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Schrägkantengesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe
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für Brennkraftmaschinen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von
einer schrägkantengesteuerten Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Kraftstoffeinspritzpumpen, bei denen der axial- und drehbeweglich
in einem Pumpenzylinder geführte Pumpenkolben in seiner Mantelfläche zwei gegenüberliegende
und von schrägen Steuerkanten begrenzte Ausnehmungen aufweist, sind bekannt (DE-OS
27 30 091). Bei dieser bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe sind die stets mit dem
Pumpenarbeitsraum in Verbindung stehenden Ausnehmungen zur Beendigung des wirksamen
Förderhubs, also zur Absteuerung über zwei in der Wand des Pumpenzylinders angeordnete
und den Steuerkanten jeweils zugeordnete Steuerbohrungen mit einem Raum niederen
Drucks verbindbar. Anordnung und Ausbildung der Steuerkanten sowie der mit ihnen
zusammenarbeitenden Steuerbohrungen, insbesondere die jeweilige relative Höhenpositionierung
zueinander sind so getroffen,
daß eine erste Ausnehmung kurz vor
der zweiten Ausnehmung von der zugehörigen Steuerbohrung auf steuerbar ist, und
zwar hauptsächlich zur Dämpfung der beim Ansteuern auftretenden Druckwellen innerhalb
des Pumpenkolbens.
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Daher ist auch die durch die Aufsteuerung als erste den Pumpenarbeitsraum
mit dem Raum niederen Drucks verbindende Steuerbohrung als Drosselbohrung ausgebildet.
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Bei einem ersten Ausführungsbeispiel bei dieser bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe
(s. Fig. 1) sind die Steuerbohrungen in der Zylinderwandung auf gleicher Höhe und
die Arbeitskanten auf unterschiedlicher Höhe angeordnet; ein zweites Ausführungsbeispiel
(s. Fig. 3), bei dem die Steuer kanten einen gleichen Abstand zur Stirnfläche des
Pumpenkolbens aufweisen, ordnet die Steuerbohrungen in unterschiedlicher Höhe an,
wodurch sich auch hier wieder die gewünschte gedrosselte Vorabsteuerung ergibt.
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Hinweise auf eine Spritzbeginnverstellung sind bei dieser bekannten
Rraftstoffeinspritzpumpe nicht vorhanden.
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Die Anordnung der Steueröffnungen in unterschiedlicher Höhe in der
Wand des Pumpenzylinders ist ferner bekannt bei einer der DE-PS 564 168 entnehmbaren
Brennstoffpumpe. Hierdurch soll sich beim Rückgang des Kolbens eine so beruhigte
und bemessene Einströmung des :Kraftstoffs in den Kolbenarbeitsraum ergeben, daß
ein gleichmäßiger Betrieb gesichert ist und Flüssigkeitsbewegungen in der Saugleitung
möglichst stoß frei verlaufen. Es steht immer nur eine der Steuerbohrungen, nämlich
die in der Zylinderwand relativ zur anderen höhere Bohrung mit der einzigen eine
schräge Steuerkante bildenden Ausnehmung am Pumpenkalben in Verbindung.
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Beiden bekannten Fraftstoffeinspritzpumpen ist gemeinsam,
daß
die beiden auf gleicher oder unterschiedlicher Höhe in der Zylinderwandung angeordneten
Steuerbohrungen, die gleichzeitig jeweils Saug- und Rückstrombohrungen bilden, zu
den Räumen niederen Drucks stets offen sind und ihr Verschluß im Verlauf jeweils
eines ganzen Xelbenssie-ls ausschließlich auf die Bewegung des Kolbens zurückzuführen
ist und daher von innen erfolgt.
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Allgemein sind bei Kraftstoffeinspritzpumpen, beispielsweise Reihenpumpen
für die Dieseleinspritzung, Mittel zur Spritzverstellung, d.h. zur Verlegung des
Förder- bzw.
