DE4122773A1 - Kraftstoff-einspritzpumpe fuer eine brennkraftmaschine, insbesondere eine dieselmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer aus der DE-OS 36 17 130 bekannten Verteilereinspritzpumpe dieser Bauart sind an einem Einstell-Grundteil, das um eine Schwenkachse schwenkbar im Pumpengehäuse gelagert ist, um eine gemeinsame Schwenkachse schwenkbar der Starthebel und der Spann­ hebel sowie um eine weitere Schwenkachse schwenkbar ein die Grund­ einstellung des Reglers definierender Einstellhebel gelagert, der sich an einem den Einspritzbeginn definierenden Gewindebolzen als Anschlag abstützt. Im Bereich der beiden zuletzt definierten Schwenkachsen finden sich Kugelkopfstifte zum Eingriff in jeweils eine auf einem Steuerkolben axial verschiebbare Steuerhülse. Das Einstell-Grundteil trägt in starrer Verbindung den Einstellhebel, der sich auf einem stößelartigen Betätigungsglied eines von einer Steuereinheit in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine angesteuerten Schrittmotors abstützt. Ausgehend von einer bestimmten Lage dieses Einstellhebels erfolgen unter dem Einfluß von an dem Einstell-Grundteil angreifenden Federn und des Schrittmotors gegensinnige Schwenkbewegungen des Einstellhebels, die über die zitierten Kugelkopfstifte gegensinnige Vorhubeinstel­ lungen zur Folge haben.

Diese bekannte Einspritzpumpe ist insofern vorteilhaft, als sie die Vorteile mit einem mechanischen Fliehkraftregler ausgerüsteter mechanischer Einspritzpumpen mit den Vorteilen elektronischer Steuersysteme vereint, ohne deren Nachteile in Kauf zu nehmen. So sind elektronische Systeme schon aufgrund der sehr hohen Sicher­ heitsanforderungen an die Bauteile teuer, da es keine mechanische Verbindung zwischen Fahrpedal und Laststeller in der Kraftstoff­ pumpe gibt und demgemäß der Fahrer eines mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeugs keine Möglichkeit zur manuellen Beeinflus­ sung der Arbeitsweise der Pumpe hat. Auch sind die Notlaufeigen­ schaften elektronischer Systeme in der Regel beschränkt. Diese Nachteile vermeidet zwar eine mechanische Pumpe mit einem mechani­ schen Drehzahlregler, jedoch sind die Möglichkeiten für eine exakte, schnelle Regelung in Abhängigkeit einer größeren Anzahl von Betriebsgrößen der Maschine bei mechanischen Systemen äußerst begrenzt.

Ein Nachteil der bekannten Einspritzpumpe ist darin zu sehen, daß für Vollast- und Leerlaufbetrieb der Maschine die Regelbefehle des Schrittmotors über ein einziges Glied, nämlich Einstellhebel nebst Einstell-Grundteil, auf die Steuerhülsen übertragen werden. Demge­ mäß ist es beispielsweise nicht möglich, bei Lastwechseln, also Übergang von Schub auf Zug, den unerwünschten Lastwechselschlägen entgegenwirkende Maßnahmen im Bereich der Kraftstoffzufuhr zu tref­ fen, es sei denn, man legt die den Schrittmotor ansteuernde elek­ tronische Steuereinheit entsprechend kompliziert aus. Generell ist es auch nur schwer möglich, bei dem zitierten Stand der Technik unterschiedliche Regelkennlinien für den Leerlauf und den Fahrbe­ trieb mit einfachen Mitteln sicherzustellen. Weiterhin bleibt bei diesem Stand der Technik der Förderwinkel (Nutzhub) praktisch ungeändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kraftstoff-Einspritzpumpe unter Wahrung ihrer Vorteile, insbeson­ dere auch der Nachrüstbarkeit bei handelsüblichen mechanischen Ein­ spritzpumpen, zu schaffen, die mit einfachen, betriebssicheren Mit­ teln Freiheit in der Auslegung einer Regelung des Förderwinkels für den Leerlauf und den Fahrbetrieb der Brennkraftmaschine ohne Beein­ flussung des Förderbeginns gibt und die darüber hinaus auch bei Be­ schädigung einzelner ihrer Bauteile einen weiteren Betrieb der Ma­ schine ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist also darin zu sehen, daß für den Leerlauf und den Fahrbetrieb dem nach wie vor einzigen Linearstellmotor, beispielsweise einem Schrittmotor, aber auch einem pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Motor, zwei Hebel in Gestalt eines Vollast- und eines Leerlaufschlepphebels zugeordnet sind, wobei die - bis auf die Verbindung des Leerlaufschlepphebels mit dem Starthebel über die Zugfeder - nur zeitweiligen Verbindungen bzw. Berührungen der Schlepphebel mit dem Betätigungsglied des Linearstellmotors und mit den Hebeln so gewählt sind, daß für den Fahr- und den Leerlaufbetrieb nur jeweils einer der beiden Schlepphebel Bewegungen des Betätigungsglieds des Linearstellmotors auf den betreffenden Hebel - Starthebel, Spannhebel - überträgt. Durch unterschiedliche Auslegung der Hebel und der Schlepphebel ist weiterhin die Möglichkeit gegeben, ohne Eingriff in den Linearstellmotor bzw. eine elektronische Steuereinheit für ihn je nach Betriebsart der Brennkraftmaschine unterschiedliche Regelkennlinien oder -kennfelder herzustellen.

