DE2950544A1

DE2950544A1 - Einspritzzeitpunktversteller fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2950544A1
Application number: DE19792950544
Authority: DE
Inventors: Leonhard 8044 Unterschleißheim Eberl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-12-15
Filing date: 1979-12-15
Publication date: 1981-06-19
Also published as: JPS6016750Y2; GB2065831A; JPS5699026U; DE2950544C2; GB2065831B

Description

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ROBERT BOSCH GMBH₅ 7OOO Stuttgart Einspritzzeitpunktversteller für Brennkraftmaschinen Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Einspritzzeitpunktversteller für Brennkraftmaschinen nach dem gattungsbildenden Oberbegriff des Hauptanspruchs. Es ist bereits ein solcher Einspritzzeitpunktversteller bekannt (CH-PS 331 9^8), bei dem durch zwei servobetätigte, innerhalb des Verstellers untergebrachte und radial nach außen wirkende Stellkolben die relative Drehlage der Abtriebs- gegenüber der Antriebswelle änderbar ist. Einer der Stellkolben enthält einen fliehkraftbetätigten, entgegen der Kraft einer Rückstellfeder arbeitenden Steuerschieber, der die Lage des Stellkolbeens steuert. Die übertragung der Stellbewegungen erfolgt über sich an mit der Abtriebswelle verbundenen Stellklötzen abstützende Kipphebel, und der Kraftschluß zwischen Kipphebel und Stellklötzen wird außer vom Antriebsdrehmoment von Schraubdruckfedern aufrechterhalten. Bei diesem Versteller ist ausschließlich eine drehzahlabhängige Einspritzzeitpunktverstellung steuerbar, und die vom Nockentrieb der Einspritzpumpe verursachten DrehmomentSchwankungen können von den Schraubendruckfedern nur unvollkommen gedämpft werden. Diese Dreh-

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momentSchwankungen führen wegen der direkten Wegübertragung durch das aus den Kipphebeln bestehende Verstellgetriebe zu Drehschwingungen und damit zu kurzzeitigen Winkeländerungen zwischen An- und Abtriebsteil, was ausser zu einem lauten Antriebsgeräusch noch zu einer ungewollten starken Lastabhängigkeit der Verstellung führt. Die beschriebenen Nachteile führen außerdem zu schnellem Verschleiß der Übertragungsteile und somit zu einer Änderung des Einspritzzeitpunktes, was vor allem bei modernen Motoren wegen der erhöhten Anforderungen an die Abgasqualität nicht zulässig ist. Soll das Arbeitsvermögen bei gegebenem Öldruck erhöht werden, kann diese nur durch Vergrößerung des Kolbendurchmessers geschehen, was aber in nachteiliger Weise zu einer größeren Baulänge des Verstellers führt.

Nun sind allerdings aus der DE-PS 1 022 419 und DE-OS 27 25 ¹H^ fliehkraftbetätigte Einspritzzeitpunktversteller bekannt, bei denen die Fliehgewichte an den Verstellexzentern von aus Verstell- und Ausgleichexzenter gebildeten und als Verstellgetriebe dienenden Exzenterpaaren angreifen, und die aufgrund ihrer konstruktionsbedingten Selbsthemmung bei Belastungsstößen eine geringere Lastabhängigkeit und demzufolge auch eine geringere Verschleißempfindlichkeit aufweisen als der eingangs beschriebene Versteller und außerdem ein geringes Geräusch verursachen. Diese lediglich fliehkraftbetätigten Versteller sind jedoch auch nur drehzahlabhängig steuerbar und in ihrem Arbeitsvermögen durch die Größe der Fliehgewichte und den Einbauraum für die Rückstellfedern begrenzt.