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Spritzbeginns des Kraftstoffs relativ zur jeweiligen momentanen Kurbelwellenposition
bekannt. Solche Mittel umfassen üblicherweise unter Fliehkrafteinwirkung stehende
mechanische, mechanisch-hydraulische oder vollständig hydraulisch arbeitende Kupplungsübertraqungsanordnungen,
die Teil etwa der Antriebswelle für die Einspritzpumpe sind. Je nach dem Ausmaß
der drehzahlabhängig einwirkenden Fliehkraft erzeugen diese Kuppi'ungsanordnungen
eine relative Drehwinkelverstellung zwischen dem antreibenden Primärteil und dem
angetriebenen Sekundärteil, wodurch sich eine entsprechende relative Drehwinkelverstellung
letztendlich zwischen der Kurbelwelle des mit dieser Einspritzpumpe ausgerüsteten
Motors und der die einzelnen Pumpenkolben antreibenden Nockenwelle ergibt. Dies
führt dann ersichtlich zu einem früheren oder späteren Spritzbeginn relativ zur
jeweiligen Kolbenposition der Brennkraftmaschine.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe
mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegaiiüber
den Vorteil, daß zusätzlich zu der von der Kraftstoffeinspritzpumpe üblicherweise
über die Regelstange durchgeführtenSpritzmengenverstellung auch die Spritzverstellung
im Sinne einer früheren oder späteren Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume
des Motors im Bereich der Kraftstoffeinspritzpumpe vorgenommen werden kann. Der
Aufbau wird hierdurch insgesamt kompakter,und es ist vor allen Dingen möglich, die
Spritzverstellung auch noch aufgrund anderer Einflüsse und Gesichtspunkte vornehmen
zu können als ausschließlich durch Fliehkrafteinwirkung, also drehzahlabhängig.
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Durch einfache Umstellung kann daher bei bestimmten Betriebszuständen
einer Brennkraftmaschine eine frühere oder spätere Einspritzung vorgenommen werden,
wodurch sich Vorteile beispielsweise bei Startvorgängen mit kalter Maschine ergeben.
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Die an üblichen Einspritzpumpen vorzunehmenden Änderungen, um an dieser
ergänzend noch Einrichtungen zur Spritzverstellung vorzunehmen, sind verblüffend
einfach und ordnen sich problemlos in den bisherigen Aufbau von Kraftstoffeinspritzpumpen
ein, wobei trotz der in die Kraftstoffeinspritzpumpe (Reihenpumpe) zusätzlich integrierten
Vorrichtung zur Spritzverstellung die Mengenversteilung getrennt zur Spritzverstellung
und unabhängig zu dieser verläuft. Hervorzuheben ist schliefilich noch, daß der
für die Spritzverstellung erforderliche Eingriff praktisch kräfte- und rückwirkungsfrei
erfolgen kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzpumpe
möglich.
Besonders vorteilhaft ist zur gestuften Spritzverstellung die Anordnung eines drehbaren
Ringes auf der äußeren Mantelfläche des den jeweiligen Pumpenkolben enthaltenden
und führenden Zylindes-s, der so ausgebildet ist, daß über entsprechend ausgerichtete
Nuten wechselweise Steuerbohrungen in der Zylinderwandung geöffnet oder verschlossen
werden. Am Kolben selbst sind praktisch keine über die üblichen Bearbeitungsvorgänge
beispielsweise bei zweiflutigen Elementen hinausgehenden Arbeiten erforderlich.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 grob schematisch einen Längsschnitt durch einen erfindungswesentlich ausgestalteten
Teilbereich bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe und die Fig. 2 einen Schnitt längs
der versetzt verlaufenden wLinie II-II der Fig. 1; Fig. 3 eigt eine Abwicklung der
Mantelfläche des Pumpenkolbens mit eingezeichneter Lage der Steuerbohrungen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Der Grundgedanke vorliegender
Erfindung besteht darin, daß einem Pumpenkolben mindestens zwei in der Wand des
Zylinders angeordnete, höhenversetzte Steuerbohrungen zugeordnet werden, die in
üblicher Weise als Saug- und Rückströmbohrungen dienen, von denen aber jeweils immer
nur eine diese Funktion effektiv wahrnimmt, während die
andere durch
geeignete Mittel von außen verschlossen wird. Es sei sofort an dieser Stelle darauf
hingewiesen, daß es innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens liegt, eine Mehrzahl
von zueinander höhenversetzten Steuerbohrungen anzuordnen, so daß sich Möglichkeiten
zu einer entsprechend fein abgestuften Spritzverstellung ergeben; ferner umfaßt
die Erfindung jede Art von Einzylinder-Kraftstoffeinspritzpumpen oder auch als Reiheneinspritzpumpen
bezeichnete Mehrzylinder-Kraftstoffeinspritzpumpen.
