DE3642883A1 - Einspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen mit beschleunigungs-abhaengiger-spritzverstellung (bas) insbesondere bei fahrzeugmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit Beschleunigungs-Abhängiger-Spritz­ verstellung (BAS) insbesondere für Fahrzeugmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Betrieb von Dieselmotoren tritt beim Beschleunigungs­ vorgang häufig eine starke Zunahme des Verbrennungsge­ räuschs auf, das lauter ist als das im stationären Betrieb gemessener bzw. akustisch hörbare Verbrennungsgeräusch. Insbesondere ist dieses Beschleunigungsgeräusch bei Moto­ ren mit direkter Eispritzung zu beobachten, die deshalb beim Einsatz in Fahrzeugen (LKW) und zunehmend auch beim (PKW) unangenehm auffallen und vom gesamten Geräuschpegel her akustisch meistens nicht befriedigen.

Zu den Ursachen für die Überhöhung des Beschleunigungsge­ räusches zählen vor allem der vergrößerte Zündverzug, wenn der Motor vom Teillastbereich in den Vollastbereich be­ schleunigt wird, so wie die Relation der Einspritzdauer zum Zündverzug. Diese Parameter sind jedoch Teil der Mo­ torabstimmung und können nach Fertigstellung der Motorkon­ zeption nicht ohne weiteres geändert werden. Ein etwas freier Parameter, der das Geräuschverhalten des Motors verändern kann, ist der Einspritzbeginn. Mit Einstellung des Einspritzbeginns auf "Spät" kann man den Geräuschan­ teil der durch die Verbrennung verursacht wird, positiv beeinflussen. Dabei gilt inzwischen als bekannt, daß durch Minderung des im Pumpeninnenraum herrschenden Drucks eine Spätverschiebung des Einspritzzeitpunkts sich erzielten läßt.

Bei der Bosch-Verteilereinspritzpumpe, Typ VE ist eine zu­ sätzliche Anpassungsgruppe unter der Bezeichnung "Lastab­ hängiger-Förder-Beginn (LFB) bekannt, mit deren Hilfe eine Druckminderung im Einspritzpumpeninnenraum erreicht, und demzufolge eine (relative) Spätverstellung des Einspritz­ zeitpunktes erzielt werden kann. Durch die hohl gebohrte Reglerachse wird der Einspritzpumpeninnenraum (Druckseite der Förderpumpe) mit der Saugseite der Förderpumpe verbun­ den. Die Steuerung erfolgt durch die sich ergebende Stel­ lung der in der Regelmuffe angebrachten Bohrungen in Zu­ sammenwirkung mit der in der Reglerachse befindliche Quer­ bohrung, wenn die Reglermuffe auf der Reglerachse sich hin und her axial verschiebt. Durch die Druckverringerung im Pumpeninnenraum ergibt sich dann eine neue Lage des Spritzverstellerkolbens mit einer entsprechenden Verschie­ bung des Rollenrings in Richtung "Spät".

Da zwar mit "späterem" Einspritzbeginn durch den LFB das Verbrennungsgeräusch bis zu einer bestimmten Grenze gemin­ dert werden kann, jedoch auch der Brennstoffverbrauch an­ steigt, ist eine wesentlich "spätere" Einstellung zu gun­ sten einer Geräuschminderung bei einem kompromißgünstigen Brennstoffverbrauch nicht möglich, da hierbei eine Erhö­ hung des Rauchwertes sowie ein Anstieg der giftigen CO-Konzentration im Abgas zu erwarten ist. Hinzu kommt, daß viele Motoren aus diesen oder anderen Gründen bereits auf etwas "später" als das Verbrennungsoptimum eingestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzpumpe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so zu bilden, daß die "Spätverstellung" des Einspritzbeginns nur beim Beschleunigungsvorgang stattfindet, um das Beschleuni­ gungsgeräusch deutlich zu reduzieren, und dennoch den Mehrverbrauchsnachteil im Streckenverbrauch (stationärer Betrieb) gering zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Spätverstellung des Einspritzbeginngs erfolgt bei der Einspritzpumpe durch ein momentanes Absenken des Kraft­ stoffdrucks im Pumpeninnenraum, in dem beim Beschleuni­ gungsvorgang ein zusätzlicher Bypassquerschnitt geöffnet wird, der den Pumpeninnenraum, über einem Rückschlagventil und einer Drosselbohrung, mit der Kraftstoffrücklauflei­ tung direkt verbindet. Das durch die Federkraft belastete Kugelventil wird durch die Betätigung des Gaspedals durch den Finger am Kolben-Feder-System aufgestoßen, so daß Kraftstoff aus dem Pumpeninnenraum über die Drosselbohrung in den Rücklauf fließen kann. Die damit durch die Druck­ minderung erreichte "Spätverstellung" des Einspritzbeginns beim Betätigen des Kraftstoffpedals führt zu einer erheb­ lichen Geräuschverringerung des Motors, da erfahrungsgemäß der Verbrennungsgeräusche etwa 95% des gesamten Geräusch­ pegels zuzuschreiben. Das Absteuerventil ist mit der Dros­ selbohrung vorteilhafterweise so ausgelegt, daß die Druck­ minderung innerhalb des Pumpeninnenraumes, und der sich daraus ergebenden "Spätverstellung", nur für den Augen­ blick der Beschleunigungsphase des Motors andauert, so daß die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs sich dabei nur auf diese kurzen Zeitspannen von wenigen Sekunden be­ schränkt, und wird im Streckenverbrauch kaum ins Gewicht fallen.

