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Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem zugleich
als Verteiler dienenden Pumpenkörper mit einer Querbohrung und darin hin- und herbewegbaren
Pumpenkolben, einer vorgeschalteten Kraftstoff-Förderpumpe, die den Kraftstoff mit
einem von der Maschinendrebzahl abhängigen Druck über den Verteiler absatzweise
in die Querbohrung fördert, so daß der bzw. die Pumpenkolben radial nach außen gedrückt
werden, weiter mit einem relativ zum Pumpengehäuse verdrehbaren Nockenring, der
den (die) Pumpenkolben einwärts drückt, so daß der Kraftstoff aus der Querbohrung
über den Verteiler der Reihe nach in die Zylinder der Brennkraftmaschine, eingespritzt
wird, und mit einem in einem Zylinder angeordneten, unter dem Flüssigkeitsdruck
der Förderpumpe stehenden und durch eine Feder belasteten Einstellkolben, der mit
dem Nockenring verbunden ist und durch dessen Stellung die Winkellage des Nokkenrings
und damit der Einspritzbeginn bestimmt ist.
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Läßt man den Kraftstoff-Förderdruck unmittelbar auf den Einstellkolben
einwirken, dann erhält man von einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine
ab, bei der der Förderdruck die auf den Einstellkolben wirkende Federkraft ausgleicht,
eine mit wachsender Drehzahl und damit mit wachsendem Förderdruck zunehmende lineare
Verschiebung des Einstellk-olbens, die aber nicht dem gewünschten Gesetz der Verstellung
des Einspritzbeginns mit wachsender Drehzahl der Brennkraftaschine entspricht.
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Gewünscht wird vielmehr mit wachsender Drehzahl zunächst überhaupt
keine und dann oberhalb der Leerlaufdrehzahl eine langsam ansteigende und schließlich
bei weitersteigender Drehzahl schneller ansteigende Vorverlegung des Einspritzbeginns,
mit anderen Worten eine mit wachsender Drehzahl progressive Vorverlegung des Einspritzbeginns.
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An Kraftstoffeinspritzpumpen der hier in Rede stehenden Art
sind bereits Verstelleinrichtungen für die Vorverlegang des Einspritzbeginns bekannt,
die diese Aufgabe mittels einer Drosselregelung des auf den Einstellkolben wirkenden
Kraftstoff-Förderdrakkes zu lösen versuchen. Dabei sorgt ein federbelastetes Rückschlagventil
zunächst einmal dafür, daß erst von einem bestimmten, durch einen besonderen Steuerschieber
gedrosselten Kraftstoff-Förderdruck ab überhaupt eine Vorverlegung des Einspritzbeginns
eintritt. Die Drosselung des auf den Einstellkolben wirkenden Kraftstoff-Förderdruckes
hat den Zweck, die Vorverlegung des Einspritzbeginns bei hohen Drehzahlen in Abhängigkeit
von der Belastung (der Einspritzmenge) der Brennkraftmaschine zu verzögern, weil
die lediglich von der Drehzahl linear abhängige Vorverlegung des Einspritzbeginns
bei unterschiedlichen Belastungen der Maschine zu unregelmäßigem Lauf und unwirtschaftlichem
Betrieb der Brennkraftmaschine führen kann.
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Der Aufwand, der nötig ist, um die Vorverlegung des Einspritzbeginns
einmal von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und gleichzeitig auch von der
je-
weiligen Belastung der Brennkraftmaschine abhängig zu machen, ist bei
den bisher bekannten Lösungen außerordentlich hoch, was den Preis einer derart ausgebildeten
Einspritzpumpe vergrößert und diese außerdem störanfällig macht.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine solche zweifache
Abhängigkeit der Vorverlegung des Einspritzbeginns von der Drehzahl der Brennkraftmaschine
und von ihrer Belastung nicht erforderlich ist, wenn man die Vorverlegung des Einspritzbeginns
mit steigender Drehzahl nicht linearsondern. progressiv anwachsen läßt und dafür
sorgt, daß bei fallender Dehzahl innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereiches eine
kräftige Verzögerung des Einspritzbeginns eintritt. Es ist außerdem notwendig, im
untersten Drehzahlbereich dafür zu sorgen, daß in bekannter Weise überhaupt keine
Vorverlegung des Einspritzbeginns eintritt, daß diese im mittleren Drehzahlbereich
nur verhältnismäßig langsam, von einer bestimmten Drehzahl ab aber verhältnismäßig
schneller mit der Drehzahl wächst.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, mit einfachsten konstruktiven
technischen Mitteln eine Gesetzmäßigkeit der Vorverlegung des Einspritzbeginns
mit
wachsender Drehzahl zu verwirklichen, bei der in einem untersten (Leerlauf-)Drehzahlbereich
Überhaupt keine, in einem mittleren Drehzahlbereich eine langsame und von einer
bestimmten Drehzahl ab eine schnellere Vorverlegung des Einspritzbeginns eintritt.
