DE3215046A1 - Einspritzsystem an einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Einspritzsystem an einer Brennkraftmaschine
• Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem an einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzpumpe zur Versorgung eines Einspritzventiles mit Brennstoff, insbesondere hohen Druckes, wobei die Einspritzpumpe einen nockengesteuerten, in einem Pumpenzylinder hin- und hergehend arbeitenden Pumpenkolben aufweist, der verdrehbare, jeweils senkrecht und/oder schräg zur Kolbenachse verlaufende Steuerkanten, nämlich eine obere, den Einspritzbeginn festlegende, sowie axial versetzt hierzu eine untere, das Einspritzende festlegende Steuerkante trägt und mit diesen Steuerkanten einen Kanal auf- und zusteuert, der zwischen einem Pumpendruckraum und einem an eine Brennstoffversorgung angeschlossenen Saug- und Rückströmraum verläuft.
• Ein Einspritzsystem mit einer Einspritzpumpe, die einen derart wie vorstehend beschriebenen Pumpenkolben aufweist, ist aus "Schiff und Hafen/Kommandobrücke, Heft 3/1981, 33. Jg., 5. 40" bekannt. Mit den schräg und senkrecht zur Pumpenkolbenachse angeordneten Steuerkanten ist es möglich, durch Verdrehung des Pumpenkolbens sowohl den Beginn, als auch das Ende der Einspritzvorgänge früher oder später zu legen sowie die einzuspritzende Brennstoffmenge zu variieren.
• Mit einem Einspritzsystem, das eine Einspritzpumpe mit einem solche wie vorstehend beschriebene Steuerkanten aufweisenden Pumpenkolben umfaßt, sind insbesondere im Teillastbereich sehr günstige Brennstoffverbrauchswerte erzielbar. Eine solche Einspritzpumpe erfordert aber insbesondere im Falle ihres Einsatzes'in Einspritzsystemen an schwerölbetriebenen Motoren mit einer Brennstofförderung über extrem hohe Drücke in der Größenordnung von bis zu etwa 1500 bar Regel- und Verstellmechanismen, die in der Lage sind, eine Verdrehung des die Steuerkanten tragenden Kolbens während des Pumpenbetriebes zu gewährleisten. tJm dies sicherzustellen, sind großdimensionierte Regel- und Steuerglieder erforderlich, die die Kosten eines Einspritzsystemes ganz wesentlich beeinflussen. Diese Regel- und Steuermechanismen müssen außerdem auch so ausgebildet und dimensioniert sein, daß eine extrem schnelle Verdrehung des Pumpenkolbens in einer Notsituation, bspw, zur Verhinderung eines Durchgehens der Maschine, aus einer bestimmten Füllungsstellung heraus in Nullfüllungsstellung durchfAhrbar ist.
• Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Einspritzsystem der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß nur mehr vergleichsweise kleine Regel-und Stellglieder auch im Falle extrem hoher Brennstoffförderdrücke erforderlich sind.
• Diese Aufgabe ist durch ein Einspritzsystem mit im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Pumpenkolbens in zwei eigenständige Funktionselemente, nämlich in ein, den erforderlichen Brennstoffdruck erzeugendes Kolbenteil und in eine, an letzterem axial gesicherte sowie verdrehbar gelagerte, die Steuerkanten tragende Steuerhülse ist sichergestellt, daß fÜr die Verdrehung der Steuerkanten nur relativ kleine Kräfte und damit auch nur relativ kleine Steuerorgane notwendig sind. Außerdem ist durch diese erfindungsgemäße Abkoppelung der Steuerkanten vom druckerzeugenden Kolbenteil sichergestellt, daß in Notsituationen eine schnelle Rückstellung der Füllung auf Null möglich ist.
• Nachstehend sind weitere Vorteile der Erfindung sowie Einzelheiten derselben anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
• In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: ein Einspritzsystem nach der Erfindung, teilweise schematisiert dargestellt, Fig. 2: eine Abwicklung der Steuerhülse im Bereich der Steuerkanten.
• In Fig. 1 ist ein, an einer Brennkraftmaschine einem Zylinder derselben zugeordnetes Einspritzsystem dargestellt. Dieses Einspritzsystem weist eine insgesamt mit 1 bezeichnete Einspritzpumpe auf, die zur Versorgung eines, über eine Zuleitung 2 angeschlossenen Einspritzventiles 3 mit Brennstoff, insbesondere Schweröl hohen Druckes in der Größenordnung von bspw.
