EP0122399B1 - Einspritzzeitpunktversteller für eine Einspritzpumpe einer Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents
Einspritzzeitpunktversteller für eine Einspritzpumpe einer Hubkolbenbrennkraftmaschine Download PDFInfo
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- F02D1/16—Adjustment of injection timing
- F02D1/18—Adjustment of injection timing with non-mechanical means for transmitting control impulse; with amplification of control impulse
Definitions
- the invention relates to an injection timing for an injection pump of a 0 reciprocating internal combustion engine with a generator driven by the internal combustion piston engine drive gear, which is arranged with an axially displaceable helical gearing coaxially on the end of a cam shaft of the injection pump, by an actuating device of the Einspritzzeitticianverstellers which in Ablindtechnik an operating parameter the reciprocating piston internal combustion engine can be actuated, the axial position of the drive gear on the camshaft can be changed to change the angular position of the drive gear relative to the camshaft.
- centrifugal adjusters for reciprocating piston internal combustion engines are generally built as centrifugal adjusters, the adjustment forces of which, given the limited space available for mounting inside or outside the internal combustion engine, go little beyond the necessary minimum requirements.
- centrifugal force adjusters is adversely affected by the fluctuating torque of the camshaft of the injection pump and the undesirable alternating torque emanating from the drive of the reciprocating piston internal combustion engine.
- the use of larger types with more work capacity is prohibited due to the limited space.
- a generic injection timing adjuster is known from US-A-3, 401, 572.
- a drive gear which is driven by the crankshaft of the reciprocating internal combustion engine, is arranged on the extended end of the camshaft of the injection pump via a helical toothing.
- An axial displacement of the drive gear on the camshaft causes a change in the angular position or a rotation of the drive gear relative to the camshaft of the injection pump via the helical teeth. This rotation causes the start and end of the injection to be moved early or late depending on the direction of the rotation.
- the axial position of the drive gearwheel relative to the camshaft and thus the angular position of these two parts relative to one another is achieved by a balance between a force from an oil pressure and a spring force.
- the oil pressure is controlled with the help of a control piston depending on the centrifugal force on the 01 in a separate swirl chamber, the centrifugal force acting there being a function of the speed of the drive gear.
- the generic injection timing adjuster thus operates in a clearly dependent manner on the speed of the reciprocating piston internal combustion engine.
- Such a generic injection timing adjuster has a large number of complicated parts and is correspondingly complex to manufacture. Contamination in the oil can lead to malfunctions in the function of the injection timing adjuster.
- An injection timing adjuster is also known (DE-A-17 SI 770), in which the drive gear is rotatably mounted on the extended camshaft of the injection pump and is rotated relative to the injection pump camshaft by means of a helical spline coupling (axially displaceable helical toothing).
- a helical spline coupling axially displaceable helical toothing
- the invention has for its object to provide an injection timing adjuster, which allows simple and safe adjustment of the injection timing without affecting the non-uniform torque of the injection pump and the alternating torque from the drive of the reciprocating piston internal combustion engine.
- the axial position of the drive gear on the end of the camshaft provided with the helical teeth and thus the angular position of the drive gear relative to the camshaft is fixed by the threaded spindle provided with two counter-rotating threads, each of which engages with a thread in the camshaft and on the drive gear. Due to the helical toothing, the drive and alternating torques of the injection pump lead to corresponding axial forces that are safely absorbed by the threaded spindle. Influencing the angle of rotation position or the injection timing by the drive or alternating torques is therefore excluded.
- an electric eddy current brake is connected to the threaded spindle, so that when the primary part is actuated Eddy current brake the threaded spindle is braked in its speed. Since the threaded spindle is also subjected to a torque against the braking torque of the eddy current brake from the force of a spring, the braking torque is in equilibrium with this spring force. A specific braking torque is thus assigned exactly one angle of rotation position of the drive gear to the camshaft.
- the electrical eddy current brake is controlled by an electrical control device.
- This electrical control device can process a plurality of different operating parameters of the reciprocating piston internal combustion engine in a simple manner to a specified size of the rotational angle position of the drive gear to the camshaft or to a specific braking torque.
