DE4137252A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

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

Eine solche Kraftstoffeinspritzpumpe ist durch die DE 39 43 245 A1 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzpumpe weist einen mit mindestens einer Druckleitung verbindbaren Pumpenarbeitsraum auf, der durch einen Pumpenkolben begrenzt wird. Der Pumpenkolben wird durch eine rotierende Antriebswelle über ein Nockengetriebe zumindest in einer axialen Hubbewegung angetrieben und erzeugt hierdurch einen Ein­ spritzdruck in der Druckleitung. Mit dem Pumpenarbeitsraum ist ein Kraftstoffkanal verbunden, der durch ein Magnetventil gesteuert wird. Zu einem bestimmten Zeitpunkt des Förderhubs des Pumpenkolbens wird das Magnetventil geschlossen und hierdurch der Beginn der Hoch­ druckförderung des Pumpenkolbens bestimmt. Zur Beendigung der Hoch­ druckförderung des Pumpenkolbens wird das Magnetventil geöffnet, so daß aus dem Pumpenarbeitsraum Kraftstoff über den Kraftstoffkanal abströmen kann. Der Schließ- und Öffnungszeitpunkt des Magnetventils wird durch ein Steuergerät bestimmt. Nach dem durch das Öffnen des Magnetventils bestimmten Förderende wird das Magnetventil getaktet geschlossen und geöffnet, um im Pumpenarbeitsraum einen unterhalb des Einspritzdrucks liegenden Restdruck zu erhalten. Durch den Rest­ druck wird verhindert, daß der Pumpenkolben infolge seiner Trägheit nach dem Förderende vom Nockengetriebe abhebt und keine exakte Zu­ ordnung des Pumpenkolbens zur Drehlage der Antriebswelle mehr besteht. Das Magnetventil muß dabei in sehr schnellem Wechsel ge­ schlossen und geöffnet werden, um zu verhindern, daß der Restdruck im Pumpenarbeitsraum auf die Hohe des Einspritzdrucks steigt, was zu einer unerwünschten Einspritzung führen würde. Die Frequenz, mit der das Magnetventil im Wechsel geschlossen und geöffnet werden kann, ist jedoch durch dessen Trägheit begrenzt, so daß ein zu hoher Rest­ druck im Pumpenarbeitsraum nicht mit Sicherheit vermieden werden kann und somit eine unerwünschte Einspritzung möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das Druckhalteventil der Restdruck im Pumpenarbeitsraum sicher unterhalb des Einspritzdrucks gehalten wird und daß das Magnetventil keinen besonderen Anforderungen hinsichtlich der Ventildynamik zu genügen braucht.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen der Erfindung gekennzeichnet. Bei der im Anspruch 4 gekennzeichneten Ausgestaltung ist für den Entlastungskanal kein zusätzlicher Aufwand erforderlich. Bei der im Anspruch 5 gekenn­ zeichneten Weiterbildung ist ein Füllen des Pumpenarbeitsraums beim Saughub des Pumpenkolbens über den Kraftstoffkanal ermöglicht.

Zeichnung

gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kraftstoff­ einspritzpumpe im Längsschnitt, Fig. 2a ein Diagramm des Hubes des Pumpenkolbens in Abhängigkeit vom Drehwinkel einer Antriebswelle, Fig. 2b ein diesem zugeordnetes Diagramm der Ansteuerung des Magnetventils sowie Fig. 2c diesem zugeordnet ein Diagramm des Drucks im Pumpenarbeitsraum, Fig. 3 abschnittsweise ein zweites Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzpumpe im Längsschnitt und Fig. 4a ein Diagramm des Hubes des Pumpenkolbens in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Antriebswelle, Fig. 4b ein diesem zugeordnetes Diagramm der Ansteuerung des Magnetventils sowie Fig. 4c diesem zugeordnet ein Diagramm des Drucks im Pumpenarbeitsraum.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Eine in Fig. 1 im Längsschnitt und stark vereinfacht dargestellte Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen weist ein Pumpen­ gehäuse 10 auf, in dem eine Zylinderbuchse 12 angeordnet ist, in der in einer Zylinderbohrung 13 ein gleichzeitig als Verteiler dienender Pumpenkolben 14 eine hin- und hergehende axiale Bewegung und zugleich eine rotierende Bewegung ausführt. Der Pumpenkolben 14 wird über ein Nockengetriebe 16 von einer Antriebswelle 17 angetrieben, die synchron zu der Drehzahl der mit der Kraftstoffeinspritzpumpe betriebenen Brennkraftmaschine rotiert. Das Nockengetriebe 16 ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt und weist in bekannter Weise eine Klauenkupplung zur drehschlüssigen Verbindung des Pumpenkolbens 14 mit der Antriebswelle 17 auf. Außerdem weist das Nockengetriebe 16 eine mit dem Pumpenkolben 14 verbundene Stirnnockenscheibe 18 auf, die durch eine nicht dargestellte Druckfeder gegen in einem Rollenring gehaltene Rollen 20 gedrückt wird. Der Rollenring ist im Pumpengehäuse 10 gehalten. Durch die Stirnseite des Pumpen­ kolbens 14 sowie die Zylinderbuchse 12 wird ein Pumpenarbeitsraum 21 begrenzt, der über einen Kraftstoffkanal 22 mit einem Innenraum 24 der Kraftstoffeinspritzpumpe verbindbar ist. In den Innenraum 24 wird durch eine durch die Antriebswelle 17 angetriebene Förderpumpe 26 Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 28 gefordert.

