EP0305716A2

EP0305716A2 - Verfahren zur Steuerung der Zeit der Kraftstoffhochdruckförderung einer Kraftstoffeinspritzpumpe

Info

Publication number: EP0305716A2
Application number: EP19880111647
Authority: EP
Inventors: Ewald Dr. Eblen; Anton Karle; Helmut Laufer; Max Dr. Straubel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-09-04
Filing date: 1988-07-20
Publication date: 1989-03-08
Anticipated expiration: 2008-07-20
Also published as: KR890005375A; JP2956769B2; EP0305716A3; DE3729636A1; DE3884531D1; KR0121785B1; US5201297A; EP0305716B1; JPS6483828A

Abstract

Zur Verminderung der Laufgeräusche einer Dieselbrennkraftmaschine wurden bisher aufwendige konstruktive Pumpengestaltungen vorgeschlagen, die das Ziel hatten, die Einspritzdauer im Leerlaufbereich der Brennkraftmaschine zu verringern. Mit der Verlegung der Einspritzförderung auf den letzten Hubabschnitt des den Pumpenkolben der Kraftstoffeinspritzpumpe antreibenden Nockens für den Leerlaufbetrieb, mittels einer Spritzbeginnverstelleinrichtung, in Kombination mit einer Einspritzdauerbestimmung, über die Schließphase eines den Pumpenarbeitsraum entlastenden elektrisch gesteuerten Ventils, kann insbesondere bei Verteilerkraftstoffeinspritzpumpen in einfacher Weise, ohne die Grundkonstruktion der Kraftstoffeinspritzpumpe zu beeinflussen, ein leiser Verbrennungsablauf im Leerlaufbetrieb erzielt werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs aus. Bei einem solchen, durch die DE-OS 33 10 872 bekannten Verfahren wird durch die Verstellung des Nockenantriebs die Kraftstofförderrate gesteuert verändert. Dabei handelt es sich um eine Radialkolbeneinspritzpumpe, bei der nun in Zusammenarbeit mit dem elektrisch gesteuerten Ventil bereits der Beginn der Nockenerhebungskurve einspritzwirksam ausgenutzt werden kann. Dabei wird von einer niedrigen Krafteinspritzrate entsprechend der relativ niedren Anfangssteigung der Nockenerhebungskurve auf eine hohe Kraftstoffeinspritzrate entsprechend dem mittleren Bereich der Nockenerhebungskurve umgeschaltet. Dies geschieht, um den Einspritzbeginn und auch die Einspritzrate an den Bedarf der Brennkraftmaschine anzupassen, und insbesondere während des Betriebes der Brennkraftmaschine zu ändern.
Ein besonderes Problem bei Dieselbrennkraftmaschinen ist die geräuscharme Verbrennung der geringen Kraftstoffeinspritzmengen, die für den Betrieb bei niedriger Last bzw. beim Leerlauf eingespritzt werden. Es gibt eine große Menge an Vorschlägen, die zu diesem Zweck eine Verlängerung der Spritzdauer anstreben, was zugleich mit einer Minderung der Einspritzrate verbunden ist. Zur Verminderung des Geräusches soll im Zeitpunkt der Zündung möglichst wenig Kraftstoff schlagartig zur Entflammung kommen. Wird nur mit einer geringen Kraftstoffeinspritzrate in diesen speziellen Betriebsbereichen eingespritzt, so wird nur eine Teilmenge schlagartig entflammt, der Rest des noch einzuspritzenden Kraftstoffs wird kontinuierlich danach zugeführt. Solche Maßnahmen zur Verlängerung der Einspritzdauer können entweder über Einspritzventilkonstruktionen oder Pumpenkonstruktionen durchgeführt werden. Diese Maßnahmen sind regelmäßig mit einem hohen Konstruktionsaufwand, insbesondere dann, wenn die Kraftstoffeinspritzrate durch Abströmen von Kraftstoffteilmengen im Bypass zur unter Hochdruck geförderten Kraftstoffmenge erfolgen soll.

