WO1994003722A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe für brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzpumpe für brennkraftmaschinen

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WO1994003722A1
WO1994003722A1 PCT/DE1993/000641 DE9300641W WO9403722A1 WO 1994003722 A1 WO1994003722 A1 WO 1994003722A1 DE 9300641 W DE9300641 W DE 9300641W WO 9403722 A1 WO9403722 A1 WO 9403722A1
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WO
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pump
control
control edge
fuel injection
internal combustion
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PCT/DE1993/000641
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Werner Faupel
Dieter Heck
Dieter Seher
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Priority to BR9305596A priority patent/BR9305596A/pt
Priority to EP93915648A priority patent/EP0606435B1/de
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
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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
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/24—Varying fuel delivery in quantity or timing with constant-length-stroke pistons having variable effective portion of stroke
    • F02M59/26—Varying fuel delivery in quantity or timing with constant-length-stroke pistons having variable effective portion of stroke caused by movements of pistons relative to their cylinders
    • F02M59/265—Varying fuel delivery in quantity or timing with constant-length-stroke pistons having variable effective portion of stroke caused by movements of pistons relative to their cylinders characterised by the arrangement or form of spill port of spill contour on the piston

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection pump according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injection pump known from DE-OS 2 246 056, in which a pump piston, which delimits a pump working space with its end face, is moved axially in a cylinder liner, the overrun is via a control opening arranged in the cylinder wall , the control edge controlling the start of injection on the end face of the pump piston, in the rotary position range of the pump piston controlling the nominal load range of the internal combustion engine to be supplied, beveled so that the start of injection in this area is moved back in the direction of the later start.
  • the start of injection must be set so late that in the cold operating state of the internal combustion engine in the lowest load range or at zero load white smoke occurs, which causes the pollutant emission of the internal combustion engine to be supplied in this operating state elevated.
  • the fuel injection pump according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the design of the control edge of the pump piston controlling the start of delivery and thus the start of injection with recessed areas results in an early shift of the start of delivery at zero or low load and in Depending on the temperature is carried out, as a result of which white smoke can be avoided in the warm-up phase of the internal combustion engine, without the need for an additional, external spray adjuster.
  • control edges it is particularly advantageous to form two areas by designing the control edges according to claim 1, so that a control area with extreme early adjustment is effective for the operating area of the cold internal combustion engine which is operated with little or no load is, while at a higher load or temperature, the early adjustment of the start of delivery by the other control area is less. In this way, it is possible to vary the amount of early displacement, especially in idle mode, as a function of the operating temperature and the load of the internal combustion engine, and thus for that to set the optimal start of funding for different operating areas.
  • a further advantage is achieved by delimiting the control edges from one another by means of a longitudinal groove, as a result of which the two control edge regions are exactly separated from one another, which enables a separate mapping of the pump map to be made in each case.
  • the abrupt transition from control edge to control edge via axially parallel edges also has the advantage, according to claim 2, of the fuel injection pump according to the invention that the individual control positions are controlled quickly by jump functions, so that an exact assignment to the individual control ranges is possible.
  • Another advantage is achieved according to claim 5 that the switching between the control edge areas and thus between the pump maps as a function of temperature and load in electronically controlled fuel injection pumps via a simple logic circuit which also takes into account the hysteresis occurring in the control circuit, which both low control effort and high flexibility with regard to the specification of the limit values.
  • FIG. 1 shows a section of the fuel injection pump according to the invention
  • FIG. 2 shows a development of the pump piston, which shows the design of the control edges
  • FIG. 3 shows a diagram of the delivery rate over the control path of the fuel injection pump according to the invention
  • FIG Schematic representation of the electronic control of the control system by a logic circuit and FIG. 5 a schematic representation of the logic circuit from FIG. 4.
  • a pump piston 1 is axially reciprocated by a cam drive (not shown) in a cylinder bore 3 of a cylinder liner 5 inserted into a pump housing.
  • the pump piston 1 delimits, with its end 7 facing away from the cam drive, a pump work chamber 9 in the cylinder bore 3, which is connected during part of the piston stroke through a radial control opening 11 to a fuel-filled, low-pressure chamber surrounding the cylinder sleeve 5.