Weiterhin bietet die Erfindung die erforderliche hohe Sicherheit bei Beschädigung oder Zerstörung wesentlicher Bestandteile. So hat beispielsweise, wie auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ersichtlich wird, ein Bruch des Vollast­ schlepphebels lediglich zur Folge, daß der Spannhebel in seine dem Vollastbetrieb zugeordnete Lage schwenkt. Auch bei Bruch der Voll­ astrückstellfeder übt der Vollastschlepphebel keine Kraft auf den Spannhebel aus, der demgemäß auch in diesem Fehlerfalle in seine Vollaststellung unter der Wirkung von Reglerfedern schwenkt.

Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Verteilerein­ spritzpumpe wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Längsschnitt den Aufbau der Einspritzpumpe,

Fig. 2 schematisch verschiedene Verstellvor­ gänge,

Fig. 3 die relativen Verstellwege verschiedener Bestandteile der Erfindung und

Fig. 4 verschiedene Regelmöglichkeiten.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist die ursprüngliche Regel­ hebelgruppe, enthaltend den Einstellhebel 1, den Spannhebel 2 und den Starthebel 3, unverändert von bekannten mechanischen Einspritz­ pumpen übernommen. Der Einstellhebel 3 ist starr mit dem etwa plat­ tenförmigen Grundteil 4 verbunden, das um die Achse 4′ schwenkbar ist und unter der Schwenkwirkung der Feder 5 steht, die dem durch einen verstellbaren Gewindestift gebildeten Anschlag 6 für den Ein­ stellhebel 1 entgegenwirkt. In diesem Ausführungsbeispiel bildet die Schwenkachse 7 Schwenklager für die beiden Hebel 2 und 3. Die Hebel 2 und 3 wirken über den Kugelkopfstift 8 am Starthebel 3 auf die Steuerhülse 9 im Sinne einer axialen Verschiebung derselben auf dem Steuerkolben 10 ein, der in an sich bekannter Weise mit Kraft­ stoffkanälen versehen ist, deren Austritt 11 durch die Steuer­ hülse 9 abgedeckt bzw. freigegeben wird, wodurch bei Verschiebung der Steuerhülse 9 die Liefereigenschaften der Pumpe beeinflußt werden können. Lediglich ergänzend sei auf die bekannte Tatsache hingewiesen, daß der Steuerkolben 10 mittels einer rotierenden Hub­ scheibe 12 periodisch axial verschoben wird.

Der Starthebel 3 stützt sich in ebenfalls bekannter Weise auf der Reglerhülse 13 des allgemein mit 14 bezeichneten, einen bekannten und daher nicht zu beschreibenden Aufbau besitzenden mechanischen Drehzahlreglers ab. In ebenfalls bekannter Weise wird der Spann­ hebel 2 über die Reglerfeder 15 in Fig. 1 nach links gedrückt; die Reglerfeder 15 sitzt ebenso wie die Reglerfeder 16 auf der Stange 17, deren axiale Lage mittels des mit einem Gaspedal in Verbindung stehenden Verstellhebels 18 veränderbar ist.