Vorteile der Erfindung

D erfindungsgemäße mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs weitergebildete Verfahren hat gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik den Vorteil, daß durch die spezielle Wahl des bis zum oberen Totpunkt gehenden Teil der Nockenerhebungskurve für den Pumpenkolbenantrieb bei niedriger Last und dem dort vorliegenden flachen Kurvenverlauf auf einfache Weise eine zum Zwecke der Geräuschminderung im Leerlauf der Brennkraftmaschine gewünschte niedrige Kraftstoffeinspritzrate erzielt werden kann. Durch die damit mittels Ansteuern des elektrischen Ventils zunächst resultierende Spätverlegung des Einspritzbeginns wird durch eine kompensierende Frühverstellung des Spritzbeginns über die Verstellung des Nockenantriebs kompensiert. Mit zunehmender Last aus dem Niedrigstlastbereich hinaus erfolgt dann am Nockenantrieb eine Spätverstellung, die der üblichen drehzahlabhängigen Frühverstellung des Spritzbeginns überlagert ist. Damit können für den speziellen Betrieb im Leerlaufbereich bzw. bei niedriger Last alle Anforderungen der Brennkraftmaschine erfüllt werden. Für den Normalbetrieb wird die sonst in üblicher Weise ausgestaltete Pumpe in bekannter Weise betrieben. Dabei kann der Spritzbeginn bei auf Normalbetrieb zurückgestellter Spritzverstellvorrichtung entweder durch die Spritzverstellvorrichtung gesteuert werden oder durch die Ansteuerung des elektrisch gesteuerten Ventils.
Die vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch 2 wird durch die Grundeinstellung im zweiten Betriebsbereich in einfacher Weise eine Voreinstellung erreicht, wobei der Steuerungsaufwand sehr gering gehalten wird.
Eine vorteilhafte Kraftstoffeinspritzpumpe zur Durchführung des eingangs genannten erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Anspruch 3 angegeben, wobei in vorteilhafter Weise eine übliche Spritzverstelleinrichtung, wie sie bei mechanisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzpumpen im großen Stückzahlen verwirklicht wird, verwendet werden kann. Auf diese Weise läßt sich günstig im Baukastensystem die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe verwirklichen.
Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird der übliche Spritzversteller in einfacher Weise modifiziert, ohne dessen in Abhängigkeit von der Drehzahl vorzunehmende Frühverstellung zu behindern. Gemäß Anspruch 6 kann in universeller Weise Einfluß auf die Spritzverstellsteuerung genommen werden und zudem außer den Parametern Drehzahl, Last und Leerlaufbetrieb noch andere Parameter berücksichtigt werden. Dies sind zum Beispiel die Bedingungen beim Kaltstart. Die Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 7 bis 9 bieten exakte Einstellmöglichkeiten unter Verwendung von an sich bekannten Spritzverstellvorrichtungen. Die weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung gemäß den Ansprüchen 10 und 11 bietet die Möglichkeit, die drehzahlabhängige Spritzbeginnverstellcharakteristik oder Spritzverstellvorrichtung unbeeinflußt zu lassen, indem für den Betrieb im Leerlaufbereich lediglich die gesamte Spritzbeginnverstellvorrichtung verschoben wird.