Der Pumpenkolben 14 weist eine von seiner Stirnseite ausgehende Längsnut 30 auf, die bei entsprechender Drehstellung des Pumpen­ kolbens eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums 21 mit einer von mehreren Druckleitungen 32 herstellt. In den Druckleitungen 32 ist jeweils ein Druckventil 33 angeordnet, das bei Erreichen eines bestimmten Drucks die Druckleitung 32 freigibt. Die Druckleitungen 32 führen über die Zylinderbuchse 12, das Pumpengehäuse 10 sowie Einspritzleitungen 34 zu Einspritzdüsen 36 an der Brennkraftmaschine.

Vom Pumpenarbeitsraum 21 führt ein ein Magnetventil 38 aufweisender Kraftstoffkanal 22 zum Innenraum 24 ab. Das Magnetventil 38 weist ein Ventilschließglied 40 auf, das mit einem Ventilsitz 42 zusammen­ arbeitet, der in der Zylinderbuchse 12 oder an einem Ventilkörper ausgebildet sein kann. Das Ventilglied 40 wird von einem Elektro­ magneten 44 betätigt, der von einem Steuergerät 46 angesteuert wird. Durch das Steuergerät 46 wird das Magnetventil 38 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Last, Drehzahl, Temperatur und anderen angesteuert. Der vom Steuer­ gerät 46 gesteuerte Schließ- und Öffnungszeitpunkt des Magnetventils 38 bestimmt den Beginn und das Ende der Hochdruckförderung von Kraftstoff durch den Pumpenkolben 14. Das Magnetventil 38 ist strom­ los geöffnet und wird durch einen Stromfluß geschlossen.

Beim Saughub des Pumpenkolbens 14 ist das Magnetventil 38 geöffnet so daß Kraftstoff aus dem Innenraum 24 durch den Kraftstoffkanal 22 in den Pumpenarbeitsraum 21 strömen kann. Zu einem bestimmten Zeit­ punkt des Förderhubs des Pumpenkolbens 14 wird das Magnetventil 38 infolge eines durch das Steuergerät bewirkten Stromflusses geschlos­ sen, so daß der Pumpenarbeitsraum 21 vom Innenraum 24 getrennt ist und durch die Hubbewegung des Pumpenkolbens 14 Hochdruck aufgebaut wird. In einer bestimmten Drehstellung des Pumpenkolbens 14 ist die Druckleitung 32 Über die Längsnut 30 mit dem Pumpenarbeitsraum 21 verbunden und bei Erreichen des Einspritzdrucks öffnet das Druck­ ventil 33 und Kraftstoff wird zu den Einspritzdüsen 36 gefordert. Durch das Steuergerät 46 wird das Magnetventil 38 zu einem bestimmten Zeitpunkt des Förderhubs des Pumpenkolbens 14 durch Unterbrechung des Stromflusses wieder geöffnet, so daß Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 21 durch den Kraftstoffkanal 22 in den Innenraum 24 zurückströmen kann und die Hochdruckförderung beendet ist. Die tatsächlich unter Hochdruck vom Pumpenkolben 14 geforderte Kraftstoffmenge ist nur ein Teil der maximal über den gesamten Förderhub des Pumpenkolbens möglichen Kraftstoffördermenge. Das Magnetventil 38 kann aber auch schon vor Beginn des Förderhubs des Pumpenkolbens 14 geschlossen sein, so daß der Förderhubbeginn des Pumpenkolbens zugleich auch Beginn der Einspritzung ist und das Magnetventil 38 durch das Öffnen des Kraftstoffkanals 22 nur das Hochdruckförderende beziehungsweise Einspritzende bestimmt. Für einen solchen Fall kann die Einspritzzeitpunktänderung durch eine zusätzliche, z. B. mechanische Spritzverstelleinrichtung gesteuert werden.

