DE3633912C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraft­ maschinen, insbesondere Dieselbrennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzpumpe ist beispielsweise aus der DE 35 00 618 A1 oder aus der DE 31 16 552 A1 bekannt und weist ein dort mit Überströmventil bezeichnetes elek­ tromagnetisches Steuerventil auf, das durch gesteuertes Schließen und Öffnen einer Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum und einer Kraftstoffversor­ gungsquelle eine willkürliche Veränderung des Einspritzbeginns und des Ein­ spritzendes und damit der Einspritzmenge und der Einspritzcharakteristik bewirkt.

Um einen günstigen Verbrennungsverlauf in den Brennräumen, insbesondere von Dieselbrennkraftmaschinen, zu erzielen, besteht allgemein der Wunsch, die Einspritzzeiten auf wenige Grad Kurbelwinkel, z. B. etwa 20°KW oder weni­ ger, zu beschränken. Bei höheren Drehzahlen im Bereich von 5000 U/min oder mehr ergeben sich dann effektive Einspritzzeiten von weniger als 1 ms. Solche kurzen Einspritzzeiten bzw. entsprechende Schließzeiten können mit den herkömmlichen Steuerventilen kaum mehr realisiert werden, da diese wegen der jeweils aus dem Stillstand zu beschleunigenden endlich großen Massen ihrer Ventilschließkörper bereits für den Schließ- und Öffnungsvorgang rela­ tiv viel Zeit benötigen, so daß dann für den geschlossenen Zustand des Ven­ tils, bei der die Haupteinspritzung erfolgt, nur noch wenig Zeit übrigbleibt. Entsprechend verläuft der Anstieg des Einspritzdruckes und der Einspritzmenge über der Zeit relativ flach.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Kraft­ stoffeinspritzpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet und sehr kurze Ein­ spritzzeiten auch bei höheren Drehzahlen, ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentan­ spruchs 1. Das erfindungsgemäße elektromagnetische Steuerventil weist einen im wesentlichen quer zu den miteinander zu verbindenden Gehäuseanschlüssen verstellbaren Steuerkolben auf, der während seiner Verstellbewegung zwischen den zwei Endstellungen die Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit der Kraft­ stoffversorgungsquelle zum Zwecke der Einspritzdruckerzeugung für eine steuer­ bare Zeit unterbricht. Der hier als Ventilschließkörper dienende Steuerkolben ist durch entsprechende Gestaltung und Bemessung der Steuerkanäle, deren Steuerkanten und der Gehäuseanschlüsse so ausgebildet, daß der Schließ- und Öffnungszeitpunkt während der Verstellbewegung des Steuerkolbens erreicht wird. Damit ergibt sich die Möglichkeit, den Öffnungs- und Schließvorgang des Steuerventils außerordentlich schnell zu gestalten, so daß der Verlauf des Einspritzdruckes und der Einspritzmenge über der Zeit in seinen Endbe­ reichen relativ steil ist.

Um eine weitgehende Steuerung der Einspritzmenge und des Einspritzzeitpunktes in Abhängigkeit von charakteristischen Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine ausführen zu können, ist es dabei zweckmäßig, wenn die Steuerkanäle zumin­ dest teilweise schräg zur Achse des Steuerkolbens verlaufende Steuerkanten aufweisen und der Steuerkolben, beispielsweise mit Hilfe eines in Abhängigkeit von diesen Zustandsgrößen betätigbaren Antriebes, um seine Längsachse ver­ drehbar ist. Darüberhinaus kann die Ansteuerung der den Steuerkolben ver­ stellenden elektromagnetischen Spulen in der Weise erfolgen, daß die Zeit, während der der Steuerkolben die mittleren Stellungen einnimmt, in Abhängig­ keit von den Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine veränderlich ist.

In der Zeichnung ist anhand eines schematischen Längsschnittes durch den Pumpenkolben und das Steuerventil ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Dabei ist mit 1 eine Druckerzeugungs- und Kraftstoffverteilvorrichtung und mit 2 ein zur Steuerung der Einspritzcharakteristik vorgesehenes elektromagnetisches Steuerventil bezeichnet. 3 stellt einen in einer Bohrung 5 eines Pumpengehäuses 4 in herkömmlicher Weise axial und in Umfangsrichtung bewegten Pumpenkolben dar, der mit seiner in der Zeichnung oberen Stirnfläche einen Pumpenarbeitsraum 6 begrenzt. Dieser Pumpenarbeitsraum 6 wird während des Saughubs des Pumpen­ kolbens 3 über am Umfang vorgesehene Axialnuten 8 mit einer Kraftstoffzu­ führungsleitung 7 zur Zuleitung des benötigten Kraftstoffes verbunden. Nach Beendigung des Saughubes wird die Verbindung des Pumpenarbeitsraums 6 mit der Kraftstoffzuleitung 7 durch die Drehung des Pumpenkolbens 3 unterbrochen. Dafür wird während des Druckhubes des Pumpenkolbens 3 über eine zentrale Bohrung 9 und eine Querbohrung 10 eine Verbindung mit einer Abspritzleitung 11 hergestellt, die über ein hier nicht gezeigtes Überdruckventil zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzventil führt. Am Umfang des Pumpenkolbens 3 sind mehrere, der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechende Abspritzleitungen 11 vorgesehen, die während einer Umdrehung des Pumpenkolbens 3 um seine Längsachse nacheinander über die Querbohrung 10 und die Längsbohrung 9 mit dem Pumpenarbeitsraum 6 in Verbindung gebracht werden. Während dieser Umdrehung des Pumpenkolbens 3 führt dieser gleichzeitig eine der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine ent­ sprechende Anzahl von Saug- und Druckhüben aus.