Zeichnung

Sieben Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 eine Verteilerkraftstoffeinspritzpumpe zur Druchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Ausführungsbeispiel mit mit dem Gaspedal der Brennkraftmaschine gekoppelter Spritzverstellung, Figur 2 ein Diagramm über die Steuerzeiten zum ersten Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine erste Variante zum ersten Ausführungsbeispiel, Figur 4 eine zweite Variante der Spritzverstellung zum ersten Ausführungsbeispiel, Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel mit einem mit einem Steuerkolben oder Servokolben versehenen Spritzversteller mit durch ein Magnetventil beeinflußtem Steuerdruck, Figur 6 eine Variante zur Ausführung nach Figur 5 mit durch einen Stellmotor oder Schrittmotor betätigten Steuerschieber, Figur 7 ein Diagramm über die Funktionsweise der Ausführungsbeispiele nach Figur 5 oder 6, Figur 8 ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem in einem Trägerkolben gelagerten Spritzverstellkolben der Spritzverstelleinrichtung, wobei der Trägerkolben durch einen gesteuerten Steuerdruck verstellbar ist und Figur 9 eine Variante zum Ausführungsbeispiel nach Figur 8, bei der der Trägerkolben durch ein Stellglied mechanisch verstellt wird.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In einem Gehäuse 1 einer Kraftstoffeinspritzpumpe ist in einem Pumpenzylinder 2 ein Pumpenkolben 3 gelagert, der im Pumpenzylinder 2 stirnseitig einen Pumpenarbeitsraum 4 einschließt. Der Pumpen kolben wird durch einen Nockenantrieb 6, bestehend aus einer Nockenscheibe 7, die auf einem drehbaren Rollenring 8 mit Rollen 9 abläuft, in eine hin- und hergehende und zugleich drehende Bewegung versetzt. Zur Übertragung der Drehbewegung ist die Nockenscheibe 7 mit einer durch das Gehäuse geführten Antriebswelle 11 gekoppelt und andererseits über einen Stift 12 mit dem Pumpenkoben gekoppelt, der durch zwei Federn 13 an der Nockenscheibe 7 und diese auf den Rollen 9 gehalten wird. Bei der Drehbewegung des Pumpenkolbens dient dieser zugleich als Verteiler, indem er den von ihm aus den Arbeitsraum 4 verdrängten Kraftstoff über eine Längsbohrung 14, an die sich radial eine sich zur Mantelfläche des Pumpenkolbens öffnende Verteileröffnung 15 anschließt zu einer von mehreren Kraftstoffeinspritzleitungen 17 leitet. Diese Leitungen führen in einer radialen Ebene vom Pumpenzylinder ab und sind entsprechend der Zahl der Pumpenhübe des Pumpenkolbens pro Umdrehung bzw. Zahl der zu versorgenden Kraftstoffeinspritzstellen um den Pumpenzylinder herum verteilt angeordnet. Die Einspritzleitungen führen zu nicht weiter dargestellten Einspritzdüsen an der Brennkraftmaschine.
Während des Saughubs des Pumpenkolbens wird der Pumpenarbeitsraum über Füllnuten 18 gefüllt, die als Längsnuten ausgehend von der pumpenarbeitsraumseitigen Stirnseite des Pumpenkolbens an diesem angeordnet sind und während des Saughubs im Wechsel mit einer in den Pumpenzylinder mündenden Füllöffnung 19 in Verbindung kommen. Die Füllöffnung 19 ist über einen Saugkanal 21 mit dem Innern des Pumpengehäuses verbunden, wo ein kraftstoffgefüllter Saugraum 22 vorgesehen ist. Dieser wird von einer Kraftstofförderpumpe 23 aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 24 mit Kraftstoff versorgt und mit Hilfe eines Druckventils 25, das den Abfluß aus dem Saugraum zum Kraftstoffvorratsraum bzw. zur Saugseite der Förderpumpe 30 steuert, unter einem gesteuerten Druck gehalten.
Mit dem Pumpenarbeitsraum 4 ist ferner ein Entlastungskanal 27 verbunden, der ebenfalls zum Saugraum 22 führt, aber ein elektrisch gesteuertes Ventil 29 enthält, das von einer Steuereinrichtung 30 gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt so, daß mittels eines Ventilschließgliedes 31 des elektrisch gesteuerten Ventils 29 der Entlastungskanal 27 dann verschlossen wird, wenn auf Hochdruck gebrachter Kraftstoff zur Einspritzung gelangen soll. Auf diese Weise kann mit dem Schließen des elektrisch gesteuerten Ventils der Beginn der Kraftstoffeinspritzung während des Pumpenkolbenförderhubes festgelegt werden und mit dem Öffnen des Ventils das Ende der Kraftstoffeinspritzung und damit auch die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs festgelegt werden. Durch Variation der Steuerzeiten des Magnetventils wird somit in an sich bekannter Weise die Spritzphase betimmt, wobei diese im weiten Rahmen variiert werden kann, soweit der zum Antrieb des Pumpenkolbens vorgesehen Nocken diese Variation durch eine entsprechende Hubhöhe ermöglicht. Bei Verteilerkraftstoffeinspritzpumpen dieser Art, die zur Versorgung von wenigen Einspritzstellen vorgesehen ist, wie zum Beispiel eine Dreizylinder- oder Vierzylinderverteilereinspritzpumpe, steht eine relativ lange Nockenflanke der auf der Nockenscheibe 7 vorgesehenen Nocken zur Verfügung. Steigt jedoch die zahl der pro Umdrehung zu versorgenden Einspritzstellen, so reduziert sich die zur Verfügung stehende Nockenhöhe, da die Nockenflanken aus Festigkeitsgründen und aus Gründen des dynamischen Verhaltens nicht beliebig steil gestaltet werden können. In dem Maße verringern sich auch die Möglichkeiten, mit der Steuerung durch das elektrisch gesteuerte Ventil 29 allein die beim dynamischen Verhalten der Brennkraftmaschine notwendige Spritzbeginnverstellung auf Früh durchzuführen.
