DE4315776A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Eine solche Kraftstoffein­ spritzpumpe ist bereits durch die DE-A-29 23 445 bekannt.

Bei Kraftstoffeinspritzpumpen besteht folgendes Problem: Wird die Förderrate der Kraftstoffeinspritzpumpe auf dem Nennleistungspunkt der Brennkraftmaschine bei höchster Last und höchster Drehzahl opti­ miert, so daß dort der maximal zulässige Druck im Pumpenarbeitsraum der Kraftstoffeinspritzpumpe auftritt, dann ist dieser Druck in der Regel bei niedriger Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe bzw. der zugehörigen Brennkraftmaschine im unteren Vollastpunkt für die Qua­ lität der Brennstoffeinbringung in die Brennräume der Brennkraft­ maschine durch Einspritzventile zu niedrig. Hebt man die Förderrate in diesem Bereich an, dann steigt zwar wunschgemäß der Druck in diesem unteren Vollastpunkt an, aber im Nennleistungspunkt wird die Kraftstoffeinspritzpumpe überlastet. Es muß also bei einer Anhebung des Druckes im unteren Vollastpunkt dafür gesorgt sein, daß die Pumpe im Nennleistungspunkt nicht überlastet wird.

Durch die obengenannte bekannte Kraftstoffeinspritzpumpe wird eine Einrichtung gegeben, mit der die Förderrate in Abhängigkeit von der Förderung im Vollastbetrieb und bei hoher Drehzahl nun im unteren Last-Drehzahlbereich verringert wird, um geräuschmindernde lange Einspritzzeiten bzw. kleine Einspritzraten bezogen auf die Ein­ spritzmenge zu bekommen. Dabei wird der Arbeitsraum vor dem Ver­ stellkolben kontinuierlich mit auf drehzahlabhängigen Druck gebrach­ tem Druckmittel einer Druckmittelquelle versorgt zur drehzahlabhän­ gigen Einstellung des Verstellkolbens und damit des Hochdruckförder­ beginns des Pumpenkolbens und die Entnahmeeinrichtung in Abhängig­ keit von der Drehzahl in Wirkverbindung mit dem Arbeitsraum vor dem Verstellkolben gebracht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Druck im Arbeitsraum im niedrigen Drehzahl-Lastbereich einen gewünschten hohen Einspritzdruck erreicht, ohne daß im hohen Drehzahl-Lastbereich der Kraftstoffeinspritzpumpe diese durch zu hohe Drücke überlastet wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Aus­ gestaltung der Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß Anspruch 2, bei der in einfacher Weise ab einem bestimmten Lastdrehzahlpunkt die Förderrate des Pumpenkolbens über einen bestimmten Drehwinkelbereich reduziert wird. Damit erhält man eine Einspritzdrucksverlaufsformung, die ge­ steuert vom Druck im Pumpenarbeitsraum bzw. vom durch diesen er­ zeugten Druck im Arbeitsraum vor den Verstellkolben gesteuert wird. Dabei orientiert sich die Einspritzratensteuerung bzw. die Steuerung des Druckes im Pumpenarbeitsraum für einen ausgesuchten Betriebs­ bereich an den für die Einspritzung erforderlichen Pumpenarbeitsraumdruck.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist ein Zylinder 22 dargestellt, in dem ein zweiteili­ ger Verstellkolben gegen die Kraft einer Feder 24 verstellbar ist. Der Verstellkolben besteht aus einem ersten Kolben 20, der eine seitliche Ausnehmung 26 besitzt, in die ein freies Ende eines den Nockenantrieb eines nicht dargestellten Spritzverstellers verstel­ lenden Bolzen 27 eingreift und einem zweiten Kolben 21, der eine axiale Sackbohrung 25 aufweist, in der der erste Kolben 20 ver­ schiebbar gelagert ist. Die axiale Sackbohrung 25 weist eine seitli­ che Durchtrittsöffnung für den Bolzen 27 auf. Ein der Feder 24 gegenüberliegender Arbeitsraum 23, der von dem zweiten Kolben 21 in dem Zylinder 22 eingeschlossen wird, ist mit einer Leitung 8 ver­ bunden, an die sich eine Druckmittelzuflußleitung 15 anschließt. In dieser ist eine Drossel 19 und ein in Richtung Arbeitsraum 23 öffnendes Rückschlagventil 17 angeordnet. Die Druckmittelzufluß­ leitung zweigt von einer Druckmittel auf erhöhtem Druck führenden Druckquelle 37 ab, die im Innern einer den Spritzversteller auf­ weisenden Kraftstoffeinspritzpumpe angeordnet ist und dort zugleich den Saugraum bildet, aus dem der Hochdruckteil der Kraftstoffein­ spritzpumpe mit Kraftstoff versorgt wird. Von der Leitung 8 zweigt ferner eine Druckmittelabflußleitung 16 ab, die zu einem Entlastungsraum führt und ein elektrisch gesteuertes Ventil, in diesem Fall ein Magnetventil 18, enthält.

