DE3017275C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Bei einer durch die US-PS 31 77 860 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art wird der Hub des Zumeßkolbens durch einen lastabhängig mechanisch verstellbaren Anschlag geändert. Eine Anpassung des Einspritzcharakteristik an die Forderungen der Brennkraftmaschinenhersteller bezüglich Abgasent­ giftung und sonstige motorkenngrößenabhängige Eingriffe ist hierbei nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vielfältige Anpassung der Kraft­ stoffeinspritzmenge an die Gegebenheiten der Brennkraftmaschine und deren jeweilige Betriebsverhältnisse zu erzielen, und insbesondere im Betrieb die Emission schädlicher Abgasbestandteile kleinzuhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patent­ ansprüche 1 und 4 gelöst. Diese Lösung hat den Vorteil, daß das Ein­ spritzgesetz entsprechend den Forderungen der Motorhersteller den verschiedenen Motorkenngrößen angepaßt werden kann.

Es ist zwar durch die DE-AS 21 38 994 eine Kraftstoffeinspritzpumpe bekannt, bei der ein elektrisch gesteuerter Kraftstoffzufuhrmecha­ nismus Verwendung findet doch handelt es sich hier um die Verdrehung einer Saugdrossel im Kraftstoffzufuhrkanal zum Pumpenarbeitsraum der Kraftstoffeinspritzpumpe. Dabei ist die Kraftstoffdosierung einer­ seits von einer rückzumeldenden Drehstellung der Drossel abhängig andererseits aber auch wesentlich vom Druckgefälle am Drosselquer­ schnitt beeinflußt, wobei sich auch wesentlich die Drehzahl bzw. der Saugdruck im Pumpenarbeitsraum auswirkt, derart, daß die Mengen­ steuerung ungenau wird.

Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in verschiedenen Varianten in der Zeichnung darge­ stellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 und 2 sowie 4 und 5 das erste Ausführungsbei­ spiel in vier Varianten und

Fig. 3 und 6 das zweite Ausführungsbeispiel in zwei Varianten.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbei­ spiel arbeitet in einem Gehäuse 1 einer Kraftstoffein­ spritzpumpe ein Pump- und Verteilerkolben 2, der durch nicht dargestellte Mittel in eine hin- und hergehende und gleichzeitig rotierende Bewegung versetzt wird. Wäh­ rend seines Druckhubs, d. h. seiner nach oben gehenden Bewegung, fördert der Pumpenkolben 2 Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 3 über in ihm verlaufende Bohrung 4 eine in der Mantelfläche angeordnete Ringnut 5 und eine Verteilerlängsnut 6 den Kraftstoff in eine Druckleitung 7, in der ein Rückschlagventil 8 angeordnet ist. Die Druckleitung 7 führt zur Brennkraftmaschine und der dort angeordneten Einspritzdüse. Es sind so viel Druckleitun­ gen 7 vorhanden, wie Zylinder an der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff versorgt werden, obwohl nur eine dieser Druckleitungen aus Platzgründen dargestellt ist. Gegen Ende des Druckhubs wird die Ringnut 5 durch eine im Ge­ häuse 1 verlaufende Bohrung 9 aufgesteuert, welche in einen Saugraum 10 der Einspritzpumpe führt und in welcher ein Rückschlagventil 11 angeordnet ist, so daß durch dieses Aufsteuern die Einspritzung unterbrochen wird.