Bei einem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist der Pumpenkolben 14 an seinem Umfang eine Ringnut 48 auf, die mit der Längsnut 30 verbunden ist. Von der Zylinderbohrung 13 führt radial eine Entlastungsleitung 50 ab, in der ein Druckhalteventil 52 angeordnet ist, das bereits bei einem geringeren Druck als dem Einspritzdruck öffnet. Die Anordnung der Entlastungsleitung 50 sowie der Ringnut 48 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Verbindung des Pumpenarbeitsraums 21 mit der Entlastungsleitung 50 hergestellt wird, bevor der Pumpenkolben 14 seinen oberen Totpunkt erreicht hat. In Fig. 2a ist der Hub des Pumpenkolbens 14 Über dem Drehwinkel der Antriebswelle 17 dargestellt. Kurz nachdem die Verbindung zur Entlastungsleitung 50 aufgesteuert ist, wird das Magnetventil 38 durch das Steuergerät 46 nochmals geschlossen, so daß aus dem Pumpenarbeitsraum 21 Kraftstoff nur über die Entlastungsleitung 50 abströmen kann. Die Ansteuerung des Magnetventils 38 in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Antriebswelle 17 ist in Fig. 2b dargestellt. Durch das Druckhalteventil 52 wird dabei, wie in Fig. 2c dar­ gestellt, ein Restdruck im Pumpenarbeitsraum 21 aufrechterhalten, durch den der Pumpenkolben 14 vor Erreichen seines oberen Totpunkts abgebremst wird. Hierdurch wird verhindert, daß der Pumpenkolben 14 mit seiner Stirnnockenscheibe 18 von den Rollen 20 abspringt. Der Restdruck kann beispielsweise zwischen 20 und 40 bar betragen. Nach­ dem der Pumpenkolben 14 seinen oberen Totpunkt erreicht hat, wird das Magnetventil 38 für den nachfolgenden Saughub wieder geöffnet.

In den Fig. 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzpumpe dargestellt. Der Grundaufbau der Kraft­ stoffeinspritzpumpe beim zweiten Ausführungsbeispiel ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Der vom Pumpenkolben 114 in der Zylinderbohrung 113 begrenzte Pumpenarbeitsraum 121 ist über eine durch das Magnetventil 138 gesteuerte Verbindung mit dem Kraft­ stoffkanal 122 verbindbar, welcher in den Innenraum 124 mündet. Zwischen dem Magnetventil 138 und dem Kraftstoffkanal 122 oder im Kraftstoffkanal 122 ist ein Druckhalteventil 152 angeordnet, das die Verbindung des Pumpenarbeitsraums 121 mit dem Innenraum 124 bei geöffnetem Magnetventil 138 bei über einen bestimmten Wert steigen­ dem Restdruck freigibt. Parallel zum Druckhalteventil 152 kann ein Rückschlagventil 154 vorgesehen sein, das in umgekehrter Richtung wie das Druckhalteventil 152 öffnet, also zum Pumpen­ arbeitsraum 121 hin.

Beim Saughub des Pumpenkolbens 114 ist das Magnetventil 138 geöffnet, so daß in den Pumpenarbeitsraum 121 aus dem Innenraum 124, durch den Kraftstoffkanal 122 und das Rückschlagventil 154 Kraft­ stoff angesaugt wird. Zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Förderhubs des Pumpenkolbens 114 wird das Magnetventil 138 geschlossen und der Pumpenarbeitsraum 121 vom Innenraum 124 getrennt, so daß im Pumpenarbeitsraum 121 Hochdruck aufgebaut wird. In einer bestimmten Drehstellung des Pumpenkolbens 114 ist der Pumpenarbeitsraum 121 mit einer der Druckleitungen 132 verbunden und bei Erreichen des Einspritzdrucks wird das Druckventil 133 geöffnet und Kraftstoff unter Hochdruck zu den Einspritzdüsen 136 an der Brennkraftmaschine gefordert. Zu einem bestimmten Zeitpunkt des Förderhubs des Pumpenkolbens 114 wird das Magnetventil 138 wieder geöffnet, so daß Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 121 Über das Druckhalteventil 152 in den Innenraum 124 abströmen kann und die Kraftstofförderung unter Hochdruck beendet ist. Das Rückschlagventil 154 wird hierbei durch den Restdruck im Pumpenarbeitsraum 121 in Schließrichtung beaufschlagt und ist somit geschlossen. Durch den im Pumpenarbeitsraum 121 aufrechterhaltenen Restdruck wird der Pumpen­ kolben 114 vor Erreichen seines oberen Totpunkts abgebremst. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist keine gesonderte Entlastungsleitung erforderlich, da der Kraftstoffkanal 122 als Entlastungsleitung genutzt wird. Außerdem ist keine gesonderte Ansteuerung zum noch­ maligen Schließen des Magnetventils 138 nach dem Förderende er­ forderlich. Wird der Pumpenarbeitsraum 121 beim Saughub des Pumpen­ kolbens 114 Über eine vom Pumpenkolben gesteuerte Saugleitung mit Kraftstoff versorgt, dann kann das Ventilglied des Magnetventils 138 selbst als Druckhalteventil ausgebildet sein.

