DE3215049C2 - Brennstoffeinspritzsystem an einer 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 Brennstoffversorgungseinrichtung vorgesehen, mit Brennstoffbereitstellungsmitteln, die maschinensynchron gesteuert jeweils für einen Einspritzvorgang, jedoch über einen Zeitraum länger als dessen maximal mögliche Dauer Brennstoff mit über dem Öffnungsdruck des Einspritzventils liegendem Druck in die zu letzterem führende Zuleitung abgeben können. An die Zuleitung ist eine Steuerleitung angeschlossen, in die ein Steuerorgan mit einem verdrehbaren Steuerkolben eingeschaltet ist, der auf einen Brennstoffbereitstellungszeitraum synchronisiert betätigt je nach Axialstellung die Entlastungsleitung absperrt oder freigibt sowie schräg und/oder senkrecht zur Kolbenachse angeordnete Steuerkanten aufweist, mit denen er je nach Verdrehlage entweder den Beginn und/oder das Ende und/oder die Einspritzmenge der Einspritzvorgänge unterschiedlich zu beeinflussen vermag.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rrennstofleinspritzsystem an einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Ein solches Brenn-jtolfeinspritzsystem ist aus der DE-AS 13 01621 bekannt. Dieses Brennstolfeinspritzsystem ist für die Einspritzung von Brennstoff extrem hoher Drücke nicht geeignet. Die konstruktive Ausgestaltung des Einspritzpumpenkolbens läßt eine Förderung mit Drücken In der Größenordnung von 1000 bis 1500 bar niehl zu. Im übrigen umfaßt dieses bekannte Brennstoffeinspritzsystem zwar Mittel zur Änderung des Einspritzbeginns. Mittel'zur Einflußnahme auf das Einspritzende, unabhängig vom Einspritzbeginn, sind dort jedoch nicht vorgesehen.

Aus der DE-PS 6 IJ 373 ist eine Brennstoffelnsprltzpumpe für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der sowohl eine den Einspritzbeginn festlegende Steuerkante als auch eine das Einspritzende bestimmende Steuerkante zur Veränderung von Einspritzbeginn, Einspritzende und einzuspritzender Brennstoffmenge gegeneinander oder miteinander verdrehbar sind. Diese bekannte Einspritzpumpe ist aufgrund ihrer konstruktiven Gegebenheiten jedoch ebenfalls nicht zur Förderung von Schweröl mit extrem hohen Drücken in der Größenordnung von tausend mehr bar verwenbar. Letzteres gilt deshalb, weil der Pumpenkolben eine Längsbohrung aufweist, in der der maximale Einspritzdruck von innen nach außen wirksam

in wird und dadurch ein Aufweiten des Pumpenkolbens zumindest nach einer gewissen Betriebszeit kaum vermeidbar ist, was in jedem Falle einen hohen Veischleiß hervorrufen würde oder schlimmstenfalls zu einem Fressen des Pumpenkolbens im Pumpenzylinder führen

π 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 schwer verdrehbar wäre, weil an ihr der durch die von der Längsbohrung im Pumpenkolben ab/v.eigenrien 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 infolge der ständig auf sie einwirkenden extrem hohen Drücke nicht vermeidbar, was wiederum zu einer überhöhten Leckage und zu Druckverlusten führen würde. Besagte Leckagen könn-

jo ten außerdem auch dazu führen, daß ein Autbau der erforderlich hohen Einspritzdrücke in der Einspritzpumpe zumindest behindert wäre. Letzteres wiederum hätte zur Folge, daß die erforderlichen Druckmaxima nicht zum gewünschten, sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt erreichbar wären. Im übrigen ist generell festzustellen, daß die vielen, bei dieser bekannten Einspritzpumpe gegeneinander verdrehbaren Steuer- und Verstellhüisen relativ schwierig zu fertigen an einander anzupassen sind; denn es sind exakte Koaxialitäten derselben untereinander sowie sehr enge Passungstoleranzen erforderlkn, um ein sicheres Arbeiten der Pumpe über eine längere Standzeit zu ermöglichen. Darüber hinaus würde eine solche Einspritzpumpenkonstruktiun im Falle Ihrer Verwendung zur Förderung von Brennstoff mit extrem hohen Drücken in der Größenordnung von tausend und mehr bar Verstelleinrichtungen erfordern, die extrem große Stellkräfte aufzubringen hätten, um die Steuerkantenversteilung über die Hülsen und die daran angreifenden Steuerstangen bewerkstelligen zu können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Brennstolfeinspritzsystem der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Optimierung des Brennstoffverbrauchrs ir. al.'en Lastbereichen der Brennkraftmaschine möglich und es außerdem billiger als vergleichbare Hochdruckelnspritzsystemc ist, wobei es ein sicheres Arbeiten über lange Standzeiten gewährleisten soll.

