DE2620520A1

DE2620520A1 - Kraftstoff-einspritzpumpe fuer eine selbstzuendende brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2620520A1
Application number: DE19762620520
Authority: DE
Inventors: Konrad Ing Grad Barnert; Ingolf Ing Grad Loehner; Guenter Ing Grad Stein
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1976-05-10
Filing date: 1976-05-10
Publication date: 1977-12-01

Description

262Ü520

VOLKS WAGENWBEK
Aktiengesellschaft

5180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 2138
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Ü I 5.

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Kraftstoff-Einspritzpumpe für eine selbstzündende Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzpumpe für eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Spritzverstellerkolben, der von einem drehzahlproportionalen Druck entgegen einer Rückstellfeder beaufschlagbar ist und über ein Betätigungselement mit einem Stellglied zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes verbunden ist, und mit einem Steuerglied, das bei niedrigen Drehzahlen eine Vorverstellung des Einspritzzeitpunktes bewirkt.

Bei bekannten Einspritzpumpen für selbstzündende Brennkraftmaschinen (Dieselmotoren) erfolgt die Verstellung des Einspritzzeitpunktes beginnend bei der Leerlaufdrehzahl proportional mit steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine in Richtung auf einen früheren Einspritzbeginn. Dementsprechend sind die auf den Spritzverstellerkolben einwirkende Rückstellfeder und der eine Stirnseite des Spritzverstellerkolbens beaufschlagende geschwindigkeitsproportionale Druck aufeinander abgestimmt. Während nun eine solche Abstimmung im allgemeinen für eine betriebswarme Brennkraftmaschine einen günstigen Betrieb über den gesamten Drehzahlbereich mit optimalen Abgaswerten

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ermöglicht, ist sie für die Verhältnisse bei Kaltstart und in der Warmlaufphase . der selbstzündenden Brennkraftmaschine ungünstig, da in diesen Betriebszuständen zur Erzielung einer günstigeren Verbrennung, das heißt insbesondere zur Reduzierung der "Blauchrauehzeit", bei niedrigen Drehzahlen eine Verstellung des Einspritzbeginns auf einen früheren Zeitpunkt anzustreben wäre.

Es ist daher auch schon eine Verstelleinrichtung für den Spritzbeginn bei Einspritzpumpen bekannt (DT-AS 1 143 675), bei der in einem äußeren, von einem drehzahlproportionalen Druck entgegen einer Rückstellfeder beaufschlagten Verstellkolben ein innerer, ebenfalls von dem drehzahlproportionalen Druck entgegen einer Rückstellfeder, aber in entgegengesetzter Hichtung zum äußeren Verstellkolben beaufschlagter Verstellkolben gleitend geführt ist» Dieser innere Verstellkolben ist dabei über ein Betätigungselement direkt mit dem Stellglied zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes der Einspritzpumpe verbunden und steht im Ruhezustand der Brennkraftmaschine, bedingt durch die ihm zugeordnete Rückstellfeder, immer in einer Stellung, die einer Vorverstellung des Einspritzzeitpunktes entspricht. Nach dem Start der Brennkraftmaschine steigt der von der Kraftstoff-Förderpumpe gelieferte drehzahlproportionale Druck an und verstellt zunächst den inneren Verstellkclben bie zum Anschlag an c.eia äußeren Verstellkolben, wobei die Einspritz-Vorversteilung zurückgenommen wird. Bei weiter steigendem Druck wird dann die aus beiden Verstellkolben bestehende Kolbeneinheit in entgegengesetzter Richtung, also wieder im Sinne einer Einspritzvorverstellung, verschoben.

