DE3633912C2

DE3633912C2 - Fuel injection pump

Info

Publication number: DE3633912C2
Application number: DE3633912A
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof Dr Fiala
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1985-10-15
Filing date: 1986-10-04
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2006-10-05
Also published as: DE3633912A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraft maschinen, insbesondere Dieselbrennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel injection pump for internal combustion machines, in particular diesel internal combustion engines, according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzpumpe ist beispielsweise aus der DE 35 00 618 A1 oder aus der DE 31 16 552 A1 bekannt und weist ein dort mit Überströmventil bezeichnetes elek tromagnetisches Steuerventil auf, das durch gesteuertes Schließen und Öffnen einer Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum und einer Kraftstoffversor gungsquelle eine willkürliche Veränderung des Einspritzbeginns und des Ein spritzendes und damit der Einspritzmenge und der Einspritzcharakteristik bewirkt.Such a fuel injection pump is for example from DE 35 00 618 A1 or from DE 31 16 552 A1 and has an elec called overflow valve there tromagnetic control valve, which is controlled by closing and opening a connection between the pump work space and a fuel supply an arbitrary change in the start of injection and the on splashing and thus the injection quantity and the injection characteristic causes.

Um einen günstigen Verbrennungsverlauf in den Brennräumen, insbesondere von Dieselbrennkraftmaschinen, zu erzielen, besteht allgemein der Wunsch, die Einspritzzeiten auf wenige Grad Kurbelwinkel, z. B. etwa 20°KW oder weni ger, zu beschränken. Bei höheren Drehzahlen im Bereich von 5000 U/min oder mehr ergeben sich dann effektive Einspritzzeiten von weniger als 1 ms. Solche kurzen Einspritzzeiten bzw. entsprechende Schließzeiten können mit den herkömmlichen Steuerventilen kaum mehr realisiert werden, da diese wegen der jeweils aus dem Stillstand zu beschleunigenden endlich großen Massen ihrer Ventilschließkörper bereits für den Schließ- und Öffnungsvorgang rela tiv viel Zeit benötigen, so daß dann für den geschlossenen Zustand des Ven tils, bei der die Haupteinspritzung erfolgt, nur noch wenig Zeit übrigbleibt. Entsprechend verläuft der Anstieg des Einspritzdruckes und der Einspritzmenge über der Zeit relativ flach.To ensure a favorable combustion process in the combustion chambers, in particular of diesel internal combustion engines, there is a general desire to the injection times to a few degrees crank angle, e.g. B. about 20 ° KW or less ger to restrict. At higher speeds in the range of 5000 rpm or effective injection times of less than 1 ms then result. Such short injection times or corresponding closing times can be achieved with the conventional control valves can hardly be realized, because of these the finally large masses to be accelerated from standstill their valve closing body already for the closing and opening process rela tiv need a lot of time, so that then for the closed state of Ven tils, where the main injection takes place, only a little time is left. The increase in the injection pressure and the injection quantity proceeds accordingly relatively flat over time.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Kraft stoffeinspritzpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet und sehr kurze Ein spritzzeiten auch bei höheren Drehzahlen, ermöglicht.The object on which the invention is based is therefore a force fuel injection pump specified in the preamble of claim 1 To create kind that avoids the disadvantages mentioned and very short one injection times even at higher speeds.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentan spruchs 1. Das erfindungsgemäße elektromagnetische Steuerventil weist einen im wesentlichen quer zu den miteinander zu verbindenden Gehäuseanschlüssen verstellbaren Steuerkolben auf, der während seiner Verstellbewegung zwischen den zwei Endstellungen die Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit der Kraft stoffversorgungsquelle zum Zwecke der Einspritzdruckerzeugung für eine steuer bare Zeit unterbricht. Der hier als Ventilschließkörper dienende Steuerkolben ist durch entsprechende Gestaltung und Bemessung der Steuerkanäle, deren Steuerkanten und der Gehäuseanschlüsse so ausgebildet, daß der Schließ- und Öffnungszeitpunkt während der Verstellbewegung des Steuerkolbens erreicht wird. Damit ergibt sich die Möglichkeit, den Öffnungs- und Schließvorgang des Steuerventils außerordentlich schnell zu gestalten, so daß der Verlauf des Einspritzdruckes und der Einspritzmenge über der Zeit in seinen Endbe reichen relativ steil ist.The solution to this problem arises according to the characteristics of the patent claim 1. The electromagnetic control valve according to the invention has one essentially transversely to the housing connections to be connected to one another adjustable control piston, which during its adjustment movement between the two end positions connect the pump workspace with the power fuel supply source for the purpose of generating injection pressure for a tax time interrupts. The control piston used here as the valve closing body is through appropriate design and dimensioning of the control channels, their Control edges and the housing connections designed so that the closing and Opening time reached during the adjustment movement of the control piston becomes. This results in the possibility of opening and closing the control valve to be designed extremely quickly, so that the course of the injection pressure and the injection quantity over time in its final range range is relatively steep.