  • the radial control opening 11 forms an upper control edge with its trailing edge in the direction of the longitudinal axis of the pump piston
  • the pump piston can be rotated via a control rod, also not shown, and has on its outer surface one with the control opening
  • the pump piston 1 also has a first and fiction, according to the invention a second recessed area, with a second control edge 23 and a third control edge 25, which are separated by the longitudinal groove 17 from the first control edge 19.
  • a first region A is formed by the flat profile of the end face 7 with the first control edge 19, which is at a great distance from the end of the pump piston 1 on the cam drive side.
  • the second area B which is separated from the area A by the longitudinal groove 17, is set back in the direction of the cam drive with respect to the end face 7, wherein it forms a first recess which is delimited in the direction of the cam drive by the second control edge 23, and on the other hand still has a further recessed or recessed area C in the direction of the cam drive, which there forms a second recess with the third control edge * 25.
  • the control edge transitions between the individual areas are designed as shoulders 21, so that the individual control positions are controlled by jump functions through these axially parallel transitions and a clear assignment of the respective area is possible.
  • the areas A and B separated from one another by the longitudinal groove 17 are assigned different pump characteristics, which cover different operating areas of the internal combustion engine to be supplied. Area A is assigned a pump characteristic map 2, which controls the operation of the cold internal combustion engine at low or zero load, and area B, which includes area C, the rest of the operating area of the warm internal combustion engine, or one operated at higher load.
  • the slope of the oblique control edge 15 which controls the delivery end and thus the injection quantity is the same over its entire extent, ie the greatest fuel delivery quantity is reached in area C at its end facing away from the longitudinal groove 17 Setting is assigned approximately to the full load range of the internal combustion engine to be supplied.
  • the adjustment of the rotational position of the pump piston 1 relative to the cylinder sleeve 5 is carried out, as already mentioned, by the control rod and an electronically controlled control system, which, as shown in FIGS. 4 and 5, contains a simple logic circuit which contains individual operating variables of the internal combustion engine to be supplied, e.g. Temperature and desired amounts of fuel, processed and the areas or pump maps controlled.
  • the circuit consists of a changeover switch 31, which is connected to the electronic control system for the injection quantity control and which acts as an input or.
  • Control variables either with a first electronic control unit 33 that controls the adjustment of the control system as a function of the speed and the required quantity according to a first pump map (PKF 1) or can be connected to a second electronic control unit 35 that controls the control system as a function of controls the speed and the desired amount of fuel according to a second pump map.
  • PPF 1 first pump map
  • PPF 1 first pump map
  • Switching between the two control units 33, 35 is carried out by a control unit 37, which is explained in more detail in FIG. 5 and processes a logic circuit, which compares the temperature and the required fuel quantity or the desired output as input variables with defined limit values and uses them as inputs simple +/- output signal forms.
  • the fuel injection pump according to the invention operates as follows.
  • the fuel flows out of the low-pressure chamber via the control opening 11, which is cleared from the end face 7 of the pump piston 1, into the pump work chamber 9.
  • a small part of the fuel in the pump work chamber 7 initially flows back into the low-pressure chamber via the control opening 11 until the upper control edge 19 has passed the upper control edge 10 of the control opening 11 and the pump piston closes the control opening 11 with its outer surface .
  • the fuel located in the pump work chamber 9 is compressed, reaches the injection pressure and reaches the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied via an injection line (not shown) and an injection valve for injection.
  • control opening 11 The time at which control opening 11 is closed and opened, and thus the start and duration of fuel delivery and the amount of fuel injected, can be controlled by rotating pump piston 1.
  • a very early injection start can be achieved via the setting position of area A of the first control edge 19 of the pump piston 1, as is necessary when the cold internal combustion engine is operated at low load, in order to avoid the formation of white smoke.
  • area B (pump map 1) is the control edge for this operating area 23 is provided, in which the start of injection is delayed by moving the control edge 23 back.
  • the longitudinal groove 17 is arranged between them, so that the delivery rate characteristic shown in the diagram in FIG. 3 results over the control path. It can be seen that the flow rate Q initially increases with an adjustment of the control rod or a set of rules (RW control path) in the direction of full load, then is interrupted very briefly and then continues to increase, as is known.