Das Kolben-Feder-System ist vorteilhafter Weise als hy­ draulischer Dämpfer ausgeführt, das auf einfacher Art mit­ tels Gestänge mit dem Fahrhebel direkt verbunden ist, so daß bei allen beliebigen Fahrhebelstellungen zwischen Leerlauf und ca. 3/4 Last die Öffnung des Kugelventils beim Gasgeben sofort erfolgt und nach einer Fahrhebelrück­ nahme bzw. bei Geradeausfahrt mit konstanter Geschwindig­ keit (stationärer Betrieb) der Finger zum Anliegen an der Ventilkugel gebracht wird, um das Rückschlagventil im Fal­ le einer erneuten Beschleunigung sofort zu betätigen.

Zugunsten einer Kraftstoffverbrauchsminimierung ist die Drosselbohrung im Kolben zweckmäßigerweise mit den Federn des Spritzverstellers so abgestimmt, daß bei sehr langsa­ mer Beschleunigung des Motors der Kraftstoff aus dem Raum zwischen beiden Kolben über die Drosselbohrung des Kolbens verdrängt wird und das Rückschlagventil geschlossen bleibt. Demnach wird das Rückschlagventil nur bei einem vorbestimmten Beschleunigungsgradient geöffnet.

Die Anschlußleitung, die den Kraftstoff vom Regelventil abführt mündet vorteilhafterweise in die aus dem Pumpenin­ nenraum kommenden Rücklaufleitung, da dort der Kraftstoff fast drucklos zum Krafstofftank abfließt. Der durch das Rückschlagventil zu dem Rücklauf hinfließende Kraftstoff wird über eine Drosselbohrung reguliert. Damit kann der Druckabfall im Pumpeninnenraum vorher genau bestimmt und demnach die optimale "Spätverstellung" eingestellt werden, was zu einem wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch wesent­ lich beiträgt. Aus dem gleichen Grund sind auch die Federn innerhalb des Spritzverstellers so ausgelegt, daß das Rückschlagventil bei ruhendem Pedal geschlossen bleibt, damit der Druck im Pumpeninnenraum nicht unnötig abgebaut wird, was einen Mehrkraftstoffverbrauch verursacht.

Erfindungsgemäß ist es dabei beabsichtigt, daß beim Errei­ chen der 3/4-Lastgrenze des Motors kein Kraftstoff mehr durch den Bypass fließt. Der Anschluß zum Spritzversteller bleibt durch den im Spritzversteller sich bewegenden Kol­ ben zu der Anschlußöffnung hin dann geschlossen, und der Spritzversteller wird quasi abgeschaltet um den Kraft­ stoffverbrauch nicht unnötig in die Höhe zu treiben, und um Überschreitungen der Schwarzrauchgrenze zu vermeiden. Darüberhinaus ist die Herabsetzung des Geräuschpegels oberhalb der 3/4-Lastgrenze nicht mehr so dringend erfor­ derlich und aus Wirtschaftlichkeitsaspekten sich nicht vereinbaren läßt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, das Rückschlagventil in das Gehäuse des Spritz­ verstellers einzuschrauben, und zugleich unter seinem Ein­ schraubkopf ein Ringstück als Kraftstoffablaufleitung zu klemmen, das genau auf der Drosselbohrung liegt. Der be­ sondere Vorteil einer derartigen Ausbildung der Anschluß­ teile liegt darin, daß sie leicht ein- und ausgebaut wer­ den können ohne den Spritzversteller und die damit verbun­ denen Gestänge abzubauen oder zu versetzen. Aus Montageer­ leichterung ist im Schraubenkopf des Rückschlagventils eine Öffnung vorgesehen, um die Kugel und die Feder in das Rückschlagventil hineinzuführen. Diese Öffnung ist vor­ teilhafter Weise mit einer Schraube verschlossen, die für die Feder als Führung dient.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dar­ stellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Einspritzpumpe mit einem Beschleunigungs-Abhängigen-Spritzversteller (BAS) im Bypass und mit Kraftstoffzu- und Ablauf sowie der Kraftstoffhochdruckleitung zu der Einspritzdüse.

