DE60221053T2

DE60221053T2 - Einspritzverstelleinrichtung

Info

Publication number: DE60221053T2
Application number: DE60221053T
Authority: DE
Inventors: Daniel Chislehurst Hopley; William Gillingham Burborough; Robert Mark Sittingbourne Kemsley
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: EP1356196A1; EP1526264A1; EP1356196B1; DE60205864D1; WO2002061250A1; DE60205864T2; DE60221053D1; EP1526264B1; US6941932B2; US20040084029A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Frühverstelleinrichtung zur Steuerung des Zeitpunkts der Kraftstoffabgabe durch eine Hochdruckkraftstoffpumpe, die zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung bestimmt ist.
In einer konventionellen Rotationskraftstoffpumpe wird die Winkelposition eines Nockenrings mithilfe einer Servoverstelleinrichtung angepasst. Die Frühverstelleinrichtung umfasst einen Frühverstellkolben, der innerhalb einer Bohrung verschiebbar ist und der in Betrieb mit einer Nockenanordnung der Kraftstoffpumpe zusammenwirkt, um den Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe zu steuern. Ein Servokolben ist in einer weiteren Bohrung verschiebbar, die im Frühverstellkolben vorgesehen ist, und ein Leichtlastmesskolbenelement ist entgegen der Wirkung einer Leichtlaststeuerfeder relativ zum Frühverstellkolben beweglich. Eine Servosteuerfeder steht zwischen dem Leichtlastkolbenelement und dem Servokolben im Eingriff, und ein Regelventil ist betreibbar, um das Aufbringen von Kraftstoff auf das Leichtlastkolbenelement zu regeln, um den Zeitpunkt unter Leichtlastbedingungen anzupassen. Der Kraftstoffdruck, der auf den Lastmesskolben wirkt, ändert sich abhängig von der Maschinenlast, und die Position des Lastmesskolbens ändert sich. Die Bewegung des Lastmesskolbens führt zur Bewegung des Servokolbens, die ihrerseits die Bewegung eines Frühverstellkolbens bewirkt. Die Bewegung des Frühverstellkolbens bewirkt die Bewegung des Nockenrings, wodurch der Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe angepasst wird.
Das Vorsehen einer Leichtlastverstelleinrichtung erlaubt die Änderung des Zeitpunkts der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe, wenn die Maschine unter einer leichten Last betrieben wird. Der Servokolben und der Leicht lastkolben sind angeordnet, um eine Leichtlaststeuerkammer für Kraftstoff zu definieren, in welcher die Servosteuerfeder angeordnet ist, wobei eine Kraft, die auf den Kraftstoffdruck in der Leichtlaststeuerkammer zurückzuführen ist, auf das Leichtlastkolbenelement wirkt, um in Kombination mit der Leichtlaststeuerfeder die relativen Axialpositionen des Leichtlastkolbenelements und des Frühverstellkolbens zu bestimmen. Solch eine Einrichtung wird in EP-A-0921300 beschrieben.
Das Regelventil ist angeordnet, um durch Regulieren des Kraftstoffstroms zwischen der Leichtlaststeuerkammer und einer Niederdruckableitung den Kraftstoffdruck in der Leichtlaststeuerkammer zu regeln. Die Leichtlastregelventilanordnung umfasst typischerweise ein Dosierventilelement, das innerhalb einer Bohrung winkelverstellbar ist, wobei das Dosierventilelement mit einer Steuerkante versehen ist, die mit einem Kanal zusammenwirkt, der in der Bohrung vorgesehen ist, um die Durchflussmenge des Kraftstoffs aus der Steuerkammer zu regeln. Der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer legt die Position des Leichtlastkolbenelements fest, und diese bestimmt das maximal zulässige Frühverstellniveau. Die Position des Leichtlastkolbenelements legt auch die Beziehung zwischen der Drehzahl der Maschine und der Anpassungsrate des Zeitpunkts der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe fest.
Bei Kraftstoffpumpen des obigen Typs kann ein Problem darin auftreten, dass die Leichtlastverstelleinrichtung bewirken kann, dass der Druck des von der Pumpe abgegebenen Kraftstoffs (als „Transferdruck" bezeichnet) mit zunehmender Maschinenlast abnimmt. Doch es ist wünschenswert, einen im Wesentlichen konstanten Transferdruck aufrechtzuerhalten, da dies die Drehzahlverstellkurve der Pumpe verbessert.
Ein anderes Problem, das mit der Pumpe des obigen Typs einhergeht, ist, dass Fertigungsschwankungen in der Steuerkante des Dosierventilelements, das zur Leichtlastregelventilanordnung gehört, zu unerwünschten Schwankungen in der Frühverstellung führen können.
Es ist auch bekannt, die Kraftstoffpumpe mit einer Kaltfrühverstelleinrichtung zu versehen, um die Anpassung des Kraftstoffabgabezeitpunkts abhängig von der Maschinentemperatur zu erlauben. Die Pumpe umfasst ein Temperaturregelventil, das angeordnet ist, um das Aufbringen von Kraftstoff auf das Servo- oder Leichtlastkolbenelement abhängig von der Maschinentemperatur zu regeln, um dadurch die Anpassung des Kraftstoffabgabezeitpunkts zu erlauben, um kalte Bedingungen zu kompensieren.
Solche Einrichtungen leiden aber unter dem Nachteil, dass die Kaltfrühverstelleinrichtung instabil werden kann, wenn die Drehzahlfrühverstellung eingeleitet wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mindestens eines der oben genannten Probleme abzustellen oder zu lindern.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Frühverstelleinrichtung zur Steuerung des Zeitpunkts der Kraftstoffabgabe durch eine Kraftstoffpumpe zur Verwendung in einer Maschine bereitgestellt, umfassend;
einen Frühverstellkolben, der in einer ersten Bohrung verschiebbar ist und der in Betrieb mit einer Nockenanordnung einer Kraftstoffpumpe zusammenwirkt, um den Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe anzupassen, wobei eine zum Frühverstellkolben gehörige Fläche dem Kraftstoffdruck in einer ersten Steuerkammer ausgesetzt ist, und
einen Leichtlastkolben, der auf lastabhängige Kraftstoffdruckänderungen in einer Leichtlaststeuerkammer ansprechend entgegen der Wirkung einer Leichtlaststeuerfeder relativ zum Frühverstellkolben beweglich ist, um dadurch den Zeitpunkt unter Leichtlastbedingungen anzupassen,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtlastkolben erste und zweite Abschnitte umfasst, die relativ zueinander beweglich sind, um die Anpassung der Weglänge des Leichtlastkolbens zu erlauben.
Eine spezifische Ausführungsform der Erfindung stellt eine Frühverstelleinrichtung bereit, außerdem umfassend einen Servokolben, der in einer weiteren Bohrung verschiebbar ist, die im Frühverstellkolben vorgesehen ist, um den Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer zu regeln, wobei der Servokolben auf drehzahlabhängige Kraftstoffdruckänderungen in einer Servosteuerkammer anspricht, um dadurch die Anpassung des Zeitpunkts der Drehzahl der Maschine entsprechend zu erlauben.
Die Erfindung bietet einen besonderen Vorteil, wenn ein Kaltfrühverstellsystem vorgesehen ist, und unter Bedingungen, bei denen die Maschine unter Leichtlastbedingungen betrieben wird. Die Erfindung gewährleistet, dass der Servokolben unter Bedingungen, bei welchen die Leichtlastfrühverstellung durchgeführt wird, unwirksam wird, das heißt, nicht auf drehzahlabhängige Änderungen im Kraftstoffdruck in der Servosteuerkammer anspricht. Da der Servokolben deaktiviert ist, wenn das Temperaturregelventil aktiviert ist, kann jede Instabilität in der Kaltfrühverstellung, die sonst auftreten könnte, wenn die Drehzahlfrühverstellung eingeleitet wird, vermieden werden. Der Servokolben wird unter Bedingungen, in denen die Maschine unter Leichtlastbedingungen oder unter kalten Bedingungen betrieben wird, auf wirksame Weise deaktiviert (d. h., nicht auf Kraftstoffdruckänderungen in der Servosteuerkammer ansprechen).
Der Leichtlastkolben kann geformt sein, um zum Teil eine Servokolbenkammer zu formen, die mit der Leichtlaststeuerkammer in Verbindung steht, wodurch der Kraftstoffdruck in der Servokolbenkammer auf ein Ende des Servokolbens wirkt, der von der Servosteuerkammer entfernt liegt.
Die Leichtlaststeuerkammer steht bevorzugt durch einen Zwischenraum, der zwischen jeweiligen Flächen des Servokolbens und des Leichtlastkolbens geformt ist, mit der Servokolbenkammer in Verbindung.
Die Frühverstelleinrichtung umfasst bevorzugt Anpassungsmittel, um die Anpassung der Weglänge des Servokolbens und/oder des Leichtlastkolbens zu erlauben.
