EP0469142B1

EP0469142B1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für einspritzbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP0469142B1
Application number: EP91905879A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Weiss
Original assignee: Robert Bosch AG; Robert Bosch GmbH
Current assignee: ROBERT BOSCH AG
Priority date: 1990-02-21
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2011-02-20
Also published as: US5144925A; WO1991013252A1; EP0469142A1

Abstract

Bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Einspritzbrennkraftmaschinen, bei welcher ein Pumpenkolben (7) und eine Pumpenkolbenbüchse (9) oder eine Steuerhülse (22) relativ zueinander verdrehbar sind und das Förderende durch wenigstens eine schräge Steuerkante (1), welche von einer Überströmbohrung (2) des jeweils anderen Teiles überschliffen wird, bestimmt ist, wobei zur Erzielung einer Vor- und Haupteinspritzung ein in einem mit dem Hochdruckraum in Verbindung stehendem Zylinder geführter Ausweichkolben (38) vorgesehen ist, und wobei das von Ausweichkolben freigegebene Volumen die Einspritzpause zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung bestimmt, weist die schräge Steuerkante (1) im Bereich der Nullförderung eine in Richtung zu der eine Vergrösserung der Förderung entsprechenden Drehstellung zurückspringende Stufe (4) auf. Der Abstand der Stelle (28), an welcher die schräge Steuerkante (1) in die zurückspringende Ausnehmung (4) übergeht von der den Förderbeginn steuernden Steuerkante (8) ist grösser als der Durchmesser der Überströmbohrung (2). Durch diese Stufe wird der Bereich der Nullförderung vergrössert und in Richtung zur vergrösserten Förderung verschoben. Dadurch wird der erforderliche Regelwinkel verkleinert, ohne dass die Steilheit der schrägen Steuerkante (1) vergrössert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Einspritzbrennkraftmaschinen, bei welcher ein Pumpenkolben und eine Pumpenkolbenbüchse oder eine Steuerhülse relativ zueinander verdrehbar sind und das Förderende durch wenigstens eine schräge Steuerkante des einen Teiles, welche eine Überströmbohrung des jeweils anderen Teiles überschleift, bestimmt ist, und der Förderbeginn durch eine andere Steuerkante dieses einen Teiles, die die Überströmbohrung des jeweils anderen Teiles überschleift, bestimmt ist, wobei die schräge Steuerkante im Bereich der Nullförderung eine in Richtung zu den einer Vergrößerung der Förderung entsprechenden Drehstellung zurückspringende Ausnehmung aufweist und der Abstand der Stelle, an welcher die schräge Steuerkante in die zurückspringende Ausnehmung übergeht, von der den Förderbeginn steuernden Steuerkante größer ist als der Durchmesser der Überströmbohrung.
Wenn der verdrehbare Teil, nämlich der Pumpenkolben oder die Regelhülse aus der Stellung "Nullförderung" in Richtung zu den einer Vergrößerung der Förderung entsprechenden Drehstellungen um einen gewissen Regelwinkel verdreht wird, beginnt die Förderung und damit die Voreinspritzung. Während einer Regelwinkelzunahme bei konstanter Drehzahl steigt zunächst die Voreinspritzmenge rasch an, wonach sie konstant bleibt und gleichzeitig die Gesamtmenge sehr lange konstant bleibt. Bei Erreichen des dynamischen Ausweichkolben-Öffnungsdruckes bei Verwendung einer Ausbildung mit einem Ausweichkolben beginnt der Ausweichkolben auszuweichen und der Ausweichzylinder nimmt die geförderte Kraftstoffmenge auf. Mit zunehmendem Regelwinkel verschluckt der Ausweichzylinder immer mehr Kraftstoffmenge. Dies dauert solange, bis das volle Schluckvolumen des Ausweichzylinders erreicht ist. Ab dieser Regelwinkel-Position beginnt sich die Haupteinspritzung zu formen.
