EP0137316B1 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M41/00—Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor
- F02M41/08—Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined
- F02M41/10—Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined pump pistons acting as the distributor
- F02M41/12—Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined pump pistons acting as the distributor the pistons rotating to act as the distributor
- F02M41/123—Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined pump pistons acting as the distributor the pistons rotating to act as the distributor characterised by means for varying fuel delivery or injection timing
- F02M41/128—Varying injection timing by angular adjustment of the face-cam or the rollers support
Definitions
- the invention is based on a fuel injection pump according to the preamble of the main claim.
- a fuel injection pump of this type known from DE-A 2729807
- the start of injection is adjusted to early for the area when the internal combustion engine is cold and the internal combustion engine is warming up with the aid of a thermostat which acts against the force of a return spring on the adjusting lever.
- the driver part acts in a recess of a roller ring, on which rollers are evenly distributed and over which a driven cam disc runs, which is connected between the drive and the pump piston.
- the shaft to which the driver part is connected is supported in a plain bearing in the known fuel injection pump.
- the lever arm In the working position, the lever arm is between the driver part and the axis, with which the driver part is adjusted approximately perpendicular to the direction of adjustment of the roller ring, so that a high torque is required for the adjustment.
- the fuel injection pump according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the frictional forces and the restoring moments that act on the adjusting lever are significantly reduced compared to the known solution. These restoring torques are reduced in particular by the choice of the adjustment range of the driver part, which only has a very small lever arm which is effective in the restoring direction and which becomes smaller the closer it approaches its top dead center position. Furthermore, the rotation of the driver part up to its top dead center position with respect to the direction of adjustment of the other part of the cam drive (e.g. cam ring) has the advantage that in this position the lowest holding forces are sufficient to maintain this adjustment position.
- the other part of the cam drive e.g. cam ring
- Tolerance compensation or adjustability is possible in a simple manner by the rotatability of the bushing guiding the shaft and the eccentric mounting of the shaft to the axis of the bushing.
- the setting position is simple and precisely adjustable with this bushing in cooperation with the limit stop.
- FIG. 1 shows a diagram of the degree of adjustment plotted against the speed
- FIG. 2 shows a partial section through the part of a reciprocating distributor injection pump essential to the invention
- FIG. 3 shows a top view of the adjusting lever
- FIG. 4 shows a top view of the roller ring shown in FIG. 2 with an interface between the driver part and wave.
- the start of fuel injection in the diesel engine and the further course of the injection determine the pressure increase in the combustion chamber pressure in the area of top dead center.
- the fuel should be supplied in such a way that the mixture can burn out relatively uniformly, in such a way that there are no pressure peaks before top dead center.
- the control of the injection time must take into account the ignition delay or the time that the fuel needs to ignite and burn.
- the ignition delay is known to include depending on the temperature of the fuel itself and the temperature conditions of the environment in which the fuel is introduced. Since these times are essentially constant, the injection timing must be shifted early with increasing engine speed.
- the characteristic curve according to FIG. 1 takes these relationships into account.
- the spray adjustment angle a is plotted against the speed with a characteristic curve S which increases linearly with increasing speed n 1 to n 2 .
- characteristic curve S 1 is shown, at which the spray adjustment angle a1 remains constant over the speed up to the point of intersection with the curve S, from which the spray adjustment angle a is adjusted to early with increasing speed.
- the curve S corresponds to the spray adjustment when the internal combustion engine is at operating temperature
- the curve S 1 corresponds to an early adjustment of the injection timing which is set independently of the rotational speed and which can be set with the solution according to the invention.
- FIG. 2 The device with which the above curves can be realized is shown in FIG. 2 with a partial section through a distributor fuel injection pump in the area essential to the invention.
- a cam drive 1 with a spray adjuster is shown.
- the cam drive only one roller ring 4, which is guided radially and axially in the housing 3, is shown, on the end face of which rollers 7 are located in a known manner and are mounted on axles 6 inserted in the roller ring 4.
- an adjusting bolt 5 is also connected, which is radial protrudes from the roller ring 4 and engages in a recess 8 of a spray adjuster piston 9 of the injection adjuster 2.
- the spray adjuster piston 9 is slidably mounted in a bore 13 which is closed on both sides by the covers 14 and 15.
- the injection adjuster piston includes a working chamber 16 which is connected to the recess 8 via a throttle 12 in the injection adjuster piston and via this to the pump suction chamber 17, which is filled in a known manner with fuel, the pressure of which is preferably dependent on the speed. but can also be set depending on other parameters.
