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Die
Erfindung betrifft eine Spritzverstellereinrichtung zur Verwendung
bei der Steuerung des Zeitverlaufs der Kraftstoffabgabe durch eine
Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die zum Gebrauch in einem Verbrennungsmotor
mit Verdichtungszündung
vorgesehen ist.
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Bei
einer herkömmlichen
Drehkolben-Kraftstoffpumpe wird die Winkelstellung eines Nockenrings
mittels einer Hilfs-Spritzverstellereinrichtung eingestellt. Die
Spritzverstellereinrichtung umfasst einen Verstellerkolben, der
in einer Bohrung verschieblich angeordnet ist und beim Gebrauch
mit einer Nockenanordnung der Kraftstoffpumpe zusammenwirkt, um
den Zeitverlauf der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe einzustellen.
Ein Servo- oder Arbeitskolben ist in einer im Verstellerkolben vorgesehenen
weiteren Bohrung verschieblich angeordnet, und ein Schwachlast-Erfassungskolbenelement
kann relativ zum Verstellerkolben gegen die Wirkung einer Schwachlast-Steuerfeder
bewegt werden. Eine Hilfssteuerfeder ist zwischen dem Schwachlast-Kolbenelement
und dem Arbeitskolben eingespannt, und ein Steuerventil ist dafür ausgelegt,
das Aufbringen von Kraftstoff auf das Schwachlast-Kolbenelement
zu steuern, um den Zeitverlauf unter Schwachlastbedingungen einzustellen.
Abhängig
von der Motorlast variiert der auf den Lasterfassungskolben wirkende Kraftstoffdruck,
wobei sich die Stellung des Lasterfassungskolbens verändert. Die
Bewegung des Lasterfassungskolbens führt zu einer Bewegung des Arbeitskolbens,
der wiederum eine Bewegung eines Verstellerkolbens bewirkt. Die
Bewegung des Verstellerkolbens bewirkt eine Bewegung des Nockenrings,
wodurch der Zeitverlauf der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe eingestellt
wird.
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Das
Vorsehen einer Schwachlast-Spritzverstelleranordnung ermöglicht es,
den Zeitverlauf der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe zu variieren,
wenn der Motor unter Schwachlast arbeitet. Der Arbeitskolben und
der Schwachlastkolben sind so angeordnet, dass sie eine Schwachlast-Steuerkammer
für Kraftstoff
bilden, in der die Hilfssteuerfeder angeordnet ist, wobei eine auf
den Kraftstoffdruck in der Schwachlast-Steuerkammer zurückzuführende Kraft
in Kombination mit der Schwachlast-Steuerfeder auf das Schwachlast-Kolbenelement
wirkt, um die relativen Axialstellungen des Schwachlast-Kolbenelements und
des Verstellerkolbens zu bestimmen.
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Das
Steuerventil ist dafür
ausgelegt, den Kraftstoffdruck in der Schwachlast-Steuerkammer durch
Regeln des Kraftstoffdurchflusses zwischen der Schwachlast-Steuerkammer und
einem Niederdruckablass zu steuern. Die Schwachlast-Steuerventilanordnung
umfasst typischerweise ein Dosierventilelement, das in einer Bohrung
winkelig bewegbar ist, wobei das Dosierventilelement mit einer Steuerkante versehen
ist, die mit einer in der Bohrung versehenen Öffnung zusammenwirkt, um so
die Durchflussmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit aus der Steuerkammer
heraus zu steuern. Der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer bestimmt
die Stellung des Schwachlast-Kolbenelements, wodurch das maximal
mögliche
Verstellniveau bestimmt wird. Die Stellung des Schwachlast-Kolbenelements
bestimmt außerdem das
Verhältnis
zwischen Motordrehzahl und der Einstellrate des Zeitverlaufs der
Kraftstoffabgabe durch die Pumpe.
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Ein
Problem, das bei Kraftstoffpumpen der vorstehend genannten Art auftreten
kann, besteht darin, dass die Schwachlast-Spritzverstellereinrichtung
bewirken kann, dass der Druck des durch die Pumpe abgegebenen Kraftstoffs
(als "Transferdruck" bezeichnet) abnimmt,
wenn die Motorlast steigt. Es ist jedoch erwünscht, einen im Wesentlichen
konstanten Transferdruck aufrechtzuerhalten, da dies die Drehzahlverstellcharakteristik
der Pumpe verbessert.
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Ein
weiteres Problem, das mit der vorstehend genannten Pumpenart verbunden
ist, besteht darin, dass die Herstellungsabweichungen der Steuerkante
des Dosierventilelements, welches Teil der Schwachlast-Steuerventilanordnung
ist, zu unerwünschten
Veränderungen
bei der Verstellung führen können.
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Es
ist ebenfalls bekannt, die Kraftstoffpumpe mit einer Kalt-Spritzverstelleranordnung
zu versehen, um eine Einstellung des Kraftstoffabgabe-Zeitverlaufs in Abhängigkeit
von der Motortemperatur zu ermöglichen.
Die Pumpe umfasst ein Temperatursteuerventil, das dafür ausgelegt
ist, das Aufbringen von Kraftstoff auf das Arbeits- oder Schwachlast-Kolbenelement
in Abhängigkeit
von der Temperatur des Motors zu steuern, wodurch eine Einstellung
des Zeitverlaufs der Kraftstoffabgabe ermöglicht wird, um Kaltbedingungen
zu kompensieren.
EP 0 921 300 offenbart
eine derartige Spritzverstellereinrichtung.
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Solche
Anordnungen haben jedoch den Nachteil, dass die Kalt-Spritzverstelleranordnung
instabil werden kann, wenn die Drehzahlverstellung eingeführt wird.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, wenigstens eines
der vorstehend genannten Probleme zu beseitigen oder abzuschwächen.
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Erfindungsgemäß wird eine
Spritzverstellereinrichtung zur Verwendung bei der Steuerung des Zeitverlaufs
der Kraftstoffabgabe durch eine Kraftstoffpumpe zum Gebrauch in
einem Motor bereitgestellt, wobei die Spritzverstellereinrichtung
umfasst:
einen Verstellerkolben, der innerhalb einer ersten Bohrung
verschieblich angeordnet ist und der während des Betriebs mit einer
Nockenanordnung einer Kraftstoffpumpe zusammenwirkt, um den Zeitverlauf der
Kraftstoffabgabe durch die Pumpe einzustellen, wobei eine dem Verstellerkolben
zugehörige
Oberfläche
dem Kraftstoffdruck in einer ersten Steuerkammer ausgesetzt ist,
einen
Arbeitskolben, der innerhalb einer weiteren, im Verstellerkolben
ausgebildeten Bohrung verschieblich angeordnet ist, um den Kraftstoffdruck
innerhalb der ersten Steuerkammer zu steuern, wobei der Arbeitskolben
auf drehzahlabhängige
Veränderungen des
Kraftstoffdrucks innerhalb einer Hilfssteuerkammer anspricht, um
hierdurch die Anpassung des Zeitverlaufs in Reaktion auf die Motordrehzahl
zu ermöglichen,
und
einen Schwachlastkolben, der in Reaktion auf Veränderungen
des Kraftstoffdrucks innerhalb einer Schwachlast-Steuerkammer gegen
die Wirkung einer Schwachlast-Steuerfeder relativ zum Verstellerkolben
bewegt werden kann,
wobei der Schwachlastkolben so ausgebildet
ist, dass er teilweise eine Arbeitskolbenkammer bildet, die in Verbindung
mit der Schwachlast-Steuerkammer steht, wodurch der Kraftstoffdruck
innerhalb der Arbeitskolbenkammer auf ein Ende des Arbeitskolbens
wirkt, das der Hilfssteuerkammer abgewandt ist, wobei die Schwachlast-Steuerkammer mit
der Arbeitskolbenkammer über
einen Spalt in Verbindung steht, der zwischen entsprechenden Oberflächen des
Arbeitskolbens und des Schwachlastkolbens ausgebildet ist, um sicherzustellen,
dass der Arbeitskolben unter Umständen, unter denen der Kraftstoffdruck
innerhalb der Schwachlast-Steuerkammer über einen vorgegebenen Betrag
hinaus angestiegen ist, im Wesentlichen nicht auf die drehzahlabhängigen Kraftstoffdruckveränderungen
innerhalb der Hilfssteuerkammer reagiert.
