DE3215047C2 - Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ein Einspritzsystem an einer Brennkraftmaschine soll derart ausgebildet sein, daß eine Optimierung des Brennstoffverbrauches in allen Lastbereichen der Brennkraftmaschine möglich ist. Hierzu ist eine Einspritzpumpe mit einem nockengesteuerten Pumpenkolben vorgesehen, der an seiner den Pumpendruckraum begrenzenden Stirnseite eine schräge, den Einspritzbeginn festlegende Steuerkante aufweist, sowie zur Änderung des Einspritzbeginnes verdrehbar ist. Die Einspritzpumpe ist mit einem Einspritzventil über eine Zuleitung verbunden, an die eine Steuerleitung angeschlossen ist. In die Steuerleitung ist ein Steuerorgan mit einem Steuerkolben eingeschaltet, der auf die Fördervorgänge der Einspritzpumpe synchronisiert betätigbar ist und je nach Axialstellung die Entlastungsleitung absperrt oder freigibt. Der Steuerkolben des Steuerorganes ist außerdem verdrehbar und weist eine schräge Steuerkante auf, mit der je nach Verdrehstellung des Steuerkolbens eine Früher- oder Späterlegung des Endes eines Einspritzvorganges und/oder eine Änderung der einzuspritzenden Brennstoffmenge ermöglicht wird.

Description

2. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Steuerleitung (33) zumindest in dem vor dem Steuerorgan (34) liegenden Bereich etwa ein so Viertel bis ein Zehntel des Strömungsquerschnittes der Druckleitung (2) zum Einspritzventil (3) beträgt.

3. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied für den Steuerkolben (35) der das Steuerorgan (34) bildenden umfunktionierten Einspritzpumpe ein Steuernocken (53) ist.

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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Ein solches Brennstoffeinspritzsystem ist aus der DE-PS 6 13 373 bekannt, bei der sowohl eine den Einspritzbeginn festlegende Steuerkante als auch eine das EinsDritzende bestimmende Steuerkante zur Veränderung von Einspritzbeginn, Einspritzende und einzuspritzender Brennstoffmenge gegeneinander oder miteinander verdrehbar sind. Diese bekannte Pampe wäre jedoch zur Förderung von Schweröl mit extrem hohen Drücken in der Größenordnung von 1000 und mehr bar aufgrund ihrer konstruktiven Gegebenheiten nicht verwendbar. Letzteres deshalb, weil der Pumpenkolben eine Längsbohrung aufweist, in welcher Bohrung der maximale Einspritzdruck von innen nach außen wirksam wird und dadurch ein Aufweiten des Pumpenkolbens kaum vermeidbar ist, was in jedem Falle einen hohen Verschleiß hervorrufen würde, oder schlimmstenfalls zu einem Fressen des Pumpenkolbens im Zylinder führen kann. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einspritzpumpe ist darin zu sehen, daß die die untere, das Einspritzende bestimmende Steuerkante tragende Steuerhülse -während des Pumpenbetriebes nur äußerst schwe/ verdrehbar wäre, weil an ihr der durch die von der Längsbohrung im Pumpenkolben abzweigende Querbohrung von radial innen nach außen wirksame hohe Druck ansteht, der aufgrund seiner einseitigen Wirkung ein Verkanten der Steuerhülse sowie ein einseitiges Anpressen derselben an die sie umgebende Pumpengehäusewand hervorruft. Außerdem wäre auch eine Aufweitung dieser Steuerhülse aufgrund der ständig auf sie einwirkenden extrem hohen Drücke nicht vermeidbar, was wiederum zu einer überhöhten Leckage und zu Druckverlusten führen würde. Diese erhöhten Leckagen könnten außerdem auch dazu führen, daß ein Aufbau der erforderlich hohen Einspritzdrücke in der Einspritzpumpe zumindest behindert wird, was wiederum die Folge hätte, daß die erforderlichen Druckmaxima nicht zum gewünschten, sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt erreichbar wären. Im übrigen steht es außer Zweifel, daß die vielen, bei dieser bekannten Einspritzpumpe gegeneinander verdrehbaren Steuer- und Verstellhülsen relativ schwierig zu fertigen und aneinander anzupassen sind, denn es sind eine sehr exakte Koaxialität derselben untereinander sowie sehr enge Passungstoleranzen erforderlich, um einen Aufbau extrem hoher Drücke überhaupt ermöglichen zu können. Darüber hinaus würde eine solche Einspritzpumpenkonstruktion im Falle ihrer Verwendung zur Förderung von Brennstoff mit extrem hohen Drücken — 1000 und mehr bar — Verstelleinrichtungen erfordern, die extrem große Stellkräfte aufzubringen hätten, um die Steuerkantenverstellung über die Hülsen und die daran angreifenden Steuerstangen bewerkstelligen zu können.

