DE2807720C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem gattungsbildenden Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits durch die DE-OS 25 58 699 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung der gattungsgemäßen Bauart bekannt, deren als Pumpe-Düse ausgebildete Einspritzpumpe einen zweiteiligen, aus einem Förderkolben und einem Ausweichkolben bestehenden Pumpenkolben aufweist, dessen beide Kolben zwischen sich einen als hydraulischer Stößel dienenden und mit Flüssigkeit gefüllten Ausgleichsraum einschließen. Dieser Ausgleichsraum wird bei Förderbeginn durch eine schräge Steuerkante am Förderkolben abgesperrt, bleibt während des Förderhubs geschlossen und wird zur Beendigung des Förderhubs durch den Ausweichkolben aufgesteuert. Durch eine elektrisch angesteuerte Verstelleinrichtung kann der mit der schrägen Steuerkante versehene Förderkolben verdreht werden, um so durch früheres oder späteres Zusteuern des Ausgleichraums den Pumphub des Ausgleichkolbens einzuleiten, der während des Förderhubs Kraftstoff aus einem von einer Kraftstoffzumeßeinrichtung mit zugemessener Kraftstoffmenge versorgten Pumpenarbeitsraum zur Einspritzdüse fördert.

Diese bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung und alle mechanisch von einem Antriebsnocken angetriebenen Einspritzpumpen haben den systembedingten Nachteil, daß sich der der Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens proportionale Einspritzdruck und damit auch der auftretende Spitzendruck in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors zwangsläufig ändert, während z. B. bei hydraulisch angetriebenen Pumpe-Düsen die Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens und damit auch der Einspritzdruck entsprechende dem Servodruck konstant bleibt oder nur bei geregeltem Servodruck veränderbar ist. Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit hydraulisch angetriebenen Pumpe-Düsen erfordern allerdings einen sehr großen Aufwand durch die zusätzlich zur Kraftstoffzumeßeinrichtung erforderliche, den Servodruck erzeugende ggf. druckgeregelte Druckeinheit. Aus der DE-Patentanmeldung M 8 529 ist bereits eine Kraftstoffeinspritzpumpe bekannt, die den obengenannten systembedingten Nachteil einer drehzahlabhängigen Spitzendruckänderung nicht aufweist und zu dem keinen hydraulischen Antrieb benötigt, weil bei ihr eine Gleichdruckeinspritzung durch den während seines Förderhubs von einem Federkraftspeicher angetriebenen Pumpenkolben erzeugt wird. Auch eine drehzahlabhängige Anpassung der Kolbengeschwindigkeit kann durch Verändern der Federkraft des Federkraftspeichers gesteuert werden. Nachteilig bei einer solchen Einspritzpumpe ist aber der zwangsläufig abfallende Druckverlauf während der Einspritzung durch die sich entspannende Feder des Federkraftspeichers.

Moderne Dieselbrennkraftmaschinen erfordern aber einen während der Einspritzung ansteigenden Einspritzdruckverlauf, so daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf die vom unmittelbaren Antrieb des Pumpenkolbens mittels eines Antriebsnockens herrührende Vorteile des während des Einspritzverlaufs ansteigenden Einspritzdrucks verzichtet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer mechanisch von einem Antriebsnocken angetriebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung der gattungsgemäßen Bauart die während des Förderhubs auftretende, systembedingt drehzahlabhängige Einspritz- bzw. Spitzendruckänderung zur Erzielung einer optimalen Leistung im gesamten Drehzahlbereich und zur Verbesserung der Geräusch- und Emissionswerte in Abhängigkeit von der Drehzahl zu steuern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Diese Lösung hat den Vorteil, durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung die Hubbewegung des Pumpenkolbens im Sinne einer mindestens in einem weiten Drehzahlbereich konstanten oder einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf angepaßten Kolbengeschwindigkeit beeinflussen zu können, wobei eine dabei auftretende zu groß oder ungewollte Förderbeginnänderung durch die Korrekturvorrichtung kompensierbar oder auf einen vorbestimmten, von der Drehzahl und gegebenenfalls weiteren Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine abhängigen Wert korrigierbar ist. Eine genaue und flexible Steuerung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und exakte Anpassung an die die Einspritzung beeinflussenden Parameter ist dadurch erzielbar, daß die Steuereinrichtung und die Korrekturvorrichtung von einer elektronischen Regeleinrichtung gesteuert werden, wobei alle Betriebsdaten wie z. B. Drehzahl, Last, Ladedruck, Atmosphärendruck, Luft- und Motortemperatur usw., gegebenenfalls nach einem Kennfeldprogramm mit der erforderlichen Genauigkeit eingegeben und berücksichtigt werden können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind konstruktive Ausgestaltungen, Verbesserungen und vorteilhafte Weiterbildungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung möglich. So ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands gemäß Anspruch 2 die Korrektur der Kolbengeschwindigkeit dadurch möglich, daß durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung der beim Förderhub des Pumpenkolbens wirksame Bereich am Antriebsnocken in einer solchen Richtung verlagert wird, daß der Pumpenkolben bei niedriger Drehzahl in einem Bereich hoher spezifischer Kolbengeschwindigkeit und bei hoher Drehzahl in einem Bereich niedriger spezifischer Kolbengeschwindigkeit fördert, wobei gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3 als Korrekturvorrichtung ein die Steuerwelle mit einer Antriebswelle des Motors verbindender und die gegenseitige Drehlage beider Wellen in Abhängigkeit von der Drehzahl ändernder Wellenversteller dient.

