-
Diese Erfindung betrifft eine Vorschubanordnung zur Verwendung beim Einstellen der
Zeitsteuerung der Kraftstoffzufuhr einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe.
-
Bei einer bekannten Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird ein Rotor mit einer oder mehreren
Bohrungen versehen, wobei innerhalb der Bohrungen Pumpkolben hin- und herbewegt werden können. Das
äußere Ende jedes Pumpkolbens hat eine demselben zugeordnete Schuh-Rolle-Anordnung, wobei die
Rollen mit der Nockenfläche eines Nockenrings ineinandergreifen können. Wenn die Rollen während einer
Drehbewegung des Rotors im Verhältnis zum Nockenring über Nockennasen laufen, die einen Teil der
Nockenfläche bilden, werden die Tauchkolben nach innen in die jeweiligen Bohrungen geschoben, wobei
sie Kraftstoff unter Druck setzen und denselben aus den Bohrungen verdrängen, um zu ermöglichen, daß
Kraftstoff unter Druck den Zylindern eines zugeordneten Motors zugeführt wird.
-
Es wird zu erkennen sein, daß die Zeitsteuerung der Kraftstoffzufuhr durch die Pumpe von der
Position der Nockennasen und also von der Winkelposition des Nockenrings abhängt. Die Zeitsteuerung der
Kraftstoffzufuhr kann daher durch ein Bewegen des Nockenrings vorgezogen oder verzögert werden. Eine
Art, den Nockenring zu bewegen, ist, den Nockenring mit einem nach außen vorstehenden Zapfen zu
versehen, der innerhalb einer Aussparung oder Öffnung aufgenommen wird, die in einem Vorschubkolben
bereitgestellt wird. Der Kolben kann innerhalb einer Bohrung gleiten und wird durch eine Feder zu einem
Ende der Bohrung hin vorgespannt. Der Bohrung wird Kraftstoff unter Druck zugeführt, wobei der
Kraftstoffdruck auf eine Fläche des Kolbens wirkt, um auf den Kolben eine Kraft auszuüben, die gegen die
Feder wirkt. Bei einer solchen Anordnung führen Veränderungen im auf die Bohrung ausgeübten
Kraftstoffdruck dazu, daß der Vorschubkolben unterschiedliche Positionen in Axialrichtung einnimmt,
wobei der Eingriff zwischen dem Kolben und dem Zapfen eine Bewegung des Kolbens in Axialrichtung auf
den Nockenring überträgt, wodurch die Winkelposition des Nockenrings eingestellt wird.
-
Der dem Vorschubkolben zugeführte Kraftstoff wird herkömmlicherweise von einer Niederdruck-
Förderpumpe abgezogen, die verwendet wird, um der Hochdruckpumpe Kraftstoff zuzuführen. Der
Abgabedruck der Förderpumpe wird herkömmlicherweise so gesteuert, daß er mit der Motordrehzahl
verbunden wird, und bei einer solchen Anordnung wird die Zeitsteuerung der Kraftstoffzufuhr durch die
Hochdruckpumpe mit der Motordrehzahl verbunden. Es ist bekannt, daß eine Ventilanordnung zwischen
der Förderpumpe und dem Vorschubkolben bereitgestellt wird, wodurch der auf den Vorschubkolben
ausgeübte Kraftstoffdruck und folglich die Zeitsteuerung der Kraftstoffzufuhr unabhängig von der
Motordrehzahl gesteuert werden kann.
-
DE 35 16 456 legt eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Einspritz-Zeitsteuerungsregler offen.
Der Kraftstoff wird der Arbeitskammer des Einspritz-Zeitsteuerungsreglers über eine
Kraftstoffzufuhrkammer von einer Kraftstoff-Förderpumpe zugeführt. Eine zusätzliche Kraftstoff-
Förderpumpe wird bereitgestellt, um der Arbeitskammer über eine Druckleitung mit einem Regulierventil
Kraftstoff zuzuführen, wobei die zusätzliche Kraftstoff-Förderpumpe durch eine Regeleinrichtung gestattet
wird, so daß in der Arbeitskammer ein Mindestdruck erhalten wird, um den Wirkungsgrad des Motors zu
erhalten.
-
Es ist vorteilhaft, die Kraftstoffmenge auf ein Minimum zu reduzieren, die von der Förderpumpe
für andere Zwecke abgezogen wird, als die Hochdruckpumpe mit Kraftstoff zu versorgen, um die
Höchstleistung der Förderpumpe zu verringern.