Diese bekannte Verstelleinrichtung zeigt jedoch eine relativ aufwendige Bauausführung und hat den Nachteil, daß die beim Start vorhandene, konstante Einspritzvorverstellung ohne Rücksicht auf den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine immer in der gleichen Weise, nämlich allein abhängig vom Anstieg des drehzahlproportionalen Druckes, zurückgenommen wird. Eine Einspritzvorverstellung, die bei kalter Brennkraftmaschine einen einwandfreien Start und einen guten Warmlauf ermöglicht, verursacht dagegen bei einer betriebswarmen Dieselbrennkraftmaschine starke Verbrennungsgeräusche und ist daher unerwünscht und nachteilig.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist daher darin zu sehen, eine Einspritzpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen geringeren Bauaufwand erfordert und bei der die Vorverstellung des Einspritzzeitpunktes bei niedrigen Drehzahlen dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine besser anpaßbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß als Steuerglied ein auf die von dem drehzahlproportionalen Druck beaufschlagte Stirnfläche des Spritzverstellerkolbens im Sinne einer eine Torverstellung des Einspritzzeitpunktes ergebenden Verschiebung einwirkendes, druckbewegliches Element vorgesehen ist, das unter dem Einfluß einer Feder und mindest eines steuerbaren Druckes steht. Die gemäß der Erfindung vorgesehene Anordnung des Steuergliedes außerhalb des von dem drehzahlproportionalen Druck beaufschlagten Spritzverstellerkolbens eröffnet nun die Möglichkeit, die Torverstellung des Einspritzzeitpunktes nicht nur in Abhängigkeit von der Drehzahl sondern auch von anderen Kenngrößen zu steuern. Gleichzeitig ergibt sich eine einfachere Ausführung, die zwar gegehenfalls etwas mehr Bauraum, dafür aber aber weniger Bauaufwand benötigt und die wesentlich mehr Einflußmöglichkeiten auf das unter dem Einfluß einer Feder und mindestens eines steuerbaren Druckes stehende Steuerglied bietet. Dabei kann das als druckbewegliches Element ausgeführte Steuerglied mittels eines koaxialen, in den mit dem drehzahlproportionalen Druck beaufschlagten Druckarbeitsraum des Spritzverstellerkolbens hineinragenden Stempels auf die Stirnfläche des Spritzverstellerkolbens einwirken.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soll eine Stirnseite des druckbeweglichen Elementes von der Feder im Sinne einer Einspritzvorverstellung des Spritzverstellerkolbens belastet sein und es soll zumindest der anderen Stirnseite des druckbeweglichen Elementes ein von dem steuerbaren Druck beaufschlagbarer Druckarbeitsraum zugeordnet sein. Eine Steuerung des.die. Einspritzvorverstellung bewirkenden Steuergliedes wird dabei in einfacher Weise dadurch erreicht, daß in der das Druckmittel zu dem Druckarbeitsraum des druckbeweglichen Elementes zuführenden Druckmittelleitung eine steuerbare Tentilvor-

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richtung angeordnet ist, die zweckmäßiger Weise in Abhängigkeit
von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Kenngrößen, insbesondere der Temperatur der Brennkraftmaschine, steuerbar ist. Auf diese Weise kann durch entsprechende Steuerung des Druckes in dem Druckarbeitsraum de3 druckbeweglichen
Elementes der Verlauf der Einspritsvorversteilung über der Drehzahl in weiten Grenzen verändert werden. Ausgehend von einer beim Start der Brennkraftmaschine vorhandenen Grund-Torverstellung kann durch schnelle Erhöhung des Druckes in demDruckarbeitsraum bei
geöffnetem Ventil diese Vorverstellung schnell zurückgenommen werden, was einen günstigen Verbrennungsverlauf bei betriebswarmer
Brennkraftmaschine ergibt. Demgegenüber kann bei kalter Brennkraftmaschine die Druckmittelzuleitung so lange gesperrt bleiben und dadurch die Einspritzvorverstellung beibehalten werden, wie die Temperatur der Brennkraftmaschine niedrig ist und deshalb eine frühe Einspritzung erwünscht ist.

Bei einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung kann
der dem druckbeweglichen Element zugeordnete Druckarbeitsraum mit dem von dem drehzahlproportionalen Druck beaufschlagten Druckarbeitsraum des Spritzverstellerkolbens verbunden sein, wobei diese Verbindung durch eine Drosselbohrung gebildet werden kann.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung sollen beiden Stirnseiten des druckbeweglichen Elementes von steuerbaren Drücken beaufschlagte Druckarbeitsräume zugeordnet sein und die Druckbeaufschlagung der beiden Druckarbeitsräume soll getrennt voneinander
in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine steuerbar sein. Dadurch kann eine Einstellung der Einspritzvorverstellung in weiten Grenzen verändert und eine optimale Anpassung an den Betriebszustand der Brennkraftmaschine erreicht werden.

