DE3827206A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer solchen Kraftstoffeinspritz­ pumpe werden mit dem gesteuerten Kraftstoffdruck des Innenraumes so­ wohl eine Spritzbeginnverstellung mit Spritzbeginnfrühverstellung beim Kaltstart als auch eine Kraftstoffeinspritzmengen-Angleichein­ richtung gesteuert.

Für die Spritzbeginneinstellung beim Kaltstart bzw. bei noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine bedarf es eines erhöhten Kraft­ stoffdrucks, der im Arbeitsraum und auf den Verstellkolben wirkt und eine besondere von der Spritzbeginnsteuerung bei betriebswarmer Brennkraftmaschine abweichende Frühverstellung des Spritzbeginns be­ wirkt. Zur Erzielung dieses Drucks ist beim bekannten Drucksteuer­ ventil ein Druckraum über eine Drossel ständig mit einem Rückstell­ raum in Verbindung und dieser über eine Entlastungsleitung mit einem Entlastungsraum verbunden. In der Entlastungsleitung ist das Druck­ halteventil angeordnet, das bei noch kalter Brennkraftmaschine von der Steuereinrichtung unbeeinflußt einen hohen Druck einhält und bei betriebswarmer Brennkraftmaschine von der Steuereinrichtung aufge­ halten wird. (Es könnte statt dessen auch temperaturabhängig ein By­ pass geöffnet werden.) Wegen dem dann bei kalter Brennkraftmaschine sich an der beweglichen Wand des Drucksteuerventils einstellenden Druckausgleich bleibt dieses in Schließstellung und steuert den ge­ wünschten hohen Druck ein. Dieser wirkt aber zugleich auf einen von einer Feder belasteten Angleichkolben, der Angleicheinrichtung. Um die damit verbundene Fehlsteuerung der Kraftstoffeinspritzmenge zu beseitigen, wird auf die Rückseite des Angleichkolbens der im Rück­ stellraum herrschende Druck gegeben, sodaß der Angleichkolben durch die resultierende Kraft der Feder in Normalstellung bewegt wird. Dies berücksichtigt aber wiederum die Drehzahlsteigerung während des Warmlaufs und dem damit herrschenden Kraftstoffbedarf nicht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit dem kennzeichnen­ den Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der anfangs für die Spritzbeginnverstellung bei kalter Brennkraftma­ schine benötigte erhöhte Druck nicht im Innenraum und nicht auf die Angleicheinrichtung wirkt, daß aber dennoch im Innenraum mit dem Drucksteuerventil ein drehzahlabhängiger Druck eingesteuert wird, durch den die Angleicheinrichtung steuerbar ist, und Fehler bei der maximalen Kraftstoffmengenzumessung vermieden werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Kraftstoffeinspritzpumpe; Fig. 2 zeigt Drehzahl-/Druckverläufe bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffein­ spritzpumpe; Fig. 3 eine alternative Detailausführung der Kraft­ stoffeinspritzpumpe nach Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In einem Nockenantrieb einer bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe greift für die Verstellung des Spritzbeginnzeitpunkts über einen Stift 1 ein Verstellkolben 2 ein. Der Verstellkolben 2 ist in einem Spritzverstellzylinder 55 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 4 verschiebbar und begrenzt dort als bewegliche Wand einen Arbeitsraum 3. Im Arbeitsraum 3 befindliche Druckflüssigkeit in Form von Kraft­ stoff verschiebt den Ventilkolben mit zunehmendem Kraftstoffdruck entgegen der Kraft der Rückstellfeder 4 und zwar derart, daß, je weiter der Verstellkolben 2 in Richtung zur Rückstellfeder 4 ver­ schoben wird, der Spritzzeitpunkt nach "Früh" verschoben wird. Die Versorgung des Arbeitsraumes 3 mit Kraftstoff erfolgt durch eine drehzahlabhängig fördernde, drehzahlproportional angetriebene För­ derpumpe 5, die aus einem Kraftstoffbehälter 6 Kraftstoff ansaugt und in eine Förderpumpendruckleitung 7 fördert. Von der Förderpum­ pendruckleitung 7 zweigt eine Druckleitung 8 ab, die ein den Durch­ fluß nicht beeinflussendes Element in Form eines Rückschlagventils 10 enthält und in den Arbeitsraum 3 mündet. Dieser ist in einer Ausführungsvariante über eine parallel zu dessen Mittelachse im Verstellkolben angeordnete, eine Drossel 12 a enthaltende Bohrung 11 und eine sich anschließende Verbindung 14 a mit einem Innenraum 15 der Kraftstoffeinspritzpumpe verbunden. Vom Innenraum 15 führt eine mit Drossel 37 versehene Leckleitung 57 weg.

