DE2810335A1

DE2810335A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2810335A1
Application number: DE19782810335
Authority: DE
Inventors: Karl Ernst Dr Hafner; Wolfgang Dr Koehler
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1979-09-13
Also published as: IT7919820A0; GB2016078A; GB2016078B; FR2419407A1; ATA151179A; FR2419407B1; JPS6259232B2; US4478196A; US4308839A; JPS54121328A; IT1111780B; AT384081B

Description

Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem Pumpenkolben, der von einem Nocken einer mechanisch angetriebenen Nockenwelle betätigt wird und dessen Hub nur zum Teil zur Kraftstofförderung genutzt wird, wobei die Kraftstoffördermenge durch Variation des wirksamen Förderhubs regelbar ist.

Gebräuchliche Kraftstofförderpumpen haben Kolben, an deren Umfang schräg zur Kolbenachse verlaufende Steuerkanten angeordnet sind, die mit Steuerbohrungen im Pumpenzylinder zusammenarbeiten. Durch Verdrehen des Pumpenkolbens ist der wirksame Förderhub veränderbar.

Ferner ist es bekannt, durch Anordnung von Ausweichkolben, deren Hub steuerbar ist, den Beginn und damit die Länge des wirksamen Förderhubs des Pumpenkolbens zu verändern. Des weiteren ist es bekannt, durch die Anordnung von zwangsgesteuerten Ventilen die Förderzeit des Pumpenkolbens zu bestimmen.

Es ist außerdem bekannt (DE-PS 733 320), durch Verlagerung eines zwischen dem Pumpenkolben und dem Nocken angeordneten Schwinghebels die wirksame Hublänge des Pumpenkolbens zu begrenzen.

Schließlich kann gemäß der DE-PS 684 465 der Hub des Pumpenkolbens durch ein zwischen Nocken und Pumpenkolben angeordnetes Hebelgetriebe variiert werden.

9Ö9837/037Q

10K0 9.77

KlöcknQrHuntoiJt-DcuUAG Δ.-λ ,. ^ .j ..'j -■' -D- 21. Febr. 19 78

D 78/10

Bei den bekannten Kraftstoffeinspritzpumpen ist die Fördergeschwindiqkeit proportional zu ihrer Antriebsdrehzahl, d.h. zur Drehzahl der Brennkraftmaschine. Damit wird auch der Druckverlauf an dem über eine Einspritzleitung an die Pumpe angeschlossenen Einspritzventil sowie der Einspritzverlauf von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängig, und zwar in der Weise, daß für gleiche Einspritzmengen niedrige Einspritzdrücke und relativ lange Einspritzzeiten bei kleinen Drehzahlen hohen Einspritzdrücken und kurzen Einspritzzeiten bei Nenndrehzahl gegenüberstehen. Ohne Berücksichtigung der dynamischen Einflüsse erfolgt die Kraftstoffeinspritzung in beiden Fällen über den gleichen Nocken- bzw. Kurbeldrehwinkelbereich. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, daß diese starren Gegebenheiten beim konventionellen Einspritzsystem nicht zu einem optimalen Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine im gesamten Kennfeld führen.

Ferner bestimmt vornehmlich der Förderbeginn der Kraftstoffeinspritzpumpe die Kennwerte der Brennkraftmaschine. Es sind daher häufig Vorkehrungen getroffen, die sowohl eine lastabhängige als auch eine drehzahlabhängige Verstellung des Förderbeginns zulassen. Die drehzahlabhängige Förderbeginnverstellung wird in der Regel durch einen Spritzversteller bewirkt, der eine drehzahlabhängige Phasenverschiebung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle bewirkt. Dabei lassen sich beim Spritzversteller die beiden Forderungen nach einem empfindlich reagierenden Meßgerät einerseits und nach der Robustheit einer Einspritzpumpenkupplung andererseits nur mit großem Aufwand verwirklichen. Die drehzahlabhängige Spritzverstellung wird um so schwieriger beherrschbar, je höher die Einspritzdrücke, d.h. die zu übertragenden Drehmomente werden. Dies bereitet besonders bei der Hochdruckeinspritzung große Schwierigkeiten.

909837/0370

10000 0.77P₉ ORiGiMALlNSPECTED ^

oiiit Do;.:zAG fc.. .:l ... j - S ~ 21. Febr. 1970

D 78/10

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffpumpe der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der der Förderbeginn und die Fördc-rgenchwindigkeit im gesamten Betriebskennfeld der Brennkraftmaschine optimiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein drehzahlabhängig die erste Ableitung der Funktion des wirksamen Kolbenhubs nach dem Nockenwinkel änderndes Steuerelement gelöst.

