DE3624700C2 - Einspritzpumpe mit Spritzverstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Treibstoffeinspritzpumpen für Dieselmotoren und besonders Verbesserungen bei einer sol­ chen Bosch-Einspritzpumpe.

In einem Diesel-Einspritzsystem wird bekanntlich der Treibstoff am Ende des Kompressionstakts unter Druck in die Verbrennungskammer eingespritzt. Die durch die Kompression der Luft erzeugte Wärme zündet den eingespritzten Treib­ stoff, wodurch keine Zündkerzen oder ein besonderes Zünd­ system erforderlich sind. Die Bosch-Einspritzpumpe wird in großem Umfang in solchen Einspritzsystemen verwendet, um den Treibstoff zu dosieren und ihn unter Druck der Düse oder Düsen am Zylinder oder Zylindern des Dieselmotors zu­ zuführen. Diese Einspritzpumpe weist einen nockengetriebe­ nen Kolben auf, der in einem Zylinder hin- und herbeweglich gehalten ist und dort eine Pumpenkammer abgrenzt. In diese Pumpenkammer münden eine oder mehrere Brennstoffeinlaßöff­ nungen in einer solchen Stellung, daß der Kolben bei seinem Drucktakt sich eine bestimmte Strecke bewegt, bevor er die Treibstoffeinlaßöffnung oder -öffnungen abdeckt, und dann erst beginnt, den in der Pumpenkammer eingeschlossenen Treibstoff unter Druck zu setzen. Diese Strecke zwischen der Endstellung des Kolbens am Beginn des Drucktakts und der Zwischenstellung, wo der Kolben die Treibstoffeinlaßöffnung oder -öffnungen abdeckt, wird als Vorhub des Kol­ bens bezeichnet. Diese Vorhub-Strecke war bisher auf einen bestimmten Wert festgelegt.

Dieser Typ von Einspritzpumpe weist bestimmte Nachtei­ le auf. Bei niedriger Motorendrehzahl wird der Kolben mit entsprechend geringer Geschwindigkeit angetrieben, so daß der Treibstoff unter geringem Druck der Verbrennungskam­ mer zugeführt wird. Der Treibstoffdruck ist auch gering, wenn der Motor unter geringer Last arbeitet und eine ge­ ringe Menge Öl erfordert, weil dann aufgrund des Umrisses der Antriebsnocke der Kolben sich bei Beendigung des Ein­ spritztaktes mit geringer Geschwindigkeit bewegt. Unter die­ sen Bedingungen war bisher der Wirkungsgrad der Verbrennung verhältnismäßig gering.

Die bekannten Konstruktionen der Einspritzpumpe er­ fordern zur Spritzverstellung einen gesonderten Verstell­ mechanismus von sehr komplexem Aufbau. Dieser komplexe Spritzverstellmechanismus erhöht wesentlich die Herstellungs­ kosten des Dieseleinspritzsystems.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzpumpe für Dieseltreibstoff mit vereinfachter Spritz­ verstellung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem der Vorhub des Kolbens regelbar ausgebildet ist. Die dafür erforderlichen Maßnahmen, sind im Patentanspruch 1 angegeben, bevorzugte Ausführungs­ formen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung geht kurz gesagt aus von einer Dieselein­ spritzpumpe, welche eine Kolbenanordnung aufweist, die in ei­ nem Gehäuseaggregat hin- und herbewegbar angeordnet ist und in diesem eine Pumpenkammer abgrenzt. Eine Antriebsvorrich­ tung treibt die Kolbenanordnung zwischen einer ersten Endstel­ lung, wo sie eine Treibstoffeinlaßöffnung im Gehäuseaggregat für den Eintritt von Treibstoff in die Pumpenkammer freiläßt, und einer zweiten Endstellung an. Wenn sich die Kolbenanord­ nung bei ihrem Drucktakt von der ersten zur zweiten Endstel­ lung bewegt, beginnt sie die Druckausübung auf den Treibstoff bei Beendigung des Vorhubs von der ersten Endstellung zu ei­ ner Zwischenstellung, wo die Kolbenanordnung die Treibstoff­ einlaßöffnung abdeckt. Erfindungsgemäß ist nun die Kolbenan­ ordnung quer in wenigstens zwei Segmente unterteilt, die sich innerhalb Grenzen aufeinander zu und voneinander weg bewegen können. Zwischen die Segmente der Kolbenanordnung kann ein der Verstellung dienendes Druckfluid eingeführt werden, um den Abstand zwischen den Segmenten und damit den Vorhub der Kolbenanordnung regelbar zu verstellen.