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Auf den üblichen Aufbau und die sich normalerweise in Verbindung mit
den sich schräg über die Kolbenmantelfläche erstreckenden Ausnehmungen und zugeordneten
Steuerbohrungen ergebenden Funktionsabläufe (Absteuerung durch Kolbendrehung und
dadurch bewirkter Spritzmengenverstellung) wird im folgenden nur soweit eingegangen,
wie dies für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist; zur allgemeinen Information
wird verwiesen auf Aufbau und Funktion von schrägkantengesteuerten Kraftstoffeinspritzpumpen,
wie sie in der schon erwähnten DE-OS 27 30 091 beschrieben sind.
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Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein
Pumpenzylinder 10 einer Einspritzpumpe in ein nicht dargestelltes Gehäuse eingesetzt,
in der Zylinderbohrung 10a ist ein Pumpenkolben 11 axial- und drehbeweglich geführt.
Die vom Pumpenkolben je Hub geförderte Kraftstoffmenge gelangt über eine von einem
Druckventil 12 abgeschlossene obere Auslaßbohrung 13 zu Einspritzdüsen, die den
Kraftstoff in die Brennräume des Motors einspritzen. In bekannter Weise wird der
Pumpenkolben 1i von einer in der Zeichnung nicht
dargestellten
Nockenwelle mit stets gleichbleibendem Hub angetrieben und verfügt über mehrere
Steuerkanten, die den Spritzbeginn und das Spritzende, d.h. den Absteuervorgang
mit Bezug auf in der Wand des Zylinders 10 angeordnete Steuerbohrungen markieren.
Eine erste Steuerkante 14 ist von der Kolbenstirnfläche gebildet, mindestens zwei
weitere Steuerkanten sind gebildet von in die Mantelfläche 11a des Pumpenkolbens
eingearbeitete, über seinen Umfang sich jedenfalls nicht überlappende Ausnehmungen
15 und 16. Die Ausnehmung 15 ist mit einer Steuerkante 15a versehen, die mit einer
ersten in der Wand der Zylinderbohrung 10a angeordneten, gleichzeitig eine Saug-
und Rückströmöffnung b-ildenden Steuerbohrung 17 zusammenwirkt, während die zweite
Ausnehmung 16 bei 16a eine schräge Steuerkante bildet, die mit einer zweiten Steuerbohrung
18 zusammenwirkt.
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Wie der in Figur 3 gezeigten Abwicklung der Mantelfläche 11a des Pumpenkolbens
11 entnommen werden kann, sind die beiden Ausnehmungen 15 und 16 mit ihren jeweils
parallel zueinander verlaufenden Steuerkanten 15a und 16a getrennt voneinander in
die Mantelfläche 11a eingearbeitet. Ferner zeigt die Darstellung der Figur 1, daß
die Steuerbohrungen 17, 18 in der Zylinderwandung zueinander höhenversetzt sind
und die Steuerkanten 15a, 16a sind, wie die Abbildung der Figur 3 zeigt, gleich
gestaltet und haben einen gleichen Höhenabstand zur Stirnflächensteuerkante 14,
wodurch unerwünschte Fördermengenänderungen ausgeschaltet werden, wie weiter unten
noch erläutert wird.
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Des weiteren zeigt die Darstellung der Figur 1 noch willkürlich und
wahlweise einsetzbare Verschlußmittel 20, die so ausgebildet sind, daß die Steuerbohrungen
17, 18 ... in
der Zylinderwandung selektiv verschlossen werden
können.
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Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mit
lediglich zwei Steuerbohrungen 17, 18 sind die Verschlußmittel 20 so ausgebildet,
daß eine Steuerbohrung 17 oder 18 jeweils offen und die andere geschlossen ist.
