DE3524980C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der GB-A-2 037 365 ist eine Einspritzpumpe vom Radial­ kolbentyp bekannt, bei welcher der unter Druck gesetzte Kraftstoff über ein als Verteiler wirkendes Bauteil den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine in einer der Ma­ schinendrehzahl entsprechenden Taktfolge zugeführt wird. Das drehangetriebene Bauteil ist durch einen Druck axial verstellbar, wobei eine jeweilige axiale Position die bei jedem Takt der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmen­ ge bestimmt. Die axiale Positionierung dieses Bauteils er­ folgt mittels eines an einem Stirnende anliegenden Kraft­ stoffdruckes, der gegen die Kraft einer am anderen Ende des Bauteils angeordneten Feder wirkt. Dieser Kraftstoffdruck wird von einer elektromagnetisch betätigbaren Ventilein­ richtung gesteuert, die ein elektromagnetisch kontinuier­ lich verstellbares Durchflußventil in einem zum Bauteil führenden Zulaufkanal und eine Festdrossel in dem vom Bau­ teil abführenden Ablaufkanal enthält. Zum Konstanthalten des Kraftstoffdruckes und damit der vorgegebenen Bauteil­ stellung ist ein ständiger Kraftstoff-Fluß in der von der Festdrossel vorgegebenen Menge erforderlich. Durch die in der Taktfolge auftretenden Stoßbeanspruchungen kann das Bauteil axial aus seiner geeigneten Stellung verschoben werden, was zu einer unerwünschten Änderung der geförderten Kraftstoffmenge führt. Darüber hinaus kann es beim Verstel­ len des Bauteiles auch zu Nachfederungen kommen, was die exakte Dosierung der Kraftstoffmengen ebenfalls nachteilig beeinflußt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Kraft­ stoffeinspritzpumpe zu schaffen, die eine einfache Verstel­ lung und dauerhafte Positionierung des als Kraftstoffver­ teiler wirkenden Bauteils gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch Vorsehen der in dem zum Bauteil führenden Zulaufkanal sowie dem vom Bauteil wegführenden Ablaufkanal angeordneten Absperrventile wird eine wirksame Festlegung des Bauteils in der gewünschten Position durch eine hydraulische Verrie­ gelung erzielt und es wird auch ein Nachfedern des Bauteils nach einem Verstellvorgang verhindert.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an­ hand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil einer Einspritzpumpe vom Radialkolbentyp mit dem als Verteiler­ rotor ausgeführten Bauteil und je einem Absperrventil in dessen Zulauf- und Ablaufkanal im schematischen Axial­ schnitt;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ausfüh­ rung mit zusätzlichen Festdrosseln in dem Zulauf- und Ablaufkanal;

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Ausführung mit einem elektromagnetischen Schieber­ ventil im Zulauf- und Ablaufkanal;

Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche Ausführung mit einer abstromseitig vom Absperr­ ventil im Ablaufkanal angeordneten Festdrossel.

Die in Fig. 1 dargestellte Einspritzpumpe ist im einzelnen in der GB-A-2 037 365 beschrieben und weist eine Antriebs­ welle auf, die einstückig mit einem ring- bzw. glockenför­ migen Glied 11 von größerem Durchmesser ausgebildet ist. In diesem glockenförmigen Glied 11 befindet sich ein mit der Antriebswelle 10 drehendes Bauteil 12 in Form eines Vertei­ lerrotors, der mit seinem schmaleren Ende in einem Gehäuse 7 axial verschiebbar gelagert ist. Der Verteilerrotor 12 wird von dem glockenförmigen Glied durch - nicht darge­ stellte - Verbindungsglieder angetrieben, die in radiale Einschnitte im Glied 11 eingreifen. In diesen Einschnitten sind als Nockenabtaster Schuhe 9 und an deren äußeren Enden gelagerte Walzen 8 aufgenommen, die an der inneren Umfangs­ fläche eines - nicht dargestellten - umgebenden ringförmi­ gen Nockens laufen. Die Schuhe 9 sind gegenüber dem Vertei­ lerrotor 12 axial festgelegt und in den Einschnitten des ringförmigen Gliedes 11 radial verschiebbar. Ferner stützen sich die Schuhe mit ihren radial inneren Enden an Radial­ kolben 13 ab, die jeweils in einer diametralen Bohrung im Verteilerrotor 12 angeordnet sind. Die Innenfläche des ringförmigen Gliedes 11 ist konisch und die Schuhe 9 sind mit komplementären Flächen versehen, so daß die axiale Po­ sition der Nockenabtaster gegenüber dem ringförmigen Glied 11 die maximale Auswärtsbewegung der Kolben 13 bestimmt.

