DE3430242A1

DE3430242A1 - Einspritzzeitpunktversteller fuer eine einspritzpumpe einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3430242A1
Application number: DE19843430242
Authority: DE
Inventors: Joachim 5000 Köln Altdorf; Reinhard 4019 Monheim Bückers
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1984-08-17
Filing date: 1984-08-17
Publication date: 1986-02-27

Description

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5000 Köln 80, den 13. Aug. 1984 D 84/44 AE-ZPB Ha/B

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EinspritzzeitpunktversteHer

für eine Einspritzpumpe

einer Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Einspritzzeitpunktversteller für eine Einspritzpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem angetriebenen Primärteil, mit einem abtreibenden Sekundärteil, welches mit einer Nockenwelle der Einspritzpumpe drehstarr verbunden ist, und mit einer Schrägverzahnung zur Drehmomentenübertragung zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil, wobei das Sekundärteil und das Primärteil zueinander axial verschieblich ausgebildet sind und dadurch eine Änderung der Drehwinkelstellung dieser beiden Teile zueinander bewirkbar ist, wobei der Einspritzzeitpunktversteller im weiteren noch einen hydraulischen Druckraum und einen Steuerkolben aufweist, der den Abfluß aus dem Druckraum für ein Druckmedium beherrscht.

Einspritzpumpen werden üblicherweise mit einem konstanten Drehzahlverhältnis von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Dabei betätigt die Nockenwelle der Einspritzpumpe die Pumpenstößel, welche - durch jeweils einen Nocken der Nockenwelle angetrieben - Brennstoff in den Brennraum einspritzen. Soll der Beginn dieses Einspritzens an die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepaßt werden, so wird die Nockenwelle der Einspritzpumpe gegenüber der antreibenden Kurbelwelle um das Maß

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der Einspritzzeitverschiebung verdreht. Diese Verdrehung bewirkt ein sogenannter Einspritzzeitpunktversteller, der von der Kurbelwelle angetrieben wird und seinerseits die Nockenwelle der Einspritzpumpe antreibt.

Bekannte Ausführungen eines solchen Einspritzzeitpunktverstellers sollen den Einspritzzeitpunkt in Abhängigkeit der wichtigsten Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, nämlich deren Drehzahl,variieren. Eine derartige Abhängigkeit wird mittels Fliehgewichten angestrebt, die über Federn und eine Verstellscheibe die Nockenwelle verdrehen. Als nachteilig hat es sich aber bei solchen Einspritzzeitpunktverstellern herausgestellt, daß der Einspritzzeitpunkt nicht in eindeutiger Weise von der Drehzahl der Einspritzpumpennockenwelle abhängig ist; denn die in ihrer Größe unbekannten, angreifenden Antriebsmomente verändern ebenfalls über die Verstellscheibe die Stellung der Fliehgewichte.

Ein gattungsgemäßer Einspritzzeitpunktversteller für eine Einspritzpumpe einer Brennkraftmaschine, der diese Nachteile bereits vermeidet, ist aus der DE-OS 17 51 860 bekannt. Hier wird ein Einspritzzeitpunktversteller beschrieben, welcher durch ein Zahnrad - dem Primärteil - angetrieben wird und über ein Stellglied die verlängerte Nockenwelle - das Sekundärteil - einer Einspritzpumpe antreibt. Das Primärteil ist dabei mit einer spiralförmigen Nut oder über eine Schrägverzahnung auf dem verlängerten Ende der Nockenwelle koaxial angeordnet. Eine axiale Verschiebung des Primärteils gegenüber dem Sekundärteil verdreht somit diese beiden Teile zueinander. Die Stellvorrichtung fixiert die axiale Lage des Primärteils auf dem Sekundärteil und bewirkt in Abhängigkeit eines Betriebsparameters, hier der Drehzahl der Nockenwelle, die axiale Verschiebung, womit sich die Drehwinkelstellung des

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Primärteils zum Sekundärteil - folglich also der Einspritzzeitpunkt - ändert. Das Stellglied besteht im wesentlichen aus einem hydraulischen Druckraum mit einem Druckkolben, der entgegen einer Druckfeder wirkt. Die axiaie Stallung des Primärteils "wird durch das Gleichgewicht der Kraft der Feder und des Druckmediums erzielt, wobei über einen Steuerkolben der Abfluß des Druckmediums aus einem Wirbelraum geregelt wird. Der Steuerkolben selbst ist in Abhängigkeit der Drehzahl des angetriebenen Zahnrades, genauer in Abhängigkeit der Größe der Zentrifugalkräfte auf das Druckmedium innerhalb des Wirbelraumes, in seiner räumlichen Position festgelegt. Ein derartiger Einspritzzeitpunktersteller erzielt die Veränderung des Einspritzzeitpunktes, bzw. der Drehwinkelstellung des Primärteils zum Sekundärteil in eindeutiger Abhängigkeit von der Drehzahl.

