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Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bekannte Ausführungen von insbesondere für Dieselmotoren verwendeten
Kraftstoffeinspritzpumpen sind als Verteilerpumpen ausgebildet und weisen einen
die Kraftstoffeinspritzmenge bestimmenden Regelschieber auf, der auf rein mechanischem
Wege von einem Betätigungsgestänge in Abhängigkeit von der Fahrpedalstellung und
der Maschinendrehzahl verstellt wird. Auch kann der Regelschieber von einem Stellmotor,
beispielsweise einem Elektromotor in Abhängigkeit von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine
charakterisierenden Zustandsgrößen verstellt werden.
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Die Steuerung der Einspritzmenge erfolgt bei diesen bekannten Verteilereinspritzpumpen
dadurch, daß der Regelschieber mit seiner Steuerkante eine an dem Pumpenkolben vorgesehene
Absteueröffnung während jedes Förderhubes des Pumpenkolbens je nach seiner Stellung
früher oder später öffnet, wodurch der Druck im Druckraum der Pumpe zusammenbricht
und das an diesen angeschlossene Einspritzventil schließt.
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Bei anderen bekannten Einspritzpumpen, bei denen ein Pumpenelement
jeweils nur ein Einspritzventil mit Kraftstoff versorgt, ist der Pumpen kolben selbst
als Regelorgan ausgebildet und weist, eine mit einer Steuerkante versehene Schrägnut
auf, die am Ende des Pumpenhubes eine Auslaßöffnung öffnet. Der Pumpenkolben wird
zur Steuerung der Einspritzmenge in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine
verdreht, so daß die Aufsteuerung früher oder später erfolgt.
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Nun hat sich jedoch gezeigt, daß, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen
und kleinen Einspritzmengen, Schwierigkeiten dadurch entstehen, daß die Steuerkante
des jeweiligen Regelorgans die Absteueröffnung relativ langsam öffnet, so daß der
Druck im Druckraum nur verzögert abfällt. Insbesondere bei solchen Einspritzeinrichtungen,
bei denen die Einspritzventile mit hohen Abspritzdrücken arbeiten müssen, wie zum
Beispiel bei solchen für direkteinspritzende Dieselmotoren, schließen die Einspritzventile
infolge des verzögerten Druckabbaus zu spät und spritzen dann Kraftstoffmengen ab,
die größer sind als dem jeweiligen Pumpenkolbenhub entspricht. Der Einspritzvorgang
kann dann auch nicht mehr bei jedem Kolbenhub, sondern immer erst nach mehreren
Kolbenhüben erfolgen, da der während des Abspritzvorganges durch die erhöhte Abspritzmenge
übermäßig abgesunkene Kraftstoffdruck im Druckraum erst durch entsprechende Kraftstoffnachförderung
wieder auf den erforderlichen Abspritzdruck angehoben werden muß.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, bei
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten
Art eine Möglichkeit zur beschleunigten Aufsteuerung der Absteueröffnungen für den
Pumpendruck zu schaffen, um so das Einspritzende der Einspritzpumpe, insbesondere
bei niedrigen Drehzahlen und geringen Einspritzmengen, genauer und definierter einstellen
zu können.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs
1. Erfindungsgemäß wird also vor allem im Bereich niedriger Drehzahlen der Brennkraftmaschine
der betriebszustandsabhängigen Verstellung des Regelorgans eine zusätzliche Verstellbewegung
überlagert, die eine wesentlich raschere Aufsteuerung der Absteueröffnung durch
die Steuerkante des Regelorgans ermöglicht, so daß auch bei kleinen Einspritzmengen
ein früheres Schließen der Einspritzventile erreicht wird.
