DE19719046A1 - Brennstoffeinspritzpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzpumpe für Hubkolbenbrenn­ kraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem einen an wenigstens ein Einspritzventil angeschlossenen Arbeitsraum enthaltenden Zylinder und mit einem mit Brennstoff beaufschlagbaren Saugraum, der über wenigstens eine Verbindungsausnehmung in der Zylinderwand mit dem Arbeitsraum verbunden ist, der durch einen im Zylinder angeordneten Kolben begrenzt ist, der mit jeder Verbindungsausnehmung jeweils zugeordneten Steuerkanten zum Auf- und Absteuern der zugeordneten Verbindungsausnehmung versehen ist.

Bei Anordnungen dieser Art wird beim Verdrängungshub des Kolbens vor dem Absteuern, das heißt vor dem Schließen der Verbindungsausnehmung bzw. -ausnehmungen Brennstoff aus dem Arbeitsraum verdrängt. Dieser Brennstoff strömt dabei über die Verbindungsausnehmung bzw. -aus­ nehmungen in den Saugraum zurück, wobei sich eine mit hoher Geschwindigkeit bewegte Flüssigkeitssäule ergibt. Aufgrund der Massen­ trägheit des Brennstoffs führt dieser beim Absteuern der Verbindungsaus­ nehmung bzw. -ausnehmungen seine Bewegung zunächst fort, was zu einem starken Druckabfall im Bereich der Verbindungsausnehmung bzw. -ausnehmungen führt. Hierbei besteht die Gefahr, daß der Dampfdruck des Brennstoffs unterschritten wird, so daß es zu den gefürchteten Kavitations­ erscheinungen im Bereich der Verbindungsausnehmung bzw. -aus­ nehmungen kommen kann.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffeinspritzpumpe gattungsgemäßer Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, daß die genannten Kavitations­ erscheinungen verhindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am saugraum­ seitigen Eingang jeder Verbindungsausnehmung eine Ventilanordnung vorgesehen ist, die einen mittels einer Ventilfeder in Richtung zum Arbeits­ raum hin in Anlage an einem zugeordneten Ventilsitz haltbaren Ventilkörper aufweist, und daß jeder Ventilanordnung wenigstens ein immer geöffneter, als Drossel ausgebildeter Bypass zugeordnet ist.

Diese Maßnahmen stellen sicher, daß die Strömung des vor dem Absteuern der Verbindungsausnehmung bzw. -ausnehmungen aus dem Arbeitsraum verdrängten Brennstoffs gedrosselt wird. Dementsprechend wird während dieses Verdrängungsvorgangs der Druck im Bereich der Verbindungsaus­ nehmung bzw. -ausnehmungen auf ein vergleichsweise hohes Niveau ange­ hoben, so daß der beim Absteuern der Verbindungsausnehmung bzw. -aus­ nehmungen dort nicht vermeidbare Druckabfall nicht bis in den Bereich des Dampfdrucks erfolgt. Andererseits stellen die Ventilanordnung bzw. -anord­ nungen sicher, daß bei einer zur Beendigung eines Einspritzvorgangs er­ folgenden Aufsteuerung der Verbindungsausnehmung bzw. -ausnehmungen ein von der oben erwähnten Drosselung unabhängiger Druckabbau erfolgen kann, indem die Ventile öffnen. Der mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen verbundene bauliche Aufwand ist vergleichsweise klein. Dennoch wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Pumpenlebensdauer nicht unwesentlich vergrößert. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergeben dementsprechend eine ausgezeichnete Wirtschaftlichkeit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der überge­ ordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann der Ventilkörper zweckmäßig eine den Bypass bildende, zentrale Drossel­ bohrung aufweisen. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache und kompakte Bauweise.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, daß von der zentralen Drosselbohrung in den Saugraum mündende Querbohrungen abgehen. Hierdurch wird eine gleichmäßige Verteilung des in den Saugraum zurückflutenden Brennstoffs erreicht.

