Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, mit einer als Doppelkolbenpumpe ausgebildeten Kraftstoffpumpe, die zum Einspritzen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine Kraftstoff zu einem ihr jeweils zugeordneten Injektor fördert. Zur Steuerung von Beginn und Ende einer Einspritzung wird ein Querschnitt der Düsennadel mit dem von der Kraftstoffpumpe gelieferten Kraftstoff beaufschlagt, der eine Öffnungskraft an der Düsennadel in Öffnungsrichtung bewirkt. Entsprechend der Fördercharakteristik der Doppelkolbenpumpe steigt der Kraftstoffdruck während einer Einspritzung bis zum Erreichen eines Höchstdrucks an, um dann wieder abzufallen.
Eine Doppelkolbenpumpe der vorausgesetzten Bauart, die an sich Stand der Technik ist, besitzt zwei Pumpenkolben, wobei jedem Pumpenkolben eine Steuerstange zugeordnet ist, mit der Förderbeginn und Förderende des jeweiligen Pumpenkolbens durch Verdrehung des Pumpenkolbens regelbar ist. Derartige Doppelkolbenpumpen haben den Vorteil, dass große Fördermengen möglich sind bei kleinem Bauvolumen. Bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Anwendung wird jeweils einer der beiden Pumpenkolben dazu benutzt, um Förderbeginn und Förderende einzustellen. Dadurch, dass beide Pumpenkolben parallel auf eine gemeinsame Leitung fördern, wird die vor Förderbeginn und nach Förderende vom nicht gesteuerten Pumpenkolben geförderte Kraftstoffmenge über die Steuerbohrungen des gesteuerten Pumpenkolbens abgesteuert.
Im Weiteren ist es aus dem Stand der Technik bekannt, bei Einspritzsystemen mit Einfachkolbenpumpen den Öffnungsdruck eines Einspritzventils in Abhängigkeit von Motorparametern zu variieren, um eine bessere Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs zu erreichen. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem geht beispielsweise aus der US 4,403,585 als bekannt hervor, bei dem die Düsennadelzuhaltekraft durch hydraulische Beaufschlagung eines auf die Ventilschließfeder wirkenden Kolbens variiert wird. Nachteil bei diesem System ist, dass mit Erhöhung der Zuhaltekraft zwar der Beginn der Einspritzung zu höheren Einspritzdrücken hin verschoben wird, aber mit der Verschiebung des Einspritzbeginns zugleich eine ungewollte Verschiebung des Einspritzbeginns nach SPÄT verbunden ist.
Im Weiteren ist es beispielsweise aus der DE 25 00 644 C2 bekannt, dass Kraftstoffeinspritzventile in Folge der unterschiedlichen Beaufschlagungsquerschnitte für den Kraftstoff in geschlossenem und geöffneten Zustand eine Differenz zwischen Öffnungs- und Schließdruck aufweisen. Deshalb wird der Schließdruck über den durch die Nadelgeometrie bestimmten Wert angehoben, indem die Düsennadel nach Einspritzbeginn mit einer zusätzlichen Schließkraft beaufschlagt wird.
Das Dokument US 3 976 249 A zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem neben der Einspritzpumpe und den lujektozen eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Steuerdruckes vorhanden ist, welcher Steuerdruck die auf die Düsennadel des Injektors wirkende Schließkraft variabel einstellt.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine eine Doppelkolbenpumpe enthaltende Kraftstoffeinspritzeinrichtung hinsichtlich des Einspritzverlaufs zu optimieren.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale dadurch gelöst, dass am ersten Pumpenkolben der Dop-pelkolbenpumpe der Förderbeginn und am zweiten Pumpenkolben das Förderende eingestellt wird, wobei der zweite Pumpenkolben dem ersten Pumpenkolben hinsichtlich des Förderbeginns voreilt und der zweite Pumpenkolben dem ersten Pumpenkolben hinsichtlich des Förderendes nacheilt, wobei der vom zweiten Pumpenkolben vor dem Förderbeginn des ersten Pumpenkolbens geförderte Kraftstoff über die dem ersten Pumpenkolben zugeordneten Steuerbohrungen abgeführt wird, und wobei der vom ersten Pumpenkolben nach dem Förderende des zweiten Pumpenkolbens geförderte Kraftstoff über die dem zweiten Pumpenkolben zugeordneten Steueröffnungen abgeführt wird. Des weiteren ist eine Steuerleitung vorgesehen, die mit ersten Steuerräumen aller Injektoren verbunden ist und einen Steuerdruck bereitstellt, der eine Druckbeaufschlagung von den Steuerräumen zugeordneten, auf die Düsennadel in Schließrichtung wirkenden Kolben zur variablen Einstellung der in Schließrichtung auf die Düsennadel wirkenden Kraft vor Beginn einer Einspritzung in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern ermöglicht.
