Die Hydraulikflüssigkeit ist normalerweise Dieselkraftstoff, der, wie dargestellt, durch einen strichpunktiert angedeuteten als Druckquelle 8 dienenden Saugraum der Kraftstoffeinspritzpumpe strömt, aus dem ein nicht dargestellter, vom Pumpenkolben begrenzter Pumpenarbeitsraum ebenfalls mit Kraftstoff versorgt wird. Der Druck im Saugraum wird über ein Drucksteuerventil 9 drehzahlabhängig gesteuert. Die Pumpe 5 ist, wie durch die Achse 10 angedeutet, an die Antriebswelle der Kraftstoffeinspritzpumpe gekoppelt und fördert eine drehzahlabhängige Menge, deren Druck über das Drucksteuerventil 9 gesteuert mit zunehmender Menge steigt. Das die Steuerventileinrichtung 6 bildende Magnetventil wird gemäß dem Schema über die Anschlüsse A von einem elektronischen Steuergerät 11 angesteuert. Die Spritzbeginnverstellung erfolgt im allgemeinen drehzahlabhängig, so daß in das elektronische Steuergerät 11 auch die Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. der Pumpe eingegeben werden muß. Aus diesem Grunde ist die Achse 10 mit einer Zahnscheibe 12 gekoppelt, die in bekannter Weise mit einem Geber 13 die Drehzahl erfaßt und, wie dargestellt, dem elektronischen Steuergerät 11 bei B eingibt. Als weitere Größen können dem elektronischen Steuergerät 11 die Last über die Stellung des Gaspedals 14 bei C oder die Temperatur T, der Druck D usw. als Ist-Kenngrößen eingegeben werden. Die Ist-Größe der Spritzverstellung selbst wird über einen Geber 15 erfaßt und bei E dem elektronischen Steuergerät 11 eingegeben. Die Auswertung dieser Ist-Werte erfolgt entsprechend dem Programm des Steuergerätes 11. Die dargestellten Beispiele sind entsprechend der Tendenz, mehr und mehr die Kraftstoffeinspritzpumpen mit elektrischen Elementen zu versehen, ausgebildet, sie kann jedoch auch, wie bekannt, mit mechanischen Mitteln geregelt werden.
Während des Druckhubs des Pumpenkolbens wirken über die Axialkräfte desselben über die Rollen Tangentialkräfte auf den Rollenring 1, die versuchen, den Rollenring in Richtung der Kraft der Feder 4 entgegen dem Druck im Arbeitsraum 7 zu verdrehen, indem sie den Kolben 2 verschieben. Diesem Druck wird leicht nachgegeben, so daß zwar noch ein Hub des Pumpenkolbens erfolgt, dieser jedoch aufgrund des Nachgebens des Rollenrings 1 in seiner Geschwindigkeit verzögert ist. Diese Verzögerung bewirkt eine Spritzzeitverlängerung und soll nur in den Bereichen wie Leerlauf und Teillast stattfinden, bei denen die Geräuschentwicklung der Brennkraftmaschine besonders störend ist. In den anderen Bereichen, insbesondere bei Höchstdrehzahl, würde ein derartiges Nachlaufen den Nachteil mit sich bringen, daß der Zeitabschnitt zwischen den einzelnen Druckhüben der Einspritzpumpe nicht für einen Rücklauf des Verstellkolbens ausreicht. Andererseits besteht bei diesen hohen Drehzahlen die Möglichkeit, daß aufgrund der Trägheit des Systems ein derartiger Nachlauf nur noch in sehr geringem Umfang eintritt und somit vernachlässigbar wäre. Letzters hängt im wesentlichen von der Art des Systems ab.