Die Pumpenkolbengeschwindigkeit,von der die Einspritzgeschwindigkeit abhängt, stellt das Produkt aus der Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle und der ersten Ableitung der Hubfunktion nach dem Nockendrehwinkel dar. Bei einer mechanisch angetriebenen Nockenwelle ist die Drehzahl mit der Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine gekoppelt. Dies ist auch notwendig, damit der Einspritzzyklus mit dem Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine übereinstimmt. Um dennoch die Einspritzzeit und die Einspritzgeschwindigkeit nach einem optimalen Verhalten der Brennkraftmaschine im Kennfeld wählen zu können, wird bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe die erste Ableitung der Funktion des wirksamen Kolbenhubs nach dem Nockenwinkel durch ein Steuerelement geändert. Dadurch läßt sich der Einspritzvorgang im Sinne einer zeitkonstanten Einspritzung bei gleicher Last anpassen.

In Ausgestaltung der Erfindung wird eine drehzahlabhängige Leerhubverstelleinrichtung und ein Spritzversteller zum Ausgleich der durch die Leerhubversteileinrichtung verursachten Einspritzzeitpunktverschiebung vorgeschlagen. Durch eine solche Einrichtung ist es möglich, den wirksamen Hub auf den durch die Einrichtung erzeug-• ten Nockenerhebungskurve zu verschieben und somit einen Bereich zu wählen, dessen Geschwindigkeit den motorischen Kennwerten angepaßt ist. Die dadurch verursachte Einspritzzeitpunktverschiebung wird durch dieselbe Einrichtung ausgeglichen, so daß die Einspritzung sowohl mit einer optimalen Geschwindigkeit als auch zu einem günstigen Zeitpunkt erfolgt.

9098^7/0370

100C0e.77p(i F :·„!)!

Ml-Dt'utzAG />_Λ\·™ V.VW .-,, .J

Klöckncr-t !umbolril-DiHite AG /Λ ·„ .._vl< .,, .J - 7 - 21. Febr. 19 78

D 78/10

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Pumpenkolben, der an seinem Unifang geneigt zu den Mantel linien verlaufende Steuerkanten aufweist, die mit Steuerbohrungen im Pumpenzylinder zusammenwirken und den v/irksamen Hub des Pumpenkolbens begrenzen, die drehzahlabhängige Verstelleinrichtung in einem zwischen dem Pumpenkolben und dem Nocken angeordneten Schwinghebel, der mit einer mittig angeordneten Laufrolle auf der Nockenbahn läuft und an seinem freien Ende verstellbar im Gehäuse gelagert ist. Durch die Verstellung des freien Endes des Schwinghebels wird die Ausgangslage und damit die Fördergeschwindigkeit und der Förderbeginn des Pumpenkolbens verändert. Die Verstellung kann in jeder beliebigen Art erfolgen, z.B. durch einen drehzahlabhängig betätigten Exzenter.

Allgemein wird in einer weiteren Ausgestaltung vorgeschlagen, die Rolle mit einem Schubkurbel- oder Wälzhebelgetriebe zu führen. Durch Veränderung der Getriebegeometrie in Abhängigkeit der Drehzahl läßt sich sowohl eine Förderbeginnverstellung als auch eine Geschwindigkeitsveränderung des Pumpenkolbens während des wirksamen Hubs erzielen. Weitere Ausführungsbeispiele hierzu gemäß Anspruch 5 bis 11 sind anhand der Zeichnungen nachfolgend beschrieben.

Es zeigen in schematischer Darstellung:

Die Abbildungen 1 bis 5 verschiedene Ausführungen eines Schubkurbel- bzw. Wälzhebelgetriebes und

die Abbildungen 6 bis 14 verschiedene Auslegungsmöglichkeiten eines Schubkurbelgetriebes nach Abbildung 1 mit entsprechenden Schaubildern des Pumpenkolbenhubes und der Pumpenkolbengeschwindigkeit über dem Nockenwellenwinkel.

