DE3911160C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem von einem Nocken einer Nockenwelle über einen Stößel angetriebenen Pumpenkolben, der mit einer den Förderbeginn steuernden Stirnkante und einer das Förderende bestimmenden schrägen Steuerkante ver­ sehen ist, wobei die beiden Steuerkanten während des Hin- und Rückhubs des Pumpenkolbens mit einem Einlaß- bzw. Rück­ strömkanal zusammenwirken, der in der Wand eines den zum Zweck der Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge durch Stellmittel verdrehbaren Pumpenkolben aufnehmenden Pumpen­ zylinders ausgebildet ist, sowie mit einer Verstellvor­ richtung für eine Veränderung des Vorhubs des Pumpenkolbens während des Einspritzpumpenbetriebs, bestehend aus einem antriebsseitig am Pumpenkolben anliegenden Verstellkolben, der in eine zylindrische, als zum Nocken hin geschlossene Sackbohrung ausgebildete Bohrung im Stößel, gegenüber diesem axial beweglich, eintaucht, wodurch ein Verstellraum begrenzt wird, der über eine in der die Stößelbohrung be­ grenzenden zylindrischen Wand ausgebildete Steuerbohrung mit einer Quelle für ein flüssiges Medium zwecks axialer Verstellung des Verstellkolbens relativ zum Stößel verbind­ bar ist, wobei der Verstellkolben beim Förderhub des Pum­ penkolbens in seiner jeweiligen, den Vorhub bestimmenden Stellung durch eine durch den Hub des Stößels infolge Ver­ hinderung des Rückströmens von flüssigem Medium aus dem Verstellraum bewirkte hydraulische Sperre blockiert wird.

Optimale Emissionsverhältnisse und ein optimaler Kraft­ stoffverbrauch werden bei einer Dieselbrennkraftmaschine mit Hilfe einer spezifischen Einspritzzeitpunktverstellung für jede Motordrehzahl und jeden Lastzustand über dem ge­ samten Betriebsbereich des Motors erreicht, d. h. die Ein­ spritzzeitpunktverstellung muß als eine Funktion der Motor­ drehzahl und -last geplant werden.

Mit herkömmlichen Kraftstoffeinspritzpumpen, wie sie bei mittelgroßen und schweren Dieselmotoren verwendet werden, wird der Einspritzzeitpunkt üblicherweise durch einen zentrifugalbetätigten Phasenschieber an der Antriebswelle der Pumpe verstellt, um die Taktung der Nockenwelle in der Pumpe relativ zu der Kurbelwelle des Motors zu verändern. Ferner sind hydraulisch betätigte Phasenschieber vorge­ schlagen worden, bei denen elektronische oder mechanische Regelungen zur Veränderung des Versorgungsdrucks für den Phasenschieber verwendet werden, um eine Regelung des Ein­ spritzzeitpunkts zu schaffen. Einer der Nachteile dieses Systems besteht in den hohen Anforderungen an die Steuerung des Versorgungsdrucks.

Beispiele für diese Bauweise zeigen z. B. die US-PS 4,712,985 und 3,847,510. Beide Patentschriften zeigen ähnliche Konstruktionen unter Verwendung eines geteilten Pumpenkolbens, nämlich eines pum­ penarbeitsraumseitigen Kolbenteils, das mit einem antriebs­ seitigen Kolbenteil gekoppelt ist, wobei die beiden Kolben­ teile gegeneinander axial hydraulisch verstellbar sind. Um die effektive Länge des Pumpenkolbens und damit den Vorhub und auf diese Weise auch den Einspritzzeitpunkt zu ver­ ändern, wird über einen Versorgungskanal im Pumpenzylinder ein Verstellraum zwischen den beiden Kolbenteilen mit einem flüssigen Medium unter variabel einstellbarem Steuerdruck versorgt. Wenn das antriebsseitige Kolbenteil die Mündungs­ stelle des Versorgungskanals beim Förderhub des Pumpen­ kolbens verschließt, wird eine hydraulische Sperre erzeugt, so daß ab diesem Zeitpunkt die beiden Kolbenteile wie eine kompakte Kolbeneinheit arbeiten. Als Quelle für den Steuer­ druck kann eine separate Quelle oder, wie beim Gegenstand der US-PS 3 847 510 die gleiche Kraftstoffquelle dienen die auch die Versorgung des Pumpenarbeitsraumes übernimmt.