Um eine weitgehende Steuerung der Einspritzmenge und des Einspritzzeitpunktes in Abhängigkeit von charakteristischen Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine ausführen zu können, ist es dabei zweckmäßig, wenn die Steuerkanäle zumin dest teilweise schräg zur Achse des Steuerkolbens verlaufende Steuerkanten aufweisen und der Steuerkolben, beispielsweise mit Hilfe eines in Abhängigkeit von diesen Zustandsgrößen betätigbaren Antriebes, um seine Längsachse ver drehbar ist. Darüberhinaus kann die Ansteuerung der den Steuerkolben ver stellenden elektromagnetischen Spulen in der Weise erfolgen, daß die Zeit, während der der Steuerkolben die mittleren Stellungen einnimmt, in Abhängig keit von den Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine veränderlich ist.For extensive control of the injection quantity and the injection timing depending on characteristic state variables of the internal combustion engine To be able to perform, it is useful if the control channels at least control edges running at least partially at an angle to the axis of the control piston have and the control piston, for example with the help of a function of these state variables actuable ver about its longitudinal axis is rotatable. In addition, the control of the control piston ver electromagnetic coils in such a way that the time during which the control piston takes the middle positions, depending speed is variable from the state variables of the internal combustion engine.

In der Zeichnung ist anhand eines schematischen Längsschnittes durch den Pumpenkolben und das Steuerventil ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Dabei ist mit 1 eine Druckerzeugungs- und Kraftstoffverteilvorrichtung und mit 2 ein zur Steuerung der Einspritzcharakteristik vorgesehenes elektromagnetisches Steuerventil bezeichnet. 3 stellt einen in einer Bohrung 5 eines Pumpengehäuses 4 in herkömmlicher Weise axial und in Umfangsrichtung bewegten Pumpenkolben dar, der mit seiner in der Zeichnung oberen Stirnfläche einen Pumpenarbeitsraum 6 begrenzt. Dieser Pumpenarbeitsraum 6 wird während des Saughubs des Pumpen kolbens 3 über am Umfang vorgesehene Axialnuten 8 mit einer Kraftstoffzu führungsleitung 7 zur Zuleitung des benötigten Kraftstoffes verbunden. Nach Beendigung des Saughubes wird die Verbindung des Pumpenarbeitsraums 6 mit der Kraftstoffzuleitung 7 durch die Drehung des Pumpenkolbens 3 unterbrochen. Dafür wird während des Druckhubes des Pumpenkolbens 3 über eine zentrale Bohrung 9 und eine Querbohrung 10 eine Verbindung mit einer Abspritzleitung 11 hergestellt, die über ein hier nicht gezeigtes Überdruckventil zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzventil führt. Am Umfang des Pumpenkolbens 3 sind mehrere, der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechende Abspritzleitungen 11 vorgesehen, die während einer Umdrehung des Pumpenkolbens 3 um seine Längsachse nacheinander über die Querbohrung 10 und die Längsbohrung 9 mit dem Pumpenarbeitsraum 6 in Verbindung gebracht werden. Während dieser Umdrehung des Pumpenkolbens 3 führt dieser gleichzeitig eine der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine ent sprechende Anzahl von Saug- und Druckhüben aus.In the drawing, an embodiment of the invention is shown using a schematic longitudinal section through the pump piston and the control valve, which is explained in more detail below. 1 denotes a pressure generating and fuel distribution device and 2 denotes an electromagnetic control valve provided for controlling the injection characteristic. 3 shows a pump piston which is moved axially and in the circumferential direction in a bore 5 of a pump housing 4 and which delimits a pump working space 6 with its top end face in the drawing. This pump work chamber 6 is connected during the suction stroke of the pump piston 3 via circumferential axial grooves 8 with a fuel supply line 7 for supplying the required fuel. After the end of the suction stroke, the connection between the pump work chamber 6 and the fuel supply line 7 is interrupted by the rotation of the pump piston 3 . For this purpose, during the pressure stroke of the pump piston 3, a connection is made to a spray line 11 via a central bore 9 and a transverse bore 10 , which leads to an injection valve assigned to a cylinder of the internal combustion engine via a pressure relief valve, not shown here. Provided on the circumference of the pump piston 3 are a plurality of spray lines 11 corresponding to the number of cylinders of the internal combustion engine, which are successively connected to the pump working chamber 6 via the transverse bore 10 and the longitudinal bore 9 during one revolution of the pump piston 3 about its longitudinal axis. During this rotation of the pump piston 3 , it simultaneously executes a number of suction and pressure strokes corresponding to the number of cylinders of the internal combustion engine.