Das Druckventil 133 dient zur Trennung des Pumpenarbeitsraums 121 von den Einspritzdüsen 136 an der Brennkraftmaschine, um sicherzu­ stellen, daß Verbrennungsgase nicht über die Einspritzdüsen 136 in den Pumpenarbeitsraum 121 gelangen können. Das Druckventil 133 weist ein Ventilglied 156 auf, das durch eine Feder 158 in Schließrichtung zum Pumpenarbeitsraum 121 hin beauschlagt ist und an einem Ventil­ sitz 160 anliegt. Das Ventilglied 156 kann dabei als bekanntes Druckentlastungsventil ausgebildet sein und beispielsweise eine Drosselbohrung 162 aufweisen, die ständig geöffnet ist. Das Druck­ ventil 133 öffnet, wenn der Einspritzdruck im Pumpenarbeitsraum 120 erreicht ist, indem das Ventilglied 158 gegen die Kraft der Feder 162 vom Ventilsitz 160 abhebt. Der nach Förderende durch das Druck­ halteventil 152 im Pumpenarbeitsraum 121 aufrechterhaltene Restdruck liegt über die Drosselbohrung 162 im Ventilglied 156 des Druck­ ventils 133 auch an den Einspritzdüsen 136 an und verhindert, daß Verbrennungsgase die Einspritzdüsen 136 öffnen und in den Pumpen­ arbeitsraum 121 strömen können. Die vorstehend beschriebene Aus­ bildung des Druckventils kann auch bei der Kraftstoffeinspritzpumpe des ersten Ausführungsbeispiels angewandt werden.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem mit mindestens einer Druckleitung (32; 132) verbindbaren Pumpenarbeits­ raum (21; 121), mit einem den Pumpenarbeitsraum begrenzenden Pumpen­ kolben (14; 114), der durch eine rotierende Antriebswelle (17) Über ein Nockengetriebe (16) zumindest in einer axialen Hubbewegung an­ getrieben wird und durch seine Hubbewegung einen Einspritzdruck im Pumpenarbeitsraum (21; 121) erzeugt, mit einem mit dem Pumpenarbeits­ raum (21; 121) verbindbaren Kraftstoffkanal (22; 122), mit einem den Kraftstoffkanal (22; 122) steuernden Magnetventil (38; 138), das beim Förderhub des Pumpenkolbens (14; 114) Öffnen des Kraftstoffkanals das Förderende bestimmt und mit einem Steuergerät (46) zum Ansteuern des Magnetventils (38; 138), wobei im Pumpenarbeitsraum (21; 121) nach Förderende ein unterhalb des Einspritzdrucks liegender, ein Abheben des Pumpenkolbens (14; 114) vom Nockengetriebe (16) verhindernder Restdruck aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenarbeitsraum (21; 121) im Bereich des Zeitpunkts des Förderendes mit einer Entlastungsleitung (50; 122) verbunden ist, in der ein Druckhalteventil (52; 152) angeordnet ist, das die Entlastungsleitung (50; 122) bei dem unterhalb des Einspritzdrucks liegenden Restdruck im Pumpenarbeitsraum (21; 121) freigibt.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (38) nach Förderende nochmals geschlossen wird daß der Pumpenkolben (14) in einer Zylinderbohrung (13) geführt ist und daß durch den Pumpenkolben (14) in der Zylinderbohrung (13) vor Erreichen seines oberen Totpunkts eine Verbindung des Pumpenarbeits­ raums (21) mit der Entlastungsleitung (50) geöffnet wird.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Pumpenarbeitsraums (21) mit der Entlastungs­ leitung (50) geöffnet wird, bevor das Magnetventil (38) nach Förder­ ende nochmals geschlossen wird.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffkanal (122) als die Entlastungsleitung dient und das Magnetventil (138) zwischen dem Pumpenarbeitsraum (121) und dem Druckhalteventil (152) angeordnet ist.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenarbeitsraum (121) beim Saughub des Pumpenkolbens (114) über den Kraftstoffkanal (122) mit Kraftstoff gefüllt wird und daß parallel zum Druckhalteventil (152) ein zum Pumpenarbeitsraum (121) hin öffnendes Rückschlagventil (154) angeordnet ist.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (32; 132) ein bei Erreichen des Einspritzdrucks öffnendes Druckventil (33; 133) an­ geordnet ist, das eine ständig geöffnete Drosselstelle (162) auf­ weist.