Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs
aus. Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art erfolgt die Steuerung
des im Sinne einer Rückstellung die bewegliche Wand belastenden Drucks mit Hilfe eines
Druckbegrenzungsventils einerseits und mit Hilfe eines elektromagnetisch betätigten
Schaltventils andererseits. Das elektrischmagnetisch betätigte Schaltventil wird dabei
von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von mehreren Betriebsparametern derart
gesteuert, daß es beim Kaltstart und in der Warmlaufphase geschlossen ist. Das ermöglicht,
daß der Druck im Steuerdruckraum unmittelbar nach Betriebsbeginn der Kraftstoffeinspritzpumpe
sehr rasch ansteigen kann, dabei durch die bewegliche Wand die Abflußöffnung verschlossen
wird und der Druck auf der Druckseite des Drucksteuerventils bzw. im Arbeitsraum der
Spritzverstelleinrichtung schnell hohe Werte im Sinne einer Frühverstellung des Kraftstoffeinspritzpunktes
annimmt. Der sich auf der Druckseite der Kraftstofförderpumpe bzw. im Arbeitsraum
der Spritzverstelleinrichtung einstellende Druck wird begrenzt durch den Aufsteuerpunkt
des Druckbegrenzungsventils, so daß ab einer bestimmten Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe
der Druck im Arbeitsraum nicht weiter erhöht wird. Mit einer solchen Ausgestaltung
wird an sich das Warmlaufverhalten der Brennkraftmaschine verbessert, doch ist die
Vorverstellung des Spritzzeitpunktes allein oft nicht ausreichend, einen runden Lauf
der Brennkraftmaschine gleich unmittelbar nach dem Start zu erzeugen. Insbesondere
sind die Leistungsverluste der Brennkraftmaschine im kalten Zustand wegen erhöhter
Reibung so groß, daß sie bei gegebener Einspritzmenge die Leerlaufdrehzahl erheblich
herabsetzen würden. Im einzelnen wurden deshalb auch die Vorschläge gemacht, entweder
die Kraftstoffeinspritzmenge in der Warmlaufphase oder die Leerlaufdrehzahl in der
Warmlaufphase durch geeignete Mittel zu erhöhen.
[0002] Durch die DE-OS 28 44 910 ist es bekannt, durch eine thermostatisch betätigte mechanische
Einrichtung zugleich den Spritzzeitpunkt als auch die Leerlaufdrehzahl zu erhöhen.
Dabei wird durch ein thermostatisches Element über ein geeignetes Kupplungsgestänge
einmal ein den Spritzzeitpunkt bestimmendes mechanisches Glied verstellt und zugleich
der Leerlaufanschlag an dem leistungsbestimmenden Verstellhebel der Kraftstoffeinspritzpumpe
verändert. Dieser Verstellhebel ist mit einem Verstellglied für die Vorspannung der
Hauptregelfeder verbunden, die auf einen Reglerhebel wirkt, der einerseits von einer
drehzahlabhängigen Kraft beaufschlagt wird und andererseits ein Mengenverstellorgan
der Kraftstoffeinspritzpumpe betätigt. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß die
Spritzbeginnverstellung mechanisch erfolgt und die Einstellung auf einen bestimmten
Verstellwinkel festgelegt ist. Es sind ferner aufwendige mechanische Maßnahmen zu
treffen, um diese Verstellung zu bewirken. Dazu muß in aufwendiger Weise im Pumpengehäuse
eine Eingriffsöffnung vorgesehen werden, die die Führung des den Antrieb des Pumpenkolbens
der Brennkraftmaschine bewirkenden Nockenelements oder Rollenringelements unterbricht.
Ferner benötigt das Rollenringelement oder Nockenringelement eine Ausnehmung, in der
das mechanische Verstellelement eingreifen kann. Dies führt allgemein neben dem fertigungstechnischen
Aufwand zu einer Schwächung der mechanischen Festigkeit der Teile und zu einer Verschlechterung
der Lagerung dieser Teile.
Vorteile der Erfindung
[0003] Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Weise die Spritzverstellung
auf dem hydraulischen Wege vorgenommen wird, ohne daß dabei wesentliche mechanische
Eingriffe in die Antriebsmechanik der Kraftstoffeinspritzpumpe notwendig sind und
daß zugleich ein Mittel gegeben wird, in einfacher Weise die Leerlaufdrehzahl zur
Erzeugung eines guten Leerlaufverhaltens in der Warmlaufphase zu erhöhen.