Bei einer dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zugrunde­ liegenden bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß der DE-PS-32 06 429, erfolgt die Vorhubeinstellung über die variable Drucksteuerung eines flüssigen Mediums, die den Abstand zwischen einem mit dem Pumpenkolben gekoppelten Verstellkolben und einem Stößel mit Hilfe des variablen Drucks der Steuerflüssigkeit festlegt, wobei die Auslenkung des Verstellkolbens aus einem Zusammenwirken einer auf den Pumpenkolben einwirkenden Stößelfeder, einer im Verstell­ raum angeordneten Tellerfeder und dem variablen Steuerdruck resultiert. Dies bedingt in aufwendiger Weise einen eigen­ ständig arbeitenden druckgesteuerten Flüssigkeitskreislauf, der außerdem Kompressibilitätsnachteile sowie Undichtig­ keiten aufweisen kann, so daß es zu Ungenauigkeiten bei der Einstellung des Vorhubs und damit des Einspritzbeginns kommen kann. Die Zufuhr der Steuerdruckflüssigkeit in den die Teller­ feder aufnehmenden Verstellraum erfolgt im übrigen mit Hilfe eines Kanals im Pumpengehäuse über eine Bohrung, die, bodenseitig in der Wand einer den Verstellkolben aufnehmen­ den Sackbohrung im Stößel ausgebildet, im Verstellraum mündet. Erst nach der durch den Druck der Steuerflüssigkeit bewirkten Einstellung des Verstellweges des Verstellkolbens relativ zum Stößel erfolgt die Sicherung dieser Einstellung beim Förderhub des Pumpenkolbens durch eine hydraulische Sperre infolge des Absteuerns der Kanalmündung im Pumpen­ gehäuse durch die Bohrung im Stößel. Durch die im Verstell­ raum angeordnete Tellerfeder wird schließlich die Einspritzpumpe baulich aufwendiger und verschleißanfälliger.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe mit geringerem Steuerungsaufwand und geringerem baulichem Aufwand eine genauere Einstellung des Vorhubs bzw. des Förderbeginns zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verstellkolben umfangsseitig eine schräge Steuernut auf­ weist, welche über eine Längsverbindung ständig an den Ver­ stellraum angeschlossen ist und zur Erzielung der hydrauli­ schen Sperre mit der Steuerbohrung in der die Stößelbohrung be­ grenzenden Wand zusammenwirkt, und daß der Verstellkolben über weitere, von den Stellmitteln für den Pumpenkolben un­ abhängige Stellmittel verdrehbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung er­ gibt sich aus dem Unteranspruch.

In vorteilhafter Weise erfolgt somit die Einstellung des Verstellweges des Verstellkolbens gegenüber dem Stößel hier nicht über den variablen Druck einer Steuerdruckflüssig­ keit, was einen getrennten Druckflüssigkeitssteuerkreis entbehrlich macht, sondern über eine problemlos einstell­ bare schräge Steuernut, indem durch ein unter einfachem Druck stehendes flüssiges Medium lediglich der Verstell­ kolben im unteren Totpunkt des Pumpenkolbens angehoben wird. Die genaue Einstellung des Verstellweges erfolgt dann beim Förderhub des Pumpenkolbens in exakter Weise über die schräge Steuernut, indem je nach Verdrehstellung des Ver­ stellkolbens und damit der schrägen Steuernut mehr oder weniger Steuerflüssigkeit aus dem Verstellraum rückströmt, bevor eine dann einsetzende hydraulische Sperre den Ver­ stellweg des Verstellkolbens und damit den Vorhub des Pum­ penkolbens festlegt. Im übrigen ist bei dieser genaueren Einstellung des Vorhubs auch der bauliche Aufwand relativ gering.

Aus dem JP-Abstract 58-126459 ist zwar eine Verstelleinrichtung für den Vorhub bei einer Ein­ spritzpumpe bekannt, die einen Stößel mit einer außen­ liegenden schrägen Steuerkante und einen in einer Sack­ bohrung im Stößel geführten hohlen Verstellkolben aufweist, wodurch ein Verstellraum begrenzt wird, in den über eine Bohrung in der Wand des Verstellkolbens drucklos Öl zuge­ führt werden kann. Die Ausgangsstellung des Verstellraums dieser Verstellvorrichtung wird durch eine Schraubendruck­ feder geschaffen, die auch das drucklose Einfließen des Öls in den Verstellraum ermöglicht. Durch Drehung des Verstell­ kolbens mit Hilfe von Stellmitteln kann beim Förderhub des Pumpenkolbens zunächst Öl aus dem Verstellraum über die Bohrung in der Wand des Verstellkolbens so lange rück­ strömen, bis entsprechend der Stellung der Bohrung gegen­ über der schrägen Steuerkante am Stößel eine hydraulische Sperre eintritt und damit der Vorhub festgelegt ist. Nach­ teilig ist hier, daß durch die außenliegende Steuerkante am Stößel und den großen Verstellraum relativ viel Öl hin- und herbewegt werden muß, was ein schädliches Ölplanschen zur Folge hat. Baulich aufwendig ist außerdem die erforderliche Schraubendruckfeder im Verstellraum.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist nach­ folgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Teil einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe;

Fig. 2 eine Ansicht eines Details der Fig. 1, das in eine andere Position gedreht ist; und

Fig. 3 graphisch die Veränderung der Kolbenanhebung über dem Drehwinkel der Motornockenwelle für die erfin­ dungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe.

