DE975080C - Vorrichtung zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge bei Brennkraftmaschinen mit zwei Rueckstroemleitungen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 3. AUGUST 1961

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Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausgestaltung und Verbesserung einer Vorrichtung zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge bei Brennkraftmaschinen mit zwei Rückströmleitungen, in denen je ein verstellbares Drosselorgan angeordnet ist, von denen das eine in einer Verstellrichtung hydraulisch und das andere in einer Verstellrichtung von Hand betätigt wird.

Die Erfindung besteht darin, daß das eine Drosselorgan in Öffnungsrichtung vom Druck des einzuspritzenden Brennstoffes und in Schließrichtung von einer Feder mit einer von Hand einstellbaren Vorspannung verstellbar ist, während das andere Drosselorgan in Schließrichtung formschlüssig unmittelbar von Hand und in Öffnungsrichtung von einer der Handverstellung entgegenwirkenden Feder verstellbar und so bemessen ist, daß die von ihm beeinflußte Brennstoffteilmenge die einzuspritzende Brennstoffmenge in einem der Leistungsänderung der Brennkraftmaschine entsprechenden Ausmaß verstellt.

Gegenüber den bekannten Reglern ähnlicher Bauart, bei denen die zweite Rückströmleitung der Servosteuerung des einen Überströmventils dient, wird beim Erfindungsgegenstand die Brennstoffmenge unmittel-

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bar geregelt. Dadurch arbeitet der Regler weniger träge und spricht zeitlich schneller an. Außerdem läßt sich durch die Erfindung wie bei allen derartigen Pumpen mit im gesamten Regelbereich überbemessener Brennstoffmenge eine Vereinfachung und Verbilligung erreichen, da auf eine genaue Herstellung und Einpassung der Pumpenteile verzichtet werden kann weil die Einstellung der erforderlichen Brennstoffmenge außerhalb des Pumpenkolbens durch die ίο Regelung fler zur Saugleitung zurückströmenden Brennstoffmenge erfolgt.

Zur Vereinfachung der Regelvorrichtung wird der rückströmende Brennstoff aus mehreren Pumpenzylindern durch ein gemeinsames Regel- bzw. Drosselglied geregelt. Die Rückströmleitungen für diese Pumpenzylinder können zu diesem Zweck vor dem Regel- bzw. Drosselglied in einem gemeinsamen Rückströmraum zusammengeführt werden. Letzterer steht z. B. hierbei unter dem vollen Einspritzdruck. Um störende Rückwirkungen auf die Regelung auszuscheiden, müssen dabei die Pumpenzylinder so gesteuert werden, daß gleichzeitig jeweils nur einer der Pumpenzylinder mit dem gemeinsamen Rückströmraum oder -kanal bzw. mit der Regelvorrichtung in Verbindung steht und bei Abschluß des einen Pumpenraumes der in der Einspritzfolge nächstfolgende, z. B. vom Pumpenkolben gesteuerte Pumpenraum noch einen genügenden dichtenden Abstand von der ihn mit dem Rückströmraum oder -kanal verbindenden Steuerkante aufweist. Rückströmleitung und Einspritzleitung werden durch gesonderte Steueröffnungen an den jeweiligen Pumpenraum angeschlossen.

Im allgemeinen wird eine gemeinsame Regelung des rückströmenden Brennstoffes bis zu sechs Pumpenzylindern möglich sein. Bei einem Anschluß von mehr als sechs Zylindern an einen gemeinsamen Rückströmraum kann dagegen eine unerwünschte Überschneidung der einzelnen Steuerkurven in der Regel nicht mehr vermieden werden. Die Erfindung sieht für diesen Fall eine gruppenweise Unterteilung der Pumpenzylinder derart vor, daß jeweils nur solche Pumpenzylinder einen gemeinsamen Rückströmraum besitzen, welche einen genügenden Abstand ihrer Steuerzeiten voneinander besitzen. So wird man z. B. bei Verwendung einer Achtzylinder-Ernspritzpumpe zweckmäßig den in der Einspritzfolge ersten, dritten, fünften und siebenten Pumpenzylinder an einen gemeinsamen Rückströmraum und die übrigen Pumpenzylinder an einen anderen, gemeinsamen Rückströmraum anschließen. Jedoch kann erfindungsgemäß auch in diesem Falle ein gemeinsames Regel- oder Drosselglied vorgesehen werden, indem jeder der Rückströmräume oder -kanäle durch eine gesonderte, unter Einspritzdruck stehende Zuleitung und einen gesonderten Drosselquerschnitt mit einer gemeinsamen, unter niedrigem (z. B. atmosphärischem) Druck stehenden Ableitung verbunden ist.