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

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem zeichnet sich dadurch aus, daß nur einfache und langlebige Brennstoffbereitstellungsmittel erforderlich sind, deren einziger Zweck darin besteht, für die Einspritzvorgänge Brennstoff hirrelchend hohen Druckes an ein angeschlossenes Einspritzventil zu liefern. Demnach können die Brennstoffbereitstellungsmittel robust sowie konstruktiv relativ einfach ausgebildet sein und deshalb auch mit vergleichsweise geringem Kostenaufwand her-

gestellt werden. Ein weiterer Vorteil des erflndungsgemüßen Einspritzsystems ist darin begründet, daß das Steuerorgan, welches praktisch Beginn und Ende sowie die einzuspritzende Menge eines Einspritzvorganges steuert, durch ein im Verhältnis zu den druckerzeugenden Brennstoflbereitstellungsmitteln vergleichsweise kleines Aggregat realisiert werden kann. Insbesondere dieses Merkmal ermöglicht eine ganz erhebliche Kostenreduzierung gegenüber vergleichbaren Hochdruckeinspritzsystemen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend sind Ausführungsbeisplele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Flg. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoff einspritzsystems nach der Erfindung, teilweise schemauSicrt uä

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Brennstofleinspritzsystems nach der Erfindung, ebenfalls teilweise schematisiert dargestellt,

Fig. 3 ein Drittes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzsystems nach der Erfindung, ebenfalls teilweise schematisiert dargestellt,

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzsystems nach der Erfindung, ebenfalls teilweise schematisiert dargestellt,

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus den Darstellungen der Fig. 1 und 3.

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus den Darstellungen der Fig. zwei und vier,

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Steuerkanten zur Erläuterung der Variabilität von Einspritzbeginn, Einspritzende und einzuspritzender Brennstoffmenge,

Fig. 8 ein Druck/Zeit-Diagramm zur Erläuterung der

Variahilitüt unn Fi ncnrit 7hpoinn Fincnrit7pnrip nnH f»in-

zuspritzender Brennstoffmenge.

In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen angezogen.

In den Fig. 1 bis 4 ist jeweils ein an einer Brennkraftmaschine einem Zylinder derselben zugeordnetes Brennstoffeinspritzsystem dargestellt, bei dem ein Einspritzventil 1 über eine Zuleitung 2 an eine Brennstoffversorgungseinrichtung angeschlossen und von dieser mit Brennstoff versorgbar ist.

Die Brennstoffversorgungseinrichtung umfaßt Brennstoflbereitstellungsmittel, die maschinensynchron gesteuert jeweils für einen Einspritzvorgang, jedoch über einen Zeitraum länger als dessen maximal mögliche Dauer, Brennstott mit wesentlich über dem Öffnungsdruck des Einspritzventil 1 liegendem Druck in die zu letzterem führende Zuleitung 2 abgeben.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. I und

2 ist als Brennstoffbereitstellungsmittel eine Blockpumpe

3 mit einem in ihr hin- und hergehend arbeitenden steuerkantenlosen Pumpenstempel 4 verwendet. Letzterer ist durch einen Fördernocken 5 betätigbar, der an einer, von der nicht dargestellten Kurbelwelle der Maschine aus angetriebenen, ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle angeordnet ist. Der Pumpenstempel 4 arbeitet in einem Pumpenzylinder 6, der in einem Pumpengehäuse 7 eingesetzt ist. An den Pumpenzylinder 6 schließen sich ein Ventilträger 8 für ein in einen Auslaßkanal 9 eingeschaltetes Druckventil 10 sowie ein Druckventühalter !! an. Der Auslaßkanal 9 zweigt vom Pumpendruckraum ab und kommuniziert mit der zum Einspritzventil 1 führenden Zuleitung 2. welch letztere am Druckventilhaller 11 in nicht dargestellter Weise angeschlossen ist. Der Pumpendruckraum 12 ist Innerhalb des Purhpenzyllnders 6 durch dia druckerzeugende vordere Stirnfläche 13 des Pumpenstempels 4 begrenzt. Durch diese Stirnfläche 13 am Pumpcnstcmpcl 4 ist bei dessen Arbeitsbewegung eine Saugbohrung 14 auf- und zusteuerbar, über die Brennstoff von einem den Pumpenzylinder 6 umgebenden Saugraum 15 zum Pumpendruckraum 12 gelangen kann. Der innerhalb des Pumpengehäuses 7 ausgebildete Saugraum 15 Ist über eine Zuleitung 16, in die erforderlichenfalls eine Förderpumpe eingeschaltet sein kann, mil einem nicht dargestellten Brennstoffbehälter verbunden. Der Pumpenstempel 4 ist durch einen Druckbolzen 17 ar einem Halter 18 für eine Druckfeder 19 befestigt. Letz tere ist zwischen einem radial vorspringenden Flansch 2C des topfförmig ausgebildeten Halters 18 und einer axial hiervon beabstandeten, im Pumpengehäuse 7 ausgebildeten Anlagefläche 21 eingespannt. Dem Druckbolzen Yl Qkjigot πηΚοπ seiner Funktion iils Verb!nc!ur!^oss!em'^lP! zwischen Halter 18 und Pumpenstempel 4 auch noch jene Aufgabe, nämlich die Verbindung zu einem Stößel 22 herzustellen, der im Pumpengehäuse und dort in einei entsprechend vorgesehenen Bohrung 23 geführt ist sowie belastet durch die Druckfeder 19 über eine an Ihm gelagerte Rolle 24 den Fördernocken 5 abtastet.