Bei einer gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 ausgebildeten Kraftstoffeinspritzeinrichtung dient als wesentliches Bauteil der Korrekturvorrichtung ein als Rollenstößel ausgebildeter, quer zu seiner Antriebsrichtung verschiebbarer Antriebsstößel, wodurch auf einfache Weise die ungewollte Förderbeginnänderung kompensier- oder korrigierbar ist. Aus der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung J 2 951 ist an sich eine Kraftstoffeinspritzpumpe bekannt, die als wesentliches Bauteil einer Korrekturvorrichtung einen quer zu seiner Antriebseinrichtung verschiebbaren, als Rollenstößel ausgebildeten Antriebsstößel aufweist, der dort allerdings ausschließlich einer in Rasten von Hand verstellbaren Förderbeginnänderung zur Anpassung an verschiednen Kraftstoffe dient.

Ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem erweiterten Oberbegriff des Anspruchs 5 entsprechend der zum Stand der Technik genannten, dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundegelegten DE-OS 25 58 699 mit einem zweiteiligen, aus Förderkolben und Ausweichkolben bestehenden Pumpenkolben ausgestattet, dessen Förderkolben mit einer schrägen Steuerkante zur Bestimmung des Förderbeginns und mit einer Verstelleinrichtung zu seinem Verdrehen versehen ist, so ist die erwünschte Korrektur der Kolbengeschwindigkeit in vorteilhafter Weise durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs 5 festgelegten Merkmale erzielbar, wobei durch die die Verdrehung des Förderkolbens bewirkende Verstelleinrichtung der während des Förderhubs wirksame Bereich am Antriebsnocken derart steuerbar ist, daß das Produkt aus spezifischer Hubgeschwindigkeit und Drehzahl bei sich ändernder Drehzahl mindestens annähernd konstant bleibt oder einem vorgegebenen Verlauf anpaßbar ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der gemäß dem erweiterten Oberbegriff des Anspruchs 6 mit einem an sich aus der DE-PS 9 58 440 bekannten, auf einem Exzenter einer drehzahlabhängig von einem Stellglied der Steuereinrichtung verdrehbaren Verstellwelle der Antriebsvorrichtung gelagerten Schwinghebel ausgestatteten Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen dieses Anspruchs die zur Steuerung des Einspritzdrucks erforderliche Korrektur der Kolbengeschwindigkeit durch eine Übersetzungsänderung im Antrieb vorgenommen, wobei der während des Förderhubes des Pumpenkolbens wirksame Bereich am Antriebsnocken unabhängig von der Drehzahl im wesentlichen der gleiche bleibt. Die durch den Exzenterhub verursachte Förderbeginnänderung wird durch die nockenförmige Erhebung am Druckballen kompensiert oder mindestens annähernd ausgeglichen. Diese nockenförmige Erhebung kann gemäß Anspruch 7 vorteilhafterweise auch so ausgebildet sein, daß neben dem Ausgleich der zwangsläufig erfolgenden Hubbewegung des am Druckstößel angreifenden Hebelarms des Schwinghebels eine drehzahlabhängige Förderbeginnverschiebung durch die Steuereinrichtung erzielbar ist.

Eine vollkommen von der Steuereinrichtung unabhängige Förderbeginnänderung ist durch die Kombination der in Anspruch 8 festgelegten Merkmale erzielbar.