- Each of the individual operating parameters of the reciprocating piston internal combustion engine can therefore exert a specific, separate influence on the injection timing independently of the other operating parameters.
- the injection point adjuster according to the invention thus always works reliably, is a robust, insensitive construction and is structurally simple, which favors inexpensive production.
- the adjustment forces required are also particularly low, so that sensitive adjustment with only low operating energies is possible.
- the electrical control device detects a large number of operating parameters of the reciprocating piston internal combustion engine in an electrical manner by means of suitable electrical transmitters and processes them into an electrical setpoint that is directly proportional to the braking torque of the eddy current brake. No mechanical transmission elements are required, so that the entire control system is particularly low-maintenance.
- the control device is additionally supplied with the information about the position of the top dead center. Together with the information about the position of the camshaft of the injection pump, which is detected by another separate encoder, the electrical control device can determine the instantaneous actual value of the angular position of the drive gear to the camshaft, i. H. record the current actual value of the injection timing adjustment. In this closed control loop with feedback of the controlled variable, the electrical control device may be able to correct the setting value of the injection time. The control quality that can be achieved is thus advantageously improved.
- the single figure shows an injection timing adjuster with helical teeth and an electric eddy current brake.
- the braking torque acting against the force of the spiral spring 8 can be changed by a current change in the primary part 11 of the electric eddy current brake 10, 11, whereby the threaded spindle 7 is rotated and the drive gear 3 is axially displaced, which at the same time results in a change in the rotational change position due to the helical toothing 4 .
- a marking disk 12 which acts on the sensor 14 fixed to the housing by means of a pulse generator 13, serves to detect the angular position of the camshaft 1. In the same way, one acts on the circumference of the drive gear 3 used pulse generator 16 on the sensor 15. This results in the angular deviation between the drive gear 3 and the camshaft 1 or the angular distance from the top dead center of the internal combustion engine.
- These measured values are entered in an electrical control device (not shown) which, based on various input variables such as speed, engine power, charge air pressure or charge air temperature, specifies an electrical setpoint for the injection timing adjuster. With the output variable of the electrical control device, an electrical current, the braking torque is changed for adjustment in the eddy current brake 10, 11, the threaded spindle 7 being rotated.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Einspritzzeitpunktversteller für eine Einspritzpumpe einer 0 Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem von der Hubkolbenbrennkraftmaschine angetriebenen Antriebszahnrad, das mit einer axial verschieblichen Schrägverzahnung koaxial auf dem Ende einer Nockenwelle der Einspritzpumpe angeordnet ist, wobei durch eine Stellvorrichtung des Einspritzzeitpunktverstellers, welche in Abängigkeit eines Betriebsparameters der Hubkolbenbrennkraftmaschine betätigbar ist, die axiale Lage des Antriebszahnrades auf der Nockenwelle zur Änderung der Drehwinkelstellung des Antriebszahnrades zur Nockenwelle veränderbar ist.
- Bekannte Einspritzzeitpunktversteller für Hubkolbenbrennkraftmaschinen sind in der Regel als Fliehkraftversteller gebaut, deren Verstellkräfte bei den beschränkten Platzverhältnissen bei Anbau innerhalb oder außerhalb der Brennkraftmaschine nur wenig über die notwendigen Mindestanforderungen hinausgehen. Dadurch wird bei dem schwankenden Drehmoment der Nockenwelle der Einspritzpumpe und dem vom Antrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine ausgehenden, unerwünschten Wechseldrehmoment die Funktion von Fliehkraftverstellern beeinträchtigt. Der Einsatz größerer Bauarten mit mehr Arbeitsvermögen verbietet sich wegen der knappen Platzverhältnisse.
