EP0606435B1 - Kraftstoffeinspritzpumpe für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0606435B1
EP0606435B1 EP93915648A EP93915648A EP0606435B1 EP 0606435 B1 EP0606435 B1 EP 0606435B1 EP 93915648 A EP93915648 A EP 93915648A EP 93915648 A EP93915648 A EP 93915648A EP 0606435 B1 EP0606435 B1 EP 0606435B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
control
control edge
fuel injection
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93915648A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0606435A1 (de
Inventor
Werner Faupel
Dieter Heck
Dieter Seher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0606435A1 publication Critical patent/EP0606435A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0606435B1 publication Critical patent/EP0606435B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2409—Addressing techniques specially adapted therefor
    • F02D41/2422—Selective use of one or more tables
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • F02D41/064—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting at cold start
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/24—Varying fuel delivery in quantity or timing with constant-length-stroke pistons having variable effective portion of stroke
    • F02M59/26—Varying fuel delivery in quantity or timing with constant-length-stroke pistons having variable effective portion of stroke caused by movements of pistons relative to their cylinders
    • F02M59/265—Varying fuel delivery in quantity or timing with constant-length-stroke pistons having variable effective portion of stroke caused by movements of pistons relative to their cylinders characterised by the arrangement or form of spill port of spill contour on the piston

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection pump according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injection pump known from DE-OS 2 246 056, in which a pump piston, which delimits a pump working space with its end face, is moved axially in a cylinder liner, the passage of the fuel that controls the start of the injection by driving over it via a control opening arranged in the cylinder wall Control edge on the end face of the pump piston, in the rotary position range of the pump piston controlling the nominal load range of the internal combustion engine to be supplied, bevelled so that the start of injection in this area is moved back in the direction of the later start.
  • the start of injection must be set so late that in the cold operating state of the internal combustion engine in the lowest load range or at zero load white smoke occurs, which increases the pollutant emission of the internal combustion engine to be supplied in this operating state.
  • the fuel injection pump according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that, by designing the control edge of the pump piston controlling the start of delivery and thus the start of injection, with recessed areas, an early shift in the start of delivery at zero or low load and depending on the temperature is carried out, as a result of which white smoke can be avoided in the warm-up phase of the internal combustion engine without the need for an additional, external injection adjuster.
  • control edges Due to the design of the control edges according to claim 1, two areas are formed, so that for the operating area of the cold internal combustion engine which is operated with little or no load, a control area with extreme early adjustment becomes effective, while with higher load or temperature the early adjustment of the start of delivery by the other Control area has a smaller dimension. In this way, it is possible to vary the amount of early displacement, especially in idle mode, as a function of the operating temperature and the load of the internal combustion engine, and thus for that adjust the optimal start of funding to different operating areas.
  • a further advantage is achieved by delimiting the control edges from one another by means of a longitudinal groove, as a result of which the two control edge regions are exactly separated from one another, which makes it possible to assign a separate pump map to each.
  • the abrupt transition from control edge to control edge via axially parallel edges also has the advantage according to claim 2 in the fuel injection pump according to the invention that the individual control positions are controlled quickly by step functions, so that an exact assignment to the individual control ranges is possible.
  • FIG. 1 shows a section of the fuel injection pump according to the invention
  • FIG. 2 shows a development of the pump piston, which shows the design of the control edges
  • FIG. 3 shows a diagram of the delivery rate over the control path of the fuel injection pump according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the logic circuit from FIG. 4.
  • a pump piston 1 is axially reciprocated by a cam drive (not shown) in a cylinder bore 3 of a cylinder liner 5 inserted into a pump housing.
  • the pump piston 1 delimits, with its end 7 facing away from the cam drive, a pump work chamber 9 in the cylinder bore 3, which is connected during part of the piston stroke through a radial control opening 11 to a fuel-filled, low-pressure chamber surrounding the cylinder sleeve 5.
  • the radial control opening 11 forms with its trailing edge in the direction of the longitudinal axis of the pump piston an upper control edge 10 and a lower control edge 12 which cooperate with the pump piston 1.