Erfindungsgemäß umfasst der Leichtlastkolben erste und zweite Abschnitte, die relativ zueinander beweglich sind, um die Anpassung der Weglänge von mindestens einem vom Servokolben und vom Leichtlastkolben zu erlauben.
Der zweite Abschnitt des Leichtlastkolbens ist bevorzugt mit einer Blindbohrung versehen, die zusammen mit einer Endfläche des Servokolbens die Servokolbenkammer definiert.
Die Formung des Leichtlastkolbens aus ersten und zweiten Teilen, die relativ zueinander beweglich sind, erlaubt die Anpassung der Weglänge des Servokolbens und/oder der Weglänge des Leichtlastkolbens vor dem Einbau in die Pumpe. Der erste und zweite Abschnitt stehen praktischerweise in Schraubengewindeverbindung, sodass die Weglänge der (des) Kolbens) abhängig davon verändert wird, wie weit ein Abschnitt in den anderen eingeschraubt ist.
Die Frühverstelleinrichtung kann auch ein Temperaturregelventil umfassen, das betreibbar ist, um das Anlegen von Kraftstoff auf den Leichtlastkolben abhängig von der Maschinentemperatur zu regeln, um dadurch die Anpassung des Zeitpunkts der Kraftstoffabgabe abhängig von der Maschinentemperatur zu erlauben.
Bevorzugt ist das Temperaturregelventil so angeordnet, dass das Temperaturregelventil aktiviert ist, wenn die Maschinentemperatur kleiner als eine vorbestimmte Temperatur ist, um die Erhöhung des Kraftstoffdrucks in der Leichtlastkammer zu erlauben, während das Temperaturregelventil deaktiviert ist, wenn die Maschinentemperatur die vorbestimmte Temperatur übersteigt.
Der Frühverstellkolben ist typischerweise angeordnet, um in der ersten Bohrung in einer Frühverstellrichtung beweglich zu sein, in welcher der Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe nach früh verstellt wird, und in einer Spätverstellrichtung, in welcher der Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe nach spät verstellt wird. Bevorzugt umfasst die Frühverstelleinrichtung außerdem einen Kaltfrühverstellungsversorgungskanal, durch welchen der Leichtlaststeuerkammer Kraftstoff zugeführt wird, wenn das Temperaturregelventil aktiviert ist, wobei der Kaltfrühverstellungsversorgungskanal angeordnet ist, um mit der Leichtlaststeuerkammer nur dann in Verbindung zu stehen, wenn die Bewegungslänge des Frühverstellkolbens in der Frühverstellrichtung kleiner ist als eine vorbestimmte Menge.
Bevorzugt weist der Frühverstellkolben eine Außenfläche auf, die mit einer mit der Leichtlaststeuerkammer in Verbindung stehenden Aussparung versehen ist, die eine Steuerkante definiert, und wodurch die Verbindung zwischen dem Kaltfrühverstellungsversorgungskanal und der Leichtlaststeuerkammer unterbrochen wird, wenn die Steuerkante nicht mehr mit dem Kaltfrühverstellungsversorgungskanal ausgerichtet ist, nachdem der Frühverstellkolben sich über die vorbestimmte Menge hinaus bewegt hat.
Die Frühverstelleinrichtung kann auch einen Leichtlastversorgungskanal umfassen, um der Leichtlaststeuerkammer einen Signaldruck zuzuführen, wobei der Leichtlastversorgungskanal mit einem Strömungsweg für Kraftstoff zwischen einer Kraftstoffquelle beim Transferdruck und einer Niederdruckableitung in Verbindung steht, und eine Leichtlastregelventilanordnung, die einem lastabhängigen Steuersignal entsprechend betreibbar ist, um die Durchflussmenge des Kraftstoffs durch den Strömungsweg zu variieren und daher den Signaldruck zu variieren, um dadurch die Anpassung des Zeitpunkts unter Leichtlastbedingungen zu erlauben, wobei die Leichtlastregelventilanordnung im Strömungsweg an einer Position vor dem Leichtlastversorgungskanal angeordnet ist.
Die Leichtlaststeuerkammer kann mit einer gedrosselten Auslassanordnung versehen sein, um Kraftstoff in der Leichtlaststeuerkammer zu erlauben, mit einer gedrosselten Rate in einen Niederdruckkraftstoffbehälter zu strömen. Die Frühverstelleinrichtung kann außerdem weitere Anpassungsmittel zur Anpassung der effektiven Drosselung des Kraftstoffstroms durch die gedrosselte Auslassanordnung umfassen.
Bevorzugt umfasst die gedrosselte Auslassanordnung einen ersten gedrosselten Auslass mit einem variablen Durchmesser und einen zweiten gedrosselten Auslass mit im Wesentlichen feststehendem Durchmesser, wodurch das weitere Anpassungsmittel angepasst werden kann, um den Durchmesser des ersten gedrosselten Auslasses zu verändern.
Das weitere Anpassungsmittel kann ein Ventilelement umfassen, das in einer zusätzlichen Bohrung angeordnet ist, wodurch die Anpassung der Position des Ventilelements innerhalb der zusätzlichen Bohrung es erlaubt, den Durchmesser des ersten gedrosselten Auslasses zu variieren.
Der erste gedrosselte Auslass ist praktischerweise ringförmig und wird zum Teil durch das Ventilelement definiert.
Der Servokolben kann angeordnet sein, um eine Hülse zu tragen, die eine enge Passung auf dem Servokolben formt, wobei die Hülse mit einer Öffnung versehen ist, um die Durchflussmenge des Kraftstoffs zwischen der Leichtlaststeuerkammer und der Servokolbenkammer zu drosseln, und die der Dämpfung der Bewegung des Servokolbens relativ zum Leichtlastkolben dient.
Bevorzugt ist die Leichtlaststeuerkammer angeordert, um durch einen Strömungsweg, der eine im Wesentlichen feststehende Drosselung des Kraftstoffstroms gewährleistet, mit einem Kraftstoffbehälter bei relativ niedrigem Druck in Verbindung zu stehen.
In konventionellen Frühverstelleinrichtungen steuert die Leichtlastregelventilanordnung das Aufbringen von Kraftstoff an das Leichtlastkolbenelement, indem sie den Kraftstoffstrom zwischen der Leichtlaststeuerkammer und der Niederdruckableitung regelt, weshalb die Leichtlastregelventilanordnung hinter dem Leichtlastversorgungskanal angeordnet ist, zwischen dem Punkt, an dem der Signaldruck vom Strömungsweg zwi schen dem Transferdruck und der Niederdruckableitung abgezweigt wird, und der Niederdruckableitung. Dies kann mit zunehmender Maschinenlast zu einer unerwünschten Abnahme im Transferdruck führen. Die vorliegende Erfindung hat einen besonderen Vorteil aufzuweisen, dass der von der Pumpe abgegebene Transferdruck unter Bedingungen, in welchen die Leichtlastverstellung aktiviert ist, auf einen im Wesentlichen konstanten Wert gehalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Frühverstelleinrichtung Anpassungsmittel, um die Anpassung der Drosselung durch den Strömungsweg zu erlauben.
Bevorzugt umfasst der Strömungsweg einen ersten gedrosselten Auslass, wobei das Anpassungsmittel ein Ventilelement umfasst, das relativ zum gedrosselten Auslass verstellbar ist, um die Drosselung des Kraftstoffstroms durch den ersten gedrosselten Auslass zu variieren.
Der Strömungsweg umfasst bevorzugt einen zweiten gedrosselten Auslass, der eine im Wesentlichen feststehende Drosselung des Kraftstoffstroms gewährleistet.
Durch Vorsehen von Anpassungsmitteln, um die Anpassung der Drosselung durch den Strömungsweg zu erlauben, kann die Feinsteuerung der Frühverstellkurve der Pumpe erreicht werden. Das Vorsehen der Anpassungsmittel erlaubt das Variieren des Frühverstellgrads, um die erforderliche Kraftstoffversorgung für eine gegebene Drehzahl der Maschine zu ergeben.
Die Erfindung wird nun beispielhaft Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben, wobei:
1 eine partielle Schnittansicht einer Frühverstelleinrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
2 eine Schnittansicht eines Abschnitts der in 1 gezeigten Frühverstelleinrichtung ist,
3 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X ist, die einen Abschnitt der Frühverstelleinrichtung in 2 zeigt,
4(a) bis 4(d) den Frühverstellgrad als eine Funktion der Pumpenabgabemenge für variierende Pumpenparameter veranschaulichen,
5 ein Hydraulikschaltbild für die in 1 bis 3 gezeigte Frühverstelleinrichtung ist,
6 ein Graph ist, der den Einfluss des Variierens des Durchmessers d_3a eines ersten gedrosselten Auslasses auf den effektiven Durchmesser d₃ einer gedrosselten Auslassanordnung zeigt, die den ersten gedrosselten Auslass und einen zweiten gedrosselten Auslass mit feststehendem Durchmesser umfasst,
7 ist ein Graph, der eine typische Frühverstellkurve der Frühverstelleinrichtung in 1 bis 3 für eine gegebenen Drehzahl der Maschine darstellt, und
8 ist eine Schnittansicht, die Abschnitte einer alternativen Ausführungsform zu der Frühverstelleinrichtung, die in 1 gezeigt wird, veranschaulicht.