Fig. 1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzpumpe vom Typ Kolben­ pumpe, die in einem nicht dargestellten geeigneten Gehäuse zu installieren ist. Die Pumpe weist mindestens eine Füh­ rungsbohrung 10 auf, die vom stationären Pumpenzylinder 12 einer Kraftstoffeinspritzeinheit begrenzt ist. Innerhalb des Pumpenzylinders 12 bzw. der Führungsbohrung 10 ist hin- und herschiebbar ein Pumpenkolben 14 mit einer Verstell­ vorrichtung 16 an seinem unteren Ende angeordnet, der in erfindungsgemäßer Weise gestaltet ist. An dem unteren Ende der Verstellvorrichtung 16 ist ein Stößel 46 mit einer Rolle 18 zur Zusammenwirkung mit einem Nocken 20 befestigt. Der Nocken 20 ist zur gemeinsamen Drehung mit einer Nocken­ welle 22 an dieser befestigt, die ihrerseits gemäß Dar­ stellung um eine Achse 24 drehbar ist. Die Nockenwelle 22 wird vom Motor mit halber Motordrehzahl direkt angetrieben.

Das obere Ende des Pumpenzylinders 12 bildet einen Pumpen­ arbeitsraum 26 zwischen der oberen, von der Stirnkante 28 begrenzten Stirnfläche des Pumpenkolbens 14 und einer nicht dargestellten reduzierten Bohrungsöffnung im Pumpen­ zylinder 12, die zu einem herkömmlichen Einspritzventil führt, das die Einspritzung des Kraftstoffs in den Motorzylinder in bekannter Weise steuert. Ein Kraftstoff-Einlaß- /Rückströmkanal 32 ist in der Wand des Pumpenzylinders 12 zur Zusammenarbeit mit einer Steuerfläche 34 am Pumpenkolben 14 vorgesehen, die von der Stirnkante 28 und einer weiteren schrägen Steuerkante 36 begrenzt wird. Solange der Pumpenkolben 14 den Einlaß-/Rückströmkanal 32 nicht ab­ deckte kann Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 26 über den Einlaß-/Rückströmkanal 32 abfließen, und es wird kein Brennstoff in den Motor eingespritzt. Wenn sich der Pumpen­ kolben 14 nach oben bewegt, um den Einlaß-/Rückströmkanal 32 zu verschließen, wird der Kraftstoff in dem Pumpen­ arbeitsraum 26 unter Druck gesetzt und bei Erreichung eines vorbestimmten Druckniveaus in herkömmlicher Weise in den Motor eingespritzt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 wird die schräge Steuer­ kante 36 am Pumpenkolben 14 die von einer radialen Rück­ ziehung 37 begrenzt ist, die sich um einen Bereich des Pum­ penkolbens 14 herum erstreckt.

Die Rückziehung 37 fluchtet mit dem Einlaß-/Rückströmkanal 32 oder auch nicht, um die während jeden Pumphubs einzu­ spritzende Kraftstoffmenge vorzubestimmen. Insbesondere in einer nicht dargestellten Stellung, in der die Stirnkante 28 des Pumpenkolbens 14 den oberen Rand des Einlaß- /Rückströmkanals 32 abdeckt, wird der Kraftstoff unter Druck gesetzt und eingespritzt, bis der untere rechte Rand­ bereich 38 an der Steuerfläche 34 des Pumpenkolbens 14 den Einlaß-/Rückströmkanal 32 nicht mehr abdeckt, so daß Kraft­ stoff aus dem Pumpenarbeitsraum 26 abströmen kann. Die Kraftstoffeinspritzung ist dann beendet.