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Zweckmäßigerweise wird bei einer mit einem Regelschieber ausgerüsteten
Verteilereinspritzpumpe zur Aufbringung der der oszillierenden Pumpenkolbenbewegung
entgegengerichteten Axialverstellung des Regelschiebers ein Stellmotor verwendet,
der sofern auch schon zur betriebszustandsabhängigen Verstellung des Regelschiebers
ein Stellmotor herangezogen wird hier der gleiche Stellmotor sein kann. In diesem
Fall braucht lediglich
noch eine entsprechende Ansteuerung des Stellmotors
durch entsprechende Änderung des Programms des Steuergerätes vorgenommen zu werden,
wobei diese oszillierende Verstellung des Regelschiebers gegebenenfalls nur im Bereich
niedriger Drehzahlen, beispielsweise bis etwa 2000 U/min zu erfolgen braucht.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
eines Teilschnittes durch eine Einspritzpumpe dargestellt, bei der der Regelschieber
durch einen von einem Steuergerät gesteuerten Stellmotor verstellt wird.
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Dabei ist mit 1 insgesamt eine als Verteilerpumpe ausgebildete Einspritzpumpe
bezeichnet mit einem Gehäuse 2, in dem ein in an sich bekannter Weise über eine
Hubscheibe 4 oszillierend und in Umfangsrichtung angetriebener Pumpenkolben 3 gehalten
ist. Während jeden Saughubes des Pumpenkolbens 3 wird über eine der am Kolbenumfang
vorgesehenen Längsnuten 8, deren Zahl der angeschlossenen Einspritzventile entspricht,
Kraftstoff aus dem Innenraum des Pumpengehäuses 2 über eine durch ein Abstellventil
6 verschließbare Ansaugleitung 5 in den Arbeitsraum 7 gesaugt. Bei dem anschließenden
Druckhub des Pumpenkolbens 3 wird infolge der Weiterdrehung des Pumpenkolbens 3
die Verbindung des Arbeitsraums 7 mit der Ansaugleitung 5 unterbrochen, so daß der
in dem Arbeitsraum 7 eingeschlossene Kraftstoff über die Längsbohrung 9 und die
Verteilerbohrung 10 in eine von mehreren im Gehäuse 2 angeordnete Druckleitungen
11 gefördert wird, die jeweils über ein Druckventil 12 mit einem hier nicht weiter
gezeigten Einspritzventil verbunden sind.
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Die Förderung der Einspritzmenge wird mit der Druck-Hubbewegung des
Pumpenkolbens 3 eingeleitet und dadurch beendet, daß eine Steuerkante 25 eines auf
dem Pumpenkolben 3 verschiebbar gehaltenen Regelschiebers 14 an dem Pumpenkolben
angebrachte Absteuerbohrungen 13 öffnet. Durch die Öffnung dieser mit der Längsbohrung
9 verbundenen Absteuerbohrungen 13 wird der Arbeitsraum 7 mit dem Innenraum des
Pumpengehäuses 2 verbunden, so daß der Arbeitsdruck im Arbeitsraum 7 zusammenbricht
und das Druckventil 12 sowie die Düsennadel des angeschlossenen Einspritzventils
schließen.
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Durch axiale Verstellung des Regelschiebers 14 in Abhängigkeit vom
Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird das Ende des Einspritzvorganges und
damit die Menge des eingespritzten Kraftstoffes verändert und dem jeweiligen Betriebszustand
angepaßt.
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Bei der hier gezeigten Ausführung wird die Verstellung des Regelschiebers
von einem mittels eines Traggestells 17 am Pumpengehäuse 2 gehaltenen Stellmotor,
beispielsweise einem elektrischen Motor, vorgenommen.
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Dieser Stellmotor weist einen axial verstellbaren Betätigungsstempel
18 auf, der über ein Gelenk 19 an einem Betätigungshebel 15 angreift, der an seinem
anderen Ende mittels eines Betätigungsfingers 23 in eine Ausnehmung 24 des Regelschiebers
14 eingreift. Der Betätigungshebel 15 ist mittels eines Gelenkes 21 an einem Einstellhebel
20 angelenkt, der über eine Einstellschraube 22 verstellt werden kann.