Diese Blockpumpe 3 fördert Brennstoff über die Zuleitung 2 zum Einspritzventil 1, dessen Öffnungsdruck niedrig-.: als der maximal von der Blockpumpe 3 erzeugte Brennstoffdruck ist und beispielsweise bei etwa 700 bar liegt.

Bei den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist als Teil der Biennstoffbereitstellungsmittel ein Hochdruckspeicher 25 vorgesehen, dem durch eine Förderpumpe 26 Brennstoff aus einem Brennstoffbehälter 27 zuführbar ist. Der Brennstoffinhalt des Hoch druckspeicher 25 wird durch ein Druckhalteventil 28 das durch eine Überdruckleitung 29 mit dem Brennstoff behälter 27 verbunden ist. auf einem bestimmten, übei dem Öffnungsdruck des Einspritzventils 1 liegender Druckniveau gehalten. Den vorstehend genannten Teller

⁴» 25 bis 29 ist als weiterer Teil der Brennstoflbereitstellungsmittel ein Steuerventil 30 zugeordnet, das in die Zuleitung 2 eingeschaltet ist und diese mittels eines elektromagnetisch oder elektrohydraulisch steuerbarer Absperrorganes abzusperren bzw. freizugeben vermag, Dieses Steuerventil 30 ist durch eine ihm zugeordnete Steuervorrichtung 31 maschinensynchron derart steuerbar, daß für jeden Einspritzvorgang, jedoch über einer Zeitraum länger als dessen maximal mögliche Dauei Brennstoff vom Hochdruckspeicher 25 über die Zuleitung 2 am Einspritzventil 1 bereitgestellt wird.

In die Zuleitung 2 zum Einspritzventil 1 kann bei aller in den Fig. I bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ein Rückschlagventil 32 eingeschaltet sein, das untei anderem negative Auswirkungen - insbesondere Kavitationsschäden - der im Leitungssystem auftretender! Druckwellen verhindern hilft.

An die Zuleitung 2 ist nun - falls ein Rückschlagventil 32 in dieser eingeschaltet ist, strömungsmäßig nach diesem - eine Steuerleitung 33 angeschlossen, in die ein insgesamt mit 34 bezeichnetes Steuerorgan eingeschaltet ist. Die Steuerleitung 33 ist zu jenem Brennstoffbehältei zurückgeführt, aus dem der Brennstoff durch die Blockpumpe 3 bzw. Förderpumpe 26 entnehmbar ist.
Das Steuerorgan 34 umfaßt einen verdrehbaren Steuer-

kolben 35, der auf die Brennstoffbereitstellungszeiträume synchronisiert betätigbar ist und je nach Axiaistellung die Steuerleitung 33 absperrt oder freigibt und der verdrehbar ist sowie schräg zur Kolbenachse angeordnete

Steuerkanten aulweist, mit denen je nach Verdrehstellung neben dem Beginn unabhängig von diesem das Ende und/oder die Einspritzmenge der Elnsprltzvorgängc varlicrbar sind.

Die Steuerleitung 33 weist vornehmlich zumindest Im Bereich vor dem Steuerorgan 34 einen wesentlich kleineren Quer'v'inltt auf als die Zuleitung 2 zum Einspritzventil 1; uncer 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 mit Ihr eine gezielte Einflußnahme auf den Druckverlauf des durch andere Mittel zum Einspritzventil geförderten Brennstoffes möglich ist. is

Die das Steuerorgan 34 bildende Einspritzpumpe Ist erheblich kleiner als beispielsweise die Blockpumpe 3 oder die den Hochdrucks^icher 25 ver^or^nde Förderpumpe 26. Die Zeichnung gibt diesbezüglich falsche Größenverhältnisse an. Bei einer das Steuerorgan 34 bildenden Einspritzpumpe Ist deren Druckraum umfunktioniert in einen Druckentlastungsraum 36, die Saugbohrung ist umfunktioniert in eine Entlastungsbohrung 37, während der Saugraum umfunktioniert ist in einen Druckentspannungsraum 38. Von diesem Druckentspannungsraum 38 zweigt der zum Brennstollbehälter 27 führende Teil der Steuerleitung 33 ab.