Der von den beiden Kolben 13 begrenzte Mittelteil steht über einen Kanal 14 mit einer Längsnut 15 am Umfang des Verteilerrotors 12 in Verbindung, wobei diese Längsnut ih­ rerseits mit mehreren Einlaßbohrungen 16 im Gehäuse 7 zur Deckung kommen kann. Diese Einlaßbohrungen 16 stehen mit dem Auslaß einer Kraftstoff zufördernden Niederdruckpumpe 17 in Verbindung, deren Druck entsprechend der Betriebs­ drehzahl durch ein Entlastungsventil 18 gesteuert wird. Mit den Einlaßbohrungen 16 sind abwechselnd mehrere Auslaßboh­ rungen 16A vorgesehen, von denen nur eine dargestellt ist und die im Betrieb zu den jeweiligen Einspritzdüsen der verschiedenen Zylinder der Brennkraftmaschine führen.

Der Verteilerrotor 12 ist von der Antriebswelle 10 weg durch eine Schraubendruckfeder 19 vorgespannt, die in einer zentralen Ausnehmung in der Antriebswelle sitzt. Wenn der Verteilerrotor durch diese Schraubendruckfeder 19 verscho­ ben wird, können sich die Kolben 13 weiter nach außen bewe­ gen, wobei dann Kraftstoff über die Bohrung 16 und die Längsnut 15 in einer entsprechend vergrößerten Menge zuge­ führt wird, die bei der nächst folgenden Einwärtsbewegung der Kolben durch die Nockenkurve zu der jeweiligen Auslaß­ bohrung 16A gedrückt wird.

Die axiale Verstellung des Verteilerrotors 12 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 19 erfolgt durch Zuführen von unter Druck stehendem Kraftstoff in eine Kammer 20, in die der freie Endteil des Verteilerrotors 12 hineinragt. Die Endfläche des Verteilerrotors 12 ist damit dem Kraftstoff­ druck in der Kammer 20 ausgesetzt, der eine gegen die Schraubendruckfeder 19 wirkende Kraft erzeugt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung ist die Kammer 20 über einen Zulaufkanal 16A mit dem niederdruckführenden Zulaufkanal 16 und über einen Ablaufkanal 23 mit einem Kraftstoffablauf verbunden. Im Zulaufkanal 16A und im Ab­ laufkanal 23 ist je ein Absperrventil 24 bzw. 25 angeord­ net. Das Absperrventil 24 wird geöffnet, wenn eine Drucker­ höhung in der Kammer 20 erwünscht ist, während das Absperr­ ventil 25 geöffnet wird, wenn eine Druckverringerung er­ wünscht ist. Bei geschlossenen Ventilen 24, 25 wird in der Kammer 20 eine hydraulische Sperre erzeugt, die eine Bewe­ gung des Verteilerrotors 12 durch äußere Kräfte verhindert und die Kammer 20 gegenüber jeglichen Schwankungen des Aus­ laßdruckes der Niederdruckpumpe 15 abschirmt. Die Absperr­ ventile 24, 25 werden durch Elektromagnete 24A, 25A betä­ tigt, deren elektrischer Stromfluß durch ein elektronisches Steuersystem 24B gesteuert wird.

Zweckmäßig öffnet das Steuerventil das eine oder andere Ab­ sperrventil 24A bzw. 25A dann, wenn die Gefahr einer uner­ wünschten Positionierung aufgrund einer Druckschwankung oder einer mechanischen Krafteinwirkung besteht. Dement­ sprechend muß das Steuersystem 24B die Absperrventile 24A, 25A nur zu einer bestimmten Zeitdauer während des Betriebs­ zyklus betätigen können. Dem Steuersystem werden daher ein oder mehrere Signale zugeführt, aus denen der korrekte Zeitpunkt zur Betätigung der Absperrventile abgeleitet wer­ den kann.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung ist in der zur Kammer führenden Zulaufleitung 16A eine Festdrossel 26 an­ geordnet, welche den Kraftstoffdurchsatz in die und aus der Kammer 20 beschränkt und Verstellbewegungen des Verteiler­ rotors 12 dämpft, wenn eines der Absperrventile 24 bzw. 25 geöffnet wird. Damit kann die Steuerung der Bewegung des Verteilerrotors 12 verbessert werden. Statt einer einzigen Festdrossel 26 können gesonderte Festdrosseln 26A, 26B vor­ gesehen sein, die mit den jeweiligen Absperrventilen 24, 25 in Reihe geschaltet sind.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung wird die Aufgabe der Absperrventile 24, 25 von einem Schieberventil 27 über­ nommen, dessen Ventilschieber eine zentrale Ringnut auf­ weist, die in ständiger Verbindung mit der Kammer 20 steht. Die diese Ringnut beidseitig begrenzenden beiden Ringbunde des Ventilschiebers sperren in der dargestellten geschlos­ senen Stellung die zum Auslaß der Niederdruckpumpe 17 und zum Ablauf führenden Kanäle. Das Schieberventil wird von einer elektromagnetischen Vorrichtung 27A gesteuert, welche das Schieberventil in der Zwischenstellung hält oder in die eine oder andere Endlage verschiebt. Hierzu kann ein Elek­ tromagnet oder ein Schrittmotor eingesetzt werden.