- Ein gattungsgemäßer Einspritzzeitpunktversteller ist aus der US-A-3, 401, 572 bekannt. Auf dem verlängerten Ende der Nockenwelle der Einspritzpumpe ist über eine Schrägverzahnung ein Antriebszahnrad angeordnet, das von der Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine angetrieben wird. Eine axiale Verschiebung des Antriebszahnrades auf der Nockenwelle bewirkt über die Schrägverzahnung eine Änderung der Drehwinkelstellung bzw. eine Verdrehung des Antriebszahnrades gegenüber der Nockenwelle der Einspritzpumpe. Durch diese Verdrehung wird Beginn und Ende der Einspritzung je nach Richtung der Verdrehung nach fruh oder spät verlegt. Die axiale Stellung des Antriebszahnrades zur Nockenwelle und damit die Drehwinkelstellung dieser beiden Teile zueinander wird durch ein Gleichgewicht zwischen einer Kraft aus einem öldruck und einer Federkraft erreicht. Der Öldruck wird dabei mit Hilfe eines Steuerkolbens in Abhängigkeit der Fliehkraftwirkung auf das 01 in einem separaten Wirbelraum gesteuert, wobei die dort wirkende Fliehkraft eine Funktion der Drehzahl des Antriebszahnrades ist. Der gattungsgemäße Einspritzzeitpunktversteller arbeitet somit in eindeutig Abhängigkeit der Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine.
- Ein solcher gattungsgemäßer Einspritzzeitpunktversteller weist eine Vielzahl komplizierte Teile auf und ist entsprehend aufwendig in der Fertigung. Verschmutzungen im Öl können zu Störungen in der Funktion des Einspritzzeitpunktverstellers führen.
- Es ist ferner ein Einspritzzeitpunktversteller bekannt (DE-A-17 SI 770), bei dem das Antriebszahnrad auf der verlängerten Nockenwelle der Einspritzpumpe drehbeweglich gelagert ist und mittels einer schraubenförmigen Keilverzahnungskupplung (axial verschiebliche Schrägverzahnung) gegenüber der Einspritzpumpen-Nockenwelle verdreht wird. Bei der Verstellung der Kupplung in axialer Richtung bewirkt die schraubenförmige Reilverzahnungskupplung ein Drehmoment, dessen Abstützung nur über eine verhältnismäßig klein dimensionierte zylinderische Längsführung mit Abflachung möglich ist. Die axiale Länge der Kupplungsverzahnung ist sehr kurz; dadurch neigt die Längsführung zum Verkanten und zu Betriebsstörungen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einspritzzeitpunktversteller zu schaffen, der eine einfache und sichere Verstellung des Einspritzzeitpunkts ohne Beeinträchtigung von dem ungleichförmigen Drehmoment der Einspritzpumpe und dem Wechseldrehmoment aus dem Antrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird durch einen Einspritzzeitpunktversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Die axiale Lage des Antriebszahnrades auf dem mit der Schrägverzahnung versehenen Ende der Nockenwelle und damit die Drehwinkelstellung des Antriebszahnrades zur Nockenwelle wird durch die mit zwei gegenläufigen Gewinden versehene Gewindespindel fixiert, welche jeweils mit einem Gewinde in die Nockenwelle und an das Antriebszahnrad eingreift. Antriebs- und Wechselmomente der Einspritzpumpe führen infolge der Schrägverzahnung zu entsprechenden Axialkräften, die durch die Gewindespindel sicher abgefangen werden. Eine Beeinflussung der Drehwinkelstellung bzw. des Einspritzzeitpunktes durch die Antriebs- oder Wechselmomente ist daher ausgeschlossen. Zur änderung des Einspritzzeitpunktes bzw. der Drehwinkelstellung des Antriebszahnrades zur Nockenwelle muß lediglich die Gewindespindel verdreht werden, wodurch infolge der gegenläufigen Gewinde das Antriebszahnrad axial auf der Nockenwelle verschoben wird. Diese axiale Verschiebung föhrt infolge der Schrägverzahnung zur Änderung der Drehwinkelstellung des Antriebszahnrades zur Nockenwelle. Da die Gewindespindel zusammen mit der Nockenwelle und dem Antriebszahnrad rotiert, genügt eine relative Abbremsung in der Drehzahl der Gewindespindel bzw. eine relative Beschleunigung, um eine derarige Verdrehung zu erreichen. Erfindungsgemäß ist mit der Gewindespindel das Sekundärteil einer elektrischen Wirbelstrombremse verbunden, so daß bei Ansteuerung des Primärteils der Wirbelstrombremse die Gewindespindel in ihrer Drehzahl abgebremst wird. Da die Gewindespindel ferner aus der Kraft einer Feder mit einem Drehmoment entgegen dem Bremsmoment der Wirbelstrombremse beaufschlagt wird, steht das Bremsmoment im Gleichgewicht zu dieser Federkraft. Einem bestimmten Bremsmoment ist somit genau eine Drehwinkelstellung des Antriebszahnrades zur Nockenwelle zugeordnet.