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Die
Erfindung stellt einen besonderen Vorteil bereit, wenn ein Kaltverstellschema
verwendet wird sowie unter Umständen,
unter denen der Motor unter Schwachlastbedingungen arbeitet. Die
Erfindung stellt sicher, dass der Arbeitskolben unter Umständen, unter
denen eine Schwachlastverstellung durchgeführt wird, unwirksam ist, das
heißt,
nicht auf drehzahlabhängige
Veränderungen
des Kraftstoffdrucks in der Hilfssteuerkammer reagiert. Da der Arbeitskolben
desaktiviert wird, wenn das Temperatursteuerventil aktiviert wird,
kann bei der Kaltverstellung jedwede Instabilität vermieden werden, die ansonsten auftreten
könnte,
wenn die Drehzahlverstellung eingeführt wird. Der Arbeitskolben
wird entweder unter Umständen,
unter denen der Motor unter Schwachlastbedingungen arbeitet, oder
unter Kaltbedingungen wirksam desaktiviert (d.h. er reagiert nicht
auf Kraftstoffdruckveränderungen
in der Hilfssteuerkammer).
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Die
Spritzverstellereinrichtung umfasst bevorzugt ein Einstellmittel,
mit dem es möglich
ist, die Weglänge
der Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens und/oder des Schwachlastkolbens
einzustellen.
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Der
Schwachlastkolben umfasst bevorzugt einen ersten und einen zweiten
Teil, die relativ zueinander beweglich sind, um die Einstellung
der Weglänge
des Schwachlastkolbens und/oder des Arbeitskolbens zu ermöglichen.
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Der
zweite Teil des Schwachlastkolbens ist bevorzugt mit einem Sackloch
ausgestattet, das zusammen mit einer Endfläche des Arbeitskolbens die Arbeitskolbenkammer
begrenzt.
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Die
Ausgestaltung des Schwachlastkolbens in Form eines ersten und eines
zweiten Teils, die relativ zueinander beweglich sind, ermöglicht es,
die Weglänge
der Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens und/oder des Schwachlastkolbens
vor dem Einbau in die Pumpe einzustellen. Der erste und der zweite
Teil sind zweckmäßigerweise
derart miteinander verschraubt, dass die Weglänge der Arbeitsbewegung des/der
Kolben(s) in Abhängigkeit
davon verändert werden
kann, wie weit ein Teil in den anderen hineingeschraubt ist.
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Die
Spritzverstellereinrichtung kann auch ein Temperatursteuerventil
umfassen, das dafür
ausgelegt ist, das Aufbringen von Kraftstoff auf den Schwachlastkolben
in Abhängigkeit
von der Motortemperatur zu steuern und damit die Einstellung des Zeitverlaufs
der Kraftstoffabgabe in Abhängigkeit
von der Motortemperatur zu ermöglichen.
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Das
Temperatursteuerventil ist bevorzugt so angeordnet, dass dann, wenn
die Motortemperatur unter einer vorgegebenen Temperatur liegt, das
Temperatursteuerventil aktiviert wird, um es zu ermöglichen,
dass der Kraftstoffdruck in der Schwachlast-Steuerkammer angehoben
wird, wobei das Temperatursteuerventil dann desaktiviert wird, wenn
die Motortemperatur die vorgegebene Temperatur übersteigt.
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Der
Verstellerkolben ist typischerweise so angeordnet, dass er in der
ersten Bohrung in eine Vorverstellrichtung, in der der Zeitpunkt
der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe nach vorne verlegt wird, und
in eine Verzögerungsrichtung
bewegbar ist, in welcher der Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die
Pumpe verzögert
ist. Die Verstelleranordnung umfasst bevorzugt ferner einen Kaltverstell-Versorgungskanal,
durch den der Schwachlast-Steuerkammer Kraftstoff zugeführt wird,
wenn das Temperatursteuerventil aktiviert ist, wobei der Kaltverstell-Versorgungskanal
so angeordnet ist, dass er mit der Schwachlast-Steuerkammer nur
dann in Verbindung steht, wenn das Ausmaß der Bewegung des Verstellerkolbens
in der Vorverstellrichtung geringer ist als ein vorgegebener Betrag.
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Der
Verstellerkolben besitzt bevorzugt eine Außenfläche, die mit einer mit der
Schwachlast-Steuerkammer in Verbindung stehenden Ausnehmung versehen
ist, die eine Steuerkante bildet, und wodurch die Verbindung zwischen
dem Kaltverstell-Versorgungskanal
und der Schwachlast-Steuerkammer unterbrochen wird, wenn die Steuerkante
nach einer Bewegung des Verstellerkolbens über den vorgegebenen Betrag
hinaus nicht mehr mit dem Kaltverstell-Versorgungskanal fluchtet.
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Die
Spritzverstellereinrichtung kann außerdem einen Schwachlast-Versorgungskanal
zum Aufbringen eines lastabhängigen
Signaldrucks auf die Schwachlast-Steuerkammer, wobei der Schwachlast-Versorgungskanal
mit einem Durchflussweg für Kraftstoff
zwischen einer Quelle für
Kraftstoff mit Transferdruck und einem Niederdruckablass in Verbindung
steht, und eine Schwachlast-Steuerventilanordnung
umfassen, die in Reaktion auf ein lastabhängiges Steuersignal betrieben
werden kann, um die Durchflussmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit durch
den Durchflussweg zu verändern
und damit den Signaldruck zu verändern,
wodurch es möglich wird,
den Zeitverlauf unter Schwachlastbedingungen einzustellen, wobei
die Schwachlast-Steuerventilanordnung im Durchflussweg an einer
Stelle stromaufwärts
des Schwachlast-Versorgungskanals angeordnet ist.
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Die
Schwachlast-Steuerkammer kann mit einer verengten Auslassanordnung
versehen sein, um es zu ermöglichen,
dass Kraftstoff innerhalb der Schwachlast-Steuerkammer in beschränkter Menge zu
einem Niederdruck- Kraftstoffspeicher
fließen kann.
Die Spritzverstellereinrichtung kann ferner ein weiteres Einstellmittel
zum Einstellen der durch die verengte Auslassanordnung bereitgestellten
effektiven Beschränkung
des Kraftstoffflusses umfassen.
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Die
verengte Auslassanordnung umfasst bevorzugt einen ersten verengten
Auslass mit veränderlichem
Durchmesser und einen zweiten verengten Auslass mit im Wesentlichen
unveränderlichem Durchmesser,
wobei das weitere Einstellmittel eingestellt werden kann, um den
Durchmesser des ersten verengten Auslasses zu variieren.
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Durch
Vorsehen von Einstellmitteln, die eine Einstellung der durch den
Durchflussweg bereitgestellten Verengung ermöglichen, kann eine Feinsteuerung
der Verstellcharakteristika der Pumpe erreicht werden. Das Vorsehen
der Einstellmittel ermöglicht es,
den Verstellgrad zu variieren, um so bei einer gegebenen Motordrehzahl
für das
erforderliche Kraftstoffversorgungsniveau zu sorgen.
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Das
weitere Einstellmittel kann ein Ventilelement umfassen, das in einer
zusätzlichen
Bohrung angeordnet ist, wobei es das Einstellen der Position des
Ventilelements in der zusätzlichen
Bohrung ermöglicht,
den Durchmesser des ersten verengten Auslasses zu variieren.
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Zweckmäßigerweise
besitzt der erste verengte Auslass eine ringförmige Gestalt und wird teilweise
durch das Ventilelement gebildet.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Arbeitskolben so ausgestaltet, dass er eine
Hülse trägt, die
zweckmäßigerweise
eng am Arbeitskolben anliegt, wobei die Hülse mit einer Öffnung ausgestattet
ist, um die Durchflussmenge von Kraftstoff zwischen der Schwachlast-Steuerkammer
und der Arbeitskolbenkammer pro Zeiteinheit zu beschränken, und
die dazu dient, die Bewegung des Arbeitskolben relativ zum Schwachlastkolben
zu dämpfen.
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Bei
herkömmlichen
Spritzverstellereinrichtungen steuert die Schwachlast-Steuerventilanordnung
das Aufbringen von Kraftstoff auf das Schwachlast-Kolbenelement durch
Regeln des Kraftstoffflusses zwischen der Schwachlast-Steuerkammer und dem
Niederdruckablass, weshalb die Schwachlast-Steuerventilanordnung stromabwärts vom Schwachlast-Versorgungskanal
zwischen der Stelle, an der der Signaldruck aus dem Durchflussweg
zwischen den Transferdruck- und dem Niederdruckablass abgelassen
wird, und dem Niederdruckablass angeordnet ist. Dies kann eine unerwünschte Verringerung
des Transferdrucks bewirken, wenn die Motorlast steigt. Die vorliegende
Erfindung stellt einen besonderen Vorteil bereit, indem der durch
die Pumpe gelieferte Transferdruck unter solchen Umständen, unter
denen die Schwachlastverstellung aktiviert ist, auf einem im Wesentlichen
konstanten Wert gehalten wird.
