DE1242409B - Brennstoffeinspritzpumpe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F02m

Deutsche Kl.: 46 c2 -115/02

Nummer: 1242409

Aktenzeichen: A 505541 a/46 c2

Anmeldetag: 20. Oktober 1965

Auslegetag: 15. Juni 1967

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzpumpe für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen, mit einem hin- und hergehenden und rotierenden Pumpenkolben, welcher zugleich als Verteilerdrehschieber dient, der im Bereich des Verteilerauslasses und der mit diesem zusammenwirkenden, zu den Zylindern der Brennkraftmaschine führenden Förderkanäle in seiner Mantelfläche eine Aussparung aufweist, die wenigstens den größten Teil derjenigen Förderkanäle miteinander verbindet, durch die keine Einspritzung stattfindet, mit einer den Brennstoff unter einem bestimmten Zulieferdruck zur Einspritzpumpe fördernden Speisepumpe.

Bei den bekannten Brennstoffeinspritzpumpen ist der Saug- oder Rückströmkanal mit dem Saug- bzw. Rückströmraum während eines kurzen Intervalls nach dem Einspritzen zur Beendigung der Einspritzung verbunden. Es ist auch bereits bekannt, daß eine Druckentlastung nach dem Einspritzen erforderlich ist, um die reflektierten Druckwellen von der Düse fernzuhalten, um sekundäre Einspritzungen zu vermeiden. Eine Entlastung des Druckes mittels eines Rücksaugventils oder durch kurzes Anschließen der Brennstofförderleitungen an den Saug- bzw. Rückströmraum oder an einen Niederdruckteil des Systems reicht normalerweise zwar aus, um eine sekundäre Einspritzung zu verhindern. Durch diese Entlastung werden jedoch oft Leerstellen in den Einspritzleitungen hervorgerufen, die unregelmäßige Fördermengen bewirken, insbesondere in dem niedrigen Drehzahlbereich des Motors und bei kleiner Brennstoffüllung.

Bei Brennstoffeinspritzpumpen, bei denen Rücksaugventile verwendet werden, wird ein kleines Volumen, das Rücksaugvolumen, durch das Druckventil, wenn dieses sich schließt, von dem Hochdrucksystem zurück in die Pumpenkammer verdrängt. Es wird also eine Leerstelle erzeugt, in die der Brennstoff der rückkehrenden Druckwelle einströmt. Im Idealfall ist das Volumen des Brennstoffs, der von der zurückkehrenden Welle mitgeführt wird, gleich dem Rücksaugvolumen; in einem derartigen Fall wird die zurückkehrende Druckwelle vollständig absorbiert, so daß keine Reflexionsdruckwelle an dem Pumpenende der Einspritzleitung erzeugt wird.

Die Amplitude der zurückkehrenden Druckwelle und folglich das Volumen an Brennstoff, das von dieser Welle mitgeführt wird, ist jedoch nicht nur abhängig von der Dimension der Einspritzleitung und des Einspritzdüsenquerschnitts, sondern auch von der Amplitude der Primärwelle, die an der Pumpe während des Pumpenhubes eingeleitet wird.

Brennstoffeinspritzpumpe

Anmelder:

Allis-Chalmers Manufacturing Company,
West Allis, Wis. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore, Dipl.-Ing. H. Gralfs
und Dr. G. Manitz, Patentanwälte,
München 22, Robert-Koch-Str. 1

Als Erfinder benannt:

George Dieter Wolff, Hazel Crest, JIl. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 20. Oktober 1964
(405189)