Vervollständigt wird diese Beschreibung des üblichen Aufbaus der Pumpe durch den Hinweis auf den Kraftstoffauslaß 19 mit dem Rück­ schlagventil 20 sowie das elektromagnetische Abschaltventil 20a.

Auf dieses mechanisch geregelte Einspritzpumpensystem wird nun eine zusätzliche elektronische Regelung bzw. Steuerung in Abhängigkeit von verschiedenen den Maschinenbetrieb beeinflussenden Parametern gleichsam aufgesetzt. Diese Regelung ist im oberen Teil der Fig. 1 erkennbar. Sie enthält den elektrischen Linearschrittmotor 21, der Steuerbefehle von einer elektronischen Steuereinheit enthält, der verschiedene Parameter zugeführt werden, insbesondere Informationen über die jeweilige Last der Brennkraftmaschine. Zweckmäßigerweise sind der Steuereinheit ein Drehzahlsensor, ein Leerlaufkontakt, ein Sensor für den Saugrohrdruck, ein Sensor für den Umgebungsdruck und ein Sensor für die Kraftstofftemperatur zugeordnet. Sie kann demgemäß Signale für eine Leerlaufdrehzahlregelung, eine Drehzahl­ anhebung im Kaltlauf, eine Vollastmengenangleichung für Ladedruck, Höhenanpassung und Maschinentemperatur erzeugen, während die bereits anhand Fig. 1 beschriebene mechanische Regelung sich auf die Grundregelung beschränkt.

Die jeweils von der Pumpe geförderte Vollastmenge wird durch den Linearschrittmotor 21 über den Vollastschlepphebel 22 beeinflußt, dessen der Angriffsstelle des Betätigungsglieds 23 des Schritt­ motors 21 bezüglich der Schwenkachse 24 abgekehrter Arm zur Auflage auf dem Spannhebel 2 eingerichtet ist. Wie Fig. 1 zeigt, die sich auf die Lage der verschiedenen Bestandteile der Pumpe im Fahrbe­ trieb bei Vollast bezieht, berührt der in der Figur untere Arm des Schlepphebels 22 den Spannhebel 2 nicht, so daß dieser unter der Wirkung der Reglerfeder 15 seine Lage für maximale Vollastkraft­ stoffmenge eingenommen hat. Der Vollastschlepphebel 22 ist in die­ sem Betriebsfall mittels des senkrecht zur Zeichenebene weisenden und damit den Schlepphebel 22 entgegen der Wirkung der Vollast- Rückstellfeder 25 hintergreifenden Teils 26 des Betätigungs­ glieds 23 gegen den Vollast-Maximalmengenanschlag 27 bewegt. Sobald der Linearschrittmotor 21 von der zeichnerisch nicht dargestellten, da einen üblichen Aufbau besitzenden Steuereinheit Signale erhält, die eine Verringerung der geförderten Kraftstoffmenge fordern, bewegt er sein Betätigungsglied 23 in Fig. 1 nach links, so daß dessen Teil 26 den Vollastschlepphebel 22 zur Verschwenkung ent­ gegen dem Uhrzeigersinne unter der Wirkung der Druckfeder 25 frei­ gibt. Diese Schwenkbewegung wird beendet, wenn der Vollastschlepp­ hebel 22 zur Anlage an den Vollast-Minimalmengenanschlag 28 kommt. Zur Feinjustierung kann die Schwenkachse 24 des Schlepphebels 22 durch eine von außen verdrehbare Exzenterwelle gebildet sein.

