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Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
- insbesondere Dieselmotoren - mit einem in einer Zylinderbohrung axial- und drehbeweglich
geführten Pumpenkolben, der eine von zwei mindestens eine schräge Steuerkante aufweisenden
Steuerkanten begrenzte und mit einer Steueröffnung in der Wand der Zylinderbohrung
zusammenarbeitende Steuerfläche aufweist, und mit einem Pumpenarbeitsraum, der als
Teil der Zylinderbohrung einerseits von einer Steuerfläche des Pumpenkolbens begrenzt
und andererseits mit einer zu einer kraftstoffdruckgesteuerten Einspritzdüse führenden
und von einem Druckventil verschließbaren Druckleitung verbunden ist, welche über
eine das Druckventil und den Pumpenarbeitsraum umgehende mittels einer Hilfssteuerbohrung
in die Zylinderbohrung einmündende Entlastungsleitung und eine sich an die Steuerfläche
des Pumpenkolbens anschließende Steuernut direkt mit der Steueröffnung und über
diese mit einem Raum niederen Drucks - vorzugsweise dem Saugraum der Pumpe - verbindbar
ist, wobei zur Beendigung der Kraftstofförderung der Pumpenarbeitsraum über einen
am Pumpenkolben angeordneten Verbindungskanal zur Steuernut - von der Steuerfläche
des Pumpenkolbens gesteuert - mit der Steueröffnung verbindbar ist und zur Entlastung
der Druckleitung die Hilfssteuerbohrung annähernd gleichzeitig mit der Steueröffnung
von derselben oder einer zweiten Steuerfläche am Pumpenkolben aufsteuerbar ist,
nach Patentanmeldung P 26 09 724.5.
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Nun hat es sich gezeigt, daß eine nach der Hauptpatentanmeldung ausgestattete
Kraftstoffeinspritzpumpe bei leergelaufenen zu den Einspritzdüsen führenden Druckleitungen
- insbesondere bei kleiner Pumpengröße - und bei entsprechend ungünstiger Dimensionierung
der Strömungsquerschnitte nicht zu fördern beginnt. Die Leitungen müssen gelöst
und entlüftet werden, erst dann ist eine Kraftstofförderung möglich.
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Der Zusatzerfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil
bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Hauptpatentanmeldung zu vermeiden und
diese Pumpe so zu verbessern, daß sie beim Anlassen sofort zu fördern beginnt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Anlaßstellung des Pumpenkolbens
die Verbindung von der Entlastungsleitung zum Raum niederen Drucks durch die mit
der Hilfssteuerbohrung zusammenwirkende Steuerfläche während des gesamten Kolbenhubes
gesperrt ist. Dadurch wird insbesondere vermieden, daß in der Druckleitung bzw.
Entlastungsleitung befindliche Luft lediglich zwischen Pumpenarbeitsraum und Druckleitung
hin-und hergepumpt wird. Nach dem Anspringen des Motors wird der Pumpenkolben in
bekannter Weise von dem zugehörigen Regler von seiner Anlaßstellung in eine seiner
zwischen Leerlauf und Vollast liegenden Betriebslagen zurückgedreht. Dabei tritt
die von der Hilfssteuerbohrung und der zugehörigen Steuerfläche am Pumpenkolben
gesteuerte Gleichdruckentlastung wieder in Kraft.
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Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe
ergibt sich dadurch, daß die mit der Hilfssteuerbohrung zusammenwirkende Steuerfläche
im Anschluß an den zwischen Leerlauf und Vollast die Hilfssteuerbohrung aufsteuernden
Bereich der untenliegenden Steuerkante einen sich in die Steuernut hinein erstreckenden
Vorsprung aufweist.
