DE2931978C2 - - Google Patents
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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- F02D1/16—Adjustment of injection timing
- F02D1/18—Adjustment of injection timing with non-mechanical means for transmitting control impulse; with amplification of control impulse
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Description
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der
Gattung des Hauptanspruchs aus. Bei einer durch die DE-AS 15 26 516
bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art wird eine erste Druck
quelle mit drehzahlabhängig geformtem hydraulischen Druck bereit
gestellt, mit dem ein Kolbenschieber stirnseitig entgegen der Kraft
einer Regelfeder beaufschlagt wird, deren Abstützpunkt willkürlich
entsprechend einem von der Brennkraftmaschine geforderten Drehmoment
oder von der Drehzahl, im wesentlichen also von der Last, veränder
bar ist. Am Kolbenschieber ist dabei eine Steuerkante vorgesehen,
über die mit zunehmendem hydraulischen Druck bzw. mit zunehmender
Rücknahme des Abstützpunktes ein Kraftstoffzumeßquerschnitt verrin
gert wird, über den der Pumpenarbeitsraum der Kraftstoffeinspritz
pumpe beim Saughub des Pumpenkolbens versorgt wird. In dieser
Funktion ist der Kolbenschieber ein lastabhängig gesteuertes
Drosselventil. Zusätzlich ist am Kolbenschieber eine zweite Steuer
kante vorgesehen, über die mit zunehmendem hydraulischem Druck bei
konstanter Last sowie auch mit abnehmender, ab Abstützpunkt einge
stellter Last bei konstanter Drehzahl ein Verbindungsquerschnitt im
Durchflußweg des Steuerdruckmittels zum Rückstellraum vergrößert
wird. Hiermit wirkt der Kolbenschieber als Drucksteuerventil. Dabei
ist in Flußrichtung des Steuerdruckmittels stromauf des Verbindungs
querschnitts eine konstante Drossel vorgesehen, über die als
Abkoppeldrossel eine Verbindung zu der obengenannten ersten Druck
quelle besteht. Weiterhin ist zwischen Abkoppeldrossel und Verbin
dungsquerschnitt ein Druckhalteventil vorgesehen, das stromaufwärts
des Durchflußquerschnitts einen konstanten Druck einstellt. Diese
Ausgestaltung stellt für sich eine zweite Druckquelle dar. Strom
abwärts des Verbindungsquerschnitts ist eine zusätzliche Drossel
vorgesehen, an der sich der im Rückstellraum wirksame Steuerdruck in
Verbindung mit dem vom obengenannten Drucksteuerventil gesteuerten
variablen Verbindungsquerschnitt ausbildet.
Diese Ausgestaltung ist sehr aufwendig, insbesondere in bezug auf
die zweite Druckquelle, die zur Verfügung gestellt werden muß. Diese
ist notwendig, um nicht mit einem mit hoher Drehzahlabhängigkeit
behafteten Steuerdruck im Rückstellraum den Steuerdruck im Arbeits
raum zu kompensieren oder zumindestens zum Teil wirkungslos werden
zu lassen. Es wird bei der bekannten Lösung der Druck im Rückstell
raum auch nur in Abhängigkeit von der in der Zeiteinheit zur Ein
spritzung kommenden Kraftstoffmenge gesteuert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzpumpe der
eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mit geringerem Aufwand
eine wirksame temperaturabhängige Steuerung des Spritzbeginns ver
wirklicht werden kann, die die besonderen Verhältnisse beim Warmlauf
der Brennkraftmaschine berücksichtigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kenn
zeichens des Hauptanspruchs gelöst. Diese Lösung hat den Vorteil,
daß der Eingriff additiv erfolgt und dadurch verhältnismäßig leicht
zu beherrschen ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht
darin, daß zu ihrer Verwirklichung lediglich Bausteine an eine
serienmäßige Kraftstoffeinspritzpumpe angebaut werden müssen. Je
nach Bedarf kann der Bausteinsatz mehr oder weniger aufwendig ausgebaut
werden.