Als nachteilig hat sich bei diesem Einspritzzeitpunktversteller herausgestellt, daß eine Beeinflussung des Einspritzzeitpunktes von außen nicht mehr möglich ist. Es können also keine weiteren Betriebsparameter der Brennkraftmaschine den Einspritzzeitpunkt mitbestimmen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Einspritzzeitpunktversteller bereitzustellen, der durch mehrere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine derart beeinflußbar ist, daß lediglich eine separate Steuergröße für die Drehwinkelstellung des Primärteils zum Sekundärteil vorgegeben werden muß. Dabei soll der Einspritzzeitpunktversteller den vorgegebenen Wert dieser Vorgabegröße in einfacher Weise und ohne Rückkopplung der tatsächlich erfolgten Stellgröße in einen entsprechenden Wert der Drehwinkelstellung des Primärteils zum Sekundärteil umsetzen und so den Einspritzzeitpunkt bestimmen. 35

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Diese Aufgabe wird bei einem Einspritz-

zeitpunktversteller der gattungsgemäßen Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird durch die Schrägverzahnung zwischen Sekundärteil und Primärteil eine axiale Verschiebung dieser beiden Teile zueinander in eine Änderung der Verdrehstellung des Sekundärteils zum Primärteil umgesetzt. Die beiden gegeneinander gerichteten hydraulisch unterstützten Stößel legen die Lage des Sekundärteils zum Primärteil fest und erst, wenn der Abfluß von einem der beiden Druckräume der Stößel freigegeben wird, kann sich das Sekundärteil gegenüber dem Primärteil - infolge des Druckabfalls in diesem Druckraum - bewegen. Für die Steuerung der Abflüsse ist erfindungsgemäß ein Steuerkolben vorgesehen, wobei dessen axiale Lage zum Primärteil auch die axiale Lage des Sekundärteils zum Primärteil vorgibt.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch die einfache Festlegung der Lage des Steuerkolbens die Drehwinkelstellung des Primärteils zum Sekundärteil auf hydraulischem Wege eindeutig fixiert ist. Da in hydraulischen Druckräumen die Kompressibilität des Mediums im Normalfall zu vernachlässigen ist, und da der Steuerkolben eindeutig eine Drehwinkel^j/erstellung entweder in die eine Richtung oder in die andere Richtung bewirkt oder die Drehwinkelstellung blockiert, ist jeder erzeugte Einspritzzeitpunkt bzw. jede Drehwinkelstellung exakt einer Lage des Steuerkolbens zugeordnet und somit insbesondere rückfrühungsfrei.

Der Unteranspruch 2 stellt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dar. Dabei ist es vorgesehen, die Zuflüsse zu den hydraulischen Druckräumen blockierbar zu gestalten. 35

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Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die vorteilhafte Verwendung eines Druckmediums, das unter einem relativ geringen Druck steht. Dabei ist der Druckbereich im Vergleich zu den Drücken in üblichen Hydrauliksystemen von z. B. 150 bar zu sehen.

Im Betrieb entstehen im gesamten Antriebsstrang der Einspritzpumpe starke Wechselmomente, die eine Art pulsierender Bewegung zwischen Antriebs- und Abtriebsteil des Einspritzzeitpunktverstellers erzeugen. Soll jetzt das Primärteil gegenüber dem Sekundärteil verdreht werden, so ist es, wenn man diese Wechselmomente geeignet ausnutzt, nicht nötig, entgegen der vom Antriebsmoment der Einspritzpumpe durch die Schrägverzahnung erzeugten Axialkraft zu verstellen. Der Einspritzzeitpunktversteller entnimmt die zur Verstellung nötige Kraft dann nicht aus der Hydraulik, sondern verstellt sich vorteilhafterweise selbstverstärker.d mit der Energie der Wechselmomente. Dies wird dadurch erreicht, daß beim Absteuern eines Druckraumes sich dieser infolge der Axialkraft des Antriebsmomentes, das entgegen der Wirkung der Druckkraft in diesen Druckraum gerichtet ist, entleert und der andere entgegengesetzt wirkende Druckraum sich auffüllen kann. Da die Zuflüsse bei Kraftbeaufschlagung blocklierbar ausgebildet sind, beispielsweise durch Rückschlagventile nach Anspruch 3, können sich die Druckräume während des folgenden, andersherum gerichteten Wechselmomentes weder entleeren noch anfüllen. Der Verschiebevorgang ist somit in einer Richtung blockiert. Wird die Absteuerung beendet, sind also beide Druckräume durch den Steuerkolben wieder verschlossen, so ist ebenfalls jede Bewegung der Stößel in den Druckräumen ausgeschlossen. Die Stößel blockieren sich somit selbsttätig. Da die Stößel die Lage des Sekundärteils zum Primärteil fixieren, ist somit die Drehwinkelstellung des Primärteils

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zum Sekundärteil festgelegt. Die Drehwinkelverstellung ist durch die Kraft der Wechselmomente und nicht durch einen Hydraulikhochdruck erfolgt. Eine teure Hydraulikhochdruckpumpe kann deshalb in vorteilhafter Weise entfallen.