Eine konventionelle Rotationskraftstoffpumpe umfasst einen Nockenring (nicht gezeigt) der in Bezug auf ein Pumpengehäuse winkelverstellbar ist. Der Nockenring umfasst eine Vielzahl von Nockenvorsprüngen und umschließt einen Abschnitt eines Verteilerelements mit Pumpenkolben, die in jeweiligen Bohrungen des Verteilerelements verschiebbar sind. Jeder der Pumpenkolben weist eine zugehörige Schuh- und Rollen-Anordnung auf, deren Rollen mit der Nockenfläche des Nockenrings in Eingriff gebracht werden können. In Betrieb wird Kraftstoff durch eine Transferpumpe den Bohrungen des Verteilerelements zugeführt, und eine Kraft, die auf den Kraftstoffdruck in den Bohrungen zurückzuführen ist, dient dazu, die Pumpenkolben in eine Richtung radial nach außen zu drücken. Der Ausgangsdruck der Transferpumpe (als „Transferdruck" bezeichnet) wird so geregelt, dass er mit der Drehzahl der Maschine in Beziehung steht, mit welcher die Pumpe verwendet wird. Die Rotation des Verteilerelements relativ zum Nockenring bewirkt die Bewegung der Rollen relativ zum Nockenring, wobei der Eingriff zwischen den Rollen und den Nockenvorsprüngen bewirkt, dass die Pumpenkolben in eine Richtung radial nach innen gedrückt werden, um Kraftstoff in der jeweiligen Bohrung unter Druck zu setzen und die Kraftstoffabgabe durch die Pumpe bei relativ hohem Druck zu bewirken. Durch Variieren der Winkelposition des Nockenrings mithilfe einer Frühverstelleinrichtung kann der Zeitpunkt, an dem Kraftstoff von der Pumpe abgegeben wird, angepasst werden.
Wie weiter unten im Detail beschrieben wird, umfasst die Frühverstelleinrichtung eine Servokolbenanordnung, die angeordnet ist, um den Frühverstellgrad des Zeitpunkts abhängig von der Betriebsdrehzahl der Maschine (als „Drehzahlverstellung" bezeichnet) zu beeinflussen, eine Leichtlastkolbenanordnung einschließlich eines Lastmesskolbens, die angeordnet ist, um den Frühverstellgrad des Zeitpunkts abhängig von der Last zu beeinflussen, bei welcher die Maschine betrieben wird (als „Leichtlastverstellung" bezeichnet), und ein Temperaturregelventil, das angeordnet ist, um den Frühverstellgrad des Zeitpunkts abhängig von der Betriebstemperatur der Maschine zu beeinflussen (als „Kaltfrühverstellung" bezeichnet).
1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher der Nockenring mit einem Stift (nicht gezeigt) versehen ist, der in eine Öffnung 10 hinein verläuft, die in einem Frühverstellkolben 12 vorgesehen ist, um die Anpassung der Winkelposition des Nockenrings zu erlauben. Der Frühverstellkolben 12 ist innerhalb einer weiteren Bohrung 14 verschiebbar, die in einem Frühverstellgehäuse 16 vorgesehen ist. Die Enden der Bohrung 14 sind durch erste und zweite Endplatten 18a, 18b verschlossen, die jeweils durch Bolzen 20 am Frühverstellgehäuse 16 befestigt sind. Geeignete O-Ringe können verwendet werden, um die Endplatten 18a, 18b vom Frühverstellgehäuse 16 abzudichten.
Der Frühverstellkolben 12 umfasst eine axial verlaufende Bohrung 22, in der ein Servokolben 24 verschiebbar ist. Die Bohrung 22 ist geformt, um eine erweiterte Region aufzuweisen, innerhalb welcher ein erster Abschnitt 26a eines Leichtlastkolbens 26 aufgenommen wird. Der erste Abschnitt des Leichtlastkolbens 26 trägt einen Flansch, dessen innerer Abschnitt eine zentrale Öffnung definiert, durch welche der Servokolben 24 verläuft. Der Servokolben 24 ist ein Gleitsitz in dieser zentralen Öffnung und in der Bohrung 22, die im Frühverstellkolben 12 vorgesehen ist, und wirkt, um in Betrieb die Bewegung des Leichtlastkolbens 26 zu führen. Der Leichtlastkolben 26 umfasst auch einen zweiten Abschnitt 26b, typischerweise in der Form eines Schraubengewindeteils, das in einer Schraubengewindebohrung im ersten Abschnitt 26a des Leichtlastkolbens 26 aufgenommen wird. Der zweite Abschnitt 26b des Leichtlastkolbens ist mit einer Blindbohrung versehen, wobei eine Fläche 26c am blinden Ende der Bohrung zusammen mit einer Endfläche des Servokolbens 24 eine Servokolbenkammer 27 an einem ersten Ende des Servokolbens 24 definiert. Ein ringförmiger Zwischenraum 29 wird zwischen einer Außenfläche des Servokolbens 24 und einer Innenfläche des ersten Abschnitts 26a des Leichtlastkolbens 26 definiert, um die Verbindung zwischen der Servokolbenkammer 27 und einer Leichtlaststeuerkammer 60 zu erlauben, wie weiter unten ausführlich beschrieben.
Eine Leichtlaststeuerfeder 28 ist in einer Endkammer 33 angeordnet, die zum Teil durch die Bohrung 12 im Frühverstellgehäuse 16 und die erste Endplatte 18a definiert wird, wobei die Leichtlaststeuerfeder 28 zwischen dem Leichtlastkolben 26 und der ersten Endplatte 18a im Eingriff steht, um den Leichtlastkolben 26 in den Eingriff mit einer Stufe 14a vorzuspannen, die durch einen Abschnitt der Bohrung 14 definiert wird. Eine Servosteuerfeder 30 steht zwischen dem Leichtlastkolben 26 und einem ersten ringförmigen Element 32a im Eingriff, das vom Servokolben 24 getragen wird. Eine Abstandsscheibe 34 ist zwischen der Servosteuerfeder 30 und dem ersten ringförmigen Element 32 angeordnet. Der Servokolben 24 umfasst auch eine erweiterte Endregion 24a, die eine Endfläche des Servokolbens 24 definiert, wobei die Endregion 24a an ein zweites ringförmiges Element 32b anliegt, das vom Servokolben getragen wird, der in der in 1 gezeigten Position gegen eine axial gegenüberliegende Fläche am inneren Abschnitt des Flanschs auf dem ersten Leichtlastkolbenabschnitt 26a anliegt. Die maximal zulässige Bewegung des Servokolbens 24 relativ zum Leichtlastkolben 26 tritt auf, wenn eine Endfläche des Servokolbens 24 mit der Endfläche 26c der Blindbohrung im zweiten Abschnitt 26b des Leichtlastkolbens 26 im Eingriff steht.
Die Position des zweiten Abschnitts 26b des Leichtlastkolbens 26 relativ zum ersten Abschnitt 26a bestimmt die Weglänge des zusammengesetzten Leichtlastkolbens 26, wobei die Weglänge durch den Abstand zwischen dem Ende des zweiten Abschnitts 26b des Leichtlastkolbens 26 und der Endplatte 18b bestimmt wird. Es ist daher anzumerken, dass der Umfang, in welchem der zweite Abschnitt 26b des Leichtlastkolbens 26 in den ersten Abschnitt 26a eingeschraubt ist, die Weglänge des Servokolbens 24 und des Leichtlastkolbens bestimmt. Der Aufbau des Leichtlastkolbens 26 aus zwei Teilen, die relativ zueinander axial beweglich sind, stellt daher ein Anpassungsmittel zur Anpassung der Weglänge des Servokolbens 24 und des Leichtlastkolbens 26 dar. Es ist auch anzumerken, dass die Position des Leichtlastkolbens 26 relativ zur Endplatte 18a das maximal zulässige Frühverstellniveau bestimmt.
In der Praxis kann es wünschenswert sein, den Leichtlastkolben 26a, 26b mit einer Dichtanordnung (nicht gezeigt) zu versehen, typischerweise in Form eines O-Rings, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen der Servokolbenkammer 37 und der Endkammer 33 vorzusehen. Eine Sicherungsanordnung (nicht gezeigt), typischerweise in Form einer Kontermutter, kann auch vorgesehen sein, um den ersten und zweiten Abschnitt 26a, 26b des Leichtlastkolbens 26 bei der Montage der Einrichtung zu sichern. In einer alternativen Ausführungsform kann die Reibung der O-Ring-Dichtung ausreichen, um zu gewährleisten, dass der erste und zweite Abschnitt 26a, 26b aneinander befestigt sind, wobei die Notwendigkeit der Sicherungsanordnung dann entfällt.