Die Kraftstoffversorgung des Innenraums 15 erfolgt von der Förder­ pumpendruckleitung 7 her über eine Druckleitung 9, die ein Druck­ halteventil 27 enthält. Dieses weist einen Zylinder 29 auf, in den ein mit der Druckleitung verbundener Druckraum 32 von einem als Ven­ tilschließglied dienenden, axial im Zylinder verschiebbaren Kolben 31 begrenzt wird, der von einer in einem Federraum 39 angeordneten vorzugsweise einstellbaren Rückstellfeder 34 beaufschlagt ist. Der Kolben steuert eine von der Zylinderwand des Zylinders 29 des Druck­ halteventils abgehende einen Durchtrittsquerschitt der Druckleitung 9 darstellende Absteueröffnung 35, die über einen zweiten Teil 36 der Druckleitung 9 mit dem Innenraum 15 verbunden ist. An der den Druckraum 32 andererseits begrenzenden Stirnseite 65 des Zylinder 29 ist eine von der Temperatur der Brennkraftmaschine gesteuerte Steuereinrichtung 33 angeordnet, die ein als Bolzen ausgebildetes Betätigungselement 41 aufweist, das axial in den Druckraum 32 ragt und durch das in seiner einen Endstellung entsprechend einer be­ triebswarmen Brennkraftmaschine der Kolben 31 so weit verschoben ist, daß er die Absteueröffnung 35 geöffnet hat. In der anderen End­ stellung ist der Kolben 31 so weit durch die Rückstellfeder 34 ver­ schiebbar, daß die Absteueröffnung 35 durch den Kolben verschließbar ist. Diese Stellung entspricht einer noch kalten bzw. aus einem kal­ ten Zustand gestarteten Brennkraftmaschine. Vom Federraum 39 führt eine Leckleitung 38 zum Kraftstoffvorratsbehälter 6 oder zur Saug­ seite der Förderpumpe.

In einer zweiten Ausführungsvariante werden die Drossel 12 a, die Bohrung 11 und die Verbindung 14 a ersetzt durch eine eine Drossel 12 enthaltende Verbindungsleitung 14 zwischen der Druckleitung 8 strom­ aufwärts des Rückschlagventils 10 und dem Innenraum 15, so daß ein Bypass zu dem Druckhalteventil 27 entsteht. Dieser Bypass kann auch im Druckhalteventil integriert sein als Drosselbohrung durch den Kolben 31 oder als Drosselnut in der Wand des Zylinders 29.

Für den Warmlauf der Brennkraftmaschine, dem Betriebsbereich zwi­ schen noch kalter Brennkraftmaschine beim Start bis Erreichen der Betriebstemperatur oder der Betriebsbeharrungstemperatur, ist es vorteilhaft, rasch, d. h. möglichst schon beim Start eine zusätz­ liche Frühverstellung des Spritzbeginns zu erreichen. Diese Frühver­ stellung wird dadurch erreicht, daß in dem Arbeitsraum 3 ein höherer Druck eingebracht wird, als der durch ein Drucksteuerventil 17 im Innenraum 15 gesteuerte Druck.

Das Drucksteuerventil 17 weist einen als bewegliche Wand dienenden in einem Zylinder 70 entgegen der Kraft einer Steuerfeder 19 ver­ schiebbaren Kolben 18 auf, der im Zylinder 70 einen mit dem Innen­ raum 15 über eine Leitung 16 verbundenen Druckraum 20 von einem Rückstellraum 28 trennt, in dem die Steuerfeder 19 angeordnet ist und der einen Absteuerquerschnitt 21 einer vom Druckraum 20 abgehen­ den mit der Saugseite der Förderpumpe verbundene Ablaufleitung 22 mehr oder weniger aufsteuert. Mit dem Drucksteuerventil wird im In­ nenraum 15 der Druck drehzahlabhängig, im wesentlichen drehzahlpro­ portional gesteuert.

Vom Innenraum 15 führt ferner eine Verbindungsleitung 23 in einen Angleichdruckraum 24 einer Angleicheinrichtung 64, die einen in einem Angleichzylinder 67 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 69 axial verschiebbaren, den Angleichdruckraum 24 von einem Rückstell­ raum 25 trennenden Angleichkolben 26 aufweist. Die Stellung des An­ gleichkolbens 26 ist abhängig von dem durch das Drucksteuerventil 17 gesteuerten Druck im Innenraum 15 und steuert über ein Abtaststift 66 ein Kraftstoffeinspritzmengenorgan 68.