Es ist bekannt, daß sich die Amplitude der Primärwelle mit der Geschwindigkeit oder Umdrehungszahl und der Belastung ändert. Wenn die Motorumdrehungszahl erhöht wird, bewegt sich der Kolben schneller, und es wird eine Druckwelle mit einer größeren Amplitude erzeugt. Wenn die Brennstoffförderung der Pumpe erhöht wird, wird der Druckaufbau in der Pumpe größer sein als bei einer kleinen Fördermenge. Folglich ändert sich die Amplitude der Primärdruckwelle, die an der Pumpe während des Pumpenhubes eingeleitet wird, mit der Motorumdrehungszahl und Belastung, und ebenso ändert sich die Amplitude der zurückkehrenden Druckwelle. Im Idealfall sollte sich also das Rücksaugvolumen ebenfalls mit der Drehzahl und Belastung ändern. Da dies praktisch nicht durchführbar ist, wird üblicherweise ein Rücksaugvolumen gewählt, welches nur für eine Drehzahl-Belastungs-Kombination ideal ist. Für alle anderen Bedingungen wird es ein Kompromiß sein, d. h„ es wird entweder zu groß sein, wodurch eine negative Reflexion der zurückkehrenden Welle und somit Leerstellen in dem Hochdruck-

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system entstehen, oder es wird zu klein sein, wodurch akte mit dem Brennstoffraum in Verbindung, so daß

eine positive Reflexion entsteht und somit folglich selbst größere Leitungsvolumina auf den in dem

sekundäre Einspritzungen hervorgerufen werden Brennstoffraum herrschenden Druck aufgeladen wer-

können. den können. Die Erfindung schafft somit eine Vor-

Der Entwicklungsingenieur ist folglich mit dem 5 aussetzung für die Möglichkeit, auf Druckventile

Problem konfrontiert, seine Einspritzausrüstung so in jedem der Förderauslässe zu verzichten,

anzupassen, daß eine zufriedenstellende Einspritzung In Ausgestaltung der Erfindung wird der Brenn-

mit kleinen Einspritzmengen und niedrigen Dreh- stoffraum als Saug- bzw. Rückströmraum verwendet

zahlen (Leerlauf) erreicht wird, ohne daß bei großen und durch ein Druckhalteventil auf einem Zwischen-

Einspritzmengen und hohen Drehzahlen (volle Be- io druck über dem atmosphärischen Druck, jedoch

lastung) Sekundäreinspritzungen auftreten. Dieses unter dem Einspritzdruck gehalten. Zweckmäßig

Problem tritt auch bei Brennstoffeinspritzpumpen wird der Teil der Zeit, währenddessen die Kanäle

mit einem Pumpenkolben auf, der hin- und hergeht von der Pumpendruckkammer abgeschaltet sind,

und zugleich rotiert, wobei es als Verteilcrdrehschie- größer gewählt als das Zeitintervall, welches erforder-

ber dient. Bei solchen Pumpen ist es bekannt, in dem 15 Hch ist, um eine Brennstoffeinspritzung durch zwei

sogenannten »Verteilerteil« des Pumpenkolbens, d. h. der Förderkanäle zu bewirken. Vorzugsweise erstreckt

in dem Bereich, in dem die Verteilerauslaßöffnung sich die Aussparung in dem Verteilungsteil am Um-

mit den zu den Zylindern führenden Förderkanälen fang wenigstens über das Zweifache des Abstandes

zusammenarbeitet, eine Aussparung vorzusehen, die zwischen zwei benachbarten Förderkanalöffnungen,

eine ständige Verbindung derjenigen Förderkanäle 20 wobei sich die Aussparung in ständiger freier Strö-

untereinander herstellt, durch die gerade keine Ein- mungsverbindung mit der Zulieferungskammer be-

spritzung stattfindet. In einem anderen bekannten findet.

Fall wird diese Verbindung durch entsprechende Die Verbindung zwischen der Aussparung und

Kanäle und ein im Pumpenkolben angeordnetes dem Brennstoffraum kann durch eine sich axial

Druckventil gesteuert. Durch diese Verbindung kann 25 erstreckende Nut in der Mantelfläche des Pumpen-

sich zwar der Druck am Ende der Einspritzung in kolbens gebildet werden.

mehrere Förderkanäle bzw. Einspritzleitungen hin- Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen

ein entlasten. In diesen wird dabei aber ein Restdruck beispielsweise an Hand der schematischen Zeichnung

aufgebaut, der — wie zuvor erläutert — von der beschrieben; in dieser zeigt

Geschwindigkeit und Belastung abhängt. 30 Fig. 1 eine Schnittansicht einer Brennstoffein-