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Die
Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen folgendes gezeigt
wird:
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1 eine
Ansicht, zum Teil im Schnitt, einer Spritzverstellereinrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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2 eine
Schnittansicht eines Teils der in 1 gezeigten
Spritzverstellereinrichtung,
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3 eine
Schnittansicht entlang der Linie X-X, die einen Teil der Spritzverstellereinrichtung
gemäß 2 zeigt,
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4(a) bis 4(d) den
Verstellgrad als Funktion des Pumpenabgabeflusses für verschiedene
Pumpenparameter,
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5 ein
Hydraulikkreislaufdiagramm für
die in den 1 bis 3 gezeigte
Spritzverstellereinrichtung,
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6 eine
graphische Darstellung, die die Auswirkung einer Veränderung
des Durchmessers d3a eines ersten verengten
Auslasses auf den effektiven Durchmesser d3 einer
verengten Auslassanordnung zeigt, welche den ersten verengten Auslass
und einen zweiten verengten Auslass von unveränderlichem Durchmesser umfasst,
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7 eine
graphische Darstellung zur Erläuterung
einer typischen Verstellcharakteristik der Spritzverstellereinrichtung
gemäß den 1 bis 3 bei
einer gegebenen Motordrehzahl, und
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8 eine
Schnittansicht zur Darstellung von Teilen einer Ausführungsform,
die eine Alternative zu der in 1 gezeigten
Spritzverstellereinrichtung ist.
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Eine
herkömmliche
Drehkolben-Kraftstoffpumpe umfasst einen Nockenring (nicht gezeigt),
der bezogen auf ein Pumpengehäuse
winkelig verstellbar ist. Der Nockenring weist mehrere Nockenerhebungen
auf und umschließt
einen Teil eines Verteilerelements mit Pumpenkolben, die in entsprechenden Bohrungen
des Verteilerelements verschieblich angeordnet sind. Jeder der Pumpenkolben
weist eine zugeordnete Gleitschuh-/Rollenanordnung auf, deren Rollen
an der Nockenfläche
des Nockenrings angreifen können.
Im Betrieb wird den Bohrungen des Verteilerelements mittels einer
Transferpumpe Kraftstoff zugeführt,
und eine Kraft, die auf dem Kraftstoffdruck in den Bohrungen beruht,
dient dazu, die Kolben in eine radial nach außen gerichtete Richtung zu treiben.
Der Auslassdruck der Transferpumpe (als "Transferdruck" bezeichnet) wird so gesteuert, dass er
im Verhältnis
zur Betriebsdrehzahl des Motors steht, mit dem die Pumpe verwendet
wird. Die Drehung des Verteilerelements relativ zum Nockenring bewirkt,
dass sich die Rollen relativ zum Nockenring bewegen, wobei der Angriff
der Rollen an den Nockenerhebungen bzw. umgekehrt bewirkt, dass
die Kolben in eine radial nach innen gerichtete Richtung getrieben
werden, um den Kraftstoff in der jeweiligen Bohrung unter Druck
zu setzen und zu bewirken, dass Kraftstoff mit relativ hohem Druck
von der Pumpe abgegeben wird. Durch Verändern der Winkelstellung des
Nockenrings mittels einer Spritzverstellereinrichtung kann der Zeitverlauf,
in dem Kraftstoff von der Pumpe abgegeben wird, eingestellt werden.
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Wie
nachfolgend genauer beschrieben, umfasst die Spritzverstellereinrichtung
eine Arbeitskolbenanordnung, die dafür ausgelegt ist, den Grad der Zeitpunktverstellung
in Abhängigkeit
von der Betriebsdrehzahl des Motors (als "Drehzahlverstellung" bezeichnet) zu beeinflussen, eine Schwachlast-Kolbenanordnung
mit einem Lasterfassungskolben, der dafür ausgelegt ist, den Grad der
Zeitpunktverstellung in Abhängigkeit
von der Last zu beeinflussen, unter der der Motor arbeitet (als "Schwachlastverstellung" bezeichnet), und
ein Temperatursteuerventil, das dafür ausgelegt ist, den Grad der
Zeitpunktverstellung in Abhängigkeit
von der Betriebstemperatur des Motors (als "Kaltverstellung" bezeichnet) zu beeinflussen.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der der Nockenring mit einem Stift
(nicht gezeigt) versehen ist, der sich in eine in einem Verstellerkolben 12 vorgesehene Öffnung 10 erstreckt,
um eine Einstellung der Winkelstellung des Nockenrings zu ermöglichen.
Der Verstellerkolben 12 ist in einer weiteren Bohrung 14 verschieblich
angeordnet, die in einem Verstellerkastengehäuse 16 vorgesehen
ist. Die Enden der Bohrung 14 werden durch eine erste und
eine zweite Endplatte 18a bzw. 18b verschlossen, die am
Verstellerkastengehäuse 16 mittels
Schrauben 20 befestigt sind. Geeignete O-Ringe können verwendet
werden, um die Endplatten 18a , 18b am Verstellerkastengehäuse 16 abzudichten.
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Der
Verstellerkolben 12 umfasst eine sich axial erstreckende
Bohrung 22, in der ein Arbeitskolben 24 verschieblich
angeordnet ist. Die Bohrung 22 ist so ausgeformt, dass
sie einen vergrößerten Bereich
umfasst, in dem ein erster Teil 26a eines Schwachlasterfassungskolbens 26 aufgenommen ist.
Der erste Teil des Schwachlastkolbens 26 trägt einen
Flansch, wobei ein innerer Abschnitt desselben eine mittige Öffnung bildet,
durch die sich der Arbeitskolben 24 erstreckt. Der Arbeitskolben 24 ist
verschieblich in diese mittige Öffnung
und die im Verstellerkolben 12 vorgesehene Bohrung 22 eingepasst und
dient dazu, die Bewegung des Schwachlastkolbens 26 im Betrieb
zu lenken. Der Schwachlastkolben 26 umfasst außerdem einen
zweiten Teil 26b , der
typischerweise die Form eines Gewindestücks aufweist und in einer mit
einem Gewinde versehenen Bohrung im ersten Teil 26a des Schwachlastkolbens 26 aufgenommen
ist. Der zweite Teil 26a des Schwachlastkolbens
ist mit einem Sackloch versehen, wobei eine Oberfläche 26c am geschlossenen Ende
des Sacklochs zusammen mit einer Endfläche des Arbeitskolbens 24 eine
Arbeitskolbenkammer 27 an einem ersten Ende des Arbeitskolbens 24 bildet. Ein
ringförmiger
Spalt 29 ist zwischen einer Außenfläche des Arbeitskolbens 24 und
einer Innenfläche des
ersten Teils 26a des
Schwachlastkolbens 26 ausgebildet, um zwischen der Arbeitskolbenkammer 27 und
einer Schwachlast-Steuerkammer 60 eine Verbindung zu ermöglichen,
wie nachfolgend in weiteren Einzelheiten beschrieben.
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Eine
Schwachlast-Steuerfeder 28 ist in einer Endkammer 33 angeordnet,
die zum Teil durch die Bohrung 12 im Verstellerkastengehäuse 16 und
die erste Endplatte 18a gebildet
wird, wobei die Schwachlast-Steuerfeder 28 zwischen dem Schwachlastkolben 26 und
der ersten Endplatte 18a in
Eingriff steht, um den Schwachlastkolben 26 in Anlage an
eine Stufe 14a vorzuspannen,
die von einem Teil der Bohrung 14 gebildet wird. Eine Hilfssteuerfeder 30 steht
zwischen dem Schwachlastkolben 26 und einem ersten ringförmigen Element 32a , das vom Arbeitskolben 24 getragen
wird, in Eingriff. Eine Beilegscheibe 34 befindet sich
zwischen der Hilfssteuerfeder 30 und dem ersten ringförmigen Element 32.
Der Arbeitskolben 24 umfasst außerdem einen vergrößerten Endbereich 24a , der eine Endfläche des
Arbeitskolbens 24 bildet, wobei der Endbereich 24a an einem zweiten ringförmigen Element 32b anliegt, das vom Arbeitskolben
getragen wird, der seinerseits in der in 1 gezeigten
Stellung an einer axial ausgerichteten Oberfläche des inneren Abschnitts
des Flansches am ersten Schwachlastkolbenteil 26a anliegt. Die maximal mögliche Bewegung des
Arbeitskolbens 24 relativ zum Schwachlastkolben 26 erfolgt
wenn eine Endfläche
des Arbeitskolbens 24 an der Endfläche 26c des Sacklochs im zweiten Teil 26b des Schwachlastkolbens 26 anstößt.