Fig. 2 ein Diagramm, das die Veränderung des Verbrennungsgeräuschs in Abhängigkeit von der Einspritzbeginnverstellung schematisch darstellt.

Fig. 3 ein Diagramm, das der spezifische Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit von der Einspritzbeginnverstellung schematisch darstellt.

Fig. 4 ein Diagramm, das das Verbrennungsgeräusch in Abhängigkeit der Motorlast für den stationären- und instationären Betrieb schematisch zeigt.

Fig. 5 ein Diagramm, das schematisch die mit dem erfindungsgemäßen beschleunigungsabhängigen Spätversteller erzielte Einspritzbeginnverstellung bei stätionärem Betrieb und bei Beschleunigung unter Last in Abhängigkeit von der Motordrehzahl für den Bereich zwischen niederen Leerlauf und Nenndrehzahl.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Einspritzpumpe 1 mit Kraftstoffzulauf 2 und zum Tank über eine Drossel 3′ füh­ renden Rücklauf 3, sowie einer Anzahl von Einspritzleitun­ gen 4 entsprechend der Anzahl der Motorzylinder um die je­ weiligen Einspritzdüsen 5 mit Kraftstoff durch die Rota­ tion und Hubbewegung eines Verteilerkolbens 28 zu versor­ gen. Der Innenraum 1′ der Einspritzpumpe ist mit Kraft­ stoff gefüllt dessen Druck durch ein Drucksteuerventil 27 drehzahlabhängig eingestellt ist und mit dem erfindungsge­ mäßen Beschleunigungs-Abhängigen-Spritzversteller 9 durch den Anschluß 6 verbunden. Die Einspritzpumpe ist mit einem Spritzversteller 30 ausgerüstet, dessen Kolben 31 mit dem im Pumpeninnenraum herrschenden Druck beaufschlagt ist und gegen die Kraft einer Feder 32 sich bewegt, und durch ei­ nen Bolzen 33 einen Rollenring 34 bewegt, wodurch dessen Zuordnung zu der Hubscheibe 35 einen bestimmten Einspritz­ beginn hervorruft. Innerhalb des Spritzverstellers befin­ det sich ein Kolben-Feder-System bestehend aus den Kolben 15 und 19 mit einer dazwischengespannten Feder 18. Der Kolben 15 weist eine axial verlaufende Drosselbohrung 17 auf, und hat auf seiner dem Rückschlagventil 13 zugewand­ ten Seite einen in der Mitte angebrachten Bolzen 16, der immer auf der Kugel 10 des Rückschlagventils anliegt, die durch die Feder 12 das Rückschlagventil 13 zuschließt. Der Kolben 19 ist mittels Gestänge 21, 22 und 23 verbunden, die in den Achsen 19′, 21′, 22′ und 23′ gelagert sind, und bei Betätigung des Pedals 24 das Kolben-Feder-System in den Innenraum des Spritzverstellers 9 hineinschiebt. Das Rückschlagventil 13 ist mit dem Rücklauf 3 zum Kraftstoff­ tank hin über einer in seinem Gehäuse 13′ befindlichen Drosselbohrung 8 verbunden. Wenn das Pedal 24 runterge­ drückt wird, stellt sich, je nach Druckdauer und Intensi­ tät, einen der folgenden Zustände ein:

• a) Bei kurzzeitigem und intensiven Pedaldruck liegt ein Beschleunigungszustand vor. Der Kraftstoff zwischen den beiden Kolben 15 und 19 kann durch die Drosselbohrung 17 nicht so schnell entweichen. Beide Kolben bewegen sich mit der dazwischen liegenden Kraftstoffmenge unter dem plötzlichen Pedaldruck als eine Einheit und der Bolzen 16 drückt die Kugel 10 gegen die Kraft der Feder 12 nach innen und öffnet das Rückschlagventil, so daß der Kraftstoff aus dem Einspritzpumpeninnenraum 1′ über die Drosselbohrung 8 in den Rücklauf 3 fließt, was zum Absenken des Pumpeninnendrucks führt und demzufolge für die Zeitdauer, wo das Rückschlagventil offen bleibt, eine Verschiebung des Einspritzbeginns in Richtung "Spät" hervorruft. Der Beschleunigungsvorgang geschieht in einer kurzen Zeitspanne, die damit zu Ende ist, wenn genügend Kraftstoff aus dem Raum zwischen beiden Kolben durch die Drosselbohrung 17 entweicht, und die Kugel 10 unter der Wirkung der Feder 12 das Rückschlagventil zuschließt. Der Kraftstoffstrom wird damit unterbrochen, und der bisherige Pumpeninnendruck stabilisiert sich wieder während der stationären Laufphase des Motors. Der Kraftstoffmehrverbrauch, der durch die "Spätverstellung" sich ergibt, ist so minimal und erhöht den Durchschnittsverbrauch kaum.
• b) Bei langsamer Beschleunigung, wo das Pedal stetig über längere Zeit gedrückt gehalten wird, entweicht der Kraftstoff, der sich zwischen den beiden Kolben befindet, über die Drosselbohrung 17, und drückt den Kolben 15 stetig gegen die Kraft der Feder, so daß der Weg des Kolbens 19 ausgeglichen wird. Das Absteuerventil bleibt dabei geschlossen und der Bolzen bleibt an die Kugel nur angelegt, so daß kein Druckabfall innerhalb des Pumpeninnenraums stattfindet.

Zur Montagevereinfachung ist das Gehäuse 13′ des Rück­ schlagventils 13 als Hohlschraube geformt und wird in das Spritzverstellergehäuse 9′ eingeschraubt. Ein Ringstück 37 ist unter dem Einschraubkopf 11 eingeklemmt und verbindet somit das Rückschlagventil bzw. den Innenraum des Spritz­ verstellers über die Drosselbohrung 8, die genau unter dem Ringstück liegt, mit dem Einspritzpumpenrücklauf 3. Die Drosselbohrung 8 ist so bemessen, daß bei geöffnetem Rück­ schlagventil 13 der gewünschte Druckabfall innerhalb des Einspritzpumpeninnenraumes 1′ sich ergibt und somit die optimale "Spätverstellung" hervorruft. Die Kugel 10 und die Feder 12 werden durch die Öffnung 36 in das Gehäuse des Rückschlagventils eingeführt und in ihre Lage gebracht.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen die Grenze einer sinnvollen Ein­ spritzbeginnverstellung, wo das Verbrennungsgeräusch abge­ baut wird (Fig. 2) und der spezifische Kraftstoffverbrauch dennoch akzeptabel bleibt (Fig. 3.) Mit Verstellung in Richtung "spät" sinkt zwar das Verbrennungsgeräusch, der spezifische Kraftstoffverbrauch geht jedoch in die Höhe. Daher soll beim Erreichen der 3/4-Lastgrenze des Motors die Anschlußbohrung 6 in Fig. 1 durch den Kolben 15 ge­ sperrt und somit die Wirksamkeit des Bypasses ausgeschal­ tet, da der Geräuschpegel oberhalb dieser Lastgrenze nicht mehr so dringend erforderlich ist, und wie aus Fig. 3 deutlich hervorgeht der Kraftstoffverbrauch rapide steigt.

Durch Fig. 4 ist ersichtlich, daß das Verbrennungsgeräusch bei instationärem Betrieb (Kurve 1: Beschleunigung und Verzögerung) insbesondere im mittleren Lastbereich wesent­ lich höher liegt als im stationären Betrieb (Kurve 2), wo Last und Drehzahl des Motors konstant gehalten werden, und in Fig. 5 ist die Geräuschminderung durch ein "Spätver­ stellung" (Kurve 2) im Vergleich zum Zustand bei stationä­ rem Betrieb (Kurve 1) durch den erfindungsgemäßen Be­ schleunigungs-Abhängigen-Spritzversteller schematisch im Ablauf der Beschleunigungskurve unter Last dargestellt. Die Beschleunigung unter Last (Kurve 3) verläuft in einem Bereich zwischen dem Einspritzbeginnverlauf für den sta­ tionären Betrieb (Kurve 1) und der Kurve 2, die die mög­ liche "Spätlage" der Einspritzung die durch die Erfindung sich einstellt. Daraus ist ersichtlich, daß die Einspritz­ beginnverstellung in Richtung "Spät" für die kurze Phase der Beschleunigung zugunsten einer Geräuschminderung wäh­ rend dieser Zeit andauert, und dann - nachdem das Rück­ schlagventil schließt - die bisherige Einspritzbeginnstel­ lung entsprechend dem Stationärbetrieb sich einstellt.