Auch in diesem Falle können für selbsttätige und willkürliche Regelung die gleichen oder besondere Drosselvorrichtungen verwendet werden.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι eine Einspritzpumpe mit einer angeschlossenen Regelvorrichtung für eine automatische und willkürliche Regelung,

Fig. 2 ein Kolbenhubdiagramm für eine Sechszylinder-Einspritzpumpe,

Fig. 3 eine der Fig. 1 grundsätzlich entsprechende Regelvorrichtung für eine Achtzylinder-Einspritzpumpe und

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie A-B der Fig. 3. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind vier Einspritzpumpen in einem Gehäuse 11 vereinigt, deren Arbeitsraum 21 über die Leitung 23 mit einer gemeinschaftlichen Überströmleitung 24 in Verbindung steht. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß jeweils nur der Pumpenraum 21 eines einzigen Pumpenzylinders mit der Überströmleitung 24 in offener Verbindung steht. An jedem Ende der Überstromleitung 24 liegt senkrecht zu dieser ein Zylinderraum 32, 45. In jedem dieser Zylinder gleitet je ein Steuerschieber 29, 42 mit einem jeweils der zugeordneten Überströmkanalmündung 44, 44' zugekehrten Regelkonus 30, 43. Beide Steuerschieber 29, 42 stehen unter dem Einfluß von je einer Rückholfeder 31, 50. Zwischen den Räumen 32, 45 besteht außerdem eine drosselfreie Verbindung durch eine Leitung 52. Durch eine axiale Bewegung der Steuerschieber 29, 42 kann ein vor den Überströmkanalmündungen 44, 44' lie- go gender konischer Drosselspalt 37, 46 enger oder weiter eingestellt werden. Der Steuerschieber 29 steht außerdem unter dem Einfluß einer in einem besonderen Gehäuse 26 untergebrachten Reglerfeder 27, deren äußerer Federtellerkolben 33 von einem auf einer Welle 34 sitzenden Nocken 35 beeinflußt werden kann. Der zwischen dem inneren Tellerfederkolben 28 und dem zugehörigen Steuerschieber 29 befindliche Raum 41 des Reglergehäuses ist mit der Niederdruckseite z. B. durch eine von der Abströmleitung 39 abzweigende Druckausgleichsleitung 40 verbunden. Die Steueröffnung38 der Abströmleitung vor dem Konus3O ist um den Betrag »«« aus der Achse des Überströmkanals 24 gegen die engere Seite des konischen Spaltes 37 zu versetzt.

Der Steuerschieber 42 wird von einem auf der Welle 48 befestigten Nocken 49 in einem zweiten Reglergehäuse 51 entgegen der Kraft einer im öffnenden Sinne wirkenden Rückholfeder 50 unmittelbar beeinflußt, und zwar durch Verschwenken eines Stellhebels 47 bzw. durch Betätigen eines Beschleunigerpedals, eines Handhebels oder sonst eines geeigneten im Bereich des Fahrersitzes angeordneten Betätigungsgliedes. Das Drosselorgan 43 des Steuerschiebers ist so bemessen, daß die von ihm beeinflußte Brennstoffteilmenge die einzuspritzende Brennstoffmenge in einem der Leistungsänderung der Brennkraftmaschine entsprechenden Ausmaß verstellt. Der Hebel 47 kann z. B. in folgende vier Stellungen eingestellt werden: »0« entspricht der Null- oder Stopsteüung; >>L« = Leerlauf, »V« = Volleistung und »Ü« = Überlast- oder Startstellung. Eine gleichartige Einstellung ermöglicht der Nocken 35 auf der Welle 34, die durch den Hebel 36 verdreht werden kann.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Voraussetzung ist, daß die Einspritzpumpe mit

Überschuß fördert. Im Augenblick der Freigabe der Überströmöffnungen gelangt ein Teil der unter Höchstdruck stehenden Fördermenge durch die Überströmkanäle 2i in den Sammelkanal 24. Von dort strömt ein Teil durch die unveränderliche Drosselstelle 46 in den Zylinderraum 45 und von da in die Leitungen 52, 39, 40. Ein weiterer Teil strömt durch den unter dem Druck der Feder 32 veränderlichen Drosselspalt 37 in den Raum des zweiten Zylinders 32 vor dem Steuerkonus 30.

