DE4131484C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Kraftstoffeinspritzpumpe ist durch die DE 39 00 346 A1 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzpumpe weist eine Einrichtung zur Änderung des Förderbeginns auf, bei der durch ein Drucksteuerventil gesteuert der auf einen Verstellkolben wirkende Steuerdruck einer Druckflüssigkeit mit zunehmender Drehzahl zunimmt und der Verstell­ kolben den Förderbeginn ändert. Die Kraftstoffeinspritzpumpe weist außerdem einen Drehzahlregler mit einer Verstellmuffe auf, deren Arbeitslage von der Last und der Drehzahl der Kraftstoffeinspritz­ pumpe abhängt. Durch die Verstellmuffe wird eine Abströmöffnung für die Druckflüssigkeit lastabhängig auf- oder zugesteuert. Durch die Abströmöffnung kann zur relativen Verringerung des Steuerdrucks Druckflüssigkeit in eine Entlastungsleitung abströmen. Stromabwärts der Abströmöffnung ist ein elektrisch betätigtes Ventil angeordnet, durch das die Entlastungsleitung verschließbar ist.

Durch den vom drehzahlabhängigen Steuerdruck beaufschlagten Ver­ stellkolben wird eine Frühverstellung des Förderbeginns mit zu­ nehmender Drehzahl bewirkt. Jedoch kann durch die Aufsteuerung der Abströmöffnung durch die Verstellmuffe bei geringer Last Druckflüs­ sigkeit abströmen, so daß der Steuerdruck verringert wird und der Förderbeginn entsprechend in Richtung spät verstellt wird.

Durch das elektrisch betätigte Ventil ist die Entlastungsleitung verschließbar, so daß auch bei geöffneter Abströmöffnung der Ver­ stellmuffe keine Druckflüssigkeit abströmen kann und sich ein höherer Steuerdruck und eine Frühverstellung des Förderbeginns ergibt. Das Ventil wird in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine gesteuert und ist während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine geschlossen und oberhalb einer bestimmten Temperatur dauerhaft geöffnet.

Für manche Brennkraftmaschinen wird gefordert, daß auch die lastab­ hängige Verstellung des Förderbeginns wiederum von der Drehzahl ab­ hängig ist. Eine solche Änderung des Förderbeginns ist bei der be­ kannten Kraftstoffeinspritzpumpe nicht möglich.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das Ventil eine lastabhängige Änderung des Förderbeginns in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe mit ein­ fachen Mitteln ermöglicht ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen der Kraftstoffeinspritzpumpe gekennzeichnet. Bei der im Anspruch 7 gekennzeichneten Ausbildung ist kein gesondertes Ventilglied erforderlich. Bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 8 und 9 ist die Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter der Brennkraftma­ schine bei der Änderung des Förderbeginns möglich.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kraftstoff­ einspritzpumpe im Längsschnitt, Fig. 2 einen in Fig. 1 mit II be­ zeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 verschie­ dene Kennlinien des Wegs eines Verstellkolbens über der Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe und Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzpumpe in vereinfachter Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Eine in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Kraftstoffeinspritz­ pumpe der Verteilerbauart für Brennkraftmaschinen weist einen durch eine Antriebswelle 10 über einen Nockentrieb 11 in eine rotierende und zugleich hin- und hergehende Bewegung versetzten Pumpenkolben 13 auf. Der Pumpenkolben 13 arbeitet in einer Zylinderbohrung 14 einer Zylinderbüchse 16 und begrenzt in dieser einen Pumpenarbeitsraum 17. Der Pumpenarbeitsraum 17 wird beim Saughub des Pumpenkolbens 13 über eine Saugbohrung 19 und Steuernuten 20 im Pumpenkolben 13 aus einem kraftstoffgefüllten Innenraum 22 der Kraftstoffeinspritzpumpe mit Kraftstoff gefüllt, wobei die Saugbohrung 19 zum Abstellen der mit der Kraftstoffeinspritzpumpe betriebenen Brennkraftmaschine durch ein Magnetventil 23 verschließbar ist.