Bei den bekannten Anordnungen ist die Kurve, nach welcher die schräge Steuerkante verläuft, stetig. Der Regelwinkel, über welchen der verdrehbare Teil in der Phase vom Beginn der Absteuerung des Kraftstoffes in den Ausweichzylinder bis zur Erreichung des vollen Schluckvolumens des Ausweichzylinders verdreht werden muß, was dem Intervall zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung entspricht, ist verhältnismäßig groß. Es ergibt sich daher ein großer Regelwinkel über den gesamten Regelbereich, und ein solcher großer Regelwinkel bereitet bei manchen Stellern Schwierigkeiten. Während dieser Phase ändert sich nichts am Einspritzverhalten und es besteht daher überdies die Gefahr, daß die Rückmeldung einen Fehler anzeigt. Auch dies stellt einen beträchtlichen Nachteil dar. Eine Verkleinerung des Regelwinkels könnte zwar durch eine steilere Anordnung der schrägen Steuerkante erreicht werden, jedoch würde dadurch wieder die Regelempfindlichkeit vermindert werden.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, den erforderlichen Regelwinkel zu verkürzen. Zur Erfüllung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß zur Erzielung einer Vor- und Haupteinspritzung ein in einem mit dem Hochdruckraum in Verbindung stehenden Ausweichzylinder geführter Ausweichkolben vorgesehen ist, wobei das vom Ausweichkolben freigegebene Volumen die Einspritzpause zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung bestimmt, und daß die Ausnehmung der schrägen Steuerkante so weit reicht, daß bei Leerlaufstellung die erforderliche Dichtspaltbreite zwischen der die Ausnehmung begrenzenden Kante und der Absteuerbohrung gewährleistet ist.
Durch die Ausnehmung wird die Drehstellung "Nullförderung" in Richtung zu den einer Vergrößerung der Förderung entsprechenden Drehstellungen verschoben. Es wird der Drehwinkel zwischen der der Nullförderung bei maximaler Drehzahl entsprechenden Drehstellung und der dem Leerlauf entsprechenden Drehstellung verkleinert. Dadurch wird auch der Regelwinkel in der Phase zwischen dem Beginn der Überströmbohrung des Kraftstoffes in den Ausweichzylinder bis zur Erreichung des vollen Schluckvolumens desselben verkleinert. Es ist sogar möglich, diesen Regelwinkel bei einer vorbestimmten Drehzahl auf Null herabzusetzen. Auf diese Weise wird im gesamten Regelbereich eine wesentliche Verringerung des gesamten Regelwinkels erreicht.
Dadurch, daß erfindungsgemäß die Ausnehmung der schrägen Steuerkante so weit reicht, daß bei Leerlaufstellung die erforderliche Dichtspaltbreite zwischen der die Ausnehmung begrenzenden Kante und der Absteuerbohrung gewährleistet ist, ergibt sich, daß bei den verschiedenen Hubstellungen des Kolbens im Bereich dieser Ausnehmung der Dichtspalt gleich bleibt. Es kann daher durch diese Ausnehmung der Regelwinkel zwischen der Stellung "Nullförderung" und der Leerlaufstellung auf ein Minimum reduziert werden, ohne daß der erforderliche Dichtspalt beeinträchtigt wird.
Wenn der Bereich der Steuerkante die Überströmbohrung aufsteuert, ist die Förderung beendet. Dies gilt sowohl für den Leerlauf als auch für den Lastbetrieb. Dadurch, daß der Abstand der Stelle, an welcher die schräge Steuerkante in die zurückspringende Ausnehmung übergeht, von der den Förderbeginn steuernden Steuerkante größer ist als der Durchmesser der Überströmbohrung, ergibt sich bei allen Drehstellungen zwischen dem Abschluß der Überströmbohrung und der Aufsteuerung derselben ein Nutzhub, welcher auch die bei Leerlauf erforderliche Fördermenge gewährleistet. Wenn dieser Abstand gleich oder kleiner als der Durchmesser der Überströmbohrung wäre, würde die Fördermenge vom Ausgleichzylinder geschluckt werden und es würde sich keine Haupteinspritzung entwickeln.
Die Erfindung bietet somit die Möglichkeit, bei einer durch ein Ausweichelement gesteuerten, 2-teiligen Einspritzung (= Voreinspritzung + Haupteinspritzung) einen Einspritzmengenverlauf ohne Konstantbereich (Strecke 12 in Fig. 3) mit stetig steigender Menge über den Regelwinkel (= Regelweg) mittels einer diskontinuierlichen Steuerkante zu erreichen.
