DE3725089C1 - Kraftstoffeinspritzpumpe fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe für Brenn­ kraftmaschinen, insbesondere von einer Reiheneinspritzpumpe für Diesel-Brennkraftmaschinen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art (DE 33 04 335 A1, Fig. 2) ist die elektrisch angetriebene Kraftstofför­ derpumpe drehrichtungsumkehrbar ausgebildet, und in die Druckleitung zwischen Förderpumpe und Saugraum ist ein erstes elektrisch steuer­ bares, stromlos geschlossenes Schaltventil eingeschaltet. Zusätzlich ist die Förderpumpe druckseitig über eine mit einem zweiten, strom­ los geschlossenen Schaltventil versehene Absaugleitung mit dem Saug­ raum verbunden. Das bei Störung in der Einspritzmengenregeleinrich­ tung am Ausgang der Notabschaltvorrichtung auftretende Schaltsignal bewirkt eine Entregung des ersten und eine Bestromung des zweiten Schaltventils, so daß der Zulauf zum Saugraum abgesperrt und die Absaugleitung vom Saugraum zur Förderpumpe freigegeben ist. Außerdem bewirkt das Schaltsignal ein Umpolen des Förderpumpenantriebs, so daß sich die Förderrichtung der Förderpumpe umkehrt. Nunmehr wird von der Förderpumpe Kraftstoff aus dem Saugraum über die nun offene Absaugleitung abgesaugt und über eine zusätzliche Rückströmleitung zum Kraftstofftank zurückgeführt. Rückschlagventile in der Druck­ leitung zum Saugraum und in der Saugleitung vom Kraftstofftank bzw. in der Rückströmleitung zum Tank sowie in der zweiten Verbindung zum Saugraum und in einer weiteren Verbindung zum Kraftstofftank sorgen dafür, daß der aus dem Saugraum abgesaugte Kraftstoff in den Kraft­ stofftank zurückfließt. Nach mindestens teilweisem Entleeren des Saugraums kann der Pumpenkolben der Kraftstoffeinspritzpumpe während des Saughubs keinen Kraftstoff ansaugen und somit auch nicht fördern, so daß die Brennkraftmaschine stehenbleibt. Der schaltungs­ technische Aufwand für die Notabschaltung der Brennkraftmaschine bei Störungen in der Einspritzmengenregeleinrichtung ist bei der vor­ stehend beschriebenen Einrichtung relativ hoch und störanfällig.