909837/0370

10800 9.77 pfl Γ r. ü t

J\ ■■■-·:■ ". ---.
Klöckner-HumboMlWAzAG Mu ..... „i«_>" - 8 - 21. Febr. 19 78

D 78/10

Gleichwirkende Teile sind in allen Ausführungen mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Ausführung nach Abbildung 1 weist eine Nockenwelle 1 mit einem Nocken 2 auf, die sich um eine Achse 3 im Sinne eines Richtungspfeiles 4 dreht. Der Nocken 2 betätigt einen Rollenstößel 5 mit einer Rolle 6, der bei 7 an einem Pumpenkolben 8 angelenkt ist. Der Pumpenkolben 8 ist in einem Pumpenzylinder 9 axial verschiebbar geführt, wobei die Kolbenachse 10 in einem Abstand von der Nockenwellenachse 3 verläuft. An einer Achse 12 der Rolle 6 ist außer dem Rollenstößel eine Kurbelstange 13 gelagert, die an ihrem freien Ende ein Gelenk 14 aufweist. Der geometrische Ort des Gelenks 14 ist frei wählbar und wird in Abhängigkeit der Drehzahl den optimalen Einspritzbedingungen angepaßt. Die sich daraus ergebende Kurve ist mit 15 bezeichnet. Parameter des Getriebes sind die Länge des Rollenstößels 5, die Länge der Kurbelstange 13, der Abstand 11 und die Kontur des Nockens 2.

Nach der Ausführung nach Abbildung 2 ist die Rollenachse 12 in einer Parallelführung 16 geführt, die fest mit der Kurbelstange 13 verbunden ist. Die Parallelführung 16 kann gerade oder nach einer geeigneten Kurve verlaufen. Die Kurbelstange 13 ist in einer Längsführung 17 gelagert, die in einem Gelenk 18 schwenkbar ist. Der geometrische Ort des Gelenks 18 ist in Abhängigkeit der optimalen Betriebskennwerte wählbar. Die entsprechende Kurve ist mit 19 bezeichnet. Ein Sonderfall ergibt sich, indem das Gelenk 18 ortsfest angeordnet wird. Ferner kann auch der Abstand 11 zu null werden.

Gegenüber der Ausführung nach Abbildung 2 sind bei der Ausführung nach Abbildung 3 die Längsführung 17 und das Gelenk 18 ersetzt durch ein Gelenk 20, daß an der'Parallelführung 16 angreift. Die -Parallelführung 16 ist um das Gelenk 20 schwenkbar, wenn die Kurve 15 einen Kreis um das Gelenk 20 beschreibt.

909^8^7/0370

0.77 pg * FV-Ot

Kiöckner-HumboMi-DeiitiAG &Z\., ,„ ,....-,J - 9 - 21. Febr. 19 78

D 78/10

Ein weiterer Sonderfall des Getriebes ist in der Abbildung 4 dargestellt. Die Längsführung 17 ist ortsfest und das Gelenk 18 ist entfallen. Die Kurve 15 wird damit eine Gerade in Richtung der Längsführung 17.

Bei der Ausführung nach Abbildung 5 ist der Pumpenkolben 8 mit dem Rollenstößel 5 einstückig ausgebildet. Der Rollenstößei 5 liegt ferner mit einer Kurvenscheibe 21 an der Rolle 6 an, die ihrerseits über die Kurbelstange 13 mit dem Gelenk 14 verbunden ist. Die notwendige kraftschlüssige Verbindung zwischen Rolle und Kurvenscheibe 21 wird durch eine nicht näher dargestellte Rückholfeder erzeugt. Der Verlauf des Kolbenhubes und des Förderbeginns sind abhängig von der Position des Gelenks 14 auf der Kurve 15 sowie vom Profil der Kurvenscheibe 21.

Die Abbildung 6 zeigt ein Schaubild für die Hubkurven des Pumpenkolbens bei einer Ausführung nach Abbildung 1, wobei das Gelenk 14 auf einem Kreis 22 nacheinander Positionen 23 bis 27 einnimmt. Die geometrische Zuordnung ist in Abbildung 8 dargestellt. Die entsprechenden Hubkurven sind in Abbildung 6 mit 23' bis 27' bezeichnet '. Abbildung 7 zeigt entsprechende Kurven für die Hubgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Nockenwellenwinkel. Sie sind mit 23·· bis 27'' bezeichnet. Hier läßt sich die Hubgeschwindigkeit bei einem Drehzahlverhältnis von 1,4:1 konstant halten.

Keine Verschiebung des Nullpunktes der Hubkurven erhält man, wenn das Gelenk 14 bei der Ausführung nach Abbildung 1 wie in Abbildung 11 dargestellt, auf einer Kreisbahn 28 um die Rollenachse 12 geführt ist. Den Positionen 29 bis 32 in Abbildung 11 entsprechen die Hubkurven 29' bis 32· in'Abbildung 9 und die Hubgeschwindigkeitskurven 29·· bis 32'· in Abbildung lO. Zu diesem Beispiel ist es möglich, die Hubgeschwindigkeit für ein Drehzahlverhältnis von I₉6:1 konstant zu halten«.