Die Nachlaufbewegung des Verstellkolbens 2 darf nur insoweit stattfinden, als auch noch eine Pumpbewegung des Pumpenkolbens gewährleistet ist. Die aus dem Arbeitsraum 7 während des Druckhubs abströmende Kraftstoffmenge muß also gezielt gesteuert werden. Das dafür gemäß Fig. 1 und 2 im Zuflußkanal 19 vorgesehene Magnetventil 6 gibt jeweils während des Saughubs des Pumpenkolbens den Zuflußkanaldurchgang vom Saugraum 8 zum Arbeitsraum 7 frei und schaltet dann während des Druckhubes für eine Zeitspanne um, für die ein Nachlaufen des Verstellkolbens 2 erfolgen soll. Dabei stellt das Magnetventil eine Verbindung zwischen Arbeitsraum 7 und einem Entlastungskanal 18 her, während der Zulaufkanal 19 geschlossen wird. Durch die Verwendung einer verstellbaren Drossel 17 im Entlastungskanal 18 in Reihe zum Magnetventil 6 kann dieser Abfluß bzw. Nachlauf entsprechend verzögert werden. Auch hier kann, muß jedoch nicht, in dem Zuflußkanal 19 ein Rückschlagventil 20, ebenfalls in bekannter Weise, eingeschaltet werden, welches verhindert, daß die Förderdruckstöße ein Zurückstellen des Verstellkolbens 2 bewirken. Bei höheren Drehzahlen ist dann das Magnetventil 6 während des Förderhubes in der dargestellten Schaltstellung, oder es muß, wenn das Magnetventil beim Saughub des Pumpenkolben nicht umschalten soll, parallel zum Rückschlagventil 20 eine Rücklaufdrossel vorgesehen werden, so daß Hin- und Rückfluß zwischen Arbeitsraum 7 und der Druckquelle 8 in der üblichen Weise erfolgt.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Entlastungskanal 18 ein verstellbares als Druckbegrenzungsventil 21 dienendes Rückschlagventil angeordnet. Das die Steuerventileinrichtung 6&min; bildende Magnetventil ist hier im Gegensatz zu dem 3/2-Wegeventil des ersten Ausführungsbeispiels als 2/2-Wegeventil ausgebildet und wird nur bei niederen Drehzahlen, also Leerlauf und Teillast eingeschaltet, wenn nämlich der Nachlauf für die Spritzverlängerung erfolgen soll. Der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 21 muß größer sein als der Stelldruck des Verstellkolbens 2 bei Leerlauf und niederer Teillast, jedoch kleiner sein als dieser Verstelldruck plus vom Pumpenkolben her bewirktem Reaktionsdruck während des Druckhubs. Im Zuflußkanal 19zwischen Arbeitsraum 7 und Druckquelle 8 ist in bekannter Weise eine Drossel 22 angeordnet.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel sind in der zwischen der Druckquelle 8 und Arbeitsraum 7 des Verstellkolbens 2 gelegenen Leitung eine Drossel 22&min; und ein Rückschlagventil 20&min; hintereinander angeordnet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Drossel 22&min; groß gewählt werden kann und damit gewährleistet ist, daß zwischen zwei Einspritzungen genügend Menge aus der Druckquelle 8 in den Arbeitsraum 7 fließen kann und der Verstellkolben 2 wieder rechtzeitig in seine Ausgangslage zurückkehrt. Das Rückschlagventil 20&min; verhindert ein Rückfließen aus dem Arbeitsraum 7, also ein Nachgeben des Kolbens 2 in Betriebsbereichen, in denen eine Spritzdauerverlängerung unerwünscht ist.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel ist der Entlastungskanal 18 in zwei Leitungen aufgeteilt, in denen jeweils ein die Steuerventileinrichtung 6&min; bildendes Magnetventil, jedes als 2/2-Wegeventil ausgebildet, angeordnet ist. Diese Wegeventile haben einen unterschiedlich großen Durchgangsquerschnitt, wobei das mit dem größeren Querschnitt zur Steuerung der Nachgiebigkeit des Verstellkolbens 2 verwendet wird, während das mit dem kleineren Querschnitt für Normalbetrieb verwendet wird. Es ist jedoch auch denkbar, daß zur Steuerung der Nachgiebigkeit beide Ventile eingeschaltet werden und für Normalbetrieb nur eines. Die Verwendung von 2 Magnetventilen ist deshalb von Vorteil, weil wohl für die Verlängerung der Spritzdauer im Leerlauf eine große Nachgiebigkeit erwünscht ist, sich aber durch großen Ventilquerschnitt eine zu große Verstellgeschwindigkeit nach "Spät" in Betriebsbereichen ergibt, in denen das nicht erwünscht ist. Da gleichzeitig Magnetventile mit großem Querschnitt langsamer sind, kann diese schnelle "Spät"-Verschiebung nicht schnell genug korrigiert werden. Deshalb ist für Normalbetrieb ein Magnetventil mit kleinem Querschnitt vorgesehen.