  • the renewed adjustment of the start of injection in the late direction caused by the area C has no significant influence on the flow rate characteristic, since the slope of the oblique control edge 15 relative to the step is relatively large, so that there is only a slight kinking of the characteristic curve .
  • the area C formed by an additional depression with the control edge 25 is set at higher or full load and, due to its later start of delivery, which can extend into the area from and to the top dead center of the piston movement, reduces the formation of pollutants and also here especially the NOx emission.
  • the Pump map 2 controls the adjustment movement when the internal combustion engine is cold and at low load, while pump map 1 (control unit 33) is used in the remaining operating range of the internal combustion engine.
  • FIG. 4 shows that a logic circuit (control unit 37), which processes the operating temperature of the internal combustion engine and its desired load output as input variables, is used to switch between the pump characteristics, and after setting one of the pump characteristics via the speed controller, a new one A comparison is made between the actual speed and the desired load delivery, the result of which is the position control of the rotational position of the pump piston.
  • a logic circuit control unit 37
  • FIG. 5 shows schematically the mode of operation of the logic circuit of the control device 37, which works here as an "and" circuit. It is stipulated that after a comparison of the input values temperature (T) and required load (ME) with defined limit values, the pump map 1 is only switched to the pump map 2 when both fall below the limit values, so that the area A of the map 2 with its extreme early adjustment of the start of injection is only used at low temperature and low load, while when only one input value is exceeded the limit value is already switched back to the pump map 1.
  • T temperature
  • ME required load
  • the switching can take place as a function of the hysteresis, as shown in FIG. 5, a limit band with upper (T1, M1) and lower hysteresis limit being specified for both the temperature and the load, in which in the event of changes in the actual value, no signals for adjustment to the outside are given and only when the upper or the lower limit value is exceeded and, depending on the output range, the corresponding signal (+/-) is delivered.
  • T1, M1 and lower hysteresis limit being specified for both the temperature and the load, in which in the event of changes in the actual value, no signals for adjustment to the outside are given and only when the upper or the lower limit value is exceeded and, depending on the output range, the corresponding signal (+/-) is delivered.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Zylinderbüchse (5) bewegten und dort einen Pumpenarbeitsraum (9) begrenzenden Pumpenkolben (1), der zwei mit einer Steueröffnung (11) in der Zylinderbüchse (5) zusammenwirkende Steuerkanten aufweist, von denen eine auf der Mantelfläche angeordnete, ständig mit dem Pumpenarbeitsraum (9) verbundene, schräge Steuerkante (15) das Förderende und eine erste durch die Stirnseite (7) des Pumpenkolbens (1) gebildete obere Steuerkante (19) beim Überfahren der Steueröffnung (11) den Förderbeginn steuert. Für eine last- und temperaturabhängige Frühverschiebung des Förderbeginns weist die Stirnseite des Pumpenkolbens (1) einen ersten axial in Richtung Nockenantrieb vertieften Bereich (B) unter Bildung einer zweiten Steuerkante (23) auf, der von dem stirnseitig ebenen Bereich (A) durch eine Längsnut (17) getrennt ist und in dem seinerseits ein zweiter, über Absätze (21) in Richtung Nockenantrieb vertiefter Bereich (C) mit einer dritten Steuerkannte (25) angeordnet ist.

Description

Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen durch die DE-OS 2 246 056 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe, bei der ein Pumpen¬ kolben, der mit seiner Stirnfläche einen Pumpenarbeitsraum begrenzt, in einer Zylinderbüchse axial bewegt wird, ist die durch ihr Über¬ fahren über eine in der Zylinderwand angeordnete Steueröffnung, den Einspritzbeginn steuernde Steuerkante an der Stirnseite des Pumpen- kolbens, in dem den Nennlastbereich der zu versorgenden Brennkraft¬ maschine steuernden Drehstellungsbereich des Pumpenkolbens zur Steueröffnung derart abgeschrägt, daß der Einspritzbeginn in diesem Bereich in Richtung späterer Beginn zurückverlegt ist. Dies ermöglicht neben der Optimierung des Einspritzbeginns für den Bereich großer Last einen hohen maximalen Verbrennungsdruck im Pumpenarbeitsraum auch in den übrigen Betriebspunkten, da diese nun unabhängig vom Nennlastbereich angepaßt werden können. Es kann somit mit der bekannten Kraft Offeinspritzpumpe eine Erhöhung des maximalen Verbrennungsdruckes im gesamten Arbeitsbereich der Kraftstoffeinspritzpumpe erreicht werden, ohne dabei den maximal zulässigen Grenzwert für die mechanische Belast¬ barkeit der Bauteile zu überschreiten.
