DE3642738A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe der verteilerbauart fuer brennkraftmaschinen mit leiselauf-einspritzung bei niederem leerlauf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzpumpe für

Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Dieselmotoren mit Wirbelkammer- oder Vorkammerbrenn­ verfahren wird bei der kritischen Beurteilung der Motora­ kustik insbesondere das "Nagelgeräusch" im niederen Leer­ lauf des Motors als lästig und unangenehm empfunden. Das allgemein als "Dieselnageln" bezeichnete Geräusch wird durch einen zwar kleinen, jedoch steilen Drucksprung in­ nerhalb des Verbrennungsraumes verursacht, der zusätzlich statistisch unregelmäßig auftritt.

Dieser harte Dieselschlag kann vermindert oder sogar ver­ mieden werden, wenn während des Zündverzugs nur wenig Brennkraftstoff in den Zylinder gespritzt wird. Ein ent­ sprechender Einspritzverlauf kann durch den Einspritz­ nocken oder durch querschnittssteuernde Einspritzdüse, wie z. B. die Drosselzapfendüse verwirklicht werden. Bei die­ sem Einspritzverlauf stellt die nachfolgende Verbrennungs­ phase dann höhere Anforderungen an die Mischungsvorgänge, so daß dieses Vorgehen technisch und wirtschaftlich auf­ wendig ist.

Es gilt als inzwischen bekannt, daß der bei Verwendung ei­ nes handelsüblichen Einspritzsystems auftretende steile Zünddruckanstieg durch die Dehnung der Einspritzdauer, durch eine spätere Einspritzung oder durch eine Mehrfach­ einspritzung, soweit gemindert werden kann, daß das infol­ gedessen auftretenden "Dieselnageln" kaum bzw. nicht mehr wahrnehmbar ist. Eine Dehnung der Einspritzdauer kann da­ durch erzielt werden, indem eine bestimmte Kraftstoffmenge während der Nutzhubphase dem Hochdruckraum der Einspritz­ pumpe entnommen wird, so daß das Einspritzintervall über die sonst normale Zeit hinaus verlängert wird.

Eine Einspritzpumpe der oben genannten Bauart ist aus der DE-PS 25 03 346 bekannt, wo aus dem Pumpenarbeitsraum, kurz nachdem der Druckhub begonnen hat, jeweils über eine der am Verteilerkolben angeordneten Längsnuten über eine Drosselstelle die unmittelbar an der pumpenarbeitsraumsei­ tigen Mündungsstelle des Entnahmekanals angeordnet ist, und ein Magnetventil über einen in den Pumpeninnenraum mündenden Kanal Kraftstoff absteuert. Dabei wird davon ausgegangen, daß bei jedem Druckhub des Pumpenkolbens nacheinander eine der Längsnuten, die sonst für die Kraft­ stoffversorgung des Pumpenarbeitsraumes während des Saug­ hubs bestimmt sind, als Steuernut dient, durch welche bei geöffnetem Magnetventil der feste Zeitpunkt der Aufsteue­ rung des Entnahmekanals und damit des Beginns der Kraft­ stoffentnahme aus dem Pumpenarbeitsraum gesteuert wird.

Da das als Magnetventil ausgebildete Steuerorgan während des Druckhubs der Einspritzpumpe bei höheren Drehzahlen den Entnahmekanal gesperrt halten muß, muß das Magnetven­ til eine nicht unerhebliche Leistung bringen können, was einer aufwendigen und komplizierten Konstruktion seiner Innenausstattung bedarf. Ferner entsteht durch die Anbrin­ gung des Magnetventils auf dem Verteilerkopf nach außen hin eine zusätzliche Öffnung im Pumpengehäuse, die ent­ sprechend dem dort herrschenden hohen Druck gut abgedich­ tet werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Einspritzpumpe der ein­ gangs genannten Art zu entwickeln, mit der auf einfache und sichere Weise im niederen Leerlauf eine Leiselaufein­ spritzung erzielt ohne das Verhalten der Einspritzpumpe bei Lastbetrieb zu ändern oder nachteilig zu beeinflussen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Im Betriebspunkt des niederen Leerlaufes wird der Regel­ schieber verdreht, wodurch eine Verbindung zwischen dem Hochdruckraum und dem Pumpeninnenraum geschaffen ist. Die Unterbringung des Abblaseventils unmittelbar im Regel­ schieber hat den Vorteil, daß durch eine einfache Winkel­ versetzung eine zweite Ebene von Absteuerbohrung anwendbar ist ohne zusätzliche Zentralbohrungen im Verteilerkolben zu benötigen. Die Ausschaltung der Leiselaufeinspritzung durch Drehung des Regelschiebers hat ebenfalls gegenüber anderer Systeme, die auf rein hydraulischer Abstimmung (z. B. Entlastungsventilausführung, Lage der Absteuernut, Dü­ senquerschnittsgestaltung) beruhen, den Vorteil, daß die auf Optimalverbrauch abgestimmte Einspritzanordnung der Anlage im Verhalten bei Last nicht geändert wird. Die Drosselbohrung und das Abblaseventil sind vorteilhafter­ weise so abgestimmt, daß durch die Kraftstoffabsteuerung, und dem daraus im Druckraum erfolgten Druckabfall, ein späteres oder mehrfaches aber jeweils kurzes Öffnen der Einspritzdüsennadel erreicht wird. Dadurch wird das "Die­ selnageln" weitgehend beseitigt, was demzufolge einen lei­ seren Motorlauf ergibt.

