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Einspritzsystem an einer Brennkraftmaschine
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Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem an einer Brennkraftmaschine,
bei der ein Einspritzventil über eine Zuleitung an eine Brennstoffversorgungseinrichtung
angeschlossen , von dieser mit Brennstoff versorgbar ist und außerdem Mittel vorgesehen
sind, die in Abhängigkeit von sich ändernden Maschinenbetriebsfaktoren eine zeit-
und megenmäßige Beeinflussung der Einspritzvorgänge ermöglichen.
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Bei einem aus "Schiff und Hafen/Komandobrücke, Heft 3/ 1981, 33. Jahrgang,
Seite 40" bekannten Einspritzsystem ist eine Einspritzpumpe mit einem Pumpenkolben
vorgesehen, der zur Steuerung des Einspritzbeginnes und des Einspritzendes schräg
und gerade verlaufende Steuerkanten aufweist, von denen jede einem bestimmten Lastbereich
zugeordnet und zur Optimierung des Brennstoffverbrauches im jeweiligen Lastbereich
ausgelegt ist. Mit derartigen Steuerkanten ist es durch Verdrehung des Pumpenkolbens
möglich, sowohl den Einspritzbeginn als auch das Einspritzende früher oder später
zu legen sowie die einzuspritzende Brennstoffmenge zu variieren.
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Diese möglichen Änderungen von Einspritzbeginn, Ein-
spritzende
und einzuspritzender Brennstoffmenge sind jedoch bedingt durch die starre Zuordnung
der Steuerkanten untereinander nur in bestimmter unveränderbarer Zuordnung zueinander
varialbel, d.h. einem bestimmten Einspritzbeginn ist bezogen auf Grad Kurbelwinkel
ein bestimmtes Einspritzende und damit auch eine bestimmte Einspritzmenge zugeordnet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Einspritzsystem zu schaffen, das
gegenüber dem vorstehend diskutierten eine noch weitgehendere Optimierung des Brennstoffverbrauches
nicht nur im Teillastbereich, sondern in allen Lastbereichen der Brennkraftmaschine
ermöglicht.
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Diese Aufgabe ist bei einem Einspritzsystem der eingangs genannten
Art durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Einspritzsystemes ist
es möglich, sowohl den Einspritzbeginn als auch das Einspritzende und die einzuspritzende
Brennstoffmenge jeweils unabhängig voneinander einzustellen. Diese äußerst variable
Einstellmöglichkeit gewährleistet dann, daß der Brennstoffverbrauch in jedem Lastbereich
der Brennkraftmaschine optimiert werden kann.
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Nachstehend sind weitere Vorteile der Erfindung sowie Einzelheiten
derselben anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher
erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Figur 1: Ein Ausführungsbeispiel eines Einspritzsystemes
nach der Erfindung, teilweise schema-
tisiert dargestellt.
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Figur 2: Ein Druck/Zeit-Diagramm, das die einspritzpumpenseitig mögliche
Variation des Einspritzbeginnes auf zeigt.
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Figur 3: Ein Druck/Zeit-Diagramm, das die steuerorganseitige Einflußnahme
auf das Ende eines Einspritzvorganges und die dabei einzuspritzende Brennstoffmenge
aufzeigt.
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In Figur 1 ist ein an einer Brennkraftmaschine einem Zylinder derselben
zugeordnetes Einspritzsystem dargestellt. Dieses weist eine insgesamt mit 1 bezeichnete
Einspritzpumpe auf, die zur Versorgung eines über eine Druckleitung 2 angeschlossenen
Einspritzventiles 3 mit Brennstoff, insbesondere Schweröl hohen Druckes in der Größenordnung
mehrerer hundert bar, beispielsweise tausend bis dreizehnhundert bar, dient. Mit
4 ist ein Pumpengehäuse bezeichnet, in das ein Pumpenzylinder 5 eingesetzt ist.
An letzterem schließt sich oben ein zweiteiliger Ventilträger 6 für ein Druckventil
7 an, das in eine Pumpenauslaßbohrung 8 eingeschaltet ist.