Wenn bei den Ausführungen nach Fig. 1 bis 3 die Absperrven­ tile 24, 25 bzw. 27 geschlossen sind, führt eine Leckage an Kraftstoff aus dem Förderdruckanal 16A oder aus der Längs­ nut 15 über den Arbeitsspielspalt zwischen dem Verteilerro­ tor 12 und seiner Gehäusebohrung in die Kammer 20 zu einem Druckanstieg in der Kammer 20, was eine axiale Verstellung des Verteilerrotors 12 gegen die Federkraft und damit eine Verringerung der geförderten Kraftstoffmenge bewirkt. Bei den anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbei­ spielen kann ein Problem auftreten, wenn das elektronische Steuersystem ausfällt und dadurch der Druck in der Kammer 20 verringert wird. Bei einem solchen Druckabfall in der Kammer 20 verschiebt die Schraubendruckfeder 19 den Vertei­ lerrotor 12 in die Endstellung der maximalen Kraftstoff- Fördermenge, was zu einer überhöhten Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine führt. Dieses Problem wird durch Vorsehen ei­ nes Absperrventils 30 in den Zulaufkanal 16 vermindert, das die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unabhängig von der Stellung des Verteilerrotors 12 sperren kann. Bei einem Ausfall dieses Absperrventils 30 besteht jedoch nach wie vor die Gefahr einer Überdrehzahl der Brennkraftmaschine.

Ein derartiges Absperrventil 30 ist auch bei der Einspritz­ pumpe nach der GB-A-2 037 365 vorgesehen.

Bei den Ausführungen nach Fig. 1 bis 3 bewegen sich die Ab­ sperrventile 24 und 25 beim Abschalten der Brennkraftma­ schine in ihre Schließstellung, so daß der Verteilerrotor verriegelt ist. Jeder Schaden an dem Absperrventil 30 wird dem Bediener dadurch angezeigt, daß die Brennkraftmaschine nicht angehalten hat. Daher wird das Absperrventil 30 bei jedem Abschaltvorgang der Brennkraftmaschine geprüft, um die Gefahr eines Funktionsausfalls zu verringern, wenn z. B. das Absperrventil 25 durch fehlerhafte Funktion in seiner Öffnungsstellung verbleibt.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 kann die Verwendung von zwei Festdrosseln 26A und 26B anstelle der einzigen Festdrossel 26 einen Notbetrieb der Brennkraftmaschine in dem Fall er­ möglichen, daß eines der Absperrventile durch eine Fehl­ funktion in der Öffnungsstellung verbleibt. Das andere Ab­ sperrventil steuert dann den Druck in der Kammer 20 und da­ mit die abgeförderte Kraftstoffmenge.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist das Absperrven­ til 25 in seiner Sperrstellung dargestellt und stromab die­ ses Absperrventils ist im Ablaufkanal 23 eine Festdrossel 22 angeordnet. Anstatt des Absperrventils 24 ist im Zulauf­ kanal ein Absperrventil 31 angeordnet, das eine Ventilkugel 28 als Verschlußglied aufweist. Diese Kugel wird von einer elektromagnetischen Vorrichtung 29 gegen den Ventilsitz ge­ drückt. Diese Vorrichtung 29 und der das Absperrventil 25 betätigende Elektromagnet werden von dem elektronischen Steuersystem gesteuert. Der Betrieb der Anordnung nach Fig. 4 entspricht unter normalen Betriebsumständen dem der Ausführung nach Fig. 1, wobei jedoch der Kraftstoffabfluß aus der Kammer durch die Festdrossel 22 beeinflußt wird.