- a return spring 10 is provided between the cover 15 and the end face of the pump piston, against the restoring force of which the hydraulic pressure in the working space 16 works. With increasing speed, the injection adjuster piston 9 is thus adjusted to the left and the roller ring is rotated counter to the direction arrow to the left.
- the directional arrow in the drawing represents the direction of rotation of a cam disc running on the rollers 7, which is connected in a known manner to the pump piston and is driven by the drive of the fuel injection pump in synchronism with the speed of the internal combustion engine.
- a recess 19 is provided in the roller ring, which is also shown in FIG. 4 in a top view. This is a rectangular recess which is worked in from the end face of the outer ring 20 of the roller ring 4.
- a driver part 22 protrudes into the recess in the form of a spherical head which is connected to a disk 23 which forms the end of a shaft 24.
- the disk 23 is larger than the diameter of the shaft and the driver part 22 sits with an eccentricity e next to the axis 25 of the shaft on the disk 23 such that the distance e forms a crank arm.
- the shaft 25 is mounted directly on the needles of a needle bearing 26 and virtually forms the inner ring of the needle bearing.
- the needle bearing 26 is also fitted into a bore 27 of a bushing 28 which has a flange 29 with two diametrically opposed elongated holes 30 through which fastening screws 31 are guided, which are screwed into the housing 3 of the fuel injection pump.
- the bushing 28 has a cylindrical partial section 32 which is fitted into a cylindrical recess 33 in the pump housing and which lies with its axis parallel to the axis of the bore 27 with a predetermined eccentricity.
- an adjusting lever 35 is attached to the shaft 24, which axially secures the shaft 24 together with the disk 23 with the interposition of a protective disk 36 between the disk 23 and the needle bearing 26.
- a disc-shaped part 38 is also placed with two diametrically opposite bores through which the screws 31 are guided. The disk-shaped part 38 is secured in its rotational position by these screws. It has two vertically upstanding tabs as a limiting cold start stop (39) and rest position stop (40), against which the adjusting lever 35 can be brought into contact.
- the device described works as follows: The injection timing is adjusted by means of the spray adjuster 2 as a function of the speed according to curve S in FIG. 1. However, if the internal combustion engine is still cold, the lever 35 is turned to the left by a manual operation and as in FIG 3 shown brought to the stop 39. The driver part 22 is also adjusted and moved into the position shown in broken lines in FIG. 4. In this position, the point of contact 41 of the driver part 22 on one boundary edge 42 lying in the circumferential direction of the roller ring 4 is aligned with the axis 25 of the shaft 24 in the circumferential direction or direction of rotation of the roller ring 4.
- this position now determines an earlier injection time a1 according to the characteristic curve S 1 in FIG. 1 until the speed of the internal combustion engine has risen to such an extent that the injection adjuster piston 9 now takes over the injection adjustment at the intersection of the curves S 1 and S at the speed n 2 - From here on the injection start is adjusted in the usual known manner.
- the adjusting lever 35 is turned back again and the driver part 22 is pivoted back. Then smaller spray adjustment angles a are also possible when the internal combustion engine starts up, corresponding to the characteristic curve S.
- the dead center position of the 22 is provided as the end position, an adjustment of the entire shaft 24 is necessary, which is possible due to its eccentric position relative to the cylindrical part 32.
- the bushing 28 is adjusted for adjustment along the elongated holes 30 after loosening the screws 31 and fixed in the desired end position by the screws 31.
- the adjusting lever 35 is attached to the shaft end via a toothing 43 and is held there by a nut 44.
- the assignment of the adjustment lever 35 to the cold start stop 39 can be set by the toothing. This ensures an exact setting.
- the actuation of the adjustment lever can take place via a cable pull, with no holding device at the operating point of the adjustment lever being necessary for the reasons mentioned above.
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Description
- Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs aus. Bei einer durch die DE-A 2729807 bekannte Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art erfolgt die Spritzbeginnverstellung auf Früh für den Bereich bei kalter Brennkraftmaschine und Warmlauf der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Thermostaten, der gegen die Kraft einer Rückstellfeder am Verstellhebel angreift. Dabei wirkt das Mitnehmerteil in einer Ausnehmung eines Rollenringes, auf dem Rollen gleichmässig verteilt angeordnet sind und über die eine angetriebene Nockenscheibe abläuft, welche zwischen Antrieb und Pumpenkolben geschaltet ist. Die Welle, mit der das Mitnehmerteil verbunden ist, ist dort bei der bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe in einem Gleitlager gelagert.
