DE3123138C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritz­ pumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei einer solchen durch die DE-OS 19 19 969 bekannten Einspritz­ pumpe wird die Kraftstoffmenge, die beim Förderhub des Pumpenkolbens der Einspritzpumpe eingespritzt werden soll, durch ein Magnetventil, das getaktet oder analog gesteuert wird, beim Saughub des Pumpen­ kolbens zugemessen. Die Zumeßmenge wird dabei durch die Öffnungszeit des Magnetventils bestimmt, wobei die Öffnungsphase dieses Ventils ausschließlich im Saughubbereich des Pumpenkolbens liegt. Bei dieser bekannten Einrichtung beeinflussen die Druckverhält­ nisse im Arbeitsraum der Kraftstoffeinspritzpumpe die Zumeßmenge. Je nach Aufsteuerpunkt des Magnetventils herrscht im Arbeitsraum ein mehr oder weniger vermin­ derter Druck. Für eine genaue Zumessung der Kraftstoff­ einspritzmenge müssen bei dieser bekannten Einrichtung zur Bemessung der Öffnungszeiten des Magnetventils die Drehzahl und der Spritzzeitpunkt berücksichtigt werden. Es sind weiterhin die Druckschwankungen im Arbeitsraum während des Füllvorgangs zu beachten. Weitere Nach­ teile ergeben sich durch die begrenzte Schaltgeschwin­ digkeit eines Magnetventils. Die während der Zumeß­ phase beim Saughub erfolgenden zwei Schaltvorgänge des Magnetventils beeinflussen somit die Genauigkeit des Zumeßergebnisses. Weiterhin sind der Drehzahl bzw. der Einspritzpumpendrehzahl durch die Schaltzeit des Magnetventils Grenzen gesetzt.

Bei einer anderen durch die DE-OS 19 19 707 bekann­ ten Kraftstoffeinspritzpumpe wurde der begrenzten Schaltgeschwindigkeit von Magnetventilen dadurch Rech­ nung getragen, daß bei dieser Verteilerpumpe im Ver­ teiler zwei Pumpsysteme untergebracht sind, die über jeweils ein Magnetventil mit Kraftstoff versorgt wer­ den. Auf diese Weise kann eine höhere Pumpendrehzahl erreicht werden. Weiterhin ist bei dieser Einspritz­ pumpe der Nockenantrieb der Pumpenkolben so ausge­ staltet, daß die Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens während des Saughubs wesentlich geringer als die wäh­ rend des Förderhubs der Pumpenkolben ist. Das Magnet­ ventil eines jeden Pumpensystems dieser Radialkolben­ pumpe ist ebenfalls ausschließlich während des Saug­ hubs der Pumpenkolben geöffnet, wobei die Öffnungsdauer des Magnetventils die Zumeßmenge bestimmt. Auch hier müssen die Drehzahl und die Spritzzeitpunktverstellung bei der Steuerung der Magnetventile berücksichtigt werden. Bei der Auslegung dieser Pumpe beginnt der Zumeßtakt des Magnetventils mit dem Saughub der zuge­ hörigen Pumpenkolben. Eine Spritzbeginnverstellung be­ dingt eine Änderung des Saughubbeginns, so daß dieser Saughubbeginn exakt bei der Berechnung der Öffnungs­ zeit des Magnetventils eingegeben werden muß. Es sind ferner die dynamischen Verhältnisse im Umkehrpunkt des Pumpenkolbens beim Übergang vom Förderhub zum Saug­ hub schwer beherrschbar.