-
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffsystem bereitgestellt, das eine
Hochdruckpumpe umfaßt, die folgendes einschließt: eine Nockenanordnung, eine Förderpumpe und eine
Vorschubanordnung zum Steuern der Position der Nockenanordnung, bei dem die Vorschubanordnung
angeordnet wird, um durch die Förderpumpe mit Kraftstoff versorgt zu werden, wobei die
Vorschubanordnung einen Vorschubkolben, der innerhalb einer Bohrung gleiten kann, wobei der
Vorschubkolben mit der Nockenanordnung der Hochdruckpumpe zusammenwirken kann, um eine
Axialbewegung des Vorschubkolbens auf die Nockenanordnung zu übertragen, um die Zeitsteuerung der
Kraftstoffzufuhr durch die Hochdruckpumpe einzustellen, wobei eine Fläche des Vorschubkolbens mit der
Bohrung eine Steuerkammer definiert, und Pumpmittel für die Fluidzufuhr zur Steuerkammer umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpmittel unabhängig von der Förderpumpe ist derart, daß eine
Betätigung der Vorschubanordnung zu keiner Zeit Kraftstoff von der Förderpumpe abzieht.
-
Das Pumpmittel umfaßt vorzugsweise eine elektromagnetisch betriebene Hubkolbenpumpe mit
Axialkolben. Die Pumpe wird vorzugsweise unter der Steuerung einer Regeleinrichtung betrieben, durch
welche die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung der Pumpe eingestellt wird, um das Fluidvolumen
innerhalb der Steuerkammer zu steuern.
-
Es wird zu erkennen sein, daß die Betätigung der Vorschubanordnung keinen Kraftstoff von der
Förderpumpe abzieht, da das Pumpmittel unabhängig von der Förderpumpe ist, folglich kann die
Höchstleistung der Förderpumpe verringert werden.
-
Die Erfindung wird als Beispiel mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung (Fig. 1) beschrieben, die
eine schematische Ansicht einer Vorschubanordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
-
Die in der beigefügten Zeichnung illustrierte Vorschubanordnung ist zur Verwendung mit einer
Hochdruck-Kraftstoffpumpe des Typs vorgesehen, der ein Verteilerelement umfaßt, das sich innerhalb einer
Buchse drehen kann, wobei das Verteilerelement eine Vielzahl von in Radialrichtung verlaufenden
Bohrungen einschließt, in denen sich Pumpkolben hin- und herbewegen können. Das äußere Ende jedes
Tauchkolbens greift mit dem Schuh einer Schuh-Rolle-Anordnung ineinander, deren Rolle mit der
Nockenfläche eines winklig einstellbaren Nockenrings 10 zusammenwirken kann. Der Nockenring 10
schließt eine Vielzahl von nach innen vorstehenden Nockennasen 10a ein, und wenn die Rollen über die
Nockennasen 10a laufen, wird zu erkennen sein, daß die Tauchkolben nach innen in die Bohrungen
geschoben werden, wobei sie den Kraftstoff innerhalb der Bohrungen unter Druck setzen. Es werden
passende Einlaß- und Auslaßöffnungen bereitgestellt, wodurch den Bohrungen Kraftstoff mit einem
verhältnismäßig niedrigen Druck von einer Förderpumpe zugeführt werden kann und wodurch während
einer Bewegung der Pumpkolben nach innen Kraftstoff mit hohem Kraftstoffdruck aus den Bohrungen
entweichen kann, um wiederum den Zylindern eines zugeordneten Motors zugeführt zu werden.
-
Die Zeitsteuerung der Kraftstoffzufuhr durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe kann durch ein
Einstellen der Winkelposition des Nockenrings 10 eingestellt werden. Eine solche Winkelbewegung des
Nockenrings 10 wird mit Hilfe eines nach außen vorstehenden, auf dem Nockenring 10 bereitgestellten,
Zapfens 12 erreicht, der innerhalb einer Aussparung 14 aufgenommen wird, die in einem Vorschubkolben
16 bereitgestellt wird. Der Vorschubkolben 16 kann innerhalb einer Bohrung 18 gleiten, die in einem
Gehäuse bereitgestellt wird, wobei der Kolben 16 durch eine Feder 20 zu einem Ende der Bohrung 18 hin
vorgespannt wird. Der Kolben 16 paßt ausreichend satt in die Bohrung 18, so daß wesentlich kein Fluid von
dem einen Ende des Kolbens 16 zum anderen Ende desselben fließen kann. Es wird zu erkennen sein, das
die zwischen jedem Ende des Kolbens 16 und der Bohrung 18 definierten Kammern 27, 28 mit Abzügen
versehen werden müssen, um eine Bewegung des Kolbens 16 innerhalb der Bohrung 18 zu ermöglichen,
und es werden passende Abzugsdurchgänge 22, 24 bereitgestellt.