Dabei müssen bei der Auslegung der bekannten Kraftstoffeinspritz¬ pumpe für emissionsoptimierte Brennkraftmaschinen die Spritzbeginne jedoch so spät gelegt werden, daß im kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine im untersten Lastbereich, bzw. bei Nullast Wei߬ rauch auftritt, der die Schadstoffemission der zu versorgenden Brennkraftmaschine in diesem Betriebszustand erhöht.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeichnen¬ den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Ausgestaltung der den Förderbeginn und damit den Ein¬ spritzbeginn steuernden Steuerkante des Pumpenkolbens mit vertieften Bereichen eine Frühverschiebung des Förderbeginns bei Null- bzw. geringer Last und in Abhängigkeit von der Temperatur vorgenommen wird, in dessen Folge Weißrauch in der Warmlaufphase der Brennkraft¬ maschine vermieden werden kann, ohne dafür einen zusätzlichen, externen Spritzversteller benötigen zu müssen.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, gemäß Anspruch 4 durch die Ausgestaltung der Steuerkanten gemäß Patentanspruch 1, zwei Bereiche zu bilden, so daß für den Betriebsbereich der kalten Brennkraft¬ maschine die mit geringer oder Nullast betrieben wird, ein Steuer¬ bereich mit extremer Frühverstellung wirksam wird, während bei höherer Last oder Temperatur die Frühverstellung des Förderbeginns durch den anderen Steuerbereich ein geringeres Maß aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, das Maß der Frühverschiebung vor allem im Leerlaufbetrieb in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur und der Last der Brennkraftmaschine zu variieren und somit für die verschiedenen Betriebsbereiche den optimalen Förderbeginn einzu¬ stellen. Ein weiterer Vorteil wird dabei durch die Abgrenzung der Steuerkanten voneinander durch eine Längsnut erreicht, wodurch beide Steuerkantenbereiche exakt voneinander getrennt sind, was ein jeweiliges Zuordnen eines separaten Pumpenkennfeldes ermöglicht. Der schroffe Übergang von Steuerkante zu Steuerkante über achsparallele Kanten hat gemäß Anspruch 2 bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffein¬ spritzpumpe zudem den Vorteil, daß die einzelnen Regellagen rasch durch Sprungfunktionen angesteuert werden, so daß eine genaue Zuordnung zu den einzelnen Regelbereichen möglich ist. Ein weiterer Vorteil wird gemäß Anspruch 5 dadurch erzielt, daß das Umschalten zwischen den Steuerkantenbereichen und somit zwischen den Pumpenkennfeldern in Abhängigkeit von Temperatur und Last bei elektronisch geregelten Kraftstoffeinspritzpumpen über eine einfache Logik-Schaltung erfolgt, die zudem die im Regelkreislauf auftretende Hysterese berücksichtigt, was sowohl einen geringen Steuerungsauf¬ wand als auch eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Vorgabe der Grenzwerte zur Folge hat.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprü¬ chen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen die Figur 1 einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Kraft¬ stoffeinspritzpumpe, die Figur 2 eine Abwicklung des Pumpenkolbens, die die Ausbildung der Steuerkanten zeigt, die Figur 3 ein Diagramm der Fördermenge über dem Regelweg der erfindungsgemäßen Kraftstoff¬ einspritzpumpe, die Figur 4 eine Schemadarstellung der elektronischen Ansteuerung des Regelwerkes durch eine Logik-Schaltung und die Figur 5 eine Schemadarstellung der Logik-Schaltung aus der Figur 4.