- Die elektrischen Wirbelstrombremse wird von einer elektrischen Regeleinrichtung angesteuert. Diese elektrische Regeleinrichtung kann in einfacher Weise mehrere unterschiedliche Betriebsparameter der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu einer Vorgabegröße der Drehwinkelstellung des Antriebszahnrades zur Nockenwelle bzw. zu einem bestimmten Bremsmoment verarbeiten. Jede der einzelnen Betriebsparameter der Hubkolbenbrennkraftmaschine kann daher unabhängig von den anderen Betriebsparametern einen bestimmten, gesonderten Einfluß auf den Einspritzzeitpunkt ausüben.
- Der erfindungsgemäße Einspritzzeipunktversteller arbeitet somit stets zuverlässig, ist eine robuste unempfindliche Konstruktion und ist konstruktiv einfach aufgebaut, was eine preiswerte Fertigung begünstigt. Die benötigten Verstellkräfte sind zudem besondfrs gering, so daß eine feinfühlige Verstellung mit nur geringen Betriebsenergien ermöglich ist.
- Es ist zwar aus der US-A-3,815,564 ein Einspritzzeitpunktversteller bekannt der mehrere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine zu einer Vorgabegröße für den Einspritzzeitpunkt bzw. für die Drehwinkelstellung des Antriebszahnrades zur Nockenwelle der Einspritzpumpe verarbeitet, aber aus dieser Druckschrift sind keinesfalls die Ausgestaltungen und Vorteile einer von einer Gewindespindel betätigten Schrägverzahnung bekannt. Zudem wird die Verstellung des Drehwinkels in dem dortigen Einspritzzeitpunktversteller durch einen elektrischen Motor und nicht durch eine Wirbelstrombremse erreicht. Gerade aber die Kombination der elektrischen Wirbelstrombremse mit der Gewindespindel, die eine axale Verschiebung des Antriebszahnrades auf dem schrägverzahnten Ende der Nockenwelle der Einspritzpumpe erzielt, bewirkt die erfindungsgemäßen Vorteile einer besonders einfachen und sicheren Verstellmöglichkeit.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung erfaßt die elektrische Regeleinrichtung durch geeignete elektrische Geber eine Vielzahl von Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine auf elektrische Weis und verarbeitet diese zu einer elektrischen, direkt dem Bremsmoment der Wirbelstrombremse proportionalen Sollwert. Es werden keinerlei mechanische Übertragungselemente benötigt, so daß die gesamte Regelung besonders wartungsarm arbeitet.
- In Weiterbildung der Erfindung wird der Regeleinrichtung zusätzlich die Information über die Stellung des oberen Totpunktes zugeführt. Zusammen mit der Information über die Stellung der Nockenwelle der Einspritzpumpe, welche über einen weiteren separaten Geber erfaßt wird, kann die elektrische Regeleinrichtung den augenblicklichen Istwert der Drehwinkelstellung des Antriebszahnrades zur Nockenwelle, d. h. den augenblicklichen Istwert der Einspritzzeitpunktverstellung, erfassen. Die elektrische Regeleinrichtung ist bei diesem geschlossenen Regelkreis mit Rückkopplung der Regelgröße gegebenenfalls in der Lage, den Einstellwert des Einspritzzeitpunktes zu korrigieren. Die erreichbare Regelgüte wird so in vorteilhafter Weise verbessert.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, in der ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert ist.
- Die einzige Figur zeigt einen Einspritzzeitpunktversteller mit einer Schrägverzahnung und einer elektrischen Wirbelstrombremse.