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Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Einspritzzeitpunktversteller mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Kombination der als Verstellgetriebe dienenden Exzenterpaare mit den paarweise an den Verstellexzentern angreifenden und vom Druck des Hydraulikmediums betätigbaren Stellkolben ein Spritzversteller herstellbar ist, der bei geringen Aussenabmessungen ein erhöhtes Arbeitsvermögen, eine gerir.ge Geräuschentwicklung und Lastabhängigkeit sowie eine grcße Dauerhaltbarkeit aufweist. Der Steuerdruck dieses Verstellers kann außerhalb des Verstellers in einem separaten Steuergerät geregelt oder gesteuert werden und scmit auch in Abhängigkeit von der Drehzahl und von einer cder mehreren Betriebskenngrößen an die erhöhten Anforderungen moderner Motoren angepaßt werden. Die Fliehkraft der übertragungsglieder und der Stellkolben erzeugt in vorteilhafter Weise eine drehzahlabhängige Grundverstellcharakteristik, der die hydraulisch gesteuerte Verstellcharakteristik überlagert wird.

Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmalen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Einspritzzeitpunktverstellers möglich.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Spritzverstellers v;ird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 erreicht, denn so kann eine gute Führung des Lagerteils gewährleistet werden, und es ergibt sich ein übersichtlicher und einfach zu montierender und einzustellender Aufbau des

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Spritzverstellers. Durch die in Anspruch 5 angegebenen angegebenen Merkmale kann der in der gleichen Ebene liegende und neben den Stellkolben befindliche Bauraum optimal ausgenutzt werden, so daß die Federn bei guter Montierbarkeit und Einstellmöglichkeit entsprechend stark ausgebildet werden können, und mit den Merkmalen des Anspruches 8 sind außer der Drehzahl noch weitere Betriebskenngrößen verarbeitbar, ohne daß sich die Baugröße oder Bauform des Verstellers selber ändern muß. Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstandes können der nachfolgenden Beschreibung entnommen werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einspritzzeitpunktverstellers ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch den Spritzversteller längs der Linie I-I in Figur 2, Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Figur 1 und Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Figur 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Der Einspritzzeitpunktversteller 5 ist an eine nur teilweise dargestellte Kraftstoffeinspritzpumpe 6 für Dieselmotoren angebaut, als geschlossener Vorbauspritzversteller ausgebildet und über eine strichpunktiert angedeutete Kupplung 7 mit einer Antriebswelle 8 des Motors gekuppelt. Er kann selbstverständlich auch als offener Einbauspritzversteller für den Einbau in ein geschlossenes Antriebsgehäuse bzw. in den Räderkasten des Motors vorgesehen wer-

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den, wenn er z.B. in bekannter Weise mt einem als Antriebsteil dienenden Zahnrad (nicht dargestellt) versehen wird.

Der Spritzversteller 5 dient, wie anschließend im einzelnen beschrieben, in bekannter Weise zur mindestens drehzahlabhängigen Änderung der gegenseitigen Drehlage zweier gleichachsiger Wellen, einer treibenden und einer getriebenen Welle, wobei die getriebene Welle entweder zugleich die Nockenwelle der Einspritzpumpe ist oder eine mit dieser gekuppelte Zwischenwelle, und durch die Änderung der Drehlage beider Wellen wird der Einspritzzeitpunkt bzw. der Fcrderbeginn der Kraftstoffeinspritzpumpe in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit verändert.

Bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die als treibende Welle dienende Antriebsweile 8 mittels der Kupplung 7 an ein als Antriebsteil des Verstellers ausgebildetes Gehäuse 10 angeschraubt. Als Abtriebswelle dient eine Nockenwelle 11 der Kraftstoffeinspritzpumpe 6, auf der ein aus einem Flansch 12a und einer als Führungsteil für einen Kolbenträger I^ ausgebildeten Verstellernabe 12b bestehendes Abtriebsteil 12, durch eine Scheibenfeder 13 gegen Verdrehen gesichert, mittels einer Hutmutter 15 befestigt ist.

In einer Ausdrehung 16 des Gehäuses 10 ist eine mit zwei planparallen Stirnflächen 17 und 18 versehene Verstellerscheibe 19 eingesetzt und mittels Schrauben 21 (siehe Figuren 2 und 3) mit dem Gehäuse 10 fest verbunden. Ein von der einen Stirnfläche 17 der Verstellerscheibe 19 und einer Ausnehmung 23 im Gehäuse 10 gebildeter ringnutförmiger Hohlraum 2k umfaßt den Flansch 12b und bildet somit

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ein Axial- und Radiallager für das als Antriebsteil dienende Gehäuse 10, gegen dessen Stirnfläche 10a die Kupplung 7 montiert ist.