Um den Beginn und das Ende des jeweiligen Einspritzvorganges genauer und darüberhinaus in weiten Grenzen willkürlich veränderbar gestalten zu kön­ nen, wird anstelle der bisher üblichen Reglermuffe das elektromagnetische Steuerventil 2 vorgesehen, das den Einspritzbeginn und das Einspritzende dadurch festlegt, daß es die Verbindung des Pumpenarbeitsraums 6 mit einer Kraftstoffversorgungsquelle, beispielsweise mit dem Pumpengehäuseinnenraum steuert.

Dazu weist das elektromagnetische Steuerventil einen in einer quer zur Boh­ rung 5 des Pumpenkolbens 3 verlaufenden Bohrung 15 verschiebbar gehaltenen Steuerkolben 16 auf, der unmittelbar selbst als Weicheisenanker ausgebildet oder mit einem solchen Weicheisenanker verbunden sein kann. Dieser Steuerkol­ ben 16 wird durch zwei mit axialem Abstand voneinander angeordnete elektro­ magnetische Ringspulen 17 und 18 zwischen zwei Endstellungen hin- und her­ bewegt, wobei diese beiden Endstellungen durch die unterbrochene Linie 16′ bzw. durch die unterbrochene Doppellinie 16′′ angedeutet ist. Mit ausgezo­ genen Linien ist dabei der Steuerkolben 16 in einer während der Verstel­ lung nur vorübergehend eingenommenen mittleren Stellung gezeigt.

Am Umfang des Steuerkolbens 16 sind gemäß dem hier gezeigten Ausführungs­ beispiel zwei umlaufende, nutartige Steuerkanäle 19 und 20 vorgesehen, deren mit 21 und 22 bezeichnete Steuerkanten so ausgebildet sind, daß in jeder Endstellung des Steuerkolbens 16 eine Verbindung zwischen einem über eine Leitung 12 an den Pumpenarbeitsraum 6 angeschlossenen Gehäuseanschluß 13 und einem der beiden Gehäuseanschlüsse 14a bzw. 14b hergestellt wird, der seinerseits über die Leitung 14 mit der Kraftstoffversorgungsquelle in Ver­ bindung steht. Solange der Steuerkolben in einer dieser Endstellungen steht, kann sich daher kein Druck in dem Pumpenarbeitsraum, auch nicht während des Druckhubes des Pumpenkolbens 3, aufbauen. Während des Saughubes des Pumpenkolbens 3 kann über diese Verbindung zusätzlich oder - bei Verzicht auf die Axialnuten 8 - gegebenenfalls auch allein Kraftstoff in den Pumpen­ arbeitsraum 6 gefördert werden.

Erst wenn der Steuerkolben 16 aus einer der Endstellungen heraus in Richtung auf die andere Endstellung bewegt wird, ergibt sich nach dem Überlaufen des Gehäuseanschlusses 13 durch eine der Steuerkanten 21 oder 22 eine Posi­ tion, bei der die Verbindung zwischen der Leitung 12 und der Leitung 14 unterbrochen ist, so daß sich dann während des Druckhubes des Pumpenkol­ bens 3 ein Druck im Pumpenarbeitsraum 6 aufbauen kann. Nach Weiterbewegung des Steuerkolbens 16 über die in der Zeichnung angedeutete Mittelstellung hinaus in Richtung auf die andere Endstellung ergibt sich dann in Abhängig­ keit von der Anordnung der Steuerkanten 21, 22 früher oder später wieder eine Verbindung zwischen den Gehäuseanschlüssen 13 und 14a bzw. 14b und somit zwischen dem Pumpenarbeitsraum 6 und der Kraftstoffversorgungsquelle, wodurch der in dem Pumpenarbeitsraum erzeugte Abspritzdruck schlagartig zusammenbricht und damit das Einspritzende festgelegt wird.

Da das Überlaufen der Gehäuseanschlüsse 13, 14a und 14b durch die Steuer­ kanten 21, 22 mitten in der Verstellbewegung des Steuerkolbens 16, also mit einem bei der Ansteuerung der Ringspulen zu berücksichtigenden Zeit­ abstand vom Beginn und Ende der Verstellbewegung, geschieht, kann der Schließ- und Öffnungsvorgang des Steuerventils auf sehr kurze Zeiten beschränkt wer­ den. Damit lassen sich sehr kurze Einspritzzeiten realisieren.

