DE3601019A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Krafstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptan­ spruchs. Bei einer beispielsweise durch die DE-AS 21 45 036 bekannten Einspritzpumpe dieser Art werden die Axial- und die Drehstellung des Steuerschiebers von zwei Fliehgewichts­ verstellern in Verbindung mit zwei verstellbaren Regelfedern den jeweiligen Betriebsbedingungen entsprechend gesteuert. Derartige mechanische Stelleinrichtungen sind aufwendig und beanspruchen im Pumpengehäuse einen verhältnismäßig großen Raum.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß zum Aufbringen der Verstellkräfte der im Pumpensaugraum sowieso vorhandene hydraulische Druck des Kraftstoffs herangezogen wird und daß die von den Prall­ plattenventilen gesteuerten hydraulischen Stellwerke struk­ turstabil sind und hysteresefrei arbeiten.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegeb­ enen Einspritzpumpe möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigen Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart vereinfacht im Längsschnitt und Fig. 2 Verstelleinrichtungen der Kraftstoffeinspritzpumpe nach Fig. 1 im Querschnitt in der Ebene II-II der Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei der dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe der Vertei­ lerbauart umgibt ein Gehäuse 10 einen Pumpensaugraum 11, der von einer Förderpumpe 12 mit Kraftstoff aus einem Vor­ ratsbehälter 13 versorgt wird. Zum Einstellen des Druckes im Pumpensaugraum 11 ist der Förderpumpe 12 ein Drucksteuer­ ventil 14 parallel geschaltet, das ab einer bestimmten Dreh­ zahl der von der Einspritzpumpe mit Kraftstoff versorgten Brennkraftmaschine den Druck im Pumpensaugraum 11 auf einer bestimmten Höhe, beispielsweise 8 bar konstant hält. Zum Zumessen von Förder- und Einspritzmengen der Brennkraft­ maschine dient ein hin- und hergehend sowie gleichzeitig rotierend angetriebener Pumpen- und Verteilerkolben 15, der einen Pumpenarbeitsraum 16 abschließt. Der Pumpenar­ beitsraum 16 wird beim Saughub des Pumpen- und Verteiler­ kolbens 15 durch eine Saugleitung 17 und eine von mehreren Steuernuten 18 des Kolbens 15 aus dem Pumpensaugraum 11 mit Kraftstoff gefüllt. Beim anschließenden Druckhub, und wenn der Kolben 15 um einen bestimmten Winkelbereich gedreht wor­ den ist, wird eine Einspritzmenge bei geschlossener Sauglei­ tung 17 durch eine Längsbohrung 20, einen Auslaßkanal 21 und eine Fördernut 22 zu einer von mehreren winkelversetzt angeordneten Druckleitungen 23 geleitet und durch diese zu einer nicht näher dargestellten Einspritzdüse am Motorzylin­ der der Brennkraftmaschine gefördert. Der Einlaß der Saug­ leitung 17 ist gegenüber den beispielsweise vier Auslaßka­ nälen 21 so versetzt, daß entweder der Einlaß mit einer der Steuernuten 18 oder die Fördernut 22 mit einer der Drucklei­ tungen 23 in Verbindung steht.

Vom Pumpenarbeitsraum 16 führt die Längsbohrung 20 im Kolben 15 zu vier gleichmäßig winkelversetzt angeordneten radialen Kanälen 25 und dazu längsversetzt zu einem radialen Kanal 24. Ein Steuerschieber 26 ist auf dem Kolben 15 im Bereich der Kanäle 24 und 25 sowohl axial verschiebar als auch drehbar. Die mit 27 bezeichnete linke Stirnfläche des Steuerschiebers 26 arbeitet mit dem Kanal 24 zusammen. In der rechten Stirn­ fläche des Steuerschiebers 26 ist eine schräge Steuerfläche 28 eingearbeitet, die mit den Kanälen 25 zusammenwirkt. Der Beginn eines Einspritzvorgangs wird durch das Zusammenwirken der Stirnfläche 27 mit dem Kanal 24 und das Ende durch das Zusammenwirken der schrägen Steuerfläche 28 mit einem der Kanäle 25 bestimmt. Der wirksame Druckhub beginnt, wenn der Kanal 24 bei der Bewegung des Kolbens 15 von links nach rechts durch den Steuerschieber 26 geschlossen wird, und endet, wenn die schräge Steuerfläche 28 einen der Kanäle 25 freigibt. Der Einspritzbeginn kann also durch axiales Verschieben des Steuer­ schiebers 26 und das Einspritzende durch Drehen des Steuer­ schiebers 26 geändert werden.