Die Weiterbildung nach Anspruch 4 der Erfindung sieht die Verwendung eines zweiten Druckmediums als Vorgabegröße für die Drehwinkelstellung vor. Ein von außen in den Einspritzzeitpunktversteller hineingeführtes zweites Druckmedium bestimmt durch seinen Druck die Lage des Steuerkolbens, der die Abflüsse aus den Druckräumen beherrscht, und den Einspritzzeitpunkt steuert. Hierdurch wird die Verwendung einer separaten Regeleinrichtung ermöglicht, die in Abhängigkeit von vielen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eine Sollgröße für die Drehwinkelstellung des Primärteils zum Sekundärteil festlegt. Eine solche Regeleinrichtung kann in vorteilhafter Weise alle Betriebsparameter oder Steuergrößen der Brennkraftmschine zu einer Sollgröße verarbeiten. Insbesondere ist die Verarbeitung der Drehzahl, der Temperatur, der Last der Brennkraftmaschine und/oder eine Anpassung der Brennkraftmaschine an verschiedene Betriebsstoffe möglich.

In vorteilhafter Weiterbildung wird die Regeleinrichtung als elektrische Regeleinrichtung oder Regelelektronik ausgebildet. Die Signalerfassung und -verarbeitung erfolgt dann elektrisch über die Geber und die Regelelektronik, die über ein Stellglied den hydraulischen Druck für das zweite Druckmedium erzeugt. Dies erleichtert die Einbindung des Einspritzzeitpunktverstellers in eine komplexe Brennkraftmaschinenregelelektronik. Die Regelelektronik steuert dann sinnvollerweise nicht nur den Einspritzzeitpunktersteiler sondern alle weiteren, oder zumindest eine ,

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größere Anzahl der weiteren Steuergrößen der Brennkraftmaschine. Es sind somit vorteilhafterweise alle nur denkbaren Beeinflussungsmöglichkeiten des Einspritzzeitpunktes ihrip Mehraufwand realisierbar.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen. Als Druckmedium für die Druckräume ist dabei insbesondere das Motoröl der Brennkraftmaschine vorgesehen. Als zweites Druckmedium für den Steuerkolben kann anstatt des Motoröles auch ein gasförmiges Druckmedium, wie die Ladeluft, zweckmäßig sein. Es muß lediglich sichergestellt sein, daß das zweite Druckmedium einen definierten Druck exakt einhalten kann.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung, in der schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch einen erfipdungsgemäßen Einspritzzeitpunktversteller, wobei an einem rohrförmigen Primärteil 1 eine Antriebsvorrichtung in Form eines Zahnrades 3 an einem axialen Ende desselben angeordnet ist. In dem Primärteil 1 befindet sich koaxial und von diesem geführt das ebenfalls rohrförmig ausgebildete Sekundärteil 2. An dem dem Zahnrad 3 gegenüberliegenden axialen Ende des Primärteils 1 ist im weiteren eine Schrägverzahnung 4 zwischen dem Primärteil 1 und dem Sekundärteil 2 zur Drehmomentübertragung vorgesehen. Das Sekundärteil 2 weist eine Keilnutverzahnung 5 am selben axialen Ende auf und ist durch diese drehötarr aber axial verschieblich mit einer Nockenwelle 6 der Einspritzpumpe 7 verbunden. Das Primärteil 1 ist in einem Lager 8 sowohl axial als auch radial an einem äußeren Gehäuse gelagert,

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z. B. am Motorblock der Brennkraftmaschine. Primärteil 1 und Nockenwelle 6 der Einspritzpumpe 7 weisen in jedem Fall einen unveränderlich festgelegten axialen Abstand zueinander auf.

In dem Sekundärteil 2 ist ein zylinderförmiger Einsatz 10 vorgesehen, der mit dem Sekundärteil 2 über eine Verschraubung 11 fest verbunden ist. Der zylinderförmige Einsatz 10 ist dabei an dem der Schrägverzahnung 4 gegenüberliegenden Ende des Sekundärteils 2 angeordnet. Innerhalb des zylinderförmigen Einsatzes 10 sind zwei hydraulisch unterstützten Stößel 12, 13 in entsprechenden Bohrungen zentrisch angeordnet, wobei die hydraulisch unterstützten Stößel 12, 13 mit den Bohrungen Druckräume 34, 35 bilden.

Jeweils ein Stößel 12, 13 ragt an einem axialen Ende des zylinderförmigen Einsatzes 10 aus diesem heraus. Innerhalb des Druckraumes 34 ist eine Druckfeder 14 angeordnet, die bestrebt ist, diesen Stößel 12 aus der Bohrung herauszudrücken. An dem dem stößelseitigen Ende gegenüberliegenden Ende der Druckräume 34, 35 sind die Zu- und Abflußkanäle angeordnet. Dabei sind die Zuflußkanäle 15, 16, welche auf der Achse des zylinderförmigen Einsatzes 10 liegen, mit je einem Rückschlagventil 17 versehen. Die Rückschlagventile 17 wiederum werden durch eine gemeinsame radiale Bohrung 18 in dem zylinderförmigen Einsatz 10 mit Druckmedium versorgt. Die radiale Bohrung 18 ist mit einem Nutbereich 37 am Umfang des zylinderförmigen Einsatzes 10 und einem Nutbereich 38 am inneren Umfang des Primärteils 1 derart mit einer Zuführungsbohrung 31 im Lager 8 verbunden, dab stets die Zuführung des Druckmediums zu den Druckräumen 34, 35 gesichert ist. Es können für diese Verbindungen auch in vorteilhafter Weise Hohlbohrungen mit teilweise wieder verschlossenen Enden verwendet werden.

