DE3142980A1 - Kraftstoffeinspritz- und pumpvorrichtung - Google Patents

Description

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Anmelder; LUCAS INDUSTRIES LIMITED, Great King Street, Birmingham, Bl,9* 2XF, England

Bezeichnung der

Erfindung: Kraftstoffeinspritz- und Pumpvorrichtung

Beschreibung ι

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritz- und Pumpvorrichtung zur Förderung von flüssigem Kraftstoff zu Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung mit einer Einspritzpumpe zur Zuführung von Kraftstoff in zeitlicher bzw. drehzahlmäßiger Abhängigkeit von der Brennkraftmaschine, mit einer Niederdruckspeisepumpe zur Zuführung von Kraftstoff zu der Einspritzpumpe, mit einem Bauteil, das eine Fläche bildet, gegen die Kraftstoff unter Druck von der Speisepumpe wirkt, um die Menge des bei jedem Einspritztakt der Einspritzpumpe geförderten Kraftstoffes zu regeln, mit einem elektrisch betätigten Ventilmittel· zur Regelung des Kraftstoffdruckes und mit einem elektronischen Regelsystem, das auf verschiedene Arbeitsparameter der Brennkraftmaschine anspricht, um die Tätigkeit des Ventilmittels zu regeln.

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Bei solchen Vorrichtungen ist es allgemeine Praxis, in der Äußerbetriebsstellung der Vorrichtung für deren einzelnen Teile eine Stellung zu wählen, aus der heraus beim Anlassen des zugehörigen Motors sofort eine maximale Kraftstoff-Förderung möglich ist. Hierzu wird das für die gattungsgemäße Vorrichtung genannte Bauteil mit der vom Kraftstoff beaufschlagten Fläche von einem Federmittel beeinflußt; bei einem Ansteigen des Kraftstoffdruckes wird das Bauteil gegen die Wirkung des Federmittels bewegt, um die Menge des zugeführten Kraftstoffes zu verringern. Der Vorteil dieser Lösung gegenüber einer Lösung bei der das Bauteil federnd in seiner Stellung für minimale Kraftstoff-Förderung gehalten wird, ist der, daß keine Verzögerung bei der Förderung einer wesentlichen Kraftstoffmenge gegeben ist, weil keine Notwendigkeit besteht, einen ausreichenden Kraftstoffdruck aufzubauen, ehe mit der Kraftstoff-Förderung begonnen werden kann.

Es ist wünschenswert und am Ende sogar als notwendig anzusehen, für einige Hersteller von Brennkraftmaschinen ein Sicherheitssystem vorzusehen, durch das der Motor bzw. die Brennkraftmaschine innerhalb von Sicherheitsgrenzen betrieben werden kann, wenn das elektronische System ausfällt. Ein solches Sicherheitssystem sollte bei seinem Einsatz nicht zu einer Überfunktion führen, die die Bedienungsperson des Motors veranlassen könnte, an dem Sicher

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heitssystem, insbesondere dem elektronischen Regelsystem tätig zu werden. Darüberhinaus sollte das Sicherheitssystem in der Lage sein,, die Leerlaufdrehzahl des Motors zu regeln.

Gemäß der Erfindung schließt die gattungsgemäße Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe im Ventilmittel ein Ventilglied mit einer Fläche ein, die dem Ausgangsdruck der Speisepumpe unterworfen ist, wobei das Ventilglied bei ansteigendem Druck verstellt wird, um den auf die Fläche wirkenden Druck zu erhöhen, wobei ein Federmittel auf das Ventilglied einwirkt, um der Bewegung des Ventilgliedes unter der Druckeinwirkung entgegenzuwirken und wobei schließlich ein manuell zu betätigendes Mittel vorgesehen ist, um die von dem Federmittel ausgeübte Kraft verändern zu können.