Aus der DE 30 14 712 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe ähnlicher Bauart bekannt, bei der zum Stillsetzen der Brennkraftmaschine, also auch für eine Notabstellung, die üblicherweise an Reiheneinspritz­ pumpen verwendete, mechanisch angetriebene Förderpumpe mittels eines elektromagnetisch betätigbaren, sowohl in die Saug- als auch in die Druckleitung der Förderpumpe eingesetzten Umschaltventiles umsteuer­ bar ist. In der Stoppstellung des Umsteuerventiles wird der Saugraum der Einspritzpumpe mit der Saugseite der Förderpumpe und die Druck­ seite der Förderpumpe mit dem Kraftstofftank verbunden. Dadurch wird dem Saugraum der Einspritzpumpe schlagartig Kraftstoff entzogen, so daß die Einspritzpumpe keinen Kraftstoff mehr fördern kann und die zugehörige Brennkraftmaschine stehenbleibt. In der zuvor beschrie­ benen Stoppstellung des Umsteuerventils sorgt ein unterdruckdichtes, der Förderpumpe direkt nachgeschaltetes und in die Druckleitung zum Saugraum eingesetztes Rückschlagventil dafür, daß auch bei abge­ stellter Brennkraftmaschine und versehentlichem Anrollen des zuge­ hörigen Fahrzeugs kein Kraftstoff aus dem Kraftstofftank von den Pumpenelementen angesaugt werden kann. Ein zweites, an die Rücklauf­ leitung des Saugraums angeschlossenes und zum Tank hin öffnendes Rückschlagventil ist dort ebenfalls erforderlich, um die das Still­ setzen der Brennkraftmaschinen bewirkende Unterdruckbildung im Saug­ raum zu gewährleisten. Es hat sich aber gezeigt, daß vor allem bei niedrigen Drehzahlen die Saugwirkung der mechanisch angetriebenen Förderpumpe nicht immer ausreicht, um in der erforderlichen Zeit einen genügend hohen Unterdruck im Saugraum der Einspritzpumpe zu erzeugen, so daß es Betriebszustände gibt, bei denen ein einwand­ freies Abstellen nicht gewährleistet ist. Außerdem ist der Lei­ tungs- und Bauteileaufwand sehr hoch.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Kraft­ stoffeinspritzpumpe der gattungsgemäßen Bauart mit geringstmöglichem Bauteileaufwand und vertretbarem Zeitverzug eine sichere Notabschal­ tung der Brennkraftmaschine zu erreichen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritz­ pumpe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe ist mit geringem konstruktiven Aufwand eine Notabschaltung der Brennkraftmaschine bei Störungen in der Einspritzmengenregeleinrichtung dadurch sichergestellt, daß neben der nach wie vor erforderlichen, auf eine Störung in der Einspritzmengenregeleinrichtung ansprechenden Notabschaltvorrichtung in der Druckleitung lediglich ein dem Saugraum unmittelbar vorge­ schaltetes Rückschlagventil mit zum Saugraum weisender Durchfluß­ richtung vorgesehen ist. Wird die Förderpumpe durch die Notabschalt­ vorrichtung abgeschaltet, so schließt wegen fehlenden Förderdrucks das Rückschlagventil, und die Kraftstoffzufuhr zu dem Saugraum wird unterbrochen. Sobald nach wenigen Umdrehungen der Pumpenkolben den Saugraum teilweise entleert hat, wird der Saugvorgang des Pumpen­ kolbens durch den dabei auftretenden Unterdruck unterbrochen, und die Brennkraftmaschine bleibt wegen Kraftstoffmangel stehen. Der Zeit­ verzug vom Auftreten des Abschaltsignals bis zum Stillsetzen der Brennkraftmaschine ist zwar größer als bei den bekannten, mit umsteuerbarer Förderpumpe arbeitenden Kraftstoffeinspritzpumpen, doch liegt er in einer durchaus akzeptablen Größenordnung, weil durch die Anordnung des Rückschlagventils unmittelbar vor dem Saug­ raum der Totraum minimiert wurde. Der Einsparungsgewinn an Her­ stellungskosten ist demgemäß beträchtlich.

Durch die in den weiteren Ansprüchen ausgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Kraftstoffeinspritzpumpe möglich. So verhindert bei Ver­ wendung einer Einspritzmengenregeleinrichtung mit einem an sich bekannten hydraulischen Stellwerk ein gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 dem Kraftstoffspeicher vorgeschaltetes Rückschlagventil, daß bei abgeschalteter Förderpumpe der Kraftstoffspeicher Kraftstoff in den Saugraum nachschiebt und dadurch die Zeitverzögerung bis zum Abstellen der Brennkraftmaschine vergrößert. Des weiteren ist gemäß Anspruch 3 über eine Verbindungsleitung mit einem Rückschlagventil oder Flatterventil zwischen dem Stellraum des Stellwerks und der Druckseite der Förderpumpe und durch die Bypassdrossel zwischen der Druckseite der Förderpumpe und den Kraftstofftank im Falle der Not­ abschaltung die Rückstellung des Stellwerkes in seine Null- oder Stoppstellung sichergestellt, da der Stellraum über das bei fehlen­ dem Förderdruck sich öffnende Ventil entlastet wird und der Stell­ kolben durch die Rückstellfeder unter Ausschieben von Kraftstoff aus dem Stellraum in seine Grundstellung zurückkehrt, in welcher das Stellraumvolumen minimal ist. Im störungsfreien Betrieb der Kraft­ stoffeinspritzpumpe wird die Verbindung zwischen Stellraum und Kraftstofftank gesperrt, da der von der Förderpumpe aufgebaute Förderdruck ein Öffnen des Rückschlagventils bzw. des Flatterventils verhindert und damit die Durchflußrichtung blockiert. Erst nach Weg­ fall des Förderdrucks mit Abschalten der Förderpumpe kann das Rück­ schlagventil bzw. das Flatterventil die Verbindung zwischen Stell­ raum und Tank öffnen.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Dabei zeigt die Zeichnung in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem hydraulischen Stellwerk als Einspritzmengenregeleinrichtung.