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Die beiden Stößel 12 und 13 stützen sich am Primärteil 1 ab. Dabei ist vorgesehen, daß der Stößel 12 an einer Druckplatte 19, welche das Primärteil 1 zusammen mit dem -,„^^^rt -χ ^_n ,JgC₁₁ antriebsseitigen Axialende abschließt, und der Stößel 13 an einem Querbolzen 20 anliegt. Der Querbolzen 20 ist durch das Primärteil 1 und das Sekundärteil 2 quer durchgesteckt, wobei das Sekundärteil 2 an dieser Stelle zwei Aussparungen aufweist, so daß es sich axial verschieben und radial verdrehen kann. Weiterhin ist in dem zylinderförmigen Einsatz 10 eine außermittige, achsparallele Sacklochbohrung 21 vorgesehen, in der der Steuerkolben 22 druckmitteldicht gleitet. Auf der zahnradseitigen Axialseite des zylinderförmigen Einsatzes 10 greift ein hohlgebohrtes Zwischenstück 23, welches außerhalb des zylinderförmigen Einsatzes 10 mit einer Querbohrung 24 versehen ist, in die Sacklochbohrung 21 ein und stützt eine Druckfeder 25 an der Druckplatte 19 des Primärteils 1 ab. Die Druckfeder 25 steht dabei andererseits in Wirkverbindung mit dem Steuerkolben 22. In dem Steuerkolben 22 ist auf dessen Achse eine weitere Sacklochbohrung 26 angeordnet, an deren Ende eine quer verlaufende Druchgangsbohrung 27 vorgesehen ist. Das offene Ende dieser Sacklochbohrung 26 weist auf die Druckfeder 25. Diese Durchgangsbohrung 27 steht in Verbindung mit einer umfangsmäßigen Aussparung oder Nut 28 am Außenumfang des Steuerkolbens 22.

Der von dem Steuerkolben 22 abgeschlossene Abschnitt der Sacklochbohrung 21 ist über eine radialverlaufende Verbindungsbohrung 29, welche bis an den äußeren Umfang der Sekundärteils 2 geführt ist, mit einer ringförmigen Nut 30 am inneren Umfang der Primärteils 1 verbunden. An diese Nut 30 ist eine Zuführungsbohrung 31 im Lager 8 für das zweite Druckmedium angeschlossen. Die druckmitteldichte

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Verbindung des vom Steuerkolben 22 abgeschlossenen Abschnitts der Sacklochbohrung 21 mit der Zuführung 31 kann auch durch Hohlbohrungen und nur sehr kleinen Nutabschnitten erreicht werden, die im Sekundärteil 2 angeordnet sein können.

Beide Druckräume 34, 35 weisen jeweils an dem axialen Ende des Druckraumes, das dem Stößel 12 oder 13 gegenüberliegt, einen radialen Abfluß 32 auf. Die Bohrungen der Abflüsse 32 münden in die Sacklochbohrung 21, und zwar in der geschlossenen Stellung des Steuerkolbens 22 derart, daß beide Steuerkanten 33 der Aussparungen 28 des Steuerkolbens 22 die Abflüsse 32 gerade nicht erreichen. Durch diese Anordnung sind die Abflüsse 32 gerade von den Aussparungen 28 des Steuerkolbens 22 abgeschlossen und münden so auf den dichtenden Zylinderbereich des Steuerkolbens 22.

In dem Primärteil 1 ist im weiteren an dem zahnradseitigen Ende eine Abflußbohrung 36 von dem inneren Raum nach außen angeordnet. Auch ist das Zahnrad 3 mittels einer Schraubverbindung auf dem Primärteil 1 befestigt. Hier wäre es auch denkbar, das Zahnrad 3 und das Primär teil 1 als ein einstückes Primärteil 1 auszubilden. Es könnte sogar auf die Druckplatte 19 verzichtet werden. Weiterhin könnte das Sekundärteil 2 und der zylinderförmige Einsatz 10 ebenfalls einstückig ausgebildet sein. Auch könnte die Sacklochbohrung 21 von dem einspritzpumpenseitigen Axialende des zylinderförmigen Einsatzes 10 ausgehend angeordnet sein. Das Zwischenstück 23 würde sich dann am Querbolzen 20 abstützen.