In Fig. 5 ist in einem Diagramm der mögliche Steuerablauf dieser zwei Ventile dargestellt. Über der Abszisse, auf der der Nockenwinkel α der Pumpe dargestellt ist, ist auf der Ordinate im unteren Bereich der Hub s des Pumpenkolbens und darüber jeweils die Magnetventil- Schaltstellung dargestellt, wobei a eingeschaltet und b ausgeschaltet heißt. Die obere Schaltkennlinie betrifft das bei Normalbetrieb geschaltete Ventil mit kleinerem Durchgangsquerschnitt und die untere Schaltkennlinie das die eigentliche Spritzzeitverlängerung bewirkende Magnetventil mit größerem Durchgangsquerschnitt. Bis zu Beginn des Druckhubs ist das Magnetventil für Normalbetrieb als Linie a ¹ geöffnet, um dann als Linie b ¹ geschlossen zu werden, bis gegen Ende des Druckhubes. Anders verhält sich das die Spritzzeitverlängerung bewirkende Magnetventil, das an sich bis zum Winkel α1, also nach Beginn des Druckhubes, geschlossen ist, um dann als Linie a ² bis in den Beginn des neuen Saughubes beim Winkel α2 geöffnet zu sein. Der Öffnungszeitabschnitt kann je nach Bedarf variiert werden, z. B. Öffnungsbeginn bei α3 und Schließen bei α4.
Wie die einzelnen Beispiele zeigen, ist eine Vielfalt von Variationen denkbar, diesen die Spritzzeitverlängerung bewirkenden Nachlauf des Verstellkolbens 2 während des Druckhubs bei Leerlauf und niederer Teillast zu steuern. Diese Steuerung kann mechanisch, elektrisch oder auch in Kombinationen erfolgen.

Claims

1. Steuereinrichtung für die Änderung des Förderbeginns einer Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem in einen Nockenantrieb eines Pumpenkolbens der Kraftstoffeinspritzpumpe eingreifenden Verstellkolben, der in einem Zylinder einen Arbeitsraum begrenzt, von dem ein Zuflußkanal zu einer Druckquelle führt und in dem wenigstens zeitweise ein drehzahlabhängiger Druck eingestellt wird, der den Verstellkolben entgegen einer Rückstellkraft belastet, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (7) während der Förderung des Pumpenkolbens über einen eine Steuerventileinrichtung (6, 6&min;) enthaltenden Entlastungskanal (18) im unteren Drehzahl-Lastbereich der Brennkraftmaschine mit einem Entlastungsraum verbunden ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur Steuerventileinrichtung (6) eine insbesondere steuerbare Drossel (17) im Entlastungskanal (18) angeordnet ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur Steuerventileinrichtung (6&min;) im Entlastungskanal (18) ein insbesondere steuerbares Druckbegrenzungsventil (21) geschaltet ist, dessen Öffnungskraft höher als die Rückstellkraft, aber kleiner als die Sume von Rückstellkraft und Reaktionskraft ist, die sich während des Förderhubs des Pumpenkolbens durch eine Nockenkraftkomponente, der Rückstellkraft gleichgerichtet, ergibt.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Druckbegrenzungsventils (21) mindestens mittelbar durch ein Glied eines Drehzahlreglers der Kraftstoffeinspritzpumpe erfolgt.

5. Steuereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckquelle (8) und Arbeitsraum (7) ein zum Arbeitsraum (7) öffnendes Rückschlagventil (20; 20&min;) im Zuflußkanal (19) angeordnet ist.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (20&min;, 20&min;) entriegelbar ist, so daß der Zuflußkanal (19) als Entlastungskanal und die Druckquelle ( 8) als Entlastungsraum dienen können.

7. Steuereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerventileinrichtung (6, 6&min;) ein elektromagnetisch betätigtes Wegeventil dient.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des elektromagnetisch betätigten Wegeventils in einer Schaltstellung desselben die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum (7) und der Druckquelle (8) hergestellt ist und in der anderen Schaltstellung der Arbeitsraum (7) mit dem Entlastungsraum verbunden ist.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (6&min;) in zwei Wegeventile aufgegliedert ist, die parallel geschaltet sind und unterschiedliche Durchgangsquerschnitte aufweisen.