DE3121108C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe für Brenn­ kraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer durch die DE 30 41 365 A1 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art ist zwischen Verstellkolben und verstellkolbenseitigem Anschlag eine kleine Feder vorgesehen, durch die im Startfall bei in Anlage am Anschlag gehaltenem Federteller und fehlendem Druck der Förder­ pumpe der Verstellkolben in eine Späteinstellung des Kraftstoff­ spritzbeginns gebracht wird. Bereits nach dem Anlassen der Brenn­ kraftmaschine wird diese Spätverstellung dadurch aufgehoben, daß der Federteller unter Zusammenpressen der kleinen Feder in Anlage an den Verstellkolben kommt. Dabei muß diese Feder lediglich eine Vor­ spannung aufweisen, die geringer ist als die Vorspannung der sich gehäusefest abstützenden Feder. Bei anderen Kraftstoffeinspritz­ pumpen bekannter Art wird eine Feder nach Zurücklegung eines bestimmten Hubes des Verstellkolbens zugeschaltet. Durch das ver­ spätete Einsetzen dieser zweiten Feder wird ein deutlicher Knick in der Kennlinie erzielt, allerdings mit dem Nachteil, daß nur solche Steuerfolgen möglich sind, bei denen anfangs bei niederen Dreh­ zahlen, nämlich bis zum Eingriff der zweiten Feder, verhältnismäßig große Relativverdrehungen pro Drehzahländerung möglich sind und danach nur geringere Relativverdrehungen pro Drehzahländerung. Bei vielen Brennkraftmaschinen ist jedoch ein umgekehrter Verlauf der Spritzbeginnkennlinie erforderlich, nämlich daß sich der Spritz­ beginn ab einer bestimmten Drehzahl pro Drehzahländerung schneller bei zunehmender Drehzahl auf früher verstellt als vergleichsweise bei niederen Drehzahlen. Der Spritzbeginnzeitpunkt spielt mit zunehmenden Anforderungen an die Laufqualität von Brennkraftmaschinen sowie an die Giftfreiheit der Abgase eine zunehmende Rolle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kraftstoffein­ spritzpumpe der gattungsgemäßen Art während des Betriebs der Brenn­ kraftmaschine ab einer bestimmten Drehzahl eine gegenüber der anfänglichen Verstellrate wesentliche größere Zunahme der Spritz­ beginnverstellung pro Drehzahleinheit zu bekommen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Patent­ anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafterweise kann damit je nach Wahl der Vor­ spannung und der Federsteifigkeit der Kennlinienverlauf der Spritz­ verstellung im aufgabengemäßen Rahmen variiert werden. Hierdurch kann ein und derselbe Spritzversteller lediglich durch Austauschen der Federn für verschiedene Brennkraftmaschinen verwendet werden bzw. auch für eine solche, an die unterschiedliche Forderungen, beispielsweise hinsichtlich der Ganghärte, der Leistung in bestimmten Drehzahlbereichen oder der Emissionswerte, gestellt werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die ver­ einfachte Darstellung einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit Spritzzeitpunktversteller im Längsschnitt,

Fig. 2 das erste Ausführungsbeispiel, ebenfalls im Längsschnitt,

Fig. 3 ein Diagramm über die Spritzbe­ ginnverstellung pro Drehzahländerung,

Fig. 4 ein Diagramm der entsprechenden Federkennlinien (Federkraft F über dem Weg s) und

Fig. 5 das zweite Ausführungsbeispiel, ebenfalls im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe in vereinfachter Art und im Längsschnitt dargestellt. In einem Gehäuse 1 ar­ beitet in einer Zylinderbohrung 2 ein Pumpenkolben 3, der entgegen der Kraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder in eine hin- und hergehende und gleichzeitig rotierende Be­ wegung versetzt wird. Der Pumpenarbeitsraum 4 dieser Pumpe wird über in der Mantelfläche des Pumpenkolbens 3 angeord­ nete Längsnuten 5 und einen im Gehäuse 1 verlaufenden Saug­ kanal 6 aus einem Saugraum 7 mit Kraftstoff versorgt, solange der Pumpenkolben einen Saughub ausführt bzw. seine untere Totpunktlage einnimmt. Sobald beim Beginn des Druckhubs und bei einer entsprechenden Verdrehung des Pumpenkolbens der Kanal 6 geschlossen ist, wird der im Pumpenarbeitsraum 4 be­ findliche Kraftstoff über eine im Pumpenkolben verlaufende Längsbohrung 8 und eine von dieser abzweigenden Radialboh­ rung 9 zu einer in der Mantelfläche des Pumpenkolbens ange­ ordnete Verteilerlängsnut 10 geleitet (jeweils gestrichelt dargestellt), welche während einer Umdrehung des Pumpen­ kolbens 3 nacheinander Druckleitungen 11 aufsteuert, deren Zahl der Anzahl der zu versorgenden Zylinder der Brennkraftmaschine ent­ spricht. Die Eingänge der Druckleitungen 11 sind entspre­ chend auf den Umfang der Zylinderbohrung 2 verteilt angeordnet. In der Zeichnung sind nur zwei Druckleitungen 11 darge­ stellt, davon eine gestrichelt, und es ist in ihnen jeweils ein in Förderrichtung öffnendes Rückschlagventil 12 ange­ ordnet.