Die Verbindung zwischen dem als Teil der angetriebenen Nockenwelle 11 anzusehenden und mit dieser fest verbundenen Flansch 12a und dem fest mit der Antriebswelle 8 verbundenen Gehäuse 10 wird durch zwei in der Verstellerscheibe 19 drehbar gelagerte Exzenterpaare 26 herbeigeführt, die aus je einem Verstellexzenter 27 und einem Ausgleichsexzenter 28 bestehen. Die Ausgleichsexzenter 28 sind mittels je einem Bolzen 29 mit dem Lagerflansch 12a verbunden und dienen dem Ausgleich der Bogenhöhe, die die Mittelpunkte der Verstellbolzen 29 erreichen würden, wenn sie sich um die um die Mittelpunkte der Verstellexzenter 27 ohne Ausgleichsexzenter 28 drehen würden. Diese Drehbewegung wird erfindungsgemäß durch je zwei parallel zueinander, d.h. paarweise im Kolbenträger 14 geführte, und vom Druck eines Hydraulikmediums betätigbare Stellkolben 31 (siehe Figur 2) bewirkt, die sich entsprechend dem von einem Steuergerät 32 (siehe dazu Figur 3) gesteuerten Druck des Hydraulikmediums entgegen der Kraft von Rückstellfedern 33_} in parallel zueinander angeordneten und radial nach außen weisenden Zylinderbohrungen 34 des Kolbenträgers 1*1 öldicht geführt, von der Verstellernabe 12b weg nach außen bewegen. Dabei werden über exzentrisch an den Verstellexzentern 27 angreifende übertragungsglieder 35 die Verstellexzenter 27 verdreht. Die Stellkolben 31 sind alle innerhalb einer mit 40 strichpunktiert angedeuteten, senkrecht zu einer Längsachse 5a des Verstellers 5 liegenden Ebene geführt.

Die Übertragungsglieder 35 (riehe Figur 3) bestehen aus je

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einem als waagebalkenförmiger Querträger ausgebildeten Zwischenglied 36, das mit drei, im Abstand zueinander angeordneten Verbindungsbolzen 37 und 38 versehen ist, von denen die beiden Verbindungsbolzen 37 in den zugehörigen Stellkolben 31 gehalten sind und der dritte Verbindungsbolzen 38 in den entsprechenden Verstellexzenter 27 eingepaßt ist. So wird die entgegen der Rückstellkraft des Verstellers und der Rückstellfedern 33 erfolgende Hubbewegung der Stellkolben 31 durch eine Zugkraft im Zwischenglied 35 in die für die Einspritzzeitpunktverstellung erforderliche Drehbewegung der Verstellexzenter 27 übertragen. Ausgleichsbewegungen können sowohl an der Lagerung des Kolbenträgers 14 als auch durch Spiel in den die beiden Bolzen 37 aufnehmenden, mit 31a bezeichneten Querbohrungen-der Stellkolben 31 erfolgen. Die vier an den mit 36a bezeichneten äußersten Enden der Zwischenglieder 36 angreifenden und als Rückstellfedern dienenden Druckfedern 33 wirken zugleich rückstellend und stabilisierend. Sie bestimmen die Steilheit einer Grundkennlinie, beeinflussen die Verstellung aber nur bedingt, wenn die Zufuhr des Hydraulikmediums zu den Stellkolben 31 extern in dem Steuergerät 32 geregelt wird. Eine solche Regelung kann, wie durch die Pfeile am Steuergerät 32 angedeutet, in Abhängigkeit von der Drehzahl n, der Last Q bzw. einer Betriebstemperatur T und dem Istwert des den Einspritzzeitpunkt charakterisierenden Verstellwinkels cC erfolgen. Die zugehörige Druckquelle ist nur andeutungsweise dargestellt und mit 39 bezeichnet. Anstelle einer Regelung des den Stellkolben 31 zugeführten Hydraulikmediums kann auch das Steuergerät 32 den Druck des Hydraulikmediums in seiner Höhe entsprechend den Betriebskenngrößen des Motors steuern, und die Stellkolben 31 werden dann entsprechend der Rückstellkraft der Rückstellfedern 33 pro-