Die erfindungsgemäß realisierten Veränderungen des Vorhubs der Treibstoffeinspritzpumpe ermöglichen es, den Einspritzdruck bei niedriger Motorendrehzahl oder bei ge­ ringer Menge des bei jedem Zyklus eingespritzten Treib­ stoffs zu erhöhen. Unter diesen Bedingungen kann die Mo­ torleistung wesentlich verbessert werden. Die erfindungs­ gemäße Einspritzpumpe mit Spritzverstellung benötigt kei­ nen äußeren Verstellmechanismus, sie ist dennoch von ein­ facher und billiger Bauweise.

Die Erfindung wird mit weiteren Vorteilen erläutert durch die folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch die erfindungsge­ mäße Treibstoffeinspritzpumpe;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des axialen Schnitts der Fig. 1, welcher besonders die Kolbenanord­ nung und den Zylinder zeigt; die

Fig. 3A und 3B graphische Darstellungen der Einspritzperioden in Beziehung zur Kolbengeschwindigkeit und Nockenhubhöhe (Kolbenstellung), wenn der Vorhub der Treibstoffeinspritzpumpe erfindungsgemäß auf zwei verschie­ dene Werte eingestellt ist und

Fig. 4 eine graphische Darstellung, der Kurven des Einspritzdrucks der erfindungsgemäßen Einspritzpumpe im Verlauf der Zeit, wenn der Vorhub der Einspritzpumpe auf die zwei verschiedenen Werte eingestellt ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Treibstoff-Einspritzpumpe ist insgesamt in Fig. 1 gezeigt und dort im ganzen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Einspritzpumpe 10 weist einen Pumpenkörper oder ein Gehäuse 12 auf, in dem fest ein aufrecht stehender Zylinder 14 mon­ tiert ist. Der Pumpenkörper 12 und Zylinder 14 bilden mit­ einander das Gehäuseaggregat der Einspritzpumpe 10. Im Zy­ linder 14 ist eine Kolbenanordnung 16 hin- und herbewegbar gehalten, die in Kombination mit dem Zylinder eine Pumpen­ kammer 18 am Kopf der Kolbenanordnung abgrenzt. Die Pumpen­ kammer 18 steht über ein Abgabeventil 20 mit einer (nicht gezeigten) Treibstoffeinspritzdüse oder -düsen in Verbin­ dung. Das Fußende der Kolbenanordnung 16 läuft über einen Stößel 22 und eine Rolle 24 auf einer Antriebsnocke 26, die auf einer Nockenwelle 28 sitzt. So wird bei der Drehung der Nockenwelle 28 mit ihrer Antriebsnocke 26 die Kolbenanord­ nung 16 im Zylinder 14 auf- und abbewegt.

Wie in größerem Maßstab in Fig. 2 gezeigt, ist die Kolbenanordnung 16 nach dem Prinzip der Erfindung quer in zwei Segmente 30 und 32 unterteilt, obgleich die Kolbenan­ ordnung im Rahmen der Erfindung auch in entsprechender Wei­ se in drei oder mehr Segmente unterteilt sein könnte. Das obere Kolbensegment 30 grenzt unmittelbar an die Pumpen­ kammer 18, während das untere Kolbensegment 32 wie oben er­ wähnt über den Stößel 22 und die Rolle 24 mit der Nocke 26 zusammenwirkt. Die zwei Kolbensegmente 30 und 32 sind mit­ einander gekoppelt, wie hiernach beschrieben, so daß sie innerhalb Grenzen aufeinander zu und voneinander weg beweg­ bar sind, um den Vorhub dieser Einspritzpumpe 10 regelbar zu verändern.

