DE3209813C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzzeitpunkt-Ver­ stellvorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Eine derartige Verstellvorrichtung ist aus der JP-OS 56-2 428(A) bekannt.

Ferner ist es aus der DE-AS 23 08 439 sowie aus der DE-OS 28 26 801 bekannt, als Betätigungseinrichtung für Einspritzzeitpunkt-Verstellvorrichtungen hydrau­ lische Betätigungseinrichtungen zu verwenden, wobei speziell gemäß der DE-OS 28 26 801 die Betätigungsein­ richtung Radialkolben aufweist, denen die Hydraulikflüssigkeit aus einer zugehörigen Druckquelle zugeführt wird, bei der es sich üblicherweise um eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Pumpe handelt. Bei der bekannten Konstruktion gemäß DE-OS 28 26 801 ist es nachteilig, daß die radial zur Drehachse der Nabe der Verstellvorrichtung angeordneten Kolben einen erheblichen Platzbedarf haben und außerdem direkt mit Exzenterzapfen versehen sind, so daß bei fehlendem Druckmitteldruck bei einer radialen Auswärtsbewegung der Radialkolben ein Unterdruck in der Druckkammer ent­ steht, welcher der radialen Auswärtsbewegung entgegen­ wirkt.

Ausgehend vom Stande der Technik gemäß der JP-OS 56-2 428(A) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Verstellvorrichtung unter Berücksich­ tigung der bei den bekannten Betätigungseinrichtungen auftretenden Probleme dahingehend zu verbessern, daß bei einfachem und raumsparendem Aufbau eine sichere Funktion auch bei fehlendem Druckmitteldruck der Druck­ mittelpumpe gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einspritz­ zeitpunkt-Verstellvorrichtung gemäß der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Es ist ein besonderer Vorteil der Verstellvorrichtung gemäß der Erfindung, daß der Kolben und die Gleitstücke über Schrägflächen miteinander in Wirkverbindung stehen, so daß eine axiale Bewegung des Kolbens in eine radiale Bewegung der Gleitstücke umgesetzt wird, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, den Kolben als einen Ring­ kolben auszubilden, der die Nabe umgibt, so daß die dem Druckmitteldruck ausgesetzte Fläche des Kolbens deutlich vergrößert werden kann, ohne daß die Abmes­ sungen der Verstellvorrichtung insgesamt vergrößert werden müßten.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemä­ ßen Lösung besteht darin, daß der Kolben und die Gleit­ stücke nur über Druckflächen, nämlich über ihre zusam­ menwirkenden Schrägflächen in Kontakt miteinander stehen, so daß sie im Prinzip unabhängig voneinander verfahrbar sind. Daher können die Gleit­ stücke selbst dann, wenn beim Anlaufen der Brennkraft­ maschine kein ausreichender Druck des Druckmittels er­ reicht werden kann, ohne weiteres aufgrund der an ihnen angreifenden Zentrifugalkräfte radial verstellt werden, so daß in Abhängigkeit von der Maschinendreh­ zahl selbst bei niedrigem Druckmitteldruck ein geeigne­ ter Voreilwinkel erreicht werden kann und damit gewis­ sermaßen eine Notsteuerung in Abhängigkeit von der an den federnd radial nach innen vorgespannten Gleit­ stücken angreifenden Fliehkraft. Insbesondere kann beim Anlaufen einer Brennkraftmaschine aus dem Stand, d. h. noch vor dem Aufbau des normalen Druckmittel­ drucks durch die Druckmittelpumpe, eine Vorverstellung des Einspritzzeitpunktes für den Kraftstoff erfolgen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand von Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevor­ zugte Ausführungsform einer Einspritz­ zeitpunkt-Verstellvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Ver­ stellvorrichtung gemäß Fig. 1 längs der Linie II-II in dieser Figur;

Fig. 3 eine vergrößerte schematische Detaildarstelllung zur Erläute­ rung der Funktion von Exzenter­ anordnungen der Verstellvorrich­ tung gemäß Fig. 1 und 2, wobei die gezeichnete Lage der Exzenter­ scheiben den Verhältnissen bei Stillstand der Brennkraftmaschine entspricht;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm zur Erläu­ terung der Abhängigkeit der Verstel­ lung des Einspritzwinkels R von der Strecke L, um die zwei Gleitstücke der Verstellvorrichtung auseinander­ bewegt werden;

Fig. 5 und 6 vergrößerte Teil-Längsschnitte für zwei verschiedene Betriebszustände einer abgewandelten Ausführungsform einer Verstellvorrichtung gemäß der Erfindung.