Zwar ist es bereits durch die DE-AS 22 10 400 allgemein bekannt, die
Spritzverstellung auch in Abhängigkeit von der Temperatur vorzu
nehmen, doch erfolgt dies mit Hilfe einer elektronischen Regelein
richtung, die auch die für die Spritzverstellung wesentlichen
anderen Parameter, wie Drehzahl, Last und Beschleunigung, erfaßt und
entsprechend einem einzigen Stellsignal den Druck im Arbeitsraum
mittels eines Magnetventils und einer Abströmdrossel oder Abkoppel
drossel steuert. Hier bedarf es eines schnell schaltenden Magnet
ventils und einer hohen Leistung der Druckquelle, um schnell genug
bei den vorgegebenen konstanten Abströmmengen über die Drossel und
in der notwendigen Variationsbreite den Steuerdruck für die Spritz
verstellung bereitzustellen.
Eine lastabhängige Steuerung des Spritzbeginns durch Druckbeauf
schlagung des Spritzverstellkolbens im Rückstellraum ist ferner auch
durch die AT-PS 2 48 799 bekannt. Dort wird mit einer Drossel in der
Entlastungsleitung des Pumpenarbeitsraumes ein Steuerdruck erzeugt,
der als Lastsignal in den Rückstellraum des Spritzverstellkolbens
gegeben wird. Anstelle einer festen Drossel kann dabei auch ein
drehzahlabhängig gesteuerter Entlastungsquerschnitt bereitgestellt
werden. Dabei wird der Querschnitt mit zunehmender Drehzahl ver
größert und damit der Druck im Rückstellraum in Unterstützung des
drehzahlabhängig sich ändernden Drucks im Arbeitsraum reduziert. Die
variable Drossel dient dazu, die Drehzahlabhängigkeit der vom
Pumpenarbeitsraum abströmenden Menge zu kompensieren und die Spritz
verstellung ausschließlich von der Laststellung des Mengenverstell
organs der Kraftstoffeinspritzpumpe abhängig zu machen.
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteran
sprüchen hervor.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung vereinfacht dargestellt und im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen die
Fig. 1, 2 und 3 Beispiele bzw.
ein Diagramm für die Spät-Verstellung bei niederen Dreh
zahlen und die
Fig. 4, 5, 6 und 7 Beispiele für die Früh-Verstellung.
In den Nockentrieb einer Kraftstoffeinspritzpumpe 1 greift
über einen Stift 2 ein Spritzverstellkolben 3 ein für die Ver
stellung des Spritzbeginnzeitpunktes. Der Spritzverstellkolben
3 ist durch in einem Arbeitsraum 4 befindliche Druckflüs
sigkeit entgegen einer Rückstellfeder 5 verschiebbar, wo
bei, je weiter der Kolben in Richtung Feder verschoben
ist, der Spritzbeginnzeitpunkt bezüglich des oberen Totpunktes
des Kolbens der Brennkraftmaschine nach Früh verschoben wird. Der Pfeil in Fig. 1
deutet in Richtung Plus eine Früh-Verstellung und in Richtung
Minus eine Spät-Verstellung an. Eine Förderpumpe 6 saugt aus
einem Kraftstoffbehälter 7 Kraftstoff an und fördert ihn
in einen Saugraum 8 der Kraftstoffeinspritzpumpe 1, aus welchem
- nicht näher dargestellt - die eigentliche Kraftstoffein
spritzpumpe mit Kraftstoff versorgt wird und welcher über
eine Bohrung 9 im Spritzverstellkolben 3 mit dem Arbeitsraum 4
verbunden ist. Diese Bohrung 9 weist eine Drosselstelle
10 auf. Über ein Drucksteuerventil 11 wird der Förderdruck
der Förderpumpe 6 (P) und damit der Druck im Saugraum 8 dreh
zahlabhängig gesteuert, wobei mit zunehmender Drehzahl
der Druck proportional steigt. Dieser drehzahlabhängige
Druck herrscht auch im Arbeitsraum 4, so daß bei zunehmen
der Drehzahl und somit zunehmendem Druck der Spritzver
stellkolben 3 in Richtung Früh (Plus) verschoben wird.
In Fig. 2 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem über der
Drehzahl n (Abszisse) der Hub s (Ordinate) des Spritzverstellkolbens
dargestellt ist. Mit I ist die Kennlinie erfaßt
für die Spritzverstellung, für die der Hub und damit die
Früh-Verstellung linear mit der Drehzahl zunimmt. Für
manche Brennkraftmaschinen ist es wünschenswert bzw. erforderlich, für
den Start, insbesondere um ein schnelles Hochlaufen zu
erreichen, den Spritzbeginnzeitpunkt bei kalter Brennkraftmaschine
oder unter sonstigen Voraussetzungen auf Spät zu verstel
len, zumindest bis zu einer bestimmten Drehzahl, wie es
im Diagramm durch die gestrichelte Kurve II dargestellt ist.