Aufgabe der Erfindung ist es, diese unerwünschte spritzpumpe, bei der die Erfindung eingebaut ist,

Abhängigkeit bei einer Verteilereinspritzpumpe der F i g. 2 eine Schnittansicht nach Linie TI-II der

genannten Gattung zu vermeiden und eine Aufladung F i g. 1,

des Drucksystems zwischen Verteilerauslaß und den F i g. 3 eine Schnittansicht nach Linie III-III der

Einspritzventilen auf einen bestimmten und für alle 35 F i g. 2,

Auslässe gleichen Druck zu erreichen. F i g. 4 eine Teilansicht des Pumpenkolbens und

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- F i g. 5 eine Schnittansicht nach Linie V-V der

löst, daß die Aussparung in ständiger Verbindung mit Fig. 1.

einem in an sich bekannter Weise den Schaft des Die Brennstoffeinspritzpumpe hat einen Pumpen-Pumpenkolbens umgebenden und unter dem Zu- 40 kolben 11, der in einer Bohrung 12 eines Pumpenlieferdruck stehenden Brennstoffraum steht. gehäuses 9 mittels eines Nockens 13 hin- und her-

Es sei erwähnt, daß es bei Verteilereinspritzpum- bewegbar ist, der an einer Pumpenantriebswelle 14

pen mit hin- und hergehenden und zugleich rotieren- gebildet ist. Der Kolben 11 v/ird durch ein Zahnrad-

den Pumpenkolben bekannt ist, im unteren (äußeren) getriebe, das durch die Zahnräder 16 und 17 einer

Totpunkt alle Förderkanäle etwas freizulegen, damit 45 Speisepumpe 15 gebildet wird, und die Zahnräder

sich in ihnen jeweils der gleiche Druck ausbildet. 18 und 19 gedreht. Der Kolben 11 dreht sich mit dem

Damit der Pumpenkolben beim Förderhub nur in Zahnrad 19 und bewegt sich gegenüber dem Zahnrad

dem Förderkanal, durch den die Einspritzung er- hin und her.

folgen soll, einen Druck aufbaut, nicht aber in den Das Pumpengehäuse 9 umfaßt ein Reglerabteil 21,

übrigen Förderkanälen, muß dieser erste Hubab- 50 welches denselben Druck wie der Brennstofftank 20

schnitt bis zum Abschluß der Förderkanalöffnungen hat, da es mit diesem durch eine schematisch durch

sehr klein bemessen werden. Damit ist aber wiederum die strichpunktierte Linie 22 angedeutete Rücklauf-

die unerwünschte Abhängigkeit von der für den leitung verbunden ist. Das Gehäuse 9 umfaßt außer-

Druckausgleich zur Verfügung stehenden Zeit, d. h. dem einen Saug- und Oberströmraum 26, der von der

von der Geschwindigkeit, gegeben. Zumindest läßt 55 Zahnradpumpe 15 über die Leitung 27 mit Brenn-

der verhältnismäßig kleine verfügbare Zeitquerschnitt stoff versorgt wird, in der ein Brennstoffilter 28 an-

nur einen Ausgleich ganz kleiner Leitungsvolumina geordnet ist. Die Speisepumpe 15 saugt Brennstoff

zu. Bei einer anderen bekannten Verteilerpumpe hat aus dem Brennstofftank 20 über die Leitung 31 an.

man auch schon die Verteilerauslaßöffnung so an- Der Brennstofftank 20 und das Reglerabteil 21

geordnet, daß sie vor Beginn jedes Förderhubes eine 60 können nahe dem atmosphärischen Druck gehalten

der Förderleitungen zu öffnen beginnt, bevor der werden. Der Saugraum 26 wird auf einem Zwischen-

