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Dokumentenidentifikation DE19500388A1 11.07.1996
Titel Kraftstoffeinspritzpumpe für Dieselbrennkraftmaschinen
Anmelder Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 51063 Köln, DE
Erfinder Köhler, Wolfgang, Dr., 50676 Köln, DE;
Kotauschek, Walter, 51147 Köln, DE
DE-Anmeldedatum 09.01.1995
DE-Aktenzeichen 19500388
Offenlegungstag 11.07.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.07.1996
IPC-Hauptklasse F02M 59/26
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Dieselbrennkraftmaschinen, mit mindestens einem Einspritzpumpenelement, das einen in einer Plungerbüchse dichtend und verdrehbar geführten Pumpenplunger aufweist, wobei in der Plungerbüchse mindestens ein Saugloch und am Pumpenplunger mindestens eine schräge Steuerkante sowie eine lastabhängige Förderbeginnverstellung vorgesehen sind.
Durch die Steilheit der üblichen schrägen Steuerkanten ergibt sich ein unstabiler, schwer regelbarer niedriger Leerlauf. Durch den großen Zündverzug im niedrigen Leerlauf liegt dort die HC-Emission üblicherweise ziemlich hoch.
Diese Nachteile werden dadurch vermieden, daß beim Einspritzpumpenelement der Bereich kleiner Einspritzmengen eine geringere Änderung der Einspritzmenge in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel des Pumpenplungers 1 aufweist, als der Bereich größerer Einspritzmengen und daß im Bereich kleiner Einspritzmengen ein mit abnehmender Einspritzmenge früher werdender Förderbeginn vorgesehen ist. Die flachere Verstellcharakterstik stabilisiert den niedrigen Leerlauf und der frühere Förderbeginn vermindert die HC-Emission.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Dieselbrennkraftmaschinen, mit mindestens einem Einspritzpumpenelement, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der überwiegenden Zahl der Kraftstoffeinspritzpumpen für Dieselbrennkraftmaschinen wird die Einspritzmenge verändert durch Verdrehen eines Einspritzpumpenplungers mit mindestens einer schrägen Steuerkante in einer Plungerbüchse mit mindestens einem Saugloch. Dabei ist die Einstellung der Einspritzmenge um so genauer, je geringer die Steigung der Steuerkante und damit die Änderung der Einspritzmenge pro Grad Plungerverdrehung ist. Andererseits ist die größtmögliche Länge der Steuerkante durch die Regelwegbegrenzung des Reglers und durch den Umfang des Einspritzpumpenplungers festgelegt. Dies gilt umso mehr, als der Pumpenplunger bei Hochdruckeinspritzpumpen zur Vermeidung von Plungerseitendruck zwei symmetrisch angeordnete Steuerkanten und Sauglöcher aufweist. Die dadurch bedingte Steilheit der Steuerkante führt oft zu einem wenig feinfühlig regelbarem, zum Sägen neigenden niedrigen Leerlauf der Dieselbrennkraftmaschine. Außerdem neigen viele Dieselbrennkraftmaschinen zu erhöhter CH-Emission im niedrigen Leerlauf aufgrund des dort vorhandenen großen Zündverzugs.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Einspritzpumpenelement zu schaffen, das einen feinfühlig regelbaren, stabilen niedrigen Leerlauf mit niedriger HC-Emission gewährleistet.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die gleichzeitige Verwirklichung einer flachen Verstellcharakteristik der Einspritzmenge im niedrigen Leerlauf und einer lastabhängigen Frühverstellung des Förderbeginns in Richtung niedrigem Leerlauf wird dessen Stabilität erreicht und zugleich der mit sinkender Einspritzmenge wachsende Zündverzug kompensiert. Dadurch wird ein Ansteigen der HC-Emission durch verschleppte Verbrennung vermieden.

Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, daß der Pumpenplunger eine schräge untere Steuerkante mit einem Neigungswinkel γ zur Plungerarbeitsfläche aufweist und daß ein Teil der Plungerarbeitsfläche als erhöhter Absatz ausgebildet, der sich zumindest von einer Flanke einer Stoppnut aus in Richtung größerer Fördermengen erstreckt, und daß das Saugloch einen Radius R aufweist. Durch den erhöhten Absatz und dessen Lage wird die lastabhängige Förderbeginnverstellung und das Abflachen der Verstellcharakteristik im Bereich des niedrigen Leerlaufs erreicht.