Die in die axial verlaufende Bohrung des Verteilerkolbens mündende und radial verlaufende Absteuerbohrung liegt vor­ teilhafterweise im Bereich des Regelschiebers und ist zu der eigentlichen Steuerbohrung so beabstandet und winkel­ versetzt, daß sie bei Drehung des Regelschiebers den Druckraum mit dem Pumpeninnenraum verbindet und bei Über­ schreitung des niederen Leerlaufbereichs der Regelschieber in seiner ursprünglichen Lage zurückgebracht wird und die Absteuerung außer Funktion setzt. Diese vorteilhafte Aus­ führung der Absteuerbohrung erlaubt, daß die Steuerbohrung mit der Regelschieberkante die Kraftstoff-Förderung unab­ hängig von der Winkellage des Regelschiebers bei allen Drehzahlen und Lastzuständen des Motors normal regelt.

ln der Weiterbildung der Erfindung wird der Regelschieber vorteilhafterweise von einer Betätigungsstange verdreht, die mit ihrem Kugelkopf am Umfang des Regelschiebers sitzt und die Hin- und Herbewegung der Betätigungsstange auf dem Regelschieber in Form einer Winkelverdrehung überträgt. Die Betätigungsstange wird durch eine drehzahlabhängige Steuereinheit bewegt, die vorteilhafterweise eine Hydrau­ likeinheit ist, kann aber auch ein Elektromagnet sein (ähnlich dem elektrischen Abstellventil) der durch einen Kontaktschalter am Leerlaufanschlag des Fahrhebels ge­ schaltet ist. Als Arbeitsdruck für den Kolben wird vor­ teilhafterweise der im Pumpeninnenraum herrschende Kraft­ stoffdruck benutzt. Die auf der Reglerachse sitzende Reg­ lermuffe wird durch die Fliehgewichte in Abhängigkeit von Last und Drehzahl des Motors verschoben. Die Radialbohrun­ gen der Reglermuffe und der Reglerachse sind vorteilhaf­ terweise so bemessen und zueinander so beabstandet, daß bei Motorstillstand und im niederen Leerlauf diese sich überdecken, so daß Kraftstoff aus dem Pumpeninnenraum über die hohlgebohrte Reglerachse zum Steuerzylinder der Hy­ draulikeinheit hinfließt und den Kolben mit der Betäti­ gungsstange verschiebt und den Regelschieber so weit schwenkt, daß die Absteuerbohrung mit der Drosselbohrung fluchtet. Der Durchmesser der Radialbohrung der Regler­ achse ist vorteilhafterweise größer gestaltet als der der Reglermuffe, und beide sind zueinander so angebracht, daß die Drehzahlschwankung im Leerlauf sowie den anfänglichen Teillastbereich damit gedeckt wird. In dieser Betriebspha­ se wird die Beaufschlagung des Kolbens mit Kraftstoff aus dem Pumpeninnenraum gewährleistet, so daß die Leise­ lauf-Einspritzung funktioniert. Bei Überschreitung der Leerlaufphase überdecken sich die Bohrungen der Regler­ achse und der Reglermuffe nicht mehr, und der Kraft­ stoffluß zu Hydraulikkolben wird unterbrochen. Die Rück­ holfeder schiebt den Kolben mit der Betätigungsstange zu­ rück und der Regelschieber wird in seine ursprüngliche La­ ge zurückgedreht. Durch diese selbsttätige aber zuverläs­ sige Regelung wird die Leiselauf-Einspritzung einfach durch Gasgeben sofort ausgeschaltet, so daß die akustisch gunstige verschleppte Einspritzung gezielt nur für den niederen Leerlauf eingesetzt wird ohne deren ungünstigen Wirkungen auf Leistung und Kraftstoffverbrauch bei Nenn­ drehzahl zu haben.