Um den Beginn und das Ende des jeweiligen Einspritzvorganges genauer und darüberhinaus in weiten Grenzen willkürlich veränderbar gestalten zu kön nen, wird anstelle der bisher üblichen Reglermuffe das elektromagnetische Steuerventil 2 vorgesehen, das den Einspritzbeginn und das Einspritzende dadurch festlegt, daß es die Verbindung des Pumpenarbeitsraums 6 mit einer Kraftstoffversorgungsquelle, beispielsweise mit dem Pumpengehäuseinnenraum steuert.In order to be able to make the beginning and the end of the respective injection process more precise and, moreover, arbitrarily changeable within wide limits, the electromagnetic control valve 2 is provided instead of the previously usual regulator sleeve, which defines the start of injection and the end of injection in that it connects the pump work space 6 controls with a fuel supply source, for example with the pump housing interior.

Dazu weist das elektromagnetische Steuerventil einen in einer quer zur Boh rung 5 des Pumpenkolbens 3 verlaufenden Bohrung 15 verschiebbar gehaltenen Steuerkolben 16 auf, der unmittelbar selbst als Weicheisenanker ausgebildet oder mit einem solchen Weicheisenanker verbunden sein kann. Dieser Steuerkol ben 16 wird durch zwei mit axialem Abstand voneinander angeordnete elektro magnetische Ringspulen 17 und 18 zwischen zwei Endstellungen hin- und her bewegt, wobei diese beiden Endstellungen durch die unterbrochene Linie 16′ bzw. durch die unterbrochene Doppellinie 16′′ angedeutet ist. Mit ausgezo genen Linien ist dabei der Steuerkolben 16 in einer während der Verstel lung nur vorübergehend eingenommenen mittleren Stellung gezeigt. For this purpose, the electromagnetic control valve has a control piston 16 slidably held in a bore 15 running transversely to the bore 5 of the pump piston 3 , which control piston 16 itself can be designed directly as a soft iron anchor or can be connected to such a soft iron anchor. This Steuerkol ben 16 is moved back and forth between two end positions by two axially spaced apart electromagnetic ring coils 17 and 18 , these two end positions being indicated by the broken line 16 'or by the broken double line 16 ''. With drawn lines, the control piston 16 is shown in an intermediate position only temporarily assumed during the adjustment.

Am Umfang des Steuerkolbens 16 sind gemäß dem hier gezeigten Ausführungs beispiel zwei umlaufende, nutartige Steuerkanäle 19 und 20 vorgesehen, deren mit 21 und 22 bezeichnete Steuerkanten so ausgebildet sind, daß in jeder Endstellung des Steuerkolbens 16 eine Verbindung zwischen einem über eine Leitung 12 an den Pumpenarbeitsraum 6 angeschlossenen Gehäuseanschluß 13 und einem der beiden Gehäuseanschlüsse 14a bzw. 14b hergestellt wird, der seinerseits über die Leitung 14 mit der Kraftstoffversorgungsquelle in Ver bindung steht. Solange der Steuerkolben in einer dieser Endstellungen steht, kann sich daher kein Druck in dem Pumpenarbeitsraum, auch nicht während des Druckhubes des Pumpenkolbens 3, aufbauen. Während des Saughubes des Pumpenkolbens 3 kann über diese Verbindung zusätzlich oder - bei Verzicht auf die Axialnuten 8 - gegebenenfalls auch allein Kraftstoff in den Pumpen arbeitsraum 6 gefördert werden.On the circumference of the control piston 16 , for example, two circumferential, groove-like control channels 19 and 20 are provided according to the embodiment shown here, the control edges designated with 21 and 22 are formed so that in each end position of the control piston 16 a connection between a via a line 12 to the Pump work chamber 6 connected housing connection 13 and one of the two housing connections 14 a and 14 b is produced, which in turn is connected via line 14 to the fuel supply source in United. As long as the control piston is in one of these end positions, no pressure can therefore build up in the pump working space, not even during the pressure stroke of the pump piston 3 . During the suction stroke of the pump piston 3 , this connection can additionally or - if the axial grooves 8 are dispensed with - possibly fuel alone in the pump work chamber 6 .