Das obere Kolbensegment 30 weist einen Schaft 34 auf, der sich von ihm nach unten erstreckt und in einem flansch­ artigen Federsitz 36 endet. Der Schaft 34 mit dem Federsitz 36 sitzt lose in einer Verstellfluidkammer 38, die im unte­ ren Kolbensegment 32 ausgebildet ist. Auf den Schaft 34 ist eine Druckschraubenfeder 40 aufgeschoben, die sich am Feder­ sitz 36 und der gegenüberliegenden Wand des unteren Kolben­ segments 32 abstützt und die zwei Kolbensegmente 30 und 32 in Richtung auf eine gegenseitige Annäherung derselben vor­ spannt. Die Verstellfluidkammer 38 weist eine Öffnung 42 auf, durch die sich der Schaft 34 mit Abstand erstreckt. Durch diesen Abstand steht die Verstellfluidkammer 38 wenig­ stens dann, wenn sich die Kolbenanordnung 16 in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten untersten Stellung befindet, mit einer Verstellfluid-Druckeinlaßöffnung 34 im Zylinder 14 in Verbindung. Ein veränderbarer Verstellfluiddruck wird in die Verstellfluidkammer 38 eingeleitet, um das obere Kol­ bensegment 30 gegen die Kraft der Druckfeder 40 geregelt vom unteren Kolbensegment 32 zu entfernen.

Fig. 2 zeigt auch,daß der Zylinder 14 außerdem eine oder mehrere Treibstoffeinlaßöffnungen 46 aufweist, die in einer vorbestimmten Stellung in der axialen Richtung des Zylinders angeordnet sind. Die Verbindung der Treibstoff­ einlaßöffnung 46 mit der Pumpenkammer 18 wird durch die Kolbenanordnung 16 geöffnet oder verschlossen.

Im Betrieb, wenn die Kolbenanordnung 16 durch die An­ triebsnocke 26 in ihrer untersten Stellung gehalten ist, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, kann ein Verstellfluid­ druck nach Bedarf durch die Einlaßöffnung 44 in die Ver­ stellfluidkammer 38 eingeleitet werden. Der Verstellfluid­ druck bewirkt, daß sich das obere Kolbensegment 30 vom un­ teren Kolbensegment 32 um eine Strecke wegbewegt, welche durch die dem Verstellfluiddruck entgegenwirkende Kraft der Druckfeder 40 bestimmt ist. Bei dieser aufwärts gerich­ teten Verschiebung läßt das obere Kolbensegment 30 die Triebstoffeinlaßöffnung 46 frei für den Eintritt von Treib­ stoff in die Kammer 18.

Das untere Kolbensegment 32 beginnt bei Drehung der Antriebsnocke 26 seinen Aufstieg und deckt die Verstell­ fluideinlaßöffnung 44 vollständig ab, wenn es sich um eine Strecke S1 bewegt hat. Die folgende Einschließung des Ver­ stellfluiddrucks in der Kammer 38 bewirkt, daß sich die zwei Kolbensegmente 30 und 32 für den Rest des Drucktakts gemeinsam bewegen, wobei ihre relative axiale Stellung un­ verändert bleibt.

Indem es sich so mit dem unteren Kolbensegment 32 bewegt, schließt das obere Kolbensegment 30 die Treibstoff­ einlaßöffnungen 46 vollständig am Ende des Vorhubs S2. Der anschließende Aufstieg der Kolbenanordnung 16 führt zur Unterdrucksetzung des in der Pumpenkammer 18 eingeschlosse­ nen Treibstoffs. Dieser unter Druck stehende Treibstoff wird durch das Abgabeventil 20 in Richtung auf einen oder mehrere Zylinder des Dieselmotors abgegeben. Der Drucktakt der Kolbenanordnung 16 ist beendet, wenn sie ihre oberste Stellung erreicht, aus der sie sich abwärts bewegt, um den gleichen Betriebszyklus zu wiederholen.

Die gestrichelte Linie in Fig. 2 zeigt die Stellung des Kopfes des oberen Kolbensegments 30, wenn sich die Kolbenanordnung 16 in ihrer untersten Stellung befindet und kein Verstellfluiddruck in die Verstellfluidkammer 38 eingeleitet ist. Wie ersichtlich, hat dann die Einspritz­ pumpe 10 den vollen Vorhub S2′. Dieser volle Vorhub S2′ kann regelbar verringert werden, beispielsweise auf den Wert S2, indem man Verstellfluiddruck von 0 bis etwa 9,8 bar (10 kg/cm²) zuführt. Die Pumpe 10 erfordert keinen gesonderten Verstellmechanismus außer den Vorrichtungen zur Zuführung des Verstellfluiddrucks.

