EP0075856B1

EP0075856B1 - Fuel injection pump for internal combustion engines

Info

Publication number: EP0075856B1
Application number: EP82108762A
Authority: EP
Inventors: Gerald Höfer; Helmut Laufer; Max Dr. Straubel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-09-29
Filing date: 1982-09-22
Publication date: 1988-05-18
Also published as: US4796592A; EP0075856A2; EP0236691A2; EP0236691B1; DE3138607A1; DE3279951D1; EP0075856A3; JPS5867928A; EP0236691A3; DE3278508D1

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Bei einer durch die GB-A-20 56 716 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art wird das federnde Glied von einer Bimetallfeder beaufschlagt, die am einen Ende gehäusefest eingespannt ist und mit einer Heizwicklung versehen ist. Diese bewirkt bei Zuschalten an eine Strom- bzw. Spannungsquelle eine Erwärmung der Bimetallfeder und somit eine Änderung der Grundeinstellung der Bimetallfeder durch Verformung derselben. Die Bimetallfeder muß dabei ständig beheizt werden, um eine bestimmte Vorspannung auf das Ventilschließglied des Druckventils zu übertragen. Die Beherrschung eines bestimmten Steuerdrucks ist dabei durch die Schwierigkeit gekennzeichnet, die darin besteht, daß die Bimetallfeder Abkühlungs- und Aufwärmungscharakteristiken unterworfen ist und somit verhältnismäßig träge auf einen sich ändernden Heizstrom in der Heizwicklung reagiert. Es ist hier mit erheblichen Schwankungen des sich einstellenden Steuerdrucks zu rechnen. Auch wenn, wie vorgeschlagen, die bekannte Einrichtung nur für eine sogenannte Schwarz-weiß-Steuerung vorgesehen ist, ist ihr träges Verhalten dennoch von Nachteil.The invention relates to a fuel injection pump according to the preamble of the independent claim. In a fuel injection pump of this type known from GB-A-20 56 716, the resilient member is acted upon by a bimetallic spring which is clamped fixed to the housing at one end and is provided with a heating winding. When connected to a current or voltage source, this causes the bimetal spring to heat up and thus to change the basic setting of the bimetal spring by deforming it. The bimetallic spring must be constantly heated in order to transmit a certain preload to the valve closing element of the pressure valve. The control of a certain control pressure is characterized by the difficulty that the bimetal spring is subject to cooling and warming-up characteristics and thus reacts relatively sluggishly to a changing heating current in the heating winding. Significant fluctuations in the resulting control pressure can be expected here. Even if, as suggested, the known device is only intended for a so-called black-and-white control, its sluggish behavior is nevertheless disadvantageous.

Bei einer durch die GB-A-20 57 720 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs ist als Steuerorgan ein Magnetventil vorgesehen, das parallel zu einem Druckhalteventil geschaltet ist (Figur 4). Beide Ventile sind jedoch nicht unmittelbar mit dem Steuerdruckraum des Drucksteuerventils verbunden. Dazwischen ist ein Ventil geschaltet, das in Abhängigkeit von der Temperatur und der Drehzahl entweder die Entlastungsleitung des Steuerdruckraumes zum Druckhalteventil freigibt oder verschließt. Zugleich mit der Freigabe der Steuerdruckleitung wird aber ein parallel zum Drucksteuerventil liegendes Druckhalteventil gesperrt. Dieses Druckhalteventil dient zur Einstellung eines bestimmten Steuerdruckes bei kalter Brennkraftmaschine, wobei die Funktion des Drucksteuerventils durch Sperren der Entlastungsleitung aufgehoben ist. Bei warmer Brennkraftmaschine und geöffneter Entlastungsleitung kann mit Hilfe des dem Magnetventil parallel liegenden Druckhalteventils eine verschobene Kennlinie erzeugt werden, wobei das Magnetventil den Zweck hat, die Wirkung des Druckhalteventils gezielt ab- bzw. zuzuschalten. Mit dieser Einrichtung ist es also nur möglich, eine einzige Druckvariante zur normalen Funktion des Drucksteuerventils einzustellen.In a fuel injection pump known from GB-A-20 57 720 according to the preamble of the independent claim, a solenoid valve is provided as the control element, which is connected in parallel with a pressure-maintaining valve (FIG. 4). However, both valves are not directly connected to the control pressure chamber of the pressure control valve. A valve is connected between them, which depending on the temperature and the speed either releases or closes the relief line of the control pressure chamber to the pressure control valve. Simultaneously with the release of the control pressure line, a pressure holding valve lying parallel to the pressure control valve is blocked. This pressure control valve is used to set a specific control pressure in a cold internal combustion engine, the function of the pressure control valve being canceled by blocking the relief line. When the internal combustion engine is warm and the relief line is open, a shifted characteristic curve can be generated with the aid of the pressure holding valve lying parallel to the solenoid valve, the solenoid valve having the purpose of specifically switching off or on the effect of the pressure holding valve. With this device it is therefore only possible to set a single pressure variant for the normal function of the pressure control valve.