Erst wenn der Steuerkolben 16 aus einer der Endstellungen heraus in Richtung auf die andere Endstellung bewegt wird, ergibt sich nach dem Überlaufen des Gehäuseanschlusses 13 durch eine der Steuerkanten 21 oder 22 eine Posi tion, bei der die Verbindung zwischen der Leitung 12 und der Leitung 14 unterbrochen ist, so daß sich dann während des Druckhubes des Pumpenkol bens 3 ein Druck im Pumpenarbeitsraum 6 aufbauen kann. Nach Weiterbewegung des Steuerkolbens 16 über die in der Zeichnung angedeutete Mittelstellung hinaus in Richtung auf die andere Endstellung ergibt sich dann in Abhängig keit von der Anordnung der Steuerkanten 21, 22 früher oder später wieder eine Verbindung zwischen den Gehäuseanschlüssen 13 und 14a bzw. 14b und somit zwischen dem Pumpenarbeitsraum 6 und der Kraftstoffversorgungsquelle, wodurch der in dem Pumpenarbeitsraum erzeugte Abspritzdruck schlagartig zusammenbricht und damit das Einspritzende festgelegt wird.Only when the control piston 16 is moved out of one of the end positions in the direction of the other end position, after the housing connection 13 overflows through one of the control edges 21 or 22 does a position arise in which the connection between the line 12 and the line 14 is interrupted, so that a pressure can then build up in the pump work chamber 6 during the pressure stroke of the pump piston 3 . After further movement of the control piston 16 beyond the indicated central position in the direction of the other end position then, depending on the arrangement of the control edges 21 , 22 sooner or later again a connection between the housing connections 13 and 14 a and 14 b and thus between the pump work space 6 and the fuel supply source, as a result of which the spray pressure generated in the pump work space suddenly collapses and the end of injection is thus determined.

Da das Überlaufen der Gehäuseanschlüsse 13, 14a und 14b durch die Steuer kanten 21, 22 mitten in der Verstellbewegung des Steuerkolbens 16, also mit einem bei der Ansteuerung der Ringspulen zu berücksichtigenden Zeit abstand vom Beginn und Ende der Verstellbewegung, geschieht, kann der Schließ- und Öffnungsvorgang des Steuerventils auf sehr kurze Zeiten beschränkt wer den. Damit lassen sich sehr kurze Einspritzzeiten realisieren.Since the overflow of the housing connections 13 , 14 a and 14 b by the control edges 21 , 22 in the middle of the adjustment movement of the control piston 16 , that is, with a time to be taken into account in the control of the ring coils, time from the beginning and end of the adjustment movement, the The closing and opening process of the control valve is restricted to very short times. This enables very short injection times to be achieved.

Die Dauer der Einspritzung hängt dann wesentlich ab von der Geschwindigkeit, mit der der Steuerkolben 16 von einer in die andere Endstellung bewegt wird. The duration of the injection then essentially depends on the speed at which the control piston 16 is moved from one end position to the other.