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Die
Stellung des zweiten Teils 26b des Schwachlastkolbens 26 relativ
zum ersten Teil 26a bestimmt
die Weglänge
der Arbeitsbewegung des zusammengesetzten Schwachlastkolbens 26,
wobei die Weglänge
durch den Spalt zwischen dem Ende des zweiten Teils 26b des Schwachlastkolbens 26 und
der Endplatte 18b begrenzt
wird. Es versteht sich daher, dass das Ausmaß, in dem der zweite Teil 26b des Schwachlastkolbens 26 in
den ersten Teil 26a geschraubt
ist, die Weglänge
der Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens 24 und des Schwachlastkolbens 26 bestimmt.
Die Ausbildung des Schwachlastkolbens 26 in Form von zwei
Teilen, die relativ zueinander axial bewegbar sind, stellt daher
ein Einstellmittel zum Einstellen der Weglänge der Arbeitsbewegung des
Schwachlastkolbens 26 und des Arbeitskolbens 24 dar.
Es versteht sich außerdem,
dass die Stellung des Schwachlastkolbens 26 relativ zur
Endplatte 18a das
maximal mögliche
Verstellniveau bestimmt.
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In
der Praxis kann es erwünscht
sein, den Schwachlastkolben 26a , 26b mit einer Dichtungsanordnung
(nicht gezeigt) zu versehen, die typischerweise die Form eines O-Rings
hat, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen der
Arbeitskolbenkammer 37 und der Endkammer 33 vorzusehen.
Eine Feststellanordnung (nicht gezeigt), typischerweise in Form
einer Feststellmutter, kann ebenfalls vorgesehen werden, um den
ersten und den zweiten Teil 26a , 26b des Schwachlastkolbens 26 bei
der Montage der Anordnung sicher in Stellung zu halten. Bei einer
alternativen Ausführungsform kann
die Reibung der O-Ringdichtung ausreichend sein, um sicherzustellen,
dass der erste und der zweite Teil 26a , 26b aneinander
befestigt sind, in welchem Fall keine Feststellanordnung benötigt wird.
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Am
dem Schwachlastkolben 26 abgewandten Ende der Bohrung 22 ist
ein scheibenförmiges Element 36 in
einer ringförmigen
Nut angeordnet, die im Verstellerkolben 12 vorgesehen ist.
Die Bewegung des Arbeitskolbens 24 relativ zum Verstellerkolben 12 wird
durch die Anlage des ersten ringförmigen Elements 32 an
einem Teil der im Verstellerkolben 12 vorgesehenen Bohrung 22 begrenzt.
Das scheibenförmige
Element 36 bildet zusammen mit einem Teil der im Verstellerkolben 12 vorgesehenen
Bohrung 22 an einem zweiten Ende des Arbeitskolbens 24 eine Hilfssteuerkammer 37 zur
Aufnahme von Kraftstoff, wobei eine auf dem Kraftstoffdruck in der
Hilfssteuerkammer 37 beruhende Kraft auf die Endfläche des vergrößerten Bereiches 24a des Arbeitskolbens 24 wirkt
und damit den Arbeitskolben 24 gegen die Kraft der Hilfssteuerfeder 30 in
der in 1 gezeigten Darstellung nach links treibt. Kraftstoff
wird der Hilfssteuerkammer 37 über einen im Verstellerkastengehäuse 16 vorgesehenen
Hilfsversorgungskanal 50 zugeführt. In dieser Beschreibung
wird der Kraftstoffdruck in der Hilfssteuerkammer 37 als "Hilfssteuerdruck" bezeichnet, wobei
der Hilfssteuerdruck von der Drehzahl abhängig ist, mit der der Motor
arbeitet.
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Eine
erste Steuerkammer 38 wird durch eine dem Schwachlastkolben 26 abgewandte
Endfläche des
Verstellerkolbens 12, den zugeordneten Teil der Bohrung 14 und
die zweite Endplatte 18b gebildet. Die
erste Steuerkammer 38 steht über einen im Außenumfang
des Verstellerkolbens 12 ausgeformten Kanal 46 mit
einem sich radial erstreckenden Kanal 42 in Verbindung,
in dem sich ein Rückschlagventil (nicht
gezeigt) befindet. Der sich in radialer Richtung erstreckende Kanal 42 steht
mit der Bohrung 22 im Verstellerkolben 12 in Verbindung,
und der sich in radialer Richtung erstreckende Kanal 42 kann
in Abhängigkeit
von der Stellung des Arbeitskolbens 24 mit einem zweiten
sich in radialer Richtung erstreckenden Kanal 44 in Verbindung
stehen, der im Verstellerkolben 12 vorgesehen ist. Der
zweite sich in radialer Richtung erstreckende Kanal 44 mündet in eine
in der Außenfläche des
Verstellerkolbens 12 vorgesehene Ausnehmung 48.
Die Ausnehmung 48 ist so angeordnet, dass sie in allen
möglichen
Stellungen des Verstellerkolbens 12 relativ zum Verstellerkastengehäuse 16 mit
dem im Verstellerkastengehäuse 16 ausgebildeten
Hilfsversorgungskanal 50 in Verbindung steht.
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Wie
zuvor erwähnt,
bilden der Verstellerkolben 12 und der Schwachlastkolben 26 zusammen eine
Schwachlast-Steuerkammer 60, in der die Hilfssteuerfeder 30 angeordnet
ist, wobei die Schwachlast-Steuerkammer 60 mittels des
Spalts 29 ständig in
Verbindung mit der Arbeitskolbenkammer 27 am linken Ende
des Arbeitskolbens 24 steht (in der in 1 gezeigten
Ausrichtung). Die Schwachlast-Steuerkammer 60 steht
außerdem
mit einer zusätzlichen
Ausnehmung 62 in Verbindung, die in der Außenfläche des
Verstellerkolbens 12 vorhanden ist. Die zusätzliche
Ausnehmung 62 ist so angeordnet, dass sie in allen möglichen
Stellungen des Verstellerkolbens 12 mit einem Schwachlast-Versorgungskanal 64 in
Verbindung steht. Der Schwachlast-Versorgungskanal 64 steht
mit einer im Verstellerkastengehäuse 16 vorgesehenen
Bohrung 66 in Verbindung, so dass der Schwachlast-Steuerkammer 60 und
somit der Arbeitskolbenkammer 27 im Betrieb Kraftstoff zugeführt werden
kann, wobei der Druck des der Schwachlast-Steuerkammer 60 zugeführten Kraftstoffs
(als "Signaldruck" bezeichnet) von
der Last abhängig
ist, unter der der Motor arbeitet.
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In
der Bohrung 66 ist ein einen Kanal bildendes Element 67 aufgenommen,
das sicherstellt, dass ein im Verstellerkastengehäuse 16 ausgebildeter zweiter
Kanal 68 ständig
mit auf Transferdruck befindlichem Kraftstoff in Verbindung steht.
Beim Gebrauch wird auf Transferdruck befindlicher Kraftstoff durch
den zweiten Versorgungskanal 68 zugeführt, von wo aus er in den Hilfsversorgungskanal 50 fließt.
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Die
auf der Außenfläche des
Verstellerkolbens 12 vorhandene, zusätzliche Ausnehmung 62 bildet
eine Steuerkante 72 und kann in Abhängigkeit von der axialen Stellung
des Verstellerkolbens 12 mit einem im Verstellerkastengehäuse 16 ausgebildeten Kaltverstell-Versorgungskanal 74 in
Verbindung stehen. Ein elektromagnetisch betätigtes Temperatursteuerventil 52 ist
am Nockengehäuse 16 angebracht,
um die Zufuhr von Kraftstoff durch den Kaltverstell-Versorgungskanal 74 zu
steuern. Das Temperatursteuerventil 52 hat typischerweise
die Form eines herkömmlichen
Absperr-Elektromagnetventils, das nur dann mit elektrischem Strom
beaufschlagt wird, wenn der Motor eine relativ niedrige Temperatur hat.
Das Temperatursteuerventil 52 befindet sich daher nur dann
in einer offenen Stellung, wenn der Motor kalt ist. Die Aktivierung
des Temperatursteuerventils 52 wird zweckmäßig mittels
eines Temperatursensors gesteuert, der angeordnet ist, um die Temperatur
des Motorkühlmantels
zu erfassen.