Die Rückholfeder ist vorteilhafterweise mit dem während der Leerlaufphase im Pumpeninnenraum herrschenden Druck so abgestimmt, daß der mit Kraftstoff beaufschlagte Kolben sich gegen die Federkraft verschiebt und die Betätigungs­ stange bewegt. Der Kolben ist vorteilhafterweise mit einer Axialbohrung versehen, die die Räume vor und unter hinter dem Kolben zwecks besserer Dämpfung der Hydraulikeinheit miteinander verbindet, und ist so bemessen, daß der Kraft­ stoffluß zum Tank gewährleistet wird ohne den Druck im Pumpeninnenraum zu beeinflussen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Zylin­ der der Hydraulikeinheit ein Anschlag vorgesehen, der die Kolbenbewegung begrenzt. Erreicht der Kolben den Anschlag, so ist der Regelschieber so weit verdreht und die Verbin­ dung zwischen dem Druckraum und dem Pumpenraum ist herge­ stellt. Dieser Anschlag verhindert, daß der Kolben bei einem Druckanstieg, durch Leerlaufdrehzahlschwankungen oder durch das Fahren im Teillastbereich sich weiter be­ wegt und die Bypass-Verbindung zwischen Druckraum und Pum­ peninnenraum unterbricht.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeich­ nungen verwiesen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Einspritzpumpe mit dem Verteilerkolben und Regelschieber sowie mit dem mengensteuernden Fliehkraftregler.

Fig. 2 einen Teilschnitt des auf dem Verteilerkolben angebrachten Regelschiebers mit dem Steuerventil während der Kraftstoffabsteuerung bei der Nutzhubphase des Verteilerkolbens.

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Steueranordnung mit der Hydraulikeinheit, die den Regelschieber verdreht.

Fig. 4 ein Diagramm, daß die Wirkung der lastabhängigen Leiselauf-Einspritzung auf dem Brennraumdruck und den dazugehörigen Nadelhubverlauf darstellt.

Fig. 5 ein Diagramm, daß den Wirkungsbereich der Leiselauf-Einspritzung zeigt.

In Fig. 1 ist eine Verteilereinspritzpumpe 1 dargestellt, deren Innenraum 2 mit Kraftstoff gefüllt ist, dessen Druck durch ein Drucksteuerventil eingestellt wird und mit der Motordrehzahl proportional steigt. Ein Verteilerkolben 3 arbeitet in einem Gehäuseteil 4 und schließt mit dem einen Arbeitsraum 5 ein, zu dem durch die Hubbewegung des Ar­ beitskolbens durch den Verbindungskanal 7 und einem der am Verteilerkolben angebrachten Steuerschlitzen 6 Kraftstoff vom Pumpeninnenraum gelangt, dort gepreßt und durch die Drehbewegung des Verteilerkolbens über seine Längsnut 8 und der Verteilernut 9 zu einer der Auslaßleitungen 10 ge­ fördert und über ein Druckventil 10′ in die jeweilige Ein­ spritzleitung gesperrt wird.

Auf dem Verteilerkolben 3 ist ein Regelschieber 12 glei­ tend angebracht, dessen Kante 12′ mit der Steuerbohrung 14 des Verteilerkolbens die Kraftstofförderung regelt. Wird die Steuerbohrung durch die Kante 12′ freigegeben, so bricht der Druck in dem Druckraum 5 zusammen, und der dort noch vorhandene Restkraftstoff fließt durch die Axialboh­ rung 8 zum Pumpeninnenraum 2 zurück.