  • the pump piston can be rotated for the purpose of injection control via a control rod, also not shown, and has on its outer surface a control recess 13 which interacts with the control opening 11 and is delimited by an oblique control edge 15 on the pump work chamber side and which is continuously connected to the pump work chamber 9 via a longitudinal groove 17 is.
  • the edge created by the transition from the end face 7 to the outer surface of the pump piston 1 forms an upper first control edge 19 on the pump piston 1, which in cooperation with the control opening 11 in the cylinder liner 5 controls the start of delivery and thus also the start of injection.
  • the pump piston 1 also has a first and a second recessed area, with a second control edge 23 and a third control edge 25, which are separated by the longitudinal groove 17 from the first control edge 19.
  • a first region A is formed by the flat profile of the end face 7 with the first control edge 19, which is at a great distance from the end of the pump piston 1 on the cam drive side.
  • the second area B is set back in the direction of the cam drive with respect to the end face 7, forming a first recess which is delimited in the direction of the cam drive by the second control edge 23, and in turn has a further set back or region C which is recessed in the direction of the cam drive and forms a second recess there with the third control edge 25.
  • the control edge transitions between the individual areas are designed as shoulders 21, so that the individual control positions are controlled by jump functions through these axially parallel transitions and a clear assignment of the respective area is possible.
  • the areas A and B separated from one another by the longitudinal groove 17 are assigned different pump maps, which cover different operating areas of the internal combustion engine to be supplied.
  • area A is assigned a pump map 2, which controls the operation of the cold internal combustion engine at low or no load
  • area B which includes area C, the remaining operating area of the warm internal combustion engine, or one operated at higher load.
  • the slope of the oblique control edge 15 which controls the delivery end and thus the injection quantity is the same over its entire extent, ie the greatest fuel delivery quantity is reached in area C at its end facing away from the longitudinal groove 17 Setting is assigned approximately to the full load range of the internal combustion engine to be supplied.
  • the adjustment of the rotational position of the pump piston 1 relative to the cylinder liner 5 takes place, as already mentioned, by means of the control rod and an electronically controlled control system that, as shown in FIGS. 4 and 5, contains a simple logic circuit which contains individual operating variables of the internal combustion engine to be supplied, e.g. Temperature and desired amounts of fuel, processed and the areas or pump maps controlled.
  • the circuit consists of a changeover switch 31, which is connected to the electronic control system for the injection quantity control and which acts as an input or.
  • Control variables either with a first electronic control unit 33 that controls the adjustment of the control system depending on the speed and the required amount according to a first pump map (PKF 1) or can be connected to a second electronic control unit 35 that controls the control system as a function of the speed and controls the desired amount of fuel according to a second pump map.
  • PPF 1 first pump map
  • PPF 1 first pump map
  • the switching between the two control units 33, 35 is carried out by a control unit 37, which is explained in more detail in FIG. 5 and processes a logic circuit, which compares the temperature and the required fuel quantity or the desired output as input variables with defined limit values and uses them as inputs simple +/- output signal forms.
  • the fuel injection pump according to the invention works as follows.
  • the fuel flows out of the low-pressure chamber via the control opening 11, which is released from the end face 7 of the pump piston 1, into the pump work chamber 9.
  • a small part of the fuel in the pump work chamber 7 initially flows back into the low-pressure chamber via the control opening 11 until the upper control edge 19 has passed over the upper control edge 10 of the control opening 11 and the pump piston closes the control opening 11 with its outer surface.
  • the fuel located in the pump work chamber 9 is compressed, reaches the injection pressure and reaches the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied via an injection line (not shown) and an injection valve for injection.
  • the point in time at which the control opening 11 is turned on and on and thus the start and duration of the fuel delivery and the amount of fuel injected can be controlled by rotating the pump piston 1.
  • the setting position of area A of the first control edge 19 of the pump piston 1 enables a very early start of injection, as is required when the cold internal combustion engine is operated with a low load, in order to avoid the formation of white smoke.
  • area B (pump map 1) of control edge 23 is for this operating area is provided, in which the start of injection is delayed by moving the control edge 23 back.
  • the longitudinal groove 17 is arranged between them, so that the delivery rate characteristic shown in the diagram in FIG. 3 results over the control path.