Einlaß vollständig geschlossen wird. Da man bezug- druck, beispielsweise 3,5 kg/cm², durch ein den

lieh der Erstreckung des Verteilerauslasses in Um- Druck haltendes Ventil 32 gehalten, welches zwi-

fangsrichtung an enge Grenzen gebunden ist, läßt sehen dem Saugraum 26 und dem Abteil 21 angeord-

sich auch bei dieser Pumpe eine gewisse Abhängig- 6₅ net ist. Mehrere Brennstofförderkanäle 36 sind an

keit vom Zeitquerschnitt nicht vermeiden. ihren äußeren Enden mit Gewindeöffnungen 37 zum

Beim Gegenstand der Erfindung dagegen steht Anschluß an die Brennstoffeinspritzleitungen ver-

jeder Förderkanal für die Dauer mehrerer Einspritz- sehen, die zu den Einspritzdüsen eines Dieselmotors

führen. Die inneren Enden 38 der Kanäle 36 münden in einem gleichen Umfangsabstand in die Bohrung 12.

Das obere Ende der Bohrung 12 ist geschlossen, um eine Pumpendruckkammer 41 zu bilden. Die Kammer 41 steht unter dem Einspritzdruck nur während der Aufwärtsbewegung (Pumpenhub) des Kolbens 11. Der Kolben 11 weist ein Pumpenteil 42, ein Verteilerteil 43 und ein Steuerteil 44 zur Regelung des wirksamen Förderhubes auf. Der Verteilerteil 43, welcher als Drehschiebereinrichtung dient, um die Kammer 41 nacheinander mit den Kanälen 36 zu verbinden, hat einen radialen Auslaß 46, der in freier Strömlingsverbindung mit der Druckkammer 41 über einen Axialkanal 47 in dem Kolben 11 steht. Der Kanal 47 ist an seinem oberen Ende offen und mündet in radiale Kanäle 48 in dem Steuerteil 44, welche mit Nuten 49 in einer Steuermuffe 51 zusammenwirken.

In dem Verteilerkeil des Kolbens 11 ist in einem Umfangsabstand in bezug auf die Auslaßöffnung 46 eine Aussparung 55 gebildet. Die Aussparung 55 weist eine Umfangsbreite auf, die das Mehrfache der Umfangsbreite der Öffnung 46 beträgt, und steht in freier Sirömungsverbindung mit dem Saugraum 26 über eine Axialnut 56. Die Aussparung 55 verbindet die Brennstofförderkanäle 36 mit dem Saugraum 26 während eines wesentlichen Anteils der Zeit, in der sie sich nicht in Deckung mit der Öffnung 46 befindet.

Wenn der Kolben 11 seinen Aufwärtshub gebinnt, dreht er sich gleichzeitig, so daß seine Saug- und Überströmkanäle 48 sich außer Deckung mit den axialen Nuten 49 bewegen. Sodann bewirkt eine weitere Aufwärtsbewegung des sich drehenden Kolbens 11 einen Hochdruck in der Kammer 41 und bringt gleichzeitig die Verteilerauslaßöffnung 46 in Deckung mit einem der Kanäle 36. Der größte Teil der anderen Kanäle 36 ist mit dem Saugraum 26 über die Aussparung 55 und die Nut 56 verbunden. Wenn der Kolben 11 fortfährt, sich zu drehen und sich in seinem Pumpenhub nach oben zu bewegen, wird sich die obere Reihe der Kanäle 48 in dem Steuerteil über die obere Kante der Muffe 51 bewegen, wodurch der Brennstoff aus dem unter Druck stehenden Kanal 36 über die Öffnung 46 ausströmt, welche sich noch damit in Deckung befindet. Durch eine weitere Drehbewegung des Kolbens wird die Öffnung 46 außer Deckung mit dem Kanal 36 bewegt, und der letztere wird in freier Strömungsverbindung mit dem Durchlaß verbunden, der von der Aussparung 55 und der Nut 56 gebildet ist.