In der DE-OS 29 22 426 wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung der eingangs genannten Art beschrieben, welche im wesentlichen ein Prinzip einer 2-teiligen Einspritzung darstellt, bei der durch spezielle Anordnung von Nuten der sog. Spritzäbstand bzw. die Spritzpause beliebig kurz gewählt werden kann und darüberhinaus in Abhängigkeit des Regelweges veränderlich gestaltet sein kann. Es wird jedoch nicht eine stetig steigende Menge über den Regelbereich erreicht, da ein Konstantbereich enthalten ist.
In der US-PS 4 520 774 ist eine Lösung dargestellt, bei welcher mittels eines Hochdruckerzeugers, eines Ausweichelementes und zweier Düsenhalterkombinationen eine 2-teilige Einspritzung erzielt wird, ohne auf den Mengenverlauf Rücksicht zu nehmen. Hiebei ist bei dieser Lösung mit einem Konstantbereich des Einspritzmengenverlaufes über dem Regelweg zu rechnen, weil die Steuerkante und damit der Nutzhub stetig mit zunehmendem Regelweg ansteigt, während das Schluckvolumen des Ausweichkolbens nach Ablauf der Voreinspritzung nachgefördert werden muß, währenddessen die Gesamteinspritzmenge über dem Regelweg konstant bleibt.
Gemäß der Erfindung kann vorzugsweise zur Bildung dieser Ausnehmung die schräge Steuerkante in Form einer Stufe zurückspringen. Eine solche Stufe kann in die schräge Steuerkante ohne weiteres eingearbeitet werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft der die Stufe bildende Bereich der Steuerkante in Richtung der Achse des Pumpenkolbens. Bei Nullförderung wird durch die Stufe die Abströmung in die Überströmbohrung, knapp bevor eine Förderung erfolgt, ermöglicht. Beim Übergang auf die Förderung überdeckt die Stufenkante die Überströmbohrung, wobei der erforderliche Dichtspalt zu berücksichtigen ist. Der schräge Bereich der Steuerkante überschleift nach Beginn der Förderung, nach einem durch die Drehstellung bestimmten Hub, den schrägen Bereich der Absteuerkante, wodurch die Förderung beendet wird. Dadurch, daß die Stufe in Richtung der Achse des Pumpenkolbens verläuft, wird der erforderliche Dichtspalt während des Hubes des Pumpenkolbens gleichgehalten, und es wird daher ein präziseres Einsetzen der Förderung bzw. der Leerlaufförderung ermöglicht. Abgesehen davon wird auch dadurch, daß die Stufe in Richtung der Achse des Pumpenkolbens verläuft, das Einarbeiten derselben bei der Fertigung erleichtert.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch erläutert. Fig.1 zeigt eine Seitenansicht des Kolbens. Fig.2 zeigt eine Abwicklung des Kolbenmantels mit der schrägen Steuerkante. Fig.3 zeigt ein Diagramm, bei welchem die Einspritzmenge in der Ordinate und der Regelwinkel in der Abszisse aufgetragen ist. Fig.4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform. Fig.5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel.
In Fig.2 ist die schräge Steuerkante des in Fig.1 dargestellten Pumpenkolbens in größerem Maßstab dargestellt. Der Kolben 7 weist eine schräge Steuerkante 1 auf, welche von der Uberströmbohrung 2 überschliffen wird. Bei den bekannten Ausbildungen verläuft die schräge Steuerkante nach einer stetigen Kurve, wie dies im Bereich 1a strichliert angedeutet ist. Bei einer solchen bekannten Ausbildung, bei welcher die Steuerkante 1-1a nach einer stetigen Kurve verläuft, liegt die Relativstellung der Überströmbohrung bei Nullförderung in der Ordinate a. Die Relativstellung der Überströmbohrung 2 bei Leerlauf liegt in der Ordinate b. Die Stellung 2' der Überströmbohrung 2 zeigt den Förderbeginn und die Stellung 2'' zeigt das Förderende. Der Regelwinkel 3 zwischen der Stellung a "Nullförderung" und der Leerlaufstellung b ist daher bei den bekannten Ausbildungen verhältnismäßig groß.
Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung verläuft die Steuerkante nach einer unstetigen Kurve. Die untere Steuerkante 1 weist eine Stufe 4 auf, welche in Richtung der Kolbenachse verläuft. Die untere Steuerkante verläuft nun nach der Linie 1-4. Dadurch wird die Stellung "Nullförderung" um einen Wert 5 in Richtung zur Ordinate b verschoben und liegt nun in der Ordinate c. Der Regelwinkel wird daher um den Bereich 5 verringert. Mit 6 ist der erforderliche Dichtspalt zwischen der Überströmbohrung 2 in der Leerlaufstellung Ordinate b und der die Stufe 4 bildenden Steuerkantenbereich eingezeichnet. Es zeigt sich somit, daß der gesamte Regelwinkel um den Bereich 5 verkürzt wird. Es ist auf diese Weise möglich, mit einem Regelwinkel von etwa 6O° das Auslangen zu finden.
Die Oberkante 8 des Kolbens 7 stellt die obere Steuerkante dar, welche bei Förderbeginn die Überströmbohrung 2 in der Pumpenkolbenbüchse 9 überschleift.
Wie Fig.2 zeigt, ist der Abstand der Stelle 28, an welcher die schräge Steuerkante 1 in die zurückspringende Stufe 4 übergeht von der den Förderbeginn steuernden oberen Steuerkante 8 frößer als der Durchmesser der Überströmbohrung.
Dadurch ergibt sich ein Nutzhub von der Kolbenstellung, bei welcher die obere Steuerkante 8 die Überströmbohrung 2 abschließt (Förderbeginn), bis zur Kolbenstellung, bei welcher die schräge Steuerkante 1 die Überströmbohrung 2 freigibt (Förderende).
Im Diagramm nach Fig.3 ist die Auswirkung dieser Verkürzung des Regelwinkels dargestellt. Die Ordinate zeigt die Einspritzmenge in mm³ pro Hub und die Abszisse zeigt den Regelwinkel. Bei den bekannten Ausbildungen, bei welchen die Steuerkante 1-1a nach einer stetigen Kurve verläuft, zeigt die Kurve 10 die Entwicklung der Voreinspritzung. Im Punkt 11 ist die volle Größe der Voreinspritzung erreicht bzw. es ist der Öffnungsdruck des Ausweichkolbens erreicht. Hierauf beginnt die Ausweichbewegung des Ausweichkolbens über einen beträchtlichen Regelwinkel Dies ist durch die Kurve 12 angedeutet. Im Punkt 13 hat der Ausweichkolben das volle Schluckvolumen des Ausweichzylinders freigegeben und die Haupteinspritzung beginnt. Die Kurve 14 entspricht dem Anstieg der Haupteinspritzung bei einer vorbestimmten konstanten Drehzahl und zeigt den Betrag der Gesamteinspritzmenge an. Dies ist der Verlauf bei den bekannten Ausbildungen.
Durch die Stufe 4 wird der Regelwinkel verkürzt. Dadurch verkürzt sich die durch die Kurve 12 angedeutete Phase. Bei einer bestimmten, für das Diagramm nach Fig.3 gewählten konstanten Drehzahl verkürzt sich diese Phase der Kurve 12 sogar auf Null. In diesem Falle verläuft die Voreinspritzung nach der Kurve 15, bis im Punkt 13 die volle Voreinspritzung erreicht ist. Nach der durch das Schluckvolumen des Ausweichzylinders bestimmten Einspritzpause bildet sich die Haupteinspritzung gemäß der Kurve 14 aus. Die absoluten an der Ordinate abzulesenden Werte in mm³ zeigen die Gesamteinspritzmenge an. Dies gilt bei einer angenommenen Drehzahl n₁. Bei anderen Drehzahlen kann die Voreinspritzung und Haupteinspritzung beispielsweise nach n₂ ausgebildet sein.
Bei kleineren Werten 5 (Fig.2) kann die Verkürzung der durch die Kurve 12 angedeuteten Phase geringer sein und die Voreinspritzung kann beispielsweise nach der Kurve 16 ausgebildet sein. Eine Verkleinerung des Regelwinkels in der durch die Kurve 12 angedeuteten Phase ergibt sich aber jedenfalls, ohne daß der Steigungswinkel der schrägen Steuerkante 1 verkleinert wird.