Beispiele einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Anordnung sind nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Mittellängsschnitt der Vorrichtung, wie sie in den weiteren Figuren schematisch dargestellt ist und

Fig. 2,3 und 4 die Anwendung verschiedener Sicherheits-. systeme bei der Vorrichtung zu Fig. 1. -

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Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung ein Gehäuse 10 auf, das aus zwei Teilen 11 und 12 besteht. Das Gehäuseteil 11 ist mit Tragarmen 13 mit Öffnungen versehen, mit denen das Gehäuse dem zugehörigen Motor zugeordnet werden kann. In dem Gehäuseteil 11 ist eine Antriebswelle 14 drehbar gelagert, die mit einem drehenden Teil des zugehörigen Motors gekuppelt ist, sodaß die Welle synchron mit dem Motor umläuft. Die Antriebswelle erstreckt sich in eine, im wesentlichen zylindrische Kammer 15 und ist mit einem tassenförmig erweiterten Abschnitt 14a innerhalb der Kammer versehen. In dem Abschnitt 14a ist ein Paar diametral einander gegenüberliegender Schlitze 16 vorgesehen. Außerdem ist der Abschnitt 14a hohl ausgebildet. Das offene Ende des erweiterten Abschnittes ist auf einem Zapfen 17 gelagert, der von dem Teil 12 des Gehäuses 10 gebildet wird. Der übrige Teil der Innenfläche des erweiterten Abschnittes ist konisch erweitert, wobei der Zweck dieses Merkmales noch erläutert wird.

Die Antriebswelle ist außerdem mit einer Gegenbohrung 18 versehen und es ist eine Öldichtung 19 am äußeren Ende des Gehäuseteiles 11 vorgesehen, die mit der Antriebswelle zusammenwirkt. Diese wird von einem Gleitlager 20 getragen. Gegen axiale Bewegungen ist die Antriebswelle durch Druek-

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flächen gesichert, die mit den Endflächen des erweiterten Abschnittes der Welle zusammenwirken. Im einen Fall ist die Druckfläche unmittelbar von dem Teil 12 des Gehäuses gebildet, während sie im anderen Fall durch eine Scheibe gebildet ist, die die Antriebswelle umgibt und die außerdem als Endverschluß für eine Niederdruckspeisepumpe 22 dient. Der Rotor 22a der Speisepumpe ist auf der Antriebswelle angeordnet, während er andererseits Flügel trägt, die mit einer exzentrisch angeordneten Fläche eines Stator— ringes 22b des Teiles 11 des Gehäuses zusammenwirkt.

Die Niederdruckpumpe ist mit einem Kraftstoffeinlaß 23 versehen, der mit einem Kraftstoffeinlaß 23a in einem Gehäuse verbunden ist, das dem Gehäuse 10 zugeordnet ist. Die Niederdruckpumpe ist außerdem mit einem Auslaß 24 und einem Überdruckventil 25 versehen, mit dem der Förderdruck der Pumpe am Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes gehindert wird.

In dem Teil 12 des Gehäuses ist eine zylindrische Bohrung vorgesehen, in der eine Hülse 27 befestigt ist. Die Hülse nimmt ein in Umfangsrichtung und in axialer Richtung verstellbares Verteilerglied 28 auf, das in die Kammer 15 hineinragt und innerhalb der Kammer ein erweitertes Kopf-

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teil aufweist. Innerhalb des Kopfteiles ist eine Querbohrung 29 angeordnet, in der zwei gegen- und auseinander bewegbare Kolben 30 angeordnet sind. Die Bohrung 29 steht mit einem Blindkanal 31 des Verteilergliedes in Verbindung, der an seinem Ende innerhalb des Kopfteiles mit einem Stopfen dicht verschlossen ist. Der Kanal steht mit einem Paar diametral einander gegenüberliegender Längsschlitze im Umfang des Verteilergliedes in Verbindung und ebenso mit einem einzelnen Längsschlitz 33 ebenfalls im Außenumfang des Verteilergliedes. Der Schlitz 33 kann im Wechsel mit jeweils einer von mehreren Auslaßöffnungen 34 in der Hülse in Verbindung gebracht werden, die mit Auslassen 35 in Verbindung stehen, die zu den Einspritzdüsen des zugheörigen Motors führen. Die Schlitze 32 kommen im Wechsel zur Deckung mit Einlaßöffnungen 37 in der Hülse, die sich von einer Umfangsnut 38 nach innen erstrecken, die ihrerseits mit dem Auslaß 24 über ein Ventil 39 in Verbindung steht. Das Ventil 39 ist mittels einer Solenoidvorrichtung 40 zwischen seiner Öffnungs- und seiner Schließstellung verstellbar.