Vorteilhaft ist auch, daß der erhöhte Absatz parallel zur Plungerarbeitsfläche und mit einem stufenförmigen Übergang zu dieser ausgebildet ist, wobei der Absatz eine Stufenhöhe δh und eine Stufenbreite a aufweist. Auf diese Weise ist der erhöhte Absatz auf einfache Weise durch entsprechendes Abschleifen der ursprünglichen Plungerarbeitsfläche herstellbar.

Vorteile bietet eine Pumpenplungerausführung, bei der der Neigungswinkel γ größer oder vorzugsweise gleich einem Neigungswinkel γGrenz ist, für den die Beziehung Kosinus-γGrenz = (R - δh)/R gilt, und daß die dazugehörige Breite a größer oder vorzugsweise gleich einer Breite agrenz ist, für die die Beziehung agrenz = R x (1 + sinγgrenz) gilt. Bei γ = γgrenz und a = agrenz wird ein harmonischer Verlauf und ein stufenloser Übergang von Verstellcharakteristik und Förderbeginn des niedrigen Leerlaufs in die konstanten Werte des restlichen Betriebsbereichs erreicht.

Wenn der erhöhte Absatz einen rampenförmigen Übergang zur Plungerarbeitsfläche aufweist, wird die dem Verschleiß ausgesetzte Kante des Absatzes vermieden. Außerdem kann der Verlauf von Verstellcharakteristik und Förderbeginn über dem Regelweg frei variiert werden. Dadurch können die durch drehzahlabhängige Drosselvorgänge im Saugloch bedingten Abweichungen der Verstellcharakteristik und des Förderbeginns berücksichtigt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1: Abwicklung eines Teils des Plungerumfangs mit der schrägen Steuerkante (4) und mit stufenförmigem Übergang zwischen dem erhöhten Absatz (3) und der Plungerarbeitsfläche (2);

Fig. 2: Förderhub h und Förderbeginn FB als Funktion des Regelwegs x für stufenförmigen Übergang vom erhöhten Absatz (3) zur Plungerarbeitsfläche (2);

Fig. 3: Abwicklung eines Teils des Plungerumfangs mit der schrägen Steuerkante (4) und mit rampenförmigem Übergang zwischen erhöhtem Absatz (3) und Plungerarbeitsfläche (2),

Fig. 4: Förderhub h und Förderbeginn FB als Funktion des Regelwegs x für den rampenförmigen Übergang von erhöhtem Absatz (3) zur Plungerarbeitsfläche (2).

In Fig. 1 ist eine Abwicklung eines Teils des Pumpenplungers 1 dargestellt, mit einer Plungerarbeitsfläche 2, einem erhöhten Absatz 3, einer schrägen, unteren Steuerkante 4 und einer Stoppnut 5. Der nicht abgebildete Teil des Pumpenplungers 1 zeigt die spiegelbildliche Anordnung eines zweiten erhöhten Absatzes mit zweiter schräger, unterer Steuerkante und zweiter Stoppnut. Der erhöhte Absatz 3 ist auf der Plungerarbeitsfläche 2 zu beiden Seiten einer Kante 6 der Stoppnut 5 angeordnet und erstreckt sich von einer Flanke 6 aus gemessen und ein Maß agrenz in Richtung steigender Einspritzmengen und endet in einer Stufe 8, die rechtwinklig zur Plungerarbeitsfläche 2 abfällt. Die schräge untere Steuerkante 4 ist unter dem Winkel γgrenz zur Plungerarbeitsfläche 2 geneigt.

Ein Saugloch 7 der nicht dargestellten Plungerbüchse ist in zwei Stellungen 7a, 7b gezeigt. Auch bei der folgenden Funktionsbeschreibung ist die Relativbewegung des Pumpenplungers 1 zu der Plungerbüchse durch die Relativbewegung des Sauglochs 7 gegenüber dem feststehenden Pumpenplunger 1 dargestellt.