Vorteilhaft kann ein den Ventilsitz enthaltender, an der Zylinderwand anbringbarer Ring vorgesehen sein, der einen im Ventilkörper zugeordneten Führungskragen aufweist. Hierdurch wird eine hohe Betriebssicherheit erreicht. Der Ventilkörper kann dabei einfach als Stift ausgebildet sein. Dieser ist zweckmäßig mit einem konischen Ventilkopf versehen, der mit einer konischen Sitzfläche des Ventilsitzes zusammenwirkt, was eine zuverlässige Abdichtung ergibt.

In weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann die Ventilfeder als ineinander gegenüberliegenden Sackbohrungen des Ventil­ körpers und einer in die Wandung des Saugraums einschraubbaren Anschlagschraube eingreifende Druckfeder ausgebildet sein. Diese Maß­ nahmen ergeben eine zuverlässige Führung der Feder. Gleichzeitig ergibt sich eine einfache mechanische Hubbegrenzung für den Ventilkörper. Auch diese Maßnahmen verbessern daher die Betriebssicherheit.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen ange­ geben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung entnehmbar.

In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Einspritzpumpe,

Fig. 2 die Einzelheit II aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung und

Fig. 3 ein Druck-Zeit-Diagramm für den Druck im Bereich der Verbindungsausnehmungen der Anordnung gemäß Fig. 1 und 2.

Die der Fig. 1 zugrundeliegende Brennstoffeinspritzpumpe kann einem Einspritzventil eines Dieselmotors zugeordnet sein. Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Anordnungen sind an sich bekannt.

Die dargestellte Einspritzpumpe besteht aus einem einteiligen Zylinder 1, in welchem ein Kolben 2 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Dieser wird über ein nicht näher dargestelltes Antriebsaggregat, beispielsweise eine Nockenwelle, angetrieben. Der Kolben 2 begrenzt einen im Zylinder enthaltenen Arbeitsraum 3, von dem eine Anschlußbohrung 4 für eine zu einem nicht näher dargestellten Einspritzventil führende Einspritzleitung abgeht. Im Bereich der Anschlußbohrung 4 ist ein bei einem vorgegebenen Druck öffnendes Rückschlagventil 5 angeordnet.

Der Zylinder 1 ist von einem ringförmigen Pumpengehäuse 6 umfaßt, das zusammen mit dem Zylinder 1 einen umlaufenden Saugraum 7 begrenzt. Das Pumpengehäuse 6 liegt mit einer Stirnseite an einem es übergreifenden Flansch des Zylinders 1 an und ist hiermit verschraubt. Der Saugraum 7 wird über eine nicht näher dargestellte Brennstoffbereitstellungseinrichtung mit Brennstoff beaufschlagt, wobei ein Bereitsteilungsdruck von etwa 5 bar vorgesehen ist. Der Saugraum 7 ist über zwei einander diametral gegen­ überliegende, den Zylinder 1 radial durchsetzende Verbindungs­ ausnehmungen 8 mit der dem Kolben 2 zugeordneten, den Arbeitsraum 3 bildenden Bohrung des Zylinders 1 verbunden.

Der Kolben 2 ist mit durch Steuerkanten 9, 10 begrenzten, umfangsseitigen Steuerflächen 11 versehen, die beim Vorbeigang an einer Verbindungsaus­ nehmung 8 diese abdecken und damit die Verbindung zwischen Arbeitsraum 3 und Saugraum 7 unterbrechen. Jeder der beiden Verbindungsaus­ nehmungen 8 ist eine derartige Steuerfläche 11 zugeordnet. Die Verbindungsausnehmungen 8 werden dementsprechend bei jedem Arbeits­ takt des Kolbens ab- und aufgesteuert.