Dem Steuerkolben 35 des Steuerorganes 34 Ist zu seiner Betätigung ein Steuernocken 39 zugeordnet, der maschin.!synchron von der Kurbelwelle oder einer Nokkenwelle der Brennkraftmaschine aus angetrieben ist. Der Steuerkolben 35 könnte jedoch auch durch andere Mittel, beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch, betätigt werden. Hinsichtlich der detaillierten Ausgestaltung des Steuerorganes 34 wird auf die Flg. 5 und 6 verwiesen, wobei Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des in den Fig. 1 und 3 gezeigten Steuerorganes 34, dagegen Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des in den Fig. 2 und 4 gezeigten Steuerorganes 34 ist. Es bleibt hierbei anzumerken, daß verschiedene Details der Steuerorgane 34 betreffende und in den Fig. 5 und 6 aufgeführte Bezugszeichen der Übersichtlichkeit wegen in den Fig. 1 bis 4 weggelassen worden sind.

Das in den Fig. 5 und 6 vergrößert dargestellte, nach Art einer Einspritzpumpe ausgebildete Steuerorgan 34 umfaßt in beiden Ausführungsvarianten ein Gehäuse 40, in das ein Pumpenzylinder 41 eingesetzt ist; letzterer ist durch ein sich an ihm anschließendes, am Gehäuse 41 befestigtes Anschlußstück 42 in Einbaulage gehalten. An diesem Anschlußstück 42 Ist der vor dem Steuerorgan 34 ^Μ liegende Teil der Steuerleitung 33 angeschlossen. Letztere ist innerhalb des Anschlußstückes 42 weitergeführt und teilt sich dort in zwei Leitungswege auf, wobei der erste Leitungsweg durch eine im Anschlußstück 42 verlaufende Bohrung 43, den Druckentlastungsraum 36 und die zum Druckentspannungsraum 38 führende Entlastungsbohrung 37 gebildet ist. Dieser Leitungsweg der Steuerleitung 33 ist durch eine erste, den Druckentlastungsraum 38 begrenzende, schräge Steuerkante 44 des im Pumpenzylinder 41 hin- und hergehend arbeitenden ^⁰ Steuerkolbens 35 absperrbar oder freigebbar, wobei die den Druckentlastungsraum 36 mit dem Druckentspannungsraum 38 verbindende Entlastungsbohrung 37 auf- und zugesteuert wird. Eine zweite, schräg zur Kolbenachse am Steuerkolben 35 axial versetzt zur ersten Steuerkante 44 angeordnete Steuerkante 45 dient zur Absperrung bzw. Freigabe des zweiten steuerorganinternen Leitungsweges der Steuerleitung 33. Dieser zweite Leitungsweg Ist In der Zeichnung Insgesamt mit 46 bezeichnet; er zweigt von der Im Anschlußstück 42 verlaufenden Bohrung 43 ab und Ist durch Innerhalb des Anschlußstückes 42 sowie des Pumpenzylinders 41 verlaufende Quer- und Längsbohrungen 461, 462, 463, 464, ferner eine Ringnut 465, außerdem eine am Steuerkolben 35 radial umlaufende Nut 47 und eine Längsnut 466 gebildet. Die In der Zeichnung obere Seitenwand der Nut 47 bzw. ein schräger Teil derselben umfaßt die zweite Steuerkante 45. Die Querbohrung 464 zweigt von der die Pumpenzyllnderbohrung umgebenden Ringnut 465 ab und mündet In den Druckentspannungsraum 38 aus. Da die Nut 47 in Kommunikation mit der Längsnut 466 steht, ist die die zweite Steuerkante 45 aufweisende Nut 47 stündig mit Brennstoff gefüllt. Die Querbohrung 463 mündet um ein gewisses Maß axial beabstandet über der Ringnut 465 In die Pumpenzylinderbohrung aus. Die Verbindung zwischen der QuerbohrunR 463 und der Nut 47 am Steuerkolben Ist bei dessen Hubbewegung dann hergestellt, wenn der Mündungsquerschnitt der Querbohrung 463 durch die zweite Steuerkante 45 freigelegt Ist. Der Druckentspannungsraum 38 bildet praktisch jenen Teil der Steuerleitung 33, in dem sich beide Leitungswege wieder vereinigen und von dem aus der druckentspannte Brennstoff zum Brennstoffbehälter zurückfließt. Der Steuerkolben 35 Ist derart ausgebildet, daß die beiden Steuerkanten 44 und 45 gegeneinander verdrehbar sind. Außerdem ist jeder der beiden Steuerkanten 44 und 45 ein eigener, welter hinten noch näher beschriebener Verdrehmechanismus mit Steuer- und Regelorganen zugeordnet, mit denen entweder eine