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Der Ventilträger 6 ist in nicht dargestellter Weise mittels Schrauben
am Pumpengehäuse 4 befestigt, wodurch auch der Pumpenzylinder 5 in diesem festgelegt
ist. Die Einspritzpumpe 1 weist desweiteren einen durch einen teilweise dargestellten
Brennstoffnocken 9 gesteuerten und im Pumpenzylinder 5 hin- und hergehend arbeitenden
Pumpenkolben 10 auf. Letzterer ist verdrehbar und besitzt an seiner Stirnseite eine
den Beginn jedes Einspritzvorganges festlegende schräge Steuerkante 11. Mit dieser
Steuerkante 11 ist beim Betrieb der Einspritzpumpe 1 ein Zulaufkanal 12 auf- und
zusteuerbar,
der die Verbindung zwischen einem Pumpendruckraum 13 und einem Brennstoffvorlageraum
14 herstellt. Letzterer ist über eine Speiseleitung 15 an eine Brennstoffversorgungseinrichtung
angeschlossen, die im einfachsten Fall aus einem Brennstoffreservoir 16 besteht1
aber auch noch eine Förderpumpe 17 umfassen kann, die Brennstoff aus dem Rerservoir
16 fördert und über die Speiseleitung 15 dem Brennstoffvorlageraum 14 der Einspritzpumpe
1 zuführt. Der Pumpenkolben 10 ist mittels eines Druckbolzens 18 an einem Halter
19 für eine Druckfeder 20 befestigt.
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Letztere ist zwischen einem radial vorspringenden Flansch 21 des topfförmig
ausgebildeten Halters 19 und einer axial hiervon beabstandeten, im Pumpengehäuse
4 ausgebildeten Anlagefläche 22 eingespannt.
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Dem Druckbolzen 18 obliegt neben seiner Funktion als Verbindungselelment
zwischen Halter 19 und Pumpenkolben 10 auch noch jene Aufgabe, nämlich die Verbindung
zu einem Stößel 23 herzustellen, der im Pumpengehäuse 4, dort in einer entsprechend
ausgebildeten Bohrung 24 geführt ist sowie über eine an ihm gelagerte Rolle 25 den
Brennstoffnocken 9 abtastet. Dem Pumpenkolben 10 ist zur Ermöglichung seiner Verdrehung
eine Vorrichtung zugeordnet, die-wie beispielsweise aus Figur 1 ersichtlich - aus
einer am Pumpenkolben 10 angeformten Verzahnung 26 bestehen kann, in die eine Steuerstange
27 mit ihrer Verzahnung eingreift, welche Steuerstange 27 wiederum, wie in Figur
1 schematisch dargestellt, an einen Regel- und Steuermechanismus 28 angekoppelt
ist.
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Der Pumpenkolben 10 weist außer der Verzahnung 26 und der Steuerkante
11 noch einen von letzterer abzuzweigenden Entlastungskanal auf, bestehend aus einer
Längsnut 29 und einer von der Steuerkante 11 etwas
axial beabstandeten,
radial umlaufenden Nut 30. Eine Druckentlastung des Pumpendruckraumes 13 setzt ein,
sobald die Nut 30 beim Förderhub des Pumpenkolbens 10 in Durchlaßverbindung mit
dem Zulaufkanal 12 kommt.
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Mit einer derartigen wie vorstehend beschriebenen Einspritzpumpe 1
ist das daran angeschlossene Einspritzventil 3 für jeden Einspritzvorgang mit Brennstoff
versorgbar, wobei durch die Steuerkante 11 am Pumpenkolben 10 der Einspritzbeginn
festgelegt'ist, der durch Verdrehung des Pumpenkolbens früher oder später legbar
ist Außerdem wird mit dieser Einspritzpumpe 1 bei einem gegebenen Einspritzbeginn
Brennstoff mit einem bestimmten Druckverlauf bereitgestellt. Diese mit der Einspritzpumpe
1 erzielbaren Verhältnisse sind aus dem Druck/Zeit-Diagramm gemäß Figur 2 ersichtlich.
Der Punkt A markiert dabei den frühest möglichen Einspritzbeginn, während der Punkt
B den spätest möglichen Einspritzbeginn markiert. Die in Figur 2 eingetragene und
mit 31 angezogene Linie zeigt den Druckverlauf bei eim Fördervorgang der Einspritzpumpe
1 auf. Mit 32 ist auf der Druckverlaufskennlinie 31 jener Zeitpunkt und Druckpegelbezeichnet,
an dem das Einspritzventil 3 öffnet und ein Einspritzvorgang abläuft, Nach einem
Merkmal der Erfindung ist nun an die zwischen Einspritzpumpe 1 und Einspritzventil
3 verlaufende Zuleitung 2 eine Steuerleitung 33 angeschlossen, in die ein Steuerorgan
34 eingeschaltet ist, welches einen Steuerkolben 35 aufweist, der auf die einspritzpumpenseitigen
Fördervorgänge synchronisiert ist und je nach Axialstellung die Steuerleitung 33
absperrt
oder freigibt, der außerdem verdrehbar ist und eine schräge
Steuerkante 36 aufweist, mit der je nach Verdrehstellung des Steuerkolbens 35 eine
Früher-oder Späterlegung des Endes jedes Einspritzvorganges und/oder eine Änderung
der einzuspritzenden Brennstoffmenge ermöglicht wird.