Der Saugraum 7 wird über eine Förderpumpe 13 aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 14 mit Kraftstoff versorgt. Die Pumpe 13 wird mit motordrehzahlproportionaler Drehzahl an­ getrieben und ist als volumetrische Pumpe ausgebildet, so daß mit zunehmender Drehzahl auch die Fördermenge zunimmt.

Auf dem Pumpenkolben 3 ist ein Ringschieber 16 axial ver­ schiebbar angeordnet, der eine mit der Längsbohrung 8 ver­ bundene Radialbohrung 17 während des Druckhubverlaufs des Pumpenkolbens 3 aufsteuert und damit das Förderende bzw. die vom Pumpenkolben in die Druckleitungen 11 geförderte Kraftstoffmenge bestimmt. Der nach dem Aufsteuern abströ­ mende Kraftstoff strömt in den Saugraum 7 zurück.

Der Ringschieber 16 wird über einen Zwischenhebel 18 axial verschoben, der um eine fest im Gehäuse eingesetzte Achse 19 schwenkbar ist und an seinem einen Ende mit einem Kopf 20 in eine Ausnehmung 21 des Ringschiebers 16 eingreift. An dem anderen Ende des Zwischenhebels 18 greift ein nicht dargestellter Fliehkraft-Drehzahlsignalgeber an. Weiterhin greift an disem Zwischenhebel 18 eine in der Vorspannung willkürlich änderbare, entgegen der Fliehkraft wirkende Feder an. Die durch die axiale Lage des Ringschie­ bers 16 festgelegte Kraftstoffeinspritzmenge ist also ab­ hängig von der Drehzahl sowie der willkürlich eingegebenen Federvorspannung (Last).

Der Pumpenkolben 3, der auch die Brennstoffverteilung zu den Zylindern der Brennkraftmaschine bewirkt, ist über einen Stift 23 mit einer Stirnnockenscheibe 24 verbunden, an deren Unterseite die Stirn­ nocken 25 angeordnet sind. Die Stirnnockenscheibe 24 ist mit einer Antriebswelle 26 drehschlüssig verbunden, die mit motordrehzahlsynchroner Drehzahl angetrieben wird. Die Stirnnockenscheibe 24 wirkt mit Rollen 27 eines nur re­ lativ verdrehbaren Rollenringes 28 zusammen. Bei der Drehung von Antriebswelle 26 und Nockenscheibe 24 führt deshalb der Pumpenkolben 3 zu seiner Drehbewegung auch eine hin- und hergehende Bewegung aus. Die Anzahl der Nocken 25 ist so gewählt, daß der Pumpenkolben 3 bei einer Umdrehung der Nockenscheibe 24 ebenso viele Arbeitsspiele ausführt, wie die von der Einspritzpumpe zu versorgende Brennkraftmaschine Zylinder hat. Der Rollenring 28 ist für seine Relativverdrehung im Gehäuse 1 gelagert und über einen Mitnahmebolzen 29 mit einem Spritzverstellkolben 30 so verbunden, daß eine Verschiebung des Spritzverstellkolbens 30 die Re­ lativverdrehung des Rollenringes 28 bewirkt. Durch diese Relativverdrehung der Rollen 27 bezüglich der Nocken 25 wird der Förderbeginn, also der Druckhub des Pumpenkolbens 3 bezüglich des Drehwinkels der Antriebswelle 26 geändert. Es erfolgt also eine Änderung des Spritzbeginns.