Claims (8)

1. Verteilereinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Fahrzeugmotoren, mit einer Förderpumpe (25), die von einem Behälter (26) Kraftstoff in den Pum­ peninnenraum (1′) fördert, dessen Druck durch ein Druck­ steuerventil (27) einstellbar ist und mit zunehmender Drehzahl proportional steigt, mit einer am Pumpengehäuse angebrachten Überströmdrossel (3′) über die eine bestimmte Kraftstoffmenge durch eine Rücklaufleitung (3) in den Be­ hälter (26) zurückfließt, mit einem Verteilerkolben (28), der durch Dreh- und Hubbewegung Kraftstoff vom Pumpenin­ nenraum (1′) in einem Hochdruckraum (29) fördert, und von dort jeweils zu einer Einspritzdüse führt, mit einem Spritzversteller (30), dessen Kolben (31) mit dem im Pum­ peninnenraum herrschenden Druck beaufschlagt ist und gegen die Kraft einer Feder (32) sich bewegt und durch einen Bolzen (33) einen Rollenring (34) bewegt, wodurch dessen Zuordnung zu einer Hubscheibe (35) sich ändert und auf die Bewegung des Verteilerkolbens wirkt, wodurch eine Änderung des Einspritzbeginns entsteht, mit einer Vorrichtung zur Druckminderung des Pumpeninnenraums, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpeninnenraum (1′) über ein gesteuertes Ventil (9) kurzzeitig zu entlasten ist, wobei das Ventil von plötzlichen Stellungsänderungen des Gaspedals (24) bei Beschleunigung betätigbar ist.

2. Verteilereinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (9) ein hydrau­ lisch-mechanisch betätigtes Ventil ist, mit einer Einlaß­ öffnung (6), die mit dem Pumpeninnenraum (1′) verbunden ist, und einer Auslaßöffnung (7), die über ein Rückschlag­ ventil (13) und eine Drosselbohrung (8) mit der aus der Pumpe zum Tank (26) abführenden Leitung (3) verbunden ist.

3. Verteilereinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (9) aus zwei Kolben (15, 19) mit einer dazwischen gespannten Feder (18) be­ steht, die sich in ein Gehäuse (9′) axial bewegen und zu dem das Rückschlagventil (13) angeschlossen ist.

4. Verteilereinspritzpumpe nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (13) aus einer Hohlschraube (13′) besteht, die in das Gehäuse (9′) axial eingeschraubt ist, und worin eine Feder (12) aufge­ setzt ist, die eine Kugel (10) gegen die Öffnung der Hohl­ schraube (13′) drückt und wo die Drosselbohrung (8) in dem Schraubenschaft seitlich angebracht ist.

5. Verteilereinspritzpumpe nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Rückschlagventil (13) zugewandeten Kolben (15) parallel zu seiner Achse eine Drosselbohrung (17) aufweist, und in der Mitte der Stirn­ seite einen Bolzen (16) hat, der gegen die Kugel (10) des Rückschlagventils (13) anliegt, und der andere Kolben (19) mittels Gestänge (21, 22, 23) mit dem Gaspedal (24) ver­ bunden ist.

6. Verteilereinspritzpumpe nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12) und (18) mit der Drosselbohrung (17) so ausgelegt sind, daß der Bolzen (16) immer an die Kugel (10) des Rückschlagventils an­ liegt, und bei ruhigem Gaspedal und stetigem Gasgeben das Rückschlagventil geschlossen bleibt.

7. Verteilereinspritzpumpe nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Hub des Kolbens (15) und die Lage der Einlaßöffnung (6) so ausgelegt sind, daß der Kolben (15) beim Errreichen der 3/4-Lastgrenze des Motors die Einlaßöffnung (6) verschließt.

8. Verteilereinspritzpumpe nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlschraube (13) im Schraubenkopf (11) eine mit einer Schraube (14) verschlos­ senen Bohrung (36) aufweist, und unter dem Schraubenkopf ist ein Ringstück (37) angeklemmt, das auf der Drossel­ bohrung (8) liegt und diese mit der kraftstoffabführenden Leitung (3) verbindet.