  • the flow rate Q initially increases with an adjustment of the control rod or a set of rules (RW control path) in the direction of full load, then is interrupted very briefly and then continues to increase, as is known.
  • the renewed adjustment of the start of injection in the late direction caused by area C has no significant influence on the delivery rate characteristics, since the slope of the inclined control edge 15 relative to the step is relatively large, so that there is only a slight kinking of the characteristic curve.
  • the area C formed by an additional depression with the control edge 25 is set at higher or full load and, due to its later start of delivery, which can extend into the area from and to the top dead center of the piston movement, reduces the formation of pollutants and also here especially the NOx emission.
  • the switchover between the pump maps 2 and 1 or the areas A and B is dependent on the operating temperature of the internal combustion engine, for example the cooling water temperature (T) and the fuel quantity setpoint (desired load) required via the gas linkage .
  • the Pump map 2 controls the adjustment movement when the internal combustion engine is cold and at low load, while pump map 1 (control unit 33) is used in the remaining operating range of the internal combustion engine.
  • FIG. 4 shows that a logic circuit (control unit 37), which processes the operating temperature of the internal combustion engine and its desired load output as input variables, is used to switch between the pump characteristics, and after setting one of the pump characteristics via the speed controller, a new one A comparison is made between the actual speed and the desired load delivery, as a result of which the position control of the rotational position of the pump piston is carried out.
  • a logic circuit control unit 37
  • FIG. 5 schematically shows the mode of operation of the logic circuit of the control device 37, which operates here as an “and” circuit. It is stipulated that after a comparison of the input values temperature (T) and required load (ME) with specified limit values, the pump map 1 is only switched to the pump map 2 when both fall below the limit values, so that the area A of the map 2 with its extreme early adjustment of the start of injection is only used at low temperature and low load, while when only one input value is exceeded the limit value is already switched back to pump map 1.
  • T temperature
  • ME required load
  • the switch can take place as a function of the hysteresis, as shown in FIG. 5, a limit band with upper (T1, M1) and lower hysteresis limit being specified for both the temperature and the load, in which in the event of changes in the actual value, no signals for adjustment to the outside are given and only when the upper or the lower limit value is exceeded and, depending on the output range, the corresponding signal (+/-) is delivered. It is alternatively possible to carry out the temperature-dependent changeover using a time hysteresis, in which the changeover takes place only when a specific temperature value is below or exceeded a specific time.

Abstract

Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Zylinderbüchse (5) bewegten und dort einen Pumpenarbeitsraum (9) begrenzenden Pumpenkolben (1), der zwei mit einer Steueröffnung (11) in der Zylinderbüchse (5) zusammenwirkende Steuerkanten aufweist, von denen eine auf der Mantelfläche angeordnete, ständig mit dem Pumpenarbeitsraum (9) verbundene, schräge Steuerkante (15) das Förderende und eine erste durch die Stirnseite (7) des Pumpenkolbens (1) gebildete obere Steuerkante (19) beim Überfahren der Steueröffnung (11) den Förderbeginn steuert. Für eine last- und temperaturabhängige Frühverschiebung des Förderbeginns weist die Stirnseite des Pumpenkolbens (1) einen ersten axial in Richtung Nockenantrieb vertieften Bereich (B) unter Bildung einer zweiten Steuerkante (23) auf, der von dem stirnseitig ebenen Bereich (A) durch eine Längsnut (17) getrennt ist und in dem seinerseits ein zweiter, über Absätze (21) in Richtung Nockenantrieb vertiefter Bereich (C) mit einer dritten Steuerkannte (25) angeordnet ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen durch die DE-OS 2 246 056 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe, bei der ein Pumpenkolben, der mit seiner Stirnfläche einen Pumpenarbeitsraum begrenzt, in einer Zylinderbüchse axial bewegt wird, ist die durch ihr Überfahren über eine in der Zylinderwand angeordnete Steueröffnung, den Einspritzbeginn steuernde Steuerkante an der Stirnseite des Pumpenkolbens, in dem den Nennlastbereich der zu versorgenden Brennkraftmaschine steuernden Drehstellungsbereich des Pumpenkolbens zur Steueröffnung derart abgeschrägt, daß der Einspritzbeginn in diesem Bereich in Richtung späterer Beginn zurückverlegt ist. Dies ermöglicht neben der Optimierung des Einspritzbeginns für den Bereich großer Last einen hohen maximalen Verbrennungsdruck im Pumpenarbeitsraum auch in den übrigen Betriebspunkten, da diese nun unabhängig vom Nennlastbereich angepaßt werden können. Es kann somit mit der bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe eine Erhöhung des maximalen Verbrennungsdruckes im gesamten Arbeitsbereich der Kraftstoffeinspritzpumpe erreicht werden, ohne dabei den maximal zulässigen Grenzwert für die mechanische Belastbarkeit der Bauteile zu überschreiten.