An dem Ende der Bohrung 22, das vom Leichtlastkolben 26 entfernt ist, ist ein scheibenförmiges Element 36 in einer ringförmigen Nut angeordnet, die im Frühverstellkolben 12 vorgesehen ist. Die Bewegung des Servokolbens 24 relativ zum Frühverstellkolben 12 wird durch den Eingriff zwi schen dem ersten ringförmigen Element 32 und einem Abschnitt der Bohrung 22 begrenzt, die im Frühverstellkolben 12 vorgesehen ist. Das scheibenförmige Element 36 definiert zusammen mit einem Abschnitt der im Frühverstellkolben 12 vorgesehenen Bohrung 22 eine Servosteuerkammer 37 an einem zweiten Ende des Servokolbens 24 zur Aufnahme von Kraftstoff, wobei eine Kraft, die auf den Kraftstoffdruck in der Servosteuerkammer 37 zurückzuführen ist, auf die Endfläche der erweiterten Region 24a des Servokolbens 24 wirkt, um den Servokolben 24 entgegen der Kraft der Servosteuerfeder 30 nach links in der in 1 gezeigten Zeichnung zu drücken. Kraftstoff wird der Servosteuerkammer 37 durch einen Servoversorgungskanal 50 zugeführt, der im Frühverstellgehäuse 16 vorgesehen ist. In dieser Patentschrift wird der Kraftstoffdruck des in der Servosteuerkammer 37 als „Servosteuerdruck" bezeichnet, wobei der Servosteuerdruck von der Drehzahl abhängig ist, bei welcher die Maschine betrieben wird.
Eine erste Steuerkammer 38 wird durch eine Endfläche des Frühverstellkolbens 12, die vom Leichtlastkolben 26 entfernt liegt, dem zugehörigen Abschnitt der Bohrung 14 und die zweite Endplatte 18b definiert. Die erste Steuerkammer 38 steht über einen Kanal 46, der im Außenumfang des Frühverstellkolbens 12 geformt ist, mit einem radial verlaufenden Durchgang 42 in Verbindung, in welchem ein Rückschlagventil (nicht gezeigt) angeordnet ist. Der radial verlaufende Durchgang 42 steht mit der Bohrung 22 im Frühverstellkolben 12 in Verbindung, und der radial verlaufende Durchgang 42 kann abhängig von der Position des Servokolbens 24 mit einem zweiten radial verlaufenden Durchgang 44 in Verbindung stehen, der im Frühverstellkolben 12 vorgesehen ist. Der zweite radial verlaufende Durchgang 44 mündet in eine Aussparung 48 ein, die in der Außenfläche des Frühverstellkolbens 12 vorgesehen ist. Die Aussparung 48 ist so angeordnet, dass die Aussparung 48 bei allen zulässigen Positio nen des Frühverstellkolbens 12 relativ zum Frühverstellgehäuse 16 mit dem Servoversorgungskanal 50 in Verbindung steht, der im Frühverstellgehäuse 16 definiert ist.
Wie oben erwähnt, definieren der Frühverstellkolben 12 und der Leichtlastkolben 26 zusammen eine Leichtlaststeuerkammer 60, in welcher die Servosteuerfeder 30 angeordnet ist, wobei die Leichtlaststeuerkammer 60 durch den Zwischenraum 29 mit der Servosteuerkammer 27 am linken Ende des Servokolbens 24 (in der in 1 gezeigten Orientierung) ständig in Verbindung steht. Die Leichtlaststeuerkammer 60 steht auch mit einer zusätzlichen Aussparung 62 in Verbindung, die in der Außenfläche des Frühverstellkolbens 12 vorgesehen ist. Die zusätzliche Aussparung 62 ist so angeordnet, dass die zusätzliche Aussparung 62 bei allen zulässigen Positionen des Frühverstellkolbens 12 mit einem Leichtlastversorgungskanal 64 in Verbindung steht. Der Leichtlastversorgungskanal 64 steht mit einer Bohrung 66 in Verbindung, die im Frühverstellgehäuse 16 vorgesehen ist, sodass der Leichtlaststeuerkammer 60 und daher der Servokolbenkammer 27 in Betrieb Kraftstoff zugeführt werden kann, wobei der Druck des der Leichtlaststeuerkammer 60 zugeführten Kraftstoffs (als „Signaldruck" bezeichnet) von der Last abhängig ist, unter welcher die Maschine betrieben wird.
Die Bohrung nimmt ein kanaldefinierendes Element 67 auf, das gewährleistet, dass ein zweiter Versorgungskanal 68, der im Vorschubgehäuse 16 definiert ist, ständig mit Kraftstoff beim Transferdruck in Verbindung steht. In Betrieb wird Kraftstoff beim Transferdruck durch den zweiten Versorgungskanal 68 zugeführt, von wo er in den Servoversorgungskanal 50 strömt.
Die zusätzliche Aussparung 62, die auf der Außenfläche des Frühverstellkolbens 12 vorgesehen ist, definiert eine Steuerkante 72 und kann abhängig von der Axialposition des Frühverstellkolbens 12 mit einem Kaltverstellungsversorgungskanal 74 in Verbindung stehen, der im Frühverstellgehäuse 16 definiert ist. Ein elektromagnetisch betriebenes Temperaturregelventil 52 ist am Frühverstellgehäuse 16 montiert, um die Kraftstoffversorgung durch den Kaltfrühverstellungsversorgungskanal 74 zu regeln. Typischerweise nimmt das Temperaturregelventil 52 die Form eines konventionellen Absperrmagnetventils an, das nur dann mit elektrischem Strom versorgt wird, wenn die Maschine bei relativ niedriger Temperatur ist. Das Temperaturregelventil 52 ist daher nur dann in einer offenen Position, wenn die Maschine kalt ist. Die Aktivierung des Temperaturregelventils 52 wird praktischerweise unter Verwendung eines Temperatursensors gesteuert, der im Kühlwassermantel der Maschine angeordnet ist.
Unter normalen Betriebsbedingungen, wenn die Maschine warm ist, ist das Temperaturregelventil 52 geschlossen, wodurch Kraftstoff beim Transferdruck nur durch den zweiten Versorgungskanal 68 durchgeführt wird, nicht aber dem Kaltfrühverstellungsversorgungskanal 74 durch das Temperaturregelventil 52 zugeführt wird.
In Betrieb wirkt Kraftstoff, der durch den Leichtlastversorgungskanal 64 der Leichtlaststeuerkammer 60 zugeführt wird, auf den Leichtlastkolben 26, um der Kraft der Leichtlaststeuerfeder 28 entgegenzuwirken. Wenn der Signaldruck in der Leichtlaststeuerkammer 60 relativ niedrig ist, wird der Leichtlastkolben 26 durch die Leichtlaststeuerfeder 28 in den Eingriff mit der Stufe 14a vorgespannt, die in der Bohrung 14 definiert ist. Wenn der Druck in der Leichtlaststeuerkammer 60 aber ausreichend erhöht wird, wird das Leichtlastkolbenelement 26 von der Stufe 14a fort in die in
1 gezeigte Position gedrückt, sodass die Frühverstellkurve verändert wird.
Der Druck des Kraftstoffs, der durch den Leichtlastversorgungskanal 64 der zusätzlichen Aussparung 62 zugeführt wird, wird durch eine Dosierventilanordnung 80 geregelt, wie in 2 und 3 gezeigt. Die Dosierventilanordnung 80 regelt daher den Kraftstoffdruck in der Leichtlaststeuerkammer 60, der die Position des Leichtlastkolbens 26 relativ zum Frühverstellkolben 12 steuert.
Die Dosierventilanordnung 80 umfasst ein Dosierventilelement 82, das in einer Dosierventilbohrung 83 angeordnet ist. Die Winkelposition des Dosierventilelements 82 in der Bohrung 83 ist einem lastabhängigen Steuersignal entsprechend verstellbar, um die Kraftstoffdurchflussmenge durch einen Einlasskanal 84, der angeordnet ist, um Kraftstoff beim Transferdruck zu empfangen, zu einem Auslasskanal 88 zu variieren, der mit dem Leichtlastversorgungskanal 64 in Verbindung steht. Das Dosierventilelement 82 ist mit einer Bohrung versehen, die eine Steuerkante 86 definiert, wobei die Kraftstoffmenge, die durch die Dosierventilanordnung 80 strömt, und daher der Druck des dem Leichtlastversorgungskanal 64 zugeführten Kraftstoffs, der zur Leichtlaststeuerkammer 60 geleitet wird, durch die Position der Steuerkante 86 relativ zum Auslasskanal 88 bestimmt wird.