Den Kopfteil des Verteilergliedes 28 umgibt ein Nockenring 4, auf dessen Innenumfang Paare von diametral einander gegenüberliegender Nockenbahnen angeordnet sind. Im Aus-

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führungsbeispiel sind drei Paare von Nockenbahnen angeordnet, weil die Vorrichtung zur Kraftstoffzufuhr zu einer Sechszylindermaschine bestimmt ist. Der Nockenring 41 ist in Umfangsrichtung um die Drehachse des Verteilergliedes verstellbar, wozu eine von einem Druckmittel zu betätigende Verstellvorrichtung 42 vorgesehen ist, die mit dem Nockenring über einen Radialzapfen 43 verbunden ist.

An den äußeren Enden der Kolben sind Stössel bzw. Nocken angeordnet, die über von Nockenschuhen 45 getragene Rollen mit den Nockenbahnen zusammenwirken. In axialer Richtung sind die Stössel relativ zum Verteilerglied durch ein Paar von seitlichen Platten 46,47 gehalten, die ihrerseits an den Seitenflächen des Kopfteiles des Verteilergliedes gehalten sind. Die Seitenplatten sind runde Scheiben mit nach außen gerichteten Abschnitten, die in die Schlitze der Antriebswelle hineinragen. Die in Umfangsrichtung verlaufenden Seitenflächen der Schuhe sind mit in Umfangsrichtung verlaufenden Vorsprüngen 49 versehen, deren radial außen liegende Flächen konisch sind, um mit der konischen Innenfläche des erweiterten Teiles der Antriebswelle zusammenzuwirken.

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Während des Betriebes werden bei Kraftstoffzufuhr zu der Bohrung 29 bei einander überdeckender Nut 32 und Einlaßkanal 37 die Kolben 30 vom Kraftstoffdruck nach außen bewegt. Die dadurch bewirkte nach außen gerichtete Bewegung der Schuhe 45 und der Rollen 44 wird dadurch begrenzt, daß die konischen Flächen von Schuhen und Welle aneinanderstoßen. Durch die axiale Verstellbewegung des Verteilergliedes kann das Ausmaß der Bewegung der Pumpenkolben radial nach außen verändert werden. Auf diese Weise kann die Menge der der Bohrung 29 zugeführten Kraftstoffmenge gesteuert werden, was wiederum eine Steuerung der Menge des Kraftstoffes bewirkt, die durch einen Auslaß 35 gefördert wird, wenn die Kolben 30 von einem Paar der Nocken nach innen bewegt werden.

Die axiale Stellung des Verteilergliedes kann hydraulisch verändert werden. Dies ist durch Veränderung des Druckes innerhalb einer Kammer 50 möglich, die vom Ende der Bohrung und dem Teil 12 des Gehäuses gebildet wird. Das Ende der Bohrung 26 wird durch einen Verschluß verschlossen. Kraftstoff wird der Kammer 50 unter Druck mittels eines Ventiles (Fig. 2) zugeführt. Aus der Kammer kann Kraftstoff abströmen durch eine Drosselöffnung 52, durch die der aus der Kammer austretende Kraftstoff ins Innere der Vorrichtung abströmt.