Die Lage des Regelschiebers 12 wird durch den Fliehkraft­ drehzahlregler 18 bestimmt. Mit zunehmender Drehzahl wer­ den die Fliehgewichte 18′ nach außen bewegt und verschie­ ben axial über eine Reglerachse 16 eine darauf gleitende Reglermuffe 19, die mittels Hebel-Federsystem 15 eine axiale Verschiebung des Regelschiebers 12 auf dem Ver­ teilerkolben hervorruft. Die Reglerachse hat eine radiale Bohrung 20, die in einer durch die Reglerachse axial ver­ laufenden Bohrung 21 mündet. Die Reglermuffe weist eben­ falls eine radiale Bohrung 19′ auf, die einen kleineren Durchmesser, als der der Bohrung 20 hat. Im Stillstand liegen die Bohrungskanten aufeinander und mit zunehmender Drehzahl durchläuft die Bohrung 19′ die größere Bohrung 20 in einer Überdeckungsphase, die ab einer noch höher lie­ genden Drehzahl zu Ende geht und die Verbindung zwischen dem Pumpeninnenraum und der in der Regelerachse radial verlaufenden Bohrung 21 unterbricht.

Gemäß Fig. 3, Lage I fließt bei niederem Leerlauf und dem anschließenden niederen Teillastbereich Kraftstoff aus dem Pumpeninnenraum 2 mit dem dort herrschenden Druck durch die Bohrungen 19′, 20 und 21 zu einer Hydraulikeinheit 30 (Fig. 3), mündet dort durch die Bohrung 33 in den Zylinder 30′ ein, und schiebt den Kolben 28 und die damit verbun­ dene Betätigungsstange 27, die mit einem Kugelkopf 27′ durch eine Aussparung 34 am radialen Umfang des Regel­ schiebers 12 rastet. Diese dreht den Regelschieber um ei­ nen bestimmten Winkel bei der der Kolben gegen einen An­ schlag 32 seinen Endhub erreicht, und gemäß Fig. 2 die Ab­ steuerbohrung 13 mit der im Regelschieber gebrachten Dros­ selbohrung 22 und dem darauf montierten Abblaseventil 25 fluchtend in einer Ebene liegt.

Während der Druckphase des Verteilerkolbens fließt ein Teil des Kraftstoffs aus dem Druckraum 5 über die Innen­ bohrung 8 und die Absteuerbohrung 13 des Verteilerkolbens durch die Drosselbohrung 22 im Regelschieber und wird über dem Abblaseventil 25 durch seine Bohrung 26 in den Pumpen­ innenraum zurückgefördert. Der Druckabfall im Druckraum 5 hat zur Folge, daß ein späteres Öffnen der Einspritzdüsen­ nadel erreicht wird, ggfs. durch die Abstimmung der Dros­ selbohrung 22 mit dem Abblaseventil 25 kann auch mehrfa­ ches aber jeweils kurzes Öffnen der Einspritzdüsennadel erreicht werden.

Beide o. g. Einspritzarten der Einspritzzeitverlängerung mit dem entsprechenden Brennraumdruckverlauf sind in Fig. 4 schematisch dargestellt. Bei der ersten Einspritzart, Kurven 1 und 1′, hebt die Einspritzventilnadel einmal für eine relativ längere Zeit ab, und bei der zweiten Ein­ spritzart, gemäß Kurven 2 und 2′, hebt die Nadel mehrere Male für kurze Zeitintervalle hintereinander ab, wodurch in beiden Fällen ein Motorleiselauf erreicht wird. Über­ schreitet der Motor die Leerlauf- und die Teillastbereich­ grenze, so verschieben sich, gemäß Fig. 3, Lage II, die Bohrungen der Reglerachse und der Reglermuffe 19′ und 20 auseinander, so daß keine Überdeckung mehr besteht und der Kraftstoffzulauf zu der Hydraulikeinheit wird unterbro­ chen. Die Rückholfeder drückt den Kolben bis zum Anschlag 32′ zurück. Dieser nimmt die Betätigungsstange soweit mit, daß die Absteuerbohrung am Verteilerkolben sich nicht mehr mit der Drosselbohrung des Regelschiebers überdeckt.

Fig. 5 zeigt das Regelgebiet der Einspritzpumpe mit den Linien konstanter Regelhebelstellung. Der gemäß der Erfin­ dung vorgeschlagene Einsatzbereich A der Leiselaufein­ spritzung ist darauf schraffiert dargestellt, und der Be­ triebspunkt des niederen Leerlaufs innerhalb dieses Be­ reichs ist mit B bezeichnet.