Am saugraumseitigen Eingang jeder Verbindungsausnehmung 8 ist eine Ventilanordnung 12 vorgesehen, die als nach außen, das heißt zum Saug­ raum 7 hin öffnende Rückschlagventilanordnung ausgebildet ist. Diese besteht, wie am besten aus Fig. 2 erkennbar ist, aus einem einen konischen Ventilsitz 13 aufweisenden Ring 14, der mit einem in den Saugraum 7 hineinragenden Kragen 15 versehen ist und einem im Kragen 15 geführten, axial bewegbaren Ventilkörper 16, der mit einem den konischen Ventilsitz 13 zugeordneten, konischen Ventilkopf 17 versehen ist. Der Ring 14 ist eine zur zugeordneten Verbindungsausnehmung 8 koaxiale Sackbohrung des Zylinders 1 eingeschraubt. Die zentrale Bohrung 8' (Auslassungszeichen) stellt praktisch die ringseitige Fortsetzung der Ver­ bindungsausnehmung 8 dar. Der konische Sitz 13 wird innen durch die Bohrung 8' und außen durch den Kragen 15 begrenzt. Der Ventilkörper 16 ist einfach als an einem Ende konisch angedrehter Stift ausgebildet.

Der Ventilkörper 16 wird durch eine Ventilfeder 18 so beaufschlagt, daß er mit seinem konischen Ventilkopf 17 am zugeordneten Ventilsitz 13 des Rings 14 anliegt. Die Ventilfeder 18 ist als Spiraldruckfeder ausgebildet, die einerseits in eine Sackbohrung 19 des stiftförmigen Ventilkörpers 16 und andererseits in eine Sackbohrung 20 einer in das Pumpengehäuse 6 eingeschraubten Anschlagschraube 21 eingreift, deren inneres, in den Pumpenraum 7 hineinragendes Ende einen mechanischen Anschlag für den Ventilkörper 16 bildet.

Dieser ist mit einer zentralen Bohrung 22 versehen, deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser der Bohrung 8' des Rings 14 ist und die daher als Drosselbohrung fungiert. Von dieser axialen Durchgangsbohrung gehen radiale Querbohrungen 23 ab, die in den Saugraum 7 münden. Der Kragen 15 des Rings 14 ist mit den Querbohrungen 23 zugeordneten Ausnehmungen 24 versehen.

In der untersten Stellung des Kolbens 2 hat der Arbeitsraum 3 seine größte Ausdehnung. Die die Steuerkante 9 bildende Kolbenoberkante befindet sich dabei unterhalb der Verbindungsausnehmungen 8. Diese sind dement­ sprechend offen, so daß der Arbeitsraum 3 mit dem Saugraum 7 verbunden ist und mit Brennstoff gefüllt wird. Der Arbeitsraum 3 ist dabei ganz mit über die Durchgangsausnehmungen 8 zuströmendem Brennstoff gefüllt. Dieser steht in beiden Räumen mit dem gleichen Druck an. Dieser Druck, der wie weiter oben schon erwähnt wurde, etwa 5 bar beträgt, ist in Fig. 3 mit P₁ bezeichnet. Zum Zeitpunkt t₁ soll der Aufwärtshub einsetzen. Im Verlauf des Aufwärtshubs wird, solange die Verbindungsbohrungen 8 noch offen sind, Brennstoff über die Verbindungsbohrungen 8 in den Saugraum 7 zurückge­ drängt. Dieser durchströmt dabei die als Drosselbohrungen fungierenden Bohrungen 22, 23, wobei sich infolge der Drosselwirkung eine Drucker­ höhung ergibt, wie in Fig. 3 durch den Druckverlauf zwischen P₁ und P₂ angedeutet ist. Zum Zeitpunkt t₂ überfährt der Kolben 2 mit seinen Steuer­ flächen 11 die diesen zugeordneten Verbindungsausnehmungen 8, so daß die Verdrängung von Brennstoff in den Saugraum 7 hinein aufhört. Zum Zeitpunkt t₂ herrscht im Bereich der Verbindungsausnehmungen 8 der infolge der Drosselwirkung erhöhte Druck P₂. Infolge der Massenträgheit setzt die während der Verdrängungsphase in Bewegung gesetzte Brenn­ stoffsäule ihre Bewegung in den Saugraum 7 hinein fort, so daß sich im Bereich der Verbindungsausnehmungen 8 der bei t₂ angedeutete Druckab­ fall ergibt. Da vorher eine Druckerhöhung bis auf den Wert P₂ stattgefunden hat, fällt der Druck jedoch nicht unter den Dampfdruck ab, der in Fig. 3 mit einer unterbrochenen Linie angedeutet ist. Der Durchmesser der Drossel­ bohrungen ist dementsprechend so ausgelegt, daß ein Druck P₂ erreicht wird, der so hoch ist, daß der anschließende Druckabfall nicht in den Bereich des Dampfdrucks des Brennstoffs führt. Im dargestellten Beispiel erfolgt zum Zeitpunkt t₂ ein Druckabfall etwa auf das Ausgangsniveau P₁.