gemeinsame oder jeweils voneinander unabhängige Verdrehung der beiden Steuerkanten 44 und 45 durchführbar Ist. Dies hat wiederum zur Folge, daß entweder der Beginn und/oder das Ende der Einspritzvorgänge früher oder später legbar ist und/oder die einzuspritzende Brennstoffmenge vergrößerbar bzw. verkleinerbar ist. Diese Beeinflussung der Einspritzvorgänge und -mengen erfolgt praktisch durch eine gesteuerte Einflußnahme auf den Druckverlauf des in der Zuleitung 2 dem Einspritzventil 1 zugeführten Brennstoffes, gesteuert durch die Steuerorganinternen Auf- und Zusteuerung der Steuerleitung 33. Wie aus den Fig. 5 und 6 gut ersichtlich, setzt sich der Steuerkolben 35 aus einem Kolbengrundkörper 48, der die erste Steuerkante 44 und eine Verzahnung 49 trägt sowie einem am Kolbengrundkörper 48 drehbar gelagerten, hülsenförmigen Kolbenmantelteil 50 zusammen. Letzteres weist die zweite Steuerkante 45 sowie eine Verzahnung 51 auf. Der Kolbengrundkörper 48 besteht aus einem Kolbenkopf 52 mit kreiszylindrischem Querschnitt, der an seiner Stirnseite uie erste Steuerkante 44 trägt sowie mit seiner zylindrischen Mantelfläche möglichst flüssigkeitsdicht, d. h. mit äußerst geringem Spiel im Pumpenzylinder 41 geführt ist. An den anderenendes durch eine plane Ringfläche begrenzten Kolbenkopf 52 schließt sich ein ihm gegenüber durchmesserkleinerer zylindrischer Lagerschaft 53 an, auf dem das Kolbenmantelteil 50 drehbar gelagert und mittelbar daran gegen axiales Verschieben gesichert ist. Dabei ist das Kolbenmantelteil 50 am Kolbengrundkörper 48 vornehmlich über einen am Lagerschaft 53 mittels eines Druckbolzens 54 befestigten Halters 55 axial gesichert. Der topfförmig ausgebildete Halter 55 dient zur Festlegung einer Druckfeder 56, die sich anderenendes an einer Konterfläche im Pumpengehäuse 40 abstützt. Der Halter 55 und der Steuerkolben 35 bilden durch die Verbindung mit dem Druckbolzen 54 eine in Achsrichtung gesehen starre Einheit, die durch die Druckfeder 56 belastet an einen Stößel 57 angekoppelt

ist, der mit seiner Rolle 58 den Steuernocken 39 abtastet, oder die an andere Betilligungsmlttel angelenkt ist.

Beim Steuerorgan 34 gemälß den Fig. 1,3 und 5 ist die Verzahnung 49, die zur Verstellung des Kolbengrundkörpers 48 und danlt der ersten Steuerkante 44 dient. Im Lagerschaft 53 eingearbeitet. Beim Steuerorgan 34 gemäß den Flg. 2, 4 und 6 dagegen ist die Verzahnung 49 außen an einer Stellhülse 59 angeformt, die, sich am Kolbenmantelteil 50 anschließend, gegen Verdrehung gesichert am Lagerschaft 53 befestigt ist. Die Verdrehsicherung zwischen Stellhülse 59 und dem von ihr überdeckten Teil des Lagerschalles 53 kann beispielsweise durch einen Formschluß der beiden Teile realisiert sein, dergestalt, daß der Lagerschalt 53 einen vom kreisrunden abweichenden, beispielsweise rechteckigen oder quadratischen oder außenverzahnten Querschnitt aufweist, an den die Durchgangsbohrung der Stellhülse 59 angepaßt ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1, 3 und 5 sind die Verzahnungen 49 und 51 etwa in gleicher Höhe angeordnet. Die am Lagerschalt 53 angeformte Verzahnung 49 ist dabei durch einen im Kolbenmantelteil 50 eingeformten, fensterartigen Ausschnitt 60 von außen her zugüngllch. Das Kolbenmantelteil 50 weist in jedem der dargestellten Ausführungsbeispiele einen an den Kolbenkopf 52 angrenzenden zylindrischen Teilbereich 61 auf, dessen Durchmesser gleich groß oder minimal kleiner als jener des Kolbenkopfes 52 Ist. Innerhalb dieses Teilbereiches 61, an den sich die Verzahnung 51 anschließt, sind die zweite Steuerkante 45 und die sie umfassende Nut 47 angeordnet. Der zwischen Nut 47 und Kolbenkopf 52 liegende Abschnitt 62 des Teilbereiches 61 bildet ein Sperrglied, mit dem der zweite Steuerleltungsweg durch Überdeckung der Austrittsöffnung der Querbohrung 463 unterbrechbar ist.