[0004] Durch die im Anspruch 4 angegebene Maßnahme ist eine vorteilhafte Weiterbildung und
Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen Lösung gekennzeichnet. Diese hat den
Vorteil, daß die mit Hilfe der geänderten Vorspannung der Leerlauffeder hervorzurufende
Leerlaufdrehzahlsteigerung mit nur geringen Kräften durchführbar ist. Im Gegensatz
zu bekannten Lösung, bei denen der Leerlaufanschlag des die Einspritzmenge steuernden
Verstellhebels verstellt wird, sind die zu überwindenden Kräfte hier nur gering. Bei
der bekannten Lösung wirken einmal die Kräfte einer Rückstellfeder für den Verstellhebel
und zum anderen wirkt die Reibung des unter Umständen sehr aufwendigen Gestänges zwischen
Gaspedal und Verstellhebel. Bei der Lösung gemäß dem Anspruch 4 ist dagegen nur die
Vorspannkraft der Leerlaufregelfeder und geringere Kräfte der einfachen Übertragung
wirksam, so daß die Verstellung der Vorspannung der Leerlauffeder in einzelnen Fällen
nicht gesondert gesichert werden braucht, da die Selbsthemmung reicht, die herbeigeführte
Verstellung einzuhalten. Entsprechend gering sind auch die von einem in Abhängigkeit
von Betriebsparametern gesteuerten Stellglied aufzubringenden Kräfte.
Zeichnung
[0005] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel
und Figur 2 eine grafische Darstellung des mit der erfindungsgemäßen Einrichtung über
der Drehzahl erreichten Verstellweges der Spritzbeginnsteuereinrichtung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0006] In einem Gehäuse 1 einer Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet in einer Zylinderbohrung
2 ein Pumpenkolben 3, der an seinem in einem kraftstoffgefüllten Saugraum 4 im Gehäuse
1 der Kraftstoffeinspritzpumpe ragenden Ende durch eine sich am Gehäuse abstützende
Feder 5 auf einer Stirnnockenscheibe 6 gehalten wird. Die Stirnnockenscheibe wird
von einer Antriebsvelle 8 über eine Kupplung 9 in drehende Bewegung versetzt und läuft
dabei über Rollen 10 eines Rollenrings 11 ab, vodurch-der Pumpenkolben in eine hin-
und hergehende, pumpende und zugleich rotierende Bewegung versetzt wird.
[0007] In der Zylinderbohrung 2 schließt der Pumpenkolben stirnseitig einen Arbeitsraum
12 ein, der über eine stirnseitig von dem Pumpenkolben ausgehende Längsbohrung 14
und eine sich im Bereich des ständig in den Saugraum tauchenden Teils des Pumpenkolben
befindende Querbohrung 15 mit dem Pumpensaugraum verbindbar ist. Die Öffnung der Querbohrung
15 in den Saugraum wird durch einen Ringschieber 16 gesteuert, dessen Axialstellung
durch einen Regler 17 eingestellt wird. Weiterhin besitzt der Pumpenkolben Saugnuten
18, die bei seiner Drehung im Wechsel mit Saugbohrungen 19 in Verbindung kommen und
der Füllung des Pumpenarbeitsraumes mit Kraftstoff dienen. Von der Längsbohrung 14
geht weiterhin eine Verbindung zu einer Verteilernut 21 an der Mantelfläche des Pumpenkolbens
aus. Die Verteilernut wird bei der Verdrehung des Pumpenkolbens während seines Förderhubs
jeweils nacheinander mit einer von mehreren von der Zylinderbohrung 2 abgehenden Einspritzleitungen
22 in Verbindung gebracht. Diese führen über ein Rückschlagventil 23, gegebenenfalls
als Entlastungsventil ausgebildet, zu einem Einspritzventil 24 an der Brennkraftmaschine.