  • Dabei müssen bei der Auslegung der bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe für emissionsoptimierte Brennkraftmaschinen die Spritzbeginne jedoch so spät gelegt werden, daß im kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine im untersten Lastbereich, bzw. bei Nullast Weißrauch auftritt, der die Schadstoffemission der zu versorgenden Brennkraftmaschine in diesem Betriebszustand erhöht.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Ausgestaltung der den Förderbeginn und damit den Einspritzbeginn steuernden Steuerkante des Pumpenkolbens mit vertieften Bereichen eine Frühverschiebung des Förderbeginns bei Null- bzw. geringer Last und in Abhängigkeit von der Temperatur vorgenommen wird, in dessen Folge Weißrauch in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine vermieden werden kann, ohne dafür einen zusätzlichen, externen Spritzversteller benötigen zu müssen.
  • Durch die Ausgestaltung der Steuerkanten gemäß Patentanspruch 1 werden zwei Bereiche gebildet, so daß für den Betriebsbereich der kalten Brennkraftmaschine die mit geringer oder Nullast betrieben wird, ein Steuerbereich mit extremer Frühverstellung wirksam wird, während bei höherer Last oder Temperatur die Frühverstellung des Förderbeginns durch den anderen Steuerbereich ein geringeres Maß aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, das Maß der Frühverschiebung vor allem im Leerlaufbetrieb in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur und der Last der Brennkraftmaschine zu variieren und somit für die verschiedenen Betriebsbereiche den optimalen Förderbeginn einzustellen. Ein weiterer Vorteil wird dabei durch die Abgrenzung der Steuerkanten voneinander durch eine Längsnut erreicht, wodurch beide Steuerkantenbereiche exakt voneinander getrennt sind, was ein jeweiliges Zuordnen eines separaten Pumpenkennfeldes ermöglicht. Der schroffe Übergang von Steuerkante zu Steuerkante über achsparallele Kanten hat gemäß Anspruch 2 bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe zudem den Vorteil, daß die einzelnen Regellagen rasch durch Sprungfunktionen angesteuert werden, so daß eine genaue Zuordnung zu den einzelnen Regelbereichen möglich ist.
  • Ein weiterer Vorteil wird gemäß Anspruch 5 dadurch erzielt, daß das Umschalten zwischen den Steuerkantenbereichen und somit zwischen den Pumpenkennfeldern in Abhängigkeit von Temperatur und Last bei elektronisch geregelten Kraftstoffeinspritzpumpen über eine einfache Logik-Schaltung erfolgt, die zudem die im Regelkreislauf auftretende Hysterese berücksichtigt, was sowohl einen geringen Steuerungsaufwand als auch eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Vorgabe der Grenzwerte zur Folge hat.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen die Figur 1 einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe, die Figur 2 eine Abwicklung des Pumpenkolbens, die die Ausbildung der Steuerkanten zeigt, die Figur 3 ein Diagramm der Fördermenge über dem Regelweg der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe, die Figur 4 eine Schemadarstellung der elektronischen Ansteuerung des Regelwerkes durch eine Logik-Schaltung und die Figur 5 eine Schemadarstellung der Logik-Schaltung aus der Figur 4.