Ausgehend vom obigen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzpumpe zu schaffen, mit der mit geringem Aufwand eine Vielzahl von Kennlinien des Steuerdruckverlaufs über der Drehzahl zur schnellen und exakten Einstellung des Spritzbeginns bei sich ändernden Betriebsparametern erzielbar ist. Dabei soll es möglich sein, den im Druckraum des Drucksteuerventils wirkenden Steuerdruck in Abhängigkeit von mehreren Parametern wie Luftdruck, Luft- oder Kraftstofftemperatur, Drehzahl oder Temperatur der Brennkraftmaschinen zu beeinflussen mit einem hohen Grad an Genauigkeit.Starting from the above prior art, the invention has for its object to provide a fuel injection pump with which a large number of characteristic curves of the control pressure curve over the speed can be achieved with little effort for quick and exact setting of the start of spraying with changing operating parameters. It should be possible to influence the control pressure acting in the pressure chamber of the pressure control valve as a function of several parameters such as air pressure, air or fuel temperature, speed or temperature of the internal combustion engines with a high degree of accuracy.

Advantages of the invention

Die obengenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Diese Lösung weist den Vorteil auf, daß mit der Ausgestaltung des Drehmagneten mit dem Permanentmagneten als Rückstellkraft die vom Drehmagneten erzeugte Steuerkraft proportional der Stromstärke und nicht etwa, wie sonst üblich, proportional dem Quadrat der Stromstärke ist. Der weitere wesentliche Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß das Schließglied zusammen mit dem Drehmagneten nach dem Prallplattenprinzip arbeitet und somit feinfühlig einen vorgegebenen Druck in dem Steuerdruckraum des Drucksteuerventils einregelt. Zwischen dem Schließglied des Druckventils und dem einzuregelnden Druck liegt ein Abströmspalt, durch den bei sich ändernder Annäherung des Schließgliedes an seinen Sitz sich sehr schnell die Druckverhältnisse und Druckrückwirkungsverhältnisse auf das Schließglied ändern. Durch diese Ausgestaltung wird insbesondere der Druck im Steuerdruckraum auf einen durch die Stromstärke vorgegebenen Wert exakt und schnell eingegelt.The above object is achieved according to the invention by the features of the independent claim. This solution has the advantage that with the design of the rotary magnet with the permanent magnet as the restoring force, the control force generated by the rotary magnet is proportional to the current and not, as is usual, proportional to the square of the current. Another important advantage of this embodiment is that the closing member works together with the rotary magnet according to the baffle plate principle and thus sensitively regulates a predetermined pressure in the control pressure chamber of the pressure control valve. There is an outflow gap between the closing element of the pressure valve and the pressure to be regulated, through which the pressure conditions and pressure reaction conditions on the closing element change very quickly as the closing element approaches its seat. With this configuration, in particular, the pressure in the control pressure chamber is precisely and quickly adjusted to a value predetermined by the current.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Ausführungsbeispiel mit einem der Steuerung des Steuerdrucks des Drucksteuerventils dienenden Ventil, das mit einer analog veränderbaren Schließkraft beaufschlagt ist, Fig. 2 ein Diagramm über den Steuerstromverlauf bei der Ausführung nach Fig. 1 und Fig. 3 ein Diagramm des Wegverlaufs des Verstellkolbens.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description. 1 shows the exemplary embodiment with a valve serving to control the control pressure of the pressure control valve, which is acted upon by an analogously variable closing force, FIG. 2 shows a diagram of the control current curve in the embodiment according to FIG. 1, and of the adjusting piston.