- In Arbeitsstellung steht der Hebelarm zwischen Mitnehmerteil und Achse, mit der das Mitnehmerteil verstellt wird etwa senkrecht zur Verstellrichtung des Rollenrings, so dass zur Verstellung ein hohes Drehmoment erforderlich ist. Bei dieser Lösung sind erhebliche Stellkräfte zu überwinden, die jedoch mit der dort vorgesehenen Verstelleinrichtung durchaus bewältigt werden können.
- Die erfindungsgemässe Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Reibkräfte und die Rückstellmomente, die auf den Verstellhebel wirken gegenüber der bekannten Lösung wesentlich verringert sind. Diese Rückstellmomente sind insbesondere durch die Wahl des Verstellbereichs des Mitnehmerteils reduziert, der nur noch einen sehr kleinen in Rückstellrichtung wirksamen Hebelarm aufweist, der umso geringer wird, je weiter er sich seiner oberen Totpunktlage nähert. Ferner hat die Verdrehung des Mitnehmerteils bis in seine obere Totpunktlage in bezug auf die Verstellrichtung des anderen Teils des Nockenantriebs (z.B. Nockenring) den Vorteil, dass in dieser Stellung geringste Haltekräfte ausreichen, um diese Verstellage beizubehalten. Dabei ist in einfacher Weise ein Toleranzausgleich bzw. eine Einstellbarkeit durch die Verdrehbarkeit der die Welle führenden Buchse und die exzentrische Lagerung der Welle zur Achse der Buchse möglich. Die Einstellage ist einfach und genau mit dieser Buchse in Zusammenwirkung mit dem Begrenzungsanschlag justierbar.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 ein Diagramm über den Grad der Verstellung aufgetragen über der Drehzahl, Figur 2 einen Teilschnitt durch den erfindungswesentlichen Teil einer Hubkolbenverteilereinspritzpumpe, Figur 3 eine Draufsicht auf den Verstellhebel und Figur 4 eine Draufsicht auf den in Figur 2 gezeigten Rollenring mit Schnittstelle zwischen Mitnehmerteil und Welle.
- Bekanntlich bestimmen der Einspritzbeginn von Kraftstoff beim Dieselmotor und der weitere Einspritzverlauf den Druckanstieg des Brennraumdruckes im Bereich des oberen Totpunktes. Um hohe Verbrennungsgeräusche zu vermeiden, soll die Kraftstoffzufuhr so erfolgen, dass ein relativ gleichmässiges Durchbrennen des Gemisches erfolgen kann, derart, dass keine Druckspitzen vor dem oberen Totpunkt liegen. Die Steuerung des Einspritzzeitpunktes muss dabei den Zündverzug bzw. die Zeit berücksichtigen, die der Kraftstoff für seine Entflammung und für das Durchbrennen benötigt. Der Zündverzug ist bekanntlich u.a. abhängig von der Temperatur des Kraftstoffs selbst und den Temperaturbedingungen der Umgebung, unter denen der Kraftstoff eingebracht wird. Da diese Zeiten im wesentlichen konstant sind, muss mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine der Einspritzzeitpunkt nach früh verlegt werden. Da insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine der Zündverzug sehr gross ist, ist es vorteilhaft, den Spritzbeginn schon beim Start der Brennkraftmaschine und bei niedrigen Drehzahlen ebenfalls auf früh zu verlegen. Dieser frühe Einspritzzeitpunkt würde jedoch bei warmer Brennkraftmaschine zur Vorverlegung des Verbrennungsspitzendrucks vor OT führen mit den bekannten Nachteilen. Eine Frühverstellung ist weiterhin für den Start günstig, um ein schnelles Hochlaufen der Brennkraftmaschine zu erreichen.
- Diesen Verhältnissen trägt die Kennlinienführung gemäss Figur 1 Rechnung. Dort ist über der Drehzahl der Spritzverstellwinkel a aufgetragen mit einer Kennlinie S, die mit steigender Drehzahl n1 bis n2 linear ansteigt. Für den Warmlaufbereich ist Kennlinie S1 dargestellt, bei der der Spritzverstellwinkel a1 über der Drehzahl konstant bleibt bis zum Schnittpunkt mit der Kurve S, ab dem der Spritzverstellwinkel a mit zunehmender Drehzahl auf früh verstellt wird. Die Kurve S entspricht der Spritzverstellung bei betriebswarmer Brennkraftmaschine, während die Kurve S1 einer unabhängig von der Drehzahl eingestellten Frühverstellung des Spritzzeitpunktes, die mit der erfindungsgemässen Lösung eingestellt werden kann, entspricht.