Außer vorerwähnten Möglichkeit, auf den Spritzbeginn Einfluß zu nehmen, ist beim vorgesehenen Ausführungsbeispiel auch noch eine zweite Möglichkeit für diesen Zweck vorhanden. Dazu greift in den Rollenring 8 radial ein Betätigungsarm 32 ein, der am anderen Ende mit einem Verstellkolben 34 einer Spritzverstelleinrichtung 35 gekoppelt ist. Der Verstellkolben ist in einem Führungszylinder 36 gelagert und schließt dort mit seiner einen Stirnseite einen Federraum 37 ein, in den eine sich zwischen Verstellkolben und Führungszylinder abstützender Rückstellfeder 38 angeordnet ist. Dieser Raum ist druckentlastet. Auf der anderen Seite des Verstellkolbens geht von der Stirnseite ein Zapfen 39 aus, der in Achsrichtung durch die Stirnwand des Führungszylinders 36 nach außen führt, dort eine Anschlagplatte 40 aufweist, auf die ein Nocken 42 zur Anlage kommt. Dieser ist um eine Achse 43 durch einen Hebel 44 schwenkbar, der über eine Kupplungseinrichtung 45 mit einem Gaspedal 46 gekoppelt ist, mit dem ein Fahrer des Fahrzeugs, das mit der von der Kraftstoffeinspritzpumpe versorgten Brennkraftmaschine angetrieben wird, den Drehmomentwunsch bzw. die erreichbare Drehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit eingibt. Mit dem Hebel 44 ist ferner ein Weggeber 48 gekoppelt, dessen Ausgangssignal der Steuereinrichtung 30 zugeführt wird und der vorteilhaft als mit dem Gaspedal gekoppelter Potentiometer ausgeführt ist.
Mit der Spritzverstelleinrichtung kann die Drehstellung des Rollenrings 8 verändert werden und somit der Drehwinkel der Antriebswelle 11 bzw. der Nockenscheibe 7 oder des Pumpenkolbens 3, bei dem ein Nocken der Nockenscheibe 7 auf eine der Rollen aufzulaufen beginnt. Zur gleichmäßigen Auslastung sind mehrere Rollen 9 vorgesehen, die mit einer entsprechenden Anzahl von Nocken zusammenarbeiten. Die Verstellung des Rollenrings erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Last entsprechend der Betätigung des Gaspedales 46. Dabei ist die Einrichtung so ausgelegt, daß der Beginn des Förderhubs des Pumpenkolbens in Leeraufstellung des Gaspedals bei einem frühen Drehwinkel erfolgt und mit zunehmender Last auf einen späteren Drehwinkel verstellt wird. Dieser Zusammenhang ist dem Diagramm in Figur 2 entnehmbar. Dort sind über den Drehwinkel α zwei Nockener hebungskurven aufgezeichnet, wobei die eine, die linke, einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bzw. Kraftstoffeinspritzpumpe kennzeichnet, in dem eine geringe Kraftstoffeinspritzmenge zur Einspritzung kommt. Dies entspricht dem Leerlaufbetrieb. Diese Verstellung ermöglicht einem frühstmöglichen Spritzbeginn. Die steuereinrichtung 30 steuert nun das elektrisch gesteuerte Ventil 29 erfindungsgemäß derart an, daß der Pumpenkolben den zu fördernden Kraftstoff bis hin zu seinem obersten Totpunkt fördert. Dementsprechend schließt das Ventil 29 bei OT oder kurz danach. Die bei diesem Betriebsbereich zur Einspritzung kommende Kraftstoffmenge wird nun so eingesteuert, daß sie dem oberen Totpunkt vorgelagert wird. Bei einem dafür notwendigen Förderhub hl muß das elektrisch gesteuerte Ventil zu einem Punkt SB1 geschlossen werden. Für die Einspritzung dieser Leerlaufmenge entsprechend hl benötigt die Kraftstoffeinspritzpumpe einen Drehwinkel von α1, also von SB₁ bis OT. Würde die gleiche Menge über einen tieferliegenden Nockenhub zur Einspritzung kommen, so wäre, wie sich leicht aus dem Diagramm ablesen läßt, ein wesentlich kleinerer Drehwinkel α1, notwendig. Der Vorteil der hier gewählten Austeuerung im Leerlaufbetrieb besteht darin, daß die zur Einspritzung kommende Kraftstoffeinspritzmengen über einen großen Drehwinkel zur Einspritzung gelangt, was letztendlich dann mit einer sehr geringen Kraftstoffeinspritzrate erfolgt.
Soll die Brennkraftmaschine gestartet werden, ohne daß das Gaspedal betätigt wird, so muß die Leerlaufmenge um die Startübermenge QST bzw. dem Hub hst vergrößert werden. In diesem Fall schließt das elektrisch gesteuerte Ventil 29 zu einem noch früheren Zeitpunkt ST. Diese zusätzliche Frühverlegung ist ganz im Sinne der Anforderungen, da bei noch kalter Brennkraftmaschine mit einem höheren Zündverzug gerechnet werden muß. Regelmäßig werden zum Start bei kalter Brennkraftmaschine Frühverstellungen vorgenommen, damit der eingebrachte Kraftstoff zeitgerecht vor OT zur Entflammung kommt.
Ausgehend von der Leerlaufsituation muß bei Lastaufnahme zusätzlich Kraftstoff zur Einspritzung kommen. Hier wäre eine Frühverstellung, die sich bei einer unveränderten, linken Nockenerhebungskurve ergäbe, unverwünscht. Durch die erfindungsgemäße Spritzbeginnverstellung mit zunehmender Last beim Gasgeben nach Spät, verschiebt sich die linke Kurve nach rechts. In dem Diagramm ist die Vollastposition der Nockenerhebungskurve als rechte Kurve eingetragen. In dem Maße, wie die Nockenerhebungskurve auf Spät verstellt wird, kann die Lage der Einspritzphase nockenabwärts verlegt werden, in den steileren Bereich des Nockens. Bei der rechten Kurve N_VL ist als Beispiel der Vollasthub h_VL eingetragen, wobei das Spritzende SE₂ vor dem oberen Totpunkt OT liegt. Der Spritzbeginn SB₂ liegt im mittleren Bereich der Nockenflanke und relativ spät. Dies entspricht der Lage der Einspritzung bei Vollast und niedriger Drehzahl. Wird die Drehzahl erhöht, so kann der Spritzbeginn bis zum Fuß der Nockenerhebungskurve verlegt werden. Mit dem dort eingetragenen Spritzbeginn SB₃ ist der Spritzbeginn für die Vollastkraftstoffeinspritzmenge h_VL bei hoher Drehzahl angegeben. Der Spritzbeginn für Vollastbetrieb ändert sich somit im Bereich zwischen SB₂ und SB₃. Soll eine Startübermenge bereitgestellt werden, die bei auf Vollast gegebener Pedalstellung eingesteuert werden soll, so kann hier entsprechend dem niedrigen Drehzahlfall die Startmenge durch den Bereich SB₂ bis OT angehängt werden. Auch bis zum möglichst frühen Spritzbeginn kann Kraftstoffmenge dem Punkt SB₂ vorgelagert werden.