Die Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels mit einer im Querschnitt dargestellten, als Pumpe-Düse ausgebildeten Einspritzpumpe,

Fig. 2 eine Pumpe-Düse mit Steuereinrichtung und Korrekturvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 das dritte Ausführungsbeispiel und

Fig. 4 ein Nockenhub- und Kolbengeschwindigkeitsdiagramm.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist mit 10 eine mechanisch angetriebene Pumpe-Düse bezeichnet, die im wesentlichen aus einer von einer Antriebsvorrichtung 11 angetriebenen, als Kolbenpumpe ausgebildeten Einspritzpumpe 12 und einer mit dieser zusammengebauten, als druckgesteuertes Einspritzventil ausgebildeten Einspritzdüse 13 besteht. Der mit 14 bezeichnete Pumpenkolben ist in einem Pumpenzylinder 15 geführt und besteht aus zwei über ei­ nen als hydraulischer Stößel dienenden mit Flüssigkeit gefüllten Ausgleichsraum 16 gekuppelten Kolben 17 und 18, von denen der antriebsseitige als Förderkolben 17 und der andere als Ausweichkolben 18 bezeichnet werden. Der Förderkolben 17 arbeitet mit einem Druckstößel 19 zusammen, der entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 21 von einem Schwinghebel 22 der Antriebsvorrichtung 11 betätigt wird.

Der Schwinghebel 22 ist auf einer im Zylinderkopf des Motors befestigten Achse 23 gelagert und wird von einem Antriebsnocken 24 über einen als Rollenstößel ausgebildeten Antriebsstößel 25 und eine Druckstange 26 angetrieben. Der Antriebsnocken 24 ist auf einer Steuerwelle 27 befestigt, die unter Zwischenschaltung eines bekannten, vorzugsweise elektro-hydraulisch angetriebenen Wellenverstellers 28 mit einer synchron zur Motorkurbelwelle umlaufenden Antriebswelle 29 verbunden ist. Der Förderkolben 17 ist an seiner dem Ausgleichsraum 16 zugewandten Stirnfläche mit einer schrägen Steuerkante 31 versehen, die zur Steuerung des Förderbeginns mit einer Steueröffnung 32 in der Wand des Pumpenzylinders 15 zusammenarbeitet, und er ist über eine als drehzahlabhängige Steuereinrichtung dienende Verstelleinrichtung 33 verdrehbar, die in bekannter Weise im wesentlichen aus einem Verstellritzel 34, einer Regelstange 35 und einem drehzahlabhängig die Regelstange 35 betätigenden Steuergerät 36 besteht.

Als Sperrflüssigkeit für den als hydraulischer Stößel dienenden Ausgleichsraum 16 zwischen den beiden Kolben 17 und 18 dient über eine Leitung 37 und die Steueröffnung 32 zugeführter, unter Vorförderpumpendruck stehender Kraftstoff, der einer als Kraftstoffzumeßeinrichtung dienenden Verteilereinspritzpumpe 38 entnommen wird. Der Kraftstoff wird der Verteilerpumpe 38 in bekannter und deshalb nicht näher dargestellter Weise von einer Vorförderpumpe über eine Förderleitung 39 zugeführt, und die Verteilerpumpe 38 versorgt in den Spritzpausen einen mit 41 bezeichneten Pumpenarbeitsraum unterhalb des Ausweichkolbens 18 über eine ihrer mit je einem Füllventil 42 versehenen Fülleitungen 43 mit einer genau zugemessenen Kraftstoffmenge. Als Kraftstoffzumeßeinrichtung kann jede beliebige, bekannte eine genau zugemessene Kraftstoffmenge unter relativ niedrigem Druck fördernde Einrichtung dienen. Die Verteilerpumpe 38 ist mit einem elektrischen Regler 44 versehen, der, wie auch das Steuergerät 36 und der Wellenversteller 28, von einer elektronischen Regeleinrichtung 45 angesteuert wird.

Die elektronische Regeleinrichtung 45 enthält in bekannter Weise einen Drehzahl- oder Füllungsregler, dessen Sollwert von einem Fahrpedal 46 eingegeben wird, und der ein Drehzahlsignal A eines auf der Antriebswelle der Verteilerpumpe 38 befestigten Drehzahlgebers 47 verarbeitet.