description of Embodiment

In den Nockentrieb einer Kraftstoffeinspritzpumpe 1, die hier nicht weiter detailliert dargestellt ist, greift über einen Stift 2 für die Verstellung des Spritzbeginnzeitpunktes ein Verstellkolben 3 ein. Dieser ist durch in einem Arbeitsraum 4 befindliche Druckflüssigkeit entgegen einer Rückstellfeder 5 verschiebbar, wobei, je weiter der Kolben in Richtung Feder verschoben wird, der Spritzzeitpunkt bezüglich des oberen Totpunktes eines Kolben der zugehörigen Brennkraftmaschine nach Früh verschoben wird. Eine Förderpumpe 6 saugt aus einem Kraftstoffbehälter 7 Kraftstoff an und fördert ihn in einen nicht weiter dargestellten Saugraum üblicher Ausgestaltung der Kraftstoffeinspritzpumpe, aus welchem die Pumpenarbeitsräume der Kraftstoffeinspritzpumpe mit Kraftstoff versorgt werden. Über eine eine Drossel 8 enthaltende Leitung 9 ist der Arbeitsraum 4 mit dem Saugraum verbunden. Mit Hilfe eines Drucksteuerventils 11 wird der Förderdruck der Förderpumpe 6 und damit der Druck im Saugraum zunächst drehzahlabhängig gesteuert, wobei mit zunehmender Drehzahl der Druck proportional ansteigt. Dieser drehzahlabhängige Druck bewirkt, daß mit zunehmender Drehzahl der Spritzverstellkolben 3 in Richtung Früh-Einstellung des Spritzzeitpunktes verschoben wird.In the cam drive of a fuel injection pump 1, which is not shown in further detail here, an adjusting piston 3 engages via a pin 2 for the adjustment of the start of injection. This is displaceable by a pressure fluid located in a working space 4 against a return spring 5, with the further the piston being displaced in the direction of the spring, the injection timing is shifted early with respect to the top dead center of a piston of the associated internal combustion engine. A feed pump 6 draws fuel from a fuel tank 7 and feeds it into a suction chamber of the fuel injection pump, which is not shown in more detail and from which the pump work spaces of the fuel injection pump are supplied with fuel. The work space 4 is connected to the suction space via a line 9 containing a throttle 8. With the help of a pressure control valve 11, the delivery pressure of the delivery pump 6 and thus the pressure in the suction chamber are initially controlled as a function of the speed, the pressure increasing proportionally with increasing speed. This speed-dependent pressure has the effect that, as the speed of rotation increases, the injection adjustment piston 3 is displaced in the direction of early adjustment of the injection timing.

In Fig. 3 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem über der Drehzahl n der Hub s des Verstellkolbens dargestellt ist. I kennzeichnet die Kennlinie für den Normalbetrieb. Mit zunehmender Drehzahl erfolgt eine lineare Verstellung nach Früh. Mit 11 ist eine dazu parallel verlaufende Kennlinie bezeichnet, die einzuhalten notwendig wäre, wenn die Brennkraftmaschine in höher gelegenen Gebieten als üblich, z. B. in 2 200 m Höhe betrieben wurde. Ähnliche Verschiebungen ergeben sich auch für andere Umweltbedingungen, wie z. B. Luft- oder Kraftstofftemperatur oder Temperatur der Brennkraftmaschine.3 shows a diagram in which the stroke s of the adjusting piston is shown over the speed n. I denotes the characteristic curve for normal operation. As the speed increases, there is a linear advance adjustment. With 11 a parallel characteristic is designated, which would have to be observed if the internal combustion engine in higher areas than usual, for. B. was operated at a height of 2,200 m. Similar shifts also arise for other environmental conditions, such as. B. air or fuel temperature or temperature of the internal combustion engine.

Zur Beeinflussung des auf den Verstellkolben 3 wirkenden Drucks erhält das Drucksteuerventil 11 folgende Ausgestaltung: Das Drucksteuerventil 11 weist einen Steuerkolben 14 auf, der in einem Zylinder 13 dicht verschiebbar angeordnet ist und mit seiner einen Stirnfläche 15 eine Abflußöffnung 16 in der Wand des Zylinders 13 steuert. Die Abflußöffnung führt zu einem Entlastungsraum, der z. B. die Saugseite der Förderpumpe 6 oder der Kraftstoffbehälter 7 sein kann. Auf der anderen Seite ist der Steuerkolben 14 durch eine zwischen Steuerkolben und stirnseitiger Verschlußwand des Zylinders 13 eingespannte Steuerfeder 17 derart belastet, daß der Steuerkolben 14 bestrebt ist, die Abflußöffnung 16 zu verschließen. Die erste Stirnseite 15 des Steuerkolbens grenzt an einen Raum 18, der über eine Druckleitung 19 mit der Druckseite der Förderpumpe 6 verbunden ist.In order to influence the pressure acting on the adjusting piston 3, the pressure control valve 11 has the following configuration: The pressure control valve 11 has a control piston 14 which is arranged in a cylinder 13 in a tightly displaceable manner and with its one end face 15 controls a drain opening 16 in the wall of the cylinder 13 . The drain opening leads to a relief space, the z. B. can be the suction side of the feed pump 6 or the fuel tank 7. On the other hand, the control piston 14 is loaded by a control spring 17 clamped between the control piston and the front closure wall of the cylinder 13 in such a way that the control piston 14 endeavors to close the drain opening 16. The first end face 15 of the control piston borders a space 18 which is connected to the pressure side of the feed pump 6 via a pressure line 19.