Mit dieser Ausführung bei starrer Kupplung der Spritzbeginnverstelleinrichtung mit dem Gaspedal und mit Rückmeldung sowie Erfassung aller für die Einspritzmenge und Einspritzbeginn notwendigen Parameter durch die Steuereinrichtung 30 läßt sich ohne zusätzlich großen mechanischen Aufwand eine geringe Kraftstoffeinspritzrate für den Leerlaufbetrieb zur Verfügung stellen. Dabei kann die Nockenlänge bzw. der Nockenhub des Antriebsnockens voll für den eigent lichen Einspritzvorgang genutzt werden, ohne daß Förderhub für die Förderung von Bypassmengen verlorengeht.
Eine Variante zur Kopplung der Spritzverstelleinrichtung zeigt die Spritzverstelleinrichtung 35′ gemäß Fig 3. Hier wird der Zapfen 39′ nicht durch ein Nocken über ein Gestänge vom Gaspedal 46 betätigt, sondern durch einen Stellmotor 48, der die Bewegung des Gaspedals 46 über einen diese Bewegung erfassenden Weggeber 49 auf den Zapfen39′ überträgt. Dabei kann ein Getriebemotor oder ein Schneckentrieb vorgesehen sein.
Eine Variante der vorstehenden Ausführungsbeispiel zeigt Figur 4. Dort wird der Druck im Saugraum 22 drehzahlabhängig gesteuert und über eine Drosselöffnung 51 im Verstellkolben 34′ in einen Arbeitsraum 52 geleitet, der stirnseitig vom Stellkolben 34′ im Führungszylinder 36, den Federraum 37 abgewandt, eingeschlossen wird. Mit zunehmender Drehzahl bzw. zunehmendem Druck im Saugraum 22 wird dann der Verstellkolben 34′ entgegen der Kraft der Rückstellfeder 38 verschoben, was einer Frühverstellung entspricht. Zusätzlich ist der Federraum 37 über ebenfalls eine Drossel 53 mit dem Saugraum 22 verbunden. Die vom Federraum 37 abführende Entlastungsleitung 54, die zum Kraftstoffvorratsbehälter 24 führt, enthält nun ein Magnetventil 55, das von der Steuereinrichtung 30 angesteuert wird. Mit diesem Ventil, das getaktet oder analog angesteuert werden kann, kann nun lastabhängig der Druck im Federraum 37 erhöht werden und damit eine relative Spätverstellung der oben beschriebenen Frühverstellung überlagert werden. Hiermit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Spritzverstellung durch Winkelverschiebung der Nockenerhebungskurve, wobei der Nockenhub der Nocken optimal für die Kraftstoffeinspritzung ausgenutzt werden kann. Es kann dabei zusätzlich die Einspritzphase im Leerlaufbereich an das oberste Ende der Nockenerhebungskurve verlegt werden, wie dies zuvor beschrieben wurde. In einfacher Weise ist hier lediglich eine Ansteuerung eines Magnetventils notwendig. Eine solche Steuerung des Drucks mit Hilfe eines Magnetventils kann auch bei entsprechender Anpassung für die Steuerung des Drucks im Arbeitsraum 52 anstelle einer Drucksteuerung im Federraum vorgesehen werden. Alternativ kann aber auch statt der Anbringung eines Magnetventils 55 und der Drossel 53 der Federraum 37 wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 3 voll entlastet sein. Für die Frühverstellung im Bereich des Leerlaufbetriebes kann nun gemäß der in Figur 4f gestrichelt eingetragenen Lösung ein Stellglied 57 stirnseitig durch den Führungszylinder 36′ in den Arbeitsraum 52 eingeführt werden und dort den Verstellkolben 34′ für den Leerlaufbetriebsbereich entgegen der Kraft der Feder 38 nach Früh verstellen. Diese Verstellung wird mit zunehmender Last zurückgenommen, wobei unabhängig davon eine Frühverstllung durch den im Arbeitsraum 52 wirkenden drehzahlabhängigen Druck erfolgt. Als Antrieb für das Stellglied kann dabei der bei der Ausführung von Figuren 1 und 3 vorgesehene Antrieb für den Zapfen 39 und 39′ verwendet werden.
Gemäß einer vierten Ausführungsform, die in Figur 5 wiedergegeben ist, kann die Spritzverstellung auch durch eine Folgekolbeneinrichtung vorgenommen werden (wie sie durch die DE-OS 35 32 719 bekannt ist). Dort ist im Verstellkolben 34˝ ein sich zum Federraum 37 hin öffnender koaxialer Führungszylinder 60 vorgesehen, in dem ein Steuerkolben 61 verschiebbar ist und mit seiner inneren Stirnseite einen Arbeitsraum 62 einschließt, der über eine Drossel 63, eine radiale Ausnehmung 64, über die der Betätigungsarm 32 zur Kupplung in den Verstellkolben 34 hineinragt und eine Verbindungsöffnung 65, durch die der Betätigungsarm durch die Wand des Pumpengehäuses in den Rollenring 8 eingreift, mit dem Pumpensaugraum 22 verbunden. Andererseits ist der Steuerkolben von einer Steuerfeder 66 beaufschlagt, die sich am Gehäuse der Spritzverstelleinrichtung 35˝ abstützt. Zwei Ringnuten am Steuerkolben definieren einen mittleren Bund 67, der je nach Lage einen radial vom Führungszylinder 60 ab gehenden und zum Arbeitsraum 52′ des Verstellkolbens 34′ führenden Druckkanal 68 entweder über die eine Ringnut mit dem druckentlasteten Federraum oder über die andere Ringnut und ein Rückschlag ventil 69 mit der Ausnehmung 64 bzw. mit dem Saugraum 22 verbindet. Da sich der Druck im Arbeitsraum 62 drehzahlabhängig ändert, wird der Steuerkolben 61 mit zunehmender Drehzahl zunehmend weit entgegen der Steuerfeder 66 verschoben. Erfolgt eine solche Verschiebung aus der in der Figur 5 gezeigten Gleichgewichtslage, so wird über den Kanal 68 Kraftstoff in den Arbeitsraum 52 eingeleitet, solange, bis aufgrund der daraufhin folgenden Verschiebung des Verstellkolbens 34′ entgegen seiner Rückstellfeder 38 der Druckkanal 68 durch den Bund 67 wieder verschlossen wird. Sinkt umgekehrt der Druck im Arbeitsraum 52, so verschiebt sich der Steuerkolben unter der Wirkung der Steuerfeder 66 nach rechts, der Arbeitsraum 52 wird zum Federraum 37 hin entlastet, was zur Folge hat, daß der Druckraum über den sich wiederum verschiebenden Verstellkolben 34′ in Zusammenwirkung mit dem Bund 67 verschließt. So gesehen ist hiermit eine Folgekolbeneinrichtung verwirklicht, die zunächst vom drehzahlabhängigen Druck im Arbeitsraum 22 gesteuert wird. Dieser Druck kann nun durch die Abkoppeldrossel 63 in Verbindung mit einem Entlastungskanal 70 des Arbeitsraumes 62 modifiziert werden analog der Ausgestaltung nach Figur 4. In dem Entlastungskanal 70 ist ein Magnetventil 71 angeordnet, das entsprechend von der Einrichtung 60 angesteuert wird. Auch hier läßt sich eine drehzahlabhängige Frühverstellung verwirklichen und gleichzeitig eine Späterstellung von einer Frühstellung bei zunehmender Last.