[0008] Der Moment, bei dem der Förderhub des Pumpenkolbens beginnt, hängt von der relativen
Stellung des Rollenrings 11 ab, der drehbar im Gehäuse 1 gelagert ist und durch einen
Spritzverstellerkolben 25 verstellbar ist. Auf diese Weise wird der Hubbeginn der
Stirnnockenscheibe 6 bezogen auf einen bestimmten Drehwinkel der Antriebswelle 8 verstellt.
Der Spritzverstellerkolben ist mit dem Nockenring 11 über einen Bolzen 26 gekoppelt
und in einem Zylinder 27 verschiebbar. Auf der einen Seite des geschlossenen Zylinders
schließt der Spritzverstellerkolben einen Arbeitsraum 28 ein, der über eine Drossel
29 mit dem Saugraum 4 verbunden ist. Zum besseren Verständnis ist in der Figur 1 der
Spritzverstellerkolben mit Arbeitsraum 28 nochmals gesondert in einer Prinzipskizze
herausgezeichnet worden. Aus diesem Teil der Zeichnung ergeben sich auch die Verläufe
der hydraulischen Leitungen, die nachfolgend noch beschrieben werden.
[0009] Auf der anderen Seite des Spritzverstellerkolbens greift eine Rückstellfeder 30 an,
gegen die der Spritzverstellerkolben bei ansteigendem Druck im Saugraum verschoben
wird.
[0010] Der Saugraum 4 wird durch eine Förderpumpe 32, die ebenfalls von der Antriebswelle
8 angetrieben wird, mit Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 33 versorgt.
Zur Erzielung eines drehzahlabhängigen Kraftstoffdrucks im Saugraum 4 und damit einer
drehzahlabhängigen Verstellung des Nockenrings ist ein Drucksteuerventil 35 vorgesehen,
das aus einer beweglichen Wand, hier einem Kolben 36 besteht, dessen Stirnseite 39
in einem ihn führenden Zylinder 37 einen Arbeitsraum 38 einschließt. Dieser ist mit
dem Saugraum 4 verbunden und über eine seitlich am Zylinder 37 abführende Entlastungsleitung
40, deren Öffnung durch die Stirnseite 39 des Kolbens 36 kontrolliert wird, mit einem
Entlastungsraum, z. B. dem Vorratsbehslter 33 verbindbar. Von der Stirnseite 39 geht
weiterhin eine Drosselverbindung 41 durch den Kolben 36 zu einem auf der anderem Seite
von diesem im Zylinder 37 eingeschlossenen Federraum 42, in der eine den Kolben beaufschlagende
Rückstellfeder 43 angeordnet ist. Der Federraum 42 ist ebenfalls über eine zweite
Entlastungsleitung 44 mit dem Entlastungsraum 33 unabhängig von der Stellung des Kolbens
verbindbar. Es geht weiterhin von dem Zylinder 37 eine dritte Entlastungsleitung 45
ab, die vor vollständigem Öffnen der ersten Entlastungsleitung 40 über eine Steuerfläche
46 am Kolben 36 mit dem Federraum 42 verbindbar ist.
[0011] Mit Hilfe der pumpensynchronangetriebene Förderpumpe 32 und dem Drucksteuerventil
35 wird im Pumpensaugraum ein drehzahlabhängig ansteigender Druck erzeugt, der eine
drehzahlabhängige Verstellung des Spritzverstellerkolbens und damit eine Verstellung
des Rollenrings bewirkt.
[0012] Die Einspritzmengensteuerung erfolgt über den Regler 17, der in bekannter Weise eine
Reglerhebelanordnung bestehend aus einem Spannhebel 48 und einem Starthebel 49 gebildet
wird. Der Spannhebel ist als einarmiger Hebel ausgeführt, der sich um dieselbe, gegebenenfalls
einstellbare Achse 50 dreht, an der auch der zweiarmig ausgebildete Starthebel gelagert
ist. Der eine Arm des Starthebels ist mit dem Ringschieber 16 gekoppelt während der
andere Arm des Starthebels eine Startfeder 51 trägt, die zwischen Spannhebel 48 und
Starthebel 49 liegt und nach deren Zusammenpressung der Starthebel zur Anlage an einen
Anschlag 52 des Spannhebels gelangt. Am Spannhebel ist über eine Zwischenfeder 54
eine Regelfeder 55 angehängt, die an ihrem anderen Ende an einem Hebelarm 56 befestigt
ist. Dieser sitzt auf einer Welle 57, die durch die Wand des Gehäuses 1 geführt ist
und von außerhalb durch einen Verstellhebel 58 verdrehbar ist. Mit diesem wird die
Vorspannung der Regelfeder 55 und Zwischenfeder 54 verändert. Falls die Regelfeder
als vorgespannte Feder ausgeführt ist, verstellt der Verstellhebel 58 direkt den Spannhebel,
wobei die Abregelung nach Überwindung der Vorspannung der vorgespannten Feder 55 erfolgt.