Kraftstoff aus dem Auslasskanal 88 zum Leichtlastversorgungskanal 64 strömt, fließt daher durch eine verstellbare Ventilanordnung, allgemein als 90 angegeben, die ein Ventilelement 92 umfasst, das in einer weiteren Bohrung 93 angeordnet ist, die eine Kammer 95 definiert. Das Ventilelement 92 steht in einer Schraubengewindeverbindung mit der weiteren Bohrung 93, sodass die Axialposition des Ventilelements 92 in der weite ren Bohrung 93 verstellbar ist. Die weitere Bohrung 93 ist geformt, um einen Abschnitt eines Abzweigkanals 96 für Kraftstoff zwischen dem Auslasskanal 88 und dem Leichtlastversorgungskanal 64 zu definieren. Die weitere Bohrung 93 ist auch geformt, um eine Region mit relativ kleinem Durchmesser einzuschließen, durch welche eine vorspringende Region 92a des Ventilelements 92 verläuft. Es ist anzumerken, dass die Position der vorspringenden Region 92a des Ventilelements 92 relativ zur Region mit relativ kleinem Durchmesser durch Verstellen der Position des Ventilelements 92 in der weiteren Bohrung 93 angepasst werden kann.
Die vorspringende Region 92a des Ventilelements 92 und die Region mit relativ kleinem Durchmesser in der Abzeigung 96 definieren zusammen einen ringförmigen Auslass 100 mit verengtem Durchmesser. Die Kammer 95 steht durch einen weiteren gedrosselten Auslass 102, der mit dem ringförmigen Auslass 100 in Reihe angeordnet ist, mit einem Druckablasskanal 104 in Verbindung, der mit einem Niederdruckkraftstoffbehälter verbunden ist. Typischerweise ist der Nockenkasten bei relativ niedrigem Druck (allgemein als „Nockenkastendruck" bezeichnet), sodass der Druckablasskanal 104 mit dem Nockenkasten in Verbindung steht. Es ist aber anzumerken, dass der Nockenkasten nicht bei relativ niedrigem Druck zu sein braucht, zum Beispiel kann er beim Transferdruck sein, wobei der Druckablasskanal 104 in diesem Fall mit einem anderen Niederdruckbehälter verbunden ist. Wenn Kraftstoff durch die Kanäle 88, 96 in den Niederlastversorgungskanal 64 strömt, ist eine kleine Kraftstoffmenge auch in der Lage, mit einer relativ niedrigen Rate durch den ringförmigen Auslass 100 in die Kammer 95 und durch den weiteren gedrosselten Auslass 102 zum Nockenkasten zu strömen. Der ringförmige Auslass 100 und der weitere gedrosselte Auslass 102 formen daher eine gedrosselte Auslassanordnung, wobei die Rate, mit der Kraftstoff in den Nockenkasten strömen kann, durch die effektive Drosselung des Kraftstoffstroms be stimmt wird, die durch die gedrosselte Auslassanordnung 100, 102 gewährleistet wird. Es ist deshalb anzumerken, dass die effektive Drosselung des Kraftstoffstroms, die durch die gedrosselte Auslassanordnung 100, 102 gewährleistet wird, durch die Position des Ventilelements 92 im Inneren der Bohrung 93 bestimmt wird.
Als Alternative zu der in 2 und 3 gezeigten kann es praktischer sein, die Steuerkante 86 durch eine axial verlaufende Aussparung oder einen Schlitz zu definieren, der auf der Oberfläche des Dosierventilelements 82 vorgesehen ist, statt durch Vorsehen einer radial verlaufenden Bohrung durch das Element 82.
4(a) veranschaulicht den Frühverstellgrad einer konventionellen Pumpe als eine Funktion der Kraftstoffabgabemenge sowohl bei einer Spitzendrehmoment-Drehzahl als auch bei einer Nenndrehzahl, wobei die Drosselung des Kraftstoffstroms aus der Leichtlaststeuerkammer durch eine Öffnung mit feststehendem Durchmesser erfolgt. 4(a) zeigt den Einfluss des Variierens des Durchmessers der Öffnung von 0,585 mm auf 0,615 mm auf die Frühverstellkurve. Jeder Fehler bei der Herstellung im gewählten Durchmesser der Öffnung wird demnach die Verstellkurve der Pumpe beeinflussen.
Ähnlich zeigt 4(b) den Einfluss des Änderns der Vorspannung der Leichtlaststeuerfeder 28 auf die Frühverstellkurve, und 4(c) veranschaulicht den Einfluss des Veränderns der Position der Steuerkante 86 der Dosierventilanordnung 80 auf die Frühverstellkurve. Aus 4(c) ist zu ersehen, dass eine Änderung in der Position der Steuerkante 86 um ein Grad einen wesentlichen Einfluss auf den Frühverstellgrad hat, der bei einer gegebenen Durchflussmenge erreicht wird. Jede Schwankung der Position der Steuerkante 86 bei der Fertigung wird den Druck des Kraft stoffs beeinflussen, der bei einer gegebenen Position des Dosierventilelements 82 der Leichtlaststeuerkammer 60 zugeführt wird. Daher wird die Leichtlastverstellkurve der Pumpe abhängig von der Präzision schwanken, mit der die Steuerkante 86 des Dosierventilelements 82 bearbeitet wird. Es ist anzumerken, dass es eine Änderung in der relativen Lage der Steuerkante 86 und des Auslasskanals 88 ist, welche die Leichtlastkurve beeinflusst, und dass dies auch aufgrund von Fertigungsschwankungen in der Position des Auslasskanals 88 auftreten kann.
Wie in 4(d) zu sehen, ist es vorteilhaft, die verstellbare Ventilanordnung 90 vorzusehen, da sie die Feinsteuerung der Leichtlastverstellkurve erlaubt. Jede Schwankung in der Position der Steuerkante 86 auf dem Dosierventilelement 82 und/oder des Auslasskanals 88 kann deshalb kompensiert werden. Zusätzlich kann auch jede Schwankung in der Vorspannung der Leichtlaststeuerfeder 28 kompensiert werden.
Vor dem Einbau in eine Maschine wird die Pumpe an einem Prüfgerät getestet, und die Position des Ventilelements 92 wird angepasst, bis die gewünschte Frühverstellkurve für die Abgabemenge erreicht wird. Ein gegen Eingriffe gesichertes Abdeck- oder Verschlusselement 98 wird dann angeordnet, um das Ventilelement 92 vor dem Einbau der Pumpe in die Maschine in der gewünschten Position festzustellen.
5 zeigt ein schematisches Diagramm des Strömungswegs zwischen einer Transferpumpe, um der Maschine Kraftstoff zuzuführen, einem Punkt, an dem der Signaldruck zur Leichtlaststeuerkammer 60 abgezweigt wird (wie in 1 gezeigt), und dem Nockenkasten. Der Druck des Kraftstoffs, der dem Leichtlastversorgungskanal 60 durch den Auslasskanal 88 und den Leichtlastversorgungskanal 64 zugeführt wird, ist durch den Druckmesser 105 dargestellt, und dieser wird durch die Winkelposition des Dosierventilventilelements 82 innerhalb der Bohrung 83 und durch die effektive Drosselung des Kraftstoffstroms bestimmt, der vom ersten und den weiteren gedrosselten Auslass 100, 102 durch den Druckablasskanal 104 dem Nockenkasten zugeführt wird. Die Dosierventilanordnung 80 ist im Strömungsweg zwischen der Transferpumpe und dem Niederdruck (d. h., dem Nockenkasten) an einer Position vor der Leichtlaststeuerkammer 60 angeordnet und regelt die Durchflussrate des Kraftstoffs durch diesen Strömungsweg zwischen der Transferpumpe und dem Nockenkasten.
6 veranschaulicht den Einfluss des Veränderns des Durchmessers des Auslasses 100 auf den äquivalenten effektiven Durchmesser der Anordnung beider Auslässe 100, 102. Es ist zu ersehen, dass bei einer relativ großen Erhöhung im Durchmesser des ringförmigen Auslasses 100 nur eine relativ kleine Erhöhung im effektiven Durchmesser der Anordnung beider Auslässe 100, 102 erreicht wird. 5 veranschaulicht daher, wie das Vorsehen des verstellbaren gedrosselten Auslasses 100 und der regulierbaren Ventilanordnung 90 die Feinsteuerung des Drucks des Kraftstoffs erlaubt, der der Leichtlaststeuerkammer 60 zugeführt wird, und daher der Leichtlastfrühverstellkurve.
In einer konventionellen Anordnung ist der Strömungsweg für Kraftstoff zwischen der Transferpumpe und der Leichtlaststeuerkammer mit einer Drosselung feststehenden Durchmessers versehen, und eine Dosierventilanordnung ist hinter der Leichtlaststeuerkammer angeordnet, um den Kraftstoffstrom zwischen dem Punkt, an dem der Signaldruck vom Strömungsweg abgezweigt wird, und dem Nockenkasten zu regeln. Doch mit zunehmender Maschinenlast können Probleme auftreten, die auf den erhöhten Kraftstoffstrom zum Niederdruck durch die Dosierventilanordnung zurückzuführen sind. Der erhöhte Kraftstoffstrom bei höheren Lasten kann dazu führen, dass der Druck des von der Pumpe abgegebenen Kraftstoffs abnimmt. Dieses Problem kann vermieden werden, indem die Dosierventilanordnung 80 im Strömungsweg zwischen der Transferpumpe und dem Nockenkasten an einer Position angeordnet wird, der vor dem Punkt liegt, an dem der Leichtlaststeuerkammer 60 der Signaldruck zugeführt wird (d. h., vor dem Leichtlastversorgungskanal 64), und indem der Druckablasskanal 104 zum Nockenkasten mit einem gedrosselten Auslass mit im Wesentlichen feststehendem effektivem Durchmesser versehen wird,.