Eine alternative Ausführung zeigt Figur 6. Hier ist ein Steuerschieber 61′ vorgesehen, der durch eine zusätzliche Kraft belastbar ist, die durch ein elektrisches Stellwerk, einen Stellmotor oder einem Schrittmotor 71 von der Seite der Steuerfeder 66 her aufgebracht wird. Damit wird das Kräftverhältnis, das auf den Steuerschieber 61′ wirkt, verändert und eine Überlagerung von einer drehzahlabhängigen Frühverstellung und einer lastabhängigen Spätverstellung verwirklichbar. Statt des durch Steuerdruck beaufschlagten Steuerschiebers 61′, kann dieser letztlich aber auch starr mit einer elektrischen Stelleinrichtung gekoppelt sein, wobei dann die Steuerfeder 66 entfällt sowie die Verbindung des Arbeitsraums 62 zum Saugraum 22. Der Arbeitsraum 62 ist dann entlastet. Bei Betätigung des Steuerkolbens wird dann der Verstellkolben in bekannter Weise nachgeführt.
Die mit vorstehenden Ausführungsformen ausgestattete Kraftstoffeinspritzpumpe erlaubt es, eine hohe Zylinderzahl pro Umdrehung des Pumpenkolbens mit Kraftstoff zu versorgen. Insbesondere erlaubt diese Ausstattung, daß der Nockenhub in optimaler Weise ausgenutzt werden kann und damit aber auch eine Einspritzung bis zum oberen Totpunkt des Nockens für den Leerlaufbetrieb verwirklicht werden kann. Mit der drehzahlabhängigen Spritzverstellung durch Verstellen des Nockens braucht kein Nockenhub für die Variantion des Spritzbeginns zur Verfügung gestellt werden. Es kann somit die Einspritzung bereits zu Beginn der Nockenerhebung erfolgen und bis in den steilen Bereich der Nockenerhebungskurve verlegt werden. In Figur 7 sind zwei Nockenerhebungskurven für den Vollastbetrieb N_VLu, die rechte Kurve und N_VLo die ganz linke Kurve, dargestellt. Die rechte Kurve bedeutet die Nockenstellung für einen niedrigeren Drehzahlbereich, also entsprechend einem späten Spritzbeginn und die Nockenkurve ganz links zeigt eine Nockenposition für einen hohen Drehzahlbereich, also einen frühen Kraftstoffeinspritzbeginn. Weiterhin ist eine Nockenposition für den Leerlaufbereich eingezeichnet, die Kurve N_L. Während bei Vollastbetrieb, wie oben gesagt, der Spritzbeginn SB_u bzw. SB_o am Anfang der Nockenerhebungskurve liegt und das Spritzende SE_u bzw. SE_o im mittleren Bereich der Nockenerhebung liegt, ist bei der Nockenkurve N_L analog zu Figur 2 das Spritzende SE_L im Punkte OT und der Spritzbeginn SB_L im oberen Teil der Nockenerhebung. Zugleich ist die Nockenkurve N_L frühverschoben, um analog zur Figur 2 den notwendigen frühen Einspritzbeginn zu bekommen und die Spätverlegung zum oberen Totpunkt hin zu kompensieren. Aus dieser Position der Nocken kurve im Leerlaufbetrieb wird bei Lastaufnahme und entsprechend der Drehzahl die für die Einspritzung notwendige Lage der Nockenerhebungskurve, bezogen auf den Antriebsdrehwinkel α, durch die Steuereinrichtung 30 eingestellt. Dazu könnte auch eine Rückmeldung des tatsächlichen Spritzbeginns durch bekannte Geber vorgenommen werden.
Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel wird ein spezieller bekannter Spritzversteller verwendet, wie er in der DE-OS 30 10 312 offenbart ist. Hier ist ein Trägerkolben 73 vorgesehen, der in einem Zylinder 74 verschiebbar ist und dabei auf der einen Seite einen Federraum 75 einschließt, in dem sich eine Rückstellfeder 76 zwischen Trägerkolben 73 und Zylinder 74 abstützt. Auf der anderen Stirnseite des Trägerkolbens schließt dieser einen Arbeitsraum 77 ein, der über eine Druckleitung 78 und einem in dieser enthaltenen Ventil 79 mit einer Druckquelle verbunden ist. Zugleich ist der Arbeitsraum über eine Entlastungsleitung 80, in der gegebenenfalls eine Drossel 81 angeordnet sein kann, mit einem Entlastungsraum verbunden. Mit Hilfe des Ventils 79 wird im Arbeitsraum 77 ein Steuerdruck eingestellt, der je nach Höhe den Trägerkolben 73 mehr oder weniger weit entgegen der Kraft der Rückstellfeder 76 verstellt. Im Trägerkolben ist nun der Verstellkolben 34‴ verschiebbar angeordnet und wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 auf der einen Seite von einer sich am Trägerkolben abstützenden Rückstellfeder 38′ belastet und auf der anderen Seite von einem hydraulischen Steuerdruck belastet, der über eine Drossel 83 vom Saugraum 22 in den stirnseitig zwischen Verstellkolben 34‴ und Trägerkolben 73 eingeschlossenen Arbeitsraum 84 eingeführt wird. Der Verstellkolben 34′ wird somit in bekannter Weise drehzahlabhängig gegen die Kraft der Rückstellfeder 38′ verschoben, wobei er sich relativ zum Trägerkolben 73 verstellt. In bekannter Weise wird somit eine Frühverstellung bewirkt, die hier wiederum über den Betätigungsarm 32 auf den Rollenring übertragen wird. Dieser Frühverstellung kann nun überlagert werden eine Ver stellung des Trägerkolbens 73 selbst. Diese kann entsprechend der obenstehenden Maßgabe so sein, daß sie mit zunehmender Last in Richtung Spät erfolgt, ausgehend von einer anfänglichen Frühstellung. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß hier die ursprüngliche Verstellcharakteristik der drehzahlabhängigen Verstellung erhalten bleibt und auch der gesamte Arbeitsbereich des Verstellkolbens 34‴.
