DE3827206A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoffeinspritzpumpe fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der
Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer solchen Kraftstoffeinspritz
pumpe werden mit dem gesteuerten Kraftstoffdruck des Innenraumes so
wohl eine Spritzbeginnverstellung mit Spritzbeginnfrühverstellung
beim Kaltstart als auch eine Kraftstoffeinspritzmengen-Angleichein
richtung gesteuert.
Für die Spritzbeginneinstellung beim Kaltstart bzw. bei noch nicht
betriebswarmer Brennkraftmaschine bedarf es eines erhöhten Kraft
stoffdrucks, der im Arbeitsraum und auf den Verstellkolben wirkt und
eine besondere von der Spritzbeginnsteuerung bei betriebswarmer
Brennkraftmaschine abweichende Frühverstellung des Spritzbeginns be
wirkt. Zur Erzielung dieses Drucks ist beim bekannten Drucksteuer
ventil ein Druckraum über eine Drossel ständig mit einem Rückstell
raum in Verbindung und dieser über eine Entlastungsleitung mit einem
Entlastungsraum verbunden. In der Entlastungsleitung ist das Druck
halteventil angeordnet, das bei noch kalter Brennkraftmaschine von
der Steuereinrichtung unbeeinflußt einen hohen Druck einhält und bei
betriebswarmer Brennkraftmaschine von der Steuereinrichtung aufge
halten wird. (Es könnte statt dessen auch temperaturabhängig ein By
pass geöffnet werden.) Wegen dem dann bei kalter Brennkraftmaschine
sich an der beweglichen Wand des Drucksteuerventils einstellenden
Druckausgleich bleibt dieses in Schließstellung und steuert den ge
wünschten hohen Druck ein. Dieser wirkt aber zugleich auf einen von
einer Feder belasteten Angleichkolben, der Angleicheinrichtung. Um
die damit verbundene Fehlsteuerung der Kraftstoffeinspritzmenge zu
beseitigen, wird auf die Rückseite des Angleichkolbens der im Rück
stellraum herrschende Druck gegeben, sodaß der Angleichkolben durch
die resultierende Kraft der Feder in Normalstellung bewegt wird.
Dies berücksichtigt aber wiederum die Drehzahlsteigerung während des
Warmlaufs und dem damit herrschenden Kraftstoffbedarf nicht.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit dem kennzeichnen
den Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der
anfangs für die Spritzbeginnverstellung bei kalter Brennkraftma
schine benötigte erhöhte Druck nicht im Innenraum und nicht auf die
Angleicheinrichtung wirkt, daß aber dennoch im Innenraum mit dem
Drucksteuerventil ein drehzahlabhängiger Druck eingesteuert wird,
durch den die Angleicheinrichtung steuerbar ist, und Fehler bei der
maximalen Kraftstoffmengenzumessung vermieden werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge
stellt und in der Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine
schematische Darstellung der Kraftstoffeinspritzpumpe; Fig. 2 zeigt
Drehzahl-/Druckverläufe bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffein
spritzpumpe; Fig. 3 eine alternative Detailausführung der Kraft
stoffeinspritzpumpe nach Fig. 1.
In einem Nockenantrieb einer bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe
greift für die Verstellung des Spritzbeginnzeitpunkts über einen
Stift 1 ein Verstellkolben 2 ein. Der Verstellkolben 2 ist in einem
Spritzverstellzylinder 55 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 4
verschiebbar und begrenzt dort als bewegliche Wand einen Arbeitsraum
3. Im Arbeitsraum 3 befindliche Druckflüssigkeit in Form von Kraft
stoff verschiebt den Ventilkolben mit zunehmendem Kraftstoffdruck
entgegen der Kraft der Rückstellfeder 4 und zwar derart, daß, je
weiter der Verstellkolben 2 in Richtung zur Rückstellfeder 4 ver
schoben wird, der Spritzzeitpunkt nach "Früh" verschoben wird. Die
Versorgung des Arbeitsraumes 3 mit Kraftstoff erfolgt durch eine
drehzahlabhängig fördernde, drehzahlproportional angetriebene För
derpumpe 5, die aus einem Kraftstoffbehälter 6 Kraftstoff ansaugt
und in eine Förderpumpendruckleitung 7 fördert. Von der Förderpum
pendruckleitung 7 zweigt eine Druckleitung 8 ab, die ein den Durch
fluß nicht beeinflussendes Element in Form eines Rückschlagventils
10 enthält und in den Arbeitsraum 3 mündet. Dieser ist in einer
Ausführungsvariante über eine parallel zu dessen Mittelachse im
Verstellkolben angeordnete, eine Drossel 12 a enthaltende Bohrung 11
und eine sich anschließende Verbindung 14 a mit einem Innenraum 15
der Kraftstoffeinspritzpumpe verbunden. Vom Innenraum 15 führt eine
mit Drossel 37 versehene Leckleitung 57 weg.