Beim Weiterdrehen des Verteilers 2 wird dann über eine Längsnut 12 eine Ringnut 13 und eine im Gehäuse verlau­ fende Bohrung 14 die Druckleitung 7 zum Saugraum 10 hin druckentlastet bzw. der Druck in der Druckleitung 7 bis zum Rückschlagventil 8 hin auf Saugraumdruck gebracht. Während des Saughubs des Pumpenkolbens 2, d. h. seiner nach unten gehenden Bewegung, wird über eine der im Pum­ penkolben 2 angeordneten Längsnuten 15 der Pumpenarbeitsraum 3 über eine Saugleitung 16 von einer Förderpumpe 17 her mit Kraftstoff versorgt. Die Förderpumpe 17 saugt den Kraft­ stoff aus einem Behälter 18 an und fördert ihn über einen Filter 19 zu einem Magnetventil 20. Von der Druckleitung 21 dieser Förderpumpe 17 zweigt eine Leitung 22 zurück zum Be­ hälter 18 ab, in der ein Drucksteuerventil 23 angeordnet ist. Das Ventil 20 ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet, wel­ ches durch einen Magneten 23 geschaltet wird. In der dar­ gestellten Stellung ist die Saugleitung 16 zum Pumpenar­ beitsraum 3 hin gesperrt und die Leitung 21 zu einem Zumeß­ kolben 25 hin aufgesteuert. Diese Stellung wird während des Druckhubs des Pumpenkolbens 2 eingenommen. Durch den Kraftstoffdruck der Förderpumpe 17 (gesteuert durch das Drucksteuerventil 23) wird der Zumeßkolben 25 in einem ihn aufnehmenden Zylinder 26 entgegen der Kraft einer Rück­ stellfeder 27 verschoben. Der zurückgelegte Weg des Kol­ bens 25 wird durch einen Geber 28 gemessen, der in Verbin­ dung mit einem elektrischen Steuergerät E steht, in dem ein Einspritzprogramm gespeichert ist. In Abhängigkeit von sonstigen Motorkenngrößen wird dann nach Zurücklegung des erforderlichen Hubes, d. h. nach Aufnahme der einzu­ spritzenden Kraftstoffmenge das Magnetventil 20, 24 um­ geschaltet, so daß eine Verbindung zwischen dem Zumeß­ kolben 25 und der Saugleitung 16 entsteht. Die Druck­ leitung 21 der Förderpumpe 17 ist dann gesperrt, so daß die Fördermenge über das Drucksteuerventil 23 zurück zum Behälter 18 läuft. Sobald dann der Pumpenkolben 2 seinen Saughub beginnt und die Längsnut 15 die Saugleitung 16 aufsteuert, strömt die zugemessene Kraftstoffmenge in den Pumpenarbeitsraum 3. Um nur in dieser einen Rich­ tung eine Strömung zuzulassen, ist in der Saugleitung 16 ein Rückschlagventil 29 angeordnet.

Aufgrund dieser elektrischen Regelung der Kraftstoffzu­ messung ist eine sehr genaue Anpassung der Einspritz­ charakteristik an die Brennkraftmaschinenerfordernisse möglich, unter Nutzung denkbarer Motorkenngrößen, deren Istwert über entsprechende Geber gemessen wird und gemäß dem Programm im elektronischen Steuergerät E für die Einspritzung gewandelt werden. Hierbei kann außer der dargestellten Einspritzmengenbestimmung auch der Spritz­ beginnwandler und sonstige Wandler der Einspritzpumpe oder Anlage betätigt werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Variante dieses ersten Ausführungsbeispiels wird der von der Zumeßeinrichtung 25, 26 zugeführte Kraftstoff aus der Saugleitung 16 nicht in den Pumpenarbeitsraum 3, sondern über eine Ringnut 30 und Verteilerlängsnut 31 einem Arbeitsraum 32 eines Zwischenkolbens 33 zugeführt, dessen auf der Rückseite gelegener Raum 34 über die Verteilerlängsnut 6 und Bohrungen 4 bzw. Ringnut 5 mit dem Pumpenarbeits­ raum 3 verbindbar sind. In der dargestellten Stellung ist dieser Raum 34 über die Längsnut 12 und die Ringnut 13 bzw. den Entlastungskanal 14 mit dem Saugraum 10 verbunden. Es sind so viel Zwischenkolben 33 vorhanden, wie Druckleitungen 