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Bei der in der Figur 1 nur in ihrem erfindungswesentlichen Bereich dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe wird ein Pumpenkolben 1 von einem nicht dargestellten Nockenantrieb in einer Zylinderbohrung 3 einer in ein Pumpengehäuse eingesetzten Zylinderbüchse 5 axial hin- und herbewegt. Der Pumpenkolben 1 begrenzt dabei mit seiner dem Nockenantrieb abgewandten Stirnseite 7 einen Pumpenarbeitsraum 9 in der Zylinderbohrung 3, der während eines Teils des Kolbenhubs durch eine radiale Steueröffnung 11 mit einem kraftstoffgefüllten, die Zylinderbüchse 5 umgebenden Niederdruckraum verbunden ist. Die radiale Steueröffnung 11 bildet dabei mit ihrer Austrittskante in Richtung der Pumpenkolbenlängsachse jeweils eine obere Steuerkante 10 und eine untere Steuerkante 12 die mit dem Pumpenkolben 1 zusammenwirken. Der Pumpenkolben ist zum Zweck der Einspritzsteuerung über eine ebenfalls nicht dargestellte Regelstange verdrehbar und weist auf seiner Mantelfläche eine mit der Steueröffnung 11 zusammenwirkende Steuerausnehmung 13 auf, die pumpenarbeitsraumseitig von einer schrägen Steuerkante 15 begrenzt wird und die über eine Längsnut 17 ständig mit dem Pumpenarbeitsraum 9 verbunden ist. Die durch den Übergang der Stirnseite 7 zur Mantelfläche des Pumpenkolbens 1 entstandene Kante bildet eine obere erste Steuerkante 19 am Pumpenkolben 1, die im Zusammenwirken mit der Steueröffnung 11 in der Zylinderbüchse 5 den Förderbeginn und somit auch den Einspritzbeginn steuert.
  • Der Pumpenkolben 1 weist weiterhin erfindungsgemäß einen ersten und einen zweiten vertieften Bereich auf, mit einer zweiten Steuerkante 23 und einer dritten Steuerkante 25, die durch die Längsnut 17 von der ersten Steuerkante 19 getrennt sind. Wie in der in der Figur 2 dargestellten Abwicklung des Pumpenkolbens 1 gezeigt ist, wird ein erster Bereich A durch den ebenen Verlauf der Stirnseite 7 mit der ersten Steuerkante 19 gebildet, die einen größten Abstand zum nockenantriebsseitigen Ende des Pumpenkolbens 1 aufweist. Der von dem Bereich A durch die Längsnut 17 getrennte zweite Bereich B ist gegenüber der Stirnseite 7 in Richtung Nockenantrieb zurückversetzt, wobei er eine erste Ausnehmung bildet, die durch die zweite Steuerkante 23 in Richtung Nockenantrieb begrenzt wird, und weist seinerseits noch einen weiteren zurückversetzten bzw. in Richtung Nockenantrieb vertieften Bereich C auf, der dort eine zweite Ausnehmung mit der dritten Steuerkante 25 bildet. Die Steuerkantenübergänge zwischen den einzelnen Bereichen sind dabei als Absätze 21 ausgeführt, so daß durch diese achsparallelen Übergänge die einzelnen Regellagen durch Sprungfunktionen angesteuert werden und eine eindeutige Zuordnung des jeweiligen Bereiches möglich ist.
  • Den durch die Längsnut 17 voneinander getrennten Bereichen A und B werden verschiedene Pumpenkennfelder zugeordnet, die verschiedene Betriebsbereiche der zu versorgenden Brennkraftmaschine abdecken. So ist dem Bereich A ein Pumpenkennfeld 2 zugeordnet, das den Betrieb der kalten Brennkraftmaschine bei geringer oder Nullast steuert und dem Bereich B, der den Bereich C einschließt, der übrige Betriebsbereich der warmen, bzw. mit höherer Last betriebenen Brennkraftmaschine.
  • Die Steigung der das Förderende und damit die Einspritzmenge steuernden schrägen Steuerkante 15 ist über ihre gesamte Erstreckung gleich, d.h. die größte Kraftstoffördermenge wird im Bereich C an dessen der Längsnut 17 abgewandten Ende erreicht, wobei diese Einstellung etwa dem Vollastbereich der zu versorgenden Brennkraftmaschine zugeordnet ist.