Der Spritzverstellkolben 30 wird durch den im Saugraum 7 herrschenden drehzahlabhängigen Kraftstoffdruck beaufschlagt, der sich über einen Kanal 31 zur einen Stirnfläche des Kolbens 30 in einen Raum 32 hin überträgt. Je nach Höhe die­ ses Druckes, d. h. je nach Drehzahl, wird der Kolben 30 ent­ gegen der Kraft von zwei Rückstellfedern 33 und 34 mehr oder weniger verschoben, was jeweils zu einer entsprechenden Änderung des Spritzbeginns führt. Der diese Federn aufneh­ mende Raum 35 ist durch einen Entlastungskanal 36 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 14 bzw. der Saugleitung 37 der Förder­ pumpe 13 verbunden.

Die Steuerung des Drucks im Saugraum 7 der Einspritzpumpe erfolgt über ein Drucksteuerventil 38. Dieses ar­ beitet mit einem Regelkolben 39, der gegen eine Rückstell­ feder 40 durch den geförderten Kraftstoff verschiebbar ist und dabei eine Abflußöffnung 41 mehr oder weniger aufsteuert. Von der Abflußöffnung 41 führt ein Rücklaufkanal 42 zum Entlastungskanal 36 bzw. zur Saugleitung 37 der Förderpumpe 13. Die Förderpumpe 13 wiederum weist eine Druckleitung 43 auf, die in den Saugraum 7 mündet und von der eine Steuer­ leitung 44 abzweigt, welche zum Drucksteuerventil 38 führt.

In Fig. 2 ist ein Detail des Spritzverstellers aus Fig. 1 vergrößert konstruktiv dargestellt. Der Mitnahmebolzen 29 des in Fig. 2 nicht dargestellten Rollenringes 28 ist in einer Drehplatte 45 geführt, die ihrerseits in einer Querbohrung 46 des Verstellkolbens 30 geführt ist. Das hier­ durch gebildete Kreuzgelenk bewirkt bei einer Hubbewegung des Verstellkolbens 30 eine Schwenkbewegung des Bolzens 29 und damit eine Relativverdrehung des Rollenringes 28. Um die Schwenkbewegung des Bolzens 29 zu ermöglichen, ist eine senkrecht zur Kolbenachse vorgesehene Sackbohrung 47 vorge­ sehen, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Querbohrung 46, aber wesentlich größer als der Durchmesser des Bolzens 29 ist. Diese Sackbohrung 47 ist naturgemäß mit dem Saugraum 7 der Einspritzpumpe verbunden. Von dieser Sack­ bohrung 47 führt dann der Kanal 31 parallel zur Achse des Verstellkolbens 30 zum Raum 32.

Der Verstellkolben 30 wird auf der dem Raum 32 abgewandten Seite durch die zwei Federn 33 und 34 belastet, zwischen denen ein gemeinsamer Federteller 49 angeordnet ist. Dieser Federteller 49 ist über eine Mittelbohrung 50 axial ver­ schiebbar auf einem Zapfen 51 angeordnet, welcher eine Bodenplatte 52 aufweist. Diese Bodenplatte 52 wird durch die Federn 33 und 34 auf eine entsprechende Fläche des Gehäuses 1 gepreßt, wodurch der Zapfen 51 festgelegt ist. Der Feder­ teller 49 ist für seine Axialbewegung radial in einer Sack­ bohrung 53 des Verstellkolbens 30 geführt. An dem Feder­ teller 49 ist außerdem eine topfförmige Verlängerung 54 vorgesehen, welche weitgehend die Feder 33 aufnimmt. Der Federteller 49 ist in seiner axialen Verschiebbarkeit zum Verstellkolben 30 hin durch einen als Anschlag dienenden Sicherungsring 55 be­ schränkt, welcher am Zapfen 51 eingreift.