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bei der in der Figur 1 nur in ihrem erfindungswesentlichen Bereich dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe wird ein Pumpenkolben 1 von einem nicht dargestellten Nockenantrieb in einer Zylinderbohrung 3 einer in ein Pumpengehäuse eingesetzten Zylinderbüchse 5 axial hin- und herbewegt. Der Pumpenkolben 1 begrenzt dabei mit seiner dem Nockenantrieb abgewandten Stirnseite 7 einen Pumpenarbeitsraum 9 in der Zylinderbohrung 3, der während eines Teils des Kolbenhubs durch eine radiale Steueröffnung 11 mit einem kraftstoffgefüllten, die Zylinderbüchse 5 umgebenden Niederdruckraum verbunden ist. Die radiale Steueröffnung 11 bildet dabei mit ihrer Austrittskante in Richtung der Pumpenkolbenlängsachse jeweils eine obere Steuerkante
10 und eine untere Steuerkante 12 die mit dem Pumpenkolben 1 zusammenwirken. Der Pumpenkolben ist zum Zweck der Einspritz¬ steuerung über eine ebenfalls nicht dargestellte Regelstange ver¬ drehbar und weist auf seiner Mantelfläche eine mit der Steueröffnung
11 zusammenwirkende Steuerausnehmung 13 auf, die pumpenarbeitsraum- seitig von einer schrägen Steuerkante 15 begrenzt wird und die über eine Längsnut 17 ständig mit dem Pumpenarbeitsraum 9 verbunden ist. Die durch den Übergang der Stirnseite 7 zur Mantelfläche des Pumpen¬ kolbens 1 entstandene Kante bildet eine obere erste Steuerkante 19 am Pumpenkolben 1, die im Zusammenwirken mit der Steueröffnung 11 in der Zylinderbüchse 5 den Förderbeginn und somit auch den Einspritz¬ beginn steuert.
Der Pumpenkolben 1 weist weiterhin erfindungsge äß einen ersten und einen zweiten vertieften Bereich auf, mit einer zweiten Steuerkante 23 und einer dritten Steuerkante 25, die durch die Längsnut 17 von der ersten Steuerkante 19 getrennt sind. Wie in der in der Figur 2 dargestellten Abwicklung des Pumpenkolbens 1 gezeigt ist, wird ein erster Bereich A durch den ebenen Verlauf der Stirnseite 7 mit der ersten Steuerkante 19 gebildet, die einen größten Abstand zum nockenantriebsseitigen Ende des Pumpenkolbens 1 aufweist. Der von dem Bereich A durch die Längsnut 17 getrennte zweite Bereich B ist gegenüber der Stirnseite 7 in Richtung Nockenantrieb zurückversetzt, wobei er eine erste Ausnehmung bildet, die durch die zweite Steuer¬ kante 23 in Richtung Nockenantrieb begrenzt wird, und weist seiner¬ seits noch einen weiteren zurückversetzten bzw. in Richtung Nocken¬ antrieb vertieften Bereich C auf, der dort eine zweite Ausnehmung mit der dritten Steuerkant* 25 bildet. Die Steuerkantenübergänge zwischen den einzelnen Bereichen sind dabei als Absätze 21 ausge¬ führt, so daß durch diese achsparallelen Übergänge die einzelnen Regellagen durch Sprungfunktionen angesteuert werden und eine ein¬ deutige Zuordnung des jeweiligen Bereiches möglich ist. Den durch die Längsnut 17 voneinander getrennten Bereichen A und B werden verschiedene Pumpenkennfelder zugeordnet, die verschiedene Betriebsbereiche der zu versorgenden Brennkraftmaschine abdecken. So ist dem Bereich A ein Pumpenkennfeld 2 zugeordnet, das den Betrieb der kalten Brennkraftmaschine bei geringer oder Nullast steuert und dem Bereich B, der den Bereich C einschließt, der übrige Betriebs¬ bereich der warmen, bzw. mit höherer Last betriebenen Brennkraft¬ maschine.
Die Steigung der das Förderende und damit die Einspritzmenge steuernden schrägen Steuerkante 15 ist über ihre gesamte Erstreckung gleich, d.h. die größte Kraftstoffördermenge wird im Bereich C an dessen der Längsnut 17 abgewandten Ende erreicht, wobei diese Einstellung etwa dem Vollastbereich der zu versorgenden Brennkraft¬ maschine zugeordnet ist.