Beim Druckhub des Pumpenkolbens 13 wird bei abgeschlossener Saug­ bohrung 19 über eine Längsbohrung 25 und eine mit dieser verbundene Verteilernut 26, über ein Druckventil 28 und eine Druckleitung 29 Kraftstoff unter Hochdruck zu einer nicht dargestellten Einspritz­ düse an einem Zylinder der Brennkraftmaschine gefördert. Das Förder­ ende wird erreicht, wenn eine mit der Längsbohrung 25 verbundene Querbohrung 31 des Pumpenkolbens 13 von einem auf einem in den Innenraum 22 ragenden Teil des Pumpenkolbens angeordneten, als Fördermengenverstellorgan der Kraftstoffeinspritzpumpe dienenden Regelschieber 32 durch die Pumpenkolbenbewegung aufgesteuert und der Pumpenarbeitsraum 17 dadurch zum Innenraum 22 hin entlastet wird.

In den Innenraum 22 wird durch eine von der Antriebswelle 10 angetriebene Förderpumpe 34 Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter gefördert. Durch ein Drucksteuerventil 35 wird der Druck im Innen­ raum 22 gesteuert, wobei dieser mit der Drehzahl der Kraftstoff­ einspritzpumpe zunimmt.

Der Regelschieber 32 ist auf dem Pumpenkolben 13 axial verschiebbar angeordnet und durch einen Reglerhebel 37 betätigbar. Der Regler­ hebel 37 kann grundsätzlich als einziger Reglerhebel vorgesehen sein, bei den Ausführungsbeispielen ist jedoch ein Reglerhebelsys­ tem 38 mit mehreren Reglerhebeln vorgesehen. Das Reglerhebelsystem 38 ist auf einer Achse 40 schwenkbar gelagert. Am dem Regelschieber 32 gegenüberliegenden Endbereich des Reglerhebelsystems 38 greift eine Regelfeder 41 an, die an einem Verstellhebel 43 angelenkt ist. Die Vorspannung der Regelfeder 41 ist durch den Verstellhebel 43 änderbar, wobei deren Vorspannung bei Verstellung des Verstellhebels 43 in Richtung zunehmender Last zunimmt. Hierbei wird das Regler­ hebelsystem 38 so verstellt, daß der Regelschieber 32 in Richtung zum oberen Totpunkt des Pumpenkolbens 13 verschoben wird, was ent­ sprechend aufgrund eines dann späteren Aufsteuerns der Querbohrung 31 beim Druckhub des Pumpenkolbens 13 eine größere Kraftstoffein­ spritzmenge zur Folge hat.

Das Reglerhebelsystem 38 wird durch die Regelfeder 41 in der Anlage an einer Verstellmuffe 44 eines Drehzahlreglers 46 gehalten. Der Drehzahlregler 46 ist als ein Fliehkraftregler ausgeführt, der in einem Träger 47 angeordnete Fliehgewichte 49 aufweist. Der Träger 47 mit den Fliehgewichten 49 wird über ein Zahnrad 50 von der Antriebs­ welle 10 angetrieben und ist auf einer Reglerachse 52 axial fixiert. Die Fliehgewichte 49 stützen sich innerhalb des Trägers 47 ab und wirken axial auf die Verstellmuffe 44, die auf der Reglerachse 52 verschiebbar ist. Die Verstellmuffe 44 weist wenigstens eine Abströmöffnung 53 auf, durch die ein in der Reglerachse 52 ver­ laufender Entlastungskanal 55 mit dem Innenraum 22 verbindbar ist. In bestimmten Drehzahl- und Lastbereichen, die sich über den Ver­ stellhebel 43, die Regelfeder 41 und das Reglerhebelsystem 38 auf die Lage der Verstellmuffe 44 auswirken oder die sich durch die Belastung der Brennkraftmaschine auf die Drehzahl auswirken, erfolgt eine Verschiebung der Verstellmuffe 44, so daß durch die Abström­ öffnung 53 der Entlastungskanal 55 mit dem Innenraum 22 verbunden wird. In anderen Drehzahl- und Lastzuständen ist die Abströmöffnung 53 geschlossen. Durch die Abströmöffnung 53 und den Entlast­ ungskanal 55 kann Kraftstoff aus dem Innenraum 22 abfließen, so daß der Steuerdruck im Innenraum 22 abnimmt.

Der Nockentrieb 11 der Kraftstoffeinspritzpumpe weist eine Stirn­ nockenscheibe 12, mit der der Pumpenkolben 13 gekoppelt ist und einen Rollen 56 aufnehmenden, im Gehäuse der Kraftstoffein­ spritzpumpe verdrehbar gelagerten Rollenring 58 auf, auf dem die rotierend von der Antriebswelle 10 angetriebene Stirnnockenscheibe 12 abläuft und dabei den Pumpenkolben 13 rotierend und hin- und hergehend bewegt. Der Rollenring 58 ist über einen radial in diesen eingreifenden Bolzen 59 mit einem Verstellkolben 61 gekoppelt. Der Verstellkolben 61 ist Teil einer Einrichtung zur Änderung des Förderbeginns der Kraftstoffeinspritzpumpe, wobei der Verstellkolben 61 in der Fig. 1 um 90 Grad gedreht dargestellt ist, also senkrecht zur Zeichenebene arbeitet.