Auf der Rückseite des Steuerkolbens 14 ist in dem Zylinder 13 ein Steuerdruckraum 20 eingeschlossen, der über eine Drosselbohrung 21 im Steuerkolben 14 mit dem Raum 18 verbunden ist. Aus dem Steuerdruckraum 20 führt eine Druckleitung 23 ab, die zu einem Druckventil 24 führt. Dieses weist als Schließglied eine Kugel 25 auf, die die Einmündung der Druckleitung 23 in einen Ventilraum 26 steuert. Aus dem Venteilraum 26 führt eine Entlastungsleitung 34 zum Entlastungsraum ab, der wiederum z. B. die Saugseite der Förderpumpe 6 oder der Kraftstoffvorratsbehälter 7 sein kann. Dieses Ventilschließglied wird durch einen federnden Arm 27 belastet und in der Zuordnung zur stutzenförmigen Einmündung 28 der Druckleitung 23 gehalten. Der federnde Arm ist dabei Teil eines Drehankers 29 einer Elektromagnetanordnung 30. Diese weist eine Feldwicklung 31 auf, die von einer elektrischen Steuereinrichtung 32 mit Strom versorgt wird. Die elektrische Steuereinrichtung gibt dabei ein in Abhängigkeit von den zu berücksichtigenden Betriebsparametern gebildeten Steuerstrom ab, durch den ein mehr oder weniger starkes Drehmoment auf den Drehanker ausgeübt wird. Zugleich wirkt auf den Drehanker noch eine Basisrückstellkraft, die in bekannter Weise entweder durch Federn oder durch Permanentmagnetismus erzeugt wird. Je nach Erregung der Feldwicklung 31 drückt somit der federnde Arm mehr oder weniger stark auf das Schließglied 25 und bestimmt somit den Druck im Steuerdruckraum 20. Bei kalter Brennkraftmaschine kann der Stutzen durch entsprechende Strombeaufschlagung ganz geschlossen werden.On the rear of the control piston 14, a control pressure chamber 20 is enclosed in the cylinder 13, which is connected to the chamber 18 via a throttle bore 21 in the control piston 14. A pressure line 23 leads out of the control pressure chamber 20 and leads to a pressure valve 24. This has a ball 25 as a closing member, which controls the opening of the pressure line 23 into a valve chamber 26. From the valve chamber 26 leads a relief line 34 to the relief chamber, which in turn z. B. can be the suction side of the feed pump 6 or the fuel tank 7. This valve closing member is loaded by a resilient arm 27 and held in association with the nozzle-shaped mouth 28 of the pressure line 23. The resilient arm is part of a rotary armature 29 of an electromagnet arrangement 30. This has a field winding 31 which is supplied with current by an electrical control device 32. The electrical control device emits a control current formed as a function of the operating parameters to be taken into account, by means of which a more or less strong torque is exerted on the rotating armature. At the same time, a basic restoring force acts on the rotary armature, which is generated in a known manner either by springs or by permanent magnetism. Depending on the excitation of the field winding 31, the resilient arm presses more or less strongly on the closing member 25 and thus determines the pressure in the control pressure chamber 20. When the internal combustion engine is cold, the connection piece can be closed completely by applying a corresponding current.