Bei einem aus der DE-Zeitschrift »Schiff und Hafen/Kommandobrücke, Heft 3/1981, 33. Jahrgang, Seite 40« bekannten Brennstoffeinspritzsystem 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. Diese möglichen Änderungen von Einspritzbeginn, Einspritzende und einzuspritzender Brennstoffmenge sind jedoch, bedingt durch die starre Zuordnung der Steuerkanten untereinander, nur in bestimmter, unveränderbarer Zuordnung zueinander variabel, d. h. einem bestimmten Einspritzbeginn ist,

bezogen auf Grad Kurbelwinkel, ein bestimmtes Einspritzende und damit auch eine bestimmte Einspritzmenge zugeordnet.

Der Vollständigkeit halber sei auch iioch erwähnt, daß es beispielsweise aus der DE-PS 6 63 908, DE-AS 12 44 469 und US-PS 38 15 564 bekannt ist, den Einspritzbeginn durch Verdrehung des den Pumpenkolben betätigenden Steuernockens verstellen zu können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffeinspritzsystem zu schaffen, das eine Optimierung des Brenn-Stoffverbrauches in allen Lastbereichen und eine sichere Beherrschung extrem hoher Einspritzdrücke mit weniger aufwendigen Mitteln als bisher ermöglicht

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmalen gelöst

Mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystem ist es möglich, sowohl den Einspritzbeginn als auch das Einspritzende und damit die eLizuspritzende Brennstoffmenge jeweils unabhängig voneinander einzustellen. In vorteilhafter Weise sind dabei die Steuerorgane für die Verstellung des Einspritzbeginnes und des Einspritzendes nicht in einer Baugruppe wie bisher, sondern in getrennten, unabhängig voneinander steuerbaren Baugruppen realisiert. Hierdurch ist eine sichere Beherrschung der extrem hohen Einspritzdrükke gewährleistet, die insbesondere bei mit Schweröl betriebenen Brennkraftmaschinen erforderlich sind; außerdem ist infolge der nunmehr möglichen, äußerst variablen Einstellmöglichkeit eine echte Optimierung des Brennstoffverbrauches in allen Lastbereichen der Brennkraftmaschine erzielbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein solches Ausführungsbeispiel, teilweise schematisiert,

Fig.2 ein Druck/Zeit-Diagramm, das die einspritzpumpenseitig mögliche Variation des Einspritzbeginnes aufzeigt,

Fig.3 ein Druck/Zeit-Diagramm, das die steuerorganseitige Einflußnahme auf das Ende eines Einspritz-Vorganges und die dabei einzuspritzende Brennstoffmenge aufzeigt.

In F i g. 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. Der Ventilträger 6 ist in nicht dargestellter Weise mittels &o Schrauben am Pumpengehäuse 4 befestigt, wodurch auch der Pumpenzylinder 5 in diesem festgelegt ist. Die Einspritzpumpe 1 weist des weiteren einen durch einen teilweise dargestellten Brennstoffnocken 9 gesteuerten und im Pumpenzylinder 5 hin- und hergehend b5 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 Brennstoffbehälter 16 besteht, aber auch noch eine Förderpumpe 17 umfassen kann, die Brennstoff aus dem Behälter 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 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. Dem Druckbolzen 18 obliegt neben seiner Funktion als Verbindungselement 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 F i g. 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 F i g. 1 schematisch dargestellt, an einen Regel- und Steuermechanismus 28 angekoppelt ist.

Der Pumpenkolben 10 weist außer der Verzahnung 26 und der Steuerkante 11 noch einen von letzterer abgezweigten 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.

Mit einer derartigen wie vorstehend beschriebenen Einspritzpumpe 1 ist das daran angeschlossene Einspritzventil 3 für jeden Einspritzvorgang mit Brennstoff versorgbar, wobei durch die Steuerkante H 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 F i g. 2 ersichtlich. Der Punkt A markiert dabei den frühest möglichen Einspritzbeginn, während der Punkt B den spätest möglichen Einspritzbeginn markiert. Die in F i g. 2 eingetragene und mit 31 angezogene Linie zeigt den Druckverlauf bei einem Fördervorgang der Einspritzpumpe 1 auf. Mit 32 ist auf der Druckverlaufskennlinie 31 jener Zeitpunkt und Druckpegel bezeichnet, an dem das Einspritzventil 3 öffnet und ein Einspritzvorgang abläuft.