Der in der axialen Sackbohrung 25 verschiebbare erste Kolben 20 schließt dort auf seiner zum Arbeitsraum 23 weisenden Stirnseite eine Arbeitskammer 29 ein, in der eine Druckfeder 30 angeordnet ist, die sich von der Stirnseite der axialen Sackbohrung abstützt und den ersten Kolben 20 zu einem Anschlag 31 hinbewegt, der innerhalb der axialen Sackbohrung 25 vorgesehen ist und die Relativverstellung des ersten Kolbens 20 zum zweiten Kolben 21 begrenzt. Die Arbeitskammer 29 ist über einen axialen Kanal 28 mit der Ausnehmung 26 und über diese mit einem Raum 38 verbunden, der mit einem unter niedrigem Druck von etwa 0,5 bis 1 bar stehendem Druckmittel beaufschlagt ist. Dieses Druckmittel kann vorzugsweise Kraftstoff sein. Über diesen axialen Kanal 28 wird die Arbeitskammer mit Druckmittel versorgt und kann auch entlastet werden. Der die Feder 24 aufnehmende Raum im Zylinder 22 ist hingegen gänzlich druckentlastet. Somit wird der erste Kolben in Unterstützung der Feder 30 durch Druckmittel zum Anschlag 31 hin belastet.

Bei dem Verstellkolben 2 handelt es sich hier um den bei Kraftstoff­ einspritzpumpen bekannten Kolben einer Spritzbeginnverstellein­ richtung. Entsprechend der Verschiebung des Verstellkolbens ver­ stellt der Bolzen 27 wie der entsprechende Bolzen bei einer durch die DE-A-21 58 689 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe einen in dieser Anmeldung nicht gezeigten Rollenring, der drehbar aber bis auf die Verdrehung durch den Bolzen 27 ortsfest im Gehäuse der Kraftstoffeinspritzpumpe gelagert ist und auf dessen Rollen eine Nockenscheibe mit ihren Nocken abläuft. Die Nockenscheibe ist dabei einmal mit einer Antriebswelle der Kraftstoffeinspritzpumpe gekoppelt und zum anderen mit einem Pumpenkolben, der aufgrund der Verdrehung der Antriebswelle zusammen mit der Nockenscheibe eine rotierende Bewegung durchführt und dabei als Verteiler dient und zugleich aufgrund der auf den Rollen ablaufenden Nockenscheibe eine hin- und hergehende Bewegung durchführt und dabei als Pumpen­ kolben Saug- und Förderhübe durchführt. Der Pumpenkolben schließt wie allgemein bekannt, aber hier nicht weiter gezeigt, einen Pumpen­ arbeitsraum ein, der beim Saughub aus einem im Innern der Kraft­ stoffeinspritzpumpe angeordneten im Kraftstoff gefüllten Saugraum, der hier zugleich die Druckmittelquelle 37 bildet, mit Kraftstoff gefüllt wird und beim Förderhub Kraftstoff unter Hochdruck zu jeweils einem Einspritzventil an der Brennkraftmaschine fördert. Die Hochdruckförderung von Kraftstoff zu den Einspritzventilen wird im wesentlichen durch den Beginn der Hubbewegung der Nockenscheibe zusammen mit dem Pumpenkolben bei deren Ablauf über die Rollen des Rollenringes bestimmt und das Förderende, zur Bestimmung der Kraft­ stoffeinspritzmenge durch Öffnen eines Entlastungskanals. Die Nockenscheibe wird dabei durch eine rückstellende Kraft in Form von Rückstellfedern auf den Rollenring gehalten. Diese rückstellende Kraft wird auch durch die Reaktionskraft des Pumpenkolbens bei seinem Förderhub unterstützt. Dabei erfährt der Rollenring über die Flanke der Nocken der Nockenscheibe eine Kraft in seiner Umfangs­ richtung, welcher Kraft der Stellkraft des Verstellkolbens entgegen­ wirkt. Durch diese vom Pumpenkolben her ausgewirkte Kraft erfährt jedoch der Arbeitsraum 23 eine Druckerhöhung gegenüber der zuvor zur Einstellung des Verstellkolbens eingesteuerten Druckhöhe. Der Grad dieser Druckerhöhung korrespondiert zum im Pumpenarbeitsraum er­ zeugten Druck. Die Druckerhöhung ist andererseits nur deshalb möglich, weil das Rückschlagventil 17, das zur Druckmittelquelle hin schließt das dem Arbeitsraum zugeführte Druckmittelvolumen bei gleichzeitig geschlossenem Magnetventil einschließt.