Eine Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach Figur 8 stellt die Ausführung nach Figur 9 dar, wobei die Verstellung des Trägerkolbens 73′ statt hydraulisch mechanisch erfolgt. Dazu ist auf der einen, dem Federraum 75 abgewandten Stirnseite des Trägerkolbens ein Nocken 85 vorgesehen, der bei Betätigung des Trägerkolben 73 verstellt. Der Nocken kann dann z. B. durch einen elektrischen Stellmotor, gesteuert durch die Steuereinrichtung 30, betätigt werden. Auch hier kann eine Rückmeldung der Stellung des Trägerkörpers 73′, wie auch beim obenstehenden Ausführungsbeispiel nach Figur 8, vorgenommen werden anstelle oder zusätzlich zu einer unmittelbaren Erfassung des Spritzbeginns.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Zeit der Kraftstoffhochdruckförderung bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe während der Förderhübe eines durch einen verstellbaren Nockenantrieb betätigbaren Pumpenkolbens der Kraftstoffeinspritzpumpe, durch Bestimmen der Zeit des Schließzustandes eines in einer vom Pumpenarbeitsraum der Kraftstoffeinspritzpumpe abführenden Entlastungsleitung angeordneten, von einer elektrischen Steuereinrichtung elektrisch gesteuerten Ventils, wobei durch die Wahl der Zeit des Schließzustandes in Verbindung mit einer gesteuerten Verstellung des Nockenantriebs relativ zur Antriebswelle der Kraftstoffeinspritzpumpe verschiedene Bereiche unterschiedlicher Steilheit des den Pumpenkolben bei seinem Förderhub antreibenden Nockens einwirksam werden und die Spritzdauer und der Spritzbeginn entsprechend den Anforderungen der Brennkraftmaschine von der elektrischen Steuereinrichtung gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine bei Teillast bis Vollast die Zeit der Kraftstoffhochdruckförderung durch Steuerung des elektrischen Ventils und durch Betriebsparameter abhängige Steuerung der Verstellung des Nockenantriebs auf den Anfang bis in den mittleren Bereich der Nockenerhebungskurve des Nockenantriebs gelegt wird und in einem zweiten Betriebsbereich der Brenn kraftmaschinen entsprechenden niedriger Last das Ende der Zeit des Schließzustandes des elektrisch gesteuerten Ventils konstant auf oder nach dem oberen Totpunkt des den Pumpenkolben antreibenden Nockens gelegt wird und die Verstellung des Nockenantriebs in Richtung Früh und davon ausgehend mit zunehmender Kraftstoffeinspritzmenge (Last) in Richtung Spät erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Betriebsbereich ein in Abhängigkeit von der Last einstellbare Grundeinstellung des Nockenantriebs und damit des Spritzbeginns erfolgt und zusätzlich eine dieser überlagerte, mit zunehmender Drehzahl nach Früh gehende Verstellung des Nockenantriebs erfolgt.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 oder 2 mit einem von einem Nockenantrieb (6) hin- und hergehend angetriebenen Pumpenkolben (3), der einen Pumpenarbeitsraum (4) einschließt, während des Saughubs des Pumpenkolbens über einen Saugkanal (21) mit einer Kraftstoffniederdruckquelle (22) verbindbar ist und während seines Förderhubs einerseits mit einer Einspritzleitung (17) und andererseits über eine ein elektrisch gesteuertes Ventil (29) enthaltenden Entlastungskanal mit einem Entlastungsraum (22) verbindbar ist, wobei die Zeit des Schließzustandes des elektrisch gesteuerten Ventils (29) die Zeit der Kraftstoffhochdruckförderung zur Einspritzstelle bei der Kraftstoffeinspritzpumpe bestimmt und mit einer einen Verstellkolben (34) aufweisenden Spritzverstelleinrichtung (35), durch die der Drehwinkel, bei der der Förderhub des Pumpenkolbens beginnt, bezogen auf den Drehwinkel der Antriebswelle (11) der Kraftstoffeinspritzpumpen, verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellkolben mit einem Gaspedal (46) der Brennkraftmaschine elektrisch oder mechanisch gekoppelt und in Abhängigkeit von der Gaspedalposition mit zunehmender Last von einem bei Niedriglast auf Früh gestellten Nockenbeginn auf einen späten Nockenbeginn verstellbar ist.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die momentane Stellung des Verstellkolbens (34) mit einem Weggeber (49) erfaßt ist, dessen Ausgang mit der elektrischen Steuereinrichtung (30) verbunden ist, durch die die Steuerzeiten des elektrisch gesteuerten Ventils (29) insbesondere dessen Schließpunkt unter Berücksichtigung der für den Spritzbeginn maßgeblichen Parameter gebildet werden.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Start der Brennkraftmaschine und Leerlaufstellung des Gaspedals (46) die Startübermenge durch Frühverlegung des Schließzeitpunktes des elektrisch gesteuerten Ventils (29) bereitgestellt wird.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 oder 2 mit einem von einem Nockenantrieb (6) hin- und hergehend angetriebenen Pumpenkolben (3), der einen Pumpenarbeitsraum (4) einschließt, während des Saughubs des Pumpenkolbens über einen Saugkanal (21) mit einer Kraftstoffniederdruckquelle (22) verbindbar ist und während seines Förderhubs einerseits mit einer Einspritzleitung (17) und andererseits über eine ein elektrisch gesteuertes Ventil (29) enthaltenden Entlastungskanal mit einem Entlastungsraum (22) verbindbar ist, wobei die Zeit des Schließzustandes des elektrisch gesteuerten Ventils (29) die Zeit der Kraftstoffhochdruckförderung zur Einspritzstelle bei der Kraftstoffeinspritzpumpe bestimmt und mit einer einen Verstellkolben (34) aufweisenden Spritzverstelleinrichtung (35), durch die der Drehwinkel, bei der der Förderhub des Pumpenkolbens beginnt, bezogen auf den Drehwinkel der Antriebswelle (11) der Kraftstoffeinspritzpumpen, verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellkolben (34) der Steuereinrichtung (35) durch hydraulische Druckmittel entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (38) verstellbar ist.