Wird die Brennkraftmaschine bei kaltem Zustand gestartet, oder be­ findet sich die Brennkraftmaschine noch im Warmlaufbereich, so ist das Betätigungselement 41 in seiner anderen Endstellung, bei der die Absteueröffnung 35 am Druckhalteventil 27 durch den Kolben 31 ver­ schlossen ist. Die Förderpumpe 5 fördert demzufolge zunächst nur über die Förderpumpendruckleitung 7, die Druckleitung 8 und das Rückschlagventil 10 in den Arbeitsraum 3, so daß dort mit der vollen Förderleistung der Förderpumpe schnell ein hoher Druck erreicht wird, der bei der ersten Ausführungsvariante nur wenig durch den über die Drossel 12 a in den Innenraum 15 abfließenden Kraftstoff beeinflußt wird. Der Innenraum 15 wird über das Druckhalteventil 27 ab Erreichen von dessen Öffnungsdruck und/oder durch die Drossel 12 bzw. 12 a mit Kraftstoff versorgt, der durch das Drucksteuerventil 17 auf einem drehzahlabhängigen Druck gehalten wird, unabhängig von Leckverlusten über die Drossel 37 und der Kraftstoffentnahme für Kraftstoffeinspritzung. Entsprechend diesem Druck wird die Angleich­ einrichtung bereits mit dem ersten Anlaufen der Brennkraftmaschine bzw. der Kraftstoffeinspritzpumpe gesteuert. Der Spritzbeginn wird aber bereits mit dem Start beeinflußt und wie oben gefordert auf "Früh" verstellt. Sofern die Kraftstoffversorgung des Innenraums durch das Druckhalteventil in dieser Betriebsphase ausreicht, kann auch die Drossel 12 oder 12 a entfallen.

Fig. 2 zeigt ein Koordinatenkreuz, bei dem auf der Abszisse die Drehzahl und auf der Ordinate der Druck, der im Arbeitsraum 3 herrscht, aufgetragen ist. Eine Kennlinie 40 zeigt zwischen Punkten 41 und 42 einen steilen Anstieg des Drucks bei geringer Drehzahl. Im Bereich von Punkt 42 jedoch wird der Öffnungsdruck des Druckhalte­ ventils 27 erreicht und die Absteueröffnung 35 geöffnet. Dadurch wird in der Folge der Druck im Arbeitsraum 3 nur noch unwesentlich mit zunehmender Drehzahl erhöht. Im Vergleich dazu ist eine Kenn­ linie 44 dargestellt, die den Druckverlauf im Innenraum 15 zeigt, gesteuert durch das Drucksteuerventil 17.

Zu diesem Druckverlauf, der in Fig. 2 dargestellt ist, kommt es folgendermaßen:

Der Druck der drehzahlproportional angetriebenen Förderpumpe 5, der an Kolben 31 des Druckhalteventils 27 anliegt, verschiebt den Kolben 31 gegen die Kraft der Rückstellfeder 34 und öffnet die Absteuer­ öffnung 35 gerade so viel, um den Haltedruck bzw. den Öffnungsdruck des Druckhalteventils förderpumpenseitig einzuhalten. Dabei kommt es nur zu einem gedrosselten Zulauf in den Innenraum 15, in dem nunmehr sich mit Hilfe des Drucksteuerventils 17 ein drehzahlabhängiger Druck 15 einstellen kann, durch den drehzahlabhängig die Angleich­ einrichtung 64 betätigt wird. Somit wird die Kraftstoffeinspritz­ mengensteuerung nicht von der Kaltstartfrüheinstellung des Spritzbe­ ginns beeinflußt und eine schnell wirkende Kaltstartfrühverstellung erreicht.

Die Drossel 12 gemäß der ersten Ausführungsvariante erfüllt den Zweck, daß der Innenraum 15 bei kalter Brennkraftmaschine bei be­ stimmten Auslegungen des Druckhalteventils 27 und der Kraftstofför­ derpumpe bei spätem Öffnen des Druckhalteventils 27 ausreichend mit Kraftstoff versorgt wird auch dazu, daß zusammen mit dem Rückschlag­ ventil 10 der Verstellkolben 2 bei stoßartiger Belastung durch die Förderhübe der Pumpenkolben nicht wesentlich verschoben wird, und damit der Spritzzeitpunkt genau genug eingehalten werden kann.