Das druckbewegliche Element kann erfindungsgemäß durch einen in einem Zylinder gehaltenden Verstellkolben oder aber durch eine den Innenraum eines Gehäuses in zwei Teilräume aufteilende, gummielastische MembraXne gebildet sein.

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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Spritzverstellerkolben mit einem auf dessen Stirnseite einwirkenden Stei/rkolben, dessen Druckarbeitsraum mit dem Druckarbeitsraum des Spritzverstellerkolbens verbunden ist, Figur 2 einen schematischen Längsschnitt durch die er-

findungsgemäße Vorrichtung, bei der beide Stirnseiten des Steuerkolbens von steuerbaren Drük-r ken beaufschlagt sind und

Figur 5 eine Ausführung, bei der das Steuerglied durch eine gummielastische Membran gebildet ist.

In der Zeichnung sind für gleiche Bauteile jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet worden. So ist mit 1 ein Spritzverstellerkolben einer Kraftstoffeinspritzpumpe für einen Dieselmotor bezeichnet, der in einer Bohrung 2 eines Gehäuses 3 gleitet und der auf einer Stirnseite durch eine Rückstellfeder 4 belastet ist. Der anderen Stirnseite des Spritzverstellerkolbens 1 ist ein Druckart eitsraum 5 zugeordnet, der über eine Druckmittelleitung ό mit einem von der hier nicht gezeigten, von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftstoff-Förderpumpe gelieferten drehzahlproportionalen Druck beaufschlagt ist. Der Spritzverstellerkolben 1 ist über ein Betätigungselement 7 mit einem hier nicht weiter gezeigten Stellglied zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes der Einspritzpumpe verbunden, und zwar in der Weise, daß eine Verstellung des Spritzverstellerkolbens 1 in der Zeichnung nach links eine Verstellung des Einspritzzeitpunktes nach früh bewirkt.

Mit ö ist ein Steuerkolben bezeichnet, der in einer zweiten Bohrung 9 des Gehäuses 3 gleitet und der unter dem Einfluß einer Feder 10 und eines in dem Druckarbeitsraum 12 herrschenden Druckes steht. Dieser Steuerkolben 8 wirkt über einen Stempel 11, der durch eijtB Bohrung 11a des Gehäuses 3 in den Druckarbeitsraum 5 des Spritzverstellerkolbens 1 hineinragt, auf die dem Druckarbeitsraum 5 zu-

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geordnete Stirnfläche des Spritzverstellerkolbens 1.

Der !Druckarbeitsraum 12 des Steuerkolbens 8 ist bei der in der Figur 1 gezeigten Ausführung über eine Drosselbohrung 15 mit dem Druckarbeitsraum 5 des Spritzverstellerkolbens 1 verbunden, so daß auch der Steuerkolben 8 von dem drehzahlproportionalen Druck entgegen der Feder 10 beaufschlagbar ist.

Mit 15 ist eine Rücklaufleitung zur Rückführung des am äußeren Mantel des Spritzverstellerkolbens 1 durchtretenden Arbeitsmittels und mit 16 eine entsprechende Rücklaufleitung zur Abführung des an dem Steuerkolben 8 vorbeitretenden Arbeitsmittels bezeichnet. Die zuletzt genannte, dem Steuerkolben 8 zugeordnete Rücklaufleitung 16 kann nun, wie in der Zeichnung angedeutet ist, eine Ventilvorrichtung 17 aufweisen, die die Abführung des Arbeitsmittels aus dem an der Rückseite des Steuerkolbens 8 angeordneten Arbeitsraum I4 und damit den in diesem Raum anstehenden Druck steuert.