Es ist anzumerken, dass der Vorteil des Anordnens der Dosierventilanordnung 80 zwischen der Transferpumpe und der Leichtlaststeuerkammer im Gegensatz zur Anordnung der Dosierventilanordnung zwischen der Leichtlaststeuerkammer und dem Nockenkasten auch dann erreicht wird, wenn die verstellbare Ventilanordnung 90 nicht vorgesehen ist und nur ein einziger gedrosselter Auslass mit feststehendem Durchmesser im Auslass 104 zum Nockenkasten vorgesehen ist.
Im Betrieb unter normalen Betriebsbedingungen, wenn der Motor warm ist, wird das Temperaturregelventil 52 so geschaltet, dass Kraftstoff dem Leichtlastversorgungskanal 64 durch die Dosierventilanordnung 80 beim Transferdruck zugeführt wird, nicht aber dem Kaltfrühverstellungsversorgungskanal 74 zugeführt wird. Unter solchen Bedingungen ist der Kraftstoffdruck in der Leichtlaststeuerkammer 60 relativ niedrig, und daher wird der Leichtlastkolben 26 durch die Leichtlastfeder 28 in den Eingriff mit der Stufe 14a vorgespannt, die von der Bohrung 14 definiert wird. Kraftstoff beim Transferdruck wird auch durch den Servoversorgungskanal 50 der Aussparung 48 und durch den Kanal 44, der im Frühverstellkolben 12 vorgesehen ist, der Servosteuerkammer 37 zugeführt. Wenn der Servokolben 24 in der in 1 gezeigten Position ist, ist Kraftstoff, der der Servosteuerkammer zugeführt wird, nicht in der Lage, durch den radial verlaufenden Durchgang 42 in die erste Steuerkammer 38 zu strömen.
Sollte die Drehzahl der Maschine zunehmen, was einen Anstieg im Transferdruck zur Folge hat, nimmt der Kraftstoffdruck zu, der der Servosteuerkammer 37 zugeführt wird. Dadurch wird eine erhöhte Kraft an die Endfläche 24a des Servokolbenelements 24 angelegt, die dazu dient, das Servokolbenelement 24 entgegen der Wirkung der Servosteuerfeder 30 in eine Position zu drücken, in welcher die Verbindung zwischen der Servosteuerkammer 37 und dem radial verlaufenden Durchgang 42 zugelassen wird. Unter diesen Bedingungen strömt Kraftstoff aus der Servosteuerkammer 37 durch den radial verlaufenden Durchgang 42 und am Rückschlagventil vorbei in die erste Steuerkammer 38. Der Kraftstoffstrom zur Steuerkammer 38 erhöht den Kraftstoffdruck darin, wodurch an den Frühverstellkolben 12 eine Kraft angelegt wird, die bewirkt, dass der Frühverstellkolben 12 sich nach links in der in 1 gezeigten Orientierung bewegt. Die Bewegung des Frühverstellkolbens 12 in diese Richtung, die als die Vorschubrichtung bezeichnet wird, bewirkt durch das Zusammenwirken des Stifts mit der Öffnung 10 die Bewegung des Nockenrings, und der Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe wird daher nach früh verstellt.
Es ist anzumerken, dass in Betrieb in dem Moment, an dem die Rollen sich in den Eingriff mit den Nockenvorsprüngen bewegen, die auf dem Nockenring vorgesehen sind, eine beträchtliche Kraft durch den Nockenring und den Stift auf den Frühverstellkolben 12 übertragen wird, die dazu tendiert, den Frühverstellkolben 12 nach rechts in der in 1 gezeigten Orientierung zu drücken. Das Vorsehen des Rückschlagventils im Kanal 46 gewährleistet, dass eine derartige Bewegung des Frühverstellkolbens 12, die sonst dazu neigen würde, den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 38 zu erhöhen, vermieden wird, wodurch ein Gegenstrom des Kraftstoffs in die Servosteuerkammer 37 vermieden wird.
Unter Bedingungen, in welchen die Maschine mit relativ leichter Last betrieben wird, nimmt der Druck des Kraftstoffs zu, der durch den Leichtlastversorgungskanal 64 der Leichtlaststeuerkammer 60 (Signaldruck) zugeführt wird. Wenn der Kraftstoffdruck in der Leichtlaststeuerkammer 60 zunimmt, wird der Leichtlaststeuerkolben 26 entgegen der Wirkung der Leichtlastfeder 28 nach links in der in 1 gezeigten Orientierung gedrückt. Solch eine Bewegung des Leichtlastkolbens 26 reduziert die Kompression der Feder 30, wodurch auch der Servokolben 24 veranlasst wird, sich mit dem Leichtlastkolben 26 zu bewegen. Die Bewegung des Servokolbens 24 erlaubt Kraftstoff, aus der Servosteuerkammer 37 zur ersten Steuerkammer 38 zu strömen, was die Bewegung des Frühverstellkolbens 12 zur Folge hat, um den Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe nach früh zu verstellen. Die Position des Leichtlastkolbens 26 beeinflusst demnach die Beziehung zwischen der Drehzahl der Maschine und der Anpassungsrate des Zeitpunkts der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe.
Unter derartigen Leichtlastbedingungen, in welchen der Kraftstoffdruck in der Leichtlastkammer 60 auf ein relativ hohes Niveau ansteigt, wird aufgrund des Verbindungswegs zwischen der Leichtlaststeuerkammer 60 und der Servokolbenkammer 27 durch den Zwischenraum 29 auch der Kraftstoffdruck in der Servokolbenkammer 27 erhöht. Über einen kritischen Signaldruck hinaus wird jede Änderung im Kraftstoffdruck in der Servosteuerkammer 37, die auf einen nachfolgenden Anstieg im Transferdruck (aufgrund einer erhöhten Maschinendrehzahl) zurückzuführen ist, nicht ausreichen, um die kombinierte Kraft der Servosteuerfeder 30 und des erhöhten Kraftstoffdrucks in der Servokolbenkammer 27 zu überwin den. Über diesen kritischen Druck hinaus (d. h., bei niedrigeren Lasten) spricht der Servokolben 24 daher nicht auf drehzahlabhängige Änderungen im Kraftstoffdruck in der Servokammer 37 an, und dadurch wird das Drehzahlfrühverstellschema der Einrichtung auf wirksame Weise deaktiviert.
7 ist ein Graph, der den Frühverstellgrad des Frühverstellkolbens 12 als eine Funktion der Pumpenabgabemenge (durchgezogene Linie) bei einer gegebenen Drehzahl/Servodruck darstellt. Auch das Ansprechverhalten des Servokolbens 24 wird gezeigt (gestrichelte Linie), und diese stellt die Bewegung des Servokolbens 24 dar, die auf Änderungen im Signaldruck in der Leichtlaststeuerkammer 60 zurückzuführen ist. Es ist zu ersehen, dass das Ansprechverhalten des Servokolbens 24 bis auf einen kritischen Punkt X abfällt, über den hinaus (d. h., geringere Abgabemenge) ein zunehmender Signaldruck in der Leichtlaststeuerkammer 60 keine Servobewegung zur Folge hat. Auch das Ansprechverhalten des Leichtlastkolbens 26 auf Änderungen im Signaldruck wird gezeigt (auch als gestrichelte Linie dargestellt). Es ist zu ersehen, dass die Frühverstellkurve über den kritischen Punkt X hinaus allein durch das Verhalten des Leichtlastkolbens 26 bestimmt wird.
Bei der gegebenen Drehzahl/dem gegebenen Servodruck und bei der Abgabemenge Y steht der Servokolben 24 mit dem blinden Ende 26c der Bohrung im zweiten Leichtlastkolbenabschnitt 26b in Eingriff, und der Leichtlastkolben 26 steht mit der Stufe 14a in der Bohrung 14 im Eingriff (d. h., eine maximale Verzögerungsposition). Von der maximalen Verzögerungsposition aus wird der Leichtlastkolben 26 beginnen, sich zu bewegen (der Abgabemenge Z entsprechend), wenn der Kraftstoffdruck in der Leichtlastkammer 60 über einen Betrag hinaus erhöht wird, der ausreicht, um die Kraft der Leichtlaststeuerfeder 28 zu überwinden.