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Das Ventil 51 wird in seiner Öffnungsstellung mit Vorspannung gehalten und kann durch Zuführung von elektrischem Strom zu einem dem Ventil zugeordneten Solenoid geöffnet werden. Die Zuführung von Strom zu dem Solenoid erfolgt unter dem Einfluß eines elektronischen Steuersystemes 55, dessen Bauweise keine Bedeutung für die Erfindung hat aber beispielsweise aus der GB-PS 1 429 293 entnommen werden kann. Das Verteilerglied steht unter der Vorspannung einer gewickelten Druckfeder 53 innerhalb der Bohrung 18, die zwischen der Antriebswelle und dem Verteilerglied wirkt und das Ver'teilerglied entgegen der Wirkung des Kraftstoffdruckes in der Kammer 50 hält. In der Kammer 50 ist ein Übertragungselement 54 angeordnet, um die Drehzahl des Verteilergliedes festzustellen und ebenso dessen axiale ' Stellung, um die ermittelten Werte dem elektronischen Steuersystem 55 mitzuteilen.

Gemäß Fig. 2 wird Kraftstoff unter Druck vom Ausgang der Speisepumpe 22 über ein Zweiwegeventil 56 entnommen und im Normalbetrieb über das Ventil 56 der Kammer 50 zugeführt, in der der Druck durch entsprechende Einstellung des Ventiles 51 bestimmt wird. Dies geschieht, wie erwähnt, unter dem Einfluß des an sich üblichen elektronischen Steuersystems 55, Im Fall eines Ausfalles des Steuersystemes in der Weise,

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daß das Ventil in seiner Schließstellung verharrt, steigt der Druck in der Kammer 50 an und das Verteilerglied wird im höchstmöglichen Maß gegen die Wirkung der Feder 53 verstellt, um die Menge des dem Motor zuzuführenden Kraftstoffes zu verringern. Das würde gegebenenfalls zum Stillstand des Motors führen. Eine andere Fehlersituation ist beim Verbleib des Ventiles 51 in seiner Öffnungsstellung gegeben, was zu einem Druckabfall in der Kammer 50 und zu einer Erhöhung der dem Motor zuzuführenden Kraftstoffmenge führt. Bei diesem Beispiel ist vorgesehen, daß ein Versagen des elektronischen Steuersystemes zu einer Warnung der Bedienungsperson des Motors führt, worauf diese manuell das Ventil 56 in seine jeweils alternative Stellung bringen kann. In seiner alternativen Stellung ist das Ventil 51 aus dem elektrischen Kreis herausgenommen und Kraftstoff wird mittels des manuell zu betätigenden Ventiles 57 in die Kammer 50 gefördert. Dieses Ventil ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Es weist eine Kugel auf, die von einer Feder in Anlage an einen Sitz gehalten wird. Die von der Feder ausgeübte Kraft ist veränderbar, üblicherweise ist das Widerlager der Feder mit dem Gaspedal des Motors mittels eines schwenkbaren Hebels 58 verbunden. Wird das Gaspedal gedruckt, so steigt die von der Feder auf das Ventilglied ausgeübte Kraft an, um das Ventilglied dem Sitz zu

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nähern und dabei den Kraftstoff-Fluß in die Kammer 50 zu reduzieren. Dadurch wird der Druck in der Kammer 50 absinken, was wiederum zu einer Verringerung der dem Motor zuzuführenden Kraftstoffmenge führt. Steigt jedoch die Motordrehzahl an, so steigt der Förderdruck der Pumpe 22 an und dieser auf die Kugel wirkende angestiegene Druck hebt diese vom Sitz ab, um einen Anstieg des Druckes in der Kammer 50 zu bewirken. Als Ergebnis wird das Verteilerglied gegen die Wirkung der Feder verstellt, um die dem Motor zuzuführende Kraftstoffmenge zu verringern, womit eine Regelungsfunktion gegeben ist.

Teil der Fig. 2 sind zwei Diagramme, deren obere den Förderdruck der Pumpe 22 über der Motordrehzahl und deren untere die Reglercharakteristik zeigt. Die ausgezogenen Linien ergeben sich mit einem elektronischen Regelungssystem, wobei die Linie 59 die Leerlaufcharakteristik ist und die Linie 60 die Kraftstoffhöchstmengencharakteristik einschließlich KraftstoffÜberschuß. Die unterbrochenen Linien zwischen den Linien 59 und 60 sind die Reglercharakteristiken bei Verwendung des Ventiles 57, und es zeigt sich, daß sie beide innerhalb der Grenzen liegen, die sich aus den entsprechenden Linien bei Anwendung des elektronischen Regelsystemes ergeben. Es zeigt sich daraus, daß

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der Nutzen gering ist, der sich aus dieser Lösung gegenüber der Anwendung eines normalen elektronischen Regelungssystemes ergibt,

Gemäß Fig. 3 sind die Teile einander anders zugeordnet, wobei jedoch der einzige wesentliche Unterschied darin besteht, daß das Ventil 56 durch ein elektromagnetisch betätigbares Ventil 61 ersetzt worden ist.