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Unter
normalen Betriebsbedingungen, wenn der Motor heiß ist, ist das Temperatursteuerventil 52 geschlossen,
so dass auf Transferdruck befindlicher Kraftstoff nur durch den
zweiten Versorgungskanal 68 zugeführt, jedoch nicht über das
Temperatursteuerventil 52 zum Kaltverstell-Versorgungskanal 74 geführt wird.
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Während des
Betriebs wirkt durch den Schwachlast-Versorgungskanal 64 zur
Schwachlast-Steuerkammer 60 geführter Kraftstoff auf den Schwachlastkolben 26 ein,
um der Kraft entgegenzuwirken, die von der Schwachlast-Steuerfeder 28 ausgeht.
Wenn der Signaldruck in der Schwachlast-Steuerkammer 60 relativ
gering ist, wird der Schwachlastkolben 26 mittels der Schwachlastfeder 28 in
Anlage an die durch die Bohrung 14 gebildeten Stufe 14a vorgespannt. Wenn der
Kraftstoffdruck in der Schwachlast-Steuerkammer 60 jedoch
ausreichend erhöht
wird, wird das Schwachlast-Kolbenelement 26 von
der Stufe 14a weg
und in die in 1 gezeigte Stellung gedrückt, so
dass die Verstellcharakteristik verändert wird.
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Der
Druck des durch den Schwachlast-Versorgungskanal 64 der
zusätzlichen
Ausnehmung 62 zugeführten
Kraftstoffs wird mittels einer Dosierventilanordnung 80 reguliert,
wie in den 2 und 3 gezeigt.
Die Dosierventilanordnung 80 steuert daher den Kraftstoffdruck
in der Schwachlast-Steuerkammer 60,
der die Stellung des Schwachlastkolbens 26 relativ zum
Verstellerkolben 12 steuert.
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Die
Dosierventilanordnung 80 umfasst ein Dosierventilelement 82,
das in einer Dosierventilbohrung 83 angeordnet ist. Die
Winkelstellung des Dosierventilelements 82 innerhalb der
Bohrung 83 ist in Reaktion auf ein lastabhängiges Steuersignal
einstellbar, so dass die Durchflussmenge pro Zeiteinheit von Kraftstoff
durch einen Einlasskanal 84, welcher angeordnet ist, um
auf Transferdruck befindlichen Krafstoff aufzunehmen, zu einem mit
dem Schwachlast-Versorgungskanal 64 in Verbindung stehenden Auslasskanal 88 variiert
oder verändert
werden kann. Das Dosierventilelement 82 ist mit einer Bohrung
versehen, die eine Steuerkante 86 bildet, wobei die Menge
des durch die Dosierventilanordnung 80 strömenden Kraftstoffs
und somit der Druck des dem Schwachlast-Versorgungskanal 64 zugeführten Kraftstoffs,
der an die Schwachlast-Steuerkammer 60 abgegeben werden
soll, durch die Stellung der Steuerkante 86 relativ zum
Auslasskanal 88 bestimmt wird.
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Vom
Auslasskanal 88 zum Schwachlast-Versorgungskanal 64 strömender Kraftstoff
fließt
durch eine einstellbare Ventilanordnung, die allgemein mit 90 bezeichnet
ist und ein Ventilelement 92 umfasst, welches in einer
weiteren, eine Kammer 95 bildenden Bohrung 93 angeordnet
ist. Das Ventilelement 92 ist mit der weiteren Bohrung 93 verschraubt,
so dass die axiale Stellung des Ventilelements 92 in der
weiteren Bohrung 93 verstellbar ist. Die weitere Bohrung 93 ist so
ausgeformt, dass sie zwischen dem Auslasskanal 88 und dem
Schwachlast-Versorgungskanal 64 einen Teil eines Verzweigungs-
oder Nebendurchflusskanals 96 für Kraftstoff bildet. Die weitere
Bohrung 93 ist außerdem
so ausgeformt, dass sie einen Bereich von relativ kleinem Durchmesser
umfasst, durch den sich ein vorspringender Bereich 92a des Ventilelements 92 erstreckt.
Es versteht sich, dass die Stellung des vorspringenden Bereichs 92a des Ventilelements 92 relativ
zu dem Bereich mit relativ kleinem Durchmesser durch Verstellen
der Stellung des Ventilelements 92 innerhalb der weiteren
Bohrung 93 eingestellt werden kann.
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Der
vorspringende Bereich 92a des
Ventilelements 92 und der Bereich mit relativ kleinem Durchmesser
im Durchflusskanal 96 bilden zusammen einen ringförmigen Auslass 100 mit
verengtem Durchmesser. Die Kammer 95 steht mittels eines
weiteren verengten Auslasses 102, der in Reihe mit dem
ringförmigen
Auslass 100 angeordnet ist, mit einem Entlastungskanal 104 in
Verbindung, der mit einem Niederdruck-Kraftstoffbehälter in Verbindung steht. Das Nockengehäuse hat
typischerweise einen relativ niedrigen Druck (üblicherweise als "Nockengehäusedruck" bezeichnet), so
dass der Entlastungskanal 104 mit dem Nockengehäuse in Verbindung
steht. Es sollte jedoch klar sein, dass das Nockengehäuse sich nicht
notwendigerweise auf einem relativ niedrigen Druck befinden muss,
sondern sich beispielsweise auch auf Transferdruck befinden kann,
in welchem Fall der Entlastungskanal 104 mit einem anderen Niederdruckbehälter in
Verbindung steht. Während Kraftstoff
durch die Kanäle 88, 96 in
den Schwachlast-Versorgungskanal 64 strömt, kann eine kleine Menge
Kraftstoff mit relativ niedriger Geschwindigkeit durch den ringförmigen Auslass 100 in
die Kammer 95 und durch den weiteren verengten Auslass 102 in das
Nockengehäuse
fließen.
Der ringförmige
Auslass 100 und der weitere verengte Auslass 102 bilden daher
eine verengte Auslassanordnung, wobei das Ausmaß, mit dem Kraftstoff zum Nockengehäuse fließen kann,
durch die effektive Beschränkung
des Kraftstoffdurchflusses bestimmt wird, die durch die verengte
Auslassanordnung 100, 102 vorgegeben wird. Es
versteht sich daher, dass die durch die verengte Auslassanordnung 100, 102 vorgegebene,
effektive Beschränkung
des Kraftstoffdurchflusses durch die Stellung des Ventilelements 92 in
der Bohrung 93 bestimmt wird.
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Als
Alternative zu dem, was in den 2 und 3 gezeigt
ist, kann es günstiger
sein, die Steuerkante 86 durch eine sich axial erstreckende
Ausnehmung oder einen sich axial erstreckenden Schlitz zu bilden,
die/der auf der Oberfläche
des Dosierventilelements 82 vorhanden ist, anstatt im Element 82 eine sich
radial erstreckende Bohrung vorzusehen.
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4(a) zeigt den Verstellungsgrad einer herkömmlichen
Pumpe als Funktion des Kraftstoffabgabeflusses, und zwar sowohl
bei einer Spitzendrehmoment-Drehzahl
als auch bei einer Nenndrehzahl, wobei die Beschränkung des
Kraftstoffflusses aus der Schwachlast-Steuerkammer durch eine Öffnung mit
unveränderlichem
Durchmesser erfolgt. 4(a) zeigt
die Auswirkung des Veränderns
des Durchmessers der Öffnung
von 0,585 mm auf 0,615 mm auf die Verstellcharakteristik. Jedweder
bei der Herstellung des gewählten
Durchmessers der Öffnung
gemachter Fehler beeinflusst daher die Verstellcharakteristik der
Pumpe.
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In ähnlicher
Weise zeigt 4(b) die Auswirkung einer Veränderung
der Vorspannung der Schwachlast-Steuerfeder 28 auf die
Verstellcharakteristik, und zeigt 4(c) die
Auswirkung einer Veränderung
der Position der Steuerkante 86 der Dosierventilanordnung 80 auf
die Verstellcharakteristik. Unter Bezugnahme auf 4(c) ist ersichtlich, dass eine Veränderung
der Position der Steuerkante 86 um ein Grad eine erhebliche
Auswirkung auf den bei einer gegebenen Abgabeströmungsgeschwindigkeit erreichten
Verstellgrad hat. Jegliche Veränderung der
Position der Steuerkante 86 während der Herstellung beeinflusst
den Druck des an die Schwachlast-Steuerkammer 60 abgegebenen
Kraftstoffs bei einer gegebenen Stellung des Dosierventilelements 82.