Ab dem Zeitpunkt P₂ beginnt die Einspritzung. Diese wird beendet, wenn die Steuerflächen 11 des Kolbens 2 mit ihren unteren Steuerkanten 10 die zuge­ ordneten Verbindungsausnehmungen 8 überfahren und öffnen. Dies ist in Fig. 3 zum Zeitpunkt t₃ der Fall. Dabei ergibt sich eine aus dem Arbeits­ raum 3 herausschlagende Druckspitze, die dazu führt, daß die Ventilan­ ordnungen 12 infolge der Vorspannung der Feder 18 verzögert öffnen, das heißt deren Ventilkörper mit seinem Ventilkopf 17 vom zugeordneten Ventilsitz 13 abgehoben wird. Dabei wird ein großer Strömungsquerschnitt geöffnet, so daß sich ein vergleichweise schneller Druckabbau ergibt.

Claims (10)

1. Brennstoffeinspritzpumpe für Hubkolbenbrennkraftmaschinen, insbe­ sondere Dieselmotoren, mit einem einen an wenigstens ein Einspritz­ ventil angeschlossenen Arbeitsraum (3) enthaltenden Zylinder (1) und mit einem mit Brennstoff beaufschlagbaren Saugraum (7), der über wenigstens eine Verbindungsausnehmung im Zylinder (1) mit dem Arbeitsraum (3) verbunden ist, der durch einen im Zylinder (1) angeordneten Kolben (2) begrenzt ist, der mit jeder Verbindungs­ ausnehmung (8) jeweils zugeordneten Steuerkanten (9, 10) zum Auf- und Absteuern der zugeordneten Verbindungsausnehmung (8) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß am saugraumseitigen Eingang jeder Verbindungsausnehmung (8) eine Ventilanordnung (12) vorgesehen ist, die einen mittels einer Ventilfeder (18) in Richtung zum Arbeitsraum (3) hin in Anlage an einem zugeordneten Ventilsitz (13) haltbaren Ventilkörper (16) aufweist, und daß jeder Ventilanordnung (12) wenigstens ein immer geöffneter, als Drossel (22, 23) ausgebildeter Bypass zugeordnet ist.

2. Brennstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der als Drossel (22, 23) ausgebildete Bypass im Bereich des Ventilkörpers (16) angeordnet ist.

3. Brennstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ventilkörper (16) eine den Bypass bildende, zentrale Durchgangsbohrung (22) aufweist.

4. Brennstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß von der zentralen Durchgangsbohrung (22) in den Saugraum (7) ausmündende Querbohrungen (23) abgehen.

5. Brennstoffeinspritzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (13) und der Kopf des Ventilkörpers (16) als ineinander passende Konen ausgebildet sind.

6. Brennstoffeinspritzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Ventilsitz (13) enthaltender, am Zylinder (1) anbringbarer Ring (14) vorgesehen ist der einen dem Ventilkörper (16) zugeordneten Führungskragen (15) aufweist.

7. Brennstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Führungskragen (15) des Rings (14) mit den Quer­ bohrungen (23) des Ventilkörpers (16) zugeordneten Ausnehmungen (24) versehen ist.

8. Brennstoffeinspritzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (14) in eine zur zugeordneten Verbindungsausnehmung (8) konzentrische Ausnehmung des Zylinders (1) einschraubbar ist.

9. Brennstoffeinspritzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfeder (18) als in einander gegenüberliegende Sackbohrungen (19, 20) des Ventil­ körpers (16) und einer in die Wandung des Saugraums (7) einschraubbaren Anschlagschraube (21) eingreifende Spiraldruck­ feder ausgebildet ist.

10. Brennstoffeinspritzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (16) als mit einem konischen Kopf versehener Stift ausgebildet ist.