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portional dem Druck und der zugleich wirksamen Fliehkraft der übertragungsglieder 35 und Stellkolben 31 verschoben und somit die Verstellexzenter 27 entsprechend verdreht. Hier bestimmt die Charakteristik der Druckfedern 33 wesentlich den Verlauf der Verstellkennlinien, bzw. der Verstellkurven. Für ein stabiles Verhalten des Verstellers muß die Verstellkennlinie relativ flach sein, was durch entsprechend steife Federn erreicht wird. Der größtmögliche Hub H der Stellkolben 31 und damit die maximale Verstellung der gegenseitigen Drehlage zwischen dem als Antriebsteil dienenden Gehäuse 10 und der Nockenwelle 11 wird durch eine rAz 10b bezeichnete Innenwandung des Gehäuses 10 begrenzt, an der die Stellkolben 31 in ihrer äußersten, strichpunktiert angedeuteten Endlage anschlagen.

Die Zufuhr des Hydraulikmediums zu den Stellkolben 31 erfolgt über eine von außen her an einen Lagerflansch 4l der Einspritzpumpe 6 angeschlossene Druckleitung 42, in der Druckhöhe vom Steuergerät 32 gesteuert oder geregelt, von der Druckquelle 39 her. Das in das Innere des Verstellers 5 zufließende, als Hydraulikmedium dienende Motoröl gelangt über eine Kanalanordnung 43 im Lagerflansch 4l und in der Verstellernabe 12b in die die Druckräume für die Stellkolben 31 bildenden Bereiche der Zylinderbohrungen 34.

In der gezeichneten Ausgangslage stützen sich die als Querträger ausgebildeten Zwischenglieder 36 mit ihren abgewinkelten Enden 36a unter der Vorspannkraft der Rückstellfedern 33 aneinander ab, wodurch die Ausgangslage des als Antriebsteil dienenden Gehäuses 10 gegenüber der als Abtriebswelle dienenden Nockenwelle 11 festgelegt ist.

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Die Rückstellfedern 33 bestehen aus je einem Satz an den äußersten Enden 36a der Zwischenglieder 36 zwischen Federwiderlager 92 und 93 eingespannter Druckfedern 33- Die Federwiderlager 92 sind als Federteller ausgebildet und jeweils an den Enden 95a eines die Druckfedern 33 zusammenhaltenden Stehbolzens 95 befestigt, und die Federwiderlager 93 werden von den rechtwinklig abgebogenen und durch bohrten Enden 36a der als Querträger ausgebildeten Zwischenglieder 36 der mit 35 bezeichneten Übertragungsglieder aufgenommen und sind ebenfalls als hülsenförmige Federteller ausgebildet.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Einspritzzeitpunktverstellers wird nun anhand des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.

In der in den Figuren 1 bis 3 gezeichneten Ausgangslage der Stellkolben 31 nimmt das als Antriebsteil dienende Gehäuse 10 eine vorbestimmte Drehlage gegenüber der als Abtriebswelle dienenden und mit dem Abtriebsteil 12 versehenen Nockenwelle 11 ein. Wird nun bei steigender Drehzahl eine Vorverlegung des Einspritzzeitpunktes gewünscht, so ist die zugehörige Verstellung im Steuergerät 32 vorprogrammiert, und der von der Druckquelle 39 geförderte Druck des Hydraulikmediums wird, vom Steuergerät 32 gesteuert, über die Rohrleitung M 2 unter die Stellkolben 31 geleitet und verstellt diese zusätzlich zu der bereits vorhandenen drehzahlabhängigen Fliehkraft radial nach außen, und zwar so lange, bis bei entsprechender Verdrehung der Verstellexzenter 27 der Flansch 12a des Abtriebsteils 12 und damit die Nockenwelle 11 gegenüber dem Gehäuse 10, bzw. gegenüber der Antriebs-

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welle 8 um den gewünschten VerstellwinkelcC verdreht sind. Die unter die Stellkolben 31 geleitete Steuerflüssigkeit wird bei Messung des Istwerts des Verstellwinkels cL geregelt, bis Soll- und Istwert gleich sind.