Darüberhinaus ist die Bauweise des Ventiles 57 etwas abgeändert. Das Ventil 61 ist trotzdem weiterhin ein Zweiwegeventil, es weist das Ventilglied 62 auf, das von einer Feder 63 in eine Stellung vorgespannt ist, in der Kraftstoff der Kammer 50 über das Ventil 57 zugeführt wird. Wird der dem Ventil zugeordnete Solenoid erregt, so verstellt ein Magnetanker 64 das Ventilglied entgegen der Wirkung seiner Feder, um den zum Ventil 57 führenden Kanal zu über das Ventil 51, das selbstverständlicherweise von dem elektronischen Regelsystem betätigt wird. Im Fall des Ausfalles des Systems, wird der dem Ventil 61 zugeordnete Solenoid entregt und die Regelung des Motors mit dem Ventil 57 wird automatisch bewirkt. Bei Ausfall des Systems wird der dem Ventil 61 zugeordnete Solenoid entregt und die Regelung des Motors unter Verwendung des Ventiles wird automatisch bewirkt.

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In Fig. 4 ist eine nochmals etwas veränderte Anordnung dargestellt, bei der die Aufgaben der Ventile 51,6-1 und 57 gemäß Fig. 1 miteinander kombiniert sind. Das demzufolge mehreren Aufgaben genügende Ventil 65 schließt das Ventilglied 66 ein, das zum Aufsetzen auf dem Ventilsitz 67 veranlaßt werden kann, um den Kraftstoff-Fluß unter Druck zu der Kammer 50 zu verhindern. Das Ventilglied 66 besteht aus magnetisierbarem Material und es steht mit einer Stoßstange 68 in Berührung, deren anderes Ende von einem Magnetkern 69 beaufschlagt wird, der unter der Wirkung einer gewickelten Druckfeder 70 steht, deren Wirkkraft mit einem Hebel 71 verändert werden kann, der zum Betrieb mit dem Gaspedal des zugehörigen Motors, zu verstellen ist. Die Feder 70 hält das Ventilglied 66 unter Vorspannung in Berührung mit dem Sitz und bei Außerachtlassung der beiden Teile des Ventiles bildenden Solenoide übernehmen die bisher beschriebenen Bauteile des Ventiles die Funktion des Ventiles 57 in Fig. 3. Mit anderen Worten, wenn der Förderdruck der Speisepumpe ansteigt, wird das Ventilglied 66 von seinem Sitz abgehoben, um ein Ansteigen des Druckes in der Kammer 50 zu ermöglichen, wobei das Verteiler giied 28 entgegen der Wirkung der Feder verstellt wird, um die Menge.des dem Motor zugeführten Kraftstoffes zu verringern.

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Die beiden Solenoidwicklungen 72,73 üben bestimmungsgemäß eine magnetische Kraft auf das Ventilglied 66 bzw. den Magnetkern 69 aus. Die Wicklungen sind mit dem elektronischen Regelsystem verbunden, die Wicklung 72 regelt dabei die Leerlaufkraftstoffcharakteristik, während die Wicklung 73 zur Regelung der Maximumkraftstoffcharakteristik bestimmt ist. Falls die Wicklung 73 und der zugehörige Teil des · normalen elektronischen Regelsystems fehlerhaft sind, dann wird die Leerlaufcharakteristik noch durch das elektronische Regelsystem bestimmt. Wird andererseits die Wicklung zusammen mit dem zugehörigen Teil des normalen elektronischen Regelsystemes fehlerhaft, so wird die Leerlaufcharakteristik durch den Druck bestimmt, der auf das Ventilglied 66 wirkt und die entgegengesetzt wirkende Kraft der Feder 70.