Die Kraftstoffversorgung des Innenraums 15 erfolgt von der Förder
pumpendruckleitung 7 her über eine Druckleitung 9, die ein Druck
halteventil 27 enthält. Dieses weist einen Zylinder 29 auf, in den
ein mit der Druckleitung verbundener Druckraum 32 von einem als Ven
tilschließglied dienenden, axial im Zylinder verschiebbaren Kolben
31 begrenzt wird, der von einer in einem Federraum 39 angeordneten
vorzugsweise einstellbaren Rückstellfeder 34 beaufschlagt ist. Der
Kolben steuert eine von der Zylinderwand des Zylinders 29 des Druck
halteventils abgehende einen Durchtrittsquerschitt der Druckleitung
9 darstellende Absteueröffnung 35, die über einen zweiten Teil 36
der Druckleitung 9 mit dem Innenraum 15 verbunden ist. An der den
Druckraum 32 andererseits begrenzenden Stirnseite 65 des Zylinder 29
ist eine von der Temperatur der Brennkraftmaschine gesteuerte
Steuereinrichtung 33 angeordnet, die ein als Bolzen ausgebildetes
Betätigungselement 41 aufweist, das axial in den Druckraum 32 ragt
und durch das in seiner einen Endstellung entsprechend einer be
triebswarmen Brennkraftmaschine der Kolben 31 so weit verschoben
ist, daß er die Absteueröffnung 35 geöffnet hat. In der anderen End
stellung ist der Kolben 31 so weit durch die Rückstellfeder 34 ver
schiebbar, daß die Absteueröffnung 35 durch den Kolben verschließbar
ist. Diese Stellung entspricht einer noch kalten bzw. aus einem kal
ten Zustand gestarteten Brennkraftmaschine. Vom Federraum 39 führt
eine Leckleitung 38 zum Kraftstoffvorratsbehälter 6 oder zur Saug
seite der Förderpumpe.
In einer zweiten Ausführungsvariante werden die Drossel 12 a, die
Bohrung 11 und die Verbindung 14 a ersetzt durch eine eine Drossel 12
enthaltende Verbindungsleitung 14 zwischen der Druckleitung 8 strom
aufwärts des Rückschlagventils 10 und dem Innenraum 15, so daß ein
Bypass zu dem Druckhalteventil 27 entsteht. Dieser Bypass kann auch
im Druckhalteventil integriert sein als Drosselbohrung durch den
Kolben 31 oder als Drosselnut in der Wand des Zylinders 29.
Für den Warmlauf der Brennkraftmaschine, dem Betriebsbereich zwi
schen noch kalter Brennkraftmaschine beim Start bis Erreichen der
Betriebstemperatur oder der Betriebsbeharrungstemperatur, ist es
vorteilhaft, rasch, d. h. möglichst schon beim Start eine zusätz
liche Frühverstellung des Spritzbeginns zu erreichen. Diese Frühver
stellung wird dadurch erreicht, daß in dem Arbeitsraum 3 ein höherer
Druck eingebracht wird, als der durch ein Drucksteuerventil 17 im
Innenraum 15 gesteuerte Druck.
Das Drucksteuerventil 17 weist einen als bewegliche Wand dienenden
in einem Zylinder 70 entgegen der Kraft einer Steuerfeder 19 ver
schiebbaren Kolben 18 auf, der im Zylinder 70 einen mit dem Innen
raum 15 über eine Leitung 16 verbundenen Druckraum 20 von einem
Rückstellraum 28 trennt, in dem die Steuerfeder 19 angeordnet ist
und der einen Absteuerquerschnitt 21 einer vom Druckraum 20 abgehen
den mit der Saugseite der Förderpumpe verbundene Ablaufleitung 22
mehr oder weniger aufsteuert. Mit dem Drucksteuerventil wird im In
nenraum 15 der Druck drehzahlabhängig, im wesentlichen drehzahlpro
portional gesteuert.
Vom Innenraum 15 führt ferner eine Verbindungsleitung 23 in einen
Angleichdruckraum 24 einer Angleicheinrichtung 64, die einen in
einem Angleichzylinder 67 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 69
axial verschiebbaren, den Angleichdruckraum 24 von einem Rückstell
raum 25 trennenden Angleichkolben 26 aufweist. Die Stellung des An
gleichkolbens 26 ist abhängig von dem durch das Drucksteuerventil 17
gesteuerten Druck im Innenraum 15 und steuert über ein Abtaststift
66 ein Kraftstoffeinspritzmengenorgan 68.