• bis zu etwa 1500 bar dient. Mit 4 ist ein Pumpengehäuse bezeichnet, in das ein Pumpenzylinder 5 einge- setzt ist. An letzterem schließen sich oben ein Ventilträger 6 sowie ein Drucventilhalter 7 für ein, in eine Pumpenauslaßbohrung 8 eingeschaltetes Druckventil 9 an. Der Druckventilhalter 7 ist am Pumpengehäuse 4 festgeschraubt, wodurch auch der Ventilträger 6 und der Pumpenzylinder 5 im Pumpengehäuse 4 festgelegt sind. Die Einspritzpumpe 1 weist außerdem einen durch einen nur teilweise dargestellten Brennstoff steuernocken 10 gesteuerten und im Pumpenzlyinder 5 hin- und hergehend arbeitendden, insgesamt mit 11 angezogenen Pumpenkolben auf.
• Mit 12 ist ein Saug- und Rückströmraum bezeichnet, der innerhalb des Pumpengehäuses 4 den Pumpenzylinder 5 ringförmig umgibt und an eine Brennstoffversorgung angeschlossen ist. Letztere umfaßt eine Förderpumpe 13, die Brennstoff aus einem Reservoir 14 fördert und diesen dem Saug- und Rückströmraum 12 über eine Versorgungsleitung 15 zuführt. Mit 16 ist ein Pumpendruckraum bezeichnet, der ausgangsseitig durch das, in die von ihm abzweigende Pumpenauslaßbohrung 8 eingeschaltete Druckventil 9 begrenzt ist. Mit 17 ist ein Zulaufkanal bezeichnet, über den Brennstoff vom Saug- und Rückströmraum 12 in den Pumpendruckraum 16 einströmen kann. Mit 18 ist insgesamt ein weiter hinten noch dataillierter beschriebener Entlastungskanal angezogen.
• Erfindungsgemäß kennzeichnet sich dieses Einspritzsystem durch nachfolgend beschriebene Merkmale.
• Der Pumpenkolben 11 ist in zwei eigenstAndige Funktionselemente aufgeteilt, nämlich in ein, den erforderlichen Brennstoffdruck erzeugendes Kolbenteil 19 und in eine Steuerhülse 20, die am Kolbenteil 19 axial gesichert sowie verdrehbar gelagert ist und je- weils senkrecht und/oder schräg zur Kolbenachse verlaufende Steuerkanten, nämlich eine obere, den Einspritzbeginn festlegende Steuerkante 21 sowie axial versetzt hierzu eine untere, das Einspritzende festlegende Steuerkante 22 trägt sowie außerdem an einen Verdrehmechanismus mit Steuer- und Regelorganen angekoppelt ist.
• Das druckerzeugende Kolbenteil 19 besitzt einen kreiszylindrischen, mit seiner Mantelfläche möglichst flüssigkeitsdicht in der Pumpenzylinderbohrung 23 geführten Kolbenkopf 24. Letzterer begrenzt oben mit seiner Stirnfläche 25 den Pumpendruckraum 16. An den Kolbenkopf 24 schließt sich unten ein durchmesserkleinerer, kreiszylindrischer Lagerschaft 26 für die hierauf drehbar gelagerte und mittelbar daran gegen axiales Verschieben gesicherte Steuerhülse 20 an. Die Steuerhülse 20 ist dabei einenendes an der Rückseite des Kolbenkopfes 24 abgestützt; andernendes ist die Steuerhülse 20 durch einen Halter 27 axial gesichert, der einen Träger für den Pumpenkolben 11 bildet und unten am Lagerschaft 26 mittels eines, an diesem angeformten Druckübertragungsbolzens 28 festgelegt ist. Mit 29 ist eine Druckfeder bezeichnet, die zwischen einem radial vorspringenden Flansch 30 des topfförmig ausgebildeten Halters 27 und einer axial hiervon beabstandeten, im Pumpengehäuse 4 ausgebildeten Anlagefläche 31 eingespannt ist. Dem Druckübertragungsbolzen 28 obliegt neben seiner Funktion zur Lagesicherung des Halters 27 am Lagerschaft 26 auch noch jene Aufgabe, nämlich die Verbindung zu einem Stößel 32 herzustellen, der im Pumpengehäuse 4 in einer dort ausgebildeten Lagerbohrung 33 geführt ist und über eine an ihm gelagerte Rolle 34 den Brennstoffsteuernocken lo abtastet, wobei die Rolle mit letzterem durch die Druckfeder 29 ständig in Kontakt gehalten bleibt.