Somit variiert die Schwachlast-Verstellcharakteristik der Pumpe
in Abhängigkeit
von der Genauigkeit, mit der die Position der Steuerkante 86 des
Dosierventilelements 82 ausgeführt wird. Es versteht sich,
dass es eine Veränderung
der relativen Positionierung der Steuerkante 86 und des
Auslasskanals 88 ist, die die Schwachlastcharakteristik
beeinflusst, und dass dies auch als Ergebnis von Herstellungsvariationen
hinsichtlich der Position des Auslasskanals 88 auftreten
kann.
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Wie
aus 4(d) hervorgeht, ist das Vorsehen
der einstellbaren Ventilanordnung 90 vorteilhaft, da dadurch
eine Feinsteuerung der Schwachlast-Steuercharakteristik ermöglicht wird.
Jedwede Veränderung
bzw. Abweichung der Position der Steuerkante 86 auf dem
Dosierventilelement 82 und/oder des Auslasskanals 88 kann
daher kompensiert werden. Darüber
hinaus kann auch jedwede Variation bzw. Abweichung der Vorspannung
der Schwachlast-Steuerfeder 28 kompensiert werden.
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Vor
dem Einbau in einen Motor wird die Pumpe anhand von Prüfgerät geprüft, und
die Position des Ventilelements 92 wird eingestellt, bis
die gewünschte
Verstell-/Abgabeflusscharakteristik erreicht ist. Ein gegen Eingriffe
gesichertes Abdeckungs- oder Dichtungselement 98 wird dann
angebracht, um das Ventilelement 92 vor dem Einbau der Pumpe
in den Motor in der gewünschten
Position zu fixieren.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung des Durchflussweges zwischen einer
Transferpumpe zur Abgabe von Kraftstoff an den Motor, einer Stelle, an
der der Signaldruck in die Schwachlast-Steuerkammer 60 abgelassen
oder überführt wird
(wie in 1 gezeigt), und dem Nockengehäuse. Der
Druck des der Schwachlast-Steuerkammer 60 durch
den Auslasskanal 88 und den Schwachlast-Versorgungskanal 64 zugeführten Kraftstoffs
ist durch den Druckmesser 105 dargestellt, wobei dieser
bestimmt wird durch die Winkelstellung des Dosierventilelements 82 in
der Bohrung 83 und die durch den ersten und den weiteren
verengten Auslass 100, 102 vorgesehene, effektive
Beschränkung
des Kraftstoffdurchflusses durch den Entlastungskanal 104 zum Nockengehäuse. Die
Dosierventilanordnung 80 befindet sich im Durchflussweg
zwischen der Transferpumpe und dem niedrigen Druck (d.h. dem Nockengehäuse) an
einer Stelle stromaufwärts
von der Schwachlast-Steuerkammer 60, und sie steuert die
Durchflussmenge von Kraftstoff durch diesen Durchflussweg zwischen
der Transferpumpe und dem Nockengehäuse.
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6 zeigt
die Auswirkung einer Veränderung
des Durchmessers des Auslasses 100 auf den entsprechenden,
effektiven Durchmesser der Zwei-Auslass-Anordnung 100, 102.
Es ist ersichtlich, dass bei einer relativ starken Vergrößerung des Durchmessers
des ringförmigen
Auslasses 100 nur eine relativ geringe Vergrößerung des
effektiven Durchmessers der Zwei-Auslass-Anordnung 100, 102 erzielt
wird. 5 zeigt daher, wie die Bereitstellung des veränderlichen
verengten Auslasses 100 und der einstellbaren Ventilanordnung 90 eine
Feinsteuerung des Druckes des an die Schwachlast-Steuerkammer 60 abgegebenen
Kraftstoffs und somit der Schwachlast-Verstellcharakteristik ermöglicht.
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Bei
einer herkömmlichen
Anordnung ist der Durchflussweg für Kraftstoff zwischen der Transferpumpe
und der Schwachlast-Steuerkammer mit einer Verengung von unveränderlichem
Durchmesser versehen, und eine Dosierventilanordnung ist stromabwärts von
der Schwachlast-Steuerkammer angeordnet, um den Kraftstofffluss
zwischen der Stelle, an der der Signaldruck aus dem Durchflussweg
abgelassen wird, zu dem Nockengehäuse zu regeln. Es können jedoch
aufgrund des erhöhten
Kraftstoffflusses zu niederem Druck durch die Dosierventilanordnung
Probleme auftreten, wenn die Motorlast zunimmt. Der erhöhte Durchfluss
bei höheren
Motorlasten kann bewirken, dass der Druck des durch die Pumpe abgegebenen
Kraftstoffs abnimmt. Durch Anordnen der Dosierventilanordnung 80 im
Durchflussweg zwischen der Transferpumpe und dem Nockengehäuse an einer
Position stromaufwärts
von der Stelle, an der der Signaldruck der Schwachlast-Steuerkammer 60 zugeführt wird
(d.h. stromaufwärts
vom Schwachlast-Versorgungskanal 64), und durch Versehen
des zum Nockengehäuse
führenden
Entlastungskanals 104 mit einem verengten Auslass von im Wesentlichen
unveränderlichem
effektiven Durchmesser kann dieses Problem vermieden werden.
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Es
versteht sich, dass der Nutzen einer Anordnung der Dosierventilanordnung 80 zwischen
der Transferpumpe und der Schwachlast-Steuerkammer anstelle einer Bereitstellung
der Dosierventilanordnung zwischen der Schwachlast-Steuerkammer
und dem Nockengehäuse
sogar dann erreicht wird, wenn die einstellbare Ventilanordnung 90 nicht
vorgesehen ist und nur ein einzelner verengter Auslass von unveränderlichem
Durchmesser im Auslasskanal 104 zum Nockengehäuse vorhanden
ist.
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Im
Betrieb wird unter normalen Betriebsbedingungen, wenn der Motor
heiß ist,
das Temperatursteuerventil 52 so geschaltet, dass Kraftstoff
mit Transferdruck durch die Dosierventilanordnung 80 dem
Schwachlast-Versorgungskanal 64, jedoch nicht dem Kaltverstell-Versorgungskanal 74 zugeführt wird.
Unter solchen Umständen
ist der Kraftstoffdruck in der Schwachlast-Steuerkammer 60 relativ
gering, wodurch der Schwachlastkolben 26 mittels der Schwachlastfeder 28 in
Anlage an die durch die Bohrung 14 gebildete Stufe 14a vorgespannt wird. Kraftstoff
mit Transferdruck wird außerdem über den
Hilfsversorgungskanal 50 der Ausnehmung 48 und über den
im Verstellerkolben 12 vorgesehenen Kanal 44 der
Hilfssteuerkammer 37 zugeführt. Wenn sich der Arbeitskolben 24 in
der in 1 gezeigten Stellung befindet, kann der der Hilfssteuerkammer 37 zugeführte Kraftstoff
nicht durch den sich radial erstreckenden Kanal 42 in die
erste Steuerkammer 38 fließen.
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Sollte
die Drehzahl des Motors steigen, was zu einem Anstieg des Transferdruckes
führt,
nimmt der der Hilfssteuerkammer 37 zugeführte Kraftstoffdruck
zu. Es wird daher auf die Endfläche 24a des Arbeitskolbenelements 24 eine
erhöhte
Kraft ausgeübt, was
dazu dient, das Arbeitskolbenelement 24 gegen die Wirkung
der Hilfssteuerfeder 30 in eine Stellung zu drücken, in
welcher zwischen der Hilfssteuerkammer 37 und dem sich
radial erstreckenden Kanal 42 eine Verbindung ermöglicht wird.
Unter diesen Umständen
fließt
Kraftstoff aus der Hilfssteuerkammer 37 durch den sich
radial erstreckenden Kanal 42 und vorbei am Rückschlagventil
in die erste Steuerkammer 38. Der Kraftstofffluss zu der
Steuerkammer 38 erhöht
den Kraftstoffdruck darin, wodurch auf den Verstellerkolben 12 eine
Kraft ausgeübt
wird, die bewirkt, dass sich der Verstellerkolben 12 bei
der in 1 dargestellten Ausrichtung nach links bewegt. Eine
Bewegung des Verstellerkolbens 12 in diese Richtung, die
als Vorverstellrichtung bezeichnet wird, bewirkt aufgrund des Zusammenwirkens
des Stifts mit der Öffnung 10 eine
Bewegung des Nockenrings, wodurch der Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe
durch die Pumpe vorverlegt wird.