Diese Wirkung ist in dem Diagramm in Fig. 3 dargestellt durch die Kurve 111. Mangels Druckgefälle zwischen Steuerdruckraum 20 und Raum 18 vor dem Steuerkolben 14 wird dieser durch die Steuerfeder 17 so verschoben, daß die Abflußöffnung 16 ganz verschlossen ist. Entsprechend wird der gesamte von der Förderpumpe 6 geförderte Kraftstoff dem Saugraum der Brennkraftstoffeinspritzpumpe zur Druckbildung zugeführt, was zu einem wesentlich steileren Druckanstieg führt und zu einer entsprechenden Früh-Verstellung des Spritzzeitpunktes. Ab Erreichen einer bestimmten Temperatur der Brennkraftmaschine kann dann das Drucksteuerventil 24 nach Öffnen zur Entlastungsleitung 34 seine vorgesehene Arbeitsweise aufnehmen gemäß einer der Kurven I und II.This effect is shown in the diagram in FIG. 3 by curve 111. In the absence of a pressure drop between control pressure chamber 20 and chamber 18 in front of control piston 14, the latter is displaced by control spring 17 in such a way that drain opening 16 is completely closed. Correspondingly, all of the fuel delivered by the feed pump 6 is fed to the suction space of the fuel injection pump for pressure formation, which leads to a substantially steeper pressure increase and to a corresponding early adjustment of the injection timing. Once a certain temperature of the internal combustion engine has been reached, the pressure control valve 24, after opening to the relief line 34, can begin its intended operation according to one of the curves I and II.

In Fig. 2 ist der lineare Zusammenhang zwischen der Strombeaufschlagung der Feldwicklung 31 und dem im Steuerdruckraum 20 erreichbaren Steuerdruck dargestellt.2 shows the linear relationship between the current applied to the field winding 31 and the control pressure achievable in the control pressure chamber 20.

In weiterer Ausgestaltung kann der Saugraum der Kraftstoffeinspritzpumpe 1 über eine Entlüftungsleitung 36 mit der Druckleitung 23 verbunden sein. Dabei ist der Entlüftungsleitung 36 eine Drossel 37 angeordnet, die jedoch wesentlich kleiner ist als die Drossel der Drosselbohrung 21. Hierbei wird in vorteilhafter Weise die Spülkraftstoffmenge zur Beeinflussung des Drucks im Steuerdruckraum 20 verwendet. Natürlich kann die Verbindung vom Steuerdruckraum 20 zur Druckseite der Förderpumpe 6 anstelle der Drosselbohrung 21 ausschließlich über eine solche Leitung 23 verwirklicht werden.In a further embodiment, the suction space of the fuel injection pump 1 can be connected to the pressure line 23 via a ventilation line 36. The vent line 36 is arranged a throttle 37, however is significantly smaller than the throttle of the throttle bore 21. In this case, the amount of flushing fuel is advantageously used to influence the pressure in the control pressure chamber 20. Of course, the connection from the control pressure chamber 20 to the pressure side of the feed pump 6 can only be realized via such a line 23 instead of the throttle bore 21.

Durch die oben beschriebene Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung wird somit der Druck im Steuerdruckraum 20 analog gesteuert durch eine Steuereinrichtung, die sämtliche relevanten Parameter für die Spritzzeitpunkteinstellung berücksichtigen kann. Überlagert kann eine temporäre Früh-Verstellung des Spritzzeitpunktes bei kalter Brennkraftmaschine erfolgen.Through the embodiment of the solution according to the invention described above, the pressure in the control pressure chamber 20 is thus controlled analogously by a control device which can take into account all relevant parameters for setting the injection timing. A temporary early adjustment of the injection time can take place in a cold internal combustion engine.

Claims

Fuel injection pump for internal-combustion engines with a fuel delivery pump (6) which is driven in synchronism with the fuel injection pump (1) and the pressure side of which is connected to a working space (4) upstream of an adjusting piston (3), serving to adjust the beginning of injection of the fuel injection pump and impinged by a restoring force (5), and further connected via an outflow opening (16), controlled by a control piston (14) of a pressure control valve (11), to a relief space (7) for the generation of a speed-dependent control pressure, the control piston (14) being impinged at the rear end by a restoring force and a control pressure space (20) located at the rear end of the control piston (14) being connected via a throttle connection (21) to the pressure side of the fuel delivery pump (6) and via a relief line (23) to the relief space (7), there being arranged in the relief line (23) a control valve (24), which has a closing element (25), which is loaded on the one side by . a resilient element (27) and on the other side by the pressure in the control pressure space (20), and the loading of the closing element (25) by the resilient element (27) being controlled by an electrical control member (30) controlled in dependence on operating parameters, characterized in that the electrical control member is a rotating armature (27, 29), which has its point of rotation between pairs of poles of an electromagnetic arrangement (30) and can be brought into an initial position by a restoring force generated with the aid of permanent magnets, and in that the resilient element (27) is part of the rotating armature (29) and the closing element (25) of the valve (24) is loaded with a closing force proportional to an electrical controlled variable.