Es kann aber auch der Druck des über die Rohrleitung k2 zugeführten Hydraulikmediums in Abhängigkeit von der Drehzahl η und weiteren Betriebskenngrößen wie der Last Q und Betriebstemperaturen T direkt gesteuert und der Rückstellkraft der Rückstellfedern 33 entgegenwirkend variiert werden. In diesem Fall stellen sich die Stellkolben 31 jeweils im unbelasteten Moment, d.h. bei einem Kraftrichtungswechsel der Drehmomentstöße, in eine Lage ein, die durch das Gleichgewicht zwischen der von den Kolben 31 übertragenen aus der Fliehkraft und dem hydraulischen Druck bestehenden Verstellkraft und der Rückstellkraft der Rückstellfedern 33 bestimmt ist. Dabei wurden die Verstellexzenter 27 um einen vorgegebenen Betrag verdreht, welcher der gewünschten relativen Verdrehung des Gehäuses IO gegenüber der Nockenwelle 11 entspricht. Diese Relativverdrehung führt zu der von den beschriebenen Betriebskenngrößen abhängigen Änderung des Förderbeginns bzw. Einspritzzeitpunktes am Dieselmotor.

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Ansprüche

fly Einspritzzeitpunktversteller für Brennkraftmaschinen, .insbesondere für Dieselmotoren, mit innerhalb des umlaufenden Verstellers untergebrachten und vom mindestens drehzahlabhängig gesteuerten Druck eines Hydraulikmediums entgegen einer Rückstellkraft betätigbaren Stellkolben, die in Zylinderbohrungen eines Kolbenträgers geführt sind und durch die über ein ein Antriebsteil mit einem Abtriebsteil verbindendes Verstellgetriebe die gegenseitige Drehlage zweier gleichachsiger Wellen, einer Antriebs- und einer Abtriebswelle, änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellgetriebe zwei an sich bekannte aus je einem Verstell- und einem Ausgleichsexzenter (27 und 28) bestehende Exzenterpaare (26) aufweist, daß je zwei der Stellkolben (3D parallel zueinander angeordnet und paarweise mittels eines Übertragungsgliedes (35) mit je einem der Verstellexzenter (27) gekuppelt sind, daß die Verstellexzenter (27) durch vom Druck des Hydraulikmediums bewirkte Lageänderungen der Stellkolben (3D verdrehbar sind, und daß alle Stellkol-

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ben (31) innerhalb einer senkrecht zur Längsachse (5a) des Verstellers liegenden Ebene (40) im Kolbenträger (I¹J) geführt sind.

2. Spritzversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenträger (1*0 auf einem, vorzugsweise mit der Abtriebswelle (11) verbundenen Führungsteil (15) gelagert ist.

3. Spritzversteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als Kupplung zwischen zwei der Stellkolben (31) und einem der Verstellexzenter (27) dienende Übertragungsglied (35) drei parallel zur Längsachse des Verstellers angeordnete Verbindungsbolzen (37, 38) aufweist.

4. Spritzversteller nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die beiden senkrecht zu den Längsachsen der Stellkolben (31) in diese eingesetzten Verbindungsbolzen (37) des Übertragungsgliedes (35) über ein Zwischenglied (36) mit dem in den Verstellexzenter (27) hineinragenden dritten Verbindungsbolzen (38) verbunden sind.

5. Spritzversteller nach Anspruch ¹I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder (36) als waagebalkenförmige, mit den Verbindungsbolzen (37, 38) versehene Querträger

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ausgebildet sind, an deren einander gegenüberliegenden äußersten Enden (36a) Rückstellfedern (33) angreifen.

6. Spritzversteller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfedern aus je einem Satz zwischen Federwiderlagern (92 und 93) eingespannter Druckfedern (33) bestehen.

7. Spritzversteller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als eines der Pederwiderlager (93) der Druckfedern (33) je ein rechtwinklig abgebogenes Ende (36ε) des als Querträger ausgebildeten Zwischengliedes (36) dient.

8. Spritzversteller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des den Stellkolben (3D zugeführten Hydraulikmediums außer von der Drehzahl (n) von weiteren Betriebskenngrößen (z.E. Q, T) des Motors abhängig ist und von einem außerhalb des Verstellers befindlichen Steuergerät (32) bestimmbar ist.

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