Die Tatsache, daß sich der Verlauf der Einspritzung durch Veränderung des Verstellfluiddrucks regelbar ver­ stellen läßt, ergibt sich aus einer Betrachtung der Fig. 3A und 3B. Der Vorhub S2 eines Versuchsmodells der Treibstoffeinspritzpumpe 10 wurde auf 3 mm bzw. 5 mm ein­ gestellt (Verstellfluiddruck 9,8 bar bzw. 0 bar (10 bzw. 0 kg/cm²)), um die Einspritzzeiten entsprechend zu ver­ ändern. Die Fig. 3A und 3B zeigen graphisch den zeit­ lichen Verlauf der Einspritzung in Beziehung zum Geschwin­ digkeitskoeffizienten des Kolbens in m/s, der Winkelstel­ lung in Grad der Antriebsnocke und des Nockenhubs in mm, wenn der Vorhub S2 auf 3 mm (Fig. 3A) bzw. 5 mm (Fig. 3B) eingestellt war.

Im Gleichschritt mit dem Vorhub der Einspritzpumpe 10 ändert sich auch der Einspritzdruck. Fig. 4 zeigt graphisch die Kurven des Einspritzdrucks im zeitlichen Verlauf für eine Vorhubeinstellung von 3 mm bzw. 5 mm. Die Pumpengeschwindigkeit betrug bei diesem Versuch 1000 UpM, und bei jedem Takt wurden 420 mm³ Treibstoff einge­ spritzt.

Claims (3)

1. Treibstoffeinspritzpumpe für Dieselmotoren mit Spritzverstellung, mit:
einem Gehäuseaggregat (12, 14);
einer Kolbenanordnung (16), die im Gehäuseaggregat hin- und herbewegbar gehalten ist und darin eine Pumpenkammer (18) abgrenzt, wobei eine Treib­ stoffeinlaßöffnung (46) des Gehäuseaggregats in die Pumpenkammer (18) an einer Stelle mündet, die hinsichtlich der Längsrichtung derselben festgelegt ist; und
Antriebsvorrichtungen (22, 24; 26, 28), welche die Kolbenanordnung in der Pumpenkammer zwischen einer ersten Endstellung, wo die Treibstoffeinlaßöffnung (46) durch die Kolbenanordnung unbedeckt ist, um Treibstoff in die Pumpenkammer einzulassen, und einer zweiten Endstellung hin- und her bewegen, wobei die Kolbenanordnung beginnt, den Treibstoff unter Druck zu setzen, sobald ein Vorhub beendet ist, der sich von der ersten Endstellung bis zu einer Zwischenstellung erstreckt, wo die Kolbenanordnung die Treibstoff­ einlaßöffnung abdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenanordnung (16) aus wenigstens zwei quer geteilten Segmenten (30, 32) gebildet ist, die innerhalb von Grenzen aufeinander zu und vonein­ ander weg bewegbar sind, und ein elastisches Mittel (40) enthält, das die Segmente (30, 32) der Kolbenanordnung aufeinander beaufschlagt, und daß das Gehäuseaggregat (12, 14) ferner eine verstellbare Fluideinlaßöffnung für die Einführung eines variablen Verstellfluiddrucks zwischen die Segmente der Kolbenanordnung enthält, um die Segmente der Kolbenanordnung in einem solchen Maß auseinander zu bewegen, bis das Gleichgewicht des Verstellfluiddrucks mit der Kraft des elastischen Mittels zur steuerbaren Veränderung der Entfernung zwischen den Segmenten erreicht ist und, als Folge dessen, zur Veränderung des Vorhubs der Kolbenanordnung (16) einzig als Erwiderung auf die Veränderung des Verstellfluiddrucks, um die Einstellung der Spritzverstellung zu bewirken.

2. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eines der Segmente (30) der Kolbenanordnung einen Schaft (34) aufweist, der sich von ihm erstreckt und lose in einer im anderen Segment (32) ausgebildeten Verstellfluidkammer (38) aufgenommen ist, wobei die Ver­ stellfluidkammer wenigstens dann, wenn sich die Kolben­ anordnung in der ersten Endstellung befindet, mit einer im Gehäuseaggregat ausgebildeten Verstellfluideinlaßöff­ nung (44) zur Einleitung des Verstellfluiddrucks in Ver­ bindung steht.

3. Einspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Schaft (34) ein Federsitz (36) ausge­ bildet ist und die elastische Vorrichtung (40) in der Verstellfluidkammer (38) angeordnet und zwischen dem Fe­ dersitz auf dem Schaft und dem anderen Segment (32) der Kolbenanordnung (16) eingesetzt und wirksam ist.