Zum Verstellen des Beginns und des Endes des Einspritzvor­ gangs und damit auch des Volumens der Einspritzmengen sind im Gehäuse 10 oberhalb des Antriebs des Kolbens 15 zwei gleichartige hydraulische Stellwerke 30, 31 angeordnet, de­ nen je ein Drucksteuerventil in Form eines Prallplattenven­ tils 32 zugeordnet ist. Die parallel ausgerichteten Stell­ werke 30, 31 haben in je einem Zylinder 33, 34 je einen Stellkolben 35, 36 mit auf jeder Stirnseite vorstehenden und die zugewandten Wände der Zylinder 33, 34 durchsetzen­ den Kolbenstangen 37 bis 40. Die Stellkolben 35, 36 schlie­ ßen auf der rechten Seite je einen Steuerdruckraum 41, 42 und auf der linken Seite je einen Referenzdruckraum 43, 44 ab. Je eine sich am Zylinder 33, 34 und an einem Bund 47, 48 abstützende Rückführfeder 45, 46 drückt den Stellkolben 35, 36 entgegen dem im Steuerdruckraum 41, 42 wirksamen Druck nach rechts.

Der Steuerdruckraum 41, 42 der Stellwerke 30, 31 ist durch je eine Öffnung 50 mit einer Drossel 49 mit dem Pumpensaug­ raum 11 verbunden. Der Steuerdruck in jedem Steuerdruckraum 41, 42 ist in Verbindung mit der Kraft der Rückführfedern 45, 46 maßgebend für die Stellung der Stellkolben 35, 36. Die Steuerdrücke werden von den Prallplattenventilen 32 ge­ steuert. Derartige, beispielsweise durch die DE-OS 31 09 560 bekannte Prallplattenventile haben in einem Gehäuse 51 eine um eine Achse 53 schwenkbare Prallplatte 52. Gegen das rech­ te Ende der Prallplatte 52 ist von unten her eine Zuflußdüse 55 gerichtet, die über eine Zuflußöffnung 56 mit dem jeweili­ gen Steuerdruckraum 41, 42 der Stellwerke 30, 31 verbunden ist. Am gegenüberliegenden Ende drückt auf die Prallplatte 52 von oben her eine Druckfeder 57. Der drucklos gehaltene In­ nenraum 54 der Prallplattenventile 32 ist durch einen Abfluß 58 mit dem Vorratsbehälter 13 verbunden.

Jedes Prallplattenventil 32 weist einen Dauermagneten 60 auf, der über Jochteile 61, 62 auf einen mit der schwenkbaren Prallplatte 52 verbundenen Anker 63 einwirkt. Der Anker 63 ist dabei von einer Spule 64 umgeben, die von einem elektro­ nischen Steuergerät 65 angesteuert wird. Je nach der Größe des vom Steuergerät 65 in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine wie Drehzahl, Tem­ peratur, Lade- und Umgebungsdruck oder dgl., sowie vom Dreh­ momentwunsch gesteuerten Magnetfeld der Spule 64 öffnet die Prallplatte 52 die Öffnung der Zuflußdüse 55 mehr oder weni­ ger, so daß durch die Drosselkombination der Zuflußdüsen 55 und der vom Pumpensaugraum 11 in den jeweiligen Steuerdruck­ raum 41, 42 führenden Drosseln 49 Steuerdrücke aufgebaut wer­ den, die kleiner sind als der Druck im Pumpensaugraum 11 aber größer als der Druck im Innenraum 54 der Prallplattenventile 33, der über den Abfluß 58 drucklos gehalten ist. Vorzugsweise sind die Drosseln 49 und die Zuflußdüsen 55 mit den Prallplat­ ten 52 so gewählt, daß während des Betriebs in den Steuerdruck­ räumen 41, 42 ein Steuerdruck von 0 bis etwa 1,5 bar ange­ steuert werden kann.