Das Ventil 65 ist so ausgeführt, daß die Gefahr seines Fressens sehr gering ist. Die Stoßstange ist mit angemessenem Spiel versehen, ebenso ist jedoch auch ein Ausgleichskanal vorgesehen, um sicherzustellen, daß die entgegengesetzten Enden der Stoßstange dem gleichen Kraftstoffdruck ausgesetzt sind, sodaß die Gefahr gering ist, daß sich Verunreinigungen des Kraftstoffes in den vorgesehenen Spielbereichen festsetzen.

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Zusairanenfassend kann die Erfindung nochmals wie folgt dargestellt werden:

Eine Vorrichtung zum Fördern und Einspritzen von flüssigem Kraftstoff schließt ein elektromagnetisches Ventil 51 ein, bei dem der Stromfluß im Solenoid durch ein elektronisches Regelsystem 55 geregelt wird. Das Ventil 51 regelt den auf eine Fläche eines axial verstellbaren Verteilergliedes 28 wirkenden Druck und regelt damit die axiale Stellung des Verteilergliedes, um die Menge des von der Vorrichtung geförderten Kraftstoffes zu bestimmen. Bei Ausfall kann ein Wechselventil 56 betätigt werden, sodaß der auf das Verteilerglied wirkende Druck durch ein weiteres Ventil 57 bestimmt wird, das ein federbelastetes Ventilglied einschließt, wobei die Federkraft von einem manuell zu betätigenden Hebel 58 verändert werden kann.

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Claims (3)

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1.) Kraftstoffe inspritz- und Pumpvorrichtung zur Zuführung von flüssigem Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einer Einspritzpumpe zur Zuführung von Kraftstoff in zeitlicher Abhängigkeit von der zugehörigen Brennkraftmaschine, wobei eine Niederdruckpumpe Kraftstoff in die Einspritzpumpe einspeist, wobei ein Bauteil eine Fläche bildet, auf die von der Speisepumpe geförderter Kraftstoff unter Druck einwirkt, um die Menge des bei jedem Einspritztakt geförderten Kraftstoffes zu bestimmen, wobei ein elektrisch betätigtes Ventilmittel der Regelung dieses Kraftstoffdruckes dient und wobei schließlich ein auf verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ansprechendes elektronisches System zur Regelung des Ventilmittels

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vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel ein Ventilglied mit einer Fläche einschließt, die dem Förderdruck der Speisepumpe ausgesetzt ist, wobei das Ventilglied bei einem Druckanstieg verstellt wird, um ein Ansteigen des auf die Fläche des Ventilgliedes wirkenden Druckes zu bewirken, wobei das Ventilglied mittels eines Eedermittels belastet ist, um der Bewegung des Ventilgliedes unter dem genannten Druck entgegenzuwirken und wobei ein manuell zu betätigendes Mittel zum Einstellen des von dem Federmittel ausgeübten Druckes vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel ein erstes Ventil mit einem Solenoid einschließt, dessen Stromfluß vom Regelsystem gesteuert wird, um den genannten Druck zu bestimmen, wobei ein zweites Ventil eingeschlossen ist, das das Ventilglied, das Federmittel und das manuell zu betätigende Mittel einschließt, wobei erstes und zweites Ventil mit einer Kammer in Verbindung stehen, in der die genannte Fläche angeordnet ist und wobei schließlich ein Wechselventil zwischen dem Auslaß der Speisepumpe und erstem und zweitem Ventil eingeschaltet ist, das bei seiner Betätigung bestimmt, ob das erste oder das zweite Ventil den Druck regelt.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselventil von einem weiteren Solenoid geregelt wird.

4, Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Solenoid, deren Stromfluß durch das Regelsystem geregelt wird, wobei einer der beiden Solenoide im erregten Zustand die Wirkung des Federmittels unterstützt, während der andere Solenoid im erregten Zustand dem Federmittel entgegenwirkt.

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