8. Auf dem Zwischenkolben 33 sind Ringnuten 35 vorgesehen, die durch eine Längsbohrung 36 miteinander verbunden sind und über die in der oben ge­ legenen Endlage des Zwischenkolbens 33 die Druckleitung 8 zur Druckentlastung mit einem Entlastungskanal 37 ver­ bunden wird, in dem zur Druckhaltung ein Rückschlagven­ til 38 angeordnet ist. Gemäß dieser Variante wird wäh­ rend des Saughubs des Pumpenkolbens 2 der Arbeitsraum 32 des Zwischenkolbens 33 von der Saugleitung 16 her mit zu­ gemessenem Kraftstoff versorgt, der dann nach Beendigung des Saughubes und Trennen der Längsnut 31 zum Arbeits­ raum 32 beim Weiterdrehen während des darauffolgenden Druckhubs nach oben geschoben wird und die vorgelagerte zugemessene Kraftstoffmenge in die Druckleitung 8 fördert. Für diesen Fördervorgang ist der Pumpenarbeitsraum 3 über die Bohrungen 4 und die Ringnut 5 sowie die Ver­ teilernut 6 mit dem Raum 34 verbunden. Der Druck in der Saugleitung 16 ist in jedem Fall höher als der Druck im Saugraum 10, so daß der Zwischenkolben 33 beim Befüllen des Arbeitsraums 32 zwar verschoben wird, jedoch eine der Menge entsprechende Zwischenlage einnimmt und nicht bis an den unteren Anschlag fährt, was beispielsweise zu einem Aussaugen der Saugleitung 16 führen könnte.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungs­ beispiel dient als Zumeßkolben ein Zwischenkolben 40. Die Druckleitung 41 der Förderpumpe 17 mündet hier un­ mittelbar in die Ringnut 30 und verteilt den Kraftstoff über die Verteilerlängsnut 31 bzw. eine zweite Vertei­ lernut 41 abwechselnd zu beiden Stirnseiten des Zwischen­ kolbens 40 hin. Während des Saughubs des Pumpenkolbens 2 strömt der Kraftstoff über die Längsnut 41 zur Stirn­ seite 42 des Zwischenkolbens 40 und schiebt diesen nach oben, wobei dieser den vor seiner Stirnseite 43 gelege­ nen Kraftstoff über eine Längsnut 44 im Verteilerkolben 2 in den Pumpenarbeitsraum 3 fördert. Die Fördermenge und damit die Einspritzmenge ist durch einen Anschlag 45 be­ grenzt, der durch eine Feder 46 an die Achse 47 eines Stellmotors 48 geschoben wird. Die Achse 47 des Stellmo­ tors weist ein Gewinde 49 auf, das im Pumpengehäuse läuft, so daß eine Verdrehung des Stellmotors eine entsprechende axiale Verschiebung der Achse 47 und damit des Anschlags 45 zur Folge hat. Diese axiale Verschiebung wird über einen Geber 50 gemessen, in dem ein Zapfen 51 der Achse 47 als Anker ragt, dessen Lage durch zwei Magnetspulen 52 meßbar ist. Während dieses Saughubs wird die Drucklei­ tung 7 der Einspritzpumpe über die Längsnut 12 und Boh­ rung 14 zu Saugraum 10 hin druckentlastet. Während des darauffolgenden Druckhubs des Pumpenkolbens 2 wird die Längsnut 44 zumeßkolbenseitig getrennt und der Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 3 über die Längsbohrung 4 und die Verteilernut 6 in die Druckleitung 7 gefördert. Gegen Ende des Druckhubes wird durch die Ringnut 5 der Entlastungskanal 9 aufgesteuert und dadurch die Ein­ spritzung beendet. Während des Druckhubes ist außerdem über eine Längsnut 53 im Pumpenkolben und eine Ringnut 54 der Raum vor der Stirnseite 42 des Zumeßkolbens 40 mit der Entlastungsbohrung 14 verbunden, so daß der über die Nuten 30, 31 zugeführte Kraftstoff von der Druckleitung 21 der Förderpumpe her den Zumeßkolben 40 in seine untere Ausgangslage schieben kann.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird hier beim zweiten Ausführungsbeispiel der Zumeßkolben in beiden Richtungen durch die Förderpumpe betätigt.