Diese Geschwindigkeit kann nun aber durch entsprechende Ansteuerung der beiden elektromagnetischen Spulen 17 und 18 in weiten Grenzen verändert werden. Darüberhinaus kann auch durch entsprechende Ausbildung der Steuer kanten 21 und 22, nämlich indem diese nicht in einer senkrecht zur Steuer kolbenachse verlaufenden Ebene mit konstantem Abstand voneinander, sondern mit über den Umfang veränderlichem Abstand voneinander, also im wesentlichen schräg zur Pumpenkolbenachse, verlaufen, sowie durch Verdrehen des Steuerkol bens die Zeit zwischen Schließen und Wiederöffnen der Verbindung zwischen den Gehäuseanschlüssen 13 und 14a bzw. 14b und damit auch die Einspritzzeit und Einspritzmenge weitgehend frei variiert werden. Um den Steuerkolben 16 um seine Längsachse verdrehen zu können, ist ein Drehantrieb vorgesehen, der z. B. aus einem Antriebsmotor 26, einem von diesem angetriebenen Zahn rad 25, sowie einem auf einer Verlängerung 23 des Steuerkolbens 16 angeord neten Zahnrad 24 besteht, wobei die Zahnräder 24 und 25 über eine Gerad verzahnung in Kämmeingriff stehen. Die Verdrehung des Steuerkolbens 16 er folgt dabei vorzugsweise in Abhängigkeit von charakteristischen Zustands größen der Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel in Abhängigkeit von der Belastung und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine, so daß für jeden Betriebszustand ein passender Abstand der Steuerkanten 21 und 22 eingestellt werden kann.However, this speed can now be varied within wide limits by appropriate control of the two electromagnetic coils 17 and 18 . In addition, can also by appropriate design of the control edges 21 and 22 , namely by these not in a plane perpendicular to the control piston axis plane with a constant distance from each other, but with a circumferentially variable distance from each other, i.e. essentially obliquely to the pump piston axis, and through Rotation of the control piston ben the time between closing and reopening the connection between the housing connections 13 and 14 a and 14 b and thus also the injection time and injection quantity can be varied largely freely. In order to be able to rotate the control piston 16 about its longitudinal axis, a rotary drive is provided which, for. B. from a drive motor 26 , a toothed wheel 25 driven by this, and one on an extension 23 of the control piston 16 angeord Neten gear 24 , the gears 24 and 25 through a straight toothing are in meshing engagement. The rotation of the control piston 16 it preferably follows depending on the characteristic state sizes of the internal combustion engine, such as depending on the load and / or the speed of the internal combustion engine, so that a suitable distance between the control edges 21 and 22 can be set for each operating state .

Darüberhinaus können auch die die Verstellgeschwindigkeit des Steuerkolbens 16 bestimmenden Ringspulen 17 und 18 in Abhängigkeit von diesen charakteristi schen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine angesteuert werden, so daß sich insgesamt eine in weiten Grenzen frei wählbare Verstellbarkeit der Zeitpunkte für den Einspritzbeginn und das Einspritzende und damit für die Einspritz menge und die Einspritzcharakteristik ergibt.In addition, the adjustment speed of the control piston 16 determining the ring coils 17 and 18 can be controlled as a function of these characteristic operating parameters of the internal combustion engine, so that overall there is a freely selectable adjustment of the times for the start of injection and the end of injection and thus for the injection quantity and the injection characteristic results.

Claims

1. Fuel injection pump for internal combustion engines, in particular diesel internal combustion engines, with a pump work space enclosed by at least one pump piston in a cylinder, which can be connected during the delivery stroke of the pump piston by a distributor device to delivery lines leading to injection valves, and an electromagnetic control valve for controlling the injection parameters by opening or closing a connection between the pump work space and a fuel supply source, the electromagnetic control valve having a displaceably held in a bore of a housing, a control piston containing soft iron armature, which is axially adjustable between two end positions and control channels for the controllable connection between the pump work space and the fuel supply source, characterized in that the fuel supply source has two housing connections ( 14 a, 14 b) for controllable Ver Connection with the pump work chamber ( 6 ) has such that the connection in the two end positions of the control piston ( 16 ) is opened and in the middle positions assumed during the adjustment of the control piston ( 16 ) during a controllable time is closed, the closing and opening time during the adjustment movement of the control piston ( 16 ) is reached, and that the axial adjustment of the control piston between its two end positions ( 16 ', 16 '') via two in the housing ( 4 ) arranged at an axial distance from each other, electromagnetic table coils ( 17 , 18 ).

2. Fuel injection pump according to claim 1, characterized in that the control channels ( 19 , 20 ) at least partially obliquely to the axis of the control piston ( 16 ) have control edges ( 21 , 22 ), and that the control piston is rotatable about its longitudinal axis.

3. Fuel injection pump according to claim 2, characterized in that an actuatable in dependence on characteristic state variables of the internal combustion engine drive ( 24-26 ) is provided for rotating the control piston ( 16 ) about its longitudinal axis.

4. Fuel injection pump according to one of claims 1 to 3, characterized by such a control of the control piston ( 16 ) adjusting electromagnetic coils ( 17 , 18 ) that the time during which the control piston takes the middle positions, depending on cha characteristic State variables of the internal combustion engine is variable.