Der die Frühverstellung bewirkende höhere Druck im Arbeitsraum 3 wird abgebaut, wenn bei Erreichen der Betriebstemperatur der Brenn­ kraftmaschine die von der Temperatur beeinflußte Steuereinichtung 33 angesteuert wird und das Betätigungselement 41, das mit einem Dehn­ stoffelement oder mit einer Bimetallfeder verbunden ist, den Kolben 31 gegen die Kraft der Rückstellfeder 34 bewegt und damit die Ab­ steueröffnung 35 öffnet. Dadurch wird der Innenraum 15 mit der För­ derpumpe 5 verbunden und der durch das Drucksteuerventil 17 gebil­ dete Druck im Innenraum 15 auch im Arbeitsraum 3 zur Spritzbeginn­ steuerung wirksam.

Die gleiche Vorrichtung 33 kann auch mit einem temperaturabhängig gesteuerten Elektromagneten ausgeführt werden. Anstelle des Tempe­ raturverlaufs über die Zeit kann auch ein Zeitglied gesetzt werden, das das Betätigungselement 41 steuert oder ein Ventil steuert, das einen ungedrosselten Bypass ganz öffnet, um die Druckhaltefunktion des Druckhalteventils aufzuheben.

Wird die Brennkraftmaschine bei Betriebstemperatur gestartet, so hält die Vorrichtung 33 mittels des Betätigungselements 41 den Kol­ ben 31 in einer Stellung, in der die Absteueröffnung 35 über die Ab­ steuerleitung 36 zum Innenraum 15 geöffnet ist und zur Spritzbe­ ginnverstellung der Druck im Innenraum 15 und im Arbeitsraum 3 aus­ schließlich durch die Kraft der Steuerfeder 19 und dem Kolben 18 drehzahlabhängig verändert wird.

Eine alternative Ausgestaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei einem im übrigen identischen Aufbau werden Veränderungen am Verstellkolben 2 a und an der Druckleitung 8 a vorgenommen. In der Druckleitung 8 a ist statt des Rückschlagventil eine Drossel 50 angeordnet und beim Steuerkolben 2 a entfallen die Bohrung 11 mit Drossel 12 von Fig. 1. Die Drossel 50 übernimmt hier die Funktion der Drossel 12 vom vor­ stehenden Ausführungsbeispiel. Sie dient der Kraftstoffversorgung des Arbeitsraums 3 und verhindert, daß es durch mechanische Kräfte auf den Verstellkolben 2 a zu einer Verschiebung des Verstellkolbens 2 a kommt.

Claims (5)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine mit einem der Spritzbeginnverstellung dienenden von einer Rückstellkraft be­ aufschlagten Verstellkolben, der einen Arbeitsraum begrenzt, von dem eine Druckleitung (8) zur Förderseite einer drehzahlabhängig ange­ triebenen Förderpumpe (5) führt, mit einem von der Förderpumpe (5) mit Kraftstoff versorgten Innenraum (15) und mit drehzahlabhängiger Steuerung des Kraftstoffdrucks im Innenraum mittels eines Druck­ steuerventils (17), welches eine zwischen einem Druckraum (20) und einem Rückstellraum (28) gegen eine Rückstellkraft (19) bewegbare, einen Absteuerquerschnitt (21) steuernde Wand (18) aufweist und mit einem den Kraftstoffdruck zusätzlich beeinflussenden ein, von einer Rückstellfeder (34) gegen Kraftstoffdruck beaufschlagtes, einen Durchtrittsquerschnitt (35) steuerndes Ventilschließglied (31) auf­ weisendes Druckhalteventil (27), dessen Druckhaltefunktion durch eine Steuereinrichtung (33) in Abhängigkeit von mindestens einer Be­ triebsgröße, insbesondere der Temperatur der Brennkraftmaschine, aufhebbar ist und mit einer vom Kraftstoffdruck im Innenraum ge­ steuerten Angleicheinrichtung (64) zur drehzahlabhängigen Einspritz­ mengenverstellung dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (8) ein den Durchfluß beeinflussendes Element (10, 50) enthält und über dieses unmittelbar mit dem Austritt der Förderpumpe (5) verbunden ist und der Innenraum (15) mit der Förderpumpe (5) über das Druck­ halteventil (27) verbindbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bypass zum gesteuerten Durchschnittsquerschnitt (35) eine Drossel (12, 12 a) vorgesehen ist.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Durchfluß beeinflussende Element ein zum Arbeitsraum öffnendes Rückschlagventil (16) ist und zwischen dem Arbeitsraum (3) und Innenraum (15) im Verstellkolben die Drossel (12) vorgesehen ist.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Durchfluß beeinflussende Element eine Drossel (50) ist.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (33) ein Betäti­ gungsglied (41) aufweist, durch das das Ventilschließglied (31) in geöffnete Stellung bringbar ist.