In Fig.4 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt. Der Kolben 17 weist Schrägschlitze 18 auf, deren untere Steuerkante 19 die Förderung beendet. Diese Schrägschlitze 18 sind durch eine Axialbohrung 20 und eine Querbohrung 21 mit dem Arbeitsraum des Pumpenkolbens 17 verbunden und die Steuerung erfolgt durch eine Steuerhülse 22, welche die Überströmbohrung 23 aufweist. An die Schrägschlitze 18 ist eine sich in Achsrichtung des Kolbens erstreckende Ausnehmung 24 angesetzt, wodurch eine Stufe 25 der Steuerkante 19 gebildet wird, welche die gleiche Funktion wie die Stufe 4 gemäß der Fig.2 hat. Der Förderbeginn erfolgt bei Überschleifen der Querbohrung 26 durch die Kante 27 der Steuerhülse 22.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.5 ist die schräge Steuerkante 29 und die Stufe 30, in welche die schräge Steuerkante 29 im Punkt 31 übergeht, in einer den Kolben umgebenen Büchse 32 vorgesehen. Die Überströmbohrung 33 ist bei diesem Ausführungsbeispiel im Kolben 34 vorgesehen und durch eine zentrale Bohrung 35 im Kolben 34 mit dem Arbeitsraum 36 verbunden. Die Förderung beginnt wenn die obere Steuerkante 37 der Büchse 32 die Überströmbohrung 33 überschleift und endet wenn die schräge Steuerkante 29 der Büchse 32 die Überströmbohrung 33 des Kolbens 34 freigibt. Auch hier ist der Abstand zwischen der Stelle 31, an welcher die schräge Steuerkante 29 in die Stufe 30 übergeht, von der dem Förderbeginn steuernden Steuerkante 37 größer als der Durchmesser der Überströmbohrung 33. 38 ist ein Ausweichkolben, welcher in einem Ausweichzylinder 39 geführt ist. Mit 40 ist der Ausweichhub des Ausweichkolbens 38 bezeichnet.

Claims

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Einspritzbrennkraftmaschinen, bei welcher ein Pumpenkolben (7,17) und eine Pumpenkolbenbüchse (9) oder eine Steuerhülse (22) relativ zueinander verdrehbar sind und das Förderende durch wenigstens eine schräge Steuerkante (1,19,29) des einen Teiles, welche eine Überströmbohrung (2,23) des jeweils anderen Teiles überschleift, bestimmt ist, und der Förderbeginn durch eine andere Steuerkante (8,37) dieses einen Teiles, die die Überströmbohrung (2,33) des jeweils anderen Teiles überschleift, bestimmt ist, wobei die schräge Steuerkante (1,19,29) im Bereich (c) der Nullförderung eine in Richtung zu den einer Vergrößerung der Förderung entsprechenden Drehstellung zurückspringende Ausnehmung (4,25,30) aufweist und der Abstand der Stelle (28,31), an welcher die schräge Steuerkante (1,19,29) in die zurückspringende Ausnehmung (4,25,30) übergeht, von der den Förderbeginn steuernden Steuerkante (8,37) größer ist als der Durchmesser der Überströmbohrung (2,32), dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Vor- und Haupteinspritzung ein in einem mit dem Hochdruckraum in Verbindung stehenden Ausweichzylinder (39) geführter Ausweichkolben (38) vorgesehen ist, wobei das vom Ausweichkolben (38) freigegebene Volumen die Einspritzpause zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung bestimmt, und daß die Ausnehmung (4,25,30) der schrägen Steuerkante (1,19,29) so weit reicht, daß bei Leerlaufstellung (b) die erforderliche Dichtspaltbreite (6) zwischen der die Ausnehmung (4,25,30) begrenzenden Kante und der Absteuerbohrung (2,33) gewährleistet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Ausnehmung die schräge Steuerkante (1,19,29) in Form einer Stufe (4,25,30) zurückspringt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stufe (4,25,30) bildende Bereich der Steuerkante (1,19,29) in Richtung der Achse des Pumpenkolbens (7,17,34) verläuft.