Wenn sich die obere Reihe der Kanäle 48 über die Muffe bewegt und den Druck in dem Kanal 36 entlastet, mit dem sich die Öffnung 46 zu der Zeit in Deckung befindet, wird sich das Einspritzventil an dem Motorzylinder schließen und die zurückkehrende Druckwelle in dem Kanal 36 wird zu dem Saugraum 26 über die Öffnung 46, die Kanäle 47, 48 und die Nuten 49 geleitet. Die zurückkehrende Druckwelle bewegt sich also über die Öffnung 46 und die Kanäle 47 und 48 zum Saugraum, wo sie absorbiert wird. Dadurch wird sie daran gehindert, schädliche Druckstöße oder Druckschwankungen in den Kanälen 36 hervorzurufen, die mit der Druckkammer über den Durchlaß 55 und 56 verbunden sind. Die Kanaleinrichtungen 55 und 56, die als Umlaufventil dienen, um die Kanäle 36 nacheinander an den Saugraum 26 anzuschließen, bewirken einen Ausgleich des Druckes in den Kanälen 36.

Aus dem beschriebenen Aufbau ist zu ersehen, daß während der Pumpentätigkeit die einzelnen Kanäle während eines Hauptteils der Zeit, d. h. über mehr als die Hälfte der Zeit, an den Saugraum 26 angeschlossen sind. Bei einer Pumpe, die drei oder mehr Kanäle 36 hat, kann es praktisch sein, zum Aufladen ein Zeitintervall anzuwenden, das so kurz ist wie das Zeitintervall, welches für zwei Einspritzakte erforderlich ist. Der Ausgleich des Druckes in den Kanälen und das Aufladen derselben auf den im Saugraum herrschenden Zulieferdruck gewährleistet eine gleiche Belieferung der Einspritzdüsen mit Brennstoff.

Obgleich eine Brennstoffpumpe, bei der das erfindungsgemäße Vorladeprinzip verwendet wird, mit einem Druckventil zwischen der Pumpendruckkammer41 und der Verteilerauslaßöffnung 46 versehen sein könnte, hat sich herausgestellt, daß das Druckventil unnötig ist und daß sein Fortlassen eine weitere Verbesserung in der Motorleistung ergibt. Das Druckventil ist eine Reflexionsquelle für die zurückkehrende Druckwelle; es ist daher von Vorteil, dieses Ventil fortzulassen. Außerdem wird durch das Fortlassen des Ventils das Volumen des Hochdrucksystems der Pumpe verkleinert.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Brennstoffeinspritzpumpe für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen, mit einem hin- und hergehenden und rotierenden Pumpenkolben, welcher zugleich als Verteilerdrehschieber dient, der im Bereich des Verteilerauslasses und der mit diesem zusammenwirkenden, zu den Zylindern der Brennkraftmaschine führenden Förderkanäle in seiner Mantelfläche eine Aussparung aufweist, die wenigstens den größten Teil derjenigen Förderkanäle miteinander verbindet, durch die keine Einspritzung stattfindet, mit einer den Brennstoff unter einem bestimmten Zulieferdruck zur Einspritzpumpe fördernden Speisepumpe, d adurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (55) in ständiger Verbindung mit einem in an sich bekannter Weise den Schaft des Pumpenkolbens (11) umgebenden und unter dem Zulieferdruck stehenden Brennstoffraum (26) steht.

2. Brennstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffraum (26) als Saug- und Rückströmraum dient und in an sich bekannter Weise ein Druckhalteventil (32) aufweist.

3. Brennstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Zeit, währenddessen die Förderkanäle (36) von der Pumpendruckkammer (41) abgeschaltet sind, größer ist als das Zeitintervall, welches erforderlich ist, um eine Brennstoffeinspritzung durch zwei der Kanäle (36) zu bewirken.

4. Brennstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (55) in dem Verteilungsteil (43) des Pumpenkolbens (11) sich am Umfang wenigstens über das Zweifache des Abstandes zwischen zwei benachbarten Förderkanalöffnungen (38) erstreckt.

5. Brennstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Aussparung und dem Brennstoffraum (26) durch eine sich axial erstreckende Nut (56) in der Mantelfläche des Pumpenkolbens gebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 103 686, 346, 1169 199;
schweizerische Patentschrift Nr. 349 124; USA.-PatentschriftNr. 3 138 103.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen