DE3530592A1

DE3530592A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe fuer verbrennungsmaschinen

Info

Publication number: DE3530592A1
Application number: DE19853530592
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Blois Loir & Cher Bonin
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1984-09-06
Filing date: 1985-08-27
Publication date: 1986-03-13
Also published as: FR2569774B1; ES8704589A1; DE3530592C2; GB2164176A; JPS6166859A; FR2569774A1; IT8522034A0; ES546743A0; US4658793A; IT1185673B; GB8519941D0; GB2164176B; JPH0772519B2

Description

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Kraftstoffeinspritzpumpe für Verbrennungsmaschinen

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe des Rotations-Verteilertyps zum Zuführen von Treibstoff an eine Verbrennungsmaschine, insbesondere an einen Motor mit Druckzündung.

Einspritzpumpen des Rotations-Verteilertyps weisen eine Hochdruckpumpe, die im Taktverhältnis zum dazugehörigen Motor betätigt wird und einen Verteilerrotor, der sich in einem festen Gehäuse dreht und der Treibstoff von der Hochdruckpumpe wiederum an die Auslaßöffnungen verteilt, auf. Die Hochdruckpumpe weist eine Komponente auf, die so einstellbar ist, daß der Zeitpunkt der Treibstoffzuführung durch die Einspritzpumpe variiert werden kann.

In einer bekannten Ausbildung einer Einspritzpumpe enthält diese Komponente einen Nockenring, dessen Nocken auf Stößel wirken, die sich am Ende von Druckkolben befinden, die in einer Bohrung oder in Bohrungen des Verteilerrotors angebracht sind. In dieser Form der Pumpe ist der Nockenring ebenfalls mit einem Kolben verbunden; dieser Kolben folgt einerseits einem Flüssigkeitsdruck, andererseits in entgegengesetzter Richtung einer Rückstellfeder, die auf dem Pumpenkörper montiert ist.

Mit dieser Anordnung wird normalerweise der Zeitpunkt des Einspritzens in Abhängigkeit der Motordrehzahl variiert,

wobei der Druck auf den Kolben als Funktion der Motordrehzahl wirkt.

Die Positionierung des Ringes in Abhängigkeit der Motordrehzahl allein gibt jedoch nicht die Möglichkeit, den Motor in befriedigender Weise zu betreiben, da es oft nötig ist, den Beginn des Einspritzens in Abhängigkeit anderer Parameter zu regulieren. Wenn der Motor kalt ist oder noch in der Einfahrphase, ist es im allgemeinen bei z.B. geringen Geschwindigkeiten nötig, den Beginn des Einspritzens vorzuverlegen. In einigen Fällen ist es notwendig, den Anfangszeitpunkt des Einspritzens in Abhängigkeit der Motorbelastung abzuändern.

Daraus folgt die Notwendigkeit, die Ringposition unabhängig von der Drehzahl einzustellen.

In der französischen Patentschrift 2365027 wird eine Pumpe beschrieben, bei der die anfängliche Position des Kolbens, der mit dem Nockenring verbunden ist, so verändert werden kann, daß der Beginn des Einspritzens vorverlegt wird. Eine derartige Ausführung hat jedoch den Nachteil, daß bei Verstellen des Kolbens in dieser Art und Weise der Beginn des Einspritzens über den gesamten Bereich der niedrigen Drehzahlen vorverlegt wird, d.h., von einer Drehzahl Null bis zu einer Drehzahl, die einem Druck entspricht, der ausreicht, um die Kraft der Rückholfeder zu überwinden.

Dieses System ist daher unverträglich mit der Forderung nach einem bestimmten Beginn des Einspritzens zur Zeit des Startens, und insbesondere mit Vorrichtungen des Types der automatischen Startverzögerung, wie in der französischen Patentschrift 2299514 dargelegt sind; für diese muß der Kolben

frei sein und verschiedene Positionen in Abhängigkeit vielfältiger Parameter einnehmen können.

Die französische Patentschrift 2450352 beschreibt eine Konstruktion mit den obigen Eigenschaften. Diese Konstruktion hat jedoch den Nachteil, daß sie nur mechanische Lösungen vorsieht, die zwar leicht manuell aber schwierig automatisch zu realisieren sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzpumpe der eingangs beschriebenen Art vorzusehen, bei der der Beginn der Kraftstoffzuführung für einen Motor bei geringen Drehzahlen variierbar ist, ohne daß der Beginn der Kraftstoffzuführung während der Startphase abgeändert wird.

Erfindungsgemäß weist die Einspritzpumpe zur Treibstoffzuführung an eine Verbrennungsmaschine, insbesondere an einen Motor mit Druckzündung, auf:

Eine Hochdruckpumpe, die im Zeitverhältnis zum zugehörigen Motor betätigt wird, einen Verteilerrotor, der in einem festen Gehäuse rotiert und der den Treibstoff von der Hochdruckpumpe wiederum an Auslaßöffnungen verteilt, diese Auslaßöffnungen sind verbunden mit jeweils zugehörigen Einspritzdüsen des Motors, eine Vorrichtung in der Hochdruckpumpe, die einstellbar ist, um die Zeit der Treibstoffzuführung zu variieren, einen Flüssigkeitsdruck betriebenen Kolben, Einrichtung, um den aufgeführten Kolben mit der aufgeführten Vorrichtung zu verbinden, Einrichtung, um gegen das eine Ende des erwähnten Kolbens einen Flüssigkeitssteuerdruck wirken zu lassen, der mit den Motorbetriebsparametern in Zusammenhang steht, eine erste Druckfeder, die zwischen dem anderen Ende des erwähnten Kolbens und einer Hülse eingespannt ist, einen Anschlag für diese Hülse und eine zweite

Druckfeder, die die obige Hülse gegen den Anschlag drückt. Wenn der Steuerdruck zunimmt, bewegt sich der Kolben zuerst entgegen des Druckes der erwähnten ersten Feder entlang einer vorbestimmten Entfernung bis der Kolben auf die erwähnte Hülse trifft und nach weiterer Erhöhung des Steuerdruckes bewegt er sich weiter gegen den Druck der erwähnten zweiten Feder. Diese Einspritzpumpe zur Treibstoffzuführung an eine Verbrennungsmaschine ist gekennzeichnet durch eine elektromagnetische Vorrichtung, die einen Ankerkern enthält, welcher einen Druck entgegengesetzt zur Kraft der erwähnten Federn gegen das erwähnte eine Ende des Kolbens ausübt, wenn elektrischer Strom der Vorrichtung zugefügt wird, die Hubhöhe des erwähnten Ankerkernes ist größer als die oben erwähnte vorbestimmte Entfernung. Die Eigenschaften der erwähnten Vorrichtung sind so, daß bei Abwesenheit des Flüssigkeitssteuerdruckes der Ankerkern den Kolben nicht gegen die Kraft der erwähnten ersten Feder bewegen kann, wenn sich jedoch der Flüssigkeitssteuerdruck bis zu einem Wert erhöht, daß sich der Kolben gegen die Kraft der ersten Feder bewegen kann, bewegt die vereinigte Kraft des Flüssigkeitssteuerdruckes und des Ankerkernes den Kolben entlang einer Strecke, die gekennzeichnet wird durch die Hubhöhe des Ankerkernes.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 einen diagrammartigen axialen Schnitt der Einspritzpumpe ;

Fig. 2 einen Querschnitt eines Teiles der in Fig. 1 gezeigten Pumpe;

und

Fig. 3 bis 8 Diagramme, die die Wirkungsweise der Pumpe erläutern.

Die Einspritzpumpe weist einen Rotor 1 auf, befestigt an einem festen Gehäuse 2 und wird in Gebrauch synchron angetrieben mit dem zu versorgenden Motor. Der Rotor 1 ist mit einem Ende mit dem drehenden Teil der Speisepumpe 3 gekuppelt, deren Auslaß 4 mit der Einlaßöffnung 5, die sich auf die Außenfläche des Rotors öffnet, durch eine nichtgezeigte Meßeinrichtung verbunden ist. Der Ausgangsdruck der Speisepumpe wird so durch ein nichtgezeigtes Ventil reguliert, daß er in Abhängigkeit von der Motordrehzahl variiert,

Der Rotor 1 ist mit einem axialen Durchlaß 6 versehen, der eine Mehrzahl von Einlaßöffnungen 7 im Rotor miteinander verbindet. Diese haben einen gleichmäßigen Winkelabstand, und werden der Reihe nach in Verbindung mit der Einlaßöffnung 5 gebracht, wenn der Rotor sich dreht. Der Durchlaß ist zusätzlich verbunden mit einer Ausgangsöffnung 8, die die Außenfläche des Rotors durchbricht, so daß die Position der Auslaßöffnung nacheinander übereinstimmt mit einer Mehrzahl von Auslassen 9 im festen Gehäuse 2, die mit den Einspritzdüsen des zugehörigen Motors verbunden sind.

Der axiale Durchlaß 6 ist verbunden mit einer Querbohrung 10 im Rotor, in dem sich ein Paar Kolben 11 befindet, die zwischen sich eine Pumpenkammer definieren.

Die äußeren Enden der Kolben 11 werden durch Rollenunterstützungen 12 bzw. Unterstützungsrollen 13 gehalten. Ein Nockenring 14 umgibt den Rotor, er hat Nocken auf seiner Innenseite, die auf die Stützrollen 13 wirken, wenn sich der Rotor dreht. Diese Einwirkung drückt die Kolben 11 nach

innen, dadurch wird der Treibstoff aus der Pumpenkammer gedrückt und fließt durch eine Auslaßverbindung 8 zu einer der Auslaßöffnungen 9.

Der Nockenring 14 kann auf der Rotationsachse des Rotors 1 verdreht werden, sein Winkel wird durch einen Kolben 16 eingestellt, der auf einen mit dem Ring 14 verbundenen Hebelarm 17 wirkt. Der Kolben 16 unterliegt der Wirkung des Steuerdrucks der Speisepumpe, so daß die Stellung des Ringes 14 von der Motordrehzahl abhängt. Dadurch wird der Anfang des Einspritzens vorverlegt, wie gefordert, in Abhängigkeit der zunehmenden Motordrehzahl.

Wie in Fig. 2 gezeigt wird, ist der Kolben 16 mit dem Ring 14 durch den Hebelarm 17 verbunden, der in den Nockenring geschraubt ist und der auf der anderen Seite in einer Aussparung 18 greift, die im Kolben 16 vorgesehen ist. Der Kolben 16 gleitet in einer Bohrung, die durch eine im Pumpengehäuse befestigte Buchse 19 geformt wird. Die Stirnfläche 20 des Kolbens unterliegt dem Steuerdruck, der mit der Motordrehzahl variiert. Die dafür vorgesehene Verbindung enthält ein nichtgezeigtes Ventil, das die Wirkung des Steuerdruckes so lange verhindert, bis eine Geschwindigkeit erreicht wird, die niedriger als die Leerlaufgeschwindigkeit des Motors ist.

Das entgegengesetzte Ende des Kolbens 16 erfaßt das eine Ende einer Feder 21, deren anderes Ende im Kontakt mit einer Hülse 22 ist, der Aufbau ist so angeordnet, daß es einen Abstand "a" zwischen Kolben 16 und Hülse 22 gibt. Die Hülse 22 wird durch eine Feder 24 gegen einen Anschlag 23 im Gehäuse gepreßt, diese Feder stützt sich auf der anderen Seite am Gehäuse ab, die durch die Feder 24 ausgeübte Kraft ist größer als die Kraft der Feder 21.

Der oben beschriebene Aufbau ist aus der französischen Patentschrift 2299514 bekannt.

Erfindungsgemäß gehört auch eine auf dem Pumpengehäuse angebrachte elektromagnetische Vorrichtung 25 zur Pumpe.

Die Vorrichtung 25 besteht aus einem Ankerkern 26, dessen Endstück 27 auf den Kolben 16 wirkt und der eine Kraft oder einen Schub in die gleiche Richtung wie der Steuerdruck auf den Kolben 16 ausüben kann, wenn der Elektromagnet mit elektrischem Strom versorgt wird. Die maximale Verschiebung des Ankerkernes wird bestimmt durch sein Anstoßen an eine Polfläche 28. Jene ist in Fig. 2 durch die Länge "b" dargestellt, die immer größer ist als die Länge "a". Die Vorrichtung 25 enthält eine Spule 26A.

Wenn man für den Moment die elektromagnetische Vorrichtung vernachläßigt, zeigt Fig. 3 den benötigten Steuerdruck PR, der erforderlich ist, um die Auslenkung X des Kolbens 16 gegen die Federeinrichtungen von 21 und 24 zu erzielen. PA entspricht der Anfangsspannung der Feder 21, PC der Anfangsvorspannung der Feder 24. Die Verschiebung OE entspricht dem Abstand "a", der in Ruhestellung den Kolben 16 und die Hülse 22 trennt. Für den Betrieb ist in Fig. 4 die Auslenkung des Kolbens 16 in Abhängigkeit von der Drehzahl N gezeigt. Unterhalb' einer Drehzahl Nl, wenn das erwähnte Ventil geschlossen ist, ist der Steuerdruck Null und der Kolben befindet sich in der in Fig. 2 gezeigten Stellung. Bei einer Drehzahl Nl öffnet sich das Steuerventil und der Steuerdruck kann auf den Kolben 16 wirken, dieser Druck ist größer als PA und PB, aber geringer als PC. Der Kolben 16 bewegt sich, drückt die Feder 21 zusammen und nimmt Position "E" ein, d.h. die Position, in der der Kolben 16 die Hülse 22 berührt. Eine weitere Auslenkung wird oberhalb N2 erzielt, wenn der Steuer-

druck höher ist als PC, das entspricht der Kraft, die die Feder 24 ausübt. Die Verschiebung OE oder "a" entspricht dem, was als automatische Startverzögerung bekannt ist.

Wenn die elektromagnetische Vorrichtung mit Strom versorgt wird, ist die entstehende Schubkraft T umgekehrt proportional der Größe des Luftspaltes Y, d.h. dem Abstand zwischen Ankerkern und Stator. Fig. 5 zeigt die Schubkraft des Kernes als Funktion der Größe des Luftspaltes, der Schub erreicht ein Maximum, wenn der Luftspalt in der Stellung "F" Null ist, die Lage "0" entspricht der Ruhestellung.

In Betrieb ist bei der Anlaßdrehzahl das oben erwähnte Ventil geschlossen und der Steuerdruck wirkt nicht auf den Kolben 16. Unter diesen Bedingungen ist die Kraft der elektromagnetischen Vorrichtung nicht ausreichend, um den Kolben 16 gegen die beiden Federn 21 und 24 zu verschieben. Dieser Fall ist in Fig. 6 gezeigt, dort sind die Drucke PA, PB usw. in Kräfte FA, FB usw. umgewandelt.

Bei der Motordrehzahl Nl und während der Leerlaufdrehzahl NR wird der Steuerdruck PR auf den Kolben 16 ausgeübt, der Steuerdruck PR ist größer als PB und geringer als PC, wie oben erklärt. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist unter diesen Voraussetzungen die vereinigte Kraft, erzeugt durch den Druck PR und durch die elektromagnetische Vorrichtung, größer als die, die nötig ist, um die Federn 21 und 24 zu überwinden. Der vorgerückte Kolben ist am Punkt "F" positioniert, bei dem der Kern 26 gegen den Anschlag anstößt.

Fig. 8 zeigt die Auslenkung des Kolbens 16 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors. Wenn der Elektromagnet keinen Strom erhält, erhält man die Kurve 0-Nl-A-B-C, das ist die

gleiche wie in Fig. 4. Wenn durch den Elektromagneten Strom fließt, erhält man die Abhängigkeitskurve O-Nl-A¹-B'-C. Daraus folgt, daß bei einer Verschiebung über den Punkt "F" hinaus die elektromagnetische Vorrichtung keinen weiteren Schub ausübt, da der Kern 26 seinen Anschlag erreicht hat und es wird notwendig, bis zu einer Drehzahl N3 zu warten, bei der der Steuerdruck groß genug wird, um die Feder 24 weiter zusammenzudrücken, vorher kann sich der Kolben nicht weiter bewegen. NR entspricht der Leerlaufdrehzahl der Maschine .

Erfindungsgemäß ist es mit der Pumpe möglich, den Zeitpunkt der Treibstoffzuführung bei einer vorgegebenen niedrigen Drehzahl des Motors und insbesondere bei seiner Leerlaufdrehzahl zu beeinflußen, indem entsprechend die elektromagnetische Vorrichtung mit Strom versorgt wird oder nicht, während für Anlaßzwecke der vorgeschriebene Zeitpunkt der Treibstoff zuführung beibehalten werden kann, gleich ob der Elektromagnet betätigt wird oder nicht.

Die elektromagnetische Vorrichtung kann automatisch gesteuert werden.

Eine erste Anwendung benutzt die Charakteristik A'-B¹ in Fig. 8, wenn der Motor kalt ist. Die Unterbrechung der Stromversorgung der elektromagnetischen Vorrichtung, wenn der Motor heiß ist, geschieht entweder durch einen elektrischen Schalter 30, der gesteuert wird durch einen Thermostaten 31 oder durch einen Schalter, der aus einem (PTC) Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten besteht.

Der Thermostat kann ein Steuerelement enthalten, das aus einem ausdehnbaren Material wie Wachs besteht, oder aus einem oder mehreren Bimetallstreifen oder aus einem

Material mit Formspeicher wie eine temperaturempfindliche Feder.

Die Steuerung der Stromzuführung zur elektromagnetischen Vorrichtung kann auch über eine Zeitschaltung ausgeführt werden, die die Stromzuführung für eine gegebene Zeit nach dem Anlassen sicherstellt, während der der Motor seine Arbeitstemperatur erreicht.

Die Steuerung der Stromzuführung zur elektromagnetischen Vorrichtung kann auch durch eine Verbindung zu einer "Nachheiz"-Vorrichtung geschehen, eine Vorrichtung, die so konzipiert ist, daß die Motorheizvorrichtung, die normalerweise das Anlassen erleichtert, noch eine gewisse Zeit nach dem Anlassen weiterwirkt. Dieses "Nachheizen" ermöglicht ein zufriedenstellendes Betreiben des Motors wenn er kalt ist und es kann auch angeraten sein, unter diesen Bedingungen den Zeitpunkt der Treibstoffzuführung zu ändern.

Eine zweite Anwendung nutzt die Charakteristik A'-B¹ oder A-B als Funktion der Motorbelastung, indem der Strom durch die elektromagnetische Vorrichtung entweder gesteuert wird durch die Stellung des Gashebels oder durch das Durchflußmeßgerät der Einspritzpumpe. Die Stellung des Gashebels oder des Meßgerätes kann entweder durch Kontaktschalter oder Abstands- oder Entfernungssensoren bestimmt werden.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN MB 67-3540 P/JM/hu LUCAS INDUSTRIES public limited company, Birmingham / Großbritannien Kraftstoffeinspritzpumpe für Verbrennungsmaschinen PATENTANSPRÜCHE