Der Verstellkolben 61 ist in einem Zylinder 62 geführt und in Richtung einer Frühverstellung des Förderbeginns vom Steuerdruck im Innenraum 22 beaufschlagt und in Gegenrichtung von der Rückstell­ kraft einer Druckfeder 64. Die vom Steuerdruck beaufschlagte Seite des Verstellkolbens 61 ist über einen Drosselkanal 65 im Verstell­ kolben mit dem Innenraum 22 verbunden, um Druckstöße von diesem fernzuhalten.

Bei einem in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungs­ beispiel führt von dem Entlastungskanal 55 in der Reglerachse 52 eine Entlastungsleitung 67 ab, die in den Zylinder 62 der Einrich­ tung zur Änderung des Förderbeginns mündet. Die Mündung der Ent­ lastungsleitung 67 liegt in dem Bereich des Zylinders 62, der stän­ dig vom Verstellkolben 61 überdeckt ist und ist als eine Steuer­ öffnung 68 in der Wandung des Zylinders 62 ausgebildet. Der Verstell­ kolben 61 ist in seinem mittleren Bereich mit einer ringförmig um­ laufenden Steuernut 70 versehen. Vom Grund der Steuernut 70 führt eine Bohrung 71 im Verstellkolben 61 zu einem von diesem im Zylinder 72 begrenzten Federraum 73 ab, in dem die Druckfeder 64 angeordnet ist. Vom Federraum 73 führt eine Rücklaufleitung 74 als Weiterführung der Entlastungsleitung 67 ab, die beispielsweise zur Saugseite der Förderpumpe 34 zurückführt. Der Verstellkolben 61 bildet somit ein vom Steuerdruck im Innenraum 22 beaufschlagtes Ventilglied, das in Abhängigkeit von dessen Stellung einen Abströmquerschnitt für den aus dem Innenraum 22 über die Verstellmuffe 44 abströmenden Kraftstoff freigibt.

Die Steueröffnung 68 ist in Fig. 2 gestrichelt vergrößert darge­ stellt und weist zu der vom Steuerdruck beaufschlagten Seite des Verstellkolbens 61 weisend einen ersten Abschnitt 76 auf, der die Form eines sich in Richtung einer Verstellrichtung des Verstell­ kolbens 61 zur Druckfeder 64 hin stark erweiternden Dreiecks aufweist. An den ersten Abschnitt 76 schließt sich in Richtung einer weiteren Verstellung zur Druckfeder hin ein zweiter Abschnitt 77 an, mit etwa konstanter Breite, an den sich wiederum ein dritter Ab­ schnitt 78 in Form eines sich zur Druckfeder 64 hin allmählich ver­ jüngenden Dreiecks anschließt. Die Anordnung der Steueröffnung 68 und der Steuernut 70 kann auch umgekehrt wie vorstehend beschrieben gewählt werden, das heißt, daß die Steueröffnung 68 im Verstell­ kolben 61 und die Steuernut 70 in der Wandung des Zylinders 72 ge­ bildet ist.

Durch die Ausnutzung des Verstellkolbens 61 zur Steuerung des Ab­ strömquerschnitts kann eine lastabhängige Verstellung des Förder­ beginns in Abhängigkeit von der Drehzahl erzielt werden. In Fig. 3 ist der Weg SV des Verstellkolbens 61 und damit die Frühverstellung des Förderbeginns über der Drehzahl dargestellt. Gestrichelt und mit a bezeichnet ist die Kennlinie des Wegs SV des Verstellkolbens 61 bei Vollast dargestellt, also bei ständig geschlossener Abströmöffnung 53 der Verstellmuffe 44, durch die kein Kraftstoff aus dem Innenraum 22 abströmen kann. Strichpunktiert und mit b bezeichnet ist die Kennlinie des Wegs des Verstellkolbens bei Teillast dargestellt, die sich ohne die erfindungsgemäße Ausgestaltung bei ständig voll geöffneter Abströmöffnung 53 ergeben würde.