Sowohl dem Kolbenmanieltei! 50 sis auch dem Kolbengrundkörper 48 ist zur Ermöglichung seiner Verdrehung als Verstellmittel jeweils eine geradverzahnte Steuerstange 63 bzw. 64 zugeordnet, wobei die Steuerstange 63 mit ihrer Verzahnung in jene 49 am Kolbengrundkörper 48 und die Steuerstaiige 64 mit ihrer Verzahnung in jene 51 am Kolbenmantelteil 50 eingreift. Beide Steuerstangen 63 und 64 sind im Pumpengehäuse 40 in entsprechend vorgesehenen Bohrungen axial verschiebbar gelagert und an außerhalb des Pumpengehäuses befindlichen Verstell- bzw. Regel- und Steuermechanismen 65, 66 angekoppeil. Letztere sind in der Zeichnung für sich gesehen sowie in ihrer Anbindung an die jeweilige Steuerstange 63 bzw. 64 jeweils nur schematisch dargestellt.

Als Verstellmechanismen können hydraulisch betätigte Übertragungsglieder oder elektrische Stellmotoren verwendet sein. Beide Verstell- bzw. Regel- und Steuermechanismen 6s, 66 bestehen vorzugsweise jeweils aus einem elektrischen Schrittschaltmotor, der seine Stellimpulse von einem Mikroprozessor erhält, der die optimale Winkelstellung der Steuerkanlen 44 bzw. 45 in Abhängigkelt von inneren und äußeren sich ändernden Betriebsgrößen der Maschine ausrechnet.

In Flg. 7 sind die Steuerkanten 44 und 45 schematisch in ihren wesentlichen Teilen und in ihrer Zuordnung zueinander sowie zur Entlastungsbohrung 37 und der

ίο Querbohrung 463, deren Austrittsquerschnitte auf- und zuzusteuern sind, gezeigt. Fig. 8 gibt schematisch In einem Druck/Zeit-Diagramm die durch die erfindungsgemäßen Mittel erzielbaren Druck- und Zeitverhältnisse bei einem Einspritzvorgang sowie deren Variationsmöglichkeiten wieder.

In Fig. 8 markiert der Punkt E den Förderbeginn der Blockpumpe 3 bzw. die Fieigabe von Brennstoff durch das Sicuervenüi 30 aus dem üöcridruckspeicher 25. Der Punkt F dagegen markiert das Ende der Förderung durch die Blockpumpe 3 oder das Ende eines Brennstoffauslaßes aus dem Hochdruckspeicher 25. Dieser zwischen den Punkten E und F liegende Zeilraum ist langer als die maximal mögliche Dauer eines Einspritzvorganges. Mit Pf ist auf der Abzissc jener Druck bezeichnet, mit dem der Brennstoff über die Zuleitung 2 in Richtung Einspritzventil 1 geleitet wird und der- wie bereits dargelegt - erheblich über dem in Fig. 8 mit P_F - bezeichneten Öffnungsdruck des Einspritzventil 1 liegt.

In den Fig. 7 und 8 markiert der Punkt A den frühestmöglichen Einspritzbeginn, der Punkt B dagegen den SDätestmöglichen Einspritzbeginn. Der Punkt C markiert das frühestmögliche Einspritzende, während der Punkt D dem spätest möglichen Einspritzende zugeordnet ist. Durch eine alleinige Verdrehung der Steuerkante 44 entsprechend einer Verschiebung derselben in der Zeichenebene nach Hnks - 1st eine Späterlegung des Einspritzbeginnes von Punkt A nach Punkt B möglich. Durch eine alleinige Verdrehung der Steuerkante 45 entsprechend einer Verschiebung in der Zeichenebene nach rechts - ist eine Späterlegung des Enspritzendes von Punkt C nach Punkt D möglich. Durch eine gleichzeitige Verdrehung der oberen Steuerkante 44 und der unteren Steuerkante 45 ist mithin neben einer Früheroder Späterlegung des Einspritzbeginnes zwischen den Punkten A und B sowie einer Früher- oder Späterlegung des Einspritzendes zwischen den Punkten C und D auch noch eine Beeinflussung der einzuspritzenden Brennstoffmenge gewährleistet.
Mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystern ist es deshalb möglich, die Brennstoffeinspritzung für jeden Lastbereich der Brennkraftmaschine hinsichtlich des Brennstoffverbrauches zu optimieren.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