Bei den in Fig. 4 bis 6 dargestellten Pumpen handelt es sich um Varianten der in Fig. 1 bis 3 dargestellten zwei Beispielen, indem statt einem Pump- und Verteiler­ kolben als Einheit nun mindestens zwei Radialkolben die Pumpaufgabe unabhängig von der Verteilung überneh­ men, so daß der Verteiler lediglich eine Drehbewegung ausführt.

Bei diesen Varianten ist der Verteiler 55 in seinem un­ teren Abschnitt 56 verstärkt zur Aufnahme von Radial­ pumpenkolben 57 ausgebildet. Zwischen den Kolben 57 ist der Pumpenarbeitsraum 58 vorgesehen. Angetrieben wird der Verteiler 55 über Klauen 59, an denen eine nicht dargestellte Antriebswelle angreift. Angetrieben wer­ den die Kolben 57 über Rollen 60, die auf einem Nocken­ ring 61 ablaufen, welcher über einen tangential angrei­ fenden Verstellkolben 62 zur Spritzbeginnverstellung leicht verdrehbar ist. Die Kraftstoffzumessung erfolgt wie in Fig. 1 dargestellt über das Magnetventil 20, 24 und den Zumeßkolben 25, 26. Während des Saughubs der Pumpenkolben 57 strömt der Kraftstoff von der Zumeßein­ heit durch die Saugleitung 16 und eine Verteilernut 63 im Verteiler, sowie eine Querbohrung 64, sowie eine Längsbohrung 65 zum Pumpenarbeitsraum 58. In der Längs­ bohrung 65 ist ein Rückschlagventil 66 angeordnet. Bei dem Druckhub der Pumpenkolben 57 wird dieser zugemessene Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 58 über die Längs­ bohrung 65 und eine Verteilerbohrung 67 zur Drucklei­ tung 7 gefördert. Das Rückschlagventil 66 verhindert dabei ein Zurückströmen in die Querbohrung 64 bzw. Längsnut 63. Um zu erreichen, daß die Druckleitung 7 unter vorgespanntem und gleichmäßigem Druck steht, wird die Druckleitung 21 der Förderpumpe mit einer Zweig­ leitung 21′ zu einer Ringnut 68 im Verteiler geführt, von der eine Längsnut 69 abzweigt, die während des Saug­ hubs der Pumpenkolben mit der Druckleitung 7 verbunden ist. Im Prinzip arbeitet diese Anlage so wie die in Fig. 1 dargestellte. Um zu erreichen, daß auch bei schnellaufenden Dieselmotoren die Auffüll- bzw. Umschalt­ zeit der Zumeßeinheit ausreicht, kann - wie gestrichelt dargestellt - eine weitere, oder sogar mehrere, derartige Zumeßanlagen mit einem Verteiler gekoppelt sein. Dieses gilt natürlich auch für die anderen Ausführungsbeispiele und Varianten. Diese alternative Möglichkeit ist hier nur durch eine Längsnut 63′ und einen zweiten Saugkanal 16′ dargestellt. Natürlich ist auch denkbar, daß diese zusätzlichen Saugkanäle 16′ in der gleichen Ebene wie der Kanal 16 angeordnet sind, so daß zur Aufsteuerung nur eine Nut 63 dient.

In Fig. 5 ist eine Variante dieses ersten Ausführungs­ beispiels entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Variante mit einem Zwischenkolben 33 auf der Hochdruck­ seite hier jedoch in Anwendung einer Radialkolben-Ver­ teilerpumpe. Die Beschreibung zu Fig. 2 läßt sich somit unmittelbar auch auf Fig. 5 lesen, mit dem Unterschied, daß statt dem Druck- oder Saughub des Kolbens 2 in Fig. 5 zwei Radialkolben 57 wirken.

In Fig. 6 ist eine Variante des in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt. Im Unterschied zu der Variante nach Fig. 3 ist statt dem Hubkolbenverteiler ein lediglich rotierender Verteiler 55 sowie Radialkolben 57 als Pumpenkolben vorgesehen. Für die Kraftstoffzumessung gilt grundsätzlich das zu Fig. 3 gesagte. Im Unterschied dazu jedoch wird der Pumpenarbeitsraum 58 nicht nur bei der Nach-Oben-Bewegung des Zwischenkolbens 40, sondern auch bei dessen Nach-Unten-Bewegung mit zugemessenem Kraftstoff aufgefüllt. Der Zwischenkolben 40 beginnt seinen Förderhub zur Befüllung des Pumpenarbeitsraums nicht nur unten, sondern auch in seiner oberen Ausgangs­ lage am Anschlag 45. Für die Befüllung der Räume vor den Stirnseiten 43 und 42 des Zwischenkolbens 40 dienen die Längsnuten 31 und 41, die von der Ringnut 30 abzweigen, welche mit der Druckleitung 21 der Förderpumpe stets ver­ bunden ist, so daß bei jedem Hub des Zwischenkolbens 40 der vorgelagerte Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 58 gelangt. So wird während eines Saughubs des Pumpenkol­ bens 57 der Raum vor der Stirnseite 42 des Zumeßkolbens 40 über eine Längsnut 70 mit einer Ringnut 71 verbunden, von welcher die Querbohrung 64 bzw. Längsbohrung 65 zum Pumpenarbeitsraum 58 führen unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils 66. Während des nächsten Saughubs der Einspritzpumpe wird der Zumeß- oder Zwischenkolben 40 nach oben geschoben und verdrängt damit den vor seiner Stirnseite 43 gelagerten Kraftstoff über eine Längsnut 72 und eine Ringnut 73 in eine Axialbohrung 74, die mit der Axialbohrung 65 stromauf des Rückschlagventils 66 verbunden ist. Der Zwischenkolben 40 ist somit doppelt­ wirkend. Auch hier bewirkt die Ringnut 68, welche wäh­ rend des Saughubs über die Leitung 21 wiederum in Ver­ bindung mit der Förderpumpendruckleitung 21 steht, einen gleichmäßigen niederen Druck in der Druckleitung 7.