Im einzelnen zeigen Fig. 1 und 2 eine Einspritzzeitpunkt- Verstellvorrichtung mit einem zu einer Drehbewegung antreibbaren topfförmigen Flansch 10, der mittels einer Kupplung 65 drehfest mit der Antriebswelle 60 einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) verbunden ist, derart, daß sich der Flansch 10 synchron zu der Maschine bzw. zu deren Antriebswelle 60 dreht. Auf der offenen Seite des topfförmigen Flansches 10 ist ein Deckel 14 mittels Schrauben 15 befestigt, so daß der Flansch 10 zusammen mit dem Deckel 14 ein Gehäuse der Verstellvorrichtung bildet. Der Deckel 14 sitzt drehbar auf der äußeren Mantelfläche 13 a einer zylindrischen Nabe 13 eines stationären Flansches 12, welcher mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe 50 (und zwar mit deren angetriebener Sei­ te) bzw. mittels Schrauben 11, von denen nur eine ge­ zeigt ist, mit einem stationären Teil der Brennkraftmaschine verbunden ist. Eine drehbare Nabe 16 auf der angetriebenen Seite reicht bis in den drehbaren Flansch 10 und ist mit­ tels einer Hutmutter 18 starr mit einer Nockenwelle 17 der Kraftstoffeinspritzpumpe 50 verbunden.

Der Nabe 16 sind zwei exzentrische Kurvenscheiben­ anordnungen zugeordnet, von denen jede eine große Exzenterscheibe 33 a und eine kleine Exzenterscheibe 33 b aufweist. Zwei Gleitstücke bzw. Schlitten 19 tragen jeweils einen Zapfen 20, und die beiden großen Exzenter­ scheiben 33 a sitzen drehbar auf diesen Zapfen 20. Die Schlitten 19 haben ferner Schrägflächen 19 a, die ständig in Kontakt mit einer zugeordneten schrägen bzw. konusförmigen Stirnfläche 21 a eines ringförmi­ gen Axialkolbens 21 stehen, welcher gleitverschieblich zwischen einem Kragen 16 a der Nabe 16 und der inneren Mantelfläche 13 b der Nabe 13 angeordnet ist. Die kleinen Exzenterscheiben 33 b sind mittels Zapfen 38 drehbar an dem drehbaren Flansch 10 gehaltert. Jeder der Schlitten 19 besitzt vorzugsweise mindestens ei­ ne durchgehende Öffnung 22. Auch der Kolben 21 ist mit mindestens einer durchgehenden Öffnung 23 versehen, um einen glatten Durchfluß eines Schmieröls und eines Arbeitsöls zu fördern. Diese durchgehenden Öffnungen 22 und 23 ermöglichen einerseits, daß Öl glatt durch die Verstellvorrichtung fließt und auf diese Weise den Ver­ schleiß der Bauteile verringert, während sich anderer­ seits der Kolben 21 und die Schlitten 19 reibungsarm gegeneinander verschieben können.

Der Kolben 21 besitzt mindestens eine axiale Bohrung 24, in die ein Zapfen 27 eingesetzt ist, der den gleichen Querschnitt wie die Bohrung 24 besitzt, so daß sich am inneren Ende der Bohrung 24 eine Druck­ kammer 28 ergibt. Der Zapfen 27 ist starr mit dem statio­ nären Flansch 12 verbunden und mit einem axialen Öl­ kanal 26 b versehen, dessen eines Ende mit der Druck­ kammer 28 in Verbindung steht und mit dessen anderem Ende ein Ölkanal 26 a in dem stationären Flansch 12 in Verbindung steht. Der Ölkanal 26 a ist dabei über eine Leitung 51 mit einer Öl fördernden Druckmittelpumpe 25 verbunden, die von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Ölkanäle 26 a und 26 b ermöglichen es, das Arbeitsöl zur Betäti­ gung des Kolbens 21 bequem zuzuführen. Zwischen dem stationären Flansch 12 und dem Kolben 21 ist ein Ölreservoir 29 vorgesehen, welches über einen Ölkanal 30 in dem stationären Flansch 12 und über eine Lei­ tung 53 mit einem externen Öltank 34 verbunden ist, so daß Lecköl in den Tank 34 zurückgeleitet werden kann. Zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Schlitten 19 sind mit diesen verbundene Rückholfedern 32 vorgesehen, die verhindern, daß sich die Schlitten 19 in radialer Richtung auseinanderbewegen, wenn keine entsprechende Kraft wirksam ist.