Zur Kompensation der damit verbundenen Spritzbeginnveränderung erfolgt eine Verstellung der Steuerstange zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von dem in der Steuerleitung herrschenden Druck. Die Verstellung der Steuerstange kann beispielsweise hydraulisch oder auch elektrisch mittels eines Elektromotors erfolgen.
Zweckmäßigerweise wird der in der Steuerleitung anliegende Steuerdruck unmittelbar zur Einstellung der Steuerstange des den Förderbeginn regelnden Pumpenkolbens benutzt.
Zweckmäßigerweise wird der in der Steuerleitung anliegende Steuerdruck in Abhängigkeit von Betriebsparametern bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine höher eingestellt als bei höheren Drehzahlen. Ein hoher, niedrigen Drehzahlen entsprechender Steuerdruck entspricht am ersten Pumpenkolben (70) einer Verstellung des Förderbeginns in Richtung FRÜH, ein niedriger, hohen Drehzahlen entsprechender Steuerdruck entspricht einer Verstellung des Förderbeginns in Richtung SPÄT. Mit dieser Kopplung wird erreicht, dass einerseits eine Einspritzung bei niedrigen Einspritzdrücken vermieden wird. Gleichzeitig wird die mit der Öffnungsdruckerhöhung verbundene Verschiebung des Einspritzbeginns in Richtung SPÄT durch eine Verstellung des Förderbeginns am Pumpenkolben in Richtung FRÜH ausgeglichen. Grundsätzlich sind aber auch je nach Motorbetriebserfordernissen davon abweichende Regelstrategien möglich.
In weiterer Ausgestaltung gemäß den Unteransprüchen kann eine weitere Steuerleitung vorgesehen sein, mit der die auf die Düsennadel wirkende Schließkraft während der Einspritzung erhöht wird, um den Schließdruck anzuheben. Der notwendige Steuerdruck kann an einer Bohrung abgenommen werden, die im Pumpenzylinder des das Förderende steuernden zweiten Pumpenkolbens der Doppelkolbenpumpe angeordnet ist, um den Absteuerdruck zur Beaufschlagung der Düsennadel in Schließrichtung zu nutzen, bevor der Druckabfall am Förderende die Einspritzdüse erreicht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind dem ersten, durch die Steuerstange verdrehbaren Pumpenkolben mit den Steuerbohrungen zusammenwirkende Steuerkanten auf dem Umfang zugeordnet, die mit Stufen ausgebildet sind.
Vorzugsweise sind die Stufen treppenförmig ausgebildet, und die Stufenbreite ist größer als der Durchmesser der Steuerbohrungen angelegt.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Verstellung der Steuerstange (71) in Anpassung auf die stufenförmige Ausbildung der Steuerkante stufenweise.
Vorzugsweise ist die Steuerstange (71) zur stufenweisen Verstellung mit stufenweise veränderbarem Steuerdruck beaufschlagbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Einspritzsystem mit bezüglich des Öffnungs- und Schließdrucks anpassbaren Injektoren, denen jeweils eine Doppelkolbenkraftstoffpumpe zugeordnet ist;
Figur 2 zeigt einen Pumpenkolben mit stufenförmiger Steuerkante, wie er zur stufenweise Verstellung des Spritzbeginns bei der Doppelkolbenkraftstoffpumpe Anwendung finden kann.