- Die Einrichtung, mit der die obigen Kurven verwirklicht werden können, ist in Figur 2 dargestellt mit einem Teilschnitt durch eine Verteilerkraftstoffeinspritzpumpe im erfindungswesentlichen Bereich. Dargestellt ist ein Nockenantrieb 1, mit einem Spritzversteller. Von dem Nockenantrieb ist jedoch nur ein im Gehäuse 3 radial und axial geführter Rollenring 4 dargestellt, auf dessen Stirnseite sich in bekannter Weise Rollen 7 befinden, die auf in den Rollenring 4 eingesetzten Achsen 6 gelagert sind. Mit dem Rollenring 4 ist ferner ein Verstellbolzen 5 verbunden, der radial vom Rollenring 4 absteht und in eine Ausnehmung 8 eines Spritzverstellerkolbens 9 des Spritzverstellers 2 eingreift. Der Spritzverstellerkolben 9 ist in einer Bohrung 13 verschiebbar gelagert, die beiderseits von den Deckeln 14 und 15 verschlossen ist. Auf der einen Seite der Bohrung schliesst der Spritzverstellerkolben einen Arbeitsraum 16 ein, der über eine Drossel 12 im Spritzverstellerkolben mit der Ausnehmung 8 verbunden ist und über diese mit dem Pumpensaugraum 17, der in bekannter Weise mit Kraftstoff gefüllt ist, dessen Druck vorzugsweise drehzahlabhängig ist, aber auch in Abhängigkeit von noch anderen Parametern eingestellt werden kann.
- Auf der anderen Seite des Pumpenkolbens ist zwischen dem Deckel 15 und der Stirnseite des Pumpenkolbens eine Rückstellfeder 10 vorgesehen, gegen deren Rückstellkraft der hydraulische Druck im Arbeitsraum 16 arbeitet. Mit zunehmender Drehzahl wird somit der Spritzverstellerkolben 9 nach links verstellt und der Rollenring entgegen des Richtungspfeiles nach links verdreht.
- Der Richtungspfeil in der Zeichnung stellt die Drehrichtung einer auf den Rollen 7 ablaufenden Nockenscheibe dar, die in bekannter Weise mit dem Pumpenkolben verbunden ist und vom Antrieb der Kraftstoffeinspritzpumpe synchron zur Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Je weiter der Rollenring nun nach links verdreht wird, desto eher laufen die Nocken der Nockenscheibe auf den Rollen auf, um so eher erfolgt dann auch der Förderhub des Pumpenkolbens und somit der Spritzbeginn. Weiterhin ist im Rollenring eine Ausnehmung 19 vorgesehen, die in der Draufsicht auch in Figur 4 dargestellt ist. Es handelt sich hier um eine Rechteckausnehmung, die von der Stirnseite des äusseren Ringes 20 des Rollenringes 4 hereingearbeitet ist. In die Ausnehmung ragt ein Mitnehmerteil 22 in Form eines kugeligen Kopfes, der mit einer Scheibe 23 verbunden ist, die das Ende einer Welle 24 bildet. Die Scheibe 23 ist dabei grösser als der Durchmesser der Welle und das Mitnehmerteil 22 sitzt mit einer Exzentrizität e neben der Achse 25 der Welle derart an der Scheibe 23, dass der Abstand e einen Kurbelarm bildet.
- Die Welle 25 ist unmittelbar auf den Nadeln eines Nadellagers 26 gelagert und bildet quasi den Innenring des Nadellagers. Das Nadellager 26 ist ferner in eine Bohrung 27 einer Buchse 28 eingepasst, die einen Flansch 29 aufweist mit zwei diametral gegenüberliegenden Langlöchern 30, durch die Befestigungsschrauben 31 geführt sind, die in das Gehäuse 3 der Kraftstoffeinspritzpumpe eingeschraubt sind. Weiterhin weist die Buchse 28 einen zylindrischen Teilabschnitt 32 auf, der in eine zylindrische Ausnehmung 33 im Pumpengehäuse eingepasst ist und der mit seiner Achse parallel zur Achse der Bohrung 27 mit einer vorgegebenen Exzentrizität liegt.