Der von einer Stirnfläche 51 des Ausweichkolbens 18 begrenzte Pumpenarbeitsraum 41 ist mittels eines Ringraumes 52 und einer an den Ringraum 52 angeschlossenen Druckleitung 53 mit einem Druckraum 54 der Einspritzdüse 13 verbunden, in dem in bekannter Weise der Kraftstoffdruck die Druckschulter einer Ventilnadel 55 beaufschlagt und letztere entgegen der Kraft einer Ventilfeder 56 im Öffnungssinne bewegt, wodurch der aus dem Pumpenarbeitsraum 41 verdrängte Kraftstoff während des Förderhubes des Pumpenkolbens 14 durch Düsenbohrungen 57 in den Motorzylinder eingespritzt wird. Ein die Ventilfeder 56 umgebender Federraum 60 ist über eine Leckbohrung 58 an eine drucklose Rücklaufleitung 59 angeschlossen, welche zum nicht dargestellten Tank der Einspritzanlage zurückführt oder, falls erwünscht, in die unter Vorförderpumpendruck stehende Leitung 37 mündet. An die Rücklaufleitung 59 ist auch eine Entlastungsleitung 61 angeschlossen, die von einem in die Wand des Pumpenzylinders 15 eingearbeiteten Ringraum 62 ausgeht und der Entlastung des Druckraums 54 und der Druckleitung 53 der Einspritzdüse 13 dient, wenn zugleich mit oder kurz nach Beendigung der Pumpenförderung durch Abschluß des Ringraums 52 durch die Stirnfläche 51 des Ausweichkolbens 18 der Ringraum 52 durch eine dann mit diesem in Verbindung gelangende erste Ringnut 63, einen Entlastungskanal 64 und eine zweite Ringnut 65 am Ausweichkolben 18 mit dem Ringraum 62 im Pumpenzylinder verbunden wird. Nach Abschluß der Verbindung vom Pumpenarbeitsraum 41 zur Druckleitung 53 wird durch eine dem Ausgleichsraum 16 zugewandte Stirnfläche 66 am Ausweichkolben 18 ein Verbindungskanal 67 aufgesteuert, durch den der als hydraulischer Puffer dienende, im Ausgleichsraum 16 eingesperrte Kraftstoff in die Leitung 37 entweichen kann, so daß der Ausweichkolben 18 seinen Pumphub beendet, der Förderkolben 17 aber einen vom Antriebsnocken 24 vorgegebenen Pumphub bis zum Hubende fortsetzen kann.

Bei der beschriebenen Pumpe-Düse 10 dient die Steuereinrichtung 33 nicht, wie üblich, in erster Linie der Änderung des Förderbeginns, sondern durch die drehzahlabhängig von dem Steuergerät 36 gesteuerte Verdrehung des Förderkolbens 17 und durch die entsprechende Lage der schrägen Steuerkante 31 wird der während des Förderhubes des Pumpenkolbens 14 wirksame Bereich am Antriebsnocken 24 vorgewählt und die dabei erfolgende Förderbeginnänderung wird durch den hier als Korrekturvorrichtung dienenden Wellenversteller 28 zurückverstellt, d. h. kompensiert oder auf einen von der Regeleinrichtung 45 in Abhängigkeit von Betriebsgrößen des Motors vorbestimmten Wert korrigiert. Das Zusammenwirken der Steuereinrichtung 33 und der Korrekturvorrichtung 28 wird weiter hinten bei der Beschreibung der Wirkungsweise und anhand der Fig. 4 noch näher erläutert.

In Fig. 2 ist lediglich die mit 10′ bezeichnete Pumpe-Düse und die mit 11′ bezeichnete Antriebsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels dargestellt. (Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 sind gleiche Teile gleich bezeichnet und gleiche jedoch in ihrer Funktion veränderte oder gleichwirkende Teile mit einem Indexstrich verse­ hen.)

Kolbenpumpe 12 und Einspritzdüse 13 sind mit denen von Fig. 1 identisch, und die mit 31′ bezeichnete schräge Steuerkante am Förderkolben 17′ hat eine gegenüber der Steuerkante 31 in Fig. 1 gleiche Funktion, wie weiter hinten näher ausgeführt wird. Die Verstelleinrichtung 33′ dient auch hier als Steuereinrichtung und wird von einem Steuergerät 71 betätigt.

Der Schwinghebel 22 der Antriebsvorrichtung 11′ wird über die Druckstange 26 von einem als Antriebsstößel dienenden Rollenstößel 72 am Ende eines auf einem Exzenter 73 schwenkbar gelagerten Antriebshebels 74 betätigt und der Antriebshebel 74 ist Teil einer drehzahlabhängig arbeitenden Korrekturvorrichtung 75, deren Exzenter 73 über einen Hebel 76 von einem durch ein Magnetventil 77 mit Hydraulikdruck versorgten Kolbenstellglied 78 zur Lageänderung des Rollenstößels 72 verschwenkbar ist. Ein entgegen einer Feder 79 arbeitender Kolben 81 wird durch vom Magnetventil 77 in einen Druckraum 82 zugeführte Druckflüssigkeit in eine vom zugehörigen Steuergerät vorbestimmte Lage verstellt, die über einen Weggeber 83 zurückgeführt und damit geregelt wird. Die in den Druckraum 82 zugeführte Druckflüssigkeit fließt über eine Rückströmdrossel 84 ab.

Die durch Verdrehen des Exzenters 73 bewirkte Verschiebung des Rollenstößels 72 quer zu seiner Hubrichtung ergibt einen veränderten wirksamen Winkelbereich für die Pumpenförderung mittels des Antriebsnockens 24 und kompensiert die ungewollte Förderbeginnverschiebung durch die Steuereinrichtung 33′. So entspricht in diesem Beispiel nach Fig. 2 die Korrekturvorrichtung 75 funktionell der Korrekturvorrichtung 28 und die Steuereinrichtung 33′ der Steuereinrichtung 33 in Fig. 1.

Das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel weist eine Pumpe-Düse 10′′′ auf, deren Pumpenkolben 14′′′ mit seinem ebenfalls eine schräge Steuerkante 31′′′ aufweisenden Förderkolben 17′′′ von einem als Rollenstößel ausgebildeten Druckstößel 19′′′ angetrieben wird. Kolbenpumpe 12′′′ und Einspritzdüse 13 sind identisch mit denen aus Fig. 1, nur das mit 101 bezeichnete Steuergerät der Verstelleinrichtung 33′′′ dient hier in bekannter Weise einer von der Regeleinrichtung 45 steuerbaren Förderbeginnverstellung. Die mit 11′′′ bezeichnete Antriebsvorrichtung weist einen Schwinghebel 22′′′ auf, der auf einem auf einer Verstellwelle 102 befestigten Exzenter 103 schwenkbar gelagert ist. Der Antrieb des Schwinghebels 22′′′ erfolgt über die Druckstange 26 und den Antriebsstößel 25 durch den auf der Steuerwelle 27 befestigten Antriebsnocken 24. Der Stellweg des Exzenters 103 ist über einen Stellhebel 104 durch eine drehzahlabhängig von der Regeleinrichtung 45 geregelte Steuereinrichtung 105 verdrehbar, wodurch die wirksame Länge L eines mit einem Druckballen 106 am Druckstößel 19′′′ angreifenden Hebelarms 107 des Schwinghebels 22′′′ verändert werden kann. Diese Änderung erfolgt so, daß bei größer werdender Drehzahl dieser Hebelarm 107 verkleinert und bei kleiner werdender Drehzahl vergrößert wird. Durch die damit erzielte Änderung der Hebelübersetzung des Schwinghebels 22′′′ wird die Kolbengeschwindigkeit des Pumpenkolbens 14 vergrößert oder verkleinert, um bei wechselnder Drehzahl entweder eine konstante Kolbengeschwindigkeit einzuhalten oder die Kolbengeschwindigkeit einem vorbestimmten Geschwindigkeitsverlauf anzupassen. Da bei Verlagerung des mit 108 bezeichneten Exzentermittelpunktes bei festgelegter Lage des Antriebsnockens 24 der Druckballen 106 eine Hubbewegung ausführt, die bei nicht geregeltem Förderkolben 17′′′ zu einer Spritzbeginnänderung führen würde, ist der Druckballen 106 mit einer nockenförmigen Erhebung 109 ausgestat­ tet, durch welche die beim Verdrehen des Exzenters 103 zwangsläufig erfolgende Hubbewegung des Hebelarms 107 ausgeglichen wird. Ist neben dem Ausgleich der zwangsläufig erfolgenden Hubbewegung des am Druckstößel 19′′′ angreifenden Hebelarms 107 eine der drehzahlabhängigen Förderbeginnverschiebung dienende Änderung der den Förderbeginn bestimmenden Hublage des Pumpenkolbens 14′′′ erwünscht, dann kann die nockenförmige Erhebung 109 am Druckballen 106 mit einer entsprechenden Kurvenbahn versehen werden. Der Druckballen 106 dient somit als Korrekturvorrichtung.

Wird die Spritzbeginnkorrektur nicht vom Druckballen 106 vorgenommen, dann kann auch wie beim Beispiel in Fig. 2, die vom Steuergerät 101 betätigte Verstelleinrichtung 33′′′ als Korrekturvorrichtung dienen. Da beim Beispiel nach Fig. 3 durch die in der Antriebsvorrichtung 11′′′ vereinigte Steuereinrichtung 105 und den Druckballen 106 als Korrekturvorrichtung die erwünschte Geschwindigkeitsänderung des Pumpenkolbens 14′′′ steuerbar ist, ist in diesem Fall die Bauart der Pumpe-Düse von untergeordneter Bedeutung und nur von zusätzlichen Forderungen, wie separater Mengen- und Förderbeginnregelung, abhängig.