Bei einem Schaden des elektronischen Steuersystems und ei­ ner Unterbrechung der Stromzufuhr zur Vorrichtung 29 wird der Verteilerrotor 12 automatisch in die Stellung für mini­ male Kraftstoff-Förderung bewegt, was zum Anhalten der Brennkraftmaschine durch ungenügende Kraftstoffzufuhr führt, und zwar unabhängig davon, ob im Zulaufkanal das Ab­ sperrventil 30 eingebaut ist.

Mit der Ausführung nach Fig. 4 kann eine begrenzte Kraft­ stoffzufuhr zur Brennkraftmaschine aufrechterhalten werden, damit z. B. ein Kraftfahrzeug eine kurze Strecke bis in ei­ ne verkehrssichere Abstellposition gefahren werden kann. Zu diesem Zweck ermöglicht das schadhafte elektronische Steu­ ersystem einen begrenzten Stromfluß in der Vorrichtung 29, um eine kleine Kraft zum Schließen des Ventilglieds 28 zu erzeugen. Das Absperrventil 25 befindet sich dann in seiner Öffnungsstellung. Wenn ein Anlassen der Brennkraftmaschine versucht wird, steht der Verteilerrotor 12 unter der Wir­ kung der Schraubendruckfeder 19 in seiner Endstellung für maximale Kraftstoffmenge. Die Brennkraftmaschine wird daher starten, sobald der Förderdruck der Niederdruckpumpe 17 über einen gegebenen Wert ansteigt, der durch die auf das Ventilglied 28 einwirkende Kraft bestimmt ist. Das Ventil­ glied 28 wird von seinem Sitz abgehoben, so daß der unter dem Niederdruck stehende Kraftstoff in die Kammer 20 geför­ dert wird und eine Verschiebung des Verteilerrotors 12 in die Endstellung für minimalen Kraftstoff bewirkt. Die end­ gültige Stellung des Verteilerrotors hängt jedoch vom Druck in der Kammer 20 ab, der vom Förderdruck der Niederdruck­ pumpe 15 der Größe der Durchflußöffnung des Ventils 31 und der Größe der Festdrossel 22 bestimmt wird. Diese können so ausgelegt werden, daß die Brennkraftmaschine mit einer zum Bewegen des Fahrzeuges ausreichenden Drehzahl läuft.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit
einem durch einen Druck verstellbaren Bauteil (12), das die Förderleistung der Einspritzpumpe bestimmt, und
einer elektromagnetisch betätigbaren Ventileinrichtung zum Steuern eines auf das Bauteil (12) wirkenden Kraftstoffdrucks, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung zum Steuern der Kraftstoffströ­ mung in einem Zulaufkanal (16B) und in einem Ablaufka­ nal (23) zwei Absperrventile (24, 25; 27, 31) enthält, die das Bauteil (12) hydraulisch verriegeln, wenn kei­ ne Verstellung des Bauteils (12) erforderlich ist und die synchron mit der Einspritzpumpe betrieben werden.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile (24, 25, 27, 31) durch eine elek­ tronische Steuereinheit (24B) gesteuert werden und das Bauteil (12) zum Einstellen der Kraftstoff-Fördermenge axial verschiebbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drosselabschnitt (26) in einem Kanal vorgesehen ist, durch den die Absperrventile (24, 25) mit dem Bauteil (12) in Verbindung stehen.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden zum Verteilerrotor führenden Kanalab­ schnitte zwischen den Absperrventilen (24, 25) und der Verbindung zu dem Bauteil (12) jeweils eine Drossel­ stelle (26A, 26B) aufweisen.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (24B) bei Ausfall ei­ nes der beiden Absperrventile während dem Öffnen des anderen Ventils derart gesteuert werden kann, daß es den auf das Bauteil (12) ausgeübten Druck steuert.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (31) zum Durchlassen einer vorbestimmten Kraftstoffmenge durch den Kraftstoffdruck geöffnet werden kann, wobei das Ventil (25) geöffnet ist und durch den Reduzierabschnitt eine vorbestimmte Kraft­ stoffmenge ausströmt, so daß der Verteilerrotor (12) in eine derartige Stellung bewegt wird, die eine si­ chere Drehzahl des Motors gewährleistet.

7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (12) ein axial verschiebbarer Verteilerro­ tor ist.