In die Leitung 51, welche an einer Auslaßöffnung der Pumpe 25 angeschlossen ist, ist ein Druckregelven­ til 37 eingefügt, welches in bekannter Weise als Magnet­ ventil ausgebildet sein kann und dazu dient, den Öl­ druck auf der Ausgangsseite der Pumpe 25 zu regeln. Das Regelventil 37 arbeitet in Abhängigkeit von einem elektrischen Ausgangssignal S ₁ eines Mikroprozessors 31, dem verschiedene Sensorsignale zugeführt werden. Beispielsweise werden dem Mikroprozessor 31 ein Signal T ₁, welches der Abgastemperatur entspricht, ein Signal N, welches der Drehzahl der Brennkraftmaschine ent­ spricht, ein Signal R, welches dem Voreilwinkel für den Einspritzvorgang entspricht, ein Signal T ₂, welches der Umgebungstemperatur entspricht und ein Signal P, welches dem Atmosphärendruck entspricht, als Eingangssignale zugeführt. Andere Einflußgrößen, wie z. B. die Feuchtigkeit, die auf den Verbrennungs­ vorgang der Brennkraftmaschine einen Einfluß ausüben, können ebenfalls mittels bekannter Sen­ soren erfaßt werden, die weitere Eingangssignale an den Mikroprozessor 31 liefern.