Durch die DE-OS 27 48 280 ist ferner eine Kraftstoffeinspritzpumpe der gattungsgemäßen Art bekannt, die die Bauart einer Verteiler­ kraftstoffeinspritzpumpe hat, welche pro Umdrehung eines Verteilers mehrere Kraftstoffeinspritzleitungen mit auf Hochdruck gebrachtem Kraftstoff versorgt. Dazu weist die Verteilerkraftstoffeinspritz­ pumpe zwei Hochdruckpumpen mit Radialkolben auf, die im Wechsel die Kraftstoffeinspritzung bewirken. Zur Erhöhung der Dosiergenauigkeit ist bei der bekannten Pumpe pro Hochdruckpumpe eine Kraftstoffver­ sorgungsleitung vorgesehen, in der jeweils ein elektrisch gesteuer­ tes Ventil angeordnet ist. Dabei bestimmt die Öffnungszeit des je­ weiligen elektrisch gesteuerten Ventils die Kraftstoffdosiermenge. Zu diesem Zweck ist es nötig, daß die Verbindung zwischen Kraft­ stoffversorgungsleitung und Pumpenarbeitsraum vor dem Öffnen des elektrisch gesteuerten Ventils, einem Magnetventil, hergestellt ist und es darf diese Verbindung erst nach dem spätesten Schließen des Magnetventils wieder unterbrochen werden. Die Lösung hat wie auch die Lösungen der vorstehend diskutierten Fälle den Nachteil, daß die Zeit, die das Magnetventil zum Öffnen und zum Schließen braucht, als konstante, drehzahlunabhängige Zeit nach wie vor in das Dosierer­ gebnis eingeht und sich hier als drehzahlabhängiger Zumeßfehler er­ gibt.

Eine gleichartige Kraftstoffeinspritzpumpe mit jedoch nur einem Hochdrucksystem und einem einzigen Magnetventil in einer einzigen Kraftstoffversorgungsleitung ist durch die DE-OS 21 07 371 bekannt. Hier ergibt sich dieselbe Problematik des drehzahlabhängigen Fehlers bei der Dosierung wegen der in das Dosierergebnis eingegebenen Zeit für das Öffnen und das Schließen des Magnetventils.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzpumpe der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß die Genauigkeit der Kraftstoffdosierung erhöht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe hat den Vorteil, daß die Zumessung der einzu­ spritzenden Kraftstoffmenge auf elektrischem Wege ge­ steuert werden kann und daß dabei aber nur ein Schalt­ vorgang, das Öffnen oder das Schließen der Kraftstoff­ versorgungsleitung, über die die zuzumessende Kraft­ stoffmenge in den Arbeitsraum der Kraftstoffeinspritz­ pumpe gelangt, von der Schaltzeit, z. B. eines Magnet­ ventils, beeinflußt wird. Der andere Schaltvorgang wird in vorteilhafter Weise mechanisch gesteuert und bei jeder Pumpendrehzahl ausreichend schnell durchgeführt. Dies wird dadurch ermöglicht, daß sich die Steuerzeiten der pumpendrehzahl-synchron geführten Steuerkante einer­ seits und des Magnetventils andererseits überlappen und die Kraftstoffversorgungsleitung nur dann geöffnet ist, wenn Steuerkante und Magnetventil, die in Reihe liegen, geöffnet haben. Weiterhin läßt die Überlappung der Steuerzeiten von Steuerkante und Magnetventil auch eine Relativverschiebung des Aufsteuerpunktes der Kraftstoff­ versorgungsleitung durch die Steuerkante gegenüber dem Aufsteuerpunkt der Kraftstoffversorgungsleitung des Magnetventils zu, so daß eine Spritzverstellung ohne Beeinflussung der Genauigkeit der Kraftstoffmengen­ steuerung möglich wird. Durch die obige Maßnahme kann die Einspritzpumpe auch bei hohen Drehzahlen ausrei­ chend genau gesteuert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Lösung gekennzeich­ net.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in prinzipieller Darstellung,

Fig. 2a ein Diagramm über die Steuerzeiten, bei denen die Kraft­ stoffversorgungsleitung durch die Steuerkante geöffnet ist, aufgetragen über den Drehwinkel α,

Fig. 2b die Steuerzeiten des Magnetventils aufgetragen über den Drehwinkel α,

Fig. 2c die resultierende Öffnungszeit der Kraftstoffversorgungsleitung,

Fig. 3a die Steuerzeiten der Steuerkante für den Fall, daß die Öffnung durch die Steuerkante der Öffnung durch das Magnet­ ventil voreilt,