• Die Steuerhüse 20 besitzt einen Durchmesser, der gleich groß oder geringfügig kleiner als jener des Kolbenkopfes 24 ist. Die obere, den Einspritzbeginn festlegende Steuerkante 21 ist - wie in Fig. 1 gezeigt - durch die Seitenwand eines an der Steuerhülse 20 oben angeformten, gegenüber der Mantelfläche durchmesserkleineren Bundes 35 gebildet. Alternativ hierzu kann die den Einspritzbeginn festlegende Steuerkante 21 jedoch auch durch die Seitenwand einer umlaufenden Ringnut gebildet sein, die etwas von der oberen Stirnkante der Steuerhülse 20 abgesetzt an dieser angeformt ist. Die untere, das Einspritzende festlegende Steuerkante 22 ist durch die obere Seitenwand einer an der Steuerhülse 20 umlaufenden unteren Ringnut 36 gebildet. Diese an die Steuerkanten 21, 22 angrenzenden Räume stehen miteinander durch wenigstens eine Längsnut 37 in Verbindung.. Diese Räume an der Steuerhülse 20 bilden einen Teil des Entlastungskanales 18, der ansonsten innerhalb von an den Pumpendruckraum 16 angrenzenden Teilen der Einspritzpumpe 1 durch Quer- und Längsbohrungen 181, 182, 183, 184 und einen die Pumpenzylinderbohrung 23 umgebenden Ringkanal 185 gebildet ist. Die Querbohrung 181 zweigt dabei von der Pumpenauslaßbohrung 8 im Bereich vor dem Druckventil 9 oder seitlich vom Pumpendruckraum 16 oberhalb der umpenkolben-OT-Stellung ab. Die Querbohrung 183 mündet oberhalb des Ringkanales 185 in die Pumpenzylinderbohrung 23 aus. Die Querbohrung 184 zweigt vom Ringkanal 185 ab und mündet in den Saug-und Rückströmraum 12 aus. Die Mündungsöffnung der Querbohrung 183 stellt dabei jene Stelle des Ent- lastungskanales 18 dar, die durch die Steuerkanten 21 und 22 auf- und zusteuerbar ist. Das zwischen der oberen Steuerkante 21 und der unteren Steuerkante 22 liegende Teil 38 der Stellhülsenmantelfläche bildet dabei ein Sperrglied, mit dem die Mündungsöffnung der Querbohrung 183 für eine bestimmte Zeit abdeckbar ist.
• Während der vom Pumpendruckraum 16 oberhalb der Pumpenkolben-OT-Stellung abzweigende und zum Saug-und Rückströmraum 12 rückführende Entlastungskanal 18 mithin nur von den beiden, an der Steuerhülse 20 angeordneten Steuerkanten 21 und 22 auf- und zusteuerbar ist, ist der zwischen Saug- und Rückströmraum 12 und Pumpendruckraum 16 verlaufende Zulaufkanal 17 nur dem druckerzeugenden Kolbenteil 19 zugeordnet und von dessen den Pumpendruckraum 16 nach hinten begrenzenden Stirnfläche 25 auf- und zusteuerbar. Die Brennstoffdruckerzeugung erfolgt also gesteuert durch den Brennstoffsteuernocken 10 ausschließlich durch das druckerzeugende Kolbenteil 19, während der Beginn und das Ende eines Einspritzvorganges ausschließlich durch die Steuerkanten 21, 22 an der Steuerhülse 20 gesteuert wird. Die Steuerkanten 21 und 22 können die in Fig. 2 dargestellte Form besitzen, wobei in Fig. 2 dargestellte Form besitzen, wobei in Fig 2 die Abwicklung der im Bereich der Steuerkanten 21 und 22 liegenden Steuerhülsenmantelfläche gezeigt ist. Das schräge Teil 211 der oberen Steuerkante 21 regelt den Förderbeginn ausgehend vom unterem Lastbereich mit steigenden Lasten von relativ später Einspritzung zu früherer Einspritzung. Das Teil 212 der oberen Steuerkante 21 hält den Förderbeginn etwa über 15% Drehmomentenanstieg konstant, während mit dem Teil 213 der oberen Steuerkante eine Späterlegung des Förderbe- ginns derart erfolgt, daß praktisch von 85% Last bis zu etwa 110% Last ein konstanter Zünddruck gewährleistet ist. Die Teile 221 und 222 der unteren Steuerkante 22 sind so ausgelegt, daß ein günstiges Regelverhalten gewährleistet ist. Es sei in diesem Zusammenhang jedoch darauf hingewiesen, daß die Steuerkanten 21 und 22 nicht notwendigerweise die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsform haben müssen, sondern auch eine hiervon abweichende Form aufweisen können. Es ist möglich, daß am Umfang der Steuerhülse 20 1einander diametral gegenüber zwei gleiche Steuerkantenkonfigurationen - bspw.