Die Vorspannung der Leichtlaststeuerfeder 28, die Vorspannung der Servosteuerfeder 30 und die Federraten der Federn 28, 30 sind bevorzugt gewählt, um zu gewährleisten, dass die Abgabemenge Z (für eine gegebene Drehzahl/Servodruck), bei welcher der Leichtlastkolben 26 beginnt, sich in Antwort auf den zunehmenden Signaldruck in der Leichtlastkammer 60 entgegen der Leichtlaststeuerfeder 28 zu bewegen, im Wesentlichen auf den Punkt abgeglichen ist, an dem der Servokolben 24 beginnt, sich in Antwort auf den zunehmenden Signaldruck, der auf die Endfläche 24b des Servokolbens 24 wirkt, zu bewegen, und auch, um zu gewährleisten, dass die zwei Kolben 26, 24 sich im Wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen.
In 7 wird auch die Kaltfrühverstellkurve gezeigt, und eine weitere Anforderung ist, dass die Federn 28, 30 so gewählt werden, dass der Punkt, an dem die Kaltfrühverstellung aktiviert wird, jenseits des kritischen Punkts X liegt (d. h., bei Abgabemengen kleiner als X). Dies stellt sicher, dass die Drehzahlverstellung unter Bedingungen, in denen die Kaltfrühverstellung aktiviert ist, auf wirksame Weise deaktiviert wird. Wenn das Frühverstellschema zum Beispiel so konfiguriert wäre, dass der kritische Punkt bei der Abgabemenge X' liegt, bliebe der Servokolben unter Bedingungen ansprechend, in denen die Kaltfrühverstellung angewandt wird, und dies ist unerwünscht.
In der Praxis kann es für den Servodruck, an dem der Servokolben 24 beginnt, sich entgegen der Servosteuerfeder 30 zu bewegen, und für den Signaldruck, an dem der Leichtlastkolben 26 beginnt, sich entgegen der Leichtlaststeuerfeder zu bewegen, wünschenswert sein, dass sie bei verschiedenen Abgabemengen auftreten, und/oder für die Kolben, dass sie sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegen, und dies kann durch geeignete Wahl der Vorspannungen und Federraten der Federn 28, 30 erreicht werden.
Bei allen Lastbedingungen des Maschinenbetriebs kann das Temperaturregelventil 52 zur Anpassung des Zeitpunkts aktiviert werden, um die kalten Maschine zu kompensieren. Wenn die Maschinentemperatur unter eine bestimmte Temperatur abfällt, wird das Temperaturregelventil 52 aktiviert, sodass Kraftstoff beim Transferdruck durch das Temperaturregelventil 52 in den Kaltfrühverstellungsversorgungskanal 74 strömen kann. Wenn der Frühverstellkolben 12 in der in 1 gezeigten Position ist, ist Kraftstoff aus dem Kaltfrühverstellungsversorgungskanal 74 in der Lage, in die zusätzliche Aussparung 62 zu strömen, die auf der Außenfläche des Frühverstellkolbens 12 vorgesehen ist, wodurch der Kraftstoffdruck in der Leichtlaststeuerkammer 60 weiter erhöht wird. Das Anlegen des erhöhten Kraftstoffdrucks auf die Leichtlaststeuerkammer 60 als Ergebnis der Aktivierung des Temperaturregelventils 52 führt wie zuvor beschrieben zur Bewegung des Leichtlastkolbens 26, was die Anpassung der Position des Frühverstellkolbens 12 zur Folge hat.
Wenn die Maschine unter Leichtlastbedingungen läuft, ist die Durchflussmenge des Kraftstoffs in die Leichtlaststeuerkammer 60 relativ hoch, sodass selbst dann, wenn der Frühverstellkolben 12 sich in eine Position bewegt, in welcher der Kaltfrühverstellungsversorgungskanal 74 nicht mehr mit der Aussparung 62 ausgerichtet ist, Kraftstoff weiterhin in die Leichtlaststeuerkammer 60 strömt und die Bewegung des Leichtlastkolbens 26 in der Frühverstellrichtung dadurch fortgesetzt wird.
Wenn aber die Maschine unter Hochlastbedingungen läuft, sodass der Leichtlaststeuerkammer 60 durch den Leichtlastversorgungskanal 64 Kraftstoff mit reduziertem Druck zugeführt wird, ist der Kaltfrühverstel lungsversorgungskanal 74 nicht mehr mit der Aussparung 62 ausgerichtet, nach dem der Frühverstellkolben 12 sich um einen vorbestimmten Betrag bewegt hat, und der Kraftstoffstrom aus dem Kaltfrühverstellungsversorgungskanal 74 in die Leichtlaststeuerkammer 60 bricht ab. Als Ergebnis wird die Bewegung des Leichtlastkolbens 26 in der Frühverstellrichtung (nach links in der gezeigten Orientierung) begrenzt.
Es ist anzumerken, dass die Frühverstellkurve der Einrichtung für hohe und niedrige Lastbedingungen verschieden ist. Ferner variiert die Frühverstellkurve der Einrichtung je nach Maschinentemperatur.
Das fehlende Ansprechen des Servokolbens 24 auf Änderungen des Kraftstoffdrucks in der Servosteuerkammer 37 tritt nach einem Anstieg im Kraftstoffdruck in der Leichtlaststeuerkammer 60 (und daher in der Servokolbenkammer 27) über den kritischen Druck hinaus ein, der entweder als ein Ergebnis des erhöhten Signaldrucks in der Leichtlaststeuerkammer 60 auftritt, der auf Leichtlastbedingungen zurückzuführen ist, oder aufgrund des erhöhten Signaldrucks in der Leichtlaststeuerkammer 60, der auf kalte Bedingungen zurückzuführen ist, oder wenn beide Bedingungen gleichzeitig auftreten.
Das fehlende Ansprechen des Servokolbens 24 auf drehzahlabhängige Druckänderungen in der Servosteuerkammer 37 unter Leichtlastbedingungen bietet einen besonders wichtigen Vorteil, wenn die Maschine unter relativ kalten Bedingungen betrieben wird, da es gewährleistet, dass keine Drehzahlverstellung unter Bedingungen angewandt wird, in denen die Kaltfrühverstellung durchgeführt wird. Ein anerkanntes Problem bestehender Einrichtungen ist, dass das Kaltfrühverstellschema unter Bedingungen, in welchen die Drehzahlfrühverstellung angewandt wird, instabil werden kann. Mit der vorliegenden Erfindung ist es durch Vorsehen eines Mittels zur effektiven Deaktivierung des Drehzahlfrühverstellschemas unter bestimmten Betriebsbedingungen möglich, den Umfang der Leichtlastverstellung unter kalten Bedingungen zu ändern, während Stabilitätsprobleme vermieden werden.
Als eine alternative Ausführungsform zu der in 1 gezeigten zeigt 8 eine andere Ausführungsform, in welcher der Servokolben 24 angeordnet ist, um eine eng anliegende Hülse 110 zu tragen, die durch die Servosteuerfeder 30 in den Eingriff mit dem ersten Abschnitt 26a des Leichtlastkolbens 26 vorgespannt wird. Der Verbindungsweg zwischen der Leichtlaststeuerkammer 60 und der Servokolbenkammer 27 wird durch einen Zwischenraum 29 zwischen der Außenfläche des Servokolbens 24 und dem inneren Abschnitt des Flansches auf dem ersten Abschnitt 26a des Leichtlastkolbens 26 definiert, wie in 1 gezeigt. Zusätzlich ist die Hülle 110 mit einer Öffnung 110a versehen, die dazu dient, die Durchflussmenge des Kraftstoffs zwischen der Leichtlastkammer 60 und der Servokolbenkammer 27 zu drosseln, und dadurch die Bewegung des Servokolbens 24 relativ zum Leichtlastkolben 26 dämpft. Durch Verändern des Durchmessers der Öffnung 110a kann die Kraftstoffdurchflussmenge zwischen der Leichtlastkammer 60 und der Servokolbenkammer 27 verändert werden, wodurch das Ausmaß der Dämpfungswirkung variiert werden kann. Die Dämpfungswirkung der Öffnung 110a ist darin vorteilhaft, dass sie die Glättung von Übergangszuständen der relativen Bewegung zwischen dem Servokolben 24 und dem Leichtlastkolben 26 unter Bedingungen nahe an der maximalen Drehzahlfrühverstellung gewährleistet.
Die Frühverstelleinrichtung, die Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurde, umfasst sowohl Servo- als auch Leichtlastfrühverstellschemata, doch auf dem Gebiet der Frühverstelleinrichtungen ist es auch bekannt, nur das eine oder das andere von der Servo- oder Leichtlastfrühverstellung einzuschließen. Wenn zum Beispiel nur die Leichtlastfrühverstellung in die Einrichtung von 1 integriert wird, braucht der Servokolben 24 nicht vorhanden zu sein (oder kann mit dem Leichtlastkolben aus einem Stück geformt sein oder daran befestigt sein), wobei der Signaldruck der Leichtlastkammer 60 zugeführt wird und der Leichtlastkolben 26 lastabhängigen Änderungen im Signaldruck entsprechend bewegt wird. Wenn demgegenüber nur die Drehzahlfrühverstellung erforderlich ist, ist der Leichtlastkolben überflüssig (oder kann am Servokolben befestigt werden), wobei der Servodruck der Servosteuerkammer 37 zugeführt wird, um den Servokolben 24 Änderungen im Transferdruck entsprechend zu bewegen. Ein beispielhaftes Frühverstellschema, bei dem die Servoverstellung integriert ist, ist zum Beispiel in US 4408591 zu finden.