Die Kennlinie des Wegs des Verstellkolbens bei dem vorstehend be­ schriebenen veränderlichen Abströmquerschnitt ist in Fig. 3 mit c bezeichnet und als durchgehende Linie dargestellt. Die Kennlinie c des Wegs des Verstellkolbens geht bei einer Drehzahl n1, bei der die Verstellbewegung beginnt, aus von der Kennlinie a bei Vollast. Die Steueröffnung 68 ist hier zunächst geschlossen, so daß kein Kraft­ stoff aus dem Innenraum 22 abströmen kann. Im Verlauf des Wegs des Verstellkolbens 61 wird die Steueröffnung 68 durch die Steuernut 70 allmählich geöffnet. Die Kennlinie c steigt daher über der Drehzahl flacher als die Kennlinie a, da der Steuerdruck im Innenraum 22 wegen des mehr abströmenden Kraftstoffs nur langsam steigt. Der Verstellkolben 61 befindet sich in diesem Teil der Kennlinie c mit sei­ ner Steuernut 70 über dem ersten Abschnitt 76 der Steueröffnung 68. Bei einer Drehzahl n2 schneidet die Kennlinie c die Kennlinie b bei voll geöffnetem Abströmquerschnitt. Der Verstellkolben 61 befindet sich in diesem Punkt der Kennlinie c mit seiner Steuernut 70 direkt über dem zweiten Abschnitt 77 der Steueröffnung 68.

Bei weiterer Verstellung des Verstellkolbens 61 wird der Abström­ querschnitt wieder verkleinert, so daß mit zunehmender Drehzahl we­ niger Kraftstoff aus dem Innenraum 22 über die Verstellmuffe 44 aus dem Innenraum 22 abströmen kann und sich ein starker Anstieg des Steuerdrucks ergibt. Der Weg des Verstellkolbens 61 nimmt daher über der Drehzahl stark zu. Der Verstellkolben 61 befindet sich in diesem Bereich der Kenninie c mit seiner Steuernut 70 über dem dritten Ab­ schnitt der Steueröffnung 68. Bei der Drehzahl n3 ist der Abström­ querschnitt 78 wieder ganz geschlossen und die Kennlinie c verläuft ab dieser Drehzahl deckungsgleich mit der Kennlinie a bei Vollast.

Durch die geeignete Wahl der Form der Steueröffnung 68 kann der Ver­ lauf der Kennlinie c des Wegs des Verstellkolbens 61 über der Dreh­ zahl, wie er für eine bestimmte Brennkraftmaschine erforderlich ist, erreicht werden.

Bei einer Weiterbildung der Kraftstoffeinspritzpumpe kann die Abstützung der Druckfeder 64 in Abhängigkeit von weiteren Betriebs­ parametern wie beispielsweise der Temperatur der Brennkraftmaschine verstellbar sein. Alternativ kann auch eine verstellbare Wegbegren­ zung für den Verstellkolben 61 vorgesehen sein, die ebenfalls in Ab­ hängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine verstellt wird.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Kraftstoffein­ spritzpumpe dargestellt, zu dem nachfolgend im wesentlichen nur die vom ersten Ausführungsbeispiel abweichenden Ausbildungen beschrieben werden und die anderen beim ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Teile auch beim zweiten Ausführungsbeispiel vorhanden sind. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist in der Entlastungsleitung 167 nach der Reglerachse ein Ventil 180 angeordnet, das einen als Ventilglied dienenden Kolben 181 aufweist, der in einem Zylinder 182 arbeitet. Eine Seite des Kolbens 181 ist vom im Innenraum 122 herrschenden Steuerdruck beaufschlagt und die andere Seite des Kolbens ist von der Rückstellkraft einer Druckfeder 184 beaufschlagt. Die vom Steuerdruck beaufschlagte Seite des Kolbens 181 ist über eine Drossel 185 mit dem Innenraum 122 verbunden. Die Entlastungs­ leitung 167 mündet in den Zylinder 182, wobei deren Mündung in der Wandung des Zylinders 182 als eine Steueröffnung 187 ausgebildet ist. Der Kolben 181 weist eine ringförmige umlaufende Steuernut 188 auf, von der eine Bohrung 190 im Kolben 181 zur Seite der Druckfeder 184 führt, von der eine Rücklaufleitung 174 beispielweise zur Saug­ seite der Förderpumpe zurückführt.

Die Steuernut 188 und die Steueröffnung 187 können auch hier, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, vertauscht angeordnet werden.