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Es
versteht sich, dass während
des Betriebs in dem Moment, in dem sich die Rollen in Anlage mit den
auf dem Nockenring vorhandenen Nockenerhebungen bewegen, eine erhebliche
Kraft über
den Nockenring und den Stift auf den Verstellerkolben 12 übertragen
wird, wodurch die Neigung entsteht, dass der Verstellerkolben 12 in
der in 1 gezeigten Ausrichtung nach rechts gedrückt wird.
Das Vorsehen des Rückschlagventils
im Kanal 46 stellt sicher, dass eine jede derartige Bewegung
des Verstellerkolbens 12 vermieden wird, die ansonsten
zu einem Anstieg des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer 38 führen könnte, wodurch
ein Rückfluss
von Kraftstoff in die Hilfssteuerkammer 37 verhindert wird.
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Unter
Umständen,
unter denen der Motor mit relativ schwacher Last arbeitet, steigt
der Druck des durch den Schwachlast-Versorgungskanal 64 an
die Schwachlast-Steuerkammer 60 abgegebenen Kraftstoffs
(Signaldruck). Wenn der Kraftstoffdruck in der Schwachlast-Steuerkammer 60 steigt,
wird der Schwachlastkolben 26 gegen die Wirkung der Schwachlastfeder 28 in
der in 1 gezeigten Ausrichtung nach links gedrängt. Eine
solche Bewegung des Schwachlastkolbens 26 verringert die
Kompression der Feder 30, so dass außerdem bewirkt wird, dass sich
der Arbeitskolben 24 mit dem Schwachlastkolben 26 bewegt.
Die Bewegung des Arbeitskolbens 24 ermöglicht es dem Kraftstoff, von
der Hilfssteuerkammer 37 in die erste Steuerkammer 38 zu
fließen, was
zu einer Bewegung des Verstellerkolbens 12 führt, um
den Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe vorzuverlegen.
Die Stellung des Schwachlastkolbens 26 beeinflusst daher
das Verhältnis
zwischen Motordrehzahl und der Einstellrate des Zeitverlaufs der
Kraftstoffabgabe durch die Pumpe.
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Unter
solchen Schwachlastbedingungen, unter denen der Kraftstoffdruck
in der Schwachlastkammer 60 auf einen relativ hohen Pegel
steigt, steigt der Kraftstoffdruck in der Arbeitskolbenkammer 27 ebenfalls,
und zwar aufgrund der Verbindung zwischen der Schwachlast-Steuerkammer 60 und
der Arbeitskolbenkammer 27 durch den Spalt 29.
Jenseits eines kritischen Signaldrucks ist jede Änderung des Kraftstoffsdruckes
in der Hilfssteuerkammer 37, die auf einen anschließenden Anstieg
des Transferdrucks (infolge der erhöhten Motordrehzahl) zurückzuführen ist,
unzureichend, um die kombinierte Kraft der Hilfssteuerfeder 30 und
des erhöhten
Kraftstoffdrucks in der Arbeitskolbenkammer 27 zu überwinden.
Jenseits dieses kritischen Druckes (d.h. bei geringeren Lasten)
spricht der Arbeitskolben 24 daher nicht auf drehzahlabhängige Veränderungen
des Kraftstoffdruckes in der Hilfskammer 37 an, wodurch
das Drehzahlverstellschema der Anordnung effizient außer Kraft
gesetzt wird.
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7 ist
eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Verstellgrads des
Verstellerkolbens 12 als Funktion der Pumpenabgabe (durchgezogene
Linie) bei einem gegebenen Drehzahl-/Arbeitsdruck. Die Reaktion
des Arbeitskolbens 24 ist ebenfalls gezeigt (gestrichelte
Linie), wobei dies die Bewegung des Arbeitskolbens 24 aufgrund
von Veränderungen des
Signalsdruckes in der Schwachlast-Steuerkammer 60 darstellt.
Es ist ersichtlich, dass die Reaktion des Arbeitskolbens 24 auf
einen kritischen Punkt X abfällt,
jenseits dessen (d.h. bei geringerer Abgabe) ein steigender Signaldruck
innerhalb der Schwachlast-Steuerkammer 60 nicht zu einer
Arbeitsbewegung führt.
Die Reaktion des Schwachlastkolbens 26 auf Änderungen
des Signaldruckes ist ebenfalls dargestellt (ebenfalls als gestrichelte
Linie). Es versteht sich, dass die Verstellcharakteristik jenseits
des kritischen Punkts X ausschließlich durch das Verhalten des
Schwachlastkolbens 26 bestimmt wird.
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Bei
dem gegebenen Drehzahl-/Arbeitsdruck und bei der Abgabe Y greift
der Arbeitskolben 24 an dem geschlossenen Ende 26c der Bohrung im zweiten
Schwachlastkolbenteil 26b an,
und der Schwachlastkolben 26 befindet sich in Anlage an
der Stufe 14a in der
Bohrung 14 (d.h. eine maximale Verzögerungsstellung). Aus der maximalen
Verzögerungsstellung
beginnt sich der Schwachlastkolben 26 zu bewegen (entsprechend
der Abgabe Z), wenn der Kraftstoffdruck in der Schwachlast-Steuerkammer 60 über einen
Betrag hinaus ansteigt, der ausreichend ist, um die Kraft der Schwachlast-Steuerfeder 28 zu überwinden.
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Die
Vorspannung der Schwachlast-Steuerfeder 28, die Vorspannung
der Hilfssteuerfeder 30 und die Konstanten der Federn 28, 30 werden
bevorzugt so gewählt,
dass sichergestellt ist, dass die Abgabe Z (bei einem gegebenen
Drehzahl-/Arbeitsdruck), bei der sich der Schwachlastkolben 26 in
Reaktion auf den steigenden Signaldruck innerhalb der Schwachlast-Steuerkammer 60 gegen
die Schwachlast-Steuerfeder 28 zu bewegen beginnt, im Wesentlichen
mit dem Punkt übereinstimmt,
an dem der Arbeitskolben 24 beginnt, sich in Reaktion auf
den steigenden Signaldruck zu bewegen, der auf die Endfläche 24b des Arbeitskolbens 24 wirkt,
und dass außerdem
gewährleistet
ist, dass sich die zwei Kolben 26, 24 mit im Wesentlichen
gleicher Geschwindigkeit bewegen.
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Die
Kaltverstellcharakteristik ist ebenfalls in 7 dargestellt,
wobei eine weitere Voraussetzung darin besteht, die Federn 28, 30 so
auszuwählen, dass
der Punkt, an dem die Kaltverstellung aktiviert wird, jenseits des
kritischen Punkts X (d.h. für
Abgaben von weniger als X) liegt. Dies gewährleistet, dass die Drehzahlverstellung
unter Umständen,
in denen die Kaltverstellung aktiviert ist, effizient desaktiviert ist.
Wenn das Verstellschema beispielsweise so konfiguriert wäre, dass
der kritische Punkt bei der Abgabe X' läge,
würde der
Arbeitskolben 24 weiterhin unter Bedingungen ansprechen,
in denen die Kaltverstellung angewandt wird, was unerwünscht ist.
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In
der Praxis kann es erwünscht
sein, dass der Arbeitsdruck, bei dem der Arbeitskolben 24 beginnt,
sich gegen die Hilfssteuerfeder 30 zu bewegen, und der
Signaldruck, bei dem der Schwachlastkolben 26 beginnt,
sich gegen die Schwachlast-Steuerfeder 28 zu
bewegen, bei verschiedenen Abgaben auftreten und/oder dass sich
die Kolben mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, was durch
eine geeignete Wahl der Vorspannungen und Konstanten der Federn 28, 30 erreicht
werden kann.
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Das
Temperatursteuerventil 52 kann unter beliebigen Motorlastbetriebsbedingungen
aktiviert werden, um den Zeitverlauf einzustellen, damit die Tatsache
kompensiert wird, dass der Motor kalt ist. Wenn die Motortemperatur
unter einen vorgegebenen Betrag fällt, wird das Temperatursteuerventil 52 aktiviert,
so dass der auf Transferdruck befindliche Kraftstoff durch das Temperatursteuerventil 52 in
den Kaltverstell-Versorgungskanal 74 fließen kann.
Wenn sich der Verstellerkolben 12 in der in 1 gezeigten Stellung
befindet, kann Kraftstoff aus dem Kaltverstell-Versorgungskanal 74 in die
zusätzliche
Ausnehmung 62 fließen,
die in der Außenfläche des
Verstellerkolbens 12 vorgesehen ist, wodurch der Kraftstoffdruck
in der Schwachlast-Steuerkammer 60 weiter steigt.