Der Druck in der Einspritz- und Rückströmleitung oder im Überströmkanal 24 wird hierbei durch den Einspritzdruck bestimmt, der im Mittel z. B. 80 bis 150 atü beträgt und bei Beginn der Einspritzung gegebenenfalls bis auf 600 atü Spitzendruck steigen kann.

Zwischen den Regelöffnungen 44' und 38 stellt sich hierbei ein Druckunterschied ein, welcher — abgesehen vom Widerstand in der Einspritzleitung —· durch

den Betrag »α« der axialen Versetzung beider Öffnungen zueinander, von der Enge des kegeligen Spaltes 37 und der Stellung des konischen Regelkolbens 30 bestimmt wird. Je größer der axiale Abstand a, je enger der Spalt und je weiter der Regelkolben nach links verschoben ist, um so größer ist auch die Druckdifferenz zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruckabschnitt der Rückströmleitung, wobei der Zylinderraumabschnitt 32 vor dem Regelkonus 30 unter dem gleichen Druck wie der Hochdruckabschnitt der Rückströmleitung 24 steht.

Bei niedriger Drehzahl der Maschine und damit der Einspritzpumpe wird auch der in der Pumpe bzw. im Reglerraum 32 während der Einspritzperiode auftretende Spitzendruck verhältnismäßig niedrig sein.

Die Regelfeder 27 wird daher den Regelkolben 28, 29 mit dem konischen Drosselglied 30 nach links verschieben. Erhöht sich die Drehzahl der Maschine und damit der Pumpe, so steigt auch der Flüssigkeitsdruck im Regelraum 32, wodurch der Steuerschieber 29 gegen die Wirkung der Feder 27 nach rechts verschoben wird. Die Drosselung zwischen den Regelöffnungen 44' und 38 wird dadurch vermindert und der Druck im Regelraum gesenkt, bis ein neuer Gleichgewichtszustand zwischen Flüssigkeitsdruck und

4-5 Feder 27 eingetreten ist. Gleichzeitig erhöht sich die über den Weg 24, 32, 39 rückströmende Brennstoffmenge, während sich die zur Einspritzung gelangende Brennstoffmenge verringert. Die Maschine kann hierdurch bei gleichbleibender Einstellung der Regel-So feder 27 im wesentlichen auf gleicher Drehzahl gehalten bzw. am Durchgehen verhindert werden. Bei abnehmender Drehzahl tritt eine entsprechend entgegengesetzte Regelwirkung ein. Zur Beeinflussung der Regelung bzw. zur willkürlichen Regelung der Brennstoffmenge vom Fahrersitz aus wird der Hebel 36 verstellt. In der gezeichneten Lage befindet sich derselbe in Leerlaufstellung »L«. Durch Verschwenken des Hebels, z. B. in die Stellung »V«, wird die Feder 27 stärker gespannt, was eine Verschiebung des Regelkonus 30 nach links zur Folge hat. Die Drosselung zwischen den Regelöffnungen 44' und 38 wird verstärkt und damit die aus den Pumpenräumen 21 zurückströmende Brennstoffmenge verringert bzw. die zur Einspritzung gelangende Brennstoffmenge erhöht. Bei Verschwenken des Hebels 36 in die Lage »Ü« (z. B. zum Starten der Maschine) tritt diese Wirkung in erhöhtem Maße ein.