7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel einen sich mit der Drehzahl zunehmenden Druck aufweist und der Verstellkolben (34) durch ein Stellglied (39′, 48; 57) entgegen der Kraft der Rückstellfeder (38) zusätzlich verstellbar ist und das Stellglied in Abhängigkeit von einem die Last und damit den ersten und zweiten Betriebsbereich erfassenden Verstellglied (46) betätigt wird und mit zunehmender Last die zusätzliche Verstellung durch das Stellglied reduziert wird.

8. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Stellglieds durch einen Stellnocken (42) erfolgt.

9. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellkolben (34′) auf einer der Rückstellfeder (38) abgewandten seite einen Arbeitsraum (52) einschließt, der über ein elektrisch gesteuertes Ventil mit einer Druckquelle verbunden ist und über eine Drossel entlastbar ist oder über eine Drossel mit einer Druckquelle verbunden ist und über ein elektrisch gesteuertes Ventil entlastbar ist, wobei die Öffnung des elektrisch gesteuerten Ventils durch die elektrische Steuereinrichtung (30) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert wird.

10. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellkolben (34′) auf einer der Rückstellfeder (38) zugewandten Seite einen Federraum (37) einschließt, der über eine Drossel (53) mit der Druckquelle und über ein elektrisch gesteuertes Ventil (55) mit einem Entlastungsraum oder über ein elektrisch gesteuertes Ventil mit der Druckquelle und über eine Drossel mit einem Entlastungsraum (24) verbunden ist, wobei die Öffnung des elektrisch gesteuerten Ventils durch die elektrische Steuereinrichtung (30) in Abhängigkeit von Betriebsparametern, insbesondere der Last gesteuert wird.

11. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellkolben (34) auf einer der Rückstellfeder (38) abgewandten Seite einen Arbeitsraum (52) einschließt, der über einen im Verstellkolben (34˝) in Achsrichtung geführten Steuerkolben (61) entweder mit der Druckquelle des hydraulischen Druckmittels oder mit einem Entlastungsraum verbindbar ist.

12. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (61) sich über eine Steuerfeder (66) abstützt und auf der anderen Seite durch einen drehzahlabhängig gebildeten Druck des Druckmittels belastet ist und der Verstellkolben (34˝) als Folgekolben zum Steuerkolben (61) ausgebildet ist und der Steuerkolben zusätzlich durch eine in Abhängigkeit von Betriebsparametern variable Kraft belastet ist.

13. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Kraft durch eine elektrisch gesteuertes Stellwerk auf der Seite der Steuerfeder auf den Steuerkolben (61) wirkt.

14. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Kraft aus der Variation des auf den Steuerkolben wirkenden Drucks dadurch gebildet wird, daß ein vor dem Steuerkolben auf seiner der Steuerfeder abgewandten Seite liegender Arbeitsraum (62) über eine Drossel (63) mit der Druckwelle verbunden ist und über ein elektrisch gesteuertes Ventil (71) mit einem Entlastungsraum (24) verbindbar ist.

15. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (61) durch eine elektrisch gesteuerte Stellvorrichtung in Abhängigkeit von der Drehzahl und zusätzlichen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine betätigbar ist und der Verstellkolben (34˝) als Folgekolben des Steuerkolbens ausgebildet ist.

16. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellkolben (34‴) auf einer der Rückstellfeder (38′) abgewandten Seite einen Arbeitsraum (84) einschließt, der mit einer Druckmittelquelle mit drehzahlabhängig gebildetem Druck beaufschlagt ist und innerhalb eines Trägerkolbens (73) angeordnet ist.

17. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper durch einen in Abhängigkeit von Betriebsparametern geformten Steuerdruck entgegen einer Rückstellkraft (76) verstellbar ist.

18. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkolben (73) durch einen in Abhängigkeit von Betriebsparametern geformten Druckmitteldruck verstellbar ist.

19. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Druckmittels durch elektrische Mittel veränderbar ist.

20. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (73′) mit dem Gaspedal (46) der Brennkraftmaschine elektrisch oder mechanisch gekoppelt ist und in Abhängigkeit von der Last mit zunehmender Last von einem frühen Spritzbeginn auf einen späten Spritzbeginn verstellbar ist.