Die Verstellung der Verdrehlage des Pumpenkolbens 1 relativ zur Zylinderbuchse 5 erfolgt wie bereits erwähnt durch die Regelstange und ein elektronisch angesteuertes Regelwerk, daß wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt eine einfache Logik-Schaltung enthält, die einzelne Betriebsgrößen der zu versorgenden Brennkraftmaschine, wie z.B. Temperatur und gewünschte Kraftstoffmengen, verarbeitet und die Bereiche bzw. Pumpenkennfelder ansteuert.
Dazu besteht die Schaltung, wie in der Figur 4 dargestellt, aus einem Umschalter 31, der mit dem elektronischen Regelwerk für die Einspritzmengenregelung verbunden ist und der als Eingangsbzw. Steuergrößen entweder mit einem ersten elektronischen Steuergerät 33, daß die Verstellung des Regelwerks in Abhängigkeit von der Dreh¬ zahl und der geforderten Menge nach einem ersten Pumpenkennfeld (PKF 1) steuert oder mit einem zweiten elektronischen Steuergerät 35 verbindbar ist, das das Regelwerk in Abhängigkeit von der Drehzahl und der gewünschten Kraftstoffmenge nach einem zweiten Pumpenkenn¬ feld ansteuert. Das Umschalten zwischen den beiden Steuergeräten 33, 35 erfolgt dabei durch ein in der Figur 5 näher erläutertes, eine Logik-Schaltung verarbeitendes Steuergerät 37, das die Temperatur und die geforderte Kraftstoffmenge bzw. die gewünschte abzugebene Leistung als Eingangsgrößen mit festgelegten Grenzwerten vergleicht und daraus ein einfaches +/- Ausgangssignal formt.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet folgender¬ maßen.
Während des Saughubs des Pumpenkolbens 1 in Richtung unterer Tot¬ punkt, strömt der Kraftstoff aus dem Niederdruckraum über die von der Stirnseite 7 des Pumpenkolbens 1 freigegebene Steueröffnung 11 in den Pumpenarbeitsraum 9. Beim anschließenden Förderhub in Richtung oberer Totpunkt strömt zunächst ein geringer Teil des im Pumpenarbeitsraum 7 befindlichen Kraftstoffes wieder über die Steueröffnung 11 zurück in den Niederdruckraum, bis die obere Steuerkante 19 die obere Steuerkante 10 der Steueröffnung 11 über¬ fahren hat und der Pumpenkolben die Steueröffnung 11 mit seiner Mantelfläche verschließt. Im weiteren Verlauf des Pumpenkolbenhubs wird der im Pumpenarbeitsraum 9 befindliche Kraftstoff komprimiert, erreicht den Einspritzdruck und gelangt über eine nicht dargestellte Einspritzleitung und ein Einspritzventil zur Einspritzung in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine. Mit Überfahren der schrägen Steuerkante 15 über die untere Steuerkante 12 der Steuer¬ öffnung 11 wird die Verbindung zwischen dem unter Hochdruck stehen¬ den Pumpenarbeitsraum 9 und dem Niederdruckraum aufgesteuert, so daß sich der Hochdruck im Pumpenarbeitsräum 9 entspannt und der Kraft¬ stoff über die Steueröffnung 11 in den Niederdruckraum abströmt. Dabei sinkt der Druck im Einspritzsystem wieder unter den nötigen Einspritzdruck und das Einspritzventil schließt.
Der Zeitpunkt des Zuund des Aufsteuerns der Steueröffnung 11 und damit der Beginn und die Dauer der Kraftstofförderung und die ein¬ gespritzte Kraftstoffmenge sind durch das Verdrehen des Pumpen¬ kolbens 1 steuerbar.