Das in der Zeichnung vereinfacht dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt den Kraftstoffkreislauf einer Kraftstoffeinspritzpumpe 10 für eine Diesel-Brennkraftmaschine und ein zugeordnetes hydraulisches Stellwerk 11 zum Betätigen eines strichpunktiert angedeuteten Regelgliedes in Form einer Regelstange 12, die ihrerseits die von der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 pro Pumpenkolbenhub zugemessene Kraftstoffeinspritzmenge steuert. Mit 13 ist ein Saugraum der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 angedeutet, der von einer elektrisch angetriebenen Förderpumpe 14 mit Kraftstoff gefüllt wird und aus dem bei jedem Pumpenkolbenhub Kraftstoff zur Einspritzung abgesaugt wird. Die auf der Abtriebswelle eines Elektromotors 22 sitzende Förderpumpe 14 ist auf der Saugseite über eine Saugleitung 15 mit einem Kraftstofftank 16 und auf der Druckseite über eine Druckleitung 17 mit dem Saugraum 13 verbunden. In der Druckleitung 17 ist ein Kraftstoffilter 18 und ein Rückschlagventil 19 angeordnet, dessen Druchflußrichtung zum Saugraum 13 der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 weist. Außerdem ist die Druckleitung 17 über ein Rückschlagventil 20 mit zur Druckleitung 17 hin gerichteter Sperrichtung an eine Kraftstoff-Rückführleitung 21 angeschlossen.

Das hydraulische Stellwerk 11 weist einen Stellzylinder 23 auf, in dem ein Stellkolben 24 axial verschieblich geführt ist. Der Stellkolben 24 greift mittels einer Koppelstange 25 an der Regelstange 12 an und begrenzt mit seiner einen Kolbenfläche einen Stellraum 26. Auf seiner von dem Stellraum 26 abgekehrten Kolbenfläche ist der Stellkolben 24 von einer im Stellzylinder 23 sich abstützenden Rückstellfeder 27 belastet, die den Stellkolben 24 in Richtung minimales Stellraumvolumen zu verschieben sucht. Der Stellraum 26 ist über einen Zulauf 28 mit einem Kraftstoffspeicher 29 und über einen Rücklauf 30 mit der Kraftstoff-Rückführleitung 21 verbunden. Der über eine zweite Druckleitung 31 an dem Ausgang des Kraftstoffilters 18 angeschlossene Kraftstoffspeicher 29 weist eine federbelastete Membran 32 auf, die einen Speicherraum 33 begrenzt. Bei Kraftstofförderung durch die Förderpumpe 14 wird der Speicherraum 33 unter Zurückweichen der Membran 32 mit Kraftstoff gefüllt und dadurch der Kraftstoffspeicher 29 gespannt. Zwischen dem Kraftstoffilter 18 und dem Kraftstoffspeicher 29 ist ein Rückschlagventil 34 angeordnet, dessen Durchflußrichtung hin zum Kraftstoffspeicher 29 weist.

In dem Zulauf 28 zu dem Stellraum 26 des Stellwerks 11 ist ein erstes Schaltventil 35, im folgenden Zulauf-Schaltventil 35 genannt, und im Rücklauf 30 vom Stellraum 26 zur Kraftstoff-Rückführleitung 21 ist ein zweites Schaltventil 36, im folgenden Rücklauf-Schaltventil 36 genannt, angeordnet. Beide Schaltventile 35, 36 sind als 2/2-Wegemagnetventile ausgebildet, deren Steuereingänge mit einem elektrischen Steuergerät 37 verbunden sind. Dem elektrischen Steuergerät 37 ist über eine Signalleitung 42 ein Istwertsignal zugeführt, welches repräsentativ für die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge ist. Das Steuergerät 37 errechnet in Abhängigkeit von den momentanen Betriebsparametern der Diesel-Brennkraftmaschine eine Kraftstoff-Solleinspritzmenge und erzeugt nach Vergleich mit dem Istwertsignal entsprechende Schaltsignale für die beiden Schaltventile 35, 36. Je nach Vorzeichen der Differenz der Regelabweichung wird das Schaltventil 35 oder das Schaltventil 36 vorzugsweise intermittierend angesteuert, so daß der Stellkolben 24 weiter ausgefahren bzw. weiter eingezogen und damit die Regelstange 12 in der Weise verstellt wird, daß die Regelabweichung Null wird. Die Versorgungsspannung für das elektrische Steuergerät 37 wird von einer Fahrzeug-Batterie 43 abgenommen und über den Fahr- oder Zündschalter 44 an das elektrische Steuergerät 37 gelegt. Das Steuergerät 37 ist außerdem noch über eine Signalleitung 46 mit einer Notabschaltvorrichtung 45 verbunden, die im Störungsfall der Kraftstoffeinspritzpumpe auf eine bleibende Regelabweichung der Regelstange 12 anspricht und den Elektromotor 22 abschaltet. Diese bleibende Regelabweichung wird von dem Steuergerät 37 als Differenz der errechneten Kraftstoff-Solleinspritzmenge und dem Istwertsignal an die Notabschaltvorrichtung 45 gegeben.