[0013] Auf den Starthebel kommt eine Verstellmuffe 59 eines Drehzahlgebers 60 zur Anlage,
der mit steigender Drehzahl die Abregelung der Einspritzmenge bewirkt. Der Drehzahlgeber
wird synchron zur Kraftstoffeinspritzpumpe angetrieben. Weiterhin greift am Ende des
Starthebels das eine Ende einer Leerlaufregelfeder 61 an, deren anderes Ende an einem
Hebelarm 62 befestigt ist. Dieser sitzt, ähnlich wie der Hebelarm 56, auf einer durch
das Gehäuse 1 nach außen geführten Welle, an dessen anderem Ende ein Betätigungshebel
63 sitzt. Über diesen kann die Vorspannung der Leerlaufregelfeder eingestellt werden.
[0014] Der Regler arbeitet folgendermaßen: Beim Start wird der Starthebel 49 durch die Startfeder
51 auf der sich in Ausgangsstellung befindlichen Verstellmuffe 59 gehalten. Dabei
spreizt die Startfeder den Starthebel von dem Spannhebel 48 ab. Dabei wird der Ringschieber
16 in seine höchste Stellung gebracht, so daß der Pumpenkolben nahezu seinen gesamten
Hub ausführen kann, bevor die Querbohrung 15 durch den Ringsehieber 16 aufgesteuert
wird. Dies entspricht der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge. Mit zunehmender Drehzahl
verstellt der Drehzahlgeber den Starthebel zum Spannhebel hin, bis dieser,zur Anlage
an den Anschlag 52 kommt. In dem Zwischenbereich kommt die Wirkung der Leerlaufregelfeder
zum Tragen. Im Teillastbereich bestimmt die Stellung des Verstellhebels 58 bzw. die
von der Regelfeder 55 auf den Spannhebel ausgeübte Kraft die Kraftstoffeinspritzmenge.
Überschreitet die Drehzahl die zulässig eingestellte Drehzahl, so wird der Spannhebel
zusammen mit dem Starthebel vom Drehzahlgeber entgegen der Kraft der Begelfeder 55
verstellt. Damit wird die Kraftstoffmenge abgeregelt derart, daß die eingestellte
Höchstdrehsahl nicht überschritten wird. Im Zwischenbereich kann zur Angleichung die
Zvischenfeder 54 zur Wirkung kommen.
[0015] Um beim Kaltstart und in der Warmlaufphase den Einspritzzeitpunkt den Bedingungen
der Brennkraftmaschine anzupassen, ist es notwendig, von der reinen drehzahlabhängigen
Steuerung des Spritzbeginns abzuweichen. Zu diesem Zweck wird die zweite Entlastungsleitung
44 in einem ersten Zweig 44a über ein Ventil 65 geleitet und in einem zweiten Zweig
44b über ein Druckhalteventil 66 geleitet, daß sich zur Entlastungsseite nach Überschreiten
des an diesem eingestellten Drucks öffnet. Das Ventil 65 ist mechanisch über ein Gestänge
67 mit dem Hebel 63 gekoppelt und zugleich oder verzögert mit diesem betätigbar. Die
Betätigung des Gestänges kann dabei von Hand oder von einem temperaturgesteuerten
Stellelement oder von einem Stellelement erfolgen, das von einer Steuereinrichtung
angesteuert wird, welche verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erfaßt.