  • Die Verstellung der Verdrehlage des Pumpenkolbens 1 relativ zur Zylinderbüchse 5 erfolgt wie bereits erwähnt durch die Regelstange und ein elektronisch angesteuertes Regelwerk, daß wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt eine einfache Logik-Schaltung enthält, die einzelne Betriebsgrößen der zu versorgenden Brennkraftmaschine, wie z.B. Temperatur und gewünschte Kraftstoffmengen, verarbeitet und die Bereiche bzw. Pumpenkennfelder ansteuert.
  • Dazu besteht die Schaltung, wie in der Figur 4 dargestellt, aus einem Umschalter 31, der mit dem elektronischen Regelwerk für die Einspritzmengenregelung verbunden ist und der als Eingangsbzw. Steuergrößen entweder mit einem ersten elektronischen Steuergerät 33, daß die Verstellung des Regelwerks in Abhängigkeit von der Drehzahl und der geforderten Menge nach einem ersten Pumpenkennfeld (PKF 1) steuert oder mit einem zweiten elektronischen Steuergerät 35 verbindbar ist, das das Regelwerk in Abhängigkeit von der Drehzahl und der gewünschten Kraftstoffmenge nach einem zweiten Pumpenkennfeld ansteuert. Das Umschalten zwischen den beiden Steuergeräten 33, 35 erfolgt dabei durch ein in der Figur 5 näher erläutertes, eine Logik-Schaltung verarbeitendes Steuergerät 37, das die Temperatur und die geforderte Kraftstoffmenge bzw. die gewünschte abzugebene Leistung als Eingangsgrößen mit festgelegten Grenzwerten vergleicht und daraus ein einfaches +/- Ausgangssignal formt.
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet folgendermaßen.
  • Während des Saughubs des Pumpenkolbens 1 in Richtung unterer Totpunkt, strömt der Kraftstoff aus dem Niederdruckraum über die von der Stirnseite 7 des Pumpenkolbens 1 freigegebene Steueröffnung 11 in den Pumpenarbeitsraum 9. Beim anschließenden Förderhub in Richtung oberer Totpunkt strömt zunächst ein geringer Teil des im Pumpenarbeitsraum 7 befindlichen Kraftstoffes wieder über die Steueröffnung 11 zurück in den Niederdruckraum, bis die obere Steuerkante 19 die obere Steuerkante 10 der Steueröffnung 11 überfahren hat und der Pumpenkolben die Steueröffnung 11 mit seiner Mantelfläche verschließt. Im weiteren Verlauf des Pumpenkolbenhubs wird der im Pumpenarbeitsraum 9 befindliche Kraftstoff komprimiert, erreicht den Einspritzdruck und gelangt über eine nicht dargestellte Einspritzleitung und ein Einspritzventil zur Einspritzung in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine. Mit Überfahren der schrägen Steuerkante 15 über die untere Steuerkante 12 der Steueröffnung 11 wird die Verbindung zwischen dem unter Hochdruck stehenden Pumpenarbeitsraum 9 und dem Niederdruckraum aufgesteuert, so daß sich der Hochdruck im Pumpenarbeitsraum 9 entspannt und der Kraftstoff über die Steueröffnung 11 in den Niederdruckraum abströmt. Dabei sinkt der Druck im Einspritzsystem wieder unter den nötigen Einspritzdruck und das Einspritzventil schließt.
  • Der Zeitpunkt des Zuund des Aufsteuerns der Steueröffnung 11 und damit der Beginn und die Dauer der Kraftstofförderung und die eingespritzte Kraftstoffmenge sind durch das Verdrehen des Pumpenkolbens 1 steuerbar.