Dabei kann über die Einstellage des Bereiches A der ersten Steuer¬ kante 19 des Pumpenkolbens 1 ein sehr früher Einspritzbeginn erreicht werden, wie er beim Betrieb der kalten Brennkraftmaschine mit geringer Last erforderlich ist, um die Bildung von Weißrauch zu vermeiden. (Pumpenkennfeld 2)
Da ein derart früher Förderbeginn beim Betreiben der betriebswarmen Brennkraftmaschine oder bei hoher Last, d.h. hoher Kraf stofförder¬ menge, die Schadstoffbildung und hier vor allem die NOx-Emission stark ansteigen lassen würde, ist für diesen Betriebsbereich der Bereich B (Pumpenkennfeld 1) der Steuerkante 23 vorgesehen, bei dem der Einspritzbeginn durch das Zurückversetzen der Steuerkante 23 in Richtung spät verschoben ist. Um dabei eine exakte Trennung zwischen den Bereichen A und B zu haben, ist die Längsnut 17 zwischen diesen angeordnet, so daß sich die im in der Figur 3 gezeigten Diagramm dargestellte Fördermengencharakteristik über dem Regelweg ergibt. Dabei ist ersichtlich, daß die Fördermenge Q mit einer Verstellung der Regelstange oder eines Regelwerkes (RW-Regelweg) in Richtung Vollast zunächst zunimmt, dann sehr kurz unterbrochen wird um dann wie bekannt weiter stetig anzusteigen. Die durch den Bereich C verursachte erneute Verstellung des Einspritz¬ beginns in Richtung spät hat dabei keinen wesentlichen Einfluß auf die Fördermengencharakteristik, da die Steigung der schrägen Steuer¬ kante 15 gegenüber dem Absatz relativ groß ist, so daß sich lediglich ein geringes Abknicken der Kennlinie ergibt. Der durch eine zusätzliche Vertiefung entstandene Bereich C mit der Steuerkante 25 wird bei höherer bzw. Vollast eingestellt und bewirkt durch seinen nochmalig späteren Förderbeginn, der sich bis in den Bereich von und nach dem oberen Totpunkt der Kolbenbewegung erstrecken kann, eine Verminderung der Schadstoffbildung und auch hier vor allem der NOx-Emission.
Die Verstellung der Verdrehlage des Pumpenkolbens 1 relativ zur Zylinderbüchse 5 und damit die Einstellung eines der Bereiche der Steuerkanten 19, 23, 25 in Überdeckung mit der Steueröffnung 11 erfolgt im Auεführungsbeispiel über eine elektronische Ansteuerung des Antriebs der Regelstange, deren Aufbau in den Figuren 4 und 5 erläutert wird.
Dabei wird gemäß Figur 4 davon ausgegangen, daß die Umschaltung zwischen den Pumpenkennfeldern 2 und 1 bzw. den Bereichen A und B in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine, z.B. der Kühlwassertemperatur (T) und dem über das Gasgestänge geforder¬ ten Kraftstoffmengensollwert (gewünschte Last) erfolgt. Das Pumpenkennfeld 2 (Steuergerät 35) steuert die Verstellbewegung bei kalter Brennkraftmaschine und niedriger Last, während das Pumpen¬ kennfeld 1 (Steuergerät 33) im übrigen Betriebsbereich der Brenn¬ kraftmaschine zur Anwendung kommt.
Das Blockschaltbild der Figur 4 zeigt, daß über eine Logik-Schaltung (Steuergerät 37), die die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und deren gewünschte Lastabgabe als Eingangsgrößen verarbeitet, das Umschalten zwischen den Pumpenkennfeldern erfolgt, wobei nach dem Einstellen eines der Pumpenkennfelder über den Drehzahlregler ein erneuter Vergleich zwischen der IstDrehzahl und der gewünschten Lastabgabe erfolgt, in dessen Ergebnis die Lageregelung der Verdreh¬ lage des Pumpenkolbens vorgenommen wird.
In der Figur 5 ist schematisch die Wirkungsweise der Logik-Schaltung des Steuergeräts 37, die hier als "und"-Schaltung arbeitet darge¬ stellt. Dabei ist festgelegt, daß nach einem Vergleich der Eingangs¬ werte Temperatur (T) und geforderte Last (ME) mit festgelegten Grenzwerten erst dann vom Pumpenkennfeld 1 auf das Pumpenkennfeld 2 umgeschaltet wird, wenn beide die Grenzwerte unterschreiten, so daß der Bereich A des Kennfeldes 2 mit seiner extremen Frühverstellung des Einspritzbeginnes nur bei niedriger Temperatur und geringer Last zur Anwendung kommt, während beim Überschreiten nur eines Eingangs¬ wertes über den Grenzwert bereits auf das Pumpenkennfeld 1 zurück¬ geschaltet wird.