In der Figur 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit zwei Injektoren 5 dargestellt, denen jeweils eine Doppelkolbenpumpe 1 zugeordnet ist. Die Pumpenkolben 70, 73 der Kraftstoffpumpe 1 werden jeweils von einem Nocken angetrieben, der jedoch nicht dargestellt ist. Auf Grund der Fördercharakteristik der Kraftstoffpumpe nimmt der Druck in einer Einspritzleitung 4, die mit der Zulaufleitung 6 eines Injektors 5 verbunden ist, bis zum Erreichen eines Höchstwerts zu, um am Ende dann wieder abzufallen. Die Injektoren 5 sind druckgesteuert, das heißt, dass die Einspritzung durch Beaufschlagung eines Düsenraums 11 mit dem Kraftstoffdruck gesteuert wird, der auf einen Bund der Düsennadel 12 wirkt, der eine Kreisringfläche ist, die zwischen dem dichtenden Sitzdurchmesser und dem Düsennadelführungsdurchmesser liegt. Im Weiteren ist in der Figur eine Steuerleitung 9 dargestellt, die über davon abzweigende erste 7 und zweite 8 Steuerleitungen mit jedem Injektor 5 verbunden ist. Der Steuerdruck wirkt auf Kolben 16 und 17, die Steuerräumen 13 und 14 zugeordnet sind. Der im ersten Steuerraum 13 vor Beginn der Einspritzung anliegende Steuerdruck bewirkt eine Erhöhung des Düsenöffnungsdruck. Vorzugsweise liegt der Steuerdruck über eine Steuerleitung 9 auch an der Steuerstange 71 der Doppelkolbenpumpe 1 an. Der Steuerdruck wird an der Steuerstange 71 dazu benutzt, den Förderbeginn zu verstellen, um die Einspritzbeginnverstellung durch Erhöhung des Düsenöffnungsdrucks zu kompensieren. Um die Steuerstange beispielsweise in Abhängigkeit von Motorbetriebszuständen abweichend von dem in der Steuerleitung 9 herrschenden Druck verstellen zu können, ist es zweckmäßig, die Einstelleinrichtung für die Steuerstange nicht unmittelbar mit dem Steuerdruck in der Steuerleitung 9 zu beaufschlagen, sondern einen separaten hydraulischen oder elektrischen Steuerkreis zu verwenden. Gegebenenfalls kann aus dem Steuerdruck ein Steuersignal abgeleitet, das in eine neue elektrische oder hydraulische Stellgröße umgewandelt wird. Zur Erzeugung geeigneter elektrischer oder hydraulischer Stellgrößen aus dem Steuersignal können beispielweise elektronisch hinterlegte Tabellen verwendet werden.
Eine Einrichtung zur Erzeugung des Steuerdrucks besteht beispielsweise aus einem Motorsteuergerät 82, das ein Druckregelventil 83 steuert. Als Steuerfluid kann beispielsweise Motoröl dienen, das von einer Pumpe 80 aus einem Motoröltank 81 entnommen wird.
Die Doppelkolbenpumpe 1 ist mit einem ersten 70 und einem zweiten 73 Pumpenkolben mit Pumpenzylindern 72, 75 ausgebildet. Den Pumpenkolben 70, 73 sind Steuerstangen 71 und 77 zugeordnet. Der erste Pumpenkolben 70 wird erfindungsgemäß zum Steuern des Förderbeginns und der zweite Pumpenkolben 73 zum Steuern des Förderendes benutzt. Der geförderte Kraftstoff gelangt über eine Einspritzleitung 4 in den Düsenraum 11 des Injektors 5. Der Förderbeginn des ersten Pumpenkolbens wird zum Beispiel durch den über die Steuerleitung 9, 7 an der Steuerstange 71 anliegenden Druck bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine in Richtung FRÜH verstellt und bei höheren Drehzahlen in Richtung SPÄT. Die Verstellung der Steuerstange kann je nach Motorbetriebszustand auch davon abweichende Regelstrategien verlangen. Entsprechend muss die Steuerstange 71 dann mit einer Stelleinrichtung versehen sein, die unabhängig von dem in der Steuerleitung herrschenden Druck ansteuerbar ist. Der zweite Pumpenkolben 73 kann dem ersten Pumpenkolben 70 hinsichtlich des Förderbeginns voreilen, wobei der vom zweiten Pumpenkolben 73 vor dem Förderbeginn des ersten Pumpenkolbens 70 geförderte Kraftstoff über die dem ersten Pumpenkolben 70 zugeordneten Steuerbohrungen abgeführt wird.
Der Injektor kann über den zweiten Steuerraum 14 während einer Einspritzung über die zweite Steuerleitung 8 zusätzlich mit Kraftstoffdruck oder einem anderen Steuerfluid beaufschlagt werden, um den Schließdruck zu erhöhen. Hierzu dient beim dargestellten Injektor 5 ein Ventil 20, das selbsttätig durch den Hub der Düsennadel 12 aufgesteuert wird. Die zweiten Steuerleitungen 8 können von der gemeinsamen Steuerleitung 9 abzweigen oder an eine weitere, nicht dargestellte, von der Steuerleitung 9 separate Steuerleitung angeschlossen sein, die ein anderes Druckniveau besitzt.