- In der Figur ist das Ende einer verlängerten Nockenwelle 1 einer Einspritzpumpe innerhalb eines Gehäuseteils 2 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zu erkennen. Auf der Nockenwelle I ist das Antriebszahnrad 3 mittels einer Schrägverzahnung 4 axial beweglich gelagert, wobei aus Gründen einer einfacheren Herstellung ein topfförmiges Gehäuse 5 und eine Schiebemuffe 6 fest mit dem Antriebszahnrad 3 verbunden sind. Eine Gewindespindel 7 ist einerseits in die Nockenwelle 1 und anderereseits mit einem gegenläufigen Gewinde in das topfförmige Gehäuse 5 eingeschraubt. Bei Drehung der Gewindespindel 7 wird das Antriebszahnrad 3 auf der Nockenwelle 1 in axialer Richtung hin und her bewegt werden, wobei das Antriebszahnrad 3 durch die Schrägverzahnung 4 gegenüber der Nockenwelle I einen Drehwinkel zurücklegt. Auf der Verlängerung der Gewindespindel 7 ist eine Spiralfeder 8 angeordnet, die mit ihrem Innenende an der Gewindespindel 7 und mit ihrem Außenende an einem Mitnehmer 9 des topfförmigen Gehäuses 5 befestigt ist. Am Ende der Gewindespindel 7 ist das Sekundärteil 10 einer elektrischen Wirbelstrombremse 10, 11 befestigt. Durch eine Stromänderung im Primärteil 11 der elektrischen Wirbelstrombremse 10, 11 kann das entgegen der Kraft der Spiralfeder 8 wirkende Bremsmoment verändert werden, womit die Gewindespindel 7 verdreht und-das Antriebszahnrad 3 axial verschoben wird, was durch die Schrägverzahnung 4 zugleich eine änderung der Drehwechselstellung ergibt.
- Zur Erfassung der Drehwinkelstellung der Nockenwelle 1 dient eine Markierungsscheibe 12, die durch einen Impulsgeber 13 auf den gehäusefesten Sensor 14 wirkt. In gleicher Weise wirkt ein am Umfang des Antriebszahnrades 3 eingesetzter Impulsgeber 16 auf den Sensor 15. Damit ergibt sich die Winkelabweichung zwischen dem Antriebszahnrad 3 und der Nockenwelle 1 bzw. der Winkelabstand vom oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine. Diese gemessenen Werte werden in einer nicht dargestellten elektrischen Regeleinrichtung eingegeben, die aufgrund verschiedener Eingangsgrößen wie z.B. Drehzahl, Motorlfistung, Ladeluftdruck oder Ladelufttemperatur einen elektrischen Sollwert für den Einspritzzeitpunktversteller vorgibt. Mit der Ausgangsgröße der elektrischen Regeleinrichtung, einem elektrischen Strom, wird in der Wirbelstrombremse 10, 11 zur Verstellung das Bremsmoment geändert, wobei die Gewindespindel 7 verdreht wird.
Claims (6)
dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung eine zur Nockenwelle (1) koaxiale Gewindespindel (7) mit zwei einander gegenläufigen Gewinden und eine elektrische Wirbelstrombremse (10, 11) aufweist, wobei die Wirbelstrombremse (10, 11) aus einem gehäusefest angeordneten Stator als Primärteil (11) und aus einem mit der Gewindespindel (7) drehfest verbundenen Rotor als Sekundärteil (10) aufgebaut ist, daß die Gewindespindel (7) mit dem einen Gewinde in die Nockenwelle (1) und mit dem zweiten Gewinde zentral in ein topfförmiges Gehäuse (5), welches mit dem Antriebszahnrad (3) fest verbunden ist, eingeschraubt ist, und daß eine elektrische Regeleinrichtung in Abhängigkeit mehrerer Betriebsparameter der Hubkolbenbrennkraftmaschine das Primärteil (11) der Wirbelstrombremse (10, 11) mit einem elektrischen Signal ansteuert, wobei sich infolge des elektrischen Signals das Sekundärteil (10) mit der Gewindespindel (7) gegenüber der Nockenwelle (1) und dem Antriebszahnrad (3) entgegen der Kraft aus einer Rückstellfeder (8) verdreht-
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