Im Zusammenwirken mit dem drucklosen Referenzraum 43, 44 je­ des Stellwerks 30, 31, der über eine Öffnung 67 mit dem Innen­ raum 54 jedes Prallplattenventilgehäuses 51 verbunden ist, und der Rückführfeder 45, 46 nimmt der jeweilige Stellkolben 35, 36 eine dem jeweiligen Steuerdruck im Steuerdruckraum 41, 42 entsprechende Stellung ein. Aufgrund der Ausbildung der Prallplattenventile 32 sind die Steuerdrücke proportional den vom Steuergerät 65 den Spulen 64 zugeleiteten Steuerströmen. Die Stellung der Stellkolben 35, 36 wird dem Steuergerät 65 von je einem Weggeber, beispielsweise einem Potentiometer 68 gemeldet, das von einer mit jeder Kolbenstange 39, 40 verbun­ denen, das Gehäuse 10 durchdringenden Verlängerung betätigt wird.

Das eine den Spritzbeginn steuernde Stellwerk 31 wirkt auf einen zweiarmigen Hebel 71, der bei 72 schwenkbar gelagert ist und dessen oberer, längerer Arm 73 mit dem Ende der Kolbenstange 38 gekuppelt ist sowie dessen kürzerer Arm 74 in eine Nut 75 am Steuerschieber 26 zu dessen axialem Ver­ schieben eingreift.

Zum Steuern oder Regeln des Einspritzendes, und damit des Volumens der Fördermenge, wirkt das andere Stellwerk 30 mit seiner Kolbenstange 37 auf einen Winkelhebel 77, der auf ei­ nem Lagerzapfen 78 schwenkbar gelagert ist. Sein einer Arm 79 liegt am Ende der Kolbenstange 37 an und sein anderer, gabelförmig ausgebildeter Arm 80 umfaßt einen am Steuer­ schieber 26 radial abstehenden Zapfen 81 längsverschiebbar.

Da zum Starten der Brennkraftmaschine relativ große Ein­ spritzmengen erforderlich sind, der Druck im Pumpensaug­ raum 11 beim Starten jedoch noch nicht so hoch ist, daß ein hoher Steuerdruck im Steuerdruckraum 41 herrscht, ist axial ausgerichtet zum Stellkolben 35 und dessen Kolben­ stange 37 in einem Zylinder 84 im Gehäuse 10 ein Startkol­ ben 85 von einer Druckfeder 86 verschiebbar, der einen ge­ gen den Arm 79 des Winkelhebels 77 gerichteten stiftartigen Ansatz 87 hat. Auf dem Ansatz 87 sitzt eine weiche Druck­ feder 88, die sich am Startkolben 85 und am Winkelhebel 77 abstützt. Der rückwärtige Referenzraum 88 ist durch eine Leitung 89 mit dem Innenraum 54 des Prallplattenventils 32 verbunden und damit ebenfalls drucklos. Bei drucklosem Pum­ pensaugraum 11 verschiebt die Druckfeder 86 den Startkolben 85 nach links, so daß dessen Ansatz 87 den Winkelhebel 77 in Richtung auf Einspritzdauerverlängerung schwenkt.