Wird die Brennkraftmaschine bei kaltem Zustand gestartet, oder be
findet sich die Brennkraftmaschine noch im Warmlaufbereich, so ist
das Betätigungselement 41 in seiner anderen Endstellung, bei der die
Absteueröffnung 35 am Druckhalteventil 27 durch den Kolben 31 ver
schlossen ist. Die Förderpumpe 5 fördert demzufolge zunächst nur
über die Förderpumpendruckleitung 7, die Druckleitung 8 und das
Rückschlagventil 10 in den Arbeitsraum 3, so daß dort mit der vollen
Förderleistung der Förderpumpe schnell ein hoher Druck erreicht
wird, der bei der ersten Ausführungsvariante nur wenig durch den
über die Drossel 12 a in den Innenraum 15 abfließenden Kraftstoff
beeinflußt wird. Der Innenraum 15 wird über das Druckhalteventil 27
ab Erreichen von dessen Öffnungsdruck und/oder durch die Drossel 12
bzw. 12 a mit Kraftstoff versorgt, der durch das Drucksteuerventil 17
auf einem drehzahlabhängigen Druck gehalten wird, unabhängig von
Leckverlusten über die Drossel 37 und der Kraftstoffentnahme für
Kraftstoffeinspritzung. Entsprechend diesem Druck wird die Angleich
einrichtung bereits mit dem ersten Anlaufen der Brennkraftmaschine
bzw. der Kraftstoffeinspritzpumpe gesteuert. Der Spritzbeginn wird
aber bereits mit dem Start beeinflußt und wie oben gefordert auf
"Früh" verstellt. Sofern die Kraftstoffversorgung des Innenraums
durch das Druckhalteventil in dieser Betriebsphase ausreicht, kann
auch die Drossel 12 oder 12 a entfallen.
Fig. 2 zeigt ein Koordinatenkreuz, bei dem auf der Abszisse die
Drehzahl und auf der Ordinate der Druck, der im Arbeitsraum 3
herrscht, aufgetragen ist. Eine Kennlinie 40 zeigt zwischen Punkten
41 und 42 einen steilen Anstieg des Drucks bei geringer Drehzahl. Im
Bereich von Punkt 42 jedoch wird der Öffnungsdruck des Druckhalte
ventils 27 erreicht und die Absteueröffnung 35 geöffnet. Dadurch
wird in der Folge der Druck im Arbeitsraum 3 nur noch unwesentlich
mit zunehmender Drehzahl erhöht. Im Vergleich dazu ist eine Kenn
linie 44 dargestellt, die den Druckverlauf im Innenraum 15 zeigt,
gesteuert durch das Drucksteuerventil 17.
Zu diesem Druckverlauf, der in Fig. 2 dargestellt ist, kommt es
folgendermaßen:
Der Druck der drehzahlproportional angetriebenen Förderpumpe 5, der
an Kolben 31 des Druckhalteventils 27 anliegt, verschiebt den Kolben
31 gegen die Kraft der Rückstellfeder 34 und öffnet die Absteuer
öffnung 35 gerade so viel, um den Haltedruck bzw. den Öffnungsdruck
des Druckhalteventils förderpumpenseitig einzuhalten. Dabei kommt es
nur zu einem gedrosselten Zulauf in den Innenraum 15, in dem nunmehr
sich mit Hilfe des Drucksteuerventils 17 ein drehzahlabhängiger
Druck 15 einstellen kann, durch den drehzahlabhängig die Angleich
einrichtung 64 betätigt wird. Somit wird die Kraftstoffeinspritz
mengensteuerung nicht von der Kaltstartfrüheinstellung des Spritzbe
ginns beeinflußt und eine schnell wirkende Kaltstartfrühverstellung
erreicht.
Die Drossel 12 gemäß der ersten Ausführungsvariante erfüllt den
Zweck, daß der Innenraum 15 bei kalter Brennkraftmaschine bei be
stimmten Auslegungen des Druckhalteventils 27 und der Kraftstofför
derpumpe bei spätem Öffnen des Druckhalteventils 27 ausreichend mit
Kraftstoff versorgt wird auch dazu, daß zusammen mit dem Rückschlag
ventil 10 der Verstellkolben 2 bei stoßartiger Belastung durch die
Förderhübe der Pumpenkolben nicht wesentlich verschoben wird, und
damit der Spritzzeitpunkt genau genug eingehalten werden kann.