- Am herausragenden Ende ist an der Welle 24 ein Verstellhebel 35 befestigt, der zusammen mit der Scheibe 23 unter Zwischenschaltung einer Schutzscheibe 36 zwischen Scheibe 23 und Nadellager 26 die Welle 24 axial sichert. Auf dem Flansch ist weiterhin ein scheibenförmiges Teil 38 aufgesetzt mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Bohrungen, durch die die Schrauben 31 geführt sind. Durch diese Schrauben ist der scheibenförmige Teil 38 in seiner Drehlage gesichert. Er weist zwei senkrecht hochstehende Lappen als begrenzende Kaltstartanschlag (39) und Ruhestellungsanschlag (40) auf, an die der Verstellhebel 35 zur Anlage bringbar ist.
- Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermassen: Die Verstellung des Spritzzeitpunktes erfolgt mittels des Spritzverstellers 2 in Abhängigkeit von der Drehzahl gemäss der Kurve S in Figur 1. Ist jedoch die Brennkraftmaschine noch kalt, so wird durch eine Handbetätigung der Hebel 35 nach links verdreht und wie in Figur 3 gezeigt an den Anschlag 39 gebracht. Dabei wird auch das Mitnehmerteil 22 verstellt und in die in Figur 4 gestrichelt eingezeichnete Lage bewegt. In dieser Stellung fluchtet der Berührungspunkt 41 des Mitnehmerteils 22 an der einen in Umfangsrichtung des Rollenrings 4 liegenden Begrenzungskante 42 mit der Achse 25 der Welle 24 in Umfangsrichtung bzw. Verdrehrichtung des Rollenrings 4. In dieser Lage wird durch die Rückstellfeder 10 des Spritzverstellers 2 kein Drehmoment auf die Welle 24 ausgeübt, so dass die Haltekräfte am Verstellhebel 35 zur Einhaltung dieser Position des Anschlags 22 praktisch null sind. Diese Stellung bestimmt nun aber einen früheren Einspritzzeitpunkt a1 gemäss der Kennlinie S1 in Figur 1 solange bis die Drehzahl der Brennkraftmaschine so weit angestiegen ist, dass nunmehr der Spritzverstellerkolben 9 die Spritzverstellung übernimmt am Schnittpunkt der Kurven S1 und S bei der Drehzahl n2- Von hier ab erfolgt die Spritzbeginnverstellung in üblicher bekannter Weise. Bei warmer Brennkraftmaschine wird der Verstellhebel 35 wieder zurückgedreht und das Mitnehmerteil 22 zurückgeschwenkt. Dann sind auch kleinere Spritzverstellwinkel a beim Hochlaufen der Brennkraftmaschine möglich, entsprechende der Kennlinie S.
- Durch diese Art der Spritzverstellung kann eine Frühverstellung leicht und ohne Servobetätigung oder komplizierte Hebelübertragungen von einer Bedienungsperson der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Die Reibungskräfte, die der Verdrehung der Welle 24 entgegenwirken, sind durch die Lagerung auf Nadellager erheblich vermindert und weiterhin ist der Hebelarm e sehr gering gehalten derart, dass das Mitnehmerteil (22) in seiner die Frühverstellung bei Kaltstart der Brennkraftmaschine und beim Warmlaufen bewirkenden Arbeitsstellung im oberen Totpunkt bezogen auf die Verstellrichtung des Rollenringes steht. Der wirksame Hebelarm ist ferner in dem kleinen wirksamen Verdrehbereiche von ca. 50 Grad der Welle 24 weiterhin reduziert, dass sich das Mitnehmerteil (22) auf einer Kreisbahn kurz vor seinem oberen Totpunkt bewegt und eine Drehwinkeländerung nur noch einen geringen Hub erzeugt.
- Weil bei der erfindungsgemässen Lösung gerade die Totpunktlage des 22 als Endstellung vorgesehen ist, ist eine Justierung der gesamten Welle 24 notwendig, was durch ihre exzentrische Lage zu dem zylindrischen Teil 32 möglich ist. Die Buchse 28 wird zur Einstellung entlang der Langlöcher 30 nach Lockerung der Schrauben 31 verstellt und in der gewünschten Endlage durch die Schrauben 31 fixiert. Der Verstellhebel 35 ist über eine Zahnung 43 auf das Wellenende aufgesteckt und wird dort durch eine Mutter 44 gehalten. Durch die Zahnung kann die Zuordnung des Verstellhebels 35 zum Kaltstartanschlag 39 eingestellt werden. Hiermit ist eine genaue Einstellung gewährleistet. Die Betätigung des Verstellhebels kann über Kabelzug erfolgen, wobei keine Festhaltevorrichtung im Arbeitspunkt des Verstellhebels aus den vorerwähnten Gründen notwendig ist.
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