In Abhängigkeit von der Stellung eines Verstellhebels 90 und von der Brennkraftmaschine dem Steuergerät 65 übermittelten Betriebsparametern leitet das Steuergerät 65 jeder Spule 64 der beiden Prallplattenventile 32 elektrische Ströme zu, durch die bestimmte Stellungen der Prallplatten 52 einge­ stellt werden, so daß proportionale Steuerdrücke in den Steuerdruckräumen 41, 42 aufgebaut werden. Dabei werden die Steuerdruckräume 41, 42 über die Drosseln 49 mit Kraftstoff aus dem Pumpensaugraum 11 versorgt und deren Steuerdrücke werden durch den von den Prallplatten 52 gesteuerten Abfluß durch die Zuflußdüsen 55 bestimmt. Da jedes Stellwerk 30, 31 eine gesonderte Bewegung des verschiebbaren und drehbaren Steuerschiebers 26 bewirken, ist im gesamten Drehzahlbereich eine von der Spritzbeginnverstellung getrennte Mengenverstel­ lung der Einspritzpumpe möglich. Die beschriebene Steuerein­ richtung hat durch die Verwendung gleichartiger Systemteile einen einfachen Aufbau, der eine billige Herstellung erlaubt.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem hin- und hergehend und rotierend angetriebenen, einen Arbeitsraum (16) abschließenden Pumpen- und Verteilerglied (15), mit einem Kraftstoff unter Druck aufnehmenden Pumpen­ saugraum (11) und mit einem axial verschiebbar und drehbar auf dem Pumpen- und Verteilerglied angeordneten Steuerschie­ ber (26), dessen Dreh- und Axialstellung von einer Mengen­ und von einer Spritzzeitpunktverstelleinrichtung bestimmt wird, und der zum Zu- und Aufsteuern des Arbeitsraumes mit im Pump- und Verteilerglied zum Arbeitsraum führenden Kanä­ len (20, 24, 25) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzzeitpunktverstelleinrichtung und die Mengenver­ stelleinrichtung je ein hydraulisches Stellwerk (30, 31) mit je einem einen Steuerdruckraum (41, 42) abschließenden Stellkolben (35, 36) aufweisen, daß die Steuerdruckräume (41, 42) mit Kraftstoff unter Druck aus dem Pumpensaug­ raum (11) versorgt werden, und daß jedem Steuerdruckraum ein Drucksteuerventil (32) der Prallplattenventilbauart zum Steuern des wirksamen Steuerdrucks zugeordnet ist.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stellkolben (35, 36) jedes Stellwerks (30, 31) auf seiner dem Steuerdruckraum (41, 42) gegenüberliegen­ den Seite einen Referenzdruckraum (43, 44) mit einem gegen­ über dem Pumpensaugraum (11) reduzierten Entlastungsdruck abschließt und von einer gegen den Steuerdruck wirkenden Rückführfeder (45, 46) beaufschlagt ist.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steuerdruckraum (41, 42) jedes Stellwerks (30, 31) über je eine Drossel (49) mit dem Pumpensaugraum (11) verbunden ist.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Prallplattenventil (32) je eine mit dem jeweiligen Steuerdruckraum (41, 42) verbundene, gegen die Prallplatte (52) gerichtete Zuflußdüse (55) aufweist, und daß durch die jeweilige Drossel (49) und die Drosselwirkung der zugehörigen Zuflußdüse-Prallplatteneinheit (52, 55) erzeugte Drosselkombination in jedem Steuerdruckraum (41, 42) ein Druck einstellbar ist, der kleiner ist als der Druck im Pum­ pensaugraum (11), aber größer als der Druck im Referenzraum (43, 44).

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Prallplatte (52) des Prallplattenventils (32) mit einem Anker (63) eines Magnetkreises verbunden ist, der von einem elektronischen Steuergerät (65) gesteuert wird, welches von für die Kraftstoff/Luftgemischbildung maßgebenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine beeinflußt wird.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellkolben (35, 36) der Stell­ werke (30, 31) mit je einem Weggeber (68) verbunden sind, die an das Steuergerät (65) angeschlossen sind.

7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (35, 36) jedes Stellwerks (30, 31) sowohl den Steuerdruckraum (41, 42) als auch den Referenzdruckraum (43, 44) durchsetzende Kolbenstangen (37, 38; 39, 40) zum Druckausgleich hat.