Die Bezugszeichen 35 a bis 35 d bezeichnen sämtlich Öldichtungen. Die Ölpumpe 25 kann eine bekannte Zahn­ radpumpe sein.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der exzen­ trischen Kurvenscheibenanordnungen zum Beschleunigen des Beginns der Kraftstoffeinspritzung beim Starten der Brennkraftmaschine. Die Darstellung gemäß Fig. 3 gilt dabei für den Ruhezustand der Maschine. Der Mit­ telpunkt des drehbaren Flansches 10 und damit der Na­ be 16 ist in Fig. 3 als erster Mittelpunkt O ₁ be­ zeichnet. Ferner ist der Mittelpunkt der großen Ex­ zenterscheibe 33 a als zweiter Mittelpunkt O ₂ bezeich­ net. Der dritte Mittelpunkt O ₃ ist der Mittelpunkt der kleinen Exzenterscheibe 33 b, während der vierte Mittelpunkt O ₄ der Mittelpunkt des Zapfens 20 ist. Schließlich ist noch ein vierter Mittelpunkt O ₅, nämlich der Mittelpunkt des Zapfens 38 dargestellt. Bei stillstehender Brennkraftmaschine liegen der zwei­ te und vierte Mittelpunkt O ₂ bzw. O ₄ auf der einen Seite einer Linie a, welche den ersten und den dritten Mittelpunkt O ₁ bzw. O ₃ verbindet, während der fünfte Mittelpunkt O ₅ auf der anderen Seite der Linie a liegt. Der fünfte Mittelpunkt O ₅ liegt außerdem unter einer Linie b, die den zweiten und den dritten Mittelpunkt O ₂ bzw. O ₃ miteinander verbindet, der Mittelpunkt O ₅ liegt also bezüglich der Linie b auf derselben Seite wie der erste Mittelpunkt O ₁. Dabei sind die beiden exzentrischen Kurvenscheibenanordnungen bezüglich des ersten Mittelpunktes O ₁ in Fig. 3 symmetrisch angeordnet. Bei dieser Anordnung liefert der Mikroprozessor 31 ein elek­ trisches Ausgangssignal an das Druckregelventil 37 und betätigt dieses gemäß einem vorgegebenen Programm, und zwar für den Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, in dem der ausgangsseitige Druck der von der Maschine angetriebenen Pumpe 25 zur Steuerung der Kraftstoff­ einspritzung hoch genug ist. Der hydraulische, von der Pumpe 25 erzeugte Druck wird dabei durch das Re­ gelventil 37 auf einem konstanten Wert gehalten. Das unter einem vorgegebenen Druck stehende Öl von der Pumpe 25 wird der Druckkammer 28 über die Leitung 51, den Ölkanal 26 a in dem stationären Flansch 12 und den Ölkanal 26 b in dem Zapfen 27 zugeführt, so daß der Druck in der Druckkammer 28 erhöht wird. Aufgrund des erhöhten Druckes in der Druckkammer 28 wird der Kolben 21 in axialer Richtung - in Fig. 1 nach rechts ver­ schoben, wodurch die Schlitten 19 entgegen der Kraft der Feder 32 durch das Zusammenwirken der Schrägflächen 19 a mit der Stirnfläche 21 a des Axialkolbens 21 radial nach außen bewegt werden. Gleich­ zeitig werden die Schlitten 19 durch die Zapfen 20 von der Nabe 16 gedreht, welche ihrerseits durch die Zapfen 38 von dem drehbaren Flansch 10 gedreht wird, so daß die Schlitten 19 radiale Bewegungen aus­ führen, während sie sich kontinuierlich drehen und an dem Kolben 21 anliegen. Die radial nach außen gerich­ teten Bewegungen der Schlitten 19 führen dazu, daß die großen Exzenterscheiben 33 a, die von den Zapfen 20 ge­ tragen werden, und die kleinen Exzenterscheiben 33 b, die von den Zapfen 38 getragen werden, sich so drehen, daß sich eine vorgegebene relative Winkelverstellung, d. h. eine vorgegebene, durch den Winkel R versinnbildlichte Phasendifferenz zwischen dem drehbaren Flansch 10 auf der antreibenden Seite und der Nabe 16 auf der angetriebenen Seite er­ gibt, und zwar mit dem durch die Rückholfedern 32 be­ wirkten Ausgleich, so daß der Einspritzzeitpunkt gesteuert wird. Im einzelnen beginnt sich bei der Zu­ nahme des hydraulischen Druckes in dem Öl, welches von der Pumpe 25 der Druckkammer 28 zugeführt wird, die große Exzenterscheibe 33 a in Fig. 3, welche mit dem Schlitten 19 über den Zapfen 20 verbunden ist, im Gegenuhrzeigersinn um ihren Mittelpunkt O ₂ zu drehen, während gleichzeitig der Mittelpunkt der kleinen Ex­ zenterscheibe 33 b im Gegenuhrzeigersinn eine Drehung um den Mittelpunkt O ₂ ausführt. In Anbetracht der Tatsache, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten O ₁ und O ₅ konstant ist, bewegt sich der Zapfen 38 somit auf einem Bogen C mit einem dem Abstand zwischen den Punkten O ₁ und O ₂ entsprechenden Radius um den Mittel­ punkt O ₁. Dabei bewegt sich der Zapfen 38 in Richtung des eingezeichneten Pfeils A bis die Mittelpunkte O ₂, O ₃ und O ₅ auf einer Linie miteinander fluchten. An­ schließend bewegt sich der Zapfen 38 in der entgegen­ gesetzten Richtung - Pfeil B - während sich die Schlit­ ten 19 noch weiter radial nach außen bewegen. Der Win­ kel R zwischen den Strecken und , d. h. der Winkel am Punkt O ₁ eines durch die Punkte O ₁, O ₂, O ₅ definierten Dreiecks ändert sich folglich derart, daß er zuerst allmählich zunimmt und dann wieder ab­ nimmt, während sich die Schlitten 19 zunehmend weiter nach außen bewegen, d. h. während der hydraulische Druck des Arbeitsöls, der in der Kammer 28 wirksam wird, an­ steigt. Auf diese Weise kann für den Zeitpunkt der Kraftstoffein­ spritzung eine Vorverstellung erreicht werden, wie dies anhand von Fig. 4 noch näher erläutert wird.

Wie Fig. 4 zeigt, wird die Kraftstoffeinspritzung - Voreilwinkel R, während sich die beiden Schlitten 19 um eine zunehmend größere Strecke L (Fig. 2) aus­ einanderbewegen, zunächst verzögert, bis der Winkel R zu Null geworden ist, und dann beschleunigt. Somit ist es möglich, die Kraftstoff­ einspritzung auf einem dem Voreilwinkel R ₁ (Fig. 4) entsprechenden Wert vorzuverlegen, wenn die Brenn­ kraftmaschine gestartet wird, da zu diesem Zeitpunkt die Pumpe 25 noch nicht arbeitet, so daß auf eine spezielle Druckquelle für das Vorverlegen der Kraft­ stoffeinspritzung beim Start der Brennkraftmaschine verzichtet werden kann.