Beim Verschwenken in die Null- oder Stopstellung »0« wird die Feder 27 entspannt. Die Anordnung ist hierbei zweckmäßig derart getroffen, daß in dieser Stellung die Drosselung zwischen den Öffnungen 44' und 38 durch den Ringspalt 37 ganz oder nahezu ganz aufhört, indem beispielsweise die Feder 27 völlig entspannt ist. Um hierbei infolge der Druckentlastung im Raum 32 ein Hängenbleiben des Kolbens zu vermeiden, ist vor dem Konus 30 die schwache Feder 31 vorgesehen, welche den Kolbenschieber 30, 29, 28 in formschlüssiger Verbindung mit der Regelfeder 27 hält. An Stelle der Feder 31 genügt unter Umständen auch ein Anschlag, durch den ein unbeabsichtigtes Absperren der Steueröffnungen 44', 38 durch den Steuerschieber 29 verhindert wird. Der Anschlag kann verstellbar sein und gegebenenfalls durch Zurückdrücken des Kolbens 29 die Drosselung für Stopstellung aufheben. Zusätzlich zur Feder 27 kann z. B. innerhalb derselben eine besondere Leerlauffeder sein.

Die Verbindungsleitung 40 zum Raum 41 ist vorgesehen, um diesen stets drucklos zu halten, da andernfalls infolge Durchsickerns von Druckbrennstoff durch die Führung des Kolbens 29 der Raum 41 allmählich unter Druck gesetzt und dadurch die Wirkungsweise des Reglers stören würde.

Wird der Hebel 47 z. B. vom Fahrersitz aus, z. B. durch das Beschleunigungspedal, im Uhrzeigergegensinn verschwenkt und damit die Drosselung zwischen der Öffnung 44 und dem Raum 45 verstärkt, so erhöht sich die zur Einspritzung gelangende Brennstoffmenge. Eine Erhöhung oder Erniedrigung der Drehzahl läßt jedoch die Stellung des Drosselkonus 43 unbeeinflußt, während sie den Drosselkonus 30 verstellt, bis ein neuer Gleichgewichtszustand zwischen dem Flüssigkeitsdruck im Raum 32 und der Feder 27 eingetreten ist. Das Gegenlager 33 der Feder kann hierbei unveränderlich angeordnet sein oder zur Regelung der Federspannung zusätzlich, z. B. durch Welle 34 mit Nocken 35, verstellt werden.

Wie bereits erwähnt, ist, um unerwünschte Rückwirkungen auf die Regelung zu vermeiden, eine solche Steuerung erforderlich, daß jeweils nur der Pumpenraum 21 eines einzigen Pumpenzylinders mit dem Rückströmraum 24 in offener Verbindung steht. Es müssen also die Pumpenkolben ihre zugehörige Rückströmöffnung 23 jeweils geschlossen haben, bevor der Pumpenraum des in der Einspritzfolge nächstfolgenden Pumpenzylinders mit dem Rückströmraum 24 in Verbindung tritt.

Eine solche Steuerung wird im allgemeinen bei Pumpen bis zu sechs Pumpenzylindern möglich sein. In Fig. 2 ist beispielsweise das Nockenhubdiagramm einer Sechszylinder-Einspritzpumpe dargestellt, deren Saugöffnung mit 20 bezeichnet ist. Die Überschneidung der Hubkurven für die in der Einspritzfolge aufeinanderfolgenden Pumpenzylinder (z. B. die Zylinder 6 und 1) erfolgt hierbei in einem Punkt y, in welchem die Oberkanten der von der Nockenwelle angetriebenen

Pumpenkolben einen Abstand χ (von z. B. 4 mm) von der Unterkante der Steueröffnung 23 besitzen. Hierdurch ist ein für die Abdichtung in allen Fällen ausreichender Abstand der die Verbindung zwischen Pumpenraum und Rückströmraum steuernden Kante gewährleistet.