• solche wie in Fig. 2 gezeigt-angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, zwei unterschiedliche Steuerkantenkonfigurationen einander diametral gegenüberliegend an der Steuerhülse 20 anzuordnen, wobei je nach Erfordernis einmal die eine oder die andere in Steuerverbindung mit dem Mündungsquerschnitt der Querbohrung 183 steht. Diese wahlweise Position ist durch Verdrehung der Steuerhülse 20 um 1800 während des Betriebes einstellbar, wobei der (wechsel von einer Steuerkantenkonfiguration zur anderen sehr schnell erfolgt. Beispielsweise soll die auf der einen Hälfte der Stellhülsenmantelfläche angeordnete Steuerkantenkonfiguration, auf optimalen Brennstoffverbrauch bei Nennlast und Nenndrehzahl ausgelegt sein, während die auf der anderen Hälfte der Steuerhülsenmantelfläche angeordnete Steuerkantenkonfiguration für einen optimalen Brennstoffverbrauch bei Nennlast, aber niedrigerer (gedrUckter) Drehzahl, oder günstiges Manövrierverhalten der Maschine im unteren Lastbereich ausgelegt sein kann.
• Der Mechanismus, mit dem die Steuerhülse 20 verdrehbar ist, kann, wie in Fig. 1 gezeigt, aus einer an der Steuerhülse 20 angeformten Verzahnung 39 und einer in diese mit ihrer Verzahnung eingreifenden, im Pumpengehäuse 4'axial verschiebbar gelagerten Steuerstange 40 bestehen. Letztere ist - wie in der Zeichnung nur schematisch dargestellt - an ein Steuerorgan 41 angekoppelt, das entsprechende Stellbefehle für die Verstellung der Steuerhülse 20 von einem zugeordneten Regelorgan 42 erhält.
• Bspw. kann als Steuerorgan 41 ein elektrischer Schrittschaltmotor vorgesehen sein, dem als Regelorgan 42 ein Mikroprozessor zugeordnet ist, der eine optimale Einstellung der Steuerkantenkonfiguration oder eine Umstellung auf eine etwaige vorhandene andere Steuerkantenkonfiguration in Abhängigkeit von sich ändernden Betriebs faktoren der Brennkraftmaschine errechnet und entsprechende Steuerbefehle an den Schrittschaltmotor abgibt. Alternativ hierzu kann als Regelorgan auch ein mechanischer oder elektrischer, lastabhängig arbeitender Drehzahlregler vorgesehen sein, der über ein spezielles Regelgestänge auf die Steuerstange 40 zur Verschiebung derselben einzuwirken vermag.
• Leerseite

Claims (9)

1. Patentansprüche: Einspritzsystem an einer Brennkraftmaschine, mit einer Einspritzpumpe zur Versorgung eineS Einspritzventiles mit Brennstoff, insbesondere hohen Druckes, wobei die Einspritzpumpe einen nockengesteuerten, in einem Pumpenzylinder hin- und hergehend arbeitenden Pumpenkolben aufweist, der verdrehbare, jeweils senkrecht und/oder schräg zur Kolbenachse verlaufende Steuerkanten, nämlich eine obere, den Einspritzbeginn festlegende Steuerkante, sowie axial versetzt hierzu eine untere, das Einspritzende festlegende Steuerkante trägt und mit diesen Steuerkanten einen Kanal auf- und zusteuert, der zwischen dem Pumpendruckraum und einem an eine Brennstoffversorgung angeschlossenen Saug- und Rückströmraum verläuft, dadurch gekennezeichnet, daß der Pumpenkolben (11) in zwei ei genständige Funktionselemente aufgeteilt ist, nämlich in ein, den erforderlichen Brennstoffdruck erzeugendes Kolbenteil (19; 24, 25, 26) und in eine an letzterem axial gesicherte sowie verdrehbar gelagerte Steuerhülse (20), die die Steuerkanten (21, 22) trägt und an einen Verdrehmechanismus (39, 40) mit Steuer- und Regelorganen (41, 42) angekoppelt ist.