20 25 30 Patentansprüche:

1. Brennstoffeinspritzsystem an einer Brennkraftmaschine, in dem jeweils ein Einspritzventil über eine Zuleitung von einer Brennstoffversorgungseinrichtung mit Brennstoff versorgbar ist und außerdem Mittel vorgesehen sind, die innerhalb von Brennstoffbereitstellungszeiträumen in Abhängigkeit von sich ändernden Maschinenbetriebsgrößen eine zeit- und mengenmäßig unterschiedliche Beeinflussung der Einspritzvorgänge ermöglichen, mit einer zum Brennstoffbehälter zurückgeführten Steuerleitung, in die ein Steuerorgan eingeschaltet ist, mit dem der Einspritzbeginn beeinflußbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- Die Steuerleitung (33) ist an die zum Einspritzventil (1) führende Zuleitung (2) angeschlossen;

- Das Stene.organ (34) ist durch eine für eine gezielte Einflußnahme auf den zum Einspritzventil (1) geförderten Brennstoff umfunktionierte Einspritzpumpe gebildet, wobei

a) deren Druckraum als Druckentlastungsraum (36) dient, in den die Steuerleitung (33) einmündet,

b) deren Saugbohrung als Entlastungsbohrung (37) dient,

c) deren Saugraum als Druckentspannungsraum (38) dient, und

d) deren Pumpenkolben einen Steuerkolben (35) bildet, !er auf die Brennstoffbereitstellungszeiträume (E-F) synchronisiert betätigbar ist und je nach Axialsteilung die Steuerleitung (33) absperrt oder freigibi un^i der verdrehbar ist sowie schräg zur Kolbenacnse angeordnete Steuerkanten (44, 45) aufweist, mit denen je nach Verdrehstellung neben dem Einspritzbeginn unabhängig von diesem auch das Einspritzende und/oder die Einspritzmenge variierbar sind.

2. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Steuerleitung (33) zumindest im Bereich vor dem Steuerorgan (34) etwa ein Viertel bis ein Zehntel des Strömungsquerschnitts der zum Einspritzventil (1) führenden Zuleitung (2) beträgt.

3. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die das Steuerorgan (34) bildende umfunktionierte Einspritzpumpe wesentlich kleiner ist als eine Blockpumpe (3) bzw. eine einen Hochdruckspeicher (25) versorgende Förderpumpe (26), welche Bauteile die Brennstoffversorgungseinrichtung bilden.

4. Brennstofieinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerkoiben (35) des Steuerorgans (34) zu seiner Betätigung ein maschinensynchron angetriebener Steuernocken (39) zugeordnet ist.

5. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (33) innerhalb des Steuerorganes (34) sich in zwei Leitungswege aulteilt, die beide in den einen Teil der Steuerleitung (33) bildenden Druckentspannungsraum (38) ausmünden, von dem der zum Brennstoffbehälter führende Teil der Steuerleitung (33) abzweigt, wobei der erste interne Leitungsweg durch die den Druckentlastungsraum (36) begrenzende erste Steuerkante (44) und der zweite Interne Leitungsweg durch die andere, zweite Steuerkante (45)

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55

60

65

am Steuerkolben (35) auf- bzw. zusteuerbar sind.

6. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste interne Leitungsweg durch eine Bohrung (43) in einem am stromaufwärtigen Ende des Zylinders (41) der umfunktionierten Einspritzpumpe angrenzenden Anschlußstück (42), den Druckentlastungsraum (36) und die zum Druckentspannungsraum (38) führende Entlastungsbohrung (37) gebildet ist.

7. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite interne Leitungsweg (46) der Steuerleitung (33) von der Bohrung (43) im Anschlußstück (42) abzweigt und durch innerhalb des letzteren sowie des Zylinders (41) der umfunktionierten Einspritzpumpe verlaufende Quer- und Längsbohrungen (461, 462, 463, 464), ferner eine am Steuerkolben (35) radial umlaufende Nut (47), eine von letzterer am Steuerkoiben (35) abzweigende Längsnut (466) und eine die Zylinderbohrung der umfunktionierten Einspritzpumpe umgebende Ringnut (465) gebildet ist, wobei die eine Seitenwand der Nut (47) die zweite Steuerkante (45) enthält, ferner die Querbohrung (463) in die Zylinderbohrung der umfunktionierten Einspritzpumpe ausmündet, die Ringnut (465) stromabwärts der Querbohrung (463) angeordnet ist, jlie Querbohrung (464) von der Ringnut (465) abzweigt und in den Druckentspannungsraum (38) ausmündet, und daß die Durchschaltung dieses zweiten Leitungsweges durch Aufsteuerung der Mündungsöffnung der Querbohrung (463) beim Steuerkolbenhub durch die zweite Steuerkante (45) erzielbar ist.

8. Brennstofieinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (35) aus einem Kolbengrundkörper (48), der die erste, den Druckentlastungsraum (36) begrenzende Steuerkante (44) und eine Verzahnung (49) trägt, sowie einem am Kolbengrundkörper (48) drehbar gelagerten, hülsenförmigen Kulbenmantelteil (50) zusammengesetzt ist, welch letzteres die zweite Steuerkante (45) und eine Verzahnung (51) aulweist.

9. Brennstofieinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbengrundkörper (48) einen kreiszylindrischen, an seiner Stirnseite die erste Steuerkante (44) tragenden sowie mit seiner Mantelfläche möglichst flüssigkeitsdicht im Zylinder (41) der umfunktionierten Einspritzpumpe geführten Kolbenkopf (52) aufweist, an den sich ein durchmesserkleinerer, zylindrischer Lagerschaft (53) für das hierauf drehbar gelagerte und mittelbar daran gegen axiales Verschieben gesicherte Kolbenmantelteil (50) anschließt.

10. Brennstofieinspritzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenmantelteil (50) am Kolbengrundkörper (48) über einen am freien Ende des Lagerschaltes (53) mittels eines Druckbolzens (54) befestigten Halters (55) axial gesichert ist, wobei der Halter (55) den Mitnehmer für den Steuerkolben (35) bildet, durch den Druck einer andernendes Im Gehäuse (40) abgestützten Druckfeder (56) belastet ist, ferner der ihn haltende Druckbolzen (54) ein Verbindungsglied zu einem Stößel (57) bildet, der im Gehäuse (40) geführt ist und durch die Druckleder (56) belastet über eine an ihm gelagerte Rolle (58) den Steuernocken (39) abtastet.

11. Brennstolfeinspritzsysteni nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (49), die der Kolbengrundkörper (48)

trägt, in den das Kolbenrnantelteil (50) tragenden Lagerschaft (53) eingearbeitet ist.

12. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (49), die der Kolbengrundkörper (48) trägt, außen an einer Stellhülse (59) angeformt ist, welche sich am Kolbenmantelteil (50) anschließend gegen Verdrehung gesichert am Lagerschaft (53) des Kolbengrundkürpers (48) befestigt ist.

13. Brennstoffeinspritzsystem nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (49, 51) etwa in gleicher Höhe am KoI-benmantelteil (50) bzw. am Lagerschaft (53) angeordnet sind und daß die Verzahnung (49) am Lagerschaft (53) durch einen fensterartigen Ausschnitt (60) im Kolbenmantelteil (50) von außen zugänglich ist.

14. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenförmige Kolbenmantelteil (50) einen an den Kolbenkopf (52) angrenzenden zylindrischen Teilbereich (61) aufweist mit einem Durchmesser, der gleich groß oder minimal kleiner als jener des Kolbcnkopfes (52) ist, und daß innerhalb dieses Teilbereiches (61) die radial umlaufende Nut (47) am Steuerkolben (35) mit der zweiten Steuerkante (45) sowie daran anschließend die Verzahnung (51) für die Verstellung der zweiten Steuerkante (45) angeordnet sind.

15. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl dem Kolbenmantelteil (50) als auch dem KoI-bengrundkörper (48) zur Verdrehung desselben und damit den an diesen Teilen angeordneten Steuerkanten (44, 45) jeweils eine geradverzahnte Steuerstange (63, 64) zugeordnet ist, von denen die eine (63) mit ihrer Verzahnung in jene (49) am Kolbengrundkörper (48) und die andere (64) in jene (51) am Kolbenmantelteil (50) eingreift und jede derselben außerdem im Gehäuse (40) axial verschiebbar gelagert sowie an außerhalb des Gehäuses (40) befindliche Verstellbzw. Regel- und Steuermechanismen (65, 66) angekoppelt ist.

16. Brennstolfeinspritzsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerkante (44, 45) jeweils ein Verstell- bzw. Regel- und Steuermechanismus (65, 66) zugeordnet ist, die von einem Mikroprozessor aktiviert werden.