Der erfindungsgemäße Einspritzzeitpunktversteller funktioniert mit Hilfe der Wechselmomente, welche im Antrieb einer Einspritzpumpe stets auftreten. Das Zahnrad 3 wird von 35

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der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben und treibt seinerseits das Primärteil 1 an. Über eine Schrägverzahnung 4 wird das Drehmoment auf das Sekundärteil 2 und über die Keilverzahnung 5 auf die Nockenwelle 6 der Einspritzpumpe 7 übertragen. Infolge der Schrägverzahnung 4 entstehen axial gerichtete Kräfte auf das Sekundärteil 2. Diese axial gerichteten Kräfte werden mit Hilfe der hydraulisch unterstützten Stößel 12, 13 abgefangen und auf das Primärteil 1 weitergeleitet, und zwar derart, daß das Sekundärteil 2 in seiner axialen Position im Verhältnis zum Primärteil 1 festgehalten wird. Verschiebt sich das Sekundärteil 2 axial zum Primärteil 1, so verdreht sich das Sekundärteil 2 gegenüber dem Primärteil 1 infolge der Schrägverzahnung 4, d. h. die Drehwinkelstellung des Primärteils 1 zum Sekundärteil 2 bzw. der Einspritzzeitpunkt der Einspritzpumpe ändert sich.

Die im Inneren des Sekundärteils 2 bzw. des zylinderförmigen Einsatzes 10 angeordneten Druckräume 34, 35 sind mit je einem Stößel 12, 13 derart abgeschlossen, daß sich die Stößel 12, 13 bei verschlossenen Abflüssen 32 an dem Primärteil 1 über die Druckplatte 19 und über den Querbolzen 20 abstützen. Sind jetzt die beiden Druckräume 34, 35 mit Druckmittel gefüllt, so verhindern die Rückschlagventile 17, daß das Druckmittel aus den Druckräumen 34, 35 wieder durch die Zuflüsse 18 zurückströmen kann. Das bedeutet, daß keiner der beiden Stößel 12, 13 sich aus der einmal eingenommenen axialen Lage entfernen kann. Die axiale Lage des Sekundärteils 2 zum Primärteil 1 ist somit fixiert,

d. h. die Drehwinkelstellung des Sekundärteils 2 zum Primärteil 1 ist festgelegt.

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Der Steuerkolben 22 wird durch ein Gleichgewicht eines zweiten Druckmediums, das über eine der Zuflußbohrungen 31 in den durch den Steuerkolben 22 abgeschlossenen Abschnitt der Sacklochbohrung 21 gelangt, und der Federkraft der Druckfeder 25 in seiner Lage festgehalten. Wird jetzt der Druck des zweiten Druckmediums geändert, so ist dieses Gleichgewicht gestört, und der Steuerkolben 22 fängt an, sich in eine Richtung zu bewegen. Wird beispielsweise der Druck des zweiten Druckmediums gesenkt, so ist die Feder 25 bestrebt, den Steuerkolben 22 solange in Richtung des zweiten Druckmediums zu verschieben, bis erneut Gleichgewicht eingetreten ist. Zu jedem Wert des zweiten Druckmediums gehört somit eine exakt festgelegte axiale Stellung des Steuerkolbens 22 im Verhältnis zum Primärteil 1.

Nachdem sich der Steuerkolben 22 in eine neue Position bewegt hat, wird der Abfluß 32 zu einem der beiden Druckräume 34, 35 geöffnet. Infolge der im Antriebsstrang auftretenden Wechselmomente wird eine richtungsmäßig pulsierende, wechselnde Axialbelastung auf das Sekundärteil 2 gegeben. Durch diese Wechselmomente wird der Stößel 12 bzw. 13, dessen Abfluß 32 geöffnet ist, in den Druckraum 34 bzw. 35 hineingedrückt, d. h. das erste Druckmedium strömt über die Bohrung 32 an der Steuerkante 33 des Steuerkolbens 22 vorbei in die ringförmige Aussparung 28 des Steuerkolbens 22. Von dort gelangt das Druckmedium weiter über die Durchgangsbohrung 27 und die axiale Sacklochbohrung 26 im Steuerkolben 22 durch die Sacklochbohrung 21 an der Feder 25 vorbei, durch das hohlgebohrte Zwischenstück 23 mit den Querbohrungen 24 und durch die Abflußbohrung 36 im Primärteil 1 ins Freie. Der Abfluß 32 des anderen Stößels ist dagegen weiterhin geschlossen. Da das Druckmedium unter einem Druck steht, kann in unbelastetem Zustand des

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Stößels das Druckmedium diesen Stößel aus der Bohrung herausdrücken. Es fließt somit bei dem Wechselmoment, das diesen Stößel gerade entlastet, Druckmedium über das Rückschlagventil 17 in den Druckraum nach. Während des darauf-Tolgenden entgegengesetzten Wechselmoments verhindert das Rückschlagventil 17 das Zurückströmen des Druckmediums aus eben diesem abgeschlossenen Druckraum, d. h. dieser Stößel ist jetzt blockiert. Das nächste, erneut andersherum gerichtete Wechselmoment führt dann wieder zu einem Ver-Stellvorgang. De facto hat sich das Sekundärteil 2 im Verhältnis zum Primärteil 1 in Richtung des Steuerkolbens 22 infolge der Wechselmomente verschoben. Diese Verschiebung führt über die Schrägverzahnung 4 zu einer Verdrehung des Sekundärteils 2 gegenüber dem Primärteil 1. Alle anfallenden axialen Kräfte werden innerhalb des Einspritzzeitpunktverstellers über die hydraulischen Stößel 12, 13 an das Primärteil 1 weitergeleitet. Die Keilnutverbindung 5 kann somit niemals eine Axialbelastung auf die Nockenwelle 6 der Einspritzpumpe 7 weiterleiten.