Claims (10)

1. Einspritzpumpe der Verteilerbauart für Brennkraft­ maschinen mit Verteilerkolben (3), der stirnseitig einen Druckraum (5) mit einem Gehäuseteil (4) schließt, mit Axialbohrung (8) sowie damit in Verbindung stehende Steu­ erbohrung (14), der durch seine Hubbewegung Kraftstoff vom Pumpeninnenraum (2) in den Druckraum (5) fördert und durch seine Rotation diese auf die einzelnen Einspritzleitungen verteilt, mit einem auf dem Verteilerkolben gleitenden Re­ gelschieber (12), dessen Kante (12′) mit der Steuerbohrung (14) die Kraftstoff-Förderung regelt, wobei sich die Lage des Schiebers durch einen Fliehkraftregler (18) drehzahl­ abhängig einstellt, indem durch die Wirkung von Fliehge­ wichten (18′) eine Reglermuffe (19) über eine Reglerachse (16) sich axial bewegt und durch einen Hebel (15) den Re­ gelschieber (12) auf den Verteilerkolben verschiebt, wobei die Reglerachse mit einer Axialbohrung (21) und einer darin mündenden Radialbohrung (20) versehen ist, mit einem Bypass, der bei niederem Leerlauf den Druckraum (5) mit dem Pumpeninnenraum (2) über eine Drosselbohrung (22) und Abblaseventil (25) verbindet und der während der Nutzhub­ phase den im Druckraum (5) herrschenden Druck durch Kraft­ stoffabsteuerung kurzzeitig herabsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass im Bereich des Re­ gelschiebers (12) im Verteilerkolben (3) als Bohrung ange­ ordnet und durch Drehung des Regelschiebers steuerbar ist.

2. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelschieber (12) eine radiale Drosselbohrung (22) aufweist, auf der ein gesteu­ ertes Abblaseventil (25) sitzt, dessen Ventilkörper (25′) die Drosselbohrung (22) unter dem Druck einer Feder (24) dicht schließt und dessen Innenraum mit dem Pumpeninnen­ raum (2) durch eine Bohrung (26) verbunden ist.

3. Einspritzpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerkolben (3) eine in die Axialbohrung (8) mündende und zu der Steuerbohrung (14) winkelversetzte und radial verlaufende Absteuerboh­ rung (13) aufweist, die vom Hochdruckraum (5) gesehen hin­ ter der Steuerbohrung (14) liegt.

4. Einspritzpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im niederen Leerlauf der Re­ gelschieber (12) so verdreht liegt, daß die Absteuerboh­ rung (13) bei der Nutzhubphase mit der Drosselbohrung (22) in Verbindung steht und die Steuerbohrung (14) vom Regel­ schieber gesperrt bleibt 5. Einspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelschieber (12) am Um­ fang, zu der Drosselbohrung (22) radial versetzt, eine Aussparung (34) aufweist, in die der Kugelbolzen (27′) ei­ ner Betätigungsstange (27) sitzt.

6. Einspritzpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (27) durch eine drehzahlabhängige Steuereinheit (30) hin und her verschiebbar ist.

7. Einspritzpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Radialboh­ rung (20) der Reglerachse (16) größer ist als der der Ra­ dialbohrung (19′) der Reglermuffe (19).

8. Einspritzpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Stillstand der Einspritz­ pumpe die Radialbohrung (19′) der Reglermuffe (19) am An­ fang der Radialbohrung (20) der Reglerachse (16) liegt und mit zunehmender Drehzahl diese durchläuft.

9. Einspritzpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine Hydrau­ likeinheit ist, deren Betätigung durch den im Pumpeninnen­ raum herrschenden Druck erfolgt, die aus einem Gehäuse (30) besteht, in dem ein Kolben (28) mit einer axial ver­ laufenden Drosselbohrung (29) gleitet, der mit der Betäti­ gungsstange (27) verbunden ist, wobei der Kolben bei sei­ ner Hubendlage jeweils gegen einen Anschlag (32, 32′) an­ liegt.

10. Einspritzpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30′) der Hydrau­ likeinheit auf der einen Seite des Kolbens (28) eine Kraftstoffzulaufbohrung (33), und auf der anderen Seite des Kolbens eine Kraftstoffablaufbohrung (35) aufweist, und ist mit einer Rückholfeder (31) ausgerüstet, die auf dem Kolben gegen den Druck des einfließenden Kraftstoffs wirkt.

11. Einspritzpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzulaufbohrung (33) mit der Axialbohrung (21) der Reglerachse (16) ver­ bunden ist, und die Kraftstoffablaufbohrung (35) mit dem Tank verbunden ist.