Für die Regelung im Leerlaufbetrieb dient der Leerlaufschlepp­ hebel 29, der um die weitere, ggf. wieder durch eine Exzenterwelle gebildete Schwenkachse 30 schwenkbar im Pumpengehäuse gelagert ist und der mit seinem in der Figur unteren Arm über die Zugfeder 31 dauernd in Verbindung mit dem Starthebel 3 steht. Unter der Wirkung der ebenfalls als Zugfeder ausgebildeten Leerlauf-Rückstellfeder 32 hat sich in dem angenommenen Betriebsfall der obere Arm des Leer­ laufschlepphebels 29 gegen den Leerlauf-Maximalmengenanschlag 33 gelegt, so daß er sich in einer Stellung befindet, in der der Starthebel 3 seine Lage für maximale Leerlaufkraftstoffmenge einge­ nommen hat. Auch dem Leerlaufschlepphebel 29 ist ein Leerlauf-Mini­ malmengenanschlag 34 zugeordnet, der unterhalb des Vollast-Minimal­ mengenanschlags 28 liegt. Fig. 2 veranschaulicht grob die beiden Verstellbereiche des Betätigungsglieds 23 des Schrittmotors 21: Ausgehend von einer bei 40 angedeuteten neutralen Lage des Betäti­ gungsglieds 23 erfolgt eine Verstellung desselben in den Fig. 1 und 2 in Richtung nach links in einem Bereich 1, der dem Leerlauf­ betrieb entspricht, und zwar nimmt das Betätigungsglied 23, wie aus Fig. 1 ersichtlich, dann bei seinen Bewegungen den Leerlaufschlepp­ hebel 29 im Sinne einer Verschwenkung entgegen dem Uhrzeigersinne mit, bis dieser Schlepphebel zur Anlage an dem Leerlauf-Minimal­ mengenanschlag 34 gelangt. Da das Betätigungsglied 23 mit seinem Bestandteil 26 den Vollastschlepphebel 22 nur bezüglich der Wirkung der Rückstellfeder 25 hintergreift, kann dieser in seiner Anschlag­ lage am Vollast-Minimalmengenanschlag 28 während der Bewegungen des Betätigungsglieds 23 innerhalb des Leerlaufbereichs 1 verbleiben, d. h. in seiner Lage für minimale Vollastkraftstoffmenge Q_min.

Bewegt sich dagegen das Betätigungsglied 26 in Fig. 1 von links nach rechts aus seiner neutralen Lage 40 heraus, so erfolgt zunächst wieder die Bewegung des Leerlaufschlepphebels 29 in seine in Fig. 1 dargestellte, der maximalen Leerlaufdrehzahl n_max ent­ sprechende Lage, und dann nimmt der Bestandteil 26 des Betätigungs­ glieds 23 den Vollastschlepphebel 22 mit, bis dieser zum Anschlag an dem Vollast-Maximalmengenanschlag 27 gelangt; dann wird die maximale Vollastmenge Q_max gefördert.

Aus dieser Beschreibung wird ersichtlich, daß die Erfindung ein gutes Übergangsverhalten garantiert, da der Leerlauf-Schlepphe­ bel 29 während des Fahrbetriebs (Bereich II in Fig. 2) in Stellung höchster Leerlaufdrehzahl n_max steht (weicher Übergang bei Sturz­ gas) und der Vollastschlepphebel 22 im Leerlauf in Stellung kleinster Vollastmenge Q_min steht (kein Rauchstoß beim Gasgeben ohne Ladedruck).

In Fig. 3 sind über der Zeit t die Verstellwege a des Betätigungs­ glieds 23, b des Starthebels 3 und c des Spannhebels 2 in den beiden Bereichen, d. h. Leerlaufbetrieb I und Fahrbetrieb II, auf­ getragen. Die Maximal- und Minimalwerte sind besonders hervorge­ hoben.

Diese elektronische Regelung oder Steuerung ist der mechanischen Drehzahlregelung mit dem Fliehkraftregler 14 gleichsam überlagert.

Der mechanische Regler ist schnell und hat als rein analoger Regler eine gute Auflösung. Der elektronische Regler dient dazu, bleibende Regelabweichungen bei Belastung der Brennkraftmaschine durch zusätzliche Verbraucher (z. B. Klimaanlage) auszugleichen.