Der Stellraum 26 des Stellwerks 11 ist über eine Verbindungsleitung 38 mit dem druckseitigen Ausgang der Förderpumpe 14 verbunden. In der Verbindungsleitung 38 ist ein Rückschlagventil 39 mit einer Vorspannung von etwa 0,5 bar angeordnet. Die Sperrichtung des Rückschlagventils 39 ist zum Stellraum 26 des Stellzylinders 26 hin gerichtet. Der Förderpumpe 14 ist ein Bypass 40 mit Bypassdrossel 41 zugeordnet, der die Druckseite der Förderpumpe 14 mit dem Kraftstofftank 16 verbindet. Anstelle des Rückschlagventils 39 in der Verbindungsleitung 38 kann auch ein Flatterventil eingesetzt werden.

Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Wird der Fahrschalter 44 geschlossen, so wird die Stromversorgung für das elektrische Steuergerät 37 und den Elektromotor 22 der Förderpumpe 14 eingeschaltet. Die Förderpumpe 14 läuft an und füllt den Saugraum 13 der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 mit Kraftstoff, wobei das Rückschlagventil 19 geöffnet wird. Kraftstoff gelangt auch unter Öffnen des Rückschlagventils 34 in den Kraftstoffspeicher 29 und spannt diesen. Der Förderdruck in der Verbindungsleitung 38 verriegelt das Rückschlagventil 39, so daß Kraftstoff aus dem Stellraum 26 des Stellwerks 11 nicht ausströmen kann. Entsprechend des aufgrund der Betriebsparameter errechneten Einspritzmengen-Sollwertsignals wird das Zulauf-Schaltventil 35 intermittierend geöffnet, und durch den aus dem Kraftstoffspeicher 29 in den Stellraum 26 einströmenden Kraftstoff wird der Stellkolben 24 soweit verschoben, daß die Stellung der Regelstange 12 eine Ist-Einspritzmenge in der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 einstellt, die der errechneten Soll-Einspritzmenge entspricht, so daß keine Regelabweichung auftritt.

Im Störungsfall, also wenn z. B. die Ansteuerung des Rücklauf-Schaltventils 36 ausfällt oder die Regelstange 12 klemmt, kann die Regelabweichung nicht ausgeregelt werden. Aufgrund dieser bleibenden Regelabweichung spricht die Notabschaltvorrichtung 45 an und schaltet den Elektromotor 22 ab. Die Förderpumpe 14 ist damit stillgesetzt und es wird kein Kraftstoff mehr gefördert. Die Rückschlagventile 19 und 34 schließen, so daß kein Kraftstoff mehr in den Saugraum 13 der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 gelangen kann. Nach mehreren Saughüben des Pumpenkolbens der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 ist der Saugraum 13 soweit teilentleert, daß die Brennkraftmaschine infolge Kraftstoffmangels ausgeht. Durch die Anordnung des Rückschlagventils 19 unmittelbar vor dem Saugraum 13 sind dabei nur sehr kleine Toträume vorhanden, so daß keine nennenswerte Zusatzvolumina aus der Druckleitung 17 die Vakuierung des Saugraums 13 verzögern. Der fehlende Förderdruck der Förderpumpe 14 gibt auch das Rückschlagventil 39 in der Verbindungsleitung 38 frei. Dieses öffnet und der im Stellraum 26 des Stellwerks 11 befindliche Kraftstoff vermag über das Rückschlagventil 39 und die Bypassdrossel 41 in den Kraftstofftank 16 abzufließen. Die Rückstellfeder 27 verschiebt den Stellkolben 24 in der Zeichnung nach links, bis das Stellraumvolumen minimal ist. Über die Koppelstange 25 wird die Regelstange 12 in ihre Null- oder Stopstellung überführt, die eingestellte Einspritzmenge ist Null. Ist die Kraftstoffeinspritzpumpe 10 mit einer zum Kraftstofftank 16 führenden Rücklaufleitung 47 verbunden, wie das in der Zeichnung dargestellt ist, dann ist am Ausgang des Saugraums 13 ein unterdruckdichtes Überströmventil 48 vorzusehen, damit im Störungsfall kein Kraftstoff oder keine Luft aus der Rücklaufleitung 47 in den Saugraum 13 zurückgesaugt werden kann.