Wie dargestellt kann der Steuerraum 14 auch über eine Steuerleitung 60, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nur stückweise dargestellt ist, an eine Bohrung 61 des Pumpenzylinders 75 angeschlossen sein. Die Bohrung ist im Pumpenzylinder 75 so angeordnet, dass der Absteuerdruck in der Steuerleitung 61 anliegt, bevor der Druckabfall am Förderende die Einspritzdüse erreicht. Durch diese Ausbildung kann der Schließdruck zusätzlich erhöht werden. Die Steuerleitung 60 kann jedoch auch die zweiten Steuerleitungen 8 ersetzen und ausschließlich zur Regelung des Schließdrucks dienen.
Der in Figur 2 dargestellte Pumpenkolben 70 mit stufenförmiger Steuerkante 100 kann bei der Doppelkolbenpumpe an Stelle eines Pumpenkolbens mit kontinuierlich verlaufender Steuerkante zur Steuerung des Spritzbeginns verwendet werden. Mit einer Erhöhung der Düsennadelniederhaltekraft wird, wie vorstehend schon beschrieben, der Spritzbeginn unerwünschterweise nach spät verschoben. Zur Kompensation der durch die Schließkraftänderung an der Düsennadel 12 hervorgerufenen Spritzbeginnänderung und zur Einstellung des für den Betriebsbereich optimalen Spritzbeginnzeitpunktes wird mit der Steuerstange 71 die Drehstellung des Pumpenkolbens 70 korrigiert. Die dazu notwendige Verstellung der Steuerstange 71 kann mit beliebigen Mitteln erfolgen, beispielsweise auch mit Hilfe des in der Steuerleitung 9 anliegenden Steuerdrucks, der auf einen Steuerkolben der Steuerstange 71 wirkt, und durch eine Verschiebung der Steuerstange 71 eine Verdrehung des Pumpenkolbens 70 bewirkt. Der Steuerkolben der Steuerstange 71 arbeitet gegen eine mit zunehmendem Stellweg ansteigende Kraft, beispielsweise die Kraft einer Feder, so dass jedem Steuerdruck ein bestimmter Stellweg zugeordnet werden kann, der einer bestimmten Verdrehstellung des Pumpenkolbens 70 entspricht.
Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass aufgrund unterschiedlicher Ursachen keine exakte Gleichstellung der Pumpenkolben 70 aller an der gemeinsamen Steuerleitung 9 angeschlossenen Doppelkolbenpumpen 1 erzielbar ist, so dass von Injektor zu Injektor unerwünschte Abweichungen im Spritzbeginn entstehen. Diesem Stellfehler kann dadurch begegnet werden, dass die Steuerkante 100, die mit einer Steueröffnung 101 zusammenwirkt, mit Stufen mit waagerechten Abschnitten ausgeführt ist.
Die waagerechten, in Umfangsrichtung verlaufenden und axial zueinander versetzten Abschnitte sind wie die Stufen einer Treppe angeordnet. Der Übergang von einer waagerechten Stufe zur nächsten waagerechten Stufe ist vorzugsweise so ausgebildet, dass mit dem kleinstmöglichen Drehwinkel des Pumpenkolbens 70 die jeweils nächste Stufe erreicht wird. Eine zweckmäßige Ausgestaltung sind Stufen mit waagerechten und ungefähr senkrechten Abschnitten. Senkrecht bedeutet in Richtung der Längsachse des Pumpenkolbens verlaufend.
Besonders vorteilhaft ist diese Stufung der Steuerkante, wenn auch der Steuerdruck in definierten Stufen verändert wird. Innerhalb einer zulässigen Toleranz führt eine Abweichung der Drehstellung des Pumpenkolbens 70 von der Solldrehstellung trotzdem zu gleichem Förderbeginn und damit Spritzbeginn an den verschiedenen Doppelkolbenpumpen 1. Die zulässigen Toleranzabweichungen sind um so größer, je größer die waagrechten Stufenabschnitte im Verhältnis zum Durchmesser der Steueröffnung 101 sind.
Der mit der gestuften Steuerkante 100 erzielbare Stellfehlerausgleich ist nicht nur in Verbindung mit der dargestellten Betätigungsart mit Druckbeaufschlagung der Steuerstange 71 vorteilhaft. Vielmehr ist die gestufte Steuerkante 100 auch in Verbindung mit anderen Mitteln zur Betätigung der Steuerstange 71 vorteilhaft einsetzbar.