Dabei soll kurz oberhalb dieser bestimmten Drehzahl die langsame Vorverlegung allmählich
in die schnelle Vorverlegung des Einspritzbeginns mit wachsender Drehzahl eintreten,
so daß im gesetzmäßigen Verlauf der Vorverlegung des Einspritzbeginns mit wachsender
Drehzahl keine Unstetigkeitsstelle auftritt.
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Ein weiteres Anliegen der vorliegenden Erfindung ist es, mit geringstem
technischem Aufwand auszukommen, so daß die Gesamtkonstruktion der Einspritzpumpe
billig wird und wegen der Einfachheit der zu verwendenden Bauelernente ein Minimum
an Stäranfälligkeit aufweist. Darüber hinaus soll der Aufbau der Pumpe mit ihrer
Reg"eleinrichtung für die Vorverlegung des Einspritzbeginns übersichtlich und für
das Wartungspersonal verständlich sein, so daß bei etwa notwendig werdenden Kontrollen
oder überholungen die Fehlerquellen nach Möglichkeit vollständig ausgeschaltet sind.
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Diese Aufgabe wird bei einer Einspritzpumpe der eingangs erwähnten
Art, bei der die Vorverlegung des Einspritzbeginns durch einen Nockenring mittels
eines in einem Zylinder axial verschiebbaren Einstellkolbens erzeugt wird, auf den
der von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängige Flüssigkeitsdruck der Förderpumpe
gegen die Kraft einer Rückstellfeder einwirkt, dadurch gelöst, daß auf den Einstellkolben
ein zugleich als Steuerventil ausgebildeter, im Durchmesser kleinerer Steuerkolben
einwirkt, dessen dem Einstellk-olben abgewendetes Ende unter dem veränderlichen
Kraftstoff-Förderdruck steht, und daß der Steuerkolben, nachdem er bei steigendem
Kraftstoff-Fördr,rdruck den Einstellkolben gegen die Kraft der Feder um einen bestimmten
Betrag verschoben hat, den Kraftstoff in den Zylinder des Einstellkolbens eintreten
läßt, so daß nunmehr der Kraftstoff-Förderdruck unmittelbar auf den Einstellkolben
entgegen der Kraft der Feder einwirkt.
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Bei dieser Ausbildung der Verstelleinrichtung zur Vorverlegung des
Einspritzbeginns tritt im untersten Drehzahlbereich, zum Beispiel beün Anlassen
und im Leerlauf, überhaupt keine Vorverlegung des Einspritzbeginns ein, weil bei
den geringen Drehzahlen der auf die kleine Kolbenfläche des Steuerkolbens wirkende
Kraftstoff-Förderdruck nicht ausreicht, den Einstellkolben gegen die Kraft seiner
Rückstenfeder zu verschieben. Erst bei etwas höheren Drehzahlen reicht der Kraftstoff-Förderdruck
aus, den Steuerkolben und damit den Einstellkolben gegen die Kraft der Rückstellfeder
zu verschieben. Dem Verschiebeweg ist in diesem Bereich aber eine beträchtliche
Steigerung der Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. des Förderdruckes wegen der
kleinen Kolbenfläche des Steuerkolbens zugeordnet. Die Vorverlegung des Einspritzbeginns
mit wachsender Drehzahl geht also in diesem Bereich nur langsam vor sich. Von einer
bestimmten Drehzahl ab jedoch gibt der Steuerkolben dem Kraftstoff - zunächst
gedrosselt - den Zutritt zum größeren Verstellkolben frei, der dann bei gleichmäßigem
Druckanstieg entsprechend größere Wege zurück-legt, den Einspritzbeginn also
schneller vorverlegt.
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Fällt die Drehzahl, nachdem der Kraftstoff über den Steuerkolben erst
einmal Zutritt zum Einstellkolben erhalten hatte, z. B. infolge erhöhter Belastung
der Brennkraftmaschine, dann ergibt sich so lange eine schnelle Verzögerung des
Einspritzbeginns, solange der Steuerkolben den Zutritt von Kraftstoff zum Einstellkolben
noch nicht abgeschlossen hat. Tritt aber dieser Zustand ein, dann kann der verrründerte
Kraftstoff-Förderdruck nur noch auf die kleinere Kolbenfläche des Steuerkolbens
einwirken, was zur Folge hat, daß die Rückstellfeder den Einstellkolben und den
Steuerkolben in Richtung einer weiteren Verzögerung des Einspritzbeginns verschiebt.
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Man kann das Verhältnis der Stimflächen des Steuerkolbens und des
Einstellkolbens und auch die Drehzahl, bei der der Kraftstoff über das vom Steuerkolben
gebildete Drosselventil dem Einstellkolben zu-
geleitet wird, so aufeinander
abstimmen, daß die Brennkraftmaschine durch die mit zunehmender Drehzahl progressiv
beschleunigte Vorverlegung des Einspritzbeginns und durch die Verzögerung des Einspritzbeginns
bei fallender Drehzahl innerhalb des normalen Betriebsbereiches optimal arbeitet.
Dieses Ergebnis ist gemäß der Erfindung mit außerordentlich einfachen und übersichtlichen
Mitteln erreicht.