-
Um die Position des Kolbens 16 in Axialrichtung innerhalb der Bohrung 18 einzustellen, wird eine
Kraftstoffpumpe 26 bereitgestellt, wobei die Kraftstoffpumpe angeordnet wird, um der Kammer 28
Kraftstoff zuzuführen, die zwischen dem von der Feder 20 entfernten Ende des Kolbens 16 und der
Bohrung 18 definiert wird.
-
Die Kraftstoffpumpe 26 umfaßt ein Kolbenelement 30, das innerhalb einer Bohrung gleiten kann.
Das Kolbenelement 30 wird an einen Anker 32 gekoppelt, der sich unter dem Einfluß des durch eine Spule
34 erzeugten elektromagnetischen Felds hin- und herbewegen kann. Eine Rückholfeder 36 greift mit dem
Kolbenelement 30 ineinander, wobei sie das Kolbenelement 30 zu einer Position hin vorspannt, in welcher
der Anker 32 von der Spule 34 entfernt ist. Das Kolbenelement 30 und die Bohrung definieren zusammen
eine Pumpkammer 38, die durch einen Einlaß, ein durch eine Feder vorgespanntes Rückschlagventil 40, mit
einer Kraftstoffzufuhr mit niedrigem Druck und durch einen Auslaß, ein durch eine Feder vorgespanntes
Rückschlagventil 44, mit der Kammer 28 verbunden wird.
-
In der gezeigten Position ist die Spule 34 aberregt, und das Kolbenelement 30 hat sich unter dem
Einfluß der Rückholfeder 36 bewegt, um den Anker 32 von der Spule 34 zu entfernen. In dieser Position
wird die Pumpkammer 38 als ein Ergebnis der Bewegung des Kolbenelements 30, das Kraftstoff durch das
Rückschlagventil 40 aus dem Kraftstoffbehälter 42 abzieht, mit Kraftstoff mit einem verhältnismäßig
niedrigen Druck gefüllt. Beim Erregen der Spule 34 wird der Anker 32 zur Spule 34 hin angezogen, was zu
einer Bewegung des Kolbenelements 30 gegen die Wirkung der Rückholfeder 36 führt. Eine solche
Bewegung des Kolbenelements 30 verdrängt den Kraftstoff innerhalb der Pumpkammer 38 durch das
Rückschlagventil 44 zur Kammer 28. Ein Aberregen der Spule 34 führt dazu, daß das Kolbenelement 30
unter der Wirkung der Feder 36 zu der illustrierten Position zurückkehrt, wobei weiterer Kraftstoff durch
das Rückschlagventil 40 zur Pumpkammer 38 abgezogen wird. Es wird zu erkennen sein, daß die Einlaß-
und Auslaßventile 40, 44 wesentlich einen Kraftstoff-Fluß in der umgekehrten Richtung verhindern.