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Die Verschiebung des Sekundärteils 2 in Richtung des verschobenen Steuerkolbens 22 wird solange infolge der Wechselmomente fortgesetzt, bis die Abflußbohrung 32 wieder von der Steuerkante 33 der ringförmigen Aussparung 28 passiert wird und danach von dem Steuerkolben 22 verschlossen ist. Dann sind beiden Druckräume 34, 35 blockiert, und die axiale Lage des Sekundärteils 2 zum Primärteil 1 ist wieder fixiert. Das Druckmedium, welches in die Druckräume einströmt, braucht dabei nicht unter einem besonders hohen Druck zu stehen. Es ist vielmehr ein relativ geringer Druck bis ca. 3 bar ausreichend. Das Druckmedium strömt dabei von dem Lager 8 über radiale Kanäle und ringförmige Nutbereiche 37, 38 und einer radialen Bohrung 18 bis zu den Rückschlagventilen 17.

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Eine Verstellung des Einspritzzeitpunktes in der anderen Richtung erfolgt durch eine Verschiebung des Steuerkolbens 22 ebenfalls in die andere Richtung. Die Vorgänge laufen dann entsprechend genau andersherum ab.

Die Lage des Primärteils 1 zum Sekundärteil 2 ist in der Figur in einer Grundstellung dargestellt. Der Stößel 13 ist völlig eingefahren, eine Verstellung der Drehwinkelstellung in diese Richtung ist somit nicht möglich. Beim Ausschalten der Brennkraftmaschine bricht der Druck in beiden Druckmedien zusammen. Danach sorgen die Druckfeder 25 und die Feder 14 dafür, daß die Stößel 12, 13 und der Steuerkolben 22 in jedem Fall in ihre dargestellte Grundstellung zurückkehren. Die Feder 14 drückt den Stößel 12 soweit aus der Bohruhg heraus, daß der Stößel 13 vollständig in die Bohrung eintaucht und am axialen Ende der Bohrung aufliegt. Die Druckfeder 25 schiebt den Steuerkolben 22 in die entsprechende Position, damit der Abfluß des Stößels 13 bis kurz vor Erreichen der Grundstellung geöffnet ist. Beim erneuten Starten der Brennkraftmaschine liegt somit ein definierter Einspritzzeitpunkt vor. Erst wenn der Druck im zweiten Druckmedium aufgebaut ist, steuert die Regeleinrichtung die Lage des Steuerkolbens 22, der dann vom Startwert ausgehend genau eine Lage der Drehwinkelstellung des Primärteils 1 zum Sekundärteil 2 vorgibt. Die Feder 14 könnte auch im Druckraum 35 als Zugfeder ausgebildet angeordnet sein. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf die gezeigte Grundstellung beschränkt, sondern es muß durch die Kraft der Federn 14 und 25 lediglich irgendeine aber definierte Grundstellung erreicht werden.

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Das zweite Druckmedium, welches die Lage des Steuerkolbens 22 beherrscht, wird über separate Leitungen bis zu der Zuführung 31 im Lager 8 gleitet. Der Druck dieses Druckmittels wird dabei erfindungsgemäß von einem Stellglied bestimmt, das von einer Regeleinrichtung angesteuert ist. Die Regeleinrichtung bildet in Abhängigkeit von mehreren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eine Sollgröße für die Drehwinkelstellung des Primärteils 1 zum Sekundärteil 2. Besonders gute Voraussetzung für eine exakte Steuerung bietet in diesem Zusammenhang eine Regelelektronik, die nicht nur den Einspritzzeitpunktversteller steuert, sondern auch noch andere Steuergrößen der Brennkraftmaschine beeinflußt. Die Betriebsparameter wie insbesondere die Drehzahl, die Temperatur, die Last und/oder die Art des Betriebskraftstoffes der Brennkraftmaschine werden elektrisch erfasst und elektrisch an die Regelelektronik weitergeleitet. Die Stellvorrichtung wird dann mit einem elektrischen Sollwert für die Drehwinkelstellung versorgt. Erst eben diese Stellvorrichtung wandelt dann den elektrisehen Sollwert in einem diesen Sollwert exakt entsprechenden Druck des zweiten Druckmediums um. Als zweites Druckmedium kann insbesondere das MotorÖl der Brennkraftmaschine verwendet werden. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ist jedoch auch gesteuerte Ladeluft zweckmäßig. Auf jeden Fall genügt für das zweite Druckmedium ein geringes Druckniveau von etwa 0,5 bis 2 bar. Die Druckfeder 25 kann auch als Zugfeder ausgebildet sein, die dann auf der mit den zweiten Druckmedien beaufschlagten Seite des Steuerkolbens 22 angeordnet ist.

In diesem Zusammenhang kann es auch zweckmäßig sein, den Steuerkolben 22 nicht durch ein Druckmedium in seiner axialen Lage zu steuern, sondern ihn unmittelbar elektrisch und/oder magnetisch anzusteuern. So könnte ein Elektromagnet, der koaxial zu dem Steuerkolben 22 angeordnet ist,

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vorgesehen werden. In diesem Fall entfällt die Druckfeder 25 und die entsprechenden Zuführungen für das zweite Druckmedium. Weiterhin wäre auch das Stellglied überflüssig.

