DE2931978C2 - - Google Patents

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.