Erfindungsgemäß erfolgt der Eingriff in die Spritz
verstellung durch Änderung des Kraftstoffdruckes
in einem die Rückstellfeder 5 aufnehmenden Rückstellraum 12.
Dieser Raum 12 weist eine Verbindung 13 zum Saugraum 8
auf, wobei diese Verbindung 13 eine Drossel 14 aufweist.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbei
spiel ist diese Drossel 14 als Bohrung in der Wandung des
Spritzverstellkolbens 3 angeordnet, der bei seiner Hubbe
wegung nach Zurücklegung eines bestimmten Hubes diese Boh
rung von der Verbindung 13 und damit den Rückstellraum
12 vom Saugraum 8 trennt. In der dargestellten Lage, die
jedoch niederen Drehzahlen entspricht, wird durch den
sich im Rückstellraum 12 entwickelnden Druck der Spritz
verstellkolben 3 nach rechts, also in Richtung Spät, ver
schoben. Dies ist deshalb möglich, weil in einer Abfluß
leitung 15 des Rückstellraums 12 ein thermostatisch ge
steuertes Drucksteuerventil 16 angeordnet ist. Solange
dieses Drucksteuerventil 16 geschlossen ist, baut sich
im Rückstellraum 12 der im Saugraum 8 und Arbeitsraum 4
herrschende Druck auf, so daß der Spritzverstellkolben
3 durch die Kraft der Feder 5 nach rechts (Spät-Ein
spritzung) verschoben wird. Der Thermostat 17 des Druck
steuerventils 16 kann entweder über einen elektrischen
Heizwiderstand oder auch das Kühlwasser der Brennkraftmaschine unmit
telbar aufgeheizt werden, um an der Ventilkugel 18 einen
Durchfluß zu ermöglichen. Je nachdem, wie weit das Ventil 16
öffnet, kann nun Kraftstoff aus dem Rückstellraum ab
fließen, wobei der Nachfluß von Kraftstoff aus dem Saug
raum 8 durch den Querschnitt der Drossel 14 be
stimmt wird.
Wenn das Ventil 16 voll geöffnet ist, ist der Rückstell
raum 12 voll druckentlastet und es wirkt lediglich die
Rückstellfeder 5 in Richtung Spät. Um einen bestimmten
Steuereffekt bei nicht voll geöffnetem Ventil 16 zu er
halten, z. B. die Spätverschiebung bei höheren Drehzahlen,
und um außerdem bei höheren Drehzahlen bei geöffnetem Ven
til 16 die Abflußverluste über die Drossel 14 zu
vermeiden, wird diese oberhalb der Leerlaufdrehzahl durch
Verschieben des Spritzverstellkolbens 3 von der Verbindung 13
getrennt. Ab einem ausreichenden Druck im Rückstellraum 12
öffnet das Ventil in Art eines Druckbegrenzungsventils.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbei
spiel ist der Spritzverstellkolben 3 vergrößert
dargestellt, um eine durch ihn bewirkte Steuerung
des Flüssigkeitsstroms besser zu verdeutlichen. Grund
sätzlich arbeitet dieses Beispiel wie das in Fig. 1 dar
gestellte erste Ausführungsbeispiel. Im Unterschied und
in Ergänzung zu diesem jedoch wird über eine Ringnut 19
im Spritzverstellkolben 3 die Verbindung 13 gesteuert.