Anstelle des hydraulischen Stellwerkes 11 kann ein elektromagnetisches oder mechanisches Mengenstellwerk eingesetzt werden. Auch in diesen Fällen wird durch das dem Saugraum 13 der Kraftstoffeinspritzpumpe stromauf vorgeschaltete Rückschlagventil 19 die Brennkraftmaschine abgestellt, wenn infolge einer Störung die Notabschaltvorrichtung 45 anspricht und die Förderpumpe 14 abschaltet.

Claims (3)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere Reiheneinspritzpumpe für Diesel-Brennkraftmaschinen, mit einer Ein­ spritzmengenregeleinrichtung, mit einer elektrisch angetriebenen Förderpumpe, die saugseitig mit einem Kraftstofftank und druckseitig über eine Druckleitung mit einem Pumpensaugraum zu dessen Befüllung mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank verbunden ist, und mit einer auf eine Störung in der Regeleinrichtung, insbesondere auf eine bleibende Regelabweichung, ansprechenden Notabschaltvorrichtung, die bei Störung ein Schaltsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (17) zwischen Förderpumpe (14) und Saugraum (13) ein diesem räumlich unmittelbar vorgeschaltetes Rückschlagventil (19) mit zum Saugraum (13) weisender Durchflußrichtung angeordnet ist und daß das Schaltsignal der Notabschaltvorrichtung (45) eine Abschaltung des Förderpumpenantriebs (22) auslöst.

2. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung ein hydraulisches Stellwerk (11) zum Betätigen eines die Kraftstoffeinspritzmenge steuernden Regelgliedes (12) auf­ weist, daß das hydraulische Stellwerk (11) einen in einem Stell­ zylinder (23) verschiebbaren Stellkolben (24), der einen Stellraum (26) begrenzt und von einer Rückstellfeder (27) in einer das Stell­ raumvolumen verkleinernden Verschieberichtung belastet ist, und zwei mittels eines elektrischen Steuergerätes (37) steuerbare elektrische Schaltventile (35, 36) aufweist, von denen das eine in einem mit einem gespannten Kraftstoffspeicher (29) verbundenen Zulauf (28) zum Stellraum (26) und das andere in einer mit dem Kraftstofftank (16) verbundenen Kraftstoff-Rückführleitung (21) vom Stellraum (26) ange­ ordnet ist, und daß der Kraftstoffspeicher (29) über ein Rückschlag­ ventil (34) mit zum Kraftstoffspeicher (29) weisender Durchfluß­ richtung an dem druckseitigen Ausgang der Förderpumpe (14) stromauf­ wärts des dem Saugraum (13) vorgeschalteten Rückschlagventils (19) angeschlossen ist.

3. Einspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellraum (26) des Stellwerks (11) über eine Verbindungsleitung (38) mit dem druckseitigen Anschluß der Förderpumpe (14) verbunden und letztere über einen Bypass (40) mit Bypassdrossel (41) mit dem Krawft­ stofftank (16) verbunden ist und daß in der Verbindungsleitung (38) ein Rückschlagventil (39) oder ein Flatterventil mit zum Stellraum (26) weisender Sperrichtung angeordnet ist.