Die Kraftstoffeinspritzpumpe beim zweiten Ausführungsbeispiel weist ebenfalls eine Einrichtung zur Änderung des Förderbeginns auf, jedoch dient bei dieser der Verstellkolben der Einrichtung nur zur Verstellung des Rollenrings und die Steuerung des Abströmquer­ schnitts erfolgt durch den Kolben 181 des Ventils 180. Durch die ge­ eignete Wahl der Form der Steueröffnung 187 kann auch durch das Ventil 180 eine gewünschte Kennlinie des Wegs des Verstellkolbens in Abhängigkeit von der Drehzahl erzielt werden.

Für den Kolben 181 des Ventils 180 kann ebenfalls eine verstellbare Wegbegrenzung oder eine verstellbare Abstützung der Druckfeder 184 vorgesehen werden, die in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine verstellt wird.

Claims (9)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einer Ein­ richtung zur Änderung des Förderbeginns, bei der der auf deren Verstellglied wirkende Steuerdruck einer Druckflüssigkeit durch ein Druck­ steuerventil (35) gesteuert mit zunehmender Drehzahl zunimmt und dadurch den Förderbeginn ändert, mit einem Drehzahlregler (46), der eine mit einem Fördermengenverstellorgan der Kraftstoffein­ spritzpumpe verbundene Verstellmuffe (44) aufweist, deren Arbeits­ lage von der Last und der Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe ab­ hängt, wobei durch die Verstellmuffe (44) eine Abströmöffnung (53) lastabhängig öffnet oder schließt, durch die zur relativen Ver­ ringerung des Steuerdrucks Druckflüssigkeit in eine Entlastungs­ leitung (67; 167) abströmen kann, und mit einem stromabwärts der Abström­ öffnung (53; 190) angeordneten, den Durchfluß durch die Entlastungs­ leitung (67; 167) beeinflussenden Ventil (61 mit 62; 180), dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventil (61, 62; 180) ein vom Steuerdruck beauf­ schlagtes Ventilglied (61; 181) aufweist, das entgegen einer Rück­ stellkraft in einem Zylinder (62; 182) verschiebbar ist und in Ab­ hängigkeit von dessen Stellung unterschiedliche Abströmquerschnitte freigibt, durch die die Druckflüssigkeit über die Entlastungsleitung (67; 167) abströmen kann.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsleitung (67; 167) in den Zylinder (62; 182) mündet, daß das Ventilglied (61; 181) eine Steuernut (70; 188) aufweist und daß die Mündung der Entlastungsleitung (67; 167) im Zylinder (62; 182) als eine Steueröffnung (68; 187) ausgebildet ist, mit der die Steuer­ nut (70; 188) zusammenwirkt und in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilglieds (61; 181) einen Teil der Steueröffnung (68; 187) freigibt.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsleitung (67; 167) in den Zylinder (62; 182) mündet, daß im Ventilglied (61; 181) eine Steueröffnung gebildet ist und daß im Zylinder (62; 182) im Bereich der Mündung der Entlastungsleitung (67; 167) eine Steuernut gebildet ist, die mit der Steueröffnung zusammenwirkt und in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilglieds (61; 181) einen Teil der Steueröffnung freigibt.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilglied (61; 181) von der Steuer­ nut (70; 188) bzw. von der Steueröffnung (68; 187) eine Verbindung (71; 190) zum Entlastungsraum abführt.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, soweit Anspruch 4 auf die Ansprüche 2 und 3 rückbezogen ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steueröffnung (68; 187) so ausgebildet ist, daß bei Verstellung des Ventilglieds (61; 181) gegen die Rück­ stellkraft der Abströmquerschnitt zunächst vergrößert wird.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnung (68; 187) so ausgebildet ist, daß nach einem bestimmten Verstellweg des Ventilglieds (61; 181) bei weiterer Ver­ stellung gegen die Rückstellkraft der Abströmquerschnitt wieder ver­ kleinert wird.

7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied der Einrichtung zur Änderung des Förder­ beginns als das Ventilglied (61) dient.

8. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ventilglied (61; 181) eine Weg­ begrenzung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von Betriebspara­ metern der mit der Kraftstoffeinspritzpumpe betriebenen Brennkraft­ maschine verstellbar ist.

9. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Ventilglied (61; 181) wirkende Rück­ stellkraft in Abhängigkeit von Betriebsparametern der mit der Kraft­ stoffeinspritzpumpe betriebenen Brennkraftmaschine änderbar ist.