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Die Steuerleitung 33 ist zum Brennstoffreservoir 16 rückgeführt. Sie
weist außerdem vornehmlich zumindest im Bereich vor dem Steuerorgan 34 einen wesentlich
kleineren Querschnitt auf als die zum Einspritzventil 3 führende Zuleitung 2 ; unter
wesentlich kleiner ist hierunter etwa ein viertel bis ein zehntel zu verstehen.
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Das Steuerorgan 34 ist in vorteilhafter Weise durch eine umfunktionierte
und geringfügig baulich veränderte Einspritzpumpe gebildet, umfunktioniert dahingehend,
daß eine gezielte Einflußnahme auf den zum Einspritzventil geförderten Brennstoff
möglich ist.
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Die das Steuerorgan 34 bildende Einspritzpumpe ist bei der erfindungsgemäßen
Anwendung erheblich kleiner ausgebildet als die Einspritzpumpe 1, welche den erforderlichen
Brennstoffdruck bspw. in der Größenordnung von tausend und mehr bar zu erzeugen
hat. Der Druckraum der das Steuerorgan 34 bildenden Einspritzpumpe ist in diesem
Verwendungsfall umfunktioniert in ein einen Druckentlastungsraum 37, die Saugbohrung
ist umfunktioniert in eine Entlastungsbohrung 38, während der Saugraum umfunktioniert
ist in einen Druckentspannungsraum 39. Von letzterem wiederum zweigt der zum Brennstoffreservoir
16 führende Teil der Steuerleitung 33 ab.
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Im einzelnen weist die das Steuerorgan 34 bildende Einspritzpumpe
ein Pumpengehäuse 40 auf, in das ein Pumpenzylinder 41 eingesetzt ist. Letzterer
ist durch ein sich oben an ihm anschließendes, am Pumpengehäuse 41 befestigtes Anschlußstück
42 in Einbaulage gehalten. An das Anschlußstück 42 ist der vor dem Steuerorgan 34
liegende Teil der Steuerleitung 33 angeschlossen, die innerhalb des Anschlußstückes
42 durch eine Bohrung 43 weitergeführt ist, welche in den Druckentlastungsraum 37
ausmündet. Der im Pumpenzylinder 41 hin- und hergehend arbeitende Steuerkolben 35
trägt axiål^versetzt zu seiner Stirnfläche 44 die schräg zur Kolbenachse verlaufende
Steuerkante 36, welche das Ende eines Einspritzvorganges festlegt Die schräge Steuerkante
36 ist dabei durch die obere Seitenwand einer am Steuerkolben 35 radial umlaufenden
Nut 57 realisiert, die mit dem Druckentlastungsraum 37 über eine Längsnut 58 in
Verbindung steht.
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Der Steuerkolben 35 ist mittels eines Druckbolzens 45 an einem Halter
46 für eine Druckfeder 47 befestigt.
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Letztere ist zwischen einem radial vorspringenden Flansch 48 des topfförmig
ausgebildeten Halters 46 und einer axial hierzu beabstandeten, im Pumpengehäuse
40 ausgebildeten Anlagefläche 49 eingespannt. Dem Druckbolzen 45 obliegt neben der
Funktion,die Verbindung zwischen Halter 46 und Steuerkolben 35 herzustellen, auch
noch jene Aufgabe, nämlich die Verbindung zu einem Stößel 50 herzustellen, der im
Pumpengehäuse 40 und dort in einer entsprechend ausgebildeten Bohrung 51 geführt
ist. Am Stößel 50 ist eine Rolle 52 drehbar gelagert, mit der ein Steuernocken 53
abgetastet wird, der auf einer von der Kurbelwelle der Maschine aus angetriebenen
Welle sitzt und eine auf
die Fördervorgänge der Einspritzpumpe
1 synchronisierte Betätigung des Steuerkolbens 35 ermöglicht. Der Steuerkolben 35
könnte jedoch auch in anderer Weise, nicht mit einem Steuernocken, z.B. hydraulisch
betätigt werden. Darüber hinaus ist dem Steuerkolben 35 eine Verdreheinrichtung
zugeordnet, bestehend beispielsweise aus einer in den Steuerkolben 35 eingearbeiteten
Verzahnung 54, in die eine im Pumpengehäuse 40 axial verschiebbar gelagerte Steuerstange
55 mit ihrer Verzahnung eingreift, Diese Steuerstange 55 ist an einen in der Zeichnung
nur schematisch dargestellten Steuer-und Regelmechanismus 56 angekoppelt.