Durch eine gewisse Änderung dieser in Fig. 6 dargestell­ ten Variante kann der Zwischenkolben auch einfachwirkend ausgebildet werden, indem wie in Fig. 6 gestrichelt an­ gedeutet, eine die Ringnuten 73 und 68 verbindende Lei­ tung 75 vorgesehen und gleichzeitig auf die Axialbohrung 74 verzichtet wird. Der Druck in der Ringnut 68 muß dann jedoch in jedem Fall niedriger sein als der Druck der Förderpumpe.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für selbstzündende Brennkraftmaschinen mit mindestens einem im Takt der Kraftstoffeinspritzung an der Brennkraftmaschine arbeitenden, die zur Einspritzung kommende Kraft­ stoffmenge verdrängenden Zumeßkolben, dessen Verdrängungshub zur Bestimmung der zur Einspritzung kommenden Kraftstoffmenge gesteuert wird, mit einem synchron zur Drehzahl der Brennkraftmaschine und zur Pumpbewegung des Pumpenkolbens der Kraftstoffeinspritzpumpe ange­ triebenen Verteiler, durch den die zur Einspritzung kommende Kraft­ stoffmenge während des Pumpenkolbensaughubs in einen Arbeitsraum und während des Pumpenkolbendruckhubes zu zur Einspritzstelle an der Brennkraftmaschine führende Einspritzleitungen zugeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zumeßkolben (25) von einer Rück­ stellfeder (27) beaufschlagt ist und einen Verdrängungsraum be­ grenzt, der über ein Magnetventil (20) je nach dessen Schaltstellung mit dem Verteiler (2) oder mit einer Niederdruckkraftstoffquelle (17) verbindbar ist, wobei die Dauer der Verbindung, gemessen über den mittels eines Weggebers (28) ermittelten Verdrängungshubs des Zumeßkolbens (25) und gesteuert durch ein elektronisches Steuergerät (E), die zur Einspritzung kommende Kraftstoffmenge bestimmt.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (32) von einer Stirnseite eines Zwischenkolbens (33) begrenzt wird und stromabwärts des Verteilers (2) liegt und ein von der anderen Stirnseite des Zwischenkolbens (33) begrenzter Druckraum (34) durch Steuerquerschnitte (12, 31, 6) am Verteiler (2) gesteuert abwechselnd entweder mit einem Entlastungskanal (14) oder mit einem vom Pumpenkolben (2) begrenzten Pumpendruckraum (3) während dessen Förderhub verbindbar ist (Fig. 2 und 5).

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende eines jeden Kraftstoff aus dem Arbeitsraum (32) ver­ drängenden Hubes der Zwischenkolben (33) durch in seiner Mantel­ fläche angeordnete Nuten (35) die jeweilige Einspritzleitung (7) mit einem unter konstantem Kraftstoffdruck stehenden Raum (10) verbindet.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe für selbstzündende Brennkraftmaschinen mit mindestens einem im Takt der Kraftstoffeinspritzung an der Brennkraftmaschine arbeitenden, die zur Einspritzung kommende Kraft­ stoffmenge verdrängenden Zumeßkolben, dessen Verdrängungshub zur Bestimmung der zur Einspritzung kommenden Kraftstoffmenge gesteuert wird, mit einem synchron zur Drehzahl der Brennkraftmaschine und zur Pumpbewegung des Pumpenkolbens der Kraftstoffeinspritzpumpe ange­ triebenen Verteiler, durch den die zur Einspritzung kommende Kraft­ stoffmenge während des Pumpenkolbensaughubs in einen Arbeitsraum und während des Pumpenkolbendruckhubes zu zur Einspritzstelle an der Brennkraftmaschine führende Einspritzleitungen zugeteilt wird, und der Zumeßkolben als ein in einem Zylinder zwischen einem festen und einem verstellbaren Anschlag hin- und hergehender Kolben ausgebildet ist, der auf seiner einen Seite einen ersten Raum begrenzt, der durch Steuerquerschnitt am Verteiler im Wechsel mit einer Nieder­ kraftstoffquelle und mit einem vom Pumpenkolben begrenzten Pumpen­ druckraum als Arbeitsraum verbunden ist, wobei bei letztgenannter Verbindung zugleich ein auf der anderen Seite des Kolbens von diesem begrenzter zweiter Raum mit der Niederdruckkraftstoffquelle verbun­ den ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungshub des Kolbens (40) durch den von einem elektronischen Steuergerät (E) gesteuerten Stellmotor (48) verstellbaren Anschlag (45) einstellbar ist und durch einen dem verstellbaren Anschlag zugeordneten Weggeber (50) erfaßt wird und dem elektronischen Steuergerät (E) zugeführt wird.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (2) zugleich als Ver­ teiler dient.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Pumpenkolben (57) radial gegeneinander angeordnet und angetrieben in einem erweiterten Abschnitt (56) des Verteilers (55) arbeiten.