Auch der Antrieb des Primärteils 1 muß nicht zwingend mit einem Zahnrad 3 gekoppelt sein. Hier wäre insbesondere der Antrieb durch eine Zahnkette oder einen Zahnriemen vorteilhaft. Wesentlich dabei ist, daß der Antrieb formschlüssig zwischen Kurbelwelle und Primärteil 1 erfolgt.

Weiterhin ist es ebenfalls denkbar, daß die Druckfeder 14 außerhalb der Druckräume 34, 35 angeordnet ist und von außen auf die Stößel 12, 13 wirkt. Auch könnten mehrere Stö-Bei vorgesehen sein, die z. B. jeweils paarweise in eine axiale Richtung wirken.

Die Anordnung des angetriebenen Zahnrades 3 auf der einen axialen Seite des Primärteils 1 und die Schrägverzahnung 4 auf der anderen Seite des Primärteils 1 bietet sich bei vielen Motoren an; denn die Einspritzpumpe ist meist seitlich neben dem Motor in der Mitte der Zylinderreihe angeordnet. Da die Stirnräder bzw. der Antrieb der Nockenwelle der Brennkraftmaschine an deren einem axialen Ende angeordnet sind, befindet sich auch das Zahnrad 3 zum Antrieb der Nockenwelle 6 der Einspritzpumpe 7 am axialen Ende der Brennkraftmaschine. Dies bedeutet gleichzeitig, daß ein erheblicher axialer Raum zwischen diesem Zahnrad 3 und dem Beginn der Nockenwelle 6 der Einspritzpumpe 7 entsteht.

Dieser axiale Abstand wird vielfach durch eine verlängernde Welle überbrückt. Der erfindungsgemäße Einspritzzeitpunktversteller dient hierbei anstelle der Welle als verlängernd und überbrückt in vorteilhafter Weise diesen Zwischenraum.

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Baut dagegen die Brennkraftmaschine entsprechend kürzer, so kann es zweckmäßig sein, das Zahnrad 3 zum Antrieb des Primärteils 1 an dem einspritzpumpenseitigen Ende des Primärteils 1 anzuordnen. Auch könnte, um besonderen Raumforderungen zu entsprechen, das Sekunaärteil 2 nicht in dem Primärteil 1 angeordnet sein, sondern auf demselben. In diesem Fall wurden sich die Funktionen umkehren, während jedoch die grundsätzliche Wirkungsweise des Einspritzzeitpunktverstellers föllig erhalten bleibt. Die Begriffe Sekundärteil 2 und Primärteil 1 wären dann lediglich zu vertauschen.

Claims

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Patentansprüche

Einspritzzeitpunktversteller für eine Einspritzpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem angetriebenen Primärteil (1), mit einem abtreibenden Sekundärteil (2), welches mit einer Nockenwelle (6) der Einspritzpumpe (7) drehstarr verbunden ist, und mit einer Schrägverzahnung (4) zur Drehmomentenübertragung zwischen dem Primärteil (1) und dem Sekundärteil (2), wobei das Sekundärteil (2) und das Primärteil (1) zueinander axial verschieblich ausgebildet sind und dadurch eine Änderung der Drehwinkelstellung dieser beiden Teile zueinander bewirkbar ist, wobei der Einspritzzeitpunktversteller im weiteren noch einen hydraulischen Druckraum (34) und einen Steuerkolben (22) aufweist, der den Abfluß (32) aus dem Druckraum (34) für ein Druckmedium beherrscht,

dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (34) getrennt von dem Steuerkolben (22) angeordnet ist und mit einem hydraulisch unterstützten Stößel (12) abgeschlossen ist, daß ein zweiter, separater Druckraum (35) mit einem dazugehörigen Stößel (13) vorgesehen ist, dessen Kraftwirkung beim Füllen dieses Druckraumes (35) mit Druckmedium entgegen der Kraftwirkung des Stößels (12) des ersten Druckraumes (34) bei dessen Füllung mit Druckmedium gerichtet ist, wobei durch die Lage der Stößel (12, 13) die axiale Lage des Sekundärteils (2) zum Primärteil (1) bestimmbar ist, und daß der Steuerkolben (22) die Abflüsse (32) von beiden Druckräume (34, 35) beherrscht und durch seine vorgegebene Lage entweder den einen oder den anderen Druckraum (34, 35) absteuert oder beide Druckräume sperrt.

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2. Einspritzzeitpunktvesteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kraftbeaufschlagung auf die Stößel (12, 13) die Zuflüsse (15, 16) zu den Druckräumen '"5A- 35^ ieweils getrennt blockierbar sind.