  • Dabei kann über die Einstellage des Bereiches A der ersten Steuerkante 19 des Pumpenkolbens 1 ein sehr früher Einspritzbeginn erreicht werden, wie er beim Betrieb der kalten Brennkraftmaschine mit geringer Last erforderlich ist, um die Bildung von Weißrauch zu vermeiden.(Pumpenkennfeld 2)
  • Da ein derart früher Förderbeginn beim Betreiben der betriebswarmen Brennkraftmaschine oder bei hoher Last, d.h. hoher Kraftstoffördermenge, die Schadstoffbildung und hier vor allem die NOx-Emission stark ansteigen lassen würde, ist für diesen Betriebsbereich der Bereich B (Pumpenkennfeld 1) der Steuerkante 23 vorgesehen, bei dem der Einspritzbeginn durch das Zurückversetzen der Steuerkante 23 in Richtung spät verschoben ist. Um dabei eine exakte Trennung zwischen den Bereichen A und B zu haben, ist die Längsnut 17 zwischen diesen angeordnet, so daß sich die im in der Figur 3 gezeigten Diagramm dargestellte Fördermengencharakteristik über dem Regelweg ergibt. Dabei ist ersichtlich, daß die Fördermenge Q mit einer Verstellung der Regelstange oder eines Regelwerkes (RW-Regelweg) in Richtung Vollast zunächst zunimmt, dann sehr kurz unterbrochen wird um dann wie bekannt weiter stetig anzusteigen. Die durch den Bereich C verursachte erneute Verstellung des Einspritzbeginns in Richtung spät hat dabei keinen wesentlichen Einfluß auf die Fördermengencharakteristik, da die Steigung der schrägen Steuerkante 15 gegenüber dem Absatz relativ groß ist, so daß sich lediglich ein geringes Abknicken der Kennlinie ergibt.
  • Der durch eine zusätzliche Vertiefung entstandene Bereich C mit der Steuerkante 25 wird bei höherer bzw. Vollast eingestellt und bewirkt durch seinen nochmalig späteren Förderbeginn, der sich bis in den Bereich von und nach dem oberen Totpunkt der Kolbenbewegung erstrecken kann, eine Verminderung der Schadstoffbildung und auch hier vor allem der NOx-Emission.
  • Die Verstellung der Verdrehlage des Pumpenkolbens 1 relativ zur Zylinderbüchse 5 und damit die Einstellung eines der Bereiche der Steuerkanten 19, 23, 25 in Überdeckung mit der Steueröffnung 11 erfolgt im Ausführungsbeispiel über eine elektronische Ansteuerung des Antriebs der Regelstange, deren Aufbau in den Figuren 4 und 5 erläutert wird.
  • Dabei wird gemäß Figur 4 davon ausgegangen, daß die Umschaltung zwischen den Pumpenkennfeldern 2 und 1 bzw. den Bereichen A und B in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine, z.B. der Kühlwassertemperatur (T) und dem über das Gasgestänge geforderten Kraftstoffmengensollwert (gewünschte Last) erfolgt. Das Pumpenkennfeld 2 (Steuergerät 35) steuert die Verstellbewegung bei kalter Brennkraftmaschine und niedriger Last, während das Pumpenkennfeld 1 (Steuergerät 33) im übrigen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine zur Anwendung kommt.
  • Das Blockschaltbild der Figur 4 zeigt, daß über eine Logik-Schaltung (Steuergerät 37), die die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und deren gewünschte Lastabgabe als Eingangsgrößen verarbeitet, das Umschalten zwischen den Pumpenkennfeldern erfolgt, wobei nach dem Einstellen eines der Pumpenkennfelder über den Drehzahlregler ein erneuter Vergleich zwischen der IstDrehzahl und der gewünschten Lastabgabe erfolgt, in dessen Ergebnis die Lageregelung der Verdrehlage des Pumpenkolbens vorgenommen wird.
  • In der Figur 5 ist schematisch die Wirkungsweise der Logik-Schaltung des Steuergeräts 37, die hier als "und"-Schaltung arbeitet dargestellt. Dabei ist festgelegt, daß nach einem Vergleich der Eingangswerte Temperatur (T) und geforderte Last (ME) mit festgelegten Grenzwerten erst dann vom Pumpenkennfeld 1 auf das Pumpenkennfeld 2 umgeschaltet wird, wenn beide die Grenzwerte unterschreiten, so daß der Bereich A des Kennfeldes 2 mit seiner extremen Frühverstellung des Einspritzbeginnes nur bei niedriger Temperatur und geringer Last zur Anwendung kommt, während beim Überschreiten nur eines Eingangswertes über den Grenzwert bereits auf das Pumpenkennfeld 1 zurückgeschaltet wird.