Zur Veränderung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffes sind Stellmittel 40 zur Verdrehung oder winkelmäßigen Posi­ tionierung der schrägen Steuerkante 36 des Pumpenkolbens 14 vorgesehen. Dies kann mittels jeder bekannten Art einer Zahnstangen-Dreheinrichtung erreicht werden. Die Zahnstange wird in diesem Fall beispielsweise mit Hilfe irgendwelcher geeigneter elektrischer oder mechanischer Mittel seitlich bewegt, um den Pumpenkolben 14 winkelmäßig oder hinsicht­ lich seines Umfangs zu verdrehen. Dies verändert die Posi­ tion der schrägen Steuerkante 36 gegenüber dem Einlaß- /Rückströmkanal 32, so daß der Einlaß-/Rückströmkanal 32 während des aufwärtsgerichteten Hubs des Pumpenkolbens 14 je nachdem früher oder später als bisher geöffnet oder ge­ schlossen werden kann.

Der oben beschriebene Aufbau ist bekannt und herkömmlicher Art. Bei Verwendung eines festen Stößels 46 bei dieser Pumpe würde die Einspritzung beginnen bzw. beendet, wie in der durchgehend ausgezogenen Kurve 41 der Fig. 3 angegeben ist, in der das Anheben des Pumpenkolbens 14 über der Dreh­ bewegung der Motornockenwelle 22 dargestellt ist. Der Ein­ spritzzeitpunkt würde stets zu einem feststehenden Zeit­ punkt A beginnen und das Ende der Einspritzung wäre durch die Menge des eingespritzen Kraftstoffs bestimmt. Diese ihrerseits würde durch die winkelmäßige Ausrichtung des Pumpenkolbens 14, wie oben beschrieben, bestimmt, wodurch die Schließdauer des Einlaß-/Rückströmkanals 32 festgelegt würde.

Wie bereits angegeben, kann der Einspritzzeitpunkt durch Veränderung der Höhe der Verstellvorrichtung 16, z. B. in Richtung B, verändert werden, wie dies mittels der ge­ strichelt dargestellten Kurve 42 in Fig. 3 angezeigt ist. Die Mittel zur Veränderung der Höhe der Verstellvorrichtung 16 sind in Fig. 1 dargestellt. Die Verstellvorrichtung 16 ist ähnlich einem hydraulischen Stößel, sie besteht jedoch in diesem Fall aus einem am Pumpenkolben 14 anliegenden Verstellkolben 44, der mit dem Stößel 46 zusammenwirkt, jedoch gegenüber letzterem axial verstellt und winkelmäßig verdreht werden kann. Hierdurch wird eine variable Höhen­ verstellmöglichkeit für die Verstellvorrichtung 16 ge­ schaffen, um den Einspritzzeitpunkt variabel zu verändern.

Insbesondere der Stößel 46, an dem die Rolle 18 befestigt ist, weist eine zylindrische, zum Nocken 20 hin als Sack­ bohrung geschlossen ausgebildete Stößelbohrung 47 auf. In der Stößelbohrung 47 ist der Verstellkolben 44 mit einer schrägen Steuernut 48 in seinem äußeren Umfangsbereich axial verschiebbar aufgenommen. Die schräge Steuernut 48 erstreckt sich in Umfangsrichtung über etwa 90° und steht mit einer umfangsseitig angeordneten vertikalen Längs­ verbindung in Form einer Längsnut 50 in Verbindung, die deutlicher aus Fig. 2 zu ersehen ist. Die Längsnut 50 führt das flüssige Medium in der schrägen Steuernut 48 zu einem Verstellraum 52, der zwischen dem Verstellkolben 44 und dem Stößel 46 angeordnet ist. Die schräge Steuernut 48 wirkt fluchtend oder absteuernd mit einer Steuerbohrung 54 in der Wand des Stößels 46 zusammen. Die Steuerbohrung 54 steht andererseits stets mit einer Nut 56 in Verbindung, der jederzeit mit Öl aus einem Versorgungskanal 58 versorgt wird. Die Ölquelle kann das Motorschmiersystem sein.

Zur Erzielung einer hydraulischen Sperre kann sich der Stößel 46 vertikal gegenüber dem Verstellkolben 44 in Reak­ tion auf den Öl-Austritt aus dem Verstellraum 52 oder auf den Öl-Eintritt von einer Ölquelle in den Verstellraum 52, der zwischen dem Verstellkolben 44 und dem Stößel 46 gebil­ det ist, bewegen. Wenn während des Förderhubs des Pumpen­ kolbens 14 der Nocken 20 beginnt, den Stößel 46 der Ver­ stellvorrichtung 16 vertikal zu bewegen, wird zuvor über die Steuerbohrung 54, die schräge Steuernut 48 und die Längsnut 50 dem Verstellraum 52 zuvor zugeführtes Öl aus dem Inneren des Verstellraums 52 der Verstellvorrichtung 16 hinausgeschoben und durch die offene Steuerbohrung 54 zurück zum Versorgungskanal 58 hinausgedrückt. Wenn sich der Stößel 46 gegenüber dem Verstellkolben 44 weiter nach oben bewegt, wird schließlich die schräge Steuernut 48 bis zu ihrer oberen Kante 60 abgeschlossen, wenn der untere Rand 62 der Steuerbohrung 54 an ihm vorbeigeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das Öl im Inneren des Verstellraums 52 eingeschlossen, so daß sich der Verstellkolben 44 und der Stößel 46 einheitlich nach oben bewegen (hydraulische Sperre).