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Die Ansteuerung des Stellmotors 16 erfolgt von einem Steuergerät 26,
dem auf hier nicht weiter dargestellte Weise verschiedene Informationen über den
Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere über die Stellung des von dem
Fahrzeugführer betätigten Fahrpedals, somit über den Lastwunsch, sowie über die
Drehzahl der Brennkraftmaschine, zugeführt werden. Aus diesen Meßwerten ermittelt
das Steuergerät nach einem vorgegebenen Programm eine Regelabweichung zur Verstellung
des Regelschiebers und gibt diese an den Stellmotor zur Ausführung der Verstellung
weiter. Auch kann ein Geber zur Erfassung und Rückmeldung der Iststellung des Regelschiebers
14 vorgesehen-sein.
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Erfindungsgemäß soll nun dieser betriebszustandsabhängigen Verstellung
des Regelschiebers 14 noch eine Verstellbewegung überlagert werden, die der oszillierenden
Hubbewegung des Pumpenkolbens 3 entgegengerichtet ist. Diese überlagerte Regelschieberbewegung
stellt ebenfalls eine oszillierende Bewegung dar, die im Takt der Hubbewegung des
Fumpenkolbens und dieser gerade entgegengerichtet verläuft. Die Gegenbewegung des
Regelschiebers 14 erhöht die Geschwindigkeit, mit der die Absteuerbohrungen 13 von
der Steuerkante 25 des Regelschiebers 14 geöffnet werden, und beschleunigt somit
die Aufsteuerung. Da es dabei vor allem auf die schnelle Öffnung der Absteuerbohrungen
13 ankommt, kann die oszillierende Verstellbewegung des Regelschiebers 14 derart
vorgesehen
werden, daß sie insbesondere auf dem der Druckhubbewegung
des Pumpenkolbens 3 entgegengerichteten Bewegungsabschnitt besonders schnell und
unabhängig von der Kolbengeschwindigkeit ist. Dadurch wird die bei niedrigen Drehzahlen
unerwanschte Koppelung von Drehzahl- und Öffnungsgeschwindigkeit aufgehoben.
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Da die schnelle Öffnung der Absteuerbohrungen 13 in erster Linie im
Bereich niedriger Drehzahlen der Brennkraftmaschine angestrebt wird, während die
Aufsteuerung der Absteuerbohrungen bei höheren Drehzahlen auch bei stillstehendem
Regelschieber genügend schnell erfolgt, kann es zweckmäßig sein, die Ansteuerung
des die oszillierende Stellbewegung des Regelschiebers 4 bestimmenden Stellmotors
so vorzunehmen, daß die Regelschiebergegenbewegung nur im Bereich niedriger Drehzahlen,
vorzugsweise bis etwa 2000 U/min, erfolgt.
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Die auf diese Weise erreichte Entkoppelung der Öffnungsgeschwindigkeit
der Absteuerböhrung von der Drehzahl bei niedrigen Drehzahlen ermöglicht ein definiertes
und schnelles Schließen der Einspritzventile durch schlagartigen Druckabbau in dem
Druckarbeitsraum 7, so daß die eingangs geschilderten Nachteile vermieden und die
Einspritzventile zur Abspritzung mit weiter erhöhten Abspritzdrücken ausgelegt werden
können.
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Auch bei den bekannten Einspritzpumpen, bei denen jedes Pumpenelement
nur ein Einspritzventil mit Kraftstoff versorgt, kann die Erfindung, wie hier nicht
weiter gezeigt ist, mit Vorteil verwendet werden. Bei diesen Pumpen-Ausführungen
wird der Pumpenkolben selbst als Regelorgan herangezogen und weist dazu eine Schrägnut
auf, die den Pumpendruckraum je nach Winkelstellung des Pumpenkolbens früher oder
später mit einer im feststehenden Gehäuse angeordneten Auslaßöffnung verbindet.
Zusätzlich zu der betriebszustandsabhängigen Winkelverstellung des Pumpenkolbens
wird hier dann eine im Takt der Hubbewegung erfolgende oszillierende Winkelverstellung
des Pumpenkolbens vorgenommen, die wieder die Öffnungsgeschwindigkeit bei der Aufsteuerung
erhöht und damit ebenfalls die oben in Zusammenhang mit der Anwendung der Erfindung
bei den Verteilereinspritzpumpen erwähnten Vorteile bringt.
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