1. Kraftstoffeinspritzpumpe zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine, insbesondere eines Motors mit Druckzündung, mit Kraftstoff, mit einer Hochdruckpumpe, die im Taktverhältnis mit dem dazugehörigen Motor betrieben wird, einem Verteilerrotor, der sich in einem festen Gehäuse dreht und von der Hochdruckpumpe gelieferten Treibstoff wiederum an Auslässe verteilt, wobei die benutzten Auslässe verbunden sind mit den zugehörigen Einspritzdüsen des Motors, einer Vorrichtung in der Hochdruckpumpe, die zum Verändern des Zeitpunktes der Treibstoffzuführung einstellbar ist, einem flüssigkeitsdruckbetriebenen Kolben, einer Einrichtung zum Ankoppeln des Kolbens an die Vorrichtung, einer Einrichtung zum Zuführen eines im Zusammenhang mit einem Motorparameter variierenden Flüssigkeitssteuerdruckes an das eine Ende des Kolbens, einer ersten Druckfeder, die zwischen dem anderen Ende des Kolbens und einer Hülse wirkt, einem Anschlag für

PATENTANWALT DIPU-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8000 MÜNCHEN 90 HARTHAUSER STR. 25d ■ TEL· (0 89) 640

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die Hülse und eine zweite Druckfeder, die die Hülse gegen den Anschlag drückt, wobei sich der Kolben bei Erhöhung des Steuerdruckes zuerst gegen den Druck der ersten Feder entlang einer vorbestimmten Entfernung bewegt, bis der Kolben auf die erwähnte Hülse trifft und nach einer weiteren Erhöhung des Steuerdruckes er sich gegen den Druck der zweiten Feder bewegt,

gekennzeichnet durch eine elektromagnetische Vorrichtung (25) mit einem Ankerkern (26), der bei Anlegen elektrischen Stroms einen Schub auf das eine Ende des Kolbens (16) ausübt, entgegengesetzt zu der Kraft der Federn (21) und (24), wobei die Hubhöhe des Kernes (26) größer ist als die vorgegebene Entfernung, wobei die Eigenschaften der erwähnten Vorrichtung so sind, daß bei Abwesenheit des Flüssigkeitssteuerdruckes der Kern (26) nicht in der Lage ist, den Kolben gegen den Druck der ersten Feder (21) zu bewegen, aber wenn der Flüssigkeitssteuerdruck auf einen Wert steigt, bei dem sich der Kolben (16) gegen den Druck der ersten Feder (21) bewegen kann, dann bewegt die kombinierte Kraft des Flüssigkeitssteuerdruckes und des Schubes, ausgeübt von dem Kern (26), den Kolben (16) über eine Entfernung, die der Hubhöhe des Kernes (26) entspricht.

2. Pumpe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der elektromagnetischen Einrichtung in Abhängigkeit von der Motortemperatur durchgeführt wird, daß die Bestimmung der Motortemperatur entweder durch ein ausdehnbares Material wie Wachs, oder durch Bimetallstreifen oder durch Materialien mit einem Formspeicher oder durch temperaturempfindliche elektronische Komponenten durchgeführt wird.

3. Pumpe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der elektromagnetischen Vorrichtung in Abhängigkeit der Motorbelastung durchgeführt wird, entweder durch die Bestimmung der Gashebelposition bzw. Drosselstellung oder durch die Bestimmung der Durchflußmenge mit Hilfe einer Meßvorrichtung als Teil der Pumpe.

4. Pumpe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der elektromagnetischen Vorrichtung durch eine Zeitsteuerung durchgeführt wird, die durch das Starten des Motors ausgelöst wird.

5. Pumpe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der elektromagnetischen Vorrichtung durch eine Steuervorrichtung sichergestellt wird, die die Motorheizvorrichtung steuert und die die Heizvorrichtung aufrechterhält und die die elektromagnetische Vorrichtung betätigt, nachdem der Motor gestartet ist.·