Von der Ringnut 19 zweigt die als Bohrung ausgebildete Drossel 14 zum Rück
stellraum 12 ab. Nach Zurücklegung eines bestimmten Hubes
in Richtung Früh, also nach links, wird die Ringnut 19
von der Verbindung 13 getrennt, so daß der Zufluß vom
Saugraum 8 zum Rückstellraum 12 unterbrochen ist. Unmit
telbar nach dieser Unterbrechung wird durch die Ringnut
19 eine Entlastungsbohrung 20 aufgesteuert, die über die
Drossel 14 nun den Rückstellraum 12 druckent
lastet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
wird bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel der Rück
stellraum 12 ab einer bestimmten Drehzahl unabhängig von
der Schaltstellung des Drucksteuerventils 16 druckent
lastet. In Reihe zur Rückstellfeder 5 ist hier noch eine
weichere Feder 21 geschaltet, die beim Starten ermög
licht, daß der Spritzverstellkolben 3 nach Ausschaltung
des Drucksteuerventils 16 schnell eine Stellung für Früh
einnimmt. Das heißt, beim Starten steht der Spritzverstellkol
ben 3 auf Spät und schiebt die Feder 21 in Richtung Früh
zusammen, bis er auf den Zwischenfederteller 22 der Rück
stellfeder 5 stößt. Der weitere Spritzbeginnverlauf ent
spricht dann wieder der Kennlinie I in Fig. 2. Die durch
die Feder 21 bewirkte Kennlinie ist in Fig. 2 strich
punktiert als Linie II dargestellt.
Die Kennlinie III zeigt den Spritzverstellungsverlauf mit
durch den Thermostat 17 geöffnetem Ventil 16.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten dritten Ausführungsbei
spiel strömt Kraftstoff kontinuierlich über eine Verbin
dung 13 vom Saugraum 8 in den Rückstellraum 12. In die
ser Verbindung ist eine vorzugsweise verstellbare Drossel
23 angeordnet. Bei Normalbetrieb, also warmer Brennkraft
maschine und vorzugsweise oberhalb der Startdrehzahlen,
strömt aus dem Rückstellraum 12 der Kraftstoff über eine
Abflußleitung 24 ab, in welcher ein Druckbegrenzungsventil 25
angeordnet ist. Dieses Druckbegrenzungsventil 25 erzeugt im
Rückstellraum 12 einen auf den Spritzverstellkolben 3 wirkenden Druck,
so daß dadurch eine die Kraft der Rückstellfeder 5 unterstützende
Kraft entsteht. Diese Kraft ist der Federkraft über
lagert und bleibt, da es sich um einen konstanten Druck
handelt und um eine additive Zuschaltung, über den ganzen
Drehzahlbereich konstant. Die in Federkraftrichtung auf
den Spritzverstellkolben 3 wirkenden Kräfte durch Druck und Feder sind
mindestens bei mittlerer und höherer Drehzahl geringer
als die im Arbeitsraum 4 am Spritzverstellkolben 3 angreifende hydrau
lische Kraft, so daß eine entsprechende Früh-Verstel
lung über der Drehzahl erfolgen kann. Gemäß diesem drit
ten Ausführungsbeispiel wird durch eine zweite Abfluß
leitung 26 der Druck im Rückstellraum 12 gezielt verrin
gert durch ein in diese Abflußleitung 26 geschalte
tes Drucksteuerventil 27. Das in Fig. 4 dargestellte
Beispiel eines Drucksteuerventils arbeitet als thermo
statisches Ventil mit einem Bimetallelement 28, das durch
einen elektrischen Heizwiderstand 29 beheizbar ist und
durch eine Feder 30 unterstützt auf ein Ventilglied 31
wirkt. Bei kaltem Heizwiderstand 29 wird die Feder 30
vom Bimetallelement entlastet, so daß der Kraftstoff aus
dem Rückstellraum 12 über die zweite Abflußleitung 26 strömt,
bevor das Druckbegrenzungsventil 25 öffnet. Der Druck im Rück
stellraum 12 ist also geringer als bei Normalbetrieb,
was eine Früh-Verstellung des Spritzverstellkolbens 3
zur Folge hat. Statt als Bimetallventil kann das Drucksteuerventil 27
als von einem Dehnstoffelement gesteuertes
Ventil ausgebildet werden.
In dem in Fig. 5 dargestellten Diagramm, dessen Koordi
naten dem in Fig. 2 entsprechen, ist wiederum mit I die
Normalkennlinie für die Spritzverstellung dargestellt,
nämlich bei warmer Brennkraftmaschine ohne Einwirkung sonstiger Brennkraftmaschinen
kenngrößen. Mit IV ist gestrichelt eine Kurve dargestellt,
die einer Früh-Verstellung und damit dem beschriebenen
Arbeiten des Drucksteuerventils 27 entspricht.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten vierten Ausführungsbei
spiel dient als Drucksteuerventil 27′ ein dehnstoffelement
gesteuertes Ventil. Außerdem wird der Querschnitt 32 der
Abzweigung der zweiten Abflußleitung 26 durch den Spritzverstell
kolben 3 gesteuert und ab einer bestimmten Drehzahl ge
schlossen, d. h., daß ab einer bestimmten Drehzahl die Früh-
Verstellung in Art der strichpunktiert dargestellten Kurve
IV in Fig. 5 ausgeschaltet wird.