Mit dem Ventil 65 wird bei der Betätigung der Entlastungsleitungsteil 44a geschlossen
und zugleich oder verzögert die Vorspannung der Leerlauffeder 61 erhöht. Dies bewirkt,
daß die durch die im Kolben 35 eingebrachte Drossel 41 abfließende Menge in dem jetzt
als Steuerdruckraum dienenden Federraum 42 des Drucksteuerventils einen Druck aufbaut,
der durch den Öffnungsdruck des Druckhalteventils 66 bestimmt wird. Dieser Gegendruck
bewirkt eine gleichzeitige Erhöhung des Drucks im Saugraum 4 und damit eine Verschiebung
des Spritzverstellerkolbens in Richtung "früh". Dieser Druckanstieg bewirkt einen
Spritzverstellerverlauf gemäß Kurve II wie in Figur 2 dargestellt. Man sieht aus diesem
Schaubild, daß eine Verstellung des Spritzverstellers schon bei einer wesentlich niedrigeren
Drehzahl erfolgt als beim Normalbetrieb, bei dem das Ventil 65 geöffnet ist. Der Kurve
II entnimmt man ferner, daß man durch geschickte Gestaltung der Steuerstelle 46 am
Kolben 36 einen geknickten Verlauf des Spritzverstellerstellwegs über der Drehzahl
erreichen kann. Das bedeutet, daß durch die über die Entlastungsleitung 40 und 45
abfließende Menge nur noch ein geringer Druckanstieg im Saugraum 4 erfolgt, bis ein
Spritzverstellverlauf gemäß Kurve I für Normalbetrieb erreicht ist. Die Steuerstelle
46 mit der Entlastungsleitung 45 übernimmt dabei eine Sicherheitsfunktion, falls trotz
warmen Motors das Ventil 65 nicht geöffnet wird, da sonst eine thermische Überlastung
des Motors erfolgt.
1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einer synchron zur Kraftstoffeinspritzpumpe
angetriebenen Kraftstofförderpumpe (32), deren Druckseite mit einem Arbeitsraum (28)
vor einem der Spritzverstellung dienendem Stellglied (25) und ferner mit dem Arbeitsraum
(38) vor einer beweglichen Wand (36) eines Drucksteuerventils (35) verbunden.ist,
das mit der beweglichen Wand, die entgegen dem einzusteuernden Druck von einer Rückstellkraft
beaufschlagt ist, eine Abflußöffnung zu einer Entlastungsleitung (40) steuert und
auf der Druckseite einen im wesentlichen drehzahlabhängigen Druck einstellt und mit
einem von der beweglichen Wand andererseits begrenzten Steuerdruckraum (42), der über
eine Drosselverbindung (41) mit der Druckseite der Förderpumpe (32) und über eine
zweite Entlastungsleitung (44) mit einem Entlastungsraum (33) verbunden ist und mit
einem in der zweiten Entlastungsleitung (44b) angeordneten Druckbegrenzungsventil
(66) zu dem parallel ein Ventil (65) in einen Zweig (44a) der zweiten Entlastungsleitung
(44) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (65) mechanisch mit einem verstellbaren
Teil (62) gekoppelt ist, an dem eine andererseits an einem Reglerhebel (48, 49) der
Kraftstoffeinspritzpumpe angreifende Leerlauffeder (61) befestigt ist und durch die
entsprechend bei Schließstellung des Ventils (65) die Vorspannung der Leerlauffeder
(61) erhöht wird.
2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil
(65) in Abhängigkeit von einer das Laufverhalten der Brennkraftmaschine beeinflussenden
Temperatur verstellbar ist.
3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil
(65) durch ein temperaturgesteuertes Stellelement betätigt wird.
4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung
der Leerlauffeder (61) unabhängig von der Einstellung der Hauptregelfeder (55) der
Kraftstoffeinspritzpumpe änderbar ist.
5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerlauffeder
(61) einen als Starthebel ausgebildeten, mit einem Mengenverstellorgan (16) gekoppelte
Reglerhbel(49) beaufschlagt, der von einer drehzahlabhängigen Kraft betätigbar ist
und von dieser entgegen der Kraft einer Startfeder (51) zur Anlage an einem als Spannhebel
(48) ausgebildeten zweiten Regelhebel bringbar ist, zwischen welchem umd dem Starthebel
die Startfeder (51) eingespannt ist und welcher an seinem Ende von der Regelfeder
(55, 54) entgegen der Arbeitsrichtung der drehzahlabhängigen Kraft beaufschlagt ist.