Bei mehr als sechs Pumpenzylindern kann in der Regel ein gemeinsamer Rückströmraum nicht mehr vorgesehen werden. Durch gruppenweise Zusammenfassung der einzelnen Pumpenzylinder kann jedoch auch in diesem Falle eine Regelung im Sinne der Erfindung vorgesehen werden. Eine derartige Pumpe ist z. B. in Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Pumpe ist z. B. als Achtzylinderpumpe ausgebildet, wobei je vier Pumpenzylinder 21' bzw. 21" einen gemeinsamen Rückströmraum 24 bzw. 24" besitzen. Jeder der beiden Rückströmräume ist durch eine gesonderte Öffnung 25', 25" an den zur Drosselung dienenden konischen Ringkanal 37 angeschlossen. Die Ableitung

erfolgt über die gegenüber den Öffnungen 25', 25" versetzte Abflußöffnung 38 des Niederdruckabschnittes 39 der Rückströmleitung. Da die Öffnungen 25' bzw. 25" auf einander entgegengesetzten Seiten des konischen Drosselgliedes 30 in den konischen Ringas spalt 37 einmünden, ist ein genügender Drosselwiderstand zwischen ihnen gegeben, um eine Rückwirkung eines Pumpenzylinders der einen Gruppe auf die Regelung der Einspritzmenge eines Pumpenzylinders der anderen Gruppe auszuschließen. Die Rückströmöffnung 38 ist, wie in Fig. 4 dargestellt, zweckmäßig je um 90⁰ zu den Steueröffnungen 25' bzw. 25" versetzt, so daß eine gleichmäßige Drosselwirkung für beide Rückströmräume gewährleistet ist.

Fluchtgleich zum Drosselkonus 30 und Steuerschieber 29 ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wieder ein besonderes, entsprechend Fig. 1 ausgebildetes Drosselglied 42, 43 vorgesehen. An die Rückströmräume 24', 24" schließen sich Bohrungen 53' bzw. 53" an, deren Mündungen 44' und 44" in den Zylinderraum 45 in Höhe des Drosselspaltes 46 angeordnet sind.

Die Ableitung 52 führt zur Saugseite der Einspritzpumpenzylinder, ζ. B. in den Brennstoffvorratsbehälter oder in den Innenraum der Einspritzpumpe oder auch (wie in Fig. 1) in den Niederdruckabschnitt 39 der Rückströmleitung, zurück.

Im Rahmen der Erfindung können auch, insbesondere bei einer höheren Anzahl von Pumpenzylindem, statt zwei Rückströmräume auch deren drei oder mehrere vorgesehen sein, die durch ein gemeinsames, selbsttätig oder willkürlich verstellbares Regelglied oder auch durch gesonderte Regelglieder gesteuert werden können.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vorrichtung zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge bei Brennkraftmaschinen mit zwei Rückströmleitungen, in denen je ein verstellbares Drosselorgan angeordnet ist, von denen das eine in einer Verstellrichtung hydraulisch und das andere in einer Verstellrichtung von Hand betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Drosselorgan (30) in Öffnungsrichtung vom Druck des einzuspritzenden Brennstoffes und in Schließrichtung von einer Feder (27) mit einer von Hand (34) einstellbaren Vorspannung verstellbar ist, während das andere Drosselorgan (43) in Schließrichtung formschlüssig unmittelbar von Hand (47) und in Öffnungsrichtung von einer der Handverstellung entgegenwirkenden Feder (50) verstellbar und so bemessen ist, daß die von ihm beeinflußte Brennstoffteilmenge die einzuspritzende Brennstoffmenge in einem der Leistungsänderung der Brennkraftmaschine entsprechenden Ausmaß verstellt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere je einer Zylindergruppe zugeordnete Hochdruckabschnitte (24', 24") der Rückströmleitung durch je ein gemeinsames Drosselglied (29 bzw. 42) mit je einer gemeinsamen Ableitung (39 bzw. 52) geregelt werden.
3. 3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in Öffnungsrichtung vom Druck des einzuspritzenden Brenn- stoffes verstellbare Drosselorgan (30) als ein in einer zylindrischen Bohrung angeordneter zylindrischer Steuerkolben (29) mit einem konischen Regelansatz (30) ausgebildet ist und daß in dem hierdurch gebildeten konischen Ringspalt (37) der Hochdruckabschnitt (24, 24', 24") der zugehörigen Rückströmleitung und axial in Richtung auf den zylindrischen Steuerkolben dazu versetzt der Niederdruckabschnitt (38, 39) einmündet.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hochdruckabschnitte (24', 24") der Rückströmleitung um i8o° zueinander versetzt in den Ringspalt (37) münden und die gemeinsame Ableitung (39) um 90⁰ gegen die Einmündungen der Hochdruckabschnitte (24', 24") versetzt ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 401883.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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