Eine im Prinzip ähnliche Überlegung liegt dem in Fig. 7
dargestellten fünften Ausführungsbeispiel zugrunde. Hier
ist das Drucksteuerventil 27′′ als Schieberventil ausge
bildet, dessen Steuerschieber 33 über eine Ringnut 34 die zweite Ab
flußleitung 26 steuert. Sobald dann der Schieber 33 ver
schoben wird, wird die Abflußleitung 26 gesperrt. Dieses
Verschieben erfolgt außer durch ein temperaturbeeinflußtes Steuerelement, wie
beispielsweise einem Dehnstoffelement 35, über Druckflüs
sigkeit, die vom Arbeitsraum 4 des Spritzverstellkol
bens 3 über eine Druckleitung 36 einem Raum 37 zugeführt
wird, in den der Schieber 33 mit seiner einen Stirnseite
ragt. Auf der diesem Raum 37 abgelegenen Seite wird der
Steuerschieber 33 durch eine Feder 38 belastet. Hierdurch
wird erreicht, daß in Art einer Sicherheitsschaltung ab
einer bestimmten Drehzahl die zweite Abflußleitung 26 gesperrt
wird, wodurch der Druck im Rückstellraum 12 steigt und
entsprechend der Spritzbeginn auf Spät gestellt wird.
Soll eine volle Abschaltung vermieden werden, so kann,
wie gestrichelt dargestellt, eine Abzweigleitung 39 parallel zur zweiten
Abflußleitung 26 durch die Ringnut des Steuerschiebers 33
aufgesteuert werden, wobei in der Abzweiglei
tung 39 eine Drossel 40 angeordnet ist. Hierdurch wird
erreicht, daß der Druck im Rückstellraum 12 zwar über den
durch die Leitung 36 bewirkten Druck steigt, jedoch unter
dem Druck bleibt, den das Druckbegrenzungsventil 25 erzielen
würde.
Claims (4)
1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einer
Spritzverstelleinrichtung, die einen Spritzverstellkolben (3) auf
weist, der mit seiner einen Stirnseite einen Arbeitsraum (4)
begrenzt, der ständig einem drehzahlabhängig sich ändernden hydrau
lischen Druck ausgesetzt ist, und mit seiner anderen Stirnseite einen
Rückstellraum (12) begrenzt, in dem eine Rückstellfeder (5) ange
ordnet ist, die auf den Spritzverstellkolben (3) entgegen dem
hydraulischen Druck im Arbeitsraum (4) wirkt, und ein die Rückstell
feder (5) unterstützender hydraulischer Steuerdruck eingestellt
wird, wobei im Durchflußweg des Steuerdruckmittels über den Rück
stellraum (12) zu einem Entlastungsraum stromauf des Rückstellraumes
(12) eine feste Drossel (14) vorgesehen ist, und mit einem in Ab
hängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine gesteuerten
Drucksteuerventil (16), das ebenfalls im Durchflußweg des Steuer
druckmittels angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Druck
quelle für den im Rückstellraum (12) wirkenden Steuerdruck der dreh
zahlabhängige, im Arbeitsraum (4) herrschende hydraulische Druck
dient, der unmittelbar stromauf der festen und direkt zum Rückstell
raum (12) führenden Drossel (14) herrscht, und daß das Drucksteuer
ventil (16) stromab des Rückstellraumes (12) angeordnet ist und in
Abhängigkeit von einer für den Kaltstart bzw. Warmlauf der Brenn
kraftmaschine relevanten Temperatur gesteuert wird.
2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Drucksteuerventil (16) zugleich als Druckbegrenzungsventil aus
gebildet ist.
3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Durchflußweg des Steuerdruckmittels über den
Rückstellraum (12) zusätzlich durch ein drehzahlabhängig verstell
bares Schließglied eines Ventils steuerbar ist.
4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schließglied durch den Spritzverstellkolben (3) gebildet ist.
Priority Applications (4)
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