Fig. 3b die dazugehörige Steuerzeit,

Fig. 3c die resultierende Öffnungszeit der Kraft­ stoffversorgungsleitung in diesem Fall,

Fig. 4 die Verwendung von zwei Magnetventilen in je einer um 90° versetzten Kraftstoffversorgungsleitungseinmündung in das Pumpengehäuse,

Fig. 5 einen ersten Schnitt durch die Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß Fig. 4 in der Ebene der ersten Kraftstoffversorgungsleitungseinmündung in den Pumpenkörper und

Fig. 6 einen zweiten Schnitt durch die Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß Fig. 4 in der Ebene der zweiten Einmündung einer zweiten Kraft­ stoffversorgungsleitung in den Pumpenkörper.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine prinzipmäßige Darstellung einer be­ kannten Radialkolbenpumpe, bei der in einem Pumpen­ gehäuse 1 ein rotierender Verteiler 2 gelagert ist, der synchron zur Brennkraftmaschinendrehzahl angetrie­ ben wird. In einem im Durchmesser vergrößerten Teil des Verteilers 2 ist eine radiale Durchgangsbohrung 4 vorgesehen, von dem aus in der Achse des Verteilers ein Förderkanal 5 abführt, der ein Rückschlagventil 6 enthält und dessen Ende in eine radial verlaufende Verteilerbohrung 7 übergeht. In der Radialebene, in der die Verteilerbohrung 7 liegt, weist das Pumpenge­ häuse 1 Einspritzleitungen 8 auf, die ausgehend von der Zylinderbohrung 9, in der der Verteiler 2 im Ge­ häuse 1 geführt wird, zu den einzelnen Einspritz­ stellen der Brennkraftmaschine führt. Die Einspritz­ leitungen sind entsprechend der Zahl der zu versor­ genden Einspritzstellen und in der diesen entspre­ chenden Sequenz am Umfang des Pumpengehäuses verteilt angeordnet.

In der radialen Durchgangsbohrung 4 sind zwei Pumpen­ kolben 10 angeordnet, die gegeneinander arbeitend in der Mitte einen Pumpenarbeitsraum 11 einschließen, der ständig mit dem Förderkanal 5 in Verbindung steht. Die andere Seite der Pumpenkolben wird von Rollen 12 beaufschlagt, die auf einem in der Radialebene lie­ genden Nockenring 14 abrollen. Die Kolben 4 unter­ liegen dabei der Fliehkraft und werden während der Drehbewegung des Verteilers soweit es die Kraftstoff­ üllung im Pumpenarbeitsraum 11 zuläßt, nach außen ge­ tragen und bei Auftreffen der Rollen 12 auf einen Nocken des Nockenrings wieder nach innen bewegt. Dabei führen die Pumpenkolben die Pumpbewegung aus, aufgrund der Kraftstoff durch den Förderkanal 5 über das Rück­ schlagventil 6, die Verteilerbohrung 7 in eine der Einspritzleitungen 8 gefördert wird.

Die Kraftstoffüllung des Pumpenarbeitsraums erfolgt über eine Kraftstoffversorgungsleitung 16, die sich an eine Förderpumpe 17 anschließt. Diese saugt aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 18 Kraftstoff an und fördert diesen unter Druck in die Kraftstoffver­ sorgungsleitung 16. Der Förderdruck wird mit Hilfe eines Drucksteuerventils 19 eingestellt. In der Kraft­ stoffversorgungsleitung ist ein Magnetventil 20 vorge­ sehen, das von einer Steuereinrichtung 21 gesteuert wird. Die Kraftstoffversorgungsleitung mündet radial in den Zylinder 9 und wird bei einer entsprechenden Drehstellung des Verteilers über eine radial verlau­ fende Versorgungsbohrung 22 mit dem Pumpenarbeitsraum 11 in Verbindung gebracht. Die Versorgungsbohrung 22 mündet dabei zwischen Pumpenarbeitsraum und Durch­ schlagventil in den Förderkanal 5. Die Austrittsöffnung der Versorgungsbohrung 22 in den Zylinder 9 ist als Steuerkante 23 ausgebildet.