In Fig. 5 und 6 ist ein gegenüber dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1 und 2 abgewandeltes Ausführungsbei­ spiel gezeigt, bei dem zwischen den Schrägflächen 19 a der Schlitten 19 und der schrägen Stirnfläche 21 a des Axialkolbens 21, Elemente 36 zur Verringerung der Rei­ bungsverluste vorgesehen sind. Die Elemente 36 können als kugel- oder eiförmige oder auch rollenförmige Elemente, also ganz allgemein als Rollkörper ausgebildet sein. Im übrigen ist die Einspritzzeitpunkt- Verstellvorrichtung gemäß Fig. 5 und 6 in derselben Weise ausgebildet wie in Fig. 1 und 2. Durch die Rollkörper wird es möglich, die Axialbewegung des Kolbens 21 besonders sanft und ver­ schleißfrei in die Radialbewegung der Schlitten 19 umzusetzen. In Fig. 5 befinden sich der Kolben 21 und die Schlitten 19 in ihrer Ausgangsstellung, wäh­ rend Fig. 6 einen Betriebszustand zeigt, in dem der Kolben 21 axial nach rechts verschoben ist, während die Schlitten 19 radial nach außen bewegt sind.

Claims (4)

1. Einspritzzeitpunkt-Verstellvorrichtung für die Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine, die eine Druckmittelpumpe antreibt, mit einer mit einer Nockenwelle der Kraftstoffeinspritzpumpe drehfest verbundenen Nabe, mit einem mit einer Welle der Brennkraftmaschine drehfest verbundenen Gehäuse, das die Nabe umgibt, sich an dieser ab­ stützt und relativ zu dieser über Exzenterpaare verdrehbar ist, von denen jedes aus einer großen und einer darin exzentrisch gelagerten kleinen Exzenterscheibe mit je einem den Weg des Kraft­ flusses von der Welle der Brennkraftmaschine zur Nockenwelle vervollständigenden Exzenterzapfen für jede Exzenterscheibe besteht, wobei sich bei stillstehender Brennkraftmaschine der Mittelpunkt der großen Exzenterscheibe und der Mittelpunkt ihres Zapfens auf ein und derselben Seite einer Geraden befinden, die durch den Mittelpunkt der Nabe und den Mittelpunkt der kleinen Exzenter­ scheibe verläuft, während sich der Mittelpunkt des Zapfens der kleinen Exzenterscheibe auf der anderen Seite dieser Geraden befindet, und wobei der Mittelpunkt des Zapfens der kleinen Exzenter­ scheibe und der Mittelpunkt der Nabe auf ein und derselben Seite einer zweiten Geraden liegen, die durch den Mittelpunkt der kleinen und den Mittel­ punkt der großen Exzenterscheibe verläuft, und wo­ bei schließlich die Zapfen der großen Exzenter­ scheiben mit zur gemeinsamen Drehachse von Nocken­ welle und Welle der Brennkraftmaschine federnd vorgespannten Gleitstücken verbunden sind, die abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftma­ schine radial verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Zapfen (20) der großen Exzenter­ scheiben (33 a) verbundenen Gleitstücke (19) je­ weils an ihrem radial inneren Ende mit einer Schrägfläche (19 a) versehen sind und daß ein auf der drehbaren Nabe (16) gleitverschieblicher, von der Druckmittelpumpe (25) beaufschlagbarer Axial­ kolben (21) eine an die Schrägflächen (19 a) der Gleitstücke (19) angeglichene Stirnfläche (21 a) zum Zusammenwirken mit den Schrägflächen (19 a) der Gleitstücke (19) aufweist, derart, daß eine axiale Bewegung des Axialkolbens (21) in die ra­ diale Bewegung der Gleitstücke (19) umsetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine mit der Druckmittelpumpe (25) ver­ bundene Druckkammer (28) innerhalb des Axialkol­ bens (21) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen den Schrägflächen (19 a) der Gleitstücke (19) und der schrägen Stirnfläche (21 a) des Axialkolbens (21) Elemente (36) zur reibungs­ armen Kraftübertragung vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elemente (36) zur Reibungsverminderung Rollkörper sind.