Der die Frühverstellung bewirkende höhere Druck im Arbeitsraum 3
wird abgebaut, wenn bei Erreichen der Betriebstemperatur der Brenn
kraftmaschine die von der Temperatur beeinflußte Steuereinichtung 33
angesteuert wird und das Betätigungselement 41, das mit einem Dehn
stoffelement oder mit einer Bimetallfeder verbunden ist, den Kolben
31 gegen die Kraft der Rückstellfeder 34 bewegt und damit die Ab
steueröffnung 35 öffnet. Dadurch wird der Innenraum 15 mit der För
derpumpe 5 verbunden und der durch das Drucksteuerventil 17 gebil
dete Druck im Innenraum 15 auch im Arbeitsraum 3 zur Spritzbeginn
steuerung wirksam.
Die gleiche Vorrichtung 33 kann auch mit einem temperaturabhängig
gesteuerten Elektromagneten ausgeführt werden. Anstelle des Tempe
raturverlaufs über die Zeit kann auch ein Zeitglied gesetzt werden,
das das Betätigungselement 41 steuert oder ein Ventil steuert, das
einen ungedrosselten Bypass ganz öffnet, um die Druckhaltefunktion
des Druckhalteventils aufzuheben.
Wird die Brennkraftmaschine bei Betriebstemperatur gestartet, so
hält die Vorrichtung 33 mittels des Betätigungselements 41 den Kol
ben 31 in einer Stellung, in der die Absteueröffnung 35 über die Ab
steuerleitung 36 zum Innenraum 15 geöffnet ist und zur Spritzbe
ginnverstellung der Druck im Innenraum 15 und im Arbeitsraum 3 aus
schließlich durch die Kraft der Steuerfeder 19 und dem Kolben 18
drehzahlabhängig verändert wird.
Eine alternative Ausgestaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei einem
im übrigen identischen Aufbau werden Veränderungen am Verstellkolben
2 a und an der Druckleitung 8 a vorgenommen. In der Druckleitung 8 a
ist statt des Rückschlagventil eine Drossel 50 angeordnet und beim
Steuerkolben 2 a entfallen die Bohrung 11 mit Drossel 12 von Fig. 1.
Die Drossel 50 übernimmt hier die Funktion der Drossel 12 vom vor
stehenden Ausführungsbeispiel. Sie dient der Kraftstoffversorgung
des Arbeitsraums 3 und verhindert, daß es durch mechanische Kräfte
auf den Verstellkolben 2 a zu einer Verschiebung des Verstellkolbens
2 a kommt.
Claims (5)
1. Kraftstoffeinspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine mit einem
der Spritzbeginnverstellung dienenden von einer Rückstellkraft be
aufschlagten Verstellkolben, der einen Arbeitsraum begrenzt, von dem
eine Druckleitung (8) zur Förderseite einer drehzahlabhängig ange
triebenen Förderpumpe (5) führt, mit einem von der Förderpumpe (5)
mit Kraftstoff versorgten Innenraum (15) und mit drehzahlabhängiger
Steuerung des Kraftstoffdrucks im Innenraum mittels eines Druck
steuerventils (17), welches eine zwischen einem Druckraum (20) und
einem Rückstellraum (28) gegen eine Rückstellkraft (19) bewegbare,
einen Absteuerquerschnitt (21) steuernde Wand (18) aufweist und mit
einem den Kraftstoffdruck zusätzlich beeinflussenden ein, von einer
Rückstellfeder (34) gegen Kraftstoffdruck beaufschlagtes, einen
Durchtrittsquerschnitt (35) steuerndes Ventilschließglied (31) auf
weisendes Druckhalteventil (27), dessen Druckhaltefunktion durch
eine Steuereinrichtung (33) in Abhängigkeit von mindestens einer Be
triebsgröße, insbesondere der Temperatur der Brennkraftmaschine,
aufhebbar ist und mit einer vom Kraftstoffdruck im Innenraum ge
steuerten Angleicheinrichtung (64) zur drehzahlabhängigen Einspritz
mengenverstellung dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (8)
ein den Durchfluß beeinflussendes Element (10, 50) enthält und über
dieses unmittelbar mit dem Austritt der Förderpumpe (5) verbunden
ist und der Innenraum (15) mit der Förderpumpe (5) über das Druck
halteventil (27) verbindbar ist.
2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bypass zum gesteuerten Durchschnittsquerschnitt (35) eine
Drossel (12, 12 a) vorgesehen ist.
3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das den Durchfluß beeinflussende Element ein zum Arbeitsraum
öffnendes Rückschlagventil (16) ist und zwischen dem Arbeitsraum (3)
und Innenraum (15) im Verstellkolben die Drossel (12) vorgesehen ist.
4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das den Durchfluß beeinflussende Element eine Drossel (50) ist.
5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (33) ein Betäti
gungsglied (41) aufweist, durch das das Ventilschließglied (31) in
geöffnete Stellung bringbar ist.
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