Mit 64 sind weitere Stellmittel in Form einer Zahnstangen­ einheit bezeichnet, die in den Verstellkolben 44 eingreifen kann, um diesen in einer der Drehung des Pumpenkolbens 14 mittels der Zahnstangeneinheit 40 entsprechenden Weise zu drehen. Anstelle der Zahnstangeneinheit 64 können andere oder herkömmliche Arten von Dreheinrichtungen verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Einzel­ heiten der Bauweise und des Betriebs der Dreheinrichtung sind hier nicht im Detail angegeben. Dennoch soll darauf hingewiesen sein, daß ein kontinuierlich veränderliches Ausmaß der Einspritzzeitpunkte durch Drehung des Verstell­ kolbens 44 der Verstellvorrichtung 16 erreicht werden kann, um die vertikale Stellung der schrägen Steuernut 48 zur Fluchtung mit der Steuerbohrung 54 in der untersten Posi­ tion des Pumpenkolbens 14 zu verändern und somit den Zeit­ punkt, an dem die Steuerbohrung 54 abgeschlossen ist, um dadurch den Vorhub bzw. den Einspritzbeginn zu verändern. Aus dem Vorstehenden ist klar zu ersehen, daß durch die Er­ findung einer einfache und sehr wirksame Bauweise geschaf­ fen ist, um eine Einspritzpumpe des Kolbentyps für eine kontinuierlich veränderliche Einspritzzeitpunktverstellung unter Verwendung einer einfachen Verstellvorrichtung mit wenigen Einzelteilen geeignet zu machen, und damit eine wirtschaftlich herzustellende Pumpe geschaffen ist.

Claims (2)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit ei­ nem von einem Nocken (20) einer Nockenwelle (22) über einen Stößel (46) angetriebenen Pumpenkolben (14), der mit einer den Förderbeginn steuernden Stirnkante (28) und einer das Förderende bestimmenden schrägen Steuerkante (36) versehen ist, wobei die beiden Steuerkanten (28, 36) während des Hin- und Rückhubs des Pumpenkolbens (14) mit einem Einlaß- bzw. Rückströmkanal (32) Zusammenwirken, der in der Wand eines den zum Zweck der Steuerung der Kraftstoffeinspritz­ menge durch Stellmittel (40) verdrehbaren Pumpenkolben (14) aufnehmenden Pumpenzylinders (12) ausgebildet ist, sowie mit einer Verstellvorrichtung (16) für eine Veränderung des Vor­ hubs des Pumpenkolbens (14) während des Einspritzpumpenbe­ triebs, bestehend aus einem antriebsseitig am Pumpenkolben (14) anliegenden Verstellkolben (44), der in eine zylindri­ sche, als zum Nocken (20) hin geschlossene Sackbohrung ausgebildete Bohrung (47) im Stö­ ßel (46), gegenüber diesem axial beweglich, eintaucht, wo­ durch ein Verstellraum (52) begrenzt wird, der über eine in der die Stößelbohrung (47) begrenzenden zylindrischen Wand aus­ gebildete Steuerbohrung (54) mit einer Quelle für ein flüssiges Medium zwecks axialer Verstellung des Verstell­ kolbens (44) realtiv zum Stößel (46) verbindbar ist, wobei der Verstellkolben (44) beim Förderhub des Pumpenkolbens (14) in seiner jeweiligen, den Vorhub bestimmenden Stellung durch eine durch den Hub des Stößels (46) infolge Verhinderung des Rückströmens von flüssigem Medium aus dem Verstellraum (52) bewirkte hydraulische Sperre blockiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellkolben (44) umfangsseitig eine schräge Steuer­ nut (48) aufweist, welche über eine Längsverbindung (50) ständig an den Verstellraum (52) angeschlossen ist und zur Erzielung der hydraulischen Sperre mit der Steuerbohrung (54) in der die Stößelbohrung (47) begrenzenden Wand zusammen wirkt, und daß der Verstellkolben (44) über weitere, von den Stellmitteln (40) für den Pumpenkolben (14) unabhängige Stellmittel (64) verdrehbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Quelle für das unter Druck stehende flüssige Medium das Öl des Motorschmiersystems ist.