Die Dauer der Einspritzung hängt dann wesentlich ab von der Geschwindigkeit, mit der der Steuerkolben 16 von einer in die andere Endstellung bewegt wird.

Diese Geschwindigkeit kann nun aber durch entsprechende Ansteuerung der beiden elektromagnetischen Spulen 17 und 18 in weiten Grenzen verändert werden. Darüberhinaus kann auch durch entsprechende Ausbildung der Steuer­ kanten 21 und 22, nämlich indem diese nicht in einer senkrecht zur Steuer­ kolbenachse verlaufenden Ebene mit konstantem Abstand voneinander, sondern mit über den Umfang veränderlichem Abstand voneinander, also im wesentlichen schräg zur Pumpenkolbenachse, verlaufen, sowie durch Verdrehen des Steuerkol­ bens die Zeit zwischen Schließen und Wiederöffnen der Verbindung zwischen den Gehäuseanschlüssen 13 und 14a bzw. 14b und damit auch die Einspritzzeit und Einspritzmenge weitgehend frei variiert werden. Um den Steuerkolben 16 um seine Längsachse verdrehen zu können, ist ein Drehantrieb vorgesehen, der z. B. aus einem Antriebsmotor 26, einem von diesem angetriebenen Zahn­ rad 25, sowie einem auf einer Verlängerung 23 des Steuerkolbens 16 angeord­ neten Zahnrad 24 besteht, wobei die Zahnräder 24 und 25 über eine Gerad­ verzahnung in Kämmeingriff stehen. Die Verdrehung des Steuerkolbens 16 er­ folgt dabei vorzugsweise in Abhängigkeit von charakteristischen Zustands­ größen der Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel in Abhängigkeit von der Belastung und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine, so daß für jeden Betriebszustand ein passender Abstand der Steuerkanten 21 und 22 eingestellt werden kann.

Darüberhinaus können auch die die Verstellgeschwindigkeit des Steuerkolbens 16 bestimmenden Ringspulen 17 und 18 in Abhängigkeit von diesen charakteristi­ schen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine angesteuert werden, so daß sich insgesamt eine in weiten Grenzen frei wählbare Verstellbarkeit der Zeitpunkte für den Einspritzbeginn und das Einspritzende und damit für die Einspritz­ menge und die Einspritzcharakteristik ergibt.

Claims (4)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbeson­ dere Dieselbrennkraftmaschinen, mit einem von wenigstens einem Pumpenkolben in einem Zylinder eingeschlossenen Pumpenarbeitsraum, der während des Förderhubs des Pumpen­ kolbens durch eine Verteilvorrichtung mit zu Einspritz­ ventilen führenden Förderleitungen verbindbar ist, und einem elektromagnetischen Steuerventil zur Steuerung der Ein­ spritzparameter durch Öffnen bzw. Schließen einer Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum und einer Kraftstoffversor­ gungsquelle, wobei das elektromagnetische Steuerventil einen in einer Bohrung eines Gehäuses verschiebbar gehaltenen, einen Weicheisenanker enthaltenden Steuerkolben aufweist, der zwischen zwei Endstellungen axial verstellbar ist und Steuerkanäle zur steuerbaren Verbindung zwischen dem Pumpen­ arbeitsraum und der Kraftstoffversorgungsquelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffversorgungsquelle zwei Gehäuseanschlüsse (14a, 14b) zur steuerbaren Verbindung mit dem Pumpenarbeitsraum (6) derart aufweist, daß die Ver­ bindung in den beiden Endstellungen des Steuerkolbens (16) geöffnet und in den während der Verstellung des Steuer­ kolbens (16) während einer steuerbaren Zeit eingenommenen mittleren Stellungen verschlossen ist, wobei der Schließ- und Öffnungszeitpunkt während der Verstellbewegung des Steuerkolbens (16) erreicht wird, und daß die axiale Verstellung des Steuerkolbens zwischen seinen beiden End­ stellungen (16′, 16′′) über zwei in dem Gehäuse (4) mit axialem Abstand voneinander angeordneten, elektromagne­ tischen Spulen (17, 18) erfolgt.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanäle (19, 20) zumindest teilweise schräg zur Achse des Steuer­ kolbens (16) verlaufende Steuerkanten (21, 22) aufweisen, und daß der Steuerkolben um seine Längsachse verdrehbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Abhängigkeit von charakteristischen Zustandsgrößen der Brennkraft­ maschine betätigbarer Antrieb (24-26) zur Drehung des Steuerkolbens (16) um seine Längsachse vorgesehen ist.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine derartige Ansteuerung der den Steuerkolben (16) verstellenden elektromagnetischen Spulen (17, 18), daß die Zeit, während der der Steuer­ kolben die mittleren Stellungen einnimmt, in Abhängigkeit von cha­ rakteristischen Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine veränderlich ist.