Die erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 1 funktioniert folgendermaßen:

Der geometrische Beginn der Kraftstoff-Förderung tritt ein, wenn das Saugloch 7 vom Pumpenplunger 1 völlig abgedeckt ist. Dies ist frühestens in Stellung 7a des Sauglochs 7 der Fall. Hierbei tangieren die schräge untere Steuerkante 4, die Flanke 6 und die Absatzfläche 9 den Umfang des Sauglochs 7, der außerdem durch die Stufenecke 10 verläuft. Durch Verdrehen und gleichzeitig entsprechendes Anheben des Pumpenplungers 1 schwenkt das Saugloch 7 um die Stufenecke 10. Der Mittelpunkt des Sauglochs 7 beschreibt dabei einen Kreis von der Sauglochstellung 7a zur Sauglochstellung 7b. Dieser Kreis markiert den Förderbeginn, der sich von der Sauglochstellung 7a zur Sauglochstellung 7b um das Maß δh nach spät verschiebt. Ab der Sauglochstellung 7b bleibt der Förderbeginn konstant. Die Mittelpunkte der die Arbeitsfläche 2 tangierenden Sauglöcher 7 liegen auf einer Parallelen zu derselben. Die sich daraus ergebende Förderbeginnkurve ist in Fig. 2 über dem Regelstangenweg x dargestellt.

Das geometrische Ende der Kraftstoff-Förderung ist durch die Berührung der schrägen, unteren Steuerkante 4 durch den Umfang des Sauglochs 7gegeben. Alle Mittelpunkte der die schräge, untere Steuerkante 4 berührenden Sauglöcher 7 liegen auf einer Parallelen zu dieser, die vom Mittelpunkt der Sauglochlage 7a ausgeht. Das schraffierte Feld zwischen der Förderbeginn- und der Förderendekurve stellt den Förderhub h in Abhängigkeit vom Regelweg x dar. Fig. 2 zeigt diese Abhängigkeit in der üblichen Darstellungsweise.

Der harmonische Verlauf von geometrischem Förderbeginn FB und geometrischem Förderhub h über dem Regelweg x ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich, an die Einhaltung folgender Bedingungen gebunden:

cosγgrenz = (R - Δh)/R und

agrenz = R (1 + sinγgrenz).

Aus Gründen der Haltbarkeit des Absatzes 3 und zur einfacheren Berücksichtigung der dynamischen Veränderung von Förderbeginn- und Förderende wird in Fig. 3 ein rampenförmiger Übergang 11 vom Absatz 3 auf die Plungerarbeitsfläche 2 verwirklicht.

Die daraus sich ergebenden Kurven des Förderbeginns FB und des Förderhubs h über dem Regelweg x sind in Fig. 4 dargestellt.


Anspruch[de]
  1. 1. Kraftstoffeinspritzpumpe für eine Dieselbrennkraftmaschine, mit mindestens einem Einspritzpumpenelement, das einen in einer Plungerbüchse dichtend und verdrehbar geführten Pumpenplunger aufweist, wobei in der Plungerbüchse mindestens ein Saugloch und am Pumpenplunger mindestens eine schräge Steuerkante sowie eine lastabhängige Förderbeginnverstellung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einspritzpumpenelement der Bereich kleiner Einspritzmengen eine geringere Änderung der Einspritzmenge in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel des Pumpenplungers (1) aufweist, als der Bereich größerer Einspritzmengen und daß im Bereich kleiner Einspritzmengen ein mit abnehmender Einspritzmenge früher werdender Förderbeginn vorgesehen ist.
  2. 2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenplunger (1) eine schräge, untere Steuerkante (4) mit einem Neigungswinkel γ zur Plungerarbeitsfläche (2) aufweist und daß ein Teil der Plungerarbeitsfläche (2) als erhöhter Absatz (3) ausgebildet ist, der sich zumindest von einer Flanke (6) einer Stoppnut (5) aus in Richtung größerer Fördermengen erstreckt und daß das Saugloch (7) einen Radius R aufweist.
  3. 3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erhöhte Absatz (3) parallel zur Plungerarbeitsfläche (2) und mit einem stufenförmigen Übergang zu dieser ausgebildet ist, wobei der erhöhte Absatz (3) eine Stufenhöhe Δh und eine Stufenbreite a aufweist.
  4. 4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel γ größer oder vorzugsweise gleich einem Neigungswinkel γgrenz ist, für den die Beziehung cosγgrenz = (R - Δh)/R gilt, und daß die dazugehörige Breite a größer oder vorzugsweise gleich einer Breite agrenz ist, für die die Beziehung agrenz = R (1 + sinγgrenz) gilt.
  5. 5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erhöhte Absatz (3) einen rampenförmigen Übergang (11) zur Plungerarbeitsfläche (2) aufweist.






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