Sind mehr Steuerbohrungen in die Zylinderwandung eingearbeitet, was dann entsprechend
mehr Ausnehmungen mit Steuerschrägkanten im Pumpenkolben 11 erfordert, dann sind
die Verschlußmittel so ausgebildet, daß jeweils immer alle Steuerbohrungen in der
Zylinderwandung verschlossen werden mit Ausnahme einer einzigen, die offen bleibt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Verschlußmittel
aus einem ring- oder hülsenförmigen Verschlußelement 20, welches bündig im Bereich
der Steuerbohrungen 17, 18 mit Elementenpassung außen auf die Zylinderwandung aufgesetzt
ist und welches über innere, der Zylinderwandung zugewandte Steuernuten 21, 22 verfügt,
die über den inneren Umfang des Verschlußelements 20 so zueinander versetzt angeordnet
sind, daß sie nicht gleichzeitig mit den Steuerbohrungen 17, 18 in der Zylinderwandung
korrespondieren können. Die Darstellung der Fig. 2 macht deutlich, was gemeint ist.
Man erkennt, daß durch Verdrehen des Ringes 20 bei Beibehaltung seiner axialen Position
auf dem Zylinder 10 jeweils immer nur eine der Steuerbohrungen 17 oder 18 auf die
Steuernuten 21, 22 ausgerichtet werden kann. Die Steuernuten 21, 22 sind oben und/oder
unten offen und münden in einen nicht dargestellten, von einer Ausnehmung des den
Zylinder aufnehmenden Gehäuses gebildeten Saugraum. Bei diesem Saugraum handelt
es sich um einen Raum niederen Drucks, der unter dem Vorförderpumpendruck des zufließenden
Kraftstoffs steht und gleichzeitig als Saug- und Rückströmraum dient.
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Bei einem solchen zweiflutigen Element mit zwei in unterschiedlicher
Höhe
angeordneten, wechselweise mit Hilfe von Verschlußmitteln absperrbaren Saugbohrungen
lassen sich integriert in eine Kraftstoffeinspritzpumpe zwei unterschiedliche Förder-
bzw. Spritzbeginne realisieren, und zwar, wie die nachfolgende Funktionsbeschreibung
zeigt, so daß auch bei Förderbeginn-Umschaltung keine Mengenänderung erfolgt. Die
Eingriffe für Förderbeginn und Menge des pro Hub jeweils geförderten Kraftstoffs
sind getrennt zueinander und voneinander unabhängig, obwohl die gleichen Steuerkanten
und Ausnehmungen am Pumpenkolben für die Spritzbeginnverstellung und die Mengenänderung
eingesetzt werden.
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Beim Hochfahren des Pumpenkolbens 11 aus einer unteren Totpunktposition,
in welcher sich die Stirnflächen-Steuerkante 14 des Pumpenkolbens 11 unterhalb jeder
der wahlweise verschließbaren Steuerbohrungen 17, 18 befindet,verschließt die Stirnflächensteuerkante
14 zu einem gegebenen Zeitpunkt die Steueröffnung, die bei entsprechender Einstellung
des als Verschlußmittel dienenden Ringes 20 gegenüber dem Saugraum über die Steuernuten
21, 22 offen gewesen ist und über die daher auch beim Abwärtshub nach Freigabe dieser
Steuerbohrung Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum eingeflossen ist. Nach vollständigem
Verschluß der Steuerbohrung gerät der im Arbeitsraum befindliche Kraftstoff unter
starken Druck und wird über das Druckventil 12 in die nicht dargestellte Druckleitung
gedrückt. Diese Kraftstofförderung hört aüf, sobald die mit der jeweils offenen
Steuerbohrung zusammenarbeitende Steuerkante 15a, 16a auf diese Steuerbohrung trifft,
denn von diesem Augenblick an steht der Druckraum oder Arbeitsraum 25 im Zylinder
über als Stoppnuten /oder wirkende Längsnuten 26'über eine strichpunktiert angedeutete
zentrale
Kolbenlängsbohrung 23 und Querbohrungen 24 sowie die Ausnehmungen 15, 16 wieder
mit dem Saugraum in Verbindung. Der Kraftstoff wird also in den Saugraum zurückgedrückt.
Man erkennt, daß durch eine Drehstellungsänderung des Pumpenkolbens 11 im Zylinder
wegen des schrägen Verlaufs der Steuerkanten der Absteuervorgang und damit das Förderende
zeitlich vor oder zeitlich zurückverlegt werden kann, was bedeutet, daß sich durch
die Kolbendrehung in bekannter Weise die geförderte Kraftstoffmenge bestimmen läßt.
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Es ist nun von der jeweiligen, willkürlich veranlaßten Position der
Verschlußmittel abhängig, welche der in der Zylinderwandung angeordneten Steuerbohrungen
17, 18 mit welcher der Kolbenausnehmungen 15, 16 in Wirkverbindung tritt, und da
die Steuerbohrungen i7, 18 zueinander höhenversetzt angeordnet sind und der Pumpenkolbenll
bei seiner Aufwärtsbewegung pro zurückgelegter Wegeinheit eine endliche Zeit benötigt,
ist es möglich, durch selektives Verschließen der höhenversetzten Steuerbohrungen
17, 18 bis auf jeweils eine den Spritz- bzw. Förderbeginn zeit-Lich vor oder zurück
zu verlegen, d.h. eine Spritzverstellung zu realisieren, die bei dem dargestllten
Ausführungsbeispiel zweistufig ist. Dabei ist es problemlos möglich, diese Spritzverstellung
unabhängig zur Mengenänderung erfolgen zu lassen, indem man nämlich die höhenversetzten
Steuerbohrungen so zu den Steuerkanten anordnet, daß unabhängig davon, welche Steuerbohrung
nun durch die Verschlußmittel abgedeckt und insoweit inaktiv geschaltet ist, jeweils
gleiche Drehwinkelstellungen des Pumpenkolbens gleiche Spritzmengen erzeugt.
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Es versteht sich, daß die Spritzverstellung in so vielen Stufen denkbar
ist, wie sich in sinnvoller Weise Steuerbohrungen mit zugeordneten Steuerkanten
jeweils realisieren lassen, ohne daß man durch das dann erforderliche Zusammenrücken
der Steuerkanten (bei wirklicher Versteilerung der Kantenschräglage) an Feinfühligkeit
in der Mengenänderung verliert Es versteht sich, daß von allen denkbaren Möglichkeiten
des selektiven Verschließens der Steuerbohrungen die in den Figuren 1, 2 dargestellte
Verschlußringverdrehung nur eine darstellt; ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu
erheben, sei hier noch auf folgende Möglichkeiten hingewiesen. Die jeweils Zu-und
Abflüsse bildenden Steuerbohrungen in der Zylinderwandung können durch VentilmitteL
verschlossen oder geöffnet werden, beispielsweise durch geeignet ausgebildete Magnetventile
oder mittels Hydraulikventile, die über elektrohydraulische Vorsteuerventile betätigt
werden. Es ist auch möglich, einen Hilfskolben mit Steuernut vorzusehen, der hydraulisch
oder elektrisch oder elektrohydraulisch geschaltet so relativ zur Zylinderaußenwandung
verschiebbar ist, daß die Steuernut jeweils nur mit einer der vorhandenen Steuerbohrungen
kömmuniziert, die restlichen jedoch abgedeckt sind. Es ist auch möglich, unter Beibehaltung
eines Verschlußringes diesen so schmal zu machen, daß bei allseitig bündiger Anlage
durch eine Höhenverschiebung des Ringes jeweils immer die eine oder die andere,
zueinander ja ebenfalls höhenversetzt angeordnete Steuerbohrung abgedeckt bzw. freigelassen
werden. Eine solche Möglichkeit eignet sich dann, wenn es sich um ein zweiflutiges
Element handelt.
Wird für das selektive Öffnen oder Verschließen
der Steuerbohrungen wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Drehung des
Verschlußringes 20 ins Auge gefaßt, dann kann diese Drehung in gleicher Weise erfolgen
wie bei dem für die Mengenänderung in bekannter Weise realisierten Drehantrieb der
Pumpenkolben, nämlich durch Lenker- oder Ritzelregulierung mit Einwirkungsmöglichkeit
durch eine Regelstange.