Bei der Anwendung bei einer anderen Art von Kraftstoffeinspritz­ pumpen der Verteilerbauart, wie sie durch die EP-A-0 039 304 bekannt ist, ist der Verstellkolben über den Bolzen 37 mit einem im Ein­ spritzpumpengehäuse verdrehbar gelagerten Nockenring gekoppelt, der eine nach innen weisende Nockenbahn aufweist, auf der bei einer Ver­ drehung des koaxial zum Nockenring laufenden Verteilers der Kraft­ stoffeinspritzpumpe radial in diesem Verteiler gelagerte Pumpen­ kolben ablaufen und dabei eine pumpende Ein- und Auswärtsbewegung vollziehen entsprechend dem Verlauf der Nocken der Nockenbahn. Die Pumpenkolben schließen dabei einen Pumpenarbeitsraum ein, aus dem unter Einspritzdruck stehender Kraftstoff durch den Verteiler zu je einer vom Verteiler angesteuerten Einspritzleitung und Einspritz­ ventil gefördert wird. Auch hier üben die Pumpenkolben bei ihrem Hochdruckförderhub eine Kraft aus, die über die Steigung der Nocken der Nockenbahn den Nockenring beim Hochdruckförderhub eine rück­ stellende Kraft aufzwingt derart, daß der zweiteilige Verstellkolben 20, 21 in Richtung Arbeitsraum 23 von dieser Reaktionskraft beauf­ schlagt wird und der Arbeitsraum 23 eine Druckerhöhung wie oben beschrieben erfährt.

Die Arbeitsweise der bisher beschriebenen Einrichtung ist folgende: Durch die Belastung des ersten Kolbens 20 durch die Feder 30 liegt dieser fest am zweiten Kolben 21 an so daß beide zunächst als starre Einheit anzusehen sind und die Lage des zweiten Kolbens 21 auch die Lage des Bolzens 27 bestimmt und somit die Einstellung des Spritz­ beginns. Während der Saughübe des oder der Pumpenkolben, bei der keine zusätzliche Kraft auf den zweiteiligen Verstellkolben 20, 21 wirkt, die in Unterstützung der Feder 24 den Verstellkolben ver­ schieben würde und Druckmittel aus dem Arbeitsraum 23 verdrängen würde, wird Kraftstoff über das Rückschlagventil 17 und die Drossel aus dem Saugraum 37, über die Druckmittelzuflußleitung 15 dem Arbeitsraum zugeführt. Dabei kann der Druck im Arbeitsraum 23 die Druckhöhe des Druckes in der Druckmittelquelle annehmen, solange des Magnetventil 18 geschlossen ist. Durch Betätigung dieses Ventils 18 kann unabhängig von dem Druck des Saugraumes 37 der Druck im Arbeitsraum 23 verändert werden, wobei die Drossel 19 am Rückschlag­ ventil 17 als Abkoppeldrossel wirkt. Diese Veränderung wird jeweils während des Saughubes durch entsprechende Ansteuerung des Magnet­ ventils 18 vorgenommen, so daß mit Beginn des anschließenden Förder­ hubes des oder der Pumpenkolben jeweils der Druck im Arbeitsraum 23 eingestellt ist, der über die Verstellung des Verstellkolbens den richtigen Beginn des Hochdruckförderhubes des Pumpenkolbens ein stellt. Mit dem Hochdruckförderbeginn bleibt das Magnetventil 18 geschlossen.

Bei der nun stattfindenden Erhöhung der rückstellenden Kraft auf den Verstellkolben kann bei der Überwindung der Vorspannung der Druck­ feder 30 der erste Kolben 20 relativ zum zweiten Kolben 21 ver­ schoben werden so daß sich die Nockenerhebungskurve aus der somit resultierenden Spritzbeginnverstellung bzw. der Rollenringver­ stellung ebenfalls verschiebt. Damit reduziert sich die Hubgeschwin­ digkeit des Pumpenkolbens und somit seine Förderrate. Das führt wiederum dazu, daß die Druckanstiegsrate bzw. der erreichte Druck im Pumpenarbeitsraum kleiner wird unter Berücksichtigung der dabei zugleich erfolgenden Einspritzung und Kraftstoffentnahme aus dem Pumpenarbeitsraum zur Einspritzstelle.

Je nach Ausgestaltung der Druckfeder 30 und deren Vorspannung und Federkonstanten kann abgestimmt somit ein bestimmter Druckverlauf während des Hochdruckförderhubes des Pumpenkolbens geformt werden. Zugleich ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß auch ein höchster Druck im Pumpenarbeitsraum nicht überschritten wird insbesondere in Abstimmung auf den Nennleistungspunkt der Kraftstoffeinspritzpumpe bzw. der Brennkraftmaschine.