Die Funktion und Wirkungsweise der in der Figur 1 gezeigten Vorrichtung soll nun nachfolgend kurz erläutert werden. Im Stillstand der Brennkraftmaschine, wenn also die mit der Brennkraftmaschine verbundene Kraftstofi*-Förderpumpe keinen Druck liefert, wird.der Spritzverstellerkolben 1 durch den von der Feder 10 belasteten Steuerkolben in der Zeichnung nach links in eine Stellung verschoben, äle, eine Verstellung des Einspritzzeitpunktes nach früh ergibt. Wach dem Start der Brennkraftmaschine liefert nun die von der Brennkraftmaschine angetriebene Kraftstoff-Förderpumpe einen drehzahlproportionalen Druck über die Druckmittelzuführungsleitung 6 in den Druckarbeitsraum 5 und mit einer durch die Drosselbohrung I3 bewirkten Verzögerung auch in den Druckarbeitsraum 12. Je nach Ausbildung der Feder 10, die übrigens zur Erreichung der Grund-Vorversteilung eine größere Federkraft als die Feder 4 aufweisen muß, und dem Durchmesser des Steuerkolbens 8, der hier frei gewählt werden kann, ergibt sich früher oder später eine Verschiebung des Steuerkolbens 8 in der Zeichnung nach rechts, der einer Rückverstellung des Spritzverstellerkolbens 1 durch die Feder-4 entspricht.

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Der Verlauf und der Zeitpunkt dieser Rückverstellung kann nun aber durch die in der Rücklaufleitung 16 angeordnete Ventilvorrichtung 17 gesteuert werden, indem diese beispielsweise in der Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine, früher oder später geöffnet wird. So lange nämlich diese Ventilvorrichtung I7 geschlossen ist, kann der Steuerkolben 8 wegen des in dem Arbeitraum I4 vorhandenen, im wesentlichen itokompressiblen Druckmittels nicht nach rechts, zur Aufhebung der Grund-Vorversteilung verschoben werden. Auf diese Weise kann dann der Verlauf der Vorverstellung des Einspritzzeitpunktes dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere dessen Temperatur, weitgehend angepaßt werden, so daß sich immer eine günstige Verbrennung mit guten Abgaswerten ergibt. Die in der Figur 2 gezeigte Ausführung unterscheidet sich von derjenigen der Figur 1 dadurch, daß in dem dem Steuerkolben 8 zugeordneten Druckarbeitsraum 12 eine getrennte Druckmittelzuführungsleitung 20 einmündet, die mittels einer Ventilvorrichtung 21 steuerbar ist. Weiter kann auch eine ebenfalls mit einer Ventilvorrichtung 23 versehene Druckmittelzuführungsleitung 22 in den auf der Rückseite des Steuerkolbens 8 angeordneten Raum 14 einmünden, und so die durch die Feder 10 bewirkte Verstellung des Steuerkolbens 8 unterstützen. Durch entsprechende Steuerung der Ventile 21, 23 und I7 kann dann eine dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine optimale Vorverste.llung des Einspritzzeitpunktes erreicht werden.

In der Figur 3 schließlich ist eine Ausführung gezeigt, bei der anstelle des Steuerkolbens 8 eine druckbewegliche, gummielastische Membrane 30 vorgesehen ist, die auf der einen Seite über einen Federteller 31 von der Feder 10 und auf der anderen Seite über einen Federteller 32 von einer schwächeren Feder 35 belastet ist. An der Membrane 30, die in dem Gehäuse 3^f flüssigkeitsdicht gehalten ist, ist ein koaxial auf den Spritzverstellerkolben 1 einwirkender Stempel 34 befestigt, der durch eine mit einer Dichtung 35 versehene Bohrung 36 in den Druckarbeitsraum 5 des Sprxtzverstellerkolbens 1 hineinragt. Der Druckarbeitsraum 12 ist ebenso wie der Druckarbeitsraum I4 mit Druckmittelzuführungsleitungen 20 bzw. 22 versehen, die von Ventilvorrichtungen 21 und 23 steuerbar sind. Auch hier kann durch entsprechende Steuerung der Ventilvorrichtungen und dadurch erreichte Verstel-

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lung der Membrane JO ein beliebiger Verlauf der Vorverstelllung des Spritaverstellerkolbena 1 und damit ein dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine optimal anpaßbarer Einspritzzeitpunkt der Einspritzpumpe erreicht werden. Diese Steuerung· kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß beim. Kaltstart der Brennkraftmaschine die Ventile 21 und 17 geschlossen und das Ventil 23 geöffnet ist, so daß die druckbeweglichen Elemente 8 bsw. 30 nach links in eine Stellung verschoben werden, in der sie den Spritzverstellerkolben über die Stempel 11 bzw. 34 zur Frühverstellung des Einspritzzeitpunktes beaufschlagen. Mit zunehmender Temperatur der Brennkraftmaschine wird dann das Ventil 23 geschlossen und die Ventile 17 und 21 geöffnet, wobei das druckbewegliche Element nach rechts verschoben wird, so daß auch der Spritzverstellerkolben 1 nach rechts in eine Stellung gelangen kann, in der der Einspritzzeitpunkt später liegt.