Die Funktion des in Fig. 2 dargestellten Spritzversteller­ details wird unter Zuhilfenahme von den Fig. 3 und 4 darge­ stellt. In Fig. 3 ist über der Ordinate der Hub s des Spritz­ verstellkolbens und über der Abszisse die Drehzahl der Brennkraftmaschine dargestellt, welche dem Kraftstoffdruck im Saugraum 7 bzw. im Raum 32 entspricht. In Fig. 4 ist über der Ordinate die Federkraft F und über der Abszisse der Hub s des Ver­ stellkolbens 30 dargestellt. Sobald im Raum 32 nach Errei­ chen einer bestimmen Drehzahl ein ausreichend hoher Kraft­ stoffdruck aufgebaut ist, wird der Verstellkolben 30 entge­ gen der Feder 33 verschoben, bis er den Weg s ₁ zurückgelegt hat. Nach Zurücklegung dieses Weges stößt der Verstellkol­ ben 30 auf die topfförmige Verlängerung 54 des Federtellers 49. Wie aus dem Spritzverstelldiagramm Fig. 3 ersichtlich, ist hiernach der Punkt A bei der Drehzahl n ₁ erreicht. Im Federkennliniendiagramm Fig. 4 wird für den Weg s ₁ ledig­ lich die Feder 33 zusammengepreßt, was sich in Form der Kenn­ linie I darstellt. Da die Feder 33 unter einer gewissen Vorspannung eingesetzt ist und, wie aus Fig. 3 ersichtlich, der Kolbenhub nicht etwa mit der Drezahl von Null an, sondern von einer Erstdrehzahl n _L beginnt, ist die Feder­ kennlinie I in Fig. 4 zum Ursprung hin verlängert darge­ stellt. Auch die zweite Feder 34 ist unter Vorspannung ein­ gespannt, und zwar in der oben beschriebenen Weise durch den Sicherungsring 55. Sobald nun die Drehzahl der Brennkraftmaschine über die Drehzahl n ₁ ansteigt, wird der Federteller 49 durch den Spritzver­ stellkolben 30 kraftschlüssig mitgenommen und gegen die Fe­ der 34 verschoben. In dem dargestellten Beispiel ist für die Feder 34 ein größerer Weg s ₂ vorgesehen, bei etwa gleich großer Drehzahlzunahme, nämlich von n ₁ zu n ₂, wie vorher von n _L zu n ₁. Der Spritzverstellerkennlinienverlauf, nämlich von A zu B, ist entsprechend steiler. Das heißt also, daß die Feder 33 eine größere Steifigkeit haben muß als die Feder 34. Im Federkennliniendiagramm hingegen verläuft die Kennlinie II der Feder 34 weniger steil als die Kennlinie I der Feder 33 entsprechend der geringeren Steifigkeit. Die Knickpunkte der Kennlinien liegen jeweils im Punkt A, nämlich am Ende des Weges s ₁ und am Anfang des Weges s ₂. Die Federstei­ figkeit ist definiert als Kraftänderung pro Wegänderung, wobei hier jeweils eine lineare Federkennlinie gewählt wur­ de.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist lediglich an dem Federteller 49′ die topfförmige Verlängerung 54 weggelassen, so daß der Punkt A in den Kennlinien der Fig. 3 und 4 durch genaues Abstimmen der Vorspannung der Federn 33 und 34 erzielt werden muß.

Claims (5)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem die Föderbewegung mindestens eines Pumpenkolbens bewirkenden Nocken­ antrieb, dessen im Pumpengehäuse gelagerter Teil zwecks Spritz­ beginnverstellung relativ gegen seinen umlaufenden Teil mittels eines mit drehzahlabhängigem Druck einer Förderpumpe beaufschlagten Verstellkolbens entgegen der Kraft von zwei Rückstellfedern verdreh­ bar ist, welche Rückstellfedern zwischen sich einen gemeinsamen verschiebbaren Federteller aufweisen, der auf einem Zapfen geführt ist, durch die Vorspannung der einen, sich an einem gehäusefesten Widerlager abstützenden Feder (34) von beiden Federn an einen ver­ stellkolbenseitigen Anschlag (55) auf dem Zapfen (51) gehalten wird und nach Zurücklegen eines bestimmten Hubes des Verstellkolbens (30) entgegen der anderen, sich am Verstellkolben (30) abstützenden Feder (33) dann durch Überwindung der Vorspannung der sich am gehäuse­ festen Widerlager abstützenden Feder (34) von dem verstellkolben­ seitigen Anschlag (55) abhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (34) mit der höheren Vorspannung eine geringere Steifigkeit als die andere Feder (33) aufweist.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (51) kraftschlüssig mit dem Pumpengehäuse verbunden ist, indem er fest auf einer Bodenplatte (52) angeordnet ist, welche durch die die höhere Vorspannung aufweisende Feder (34) an das Pumpengehäuse als Widerlager gepreßt wird.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Führung für den Federteller (49) die Umfangs­ wandung einer den gemeinsamen Federteller (49) aufnehmenden Sack­ bohrung (53) im Verstellkolben (30) dient.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als verstellkolbenseitiger Anschlag ein am Zapfen (51) eingreifender Sicherungsring (55) dient.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federteller (49) eine topf­ förmige Verlängerung (54) hat, welche die andere Feder (33) mit der geringeren Vorspannung aufnimmt und deren stirnseitige Ringfläche mit dem Verstellkolben (30) zusammenwirkt.