Es ist daher anzumerken, dass bestimmte Aspekte der Erfindung auf Frühverstelleinrichtungen anwendbar sind, die nur das eine oder das andere von der Servo- und Leichtlastfrühverstellung anwenden. Zum Beispiel ist das Vorsehen einer Dosierventilanordnung 80 im Strömungsweg zwischen der Transferpumpe und dem Nockenkasten an einer Position, die vor dem Leichtlastversorgungskanal 64 liegt (wie in 5 gezeigt), gleichermaßen auf eine Frühverstelleinrichtung anwendbar, die nur die Leichtlastfrühverstellung aufweist. Die Dosierventilanordnung 80 kann auch in eine Frühverstelleinrichtung integriert sein, die nur die Drehzahlfrühverstellung aufweist, wobei das Dosierventil dann angeordnet ist, um eine Durchflussmenge zur Bestimmung eines erforderlichen Servodrucks zu regeln, der auf einen Servokolben wirkt. Dementsprechend kann die anpassbare Ventilanordnung 90, die in 2 gezeigt wird, in eine Frühverstelleinrichtung integriert werden, die nur die Leichtlastverstellung aufweist. Das gleiche gilt für den zweiteiligen Leichtlastkolben 26a, 26b, um die Anpassung der Weglänge des Leichtlastkolbens 26 zu erlauben.
Auch wenn die obige Beschreibung die einer Kraftstoffpumpe des Typs ist, in welchem Pumpkolben sich in eine radiale Richtung bewegen, um einer Maschine Kraftstoff mit hohem Druck zuzuführen, ist anzumerken, dass die Frühverstelleinrichtung auf Hochdruckkraftstoffpumpen anderen Typs angewandt werden kann.

Claims

Frühverstelleinrichtung zur Verwendung bei der Steuerung des Zeitpunkts der Kraftstoffabgabe durch eine Kraftstoffpumpe zur Verwendung in einer Maschine, umfassend: einen Frühverstellkolben (12), der in einer ersten Bohrung (14) verschiebbar ist und der im Betrieb mit einer Nockenanordnung einer Kraftstoffpumpe zusammenwirkt, um den Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe anzupassen, wobei eine zum Frühverstellkolben (12) gehörige Fläche dem Kraftstoffdruck in einer ersten Steuerkammer (38) ausgesetzt ist, und einen Leichtlastkolben (26), der lastabhängigen Kraftstoffdruckänderungen in einer Leichtlaststeuerkammer (60) entsprechend entgegen der Wirkung einer Leichtlaststeuerfeder (28) relativ zum Frühverstellkolben (12) beweglich ist, um dadurch den Zeitpunkt unter Leichtlastbedingungen anzupassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtlastkolben (26) erste und zweite Abschnitte (26a, 26b) umfasst, die relativ zueinander beweglich sind, um die Anpassung der Weglänge des Leichtlastkolbens zu erlauben.
Frühverstelleinrichtung nach Anspruch 1, außerdem umfassend einen Servokolben (24), der in einer weiteren Bohrung (22) verschiebbar ist, die im Frühverstellkolben (12) vorgesehen ist, um den Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer (38) zu regeln, wobei der Servokolben (24) auf drehzahlabhängige Kraftstoffdruckänderungen in einer Servosteuerkammer (37) anspricht, um dadurch die Anpassung des Zeitpunkts der Drehzahl der Maschine entsprechend zu erlauben.
Frühverstelleinrichtung nach Anspruch 2, wobei die relative Bewegung der ersten und zweiten Abschnitte (26a, 26b) die Anpassung der Weglänge von mindestens einem vom Servokolben (24) und vom Leichtlastkolben (26) erlaubt.
Frühverstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten und zweiten Abschnitte (26a, 26b) des Leichtlastkolbens in Schraubengewindeverbindung miteinander stehen.
Frühverstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, außerdem umfassend ein Temperaturregelventil (52), das betreibbar ist, um das Aufbringen von Kraftstoff auf den Leichtlastkolben (26) von der Maschinentemperatur abhängig zu regeln, um dadurch die Anpassung des Zeitpunkts der Kraftstoffabgabe abhängig von der Maschinentemperatur zu erlauben.
Frühverstelleinrichtung nach Anspruch 5, wobei das Temperaturregelventil (52) so angeordnet ist, dass das Temperaturregelventil (52) aktiviert wird, wenn die Maschinentemperatur kleiner ist als eine vorbestimmte Temperatur, um die Erhöhung des Kraftstoffdrucks in der Leichtlastkammer (60) zu erlauben, wobei das Temperaturregelventil (52) deaktiviert wird, wenn die Maschinentemperatur die vorbestimmte Temperatur übersteigt.
Frühverstelleinrichtung nach Anspruch 6, wobei der Frühverstellkolben (12) in der ersten Bohrung (14) in eine Frühverstellrichtung beweglich ist, in welcher der Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe nach früh verstellt wird, und in eine Spätverstellrichtung, in welcher der Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe durch die Pumpe nach spät verstellt wird, wobei die Frühverstelleinrichtung außerdem einen Kaltfrühverstellungsversorgungskanal (74) umfasst, durch welchen der Leichtlaststeuerkammer (60) Kraftstoff zugeführt wird, wenn das Temperaturregelventil (52) aktiviert ist, wobei der Kaltfrühverstellungsversorgungskanal (74) angeordnet ist, um mit der Leichtlaststeuerkammer (60) nur dann in Verbindung zu stehen, wenn der Bewegungsbetrag des Frühverstellkolbens (12) in der Frühverstellrichtung kleiner ist als ein vorbestimmter Betrag.
Frühverstelleinrichtung nach Anspruch 7, wobei der Frühverstellkolben (12) eine Außenfläche aufweist, die mit einer mit der Leichtlaststeuerkammer (60) in Verbindung stehenden Aussparung versehen ist, die eine Steuerkante definiert, und wodurch die Verbindung zwischen dem Kaltfrühverstellungsversorgungskanal (74) und der Leichtlaststeuerkammer (60) unterbrochen wird, wenn die Steuerkante nicht mehr mit dem Kaltfrühverstellungsversorgungskanal (74) ausgerichtet ist, nachdem der Frühverstellkolben sich über die vorbestimmte Menge hinaus bewegt hat.
Frühverstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, außerdem umfassend: einen Leichtlastversorgungskanal (64), um der Leichtlaststeuerkammer (60) einen lastabhängigen Signaldruck zuzuführen, wobei der Leichtlastversorgungskanal (64) mit einem Strömungsweg für Kraftstoff zwischen einer Kraftstoffquelle bei Transferdruck und einer Niederdruckableitung in Verbindung steht, und eine Leichtlastregelventilanordnung (80), die einem Lastsignal entsprechend betreibbar ist, um die Durchflussmenge des Kraftstoffs durch den Strömungsweg zu variieren und dadurch den Signaldruck zu variieren, um dadurch die Anpassung des Zeitpunkts unter Leichtlastbedingungen zu erlauben, wobei die Leichtlastregelventilanordnung (80) im Strömungsweg an einer Position angeordnet ist, die oberstromig dem Leichtlastversorgungskanal (64) liegt.
Frühverstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Leichtlaststeuerkammer (60) mit einer gedrosselten Auslassanordnung (100, 102) versehen ist, um zu erlauben, dass Kraftstoff in der Leichtlaststeuerkammer (60) mit einer gedrosselten Rate in einen Niederdruckkraftstoffbehälter strömt, und außerdem umfassend weitere Anpassungsmittel (90) zur Anpassung der effektiven Drosselung des Kraftstoffstroms durch die gedrosselte Auslassanordnung.
Frühverstelleinrichtung nach Anspruch 10, wobei die gedrosselte Auslassanordnung einen ersten gedrosselten Auslass (100) mit einem variablen Durchmesser und einen zweiten gedrosselten Auslass (102) mit im Wesentlichen feststehendem Durchmesser umfasst, wodurch das weitere Anpassungsmittel (90) angepasst werden kann, um den Durchmesser des ersten gedrosselten Auslasses (100) zu verändern.
Frühverstelleinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das weitere Anpassungsmittel (90) ein Ventilelement (92) umfasst, das in einer zusätzlichen Bohrung (93) angeordnet ist, wodurch die Anpassung der Position des Ventilelements (92) in der zusätzlichen Bohrung (93) es erlaubt, den Durchmesser des ersten gedrosselten Auslasses (100) zu verändern.
Frühverstelleinrichtung nach Anspruch 12, wobei der erste gedrosselte Auslass (100) ringförmig ist und zum Teil durch das Ventilelement (92) definiert wird.