Fig. 4 enthält ein Nockenhub- und Kolbengeschwindigkeitsdiagramm für sämtliche in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die ausgezogen gezeichnete sinusförmige Kurve a stellt den über dem Nockendrehwinkel α in der Ordinate aufgetragenen Nockenhub dar und die gestrichelte Kurve b den ebenfalls über dem Nockendrehwinkel α in der Ordinate aufgetragenen Geschwindigkeitsverlauf v der Pumpenkolben 14 und 14′ bei festgelegter Übersetzung am Schwinghebel 22. Die strichpunktierten Kurven c und d stellen Geschwindigkeitskurven des Kolbens 14′′′ aus Fig. 3 dar. Die niedrige Kolbengeschwindigkeit c tritt am Kolben 14′′′ bei verkürzter wirksamer Länge L am Hebelarm 107 des Schwinghebels 22′′′ auf, und zwar bei hohen Drehzahlen; während die höhere Kolbengeschwindigkeit nach der Kurve d bei kleineren Drehzahlen einstellbar ist. Nachfolgend wird die Funktion der drei Ausführungsbeispiele anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert:

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel wird der einzuspritzende Kraftstoff von der als Zumeßeinrichtung dienenden Verteilerpumpe 38 über die Fülleitung 43 und das Füllventil 42 in den Pumpenarbeitsraum 41 vorgelagert. Dabei verschiebt sich der Ausweichkolben 18 entsprechend der vorgelagerten Einspritzmenge in Richtung auf den Förderkolben 17 zu. Dreht sich nun der Arbeitsnocken 24 entgegen dem Uhrzeigersinn, so bewegt sich der Förderkolben 17 auf den Ausweichkolben 18 zu und verdrängt Kraftstoff aus dem Ausgleichsraum 16 in die Leitung 37, bis die Steuerkante 31 die Steueröffnung 32 abschließt. Dieser Punkt ist beispielsweise bei niedriger Geschwindigkeit beim Nockenwinkel α₁ (Fig. 4) erreicht. Bei sich weiter drehendem Nocken 24 dient der im Ausgleichsraum 16 jetzt eingesperrte Kraftstoff als hydraulischer Stößel und treibt den Ausweichkolben 18 an. Dabei wird der zugemessene Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 41 über die Druckleitung 53 zum Druckraum 54 verdrängt und bei geöffneter Ventilnadel 55 über die Düsenbohrungen 57 in den Zylinder des Motors eingespritzt. Beim Nockenwinkel α₂ in Fig. 4 wird durch die Stirnfläche 51 des Ausweichkolbens 18 die untere Begrenzungskante des Ringraums 52 abgeschlossen, die Pumpenförderung ist beendet und der Druckraum 54 an der Einspritzdüse 13 wird über den Entlastungskanal 64 und die Entlastungsleitung 61 zur Rücklaufleitung 59 hin entlastet. Zugleich damit oder kurz danach steuert die zweite Stirnfläche 66 des Ausweichkolbens 18 den Verbindungskanal 67 auf, und der Ausweichkolben 18 beendet seinen Pumphub. Während des Resthubs des Förderkolbens 17 wird Kraftstoff aus dem Ausgleichsraum 16 über den Verbindungskanal 67 zur Leitung 37 verdrängt.

In Fig. 4 ist der beschriebene Hubbereich am Antriebsnocken 24 durch den dick ausgezogenen Abschnitt a₁ auf der Kurve a dargestellt. Die zugehörige Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens liegt dann zwischen v₁ und v₂.

Steigert der Motor seine Drehzahl und drehen sich damit die Antriebswelle 29 und die Steuerwelle 27 schneller, dann wird entsprechend dem vom Drehzahlgeber 47 in die Regeleinrichtung 45 eingegebenen Drehzahlsignal A die Verstelleinrichtung 33 des Förderkolbens 17 über das drehzahlabhängig arbeitende Steuergerät 36 in dem Sinne betätigt, daß die Pumpenförderung in einem Nockenbereich zwischen den Nockenwinkeln α₃ und α₄ stattfindet. Ohne den als Korrekturvorrichtung dienenden Wellenversteller 28 würde ein auf α₃ zurückgenommener Spritzbeginn am Motor in der Regel zu einem unzulässig frühen Spritzbeginn führen. Um diese Verschiebung auszugleichen, wird zugleich mit dem Steuergerät 36 auch der Wellenversteller 28 von der Regeleinrichtung 45 drehzahlabhängig angesteuert und die Drehlage der Steuerwelle 27 gegenüber der Antriebswelle 29 um den Differenzbetrag zwischen den Winkeln α₁ und α₃ zurückverstellt.