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Zweckmäßigerweise wird der Steuerkolben in einer koaxial zum Zylinder
des Einstellkolbens angeordneten Bohrung verschiebbar gelagert und weist eine Längsbohrung
auf, die in wenigstens eine Radialbohrung mündet, über die der Kraftstoff erst nach
einer bestimmten Axialverschiebung von Steuer- und Einstellkolben Zutritt zum Zylinder
des Einstellkolbens erhält. Da bei der Axialverschiebung des Steuerkolbens die Radialbohrung
mehr und mehr freigegeben wird, wird in dieser besonders einfachen Weise der Kraftstoffzutritt
zum Zylinder des Einstellkolbens bei Beginn der öffnung der Radialbohrung durch
die Kante des Zylinders zunächst sehr stark gedrosselt, und erst, nachdem der Steuerkolben
um den Durchmesser dieser Radialbohrung verschoben worden ist, ist die Drosselwirkung
vollständig aufgehoben.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
an Hand eines Querschnitts durch eine Einspritzpumpe bekannter Bauart dargestellt.
Der in der Zeichnung dargestellte gegenüber dem Pumpengebäuse drehbare Nockenring
5 ist mit einem Einstellkolben 1 in bekannter Weise verbunden. Der
Einstellkolben 1 ist in einem Zylinder 2 des Nockenringgehäuses
3 axial verschiebbar und steht einerseits unter der Wirkung einer Druckfeder
4, die den Einstellkolben 1 in der Zeichnung nach links zu verschieben und
damit den Nockenring in die Stellung spätestmöglichen Einspritzbeginns zu bringen
versucht. Andererseits wirkt auf den Kolben 1 ein Steuerkolben
7, der in einer koaxial zum Zylinder 1
angeordneten Bohrung
6 axi-al verschiebbax ist. Der Steuerkolben 7 und die Bohrung
6 haben einen kleineren Durchmesser als der Zylinder 2 des Einstellkolbens
1. Die Bohrung 6 ist stirnseitig geschlossen und bildet damit einen
Zylinder, dem über eine Leitungoder einen Kanal 8 der von der Kraftstoff-Förderpumpe
geförderte Kraftstoff zugeleitet wird. Der Steuerkolben 7 weist eine Längsbohrung
9 auf, die in zwei Radialbohrungen 10 mündet, über die der Kraftstoff
in den Zylinder 2 eintreten kann, sofern der Steuerkolben 7 in der Zeichnung
genügend weit nach rechts axial verschoben worden ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: Wenn die
Brennkraftmaschine steht und auch während des Anlaßvorgangs wird der Einstellkolben
1
durch die Kraft der Feder 4 ganz nach links gedrückt, so daß der Nockenring eine
Winkellage einnimmt, die dem spätestmöglichen Einspritzbeginn entspricht. Durch
diese Verschiebung des Einstellkolbens nach links wird auch der Steuerkolben
7 nach links verschoben, so daß die Radialbohrungen 10 im Steuerkolben
durch die Wand der Bohrung 6 verschlossen sind. Mit zunehmender Drehzahl
der Brennkraftmaschine steigt auch der Kraftstoff-Förderdruck an, so daß schließlich
auf den Steuerkolben 7 eine Kraft wirkt, die groß genug ist, daß der Steuerkolben
7
den Einstellkolben 1 gegen die Kraft der Feder 4 axial (in der Zeichnung
nach rechts) verschiebt. Dadurch wird der Einspritzbeginn vorverlegt. Sobald durch
diese Axialverschiebung von Steuer- und Einstellkolben die Radialbohrungen
10 im Steuerkolben 7 geöffnet werden, kann der Kraftstoff auch in
den Zy-
linder 2 des Einstellkolbens 1 eintreten, so daß nunmehr der
Kraftstoff-Förderdruck auf die größere Stirnfläche des Einstellkolbens und nicht
nur auf die kleine Stimfläche des Steuerkolbens wirkt. Dadurch wird der Einstellkolben
entsprechend dem jeweiligen Kraftstoff-Förderdruck noch weiter nach rechts verschoben,
so daß der Einspritzbeginn mit zunehmender Drehzahl laufend vorverlegt wird.
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Wenn die Brennkraftmaschine stillgesetzt wird, dann geht auch der
Kraftstoff-Förderdruck in der Leitung 8 zurück, und der Einstellkolben
1 und der Steuerkolben 7 werden durch die Feder 4 ganz nach links
gedrückt, so daß der Nockenring wieder die Winkellage des spätestmöglichen Einspritzbeginns
einnimmt. Bei dieser Verschiebung von Steuer- und Einstellkolben in die Ausgangsst
Ilung kann der im Zy-
linder 2 enthaltene Kraftstoff durch einen ringförmigen
Spalt 11, den der Kolben 1 nüt dem Zylinder 2 bildet, in eine Ringnut
12 des Kolbens 1 eintreten, die mit einer Kammer 13 in Verbindung
steht, die ihrerseits mit der Eintrittsseite der Kraftstoffpumpe verbunden ist.