Auch beim Warmstart der Brennkraftmaschine ist das Ventil 23 geschlossen und die Ventile 17 und 21 geöffnet, so daß das druckbewegliche Element relativ schnell nach dem Anlaufen der Brennkraftmaschine entgegen der Wirkung der Rückstellfeder 10 nach rechts verschoben werden kann, wodurch sich ein später EinspritzZeitpunkt ergibt.

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Claims

ANSPRÜCHE

Kraftstoff-Einspritzpumpe für eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Spritzverstellerkolben, der von einem drehzahlproportionalen Druck entgegen einer Rückstellfeder beaufschlagbar ist und über ein Betätigungselement mit einem Stellglied zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes verbunden ist, und mit einem Steuerglied, das bei niedrigen Drehzahlen eine Torverstellung des Einspritzzeitpunktes bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerglied ein auf die von dem drehzahlproportionalen Druck beaufschlagte Stirnfläche des Spritzverstellerkolbens (1) im Sinne einey eine Vorverstellung des Einspritzzeitpunktes ergebenden Verschiebung einwirkendes, druckbewegliches Element (8, 30) vorgesehen ist, das unter dem Einfluß einer Feder (1O) und mindestens eines steuerbaren Druckes steht.
2. Kraftstoff-Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das druckbewegliche Element (8, 30) mittels eines koaxialen, in den mit dem drehzahlproportionalen Druck beaufschlagten Druckarbeitsraum (5) dea Spritzverstellerkolbens (1) hineinragenden Stempels (11, 34) auf die Stirnfläche des Spritzverstellerkolbens einwirkt. ' ^
3. Kraftstoff-Einspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnseite des druckbeweglichen Elementes (8, 30) von der Feder (1O) im Sinne einer Einspritzvorverstellung des Spritzverstellerkolbens (1) belastet ist und das zumindest der anderen Stirnseite des druckbeweglichen Elementes ein von dem steuerbaren Druck beaufschlagbarer Druckarbeitsraum (12) zugeordnet ist.
4· Kraftstoff-Einspritzpumpe nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß in der das Druckmittel zu dem Druckarbeitsraum (12) des druckbeweglichen Elementes (8, 30) zuführenden Druckmittelleitung

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(20) eine steuerbare Ventilvorrichtung (21) angeordnet ist.
5» Kraftstoff-Einspritzpumpe nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung (21) in Abhängigkeit von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Kenngrößen steuerbar ist.
6. Kraftstoff-Einspritzpumpe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Tentilvorrichtung (21) in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine steuerbar ist.
7·- Kraftstoff-Einspritspumpe nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dem druckbeweglichen Element (8, 30 ) augeordaete Druckarbeitsraum (12) mit dem von dem drehzahlproportionalen Druck beaufschlagten Druckarbeitsraum (5) des Spritzverstellerkolbens (1) verbunden ist.
8. Kraftstoff-Einspritzpumpe nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckarbeitsräume (5» 12) durch eine Drosselbohrung (13) miteinander verbunden sind.
9. Kraftstoff-Einspritzpumpe nach einem der Anspruchs 1 bd.3 8, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Stirnseiten des druckbeweglichen Elementes (8, 30) von steuerbaren Drücken beaufschlagte Druckarbeitsräume (12, 14) zugeordnet sind, und daß die Druckbeaufschlagung der beiden Druckarbeitsräume getrennt voneinander in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine steuerbar ist.
10. Kraftstoff-Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das druckbewegliche Element durch einen in einem Zylinder gleitenden Steuerkolben (β) gebildet ist.
11. Kraftstoff-Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das druckbewegliche Element durch eine den Innenraum eines Gehäuses in zwei Teilräume (12, I4) aufteilende, gummielastische Membrane (30) gebildet ist.

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