Wie bereits weiter vorne ausgeführt, kann eine gewünschte drehzahl- oder lastabhängige Förderbeginnverstellung durch entsprechende Korrektur des Steuersignals für den Wellenversteller 28 gesteuert werden. Ebenso kann durch die Regeleinrichtung 45 anstelle einer Kompensation der bei der Drehzahländerung auftretenden Hubgeschwindigkeit auch eine einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf angepaßte Korrektur der Kolbengeschwindigkeit gesteuert werden. Die im entsprechenden Nockenbereich, z. B. a₁, auf den Pumpenkolben 14 übertragene Kolbengeschwindigkeit ändert sich zwischen v₁ und v₂, wobei die jeweils höchste Geschwindigkeit den Spitzendruck in der Einspritzanlage bestimmt. Der Spitzendruck kann annähernd konstant gehalten werden, wenn der beim Förderhub des Pumpenkolbens 14 wirksame Bereich im Antriebsnocken 24 in der Weise verlagert wird, daß der Pumpenkolben 14 bei niedriger Drehzahl in dem Bereich a₁, einem Bereich hoher spezifischer Kolbengeschwindigkeit, und bei hoher Drehzahl in dem Bereich a₂, einem Bereich niedriger spezifischer Kolbengeschwindigkeit, för­ dert.

Wie bereits vorne zu Fig. 2 ausgeführt, dient beim zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung 33′ der Auswahl des wirksamen Nockenbereichs, z. B. a₁ oder a₂, die notwendige Förderbeginnkorrektur wird von der Korrekturvorrichtung 75 vorgenommen, die die Funktion des Wellenverstellers 28 aus Fig. 1 ausübt.

Bei dem nach einem anderen Prinzip arbeitenden dritten Ausführungsbeispiel in Fig. 3 ändert sich der wirksame Nockenbereich am Antriebsnocken 24 nicht, sondern die erforderliche Kolbengeschwindigkeitsänderung wird durch Übersetzungsänderung in der Antriebsvorrichtung 11′′′ erzielt. Fördert der Pumpenkolben 14′′′ dieser Einspritzeinrichtung z. B. zwischen dem Nockenwinkeln α₁ und α₂ (siehe Fig. 4) und läuft der Motor langsam, dann wird eine Übersetzung des Schwinghebels 22′′′ eingestellt, die z. B. eine erhöhte Kolbengeschwindigkeit entsprechend der Kurve d ergibt, so daß der Pumpenkolben eine auf eine Geschwindigkeit zwischen v₃ und v₄ vergrößerte spe­ zifische Kolbengeschwindigkeit erfährt. Bei hohen Drehzahlen wird diese spezifische Kolbengeschwindigkeit z. B. auf die durch die Kurve c festgelegten Werte herabgesetzt, so daß das Produkt aus spezifischer Kolbengeschwindigkeit und Drehzahl bei sich ändernder Drehzahl mindestens annähernd konstant bleibt oder einem vorgegegebenen Verlauf angepaßt ist. Da bei der von der Steuereinrichtung 105 bewirkten Übersetzungsänderung durch die weitere vorne beschriebene Verlagerung des Exzentermittelpunktes 108 eine ungewollte Förderbeginnänderung auftreten würde, wird diese bei diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 entweder durch die beschriebene Formgebung des als Korrekturvorrichtung dienenden Druckballens 106 am Schwinghebel 22′′′ und/oder durch die dann auch als Korrekturvorrichtung dienende Verstelleinrichtung 33′′′ kompensiert oder zumindest korrigiert.

Claims (8)

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen, mit einer Einspritzpumpe, die einen während seines Förderhubes mechanisch über einen Druckstößel einer Antriebsvorrichtung von einem Antriebsnocken einer Steuerwelle angetriebenen und in einem Pumpenzylinder geführten Pumpenkolben aufweist und deren Antriebsnocken einen über den Nockendrehwinkel ansteigenden Geschwindigkeitsverlauf steuert, und mit einer drehzahlabhängig arbeitenden, in die Antriebsvorrichtung des Pumpenkolbens eingreifenden Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer die systembedingt drehzahlabhängige Einspritzdruckänderung mindestens teilweise ausgleichenden oder einem gewünschten Verlauf anpassenden Korrektur der Kolbengeschwindigkeit durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung (33; 33′; 105) die beim Förderhub des Pumpenkolbens (14; 14′; 14′′′) vom Antriebsnocken (24) auf den Pumpenkolben (14; 14′; 14′′′) übertragene Hubbewegung derart beeinflußt wird, daß die sonst sich proportional zur Motordrehzahl ändernde Kolbengeschwindigkeit mindestens annähernd konstant bleibt oder einem gewünschten Geschwindigkeitsverlauf angepaßt wird, und daß durch eine Korrekturvorrichtung (28; 75; 106 und/oder 33′′′) eine von der Steuereinrichtung (33; 33′; 105) bewirkte ungewollte Förderhub- bzw. Förderbeginnänderung kompensiert oder auf einen vorbestimmten, von der Drehzahl und gegebenenfalls weiteren Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine abhängigen Wert korrigiert wird, wobei die Steuereinrichtung (33; 33′; 105) und die Korrekturvorrichtung (28; 75; 106, 33′′′) von einer elektronischen Regeleinrichtung (45) angesteuert werden.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die drehzahlabhängig arbeitende Steuereinrichtung (33, 33′) der beim Förderhub des Pumpenkolbens (14, 14′) wirksame Bereich (a₁, a₂ in Fig. 4) am Antriebsnocken (24) in einer solchen Richtung verlagert wird, daß der Pumpenkolben (14, 14′) bei niedriger Drehzahl in einem Bereich (a₁) hoher spezifischer Kolbengeschwindigkeit und bei hoher Drehzahl in einem Bereich (a₂) niedriger spezifischer Kolbengeschwindigkeit fördert (Fig. 1, 2 und 4).