2. 2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Saug- und Rückströmraum (12) und Pumpendruckraum (16) ein Zulaufkanal (17) verläuft, der nur dem druckerzeugenden Kolbenteil (19) zugeordnet und von dessen, den Pumpendruckraum (16) nach hinten begrenzenden Stirnfläche (25) auf- und zusteuerbar ist, daß ferner ein weiterer Kanal, nämlich ein Entlastungskanal (18) vorgesehen ist, der vom Pumpendruckraum (16) oberhalb der Pumpenkolben-Og-Stellung abzweigt und nur den Steuerkanten (21, 22) an der Steuerhülse (20) zugeordnet sowie nur von diesen auf-und zusteuerbar ist.
3. 3. Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das druckerzeugende Kolbenteil (19) einen kreiszylindrischen, mit seiner Mantelfläche möglichst flüssigkeitsdicht in der Pumpenzylinderbohrung (23) geführten Kolbenkopf (24) aufweist, der oben mit seiner Stirnfläche (25) den Pumpendruckraum (16) begrenzt, und an den sich unten ein durchmesserkleinerer, kreiszylindrischer Lagerschaft (26) für die hierauf drehbar gelagerte und mittelbar daran gegen axiales Verschieben gesicherte Steuerhülse (20) anschließt.
4. 4. Einspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sich einenendes unten am Kolbenkopf (24) abstützende Steuerhülse (20) andernendes an einem Halter (27) für eine Druckfeder (29) axial gesichert ist, wobei der Halter mittels eines Druckübertragungsbolzens (28) unten am Lagerschaft (26) festgelegt ist, welcher Druckübertragungsbolzen (28) ein Verbindungsglied zu einem Stößel (32) bildet, der im Pumpengehäuse (4) geführt und belastet durch die Druckfeder (29) über eine, an ihm gelagerte Rolle (34) einen Brennstoffsteuernocken (10) abtastet.
5. 5. Einspritzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere, den Einspritzbeginn festlegende Steuer- kante (21; 211, 212, 213) durch die Seitenwand eines, an der Steuerhülse (20) oben angeformten, gegenüber ihrer Mantelfläche durchmesserkleineren Bundes (35) oder einer umlaufenden oberen Ringnut gebildet ist, ferner die untere, das Einspritzende festlegende Steuerkante (22; 221, 222) durch die obere Seitenwand einer, an der Steuerhülse (20) umlaufenden, unteren Ringnut (36) gebildet ist, und daß die an die Steuerkanten (21, 22) angrenzenden Räume durch wenigstens eine Längsnut (37) miteinander in Verbindung stehen.
6. 6. Einspritzsysten nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die, an die Steuerkanten (21, 22) angrenzenden Räume an der Steuerhülse (20) einen Teil des Entlastungskanales (18) bilden, der ansonsten innerhalb von, an den Pumpendruckraum (16) angrenzenden Teilen der Einspritzpumpe (1) durch Quer- und Längsbohrungen (181, 182, 183, 184) und einen, die Pumpenzylinderbohrung (23) umgebenden Ringkanal (185) gebildet ist, wobei die Querbohrung (183) oberhalb des Ringkanales (185) in die Pumpenzylinderbohrung (23) ausmündet und die, in den Saug- und RUckströmraum ausmündende Querbohrung (184) vom Ringkanal (185) abzweigt sowie die Mündungsöffnung der Querbohrung (183) durch die Steuerkanten (21, 22) auf- und zusteuerbar ist.
7. 7. Einspritzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus für die Verdrehung der Steuerhülse (20) aus einer, an letzterer angeformten Verzahnung (39) und einer, in diese Verzahnung (39) mit ihrer Verzahnung eingreifenden, im Pumpenge- häuse (4) axial verschiebbar gelagerten Steuerstange (40) besteht, welch letztere an ein Steuerorgan (41) angekoppelt ist, das entsprechende Stellbefehle für die Verstellung der Steuerhülse (20) von einem zugeordneten Regelorgan (42) erhält.
8. 8. Einspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerorgan (41) ein elektrische Schrittschaltmotor vorgesehen ist, dem als Regelorgan (42) ein Mikroprozessor zugeordnet ist, der eine optimale Einstellung der Steuerkanten (21, 22) in Abhängigkeit von sich ändernden Betriebs faktoren der Maschine errechnet und entsprechende Steuerbefehle an den Schrittschaltmotor abgibt.
9. 9. Einspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelorgan (42) ein mechanischer oder elektrischer, lastabhAngig arbeitender Drehzahlregler vorgesehen sein kann, der über ein spezielles Regelgestänge auf die Steuerstange (40) zur Verschiebung derselben einzuwirken vermag.