Das Aufbringen von erhöhtem
Kraftstoffdruck auf die Schwachlast-Steuerkammer 60 infolge
einer Aktivierung des Temperatursteuerventils 52 führt zu einer
Bewegung des Schwachlastkolbens 26, wie vorstehend beschrieben,
was zu einer Einstellung oder Anpassung der Position des Verstellerkolbens 12 führt.
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Wenn
der Motor unter Schwachlastbedingungen arbeitet, ist die Menge des
Kraftstoffflusses pro Zeiteinheit in die Schwachlast-Steuerkammer 60 relativ
hoch, so dass Kraftstoff sogar dann, wenn sich der Verstellerkolben 12 in
eine Stellung bewegt, in der der Kaltverstell-Versorgungskanal 74 nicht
mehr mit der Ausnehmung 62 fluchtet, weiter in die Schwachlast-Steuerkammer 60 fließt, wodurch
die Bewegung des Schwachlastkolbens 26 in die Vorverstellrichtung
fortgesetzt wird.
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Wenn
der Motor jedoch unter Schwerlastbedingungen arbeitet, so dass Kraftstoff
mit reduziertem Druck über
den Schwachlast-Versorgungskanal 64 der Schwachlast-Steuerkammer 60 zugeführt wird,
fluchtet der Kaltverstell-Versorgungskanal 74, nachdem
sich der Verstellerkolben 12 in einem vorgegebenen Ausmaß bewegt
hat, nicht mehr mit der Ausnehmung 62, und der Kraftstofffluss
vom Kaltverstell- Versorgungskanal 74 in
die Schwachlast-Steuerkammer 60 versiegt. Infolgedessen
ist die Bewegung des Schwachlastkolbens 26 in die Vorverstellrichtung
(in der dargestellten Ausrichtung nach links) eingeschränkt.
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Es
versteht sich, dass sich die Verstellcharakteristik der Anordnung
bei Schwer- und Schwachlastbetriebsbedingungen unterscheidet. Des
Weiteren variiert die Verstellcharakteristik der Anordnung in Abhängigkeit
von der Motortemperatur.
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Die
fehlende Reaktion des Arbeitskolbens 24 auf die Kraftstoffdruckvariationen
in der Hilfssteuerkammer 37 beruht auf einem Anstieg des
Kraftstoffdrucks in der Schwachlast-Steuerkammer 60 (und somit
in der Arbeitskolbenkammer 27) über den kritischen Druck hinaus,
der entweder als Folge eines erhöhten
Signaldrucks in der Schwachlast-Steuerkammer 60 aufgrund
von Schwachlastbedingungen oder eines erhöhten Signaldrucks in der Schwachlast-Steuerkammer 60 aufgrund
von Kaltbedingungen, oder wenn beide Bedingungen gleichzeitig auftreten,
entsteht.
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Die
fehlende Reaktion des Arbeitskolbens 24 auf drehzahlabhängige Druckvariationen
in der Hilfssteuerkammer 37 unter Schwachlastbedingungen stellt
einen besonders wichtigen Vorteil dar, wenn der Motor unter relativ
kalten Bedingungen arbeitet, da sie sicherstellt, dass unter Bedingungen,
in denen die Kaltverstellung durchgeführt wird, keine Drehzahlverstellung
erfolgt. Ein bekanntes Problem bei bestehenden Anordnungen besteht
darin, dass das Kaltverstellschema unter Umständen, in denen die Drehzahlverstellung
erfolgt, instabil werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung ist
es durch Vorsehen einer Einrichtung zum effizienten Desaktivieren
des Drehzahlverstellschemas unter gewissen Betriebsbedingungen möglich, das
Ausmaß der
Schwachlastverstellung unter Kaltbedingungen zu verändern und gleichzeitig
Stabilitätsprobleme
zu vermeiden.
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Als
Alternative zu der in 1 dargestellten Ausführungsform
zeigt 8 eine alternative Ausführungsform, bei der der Arbeitskolben 24 so
ausgeführt
ist, dass er eine eng anliegende Hülse 110 trägt, die
mittels der Hilfssteuerfeder 30 in Anlage an den ersten
Teil 26a des Schwachlastkolbens 26 vorgespannt
ist. Der Verbindungsweg zwischen der Schwachlast-Steuerkammer 60 und
der Arbeitskolbenkammer 27 wird durch einen Spalt 29 zwischen der
Außenfläche des
Arbeitskolbens 24 und dem inneren Abschnitt des Flansches
am ersten Teil 26a des
Schwachlastkolbens 26 gebildet, wie in 1 gezeigt.
Darüber
hinaus ist die Hülse 110 mit
einer Öffnung 110a versehen, die dazu
dient, die Durchflussmenge des Kraftstoffs zwischen der Schwachlastkammer 60 und
der Arbeitskolbenkammer 27 einzuschränken und somit die Bewegung
des Arbeitskolbens 24 relativ zum Schwachlastkolben 26 zu dämpfen. Durch
Variieren des Durchmessers der Öffnung 110a kann die Kraftstoffdurchflussmenge
zwischen der Schwachlastkammer 60 und der Arbeitskolbenkammer 27 verändert werden,
um das Ausmaß des
Dämpfungseffekts
variieren zu können.
Der Dämpfungseffekt
der Öffnung 110a ist deshalb vorteilhaft,
weil er übergangsweise
eine Angleichung der Relativbewegung zwischen dem Arbeitskolben 24 und
dem Schwachlastkolben 26 unter Bedingungen vorsieht, die
annähernd
einer maximalen Drehzahlverstellung entsprechen.
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Die
unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschriebene Spritzverstellereinrichtung
umfasst sowohl Hilfs- als auch Schwachlastverstellschemata, wobei
Spritzverstellereinrichtungen gemäß dem Stand der Technik jedoch
bekanntermaßen
entweder nur eine Hilfs- oder nur eine Schwachlastverstellung umfassen.
Wenn beispielsweise nur eine Schwachlastverstellung in die Anordnung
gemäß
1 eingebaut
ist, muss der Arbeitskolben
24 nicht vorhanden sein (oder
kann integral mit dem Schwachlastkolben ausgebildet oder mit diesem
verrastet sein), wobei der Schwachlast-Steuerkammer
60 Signaldruck
zugeführt
und der Schwachlastkolben
26 in Reaktion auf lastabhängige Veränderungen
des Signalsdrucks bewegt wird. Im Gegensatz dazu ist, wenn nur eine
Drehzahlverstellung erforderlich ist, der Schwachlastkolben überflüssig (oder
kann mit dem Arbeitskolben verrastet sein), wobei der Hilfssteuerkammer
37 Arbeits-
oder Hilfsdruck zugeführt wird,
um den Arbeitskolben
24 in Reaktion auf Veränderungen
im Transferdruck zu bewegen. Ein Verstellschema, das nur eine Hilfsverstellung
umfasst, findet sich beispielsweise in
US 4408591 .
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Es
versteht sich daher, dass sich gewisse Aspekte der Erfindung auch
auf Spritzverstelleranordnungen anwenden lassen, die entweder nur
eine Hilfs- oder nur eine Schwachlastverstellung umfassen. Beispielsweise
lässt sich
das Vorsehen einer Dosierventilanordnung 80 im Durchflussweg
zwischen der Transferpumpe und dem Nockengehäuse an einer Stelle stromaufwärts vom
Schwachlast-Versorgungskanal 64 (wie in 5 gezeigt)
gleichermaßen
auf eine Spritzverstelleranordnung anwenden, die nur eine Schwachlastverstellung
aufweist. Die Dosierventilanordnung 80 kann auch in eine
Spritzverstelleranordnung eingebaut werden, die nur eine Drehzahlverstellung
aufweist, wobei das Dosierventil dafür ausgelegt ist, eine Durchflussmenge
zu steuern, um einen auf einen Arbeitskolben wirkenden, erforderlichen
Hilfsdruck zu bestimmen. In ähnlicher Weise
kann die in 2 gezeigte einstellbare Ventilanordnung 90 in
eine Spritzverstelleranordnung eingebaut werden, die nur eine Schwachlastverstellung aufweist.
Dasselbe gilt für
den zweiteiligen Schwachlastkolben 26a , 26b ,
um eine Einstellung des Arbeitsbewegungsbereichs des Schwachlastkolbens 26 zu ermöglichen.
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Obgleich
sich die vorstehende Beschreibung auf eine Kraftstoffpumpe von der
Art bezieht, bei der sich Pumpenkolben in eine radiale Richtung
bewegen, um einem Motor Kraftstoff mit hohem Druck zuzuführen, sollte
klar sein, dass sich die Spritzverstellereinrichtung auch auf andere
Arten von Hochdruck-Kraftstoffpumpen anwenden lässt.