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturvorrichtung ein die Steuerwelle (27) mit einer Antriebswelle (29) des Motors verbindender und die gegenseitige Drehlage beider Wellen ändernder Wellenspritzversteller (28) dient (Fig. 1).

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, mit einem zwischen dem Antriebsnocken der Steuerwelle und dem Druckstößel für den Pumpenkolben angeordneten Schwinghebel und mit einem Antriebsstößel zwischen Antriebsnocken und Schwinghebel, dadurch gekennzeichnet, daß als wesentliches Bauteil der Korrekturvorrichtung (75) der als Rollenstößel (72) ausgebildete, quer zu seiner Antriebsrichtung verschiebbare Antriebsstößel dient (Fig. 2).

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, mit einem zweiteiligen, aus einem Förderkolben und einem Ausweichkolben bestehenden Pumpenkolben, dessen beide Kolben zwischen sich einen als hydraulischer Stößel dienenden und mit Flüssigkeit gefüllten Steueröffnung in der Wand des Pumpenzylinders zusammenarbeitende schräge Steuerkante am Förderkolben absperrbar, während des Förderhubs geschlossen und zur Beendigung des Förderhubs durch den Ausweichkolben entlastbar ist, sowie mit einer Verstelleinrichtung zum Verdrehen des Förderkolbens und mit einer eine zugemessene Kraftstoffmenge in einem vom Ausweichkolben beaufschlagten Pumpenarbeitsraum vorlagernden Kraftstoffzumeßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als drehzahlabhängige Steuereinrichtung (33, 33′) die die Verdrehung des Förderkolbens (17, 17′) bewirkende, von einem Steuergerät (36, 71) betätigbare Verstelleinrichtung dient, durch welche über eine Änderung der Drehlage der schrägen Steuerkante (31, 31′) am Förderkolben (17, 17′) der während des Förderhubs wirksame Bereich (a₁, a₂ in Fig. 4) am Antriebsnocken (24) festgelegt wird (Fig. 1 und 2).

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, mit einem zwischen dem Antriebsnocken der Steuerwelle und dem Druckstößel für den Pumpenkolben angeordneten und auf einem Exzenter einer drehzahlabhängig von einem Stellglied der Steuereinrichtung verdrehbaren Verstellwelle der Antriebsvorrichtung gelagerten Schwinghebel, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageänderung des Exzenters (103) beim Verdrehen der Verstellwelle (102) im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Schwinghebels (22′′′) erfolgt und die wirksame Länge (L) des mit einem Druckballen (106) am Druckstößel (19′′′) angreifenden Hebelarms (107) des Schwinghebels (22′′′) bei größer werdender Drehzahl verkleinert und bei kleiner werdender Drehzahl vergrößert wird und daß der Druckballen (106) als Korrekturvorrichtung dient und mit einer nockenförmigen Erhebung (109) versehen ist, durch welche die beim Verdrehen des Exzenters (103) zwangsläufig erfolgende Hubbewegung dieses Hebelarms (107) mindestens annähernd ausgleichbar ist (Fig. 3).

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nockenförmige Erhebung (109) am Druckballen (106) so ausgebildet ist, daß neben dem Ausgleich der zwangsläufig erfolgenden Hubbewegung des am Druckstößel (19′′′) angreifenden Hebelarms (107) eine zusätzliche drehzahlabhängige Änderung der den Förderbeginn bestimmenden Hublage des Pumpenkolbens (14′′′) durch die Steuereinrichtung (105) erzielbar ist.

8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7 in Verbindung mit einer Ausbildung der Einspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verstelleinrichtung (33′′′) des Förderklobens (17′′′) der Förderbeginn der Einspritzpumpe (12′′′) unabhängig von der durch die Steuereinrichtung (105) bewirkten Kolbengeschwindigkeitssteuerung in frei wählbarer Abhängigkeit von Betriebskenngrößen des Motors steuerbar ist (Fig. 4).