In Fig. 4 schließlich sind Regelbereiche für die erfindungsgemäße Einspritzpumpe bei verschiedenen Betriebszuständen in einem Dia­ gramm wiedergegeben, das die Einspritzmenge Q über der jeweiligen Maschinendrehzahl n angibt. Die Solldrehzahl im Leerlauf ist mit n_S bezeichnet. Bei 50 erkennt man den Leerlaufregelbereich, der durch Verschiebung der Leerlaufkennlinie mittels des Leerlauf­ schlepphebels 22 erzielt wird. Durch die Regelung kann auch eine Kaltstarterhöhung 51 realisiert werden. Bei 52 ist der durch rein mechanische Regelung gewonnene Teillastbereich angedeutet. Der Regelbereich 53 für den Vollast-Fahrbetrieb wird mittels des Schrittmotors 21 (Fig. 1) und des Vollastschlepphebels 22 erzielt. Bei dieser Kennlinienverschiebung bleibt die Abregeldrehzahl 54 ungeändert. Im Teillastbereich 52 entspricht das Verhalten der Pumpe also demjenigen einer rein mechanisch geregelten Pumpe.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Einspritzpumpe geschaffen, die trotz Vorhandenseins nur eines Linearstellmotors weitgehende Freiheit hinsichtlich der Gewinnung unterschiedlicher Regelkennlinien im Leerlauf und im Fahrbetrieb bietet.

Claims (3)

1. Kraftstoff-Einspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine, insbe­ sondere eine Dieselmaschine, mit einem mit Steuerkanälen ver­ sehenen, durch eine rotierende Hubscheibe periodisch axial bewegten Steuerkolben und zumindest einer auf diesem axial ver­ schiebbaren Steuerhülse, an der zur Verschiebung in Parallelan­ ordnung ein sich unter Federkraft an einem Anschlag eines mechanischen Drehzahlreglers abstützender, schwenkbar gelager­ ter Starthebel und ein um dieselbe erste Schwenkachse schwenk­ bar gelagerter Spannhebel angreifen, dem ein Vollast-Maximal­ mengenanschlag sowie zumindest eine ihn in Richtung Vergröße­ rung der geförderten Kraftstoffmenge beaufschlagende Regler­ feder zugeordnet sind, und mit einer elektronischen Steuerein­ heit, die in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine Stellbefehle an einen Linearstellmotor zur Beeinflussung der Stellung von Start- und Spannhebel liefert, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Linearstellmotor (21) und dem Starthebel (3) ein Leerlaufschlepphebel (29) sowie zwischen dem Linearstellmotor (21) und dem Spannhebel (2) ein Vollast­ schlepphebel (22) angeordnet sind, die um unterschiedliche, parallel zur ersten Schwenkachse (7) verlaufende weitere Schwenkachsen (24, 30) schwenkbar gelagert sind, daß der Li­ nearstellmotor (21) den Vollastschlepphebel (22) nur entgegen einer Vollastrückstellfeder (25), die ihn in Richtung auf einen Vollast-Minimalmengenanschlag (28) belastet, beaufschlagt, wobei der der Angriffsstelle des Linearstellmotors (21) abge­ kehrte Arm des Vollastschlepphebels (22) zur Abstützung des Spannhebels (2) entgegen der Kraft der Reglerfeder (15) einge­ richtet ist, daß der Linearstellmotor (21) ferner den Leerlauf­ schlepphebel (29), dessen der Angriffsstelle des Linearstell­ motors (21) abgekehrter Arm über eine Zugfeder (31) den Start­ hebel (3) gegen den Anschlag (13) des Drehzahlreglers (14) zieht, nur entgegen einer Leerlaufrückstellfeder (32), die ihn in Richtung auf einen Leerlauf-Maximalmengenanschlag (33) bela­ stet, beaufschlagt, wobei dem Leerlaufschlepphebel (29) auch ein Leerlauf-Minimalmengenanschlag (34) zugeordnet ist, und daß der Vollast-Minimalmengenanschlag (28) und der Leerlauf-Maximal­ mengenanschlag (33) relativ zueinander derart angeordnet sind, daß im wesentlichen wechselweise Bewegungen der beiden Schlepphebel (22, 29) unter dem Einfluß des Linearstellmotors (21) erfolgen.

2. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (24, 30) der Schlepphebel (22, 29) durch justier­ bare Exzenterwellen gebildet sind.

3. Einspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearstellmotor (21) ein Betätigungsglied (23) mit einem den Vollastschlepphebel (22) hintergreifenden Be­ reich (26) und einem den Leerlaufschlepphebel (29) stoßenden Bereich aufweist.