Die Arbeitsweise der obenbeschriebenen Kraftstoffein­ spritzpumpe in bezug auf die Versorgung mit Kraft­ stoff wird nun anhand der Diagramme Fig. 2a-2c er­ läutert. In Fig. 2a ist mit der Kurve 23 die Öffnungs­ zeit über den Drehwinkel dargestellt, während der über die Steuerkante 23 die Verbindung zwischen der Versorgungsbohrung 22 und der Kraftstoffversorgungs­ leitung hergestellt ist. Die gestrichelte Kurve 23′ zeigt, wie sich die Kurve 23 bezogen auf die Dreh­ stellung bzw. den Drehwinkel α verschiebt, wenn der Nockenring 14 zur Spritzzeitpunktverstellung verdreht wird. Solche Einrichtungen zur Spritzzeitpunktverstel­ lung sind allgemein bekannt und werden hier nicht näher beschrieben.

Fig. 2b zeigt die Öffnungszeiten des Magnetventils 20 anhand der Kurve 20. Während die Aufsteuerzeit gemäß Kurve 23 in Fig. 2a in der Länge unveränder­ lich ist, kann nun die Aufsteuerzeit des Magnet­ ventils gemäß Kurve 20 variabel gestaltet werden, was durch die verschiedenen Schließzeitpunkte gemäß Kurven 20′ und 20′′ dargestellt ist. Beide Kurven sind drehwinkelgetreu einander zugeordnet und es zeigt sich, daß das Magnetventil wesentlich früher aufgesteuert wird als die Versorgungsbohrung 22 über die Steuerkante 23.

Fig. 2c zeigt die verbleibende Öffnungszeit der Kraft­ stoffversorgungsleitung 16 entsprechend der Über­ lappung der Aufsteuerzeiten gemäß Fig. 2a und 2b. Je nach Schließzeit des Magnetventils ist diese Öffnungszeit nun variabel. Erfolgt eine Spritzbe­ ginnverstellung und damit eine Relativverschiebung der Kurve 23 zur Kurve 23′ um den Drehwinkel α1, so muß diese Verschiebung durch den Verschließzeit­ punkt des Magnetventils kompensiert werden. Die damit geänderte Öffnungszeit der Kraftstoffver­ sorgungsleitung 16′ ist in Fig. 2c gestrichelt ein­ gezeichnet.

Die Figurenfolge 3a-3c zeigt eine ebenfalls mög­ liche Ausführungsform, bei der die Kraftstoffver­ sorgungsleitung bzw. die Versorgungsbohrung 22 früher geöffnet wird als das Magnetventil. Im Prinzip er­ geben sich dabei die gleichen Wirkungen wie zuvor beschrieben.

Durch die Steuereinrichtung 21 wird das Magnetventil in üblicher Weise in Abhängigkeit von der zuzumessen­ den Kraftstoffmenge, die sich im wesentlichen aus der Last und anderen Motorparametern ergibt, gesteuert. Korrekturen sind entsprechend der Spritzverstellung notwendig. Weiterhin empfängt die Steuereinrichtung Signale für die Drehzahl bzw. für die Lage eines Bezugspunktes, der eine bestimmte Drehwinkelstellung des Verteilers 2 kennzeichnet.

Bei Fig. 4 sind statt einer Versorgungsbohrung 22 im Verteiler 2′ zwei in parallelen Radialebenen lie­ gende Versorgungsbohrungen 25 und 26 vorgesehen. Die Kraftstoffversorgungsleitungsleitung 16 spaltet sich ferner auf in eine Teilleitung 16a und eine Teil­ leitung 16b, die in der durch die Versorgungsbohrun­ gen 25 und 26 gekennzeichneten Radialebene in die Zy­ linderbohrung 9 des Pumpengehäuses 1 münden. Jeder der Teilleitungen 16a und 16b ist ein Magnetventil 20a und 20b zugeordnet, die von einem Steuergerät 27 im Wechsel angesteuert werden. Beide Versorgungsboh­ rungen 25 und 26 münden wie bei der Einspritzpumpe nach Fig. 1 in den Förderkanal 5, sind jedoch um 90° gegeneinander versetzt. Die Fig. 5 und 6 zeigen jeweils einen Schnitt in der durch die Versorgungs­ bohrungen 25 und 26 gekennzeichneten Radialebene durch die Kraftstoffeinspritzpumpe in der gezeigten Stellung.

Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, eine höhere Einspritzzahl pro Umdrehung des Verteilers durchzu­ führen. Es wird dabei gewährleistet, daß die Magnet­ ventile genügend lange vor dem Öffnen der Versor­ gungsbohrungen 25 bzw. 26 geöffnet sein können bzw. im anderen Fall genügend lang nach dem Schließen der Versorgungsbohrungen 25 oder 26 geschlossen werden können, um große Spritzverstellzeiten zu er­ möglichen. Mit nur zwei Einmündungsstellen der Kraft­ stoffversorgungsleitung in die Zylinderbohrung 9 können auf diese Weise vier Einspritztakte pro Um­ drehung des Verteilers durchgeführt werden.

Der wesentliche Vorteil der beschriebenen Methode der Kraftstoffzumessung besteht darin, daß die Beein­ flussung der Kraftstoffzumeßmenge durch die endlichen Schaltzeiten eines Magnetventils, die vom Betrag her gleich sind, aber mit steigender Drehzahl einen pro­ portional zunehmenden Fehler bewirken würden, ver­ ringert wird. Der Schaltzeitfehler geht nunmehr nur mit einer Flanke des Schaltens des Magnetventils in das Zumeßergebnis ein. Als Ventil werden möglichst schnell schaltende Ventile verwendet, die elektrisch gesteuert werden können und z. B. als Magnetventile ausgebildet sein können. Möglich sind natürlich auch andere Ventile, durch die auf ein elektrisches Signal hin ein Schließen oder Öffnen der Versorgungsleitung erfolgt (Piezo-Ventile).

Claims (4)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem von einem Pumpen­ kolben (10) in einem Zylinder (4) eingeschlossenen Pumpenarbeits­ raum (11), der beim Druckhub des Pumpenkolbens (10) über eine Förderleitung (7, 8) mit einer Kraftstoffeinspritz­ stelle verbindbar ist und während des Saughubs des Pumpen­ kolbens (10) mit einer von einer synchron zur Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe geführten Steueröffnung (23) gesteuerten Kraftstoffversorgungsleitung (16) verbindbar ist, in der ein elektrisch gesteuertes Ventil (20) vorgese­ hen ist, das von einem Steuergerät (21) gesteuert wird und das je nach zu dosierender Kraftstoffmenge in Takten der Saughübe über eine vom Steuergerät bestimmte variable Öffnungsdauer geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungskante der Steueröffnung als Steuerkante dient und das von dem Steuergerät (21) gesteuerte Ventil (20) so gesteuert wird, daß nur das Ende oder nur der An­ fang der Öffnungsdauer des Ventils innerhalb der durch die Steueöffnung (23) bestimmten Öffnungsphase der Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum (11) und Kraftstoffversorgungs­ leitung (16) liegt, und die Dauer des Zufließens von Kraft­ stoff während des Saughubes des Pumpenkolbens zum einen durch das drehzahlsynchrone Öffnen oder Schließen der Ver­ sorgungsleitung (16) durch die Steuerkante der Steueröffnung (23) und zum anderen durch das Schließen oder Öffnen des Ventils (20) zu variablen Zeiten bestimmt wird.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffdruck der Kraftstoffversorgungsquelle von der die Kraftstoffversorgungsleitung (16) abführt, mittels eines Druck­ reglers (19) konstant einstellbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpen­ arbeitsraum zum Füllen über mehrere gegeneinander versetzte Steuerstellen mit je einer von einem elek­ trisch steuerbaren Ventil (16a, 16b) gesteuerten Kraftstoffversorgungsbohrung (25, 26) verbindbar ist.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch steuerbaren Ven­ tile (16a, 16b) im Wechsel der Zumessung von Kraft­ stoff über die Versorgungsbohrungen (25, 26) dienen.