An die zwischen Einspritzpumpe 1 und Einspritzventil ^ verlaufende Druckleitung 2 ist 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 und der außerdem verdrehbar ist

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und eine schräge Steuerkante 36 aufweist, mit der je nach Verdrehstellung des Steuerkolbens 35 eine Früheroder Späterlegung des Endes jedes Einspritzvorganges und/oder eine Änderung der einzuspritzenden Brennstoffmenge ermöglicht wird.

Die Steuerleitung 33 ist zum Brennstoffbehälter 16 rückgeführt. Sie weist außerdem vornehmlich zumindest im Bereich vor dem Steuerorgan 34 einen wesentlich kleineren Querschnitt auf als die zum Einspritzventil 3 führende Druckleitung 1; unter wesentlich kleiner ist hierunter etwa ein Viertel bis ein Zehntel zu verstehen.

Das Steuerorgan 34 ist durch eine umfunktionierte und geringfügig baulich veränderte Einspritzpumpe gebildet, umfunktioniert dahingehend, daß eine gezielte Einflußnahme auf den zum Einspritzventil geförderten Brennstoff möglich ist.

Die das Steuerorgan 14 bildende Einspritzpumpe ist erheblich kleiner ausgebildet als die Einspritzpumpe 1, welche den erforderlichen Brennstoffdruck beispielsweise in der Größenordnung von tausend und mehr bar zu erzeugen hat. Der Druckraum der das Steuerorgan 34 bildenden Einspritzpumpe ist umfunktioniert in 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 Brennstoffbehälter 16 führende Teil der Steuerleitung 33 ab.

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 40 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 axial 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.

Der Steuerkolben 35 ist mittels eines Druckbolzens 45 an einem Halter 46 für eine Druckfeder 47 befestigt. 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 Steuernokken 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.

Die Bewegungen des Pumpenkolbens 10 der Einspritzpumpe 1 und des Steuerkolbens 35 des Steuerorganes 14 sind derart aufeinander synchronisiert, daß zu jedem 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 Druckleitung 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 Steuerorgan 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 Druckleitung 2 zum Einspritzventil 3 schlagartig ab, so daß letzteres schließt und ein Einspritzvorgang beendet ist.

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.

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.

Die gesamten Variationsmöglichkeiten sind gut aus F i g. 3 ersichtlich. Dieses Druck/Zeit-Diagramm gibt einerseits die gleichen Verhältnisse wie F i g. 2 wieder; andererseits sind hieraus zusätzlich jene Wirkungen ersichtlich, die durch die Einflußnahme des Steuerorganes 34 auf die Einspritzvorgänge gegeben sind.

Im Diagramm gemäß F i g. 3 markiert der Punkt Cdas 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

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 Lastbereichen der Brennkraftmaschine zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, in dem jeweils ein Einspritzventil über eine Druckleitung an eine Einspritzpumpe angeschlossen ist, die einen nockengesteuerten Pumpenkolben aufweist, der eine schräge, den Einspritzbeginn festlegende Steuerkante besitzt sowie zur-Änderung des Einspritzbeginns verdrehbar ist, und in dem ein vom Pumpenkolben getrenntes Steuerorgan vorgesehen ist, das eine Änderung des Einspritzendes unabhängig vom Einspritzbeginn ermöglicht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

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— An die zwischen Einspritzpumpe (1) und Einspritzventil (3) verlaufende Druckleitung (2) ist eine Steuerleitung (33) angeschlossen, die zum Brennstoffbehälter (16) zurückgeführt ist;

— in die Steuerleitung (33) ist als Steuerorgan (34) eine geringfügig baulich veränderte Einspritzpumpe eingeschaltet, die wesentlich kleiner als die den vollen Einspritzdruck von beispielsweise über 1000 bar erbringende Einspritzpumpe (1) und derart umfunktioniert ist, daß

a) deren Druckraum als Druckentlastungsraum (37) dient, in den die Steuerleitung (33) einmündet,

b) deren Saugbohrung als Entlastungsbohrung (38) dient,

c) deren Saugraum als Druckentspannungsraum (39) dient, und

d) deren Pumpenkolben einen Steuerkolben (35) bildet, der auf die Fördervorgänge der den vollen Einspritzdruck liefernden Einspritzpumpe (1) synchronisiert betätigbar ist und je nach Axialstellung die Steuerleitung (33) absperrt oder freigibt und der verdrehbar ist sowie eine schräge Steuerkante (36) aufweist, so daß je nach «0 Verdrehstellung des Steuerkolbens (35) eine Früher- oder Späterlegung des Endes eines Einspritzvorganges und damit eine Änderung der einzuspritzenden Brennstoffmenge ermöglicht wird.