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Die Bewegungen des Pumpenkolbens 10 der Einspritzpumpe 1 und des Steuerkolbens
35 des Steuerorganes 34 sind derart aufeinander synchronisiert, daß zu jenem Zeitpunkt,
an dem der Zulaufkanal 12 der Einspritzpumpe 1 durch die Steuerkante 11 zugesteuert
wird, gleichzeitig oder geringfügig früher auch die Entlastungsbohrung 38 im Steuerorgan
34 durch die Stirnfläche 44 am Steuerkolben 35 zugesteuert wird. Hierdurch ist sichergestellt,
daß die Förderleitung 2 zu Beginn eines Fördervorganges durch die Einspritzpumpe
1 "dicht" ist und ein Einspritzvorgang hinsichtlich Beginn und Druckverlauf ungestört
ablaufen kann, Dieser Zustand bleibt solange erhalten, wie die Druckentlastungsbohrung
38 im Steuer organ 34 durch die zwischen Stirnfläche 44 und Steuerkante 36 gelegene
Steuerkolbenmantelfläche abgedeckt bleibt. Erst nach weiterer Aufwärtsbewegung des
Steuerkolbens 35, wenn die Entlastungsbohrung 38 wieder aufgesteuert und damit auch
die Steuerleitung 33 wieder offen ist, wird in den Förder- und Einspritzvorgang
eingegriffen. Dabei sinkt der Druck in der Zuleitung 2 zum Einspritzventil 3 schlagartig
ab, so
daß letzteres schließt und ein Einspritzvorgang beendet
ist.
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Mit der Steuerkante 36 ist somit das Ende der Einspritzvorgänge gesteuert.
Durch die Ausbildung derselben schräg zur Kolbenachse und die Verdrehbarkeit des
Steuerkolbens ist es möglich, das Ende jedes Einspritzvorganges zu variieren, dahingehend,
daß dieses früher oder später gelegt wird.
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Durch die Verdrehmöglichkeit der Steuerkante 36 im Steuerorgan 34
und auch der Steuerkante 11 in der Einspritzpumpe 1 ist es aber auch möglich, die
einzuspritzende Brennstoffmenge zu ändern.
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Die gesamten Variationsmöglichkeiten sind gut aus Fig. 3 ersichtlich.
Dieses Druck/Zeit-Diagramm gibt einerseits die gleichen Verhältnisse wie Fig. 2
wieder; andererseits sind hieraus zusätzlich jene Wirkungen ersichtlich, die durch
die Einflußnahme des Steuerorganes 34 auf die Einspritzvorgänge gegeben sind.
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Im Diagramm gemäß Figur 3 markiert der Punkt C das frühest mögliche,
mit der Steuerkante 36 des Steuerorganes 34 steuerbare Ende eines Einspritzvorganges,
während der Punkt D das spätest mögliche, durch die Steuerkante 36 steuerbare Ende
eines Einspritzvorganges markiert. Aus den unterschiedlichen Größen der schraffierten
Flächen E und F ist ersichtlich, wie durch die Verstellmöglichkeiten der Steuerkante
11 der Einspritzpumpe 1 und der Steuerkante 36 des Steuerorganes 34 auch eine Vergrößerung
oder Verkleinerung der pro Einspritzvorgang einzuspritzenden Brennstoffmenge möglich
ist.
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Durch diese große und in weiten Grenzen mögliche Variierung des Beginnes
sowie des Endes der Einspritzvorgänge und der einzuspritzenden Brennstoffmengen
ist es möglich, in Verbindung mit einer feinfühligen Einstellung der Steuerkantenlage
eine Optimierung des Brennstoffverbrauches in allen Lastbereiöhen der Brennkraftmaschine
zu erzielen.