Eine Modifizierung der Druckverlaufsgestaltung kann dadurch gesche­ hen, daß der erste Kolben 20 sich nur um einen bestimmten Betrag relativ zum zweiten Kolben 22 verschieben kann. Dazu wird in der axialen Sackbohrung 25 ein Anschlag 32 vorgesehen, an dem der erste Kolben nach dem bestimmten Ausweichweg zur Anlage kommt. Mit weiterer Erhöhung der Kraftbeaufschlagung über den Bolzen 27 auf den Verstellkolben des Spritzverstellers bilden dann beide Kolben 20 und 21 eine Einheit und können allenfalls im Rahmen der Kompressibilität des Mediums im Arbeitsraum 23 verstellt werden.

Am Ende des Hochdruckförderhubs, im Laufe des nachfolgenden Saughubs wird der erste Kolben 20 wieder zu seinem Anschlag 31 zurückbewegt und die Arbeitskammer 29 wieder mit Kraftstoff über den Kanal 28 aufgefüllt.

Claims (5)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem von einem Nockenantrieb angetriebenen Pumpenkolben, der in einem Pumpenzylinder einen Pumpenarbeitsraum begrenzt, aus dem beim Förderhub des Pumpenkolbens Kraftstoff unter Hochdruck zu einem Kraftstoffeinspritzventil gefördert wird, wobei der Nockenantrieb einen im wesentlichen feststehenden Teil und einen von einer An­ triebswelle der Einspritzpumpe angetriebenen bewegten Teil aufweist, von denen einer mit einer Nockenbahn versehen ist und von denen der bewegte Teil über die Nockenbahn eine rücktreibende Kraft auf den im wesentlichen feststehenden Teil ausgeübt wird und mit einem Ver­ stellkolben (20, 21), der in einem Zylinder (22) einen Arbeitsraum (23) einschließt, welcher mit Druckmittel aus einer Druckmittel­ quelle (37) versorgt wird und durch das Druckmittel entgegen einer Rückstellkraft (24) verstellbar mit dem im wesentlichen feststehen­ den Teil des Nockenantriebs gekoppelt ist, wobei die rücktreibende Kraft der Rückstellkraft gleichgerichtet ist und mit seiner Ver­ stellung den Hochdruckförderhubbeginn des Pumpenkolbens in Bezug auf eine Drehstellung der Antriebswelle verstellt, und der Druckmittel­ druck im Arbeitsraum (23) zur Veränderung des Förderhubbeginns in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellkolben zweiteilig ausgebildet ist mit einem ersten, mit dem bewegten Teil gekoppelten Kolben (20), der in einer Sackbohrung eines zweiten Kolbens (21) verschiebbar geführt ist, wobei der zweite Kolben (21) mit seiner einen Stirnseite in dem Zylinder (22) den Arbeitsraum (23) begrenzt und von einer sich ortsfest abstützenden Druckfeder (24) auf seiner anderen Seite beaufschlagt ist und der erste Kolben (20) mit seiner einen, dem geschlossenen Ende der Sackbohrung (25) zugewandten Seite eine Arbeitskammer (29) einschließt, in der eine den ersten Kolben (20) stirnseitig beaufschlagende Druckfeder (30) angeordnet ist, durch die er an einen Anschlag (31) am zweiten Kolben (21) bringbar ist und der Arbeitsraum (23) mit Druckmittel versorgt wird dessen Druck durch eine Drucksteuereinrichtung gesteuert wird.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum über ein zum Arbeitsraum öffnendes Rückschlag­ ventil mit der Druckmittelquelle verbunden ist.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum mit einer von der Druckmittelquelle (37) her­ führenden Druckmittelzuführleitung (15) und mit einer ein elektrisch gesteuertes Ventil (18) aufweisende, zu einem Entlastungsraum führenden Druckmittelabflußleitung (16) verbunden ist, wobei durch das elektrisch gesteuerte Entlastungsventil der Druck im Arbeitsraum (23) zur Veränderung des jeweiligen Förderhubbeginns so gesteuert wird, daß dieser jeweils vor dem Förderbeginn eines jeden Pumpen­ kolbenförderhubes eingestellt ist.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckfeder (30) in der Arbeitskammer (29) vorge­ spannt den ersten Kolben an seinen Anschlag (31) bringt.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (20) gegen die Druckfeder (30) um einen be­ stimmten Weg bis zur Anlage an einen Anschlag (32) am zweiten Kolben (21) verstellbar ist.