- 10 -_

909837/0370

Ar· -"-η -·'· >
ä-iw/'-U-' - 10 " 21. Febr. 1978

D 78/10

Eine weitere Variante stellen die Abbildungen 12 bis 14 dar. Den Positionen 33 bis 36 des Gelenks 14 auf einem Kreis 3 7 mit einem Mittelpunkt in der Nähe der Kolbenachse 10 in Abbildung 14 entsprechen die Hubkurven 33' bis 36' in Abbildung 12 und die Hubgeschwindigkeitskurven 33^fl bis 36·' in Abbildung 13. Zu dieser Ausführung läßt sich die Hubgeschwindigkeit für ein Drehzahlverhältnis von 1,7:1 konstant halten.

909837/0370

100C0 9.77 pg

^3:'^u *

Leerseite

Claims

Patentansprüche

[l) Kraftstoffeinsprxtzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem Pumpenkolben, der von einem Nocken einer mechanisch angetriebenen Nockenwelle betätigt wird und dessen Hub nur zum Teil zur Kraftstofförderung genutzt wird, wobei die Kraftstofffördermenge durch Variation des wirksamen Förderhubes regelbar ist,

gekennzeichnet durch ein drehzahlabhängig die erste Ableitung der Funktion des wirksamen Kolbenhubes nach dem Nockenwinkel änderndes Steuerelement.
2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine drehzahlabhängige Leerhub-Versteileinrichtung und einen Spritzversteller zum Ausgleich der durch die Leerhub-Verstelleinrichtung verursachten Einspritzzeitpunktverschiebung.
3. Kraftstoffeinsprxtzpumpe nach Anspruch 1 .und 2 mit einem Pumpenkolben, der an seinem Umfang geneigt zu den Mantellinien verlaufende Steuerkanten aufweist, die mit Steuerbohrungen im Pumpenzylinder zusammenwirken und den wirksamen Hub des Pumpenkolbens begrenzen,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Pumpenkolben und dem Nocken ein Schwinghebel angeordnet ist, der mit einer mittig angeordneten Laufrolle auf der Nockenbahn läuft und an seinem freien Ende verstellbar im Gehäuse gelagert istο

β.*

ORIGINAL INSPECTED

Klöcknor-]'ijnibo:dt-Dr.ufzAG £äu^'«„-J - 2 - 21. Febr. 19 73

D 78/10
4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Pumpenkolben (8) ein Rollenstößel (5) verbunden ist, der Bestandteil eines Schubkurbeloder Wälzhebalgetriebes ist.
5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenstößel (5) am Pumpenkolben (8) angelenkt ist und an der Rollenachse (6) eine Kurbelstange (13) gelenkig angreift, deren freies Ende ein Gelenk (14) hat, dessen geometrischer Ort auf einer beliebig definierten Kurve (15), z.B. einen Kreisbogen oder einer Geraden liegt, auf dem das Gelenk (14) drehzahlabhängig verschiebbar ist.
6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (12) der Stößelrolle (6) in einer Parallelführung (16) geführt ist, die mit der quer zu ihr verlaufenden Kurbelstange (13) fest verbunden ist, wobei die Kurbelstange (13) in einer schwenkbaren Längsführung (17) gelagert ist und an ihrem freien Ende ein Gelenk (14) aufweist, dessen geometrischer Ort auf einer beliebig definierten Kurve (15) liegt und in Abhängigkeit von der Drehzahl veränderbar ist.
7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der geometrische Ort der Längsführung (17) auf einer beliebig definierten Kurve (19) liegt und drehzahlabhängig veränderbar ist.
8.· Kraftstoff einspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (12) der Stößelrolle (6) in einer Parallelführung (16) geführt ist, die ortsfest schwenkbar gelagert ist und mit einer quer zu ihr verlaufenden Kurbelstange (13) fest verbunden ist,wobei die Kurbelstange (13) an ihrem freien Ende ein Gelenk (14) aufweist, dessen geometrischer Ort auf einer beliebig definierten Kurve C15) liegt und in Abhängigkeit von der Drehzahl veränderbar ist.

909837/0370

Klöckncr-HuaiboI^-DeuizAG Α., -i/u^c-·' - 3 - 21. Febr. 1978

D 78/10
9. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine starre Längsführung (17) der Schubstange.
10. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkolbenachse (10) einem im Abstand (11) von der Nockenwellenachse (3) verläuft.
11. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenstößel (5) mit einer Kurvenscheibe (21) an der Stößelrolle (6) anliegt, deren Achse (12) mit einer Kurbelstange (13) verbunden ist, deren freies Ende als Gelenk (14) ausgebildet ist, dessen geometrischer Ort auf einer beliebig definierten Kurve liegt und in Abhängigkeit von der Drehzahl veränderbar ist.

909837/O370