  • Um dabei ein ständiges Umschalten in Grenzbereichen zu vermeiden, kann die Umschaltung wie in der Figur 5 dargestellt Hysterese-abhängig erfolgen, wobei sowohl bei der Temperatur als auch der Last ein Grenzwertband mit oberer (T1,M1) und unterer Hysteresegrenze angegeben ist, in dem bei Veränderungen des Ist-Wertes keine Signale zur Verstellung nach außen gegeben werden und erst beim Überschreiten des oberen oder des unteren Grenzwertes und in Abhängigkeit vom Ausgangsbereich das entsprechende Signal (+/-) abgegeben wird. Dabei ist es alternativ möglich, die temperaturabhängige Umschaltung über eine Zeithysterese vorzunehmen, bei der die Umschaltung erst erfolgt, wenn ein bestimmter Temperaturwert eine bestimmte Zeit unter oder überschritten wird.
  • Mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe ist es somit möglich, ohne externen Spritzversteller oder zusätzliche Bauteile eine Frühverschiebung bei Null- bzw. geringer Last als Funktion von Temperatur und Last vornehmen zu können und so die Bildung von Weißrauch in diesem Betriebszustand der zu versorgenden Brennkraftmaschine zu vermeiden.

Claims (7)

  1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Zylinderbohrung (3) einer Zylinderbüchse (5) axial hin- und hergehend angetriebenen und verdrehbaren Pumpenkolben (1), der mit seiner Stirnfläche (7) einen Pumpenarbeitsraum (9) begrenzt und auf seiner Mantelfläche eine mit dem Pumpenarbeitsraum (9) verbundene Steuerausnehmung (13) aufweist, die eine schräge Steuerkante (15) aufweist und mit einer von einem Niederdruckraum ausgehenden Steueröffnung (11) in der Wand der Zylinderbüchse (5) zusammenwirkt, wobei eine Kante der pumpenarbeitsraumseitigen Stirnfläche (7) des Pumpenkolbens (1) zu dessen Mantelfläche eine weitere mit der Steueröffnung (11) zusammenwirkende erste Steuerkante (19) bildet, die einen in Kolbenlängsrichtung zur Antriebsseite des Pumpenkolben (1) vertieften, eine zweite Steuerkante (23) bildenden Bereich (B) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerkante (23) umfangsseitig auf der einen Seite durch eine Längsnut (17) begrenzt ist und von dieser zweiten Steuerkante (23) ein zweiter, zur Antriebsseite des Pumpenkolbens (1) hin vertiefter Bereich (C) unter Bildung einer dritten Steuerkante (25) ausgeht, wobei die erste Steuerkante (19) für den Betrieb der kalten Brennkraftmaschine bei geringer oder Nullast und die zweite und dritte Steuerkante (23, 25), die von der ersten Steuerkante (19) durch die Längsnut (17) getrennt sind, für den übrigen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine vorgesehen sind.
  2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen der zweiten Steuerkante (23) und der dritten Steuerkante (25) durch achsparallele Kanten unter Bildung eines Absatzes (21) des zweiten vertieften Bereiches (C) erfolgt.
  3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Drehlage des Pumpenkolbens (1) relativ zur Zylinderbüchse (5) und damit das Wirksamwerden der einzelnen Steuerkanten (19, 23, 25) des Pumpenkolbens (1) an der Steueröffnung (11), in Abhängigkeit von der Last bzw. Fördermenge und der Betriebstemperatur der zu versorgenden Brennkraftmaschine erfolgt.
  4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste Steuerkante (19) ein Pumpenkennfeld "2" und für die zweite und dritte Steuerkante (23, 25) ein Pumpenkennfeld "1" vorgesehen ist.
  5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen den Kennfeldern 1 und 2 über eine Logik-Schaltung gesteuert wird, die die Temperatur der Brennkraftmaschine und die geforderte Kraftstoffmenge (Last) mit Berücksichtigung einer Umschaltverzögerung verarbeitet.
  6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung vom Pumpenkennfeld "1" auf das Pumpenkennfeld "2" über eine und-Schaltung erfolgt, bei der die Eingangsgrößen (Temperatur, Last) einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten.
  7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (19, 23, 25) in Radialebenen zur Pumpenkolbenachse liegen.
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