-
Es wird zu erkennen sein, daß das Kraftstoffvolumen innerhalb der Kammer 28 abhängig ist von
der Kraftstoff-Fließgeschwindigkeit aus der Kammer 28 durch den eingeschränkten Abzugsdurchgang 24
und von der Frequenz, mit der die Spule der Kraftstoffpumpe 26 erregt wird, was durch einen Regler 46
gesteuert wird. Eine Zunahme bei der Betriebsgeschwindigkeit der Kraftstoffpumpe 26 führt zu einer
Zunahme beim Kraftstoffvolumen innerhalb der Kammer 28. Eine solche Zunahme beim Volumen
verschiebt den Vorschubkolben 16, der sich gegen die Wirkung der Feder 20 bewegt, um die Feder 20
zusammenzudrücken, wobei die Bewegung des Vorschubkolbens 16 in Axialrichtung als ein Ergebnis des
Zusammenwirkens zwischen dem Vorschubkolben 16 und dem Zapfen 12 zu einer Winkelbewegung des
Nockenrings 10 im Uhrzeigersinn in der illustrierten Ausrichtung führt. Vorausgesetzt, daß der Rotor der
Hochdruckpumpe angeordnet wird, um sich in der durch den Pfeil A in der beigefügten Zeichnung
angezeigten Richtung zu drehen, führt eine solche Bewegung des Vorschubkolbens 16 dazu, daß die
Zeitsteuerung der Kraftstoffzufuhr vorgezogen wird. Falls die Betriebsgeschwindigkeit der Kraftstoffpumpe
26 in einem ausreichenden Maß verringert wird, daß der Kraftstoff die Kammer 28 mit einer
Geschwindigkeit verläßt, die höher ist als die der Kraftstoffzufuhr zu derselben durch die Kraftstoffpumpe
26, wird das Kraftstoffvolumen innerhalb der Kammer 28 verringert, was zu einer Bewegung des
Vorschubkolbens 16 nach rechts in der illustrierten Ausrichtung führt. Eine solche Bewegung führt dazu,
daß sich der Nockenring 10 entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, was dazu führt, daß die Zeitsteuerung der
Kraftstoffzufuhr durch die Hochdruckpumpe verzögert wird.
-
Wie vorstehend beschrieben, kann die Position des Kolbens 16 durch ein Verändern der
Betriebsgeschwindigkeit der Kraftstoffpumpe 26 gesteuert werden, und dies kann erreicht werden durch ein
Verändern der Frequenz oder des Tastverhältnisses der Stromversorgung der Pumpe 26 vom Regler 46.
Solche Frequenzen könnten in einem offenen Regelkreis abgebildet oder in einem geschlossenen
Regelsystem durch Rückmeldung der Position des Kolbens 16 oder einer anderen abgezweigten
Charakteristik gesteuert werden, die von einem geeigneten Sensor abgezweigt werden kann.
-
Bei Benutzung wird, wenn die Rollen der Schuh-Rolle-Anordnungen mit den Nockennasen 10a
ineinandergreifen, eine große Reaktionskraft auf den Nockenring und also auf den Vorschubkolben 16
ausgeübt. Um die Bewegung des Vorschubkolbens 16 als ein Ergebnis des Ausübens einer solchen
Reaktionskraft zu verringern, ist es wünschenswert, die Kraftstoffmenge auf ein Minimum zu reduzieren,
die in der Zeit, während die Reaktionskraft ausgeübt wird, aus der Kammer 28 entweichen kann. Es ist
daher wünschenswert, die Abmessungen des Abzugsdurchgangs 24 unter Berücksichtigung dieses Faktors
zu wählen. Es ist ebenfalls wünschenswert, zu sichern, daß der Betrieb der Pumpe 26 nicht dazu fuhrt, daß
das Ventil 44 offen ist, wenn die Reaktionskraft ausgeübt wird, und dies kann durch ein entsprechendes
Steuern des Betriebs der Pumpe 26 erreicht werden.
-
Es wird zu erkennen sein, daß durch das Ausrüsten der Vorschubanordnung mit einer
Kraftstoffpumpe, die vollkommen gesondert von der Förderpumpe ist, die verwendet wird, um die
Bohrungen der Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit Kraftstoff zu versorgen, die Last auf der Förderpumpe
verringert wird, was folglich ermöglicht, eine Förderpumpe mit einer niedrigeren Höchstleistung zu
verwenden. Die Verwendung einer von der Förderpumpe gesonderten Pumpe ermöglicht außerdem, daß der
Vorschubkolben, falls gewünscht, unter Verwendung eines anderen Fluids als Kraftstoff angetrieben wird.
-
Die Erfindung kann ebenfalls angewendet werden auf eine Hochdruckpumpe des Typs, der einen
Pumpkolben umfaßt, der innerhalb einer Bohrung gedreht werden kann, wobei eine Endfläche des
Tauchkolbens eine Nockenfläche definiert, die mit einer Vielzahl von Rollen zusammenwirkt, die sich in
einem winklig einstellbaren Käfig befinden. Wenn sich der Tauchkolben dreht, bewirkt das
Zusammenwirken zwischen den Rollen und der Nockenfläche, daß sich der Tauchkolben innerhalb der
Bohrung hin- und herbewegt. Die Zeitsteuerung der Kraftstoffzufuhr kann durch ein Verändern der
Winkelposition des Käfigs auf eine ähnliche Weise erreicht werden wie vorstehend beschrieben.