3. Einspritzzeitpunktversteller nach Anspruch 2 mit einer mit dem ersten Druckraum (34) in Wirkverbindung stehenden Feder (14),

dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zufluß (15, 16) zu einem Druckraum (34, 35) ein Rückschlagventil (17) vorgesehen ist und daß ein Stößel (12, 13) mit der Feder (14) versehen ist, die in Richtung der Druckkraft des Druckmediums in dem jeweiligen Druckraum (34, 35) auf den Stößel (12, 13) wirkt.
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4. Einspritzzeitpunktversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der einen der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verarbeitet,

dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Lage des Steuerkolbens (22) durch ein zweites Druckmittel bestimmbar ist, das in Abhängigkeit von mehreren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine durch eine Regeleinrichtung in seinem Druck steuerbar ist.

5. Einspritzzeitpunktversteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (22) dichtend in einer Sacklochbohrung (21) axial beweglich angeordnet ist und daß der Steuerkolben (22) von der einen Seite mit dem zweiten Druckmedium entgegen der Kraft eines Kraft-Speichers beaufschlagt ist und durch das Kräftegleichgewicht zwischen Kraftspeicher und zweitem Druckmedium in seiner Lage genau definiert ist.

Klöckner-Hurnboldi-Deutz AG H 19

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6. Einspritzzeitpunktversteller nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß geeignete Geber die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine elektrisch erfassen, daß die Geber elektrisch mit der Regeleinrichtung, beispielweise einer Regelelektronik, verbunden sind, daß die Regeleinrichtung elektrisch mit einer Stelleinrichtung verbunden ist, wobei die Regeleinrichtung einen elektrischen Sollwert für die Einspritzzeitpunktverstellung, d. h. für die Drehwinkelstellung des Primärteils (1) zum Sekundärteil (2) vorgibt, und daß die Stelleinrichtung den elektrischen Sollwert in einen definierten Druck des zweiten Druckmediums umsetzt, der der vorbestimmten Drehwinkelstellung proportional ist.

7. Einspritzzeitpunktversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärteil (1) als Rohr ausgebildet ist, wobei an dem einen Ende des Primärteils (1) ein Antribsteil und an dem anderen Ende des Primärteils (1) die Schrägverzahnung (4) angeordnet ist, daß das Sekundärteil (2) ebenfalls ein rohrförmiges Gebilde ist, wobei an einem Ende die Schrägverzahnung (4) und der Abtrieb für die Nockenwelle (6) der Einspritzpumpe (7) vorgesehen ist, und daß das Primärteil (1) koaxial um das Sekundärteil (2) herum angeordnet ist, wobei das Sekundärteil (2) von dem Primärteil (1) axial geführt ist.

8. Einspritzzeitpunktversteller nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärteil (1) an einem äußeren feststehenden Gehäuse radial drehbar aber axial feststehend gelagert ist.

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9. Einspritzzeitpunktversteller nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (12, 13) mit den Druckräumen (34, 35), die Rückschlagventile U.71 und rier Steuerkolben (22) im Inneren des Sekundärteils (2) angeordnet sind.

10. Einspritzzeitpunktversteller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ortsfest mit dem Sekundärteil (2) verbundenen zylinderförmigen Einsatz (10) die Druckräume (34, 35) zentrisch angeordnet sind, wobei die Stößel (12, 13) an den beiden axialen Enden dieses zylindrischen Einsatzes (10) aus diesem herausragend vorgesehen sind, daß der Steuerkolben (22) in etwa achsparallel neben den Stößeln (12, 13) angeordnet ist und über eine axiale Sacklochbohrung (26) in seinem Inneren in Verbindung mit zumindest einer Durchgangsbohrung (27) den Abfluß (32) des Druckmediums aus jedem Druckraum (34, 35) derart freigibt bzvv. verschließt, daß infolge der Axialbewegung des Sekundärteils (2) relativ zum Steuerkolben (22) , nachdem der Steuerkolben (22) seine Lage gewechselt hat, sich genau wieder eine axiale Lage des Sekundärteils (2) einstellt, bei der dann alle Abflüsse (32) geschlossen sind, und daß die beiden Enden der Stößel (12, 13), welche aus dem Sekundärteil (2) herausragen, an dem Primärteil (1) anliegend angeordnet sind.

11. Einspritzzeitpunktversteller nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher für den Steuerkolben (22) als eine Druckfeder (25) ausgebildet ist, daß die Druckfeder in der Sacklochbohrung (21) für den Steuerkolben (22) angeordnet i^ct und daß die Druckfeder (23) einerseits mit dem Steuerkolben (22) und andererseits

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mit dem Primärteil (1) über ein hohlgebohrtes Zwischenstück (23) in Wirkverbindung steht, wobei der Steuerkolben (22) auf dem einen axialen Ende von dem zweiten Druckmedium und auf dem anderen Ende von der Druckfeder (23) beaufschlagt ist.

12. Einspritzzeitpunktversteller nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Einsatz (10) und das Sekundärteil (2) einstückig ausgebildet sind.

13. Einspritzzeitpunktversteller nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungen der beiden Druckmedien über zwei getrennte Zuführungsbohrungen (31) im Lager (8) des Primärteils (1) und im weiteren über entsprechende Nuten im Primärteil (1) und im Sekundärteil (2) vorgesehen sind.

14. Einspritzzeitpunktversteller nach einem der Ansprüehe 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Motoröl der Brennkraftmaschine als erstes und als zweites Druckmedium vorgesehen ist.