Um dabei ein ständiges Umschalten in Grenzbereichen zu vermeiden, kann die Umschaltung wie in der Figur 5 dargestellt Hysterese-abhängig erfolgen, wobei sowohl bei der Temperatur als auch der Last ein Grenzwertband mit oberer (T1,M1) und unterer Hysteresegrenze angegeben ist, in dem bei Veränderungen des Ist-Wertes keine Signale zur Verstellung nach außen gegeben werden und erst beim Überschreiten des oberen oder des unteren Grenzwertes und in Abhängigkeit vom Ausgangsbereich das entsprechende Signal (+/-) abgegeben wird. Dabei ist es alternativ möglich, die temperaturabhängige Umschaltung über eine Zeithysterese vorzunehmen, bei der die Umschaltung erst erfolgt, wenn ein bestimmter Temperaturwert eine bestimmte Zeit unter oder überschritten wird.
Mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe ist es somit möglich, ohne externen Spritzversteller oder zusätzliche Bauteile eine Frühverschiebung bei Null- bzw. geringer Last als Funktion von Temperatur und Last vornehmen zu können und so die Bildung von Wei߬ rauch in diesem Betriebszustand der zu versorgenden Brennkraft¬ maschine zu vermeiden.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Zylinderbohrung (3) einer Zylinderbüchse (5) axial hin- und hergehend angetriebenen und verdrehbaren Pumpenkolben (1), der mit seiner Stirnfläche (7) einen Pumpenarbeitsraum (9) begrenzt und auf seiner Mantelfläche eine mit dem Pumpenarbeitsraum (9) verbundene Steuerausnehmung (13) aufweist, die eine schräge Steuerkante (15) aufweist und mit einer von einem Niederdruckraum ausgehenden Steuer¬ öffnung (11) in der Wand der Zylinderbuchse (5) zusammenwirkt, wobei eine Kante der pumpenarbeitsraumseitigen Stirnfläche (7) des Pumpen¬ kolbens (1) zu dessen Mantelfläche eine weitere mit der Steuer¬ öffnung (11) zusammenwirkende erste Steuerkante (19) bildet, die einen in Kolbenlängsrichtung zur Antriebsseite des Pumpenkolben (1) vertieften, eine zweite Steuerkante (23) bildenden Bereich (B) auf¬ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerkante (23) umfangsseitig auf der einen Seite durch eine Längsnut (17) begrenzt ist und von dieser zweiten Steuerkante (23) ein zweiter, zur Antriebsseite des Pumpenkolbens (1) hin vertiefter Bereich (C) unter Bildung einer dritten Steuerkante (25) ausgeht.
2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen der zweiten Steuerkante (23) und der dritten Steuerkante (25) durch achsparallele Kanten unter Bildung eines Absatzes (21) des zweiten vertieften Bereiches (C) erfolgt.
3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Drehlage des Pumpenkolbens (1) relativ zur Zylinderbuchse (5) und damit das Wirksamwerden der einzelnen Steuerkanten (19, 23, 25) des Pumpenkolbens (1) an der Steueröffnung (11), in Abhängigkeit von der Last bzw. Fördermenge und der Betriebstemperatur der zu versorgenden Brennkraftmaschine erfolgt.
4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste Steuerkante (19) ein Pumpenkennfeld "2" für den Betrieb der kalten Brennkraftmaschine bei geringer oder Nullast und für die zweite und dritte Steuerkante (23, 25), die von der ersten Steuerkante (19) durch die Längsnut (17) getrennt sind, ein Pumpen¬ kennfeld "1" für den übrigen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen den Kennfeldern 1 und 2 über eine Logik-Schaltung gesteuert wird, die die Temperatur der Brennkraftmaschine und die geforderte Kraftstoffmenge (Last) mit Berücksichtigung einer Umschaltverzögerung verarbeitet.
6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung vom Pumpenkennfeld "1" auf das Pumpenkennfeld "2 " über eine "und"-Schaltung erfolgt, bei der die Eingangsgrößen (Temperatur, Last) einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten.
7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (19, 23, 25) in Radialebenen zur Pumpenkolbenachse liegen.
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