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Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Vorsprung in Umfangs-
und Achsrichtung des Pumpenkolbens mindestens eine solche Ausdehnung hat, daß in
der Anlaßstellung des Pumpenkolbens die Hilfssteuerbohrung während des gesamten
Pumpenkolbenhubes durch die zugehörige Steuerfläche abgedeckt ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich durch die Kombination der Merkmale der Zusatzpatentanmeldung mit denen der
Unteransprüche der Hauptpatentanmeldung.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand
der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch den
erfindungswesentlichen Teil einer als erstes Ausführungsbeispiel dargestellten Einspritzpumpe,
Fig. 2 eine Abwicklung der Mantelfläche des zugehörigen Pumpenkolbens mit eingezeichneter
Lage der Steuerbohrungen, Fig. 2a die gleiche Abwicklung wie Fig. 2, jedoch mit
in Anlaßstellung und im oberen Totpunkt stehendem Pumpenkolben, Fig. 3 einen Längsschnitt
entsprechend Fig. 1 durch das zweite Ausführungsbeispiel und Fig. 4 eine Abwicklung
entsprechend Fig. 2, jedoch ftjr das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 3.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in ein nur teilweise
dargestelltes Gehäuse 10 einer Einspritzpumpe 11 ein Pumpenzylinder 12 eingesetzt,
in dessen Zylinderbohrung 13 ein Pumpenkolben 14 axial- und drehbeweglich
geführt
ist. Der Pumpenzylinder 12 stützt sich mit einer Ringschulter 15 auf einem Absatz
1,6 im Gehäuse 10 ab und wird mittels eines durch Schrauben 17 befestigten Spannflansches
18 unter Zwischenschaltung eines Rohranschlußstücks 19 und eines Ventilkörpers 20
fest gegen diesen Absatz 16 gespannt. In dem Ventilkörper 20 ist ein mit einem Rücksaugbund
21 versehenes bewegliches Ventilglied 22 eines Gleichraum-Entlastungsdruckventils
23 geführt. Das Ventilglied 22 wird durch eine Feder 24 auf seinen Sitz im Ventilkörper
20 gedrückt. An das Rohranschlußstück 19 ist in nicht näher dargestellter aber an
sich bekannter Weise eine Druckleitung 34 angeschlossen, die die Einspritzpumpe
11 mit einer bekannten kraftstoffdruckgesteuerten Einspritzdüse verbindet (nicht
gezeichnet).
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Der Pumpenkolben 14 hat zwei einander gegenüberliegende, durch schräge
Steuerkanten 25 und 26 und von einer Stirnfläche 27 begrenzte Steuerflächen 28 und
29, von denen die erste Steuerfläche 28 mit einer in der Wand der Zylinderbohrung
13 angeordneten zugleich als Saug- und Rückströmbohrung dienenden Steueröffnung
30 zusammenwirkt. Mit der zweiten Steuerfläche 29 arbeitet eine in die Wand der
Zylinderbohrung 13 eingearbeitete Hilfssteuerbohrung 31 zusammen, welche Teile einer
den Pumpenzylinder 12 und den Ventilkörper 20 durchsetzenden Entlastungsleitung
32 ist. Diese Entlastungsleitung 32 ist so angeordnet, daß sie das Druckventil 23
und einen Pumpenarbeitsraum 33 umgeht, der als Teil der Zylinderbohrung 13 einerseits
von der Stirnfläche 27 des Pumpenkolbens 14 begrenzt ist und andererseits mit der
von dem Druckventil 23 verschließbaren Druckleitung 34 verbunden ist Die Druckleitung
34 kann somit von einem als Teil dieser Druckleitung anzusehenden Druckraum 35 oberhalb
des Druckventils
23 aus über die Entlastungsleitung 32 und die
Hilfssteuerbohrung 31, eine ringförmige Steuernut 36 am Pumpenkolben 14 und die
Steueröffnung 30 direkt mit einem den Pumpenzylinder 12 im Bereich der Steueröffnung
30 umgebenden Saugraum 37 verbunden werden, wenn die Steuerkanten 25 und 26 die
Bohrungen 31 und 30 aufgesteuert haben. Der Saugraum 37 ist in bekannter und deshalb
nicht näher dargestellter Weise mit einer Vorförderpumpe verbunden und steht damit
unter dem von einem Druckbegrenzungsventil gesteuerten Förderpumpendruck, so daß
während der beschriebenen offenen Verbindung vom Saugraum 37 über die Bohrungen
30 und 31 und die Entlastungsleitung 32 zur Druckleitung 34 sich in letzterer nach
Beendigung jeder Einspritzung der Standdruck auf den im Saugraum 37 herrschenden,
gegenüber dem Einspritzdruck wesentlich niedrigeren Druck einstellen kann.
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Der Pumpenarbeitsraum 33 ist über zwei in Form von Längsnuten in die
Umfangsfläche des Pumpenkolbens 14 eingearbeitete Verbindungskanäle 38 mit der Steuernut
36 verbunden und somit nach Eröffnung der Steueröffnung 30 durch die schräge Steuerkannte
25 mit dem Saugraum 37 zur Beendigung der Einspritzung verbindbar.
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In die in Fig. 2 dargestellte Abwicklung der Mantelfläche des Pumpenkolbens
14 sind die Steueröffnung 30 und die ilfssteuerbohrung 31 für die in Fig. 1 dargestellte
Lage des Pumpenkolbens 14 eingezeichnet. Die Steuerkante 25 berührt gerade den Rand
der Steueröffnung 30, so daß bei weiterem Aufwärtsgehen des Pumpenkolbens 14 die
Steueröffnung 30 zur Beendigung der Einspritzung über die Steuernut 36 und den Verbindungskanal
38 mit dem Pumpenarbeitsraum 33 verbunden würde. In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Lage des Pumpenkolbens 14 in Bezug auf die Steueröffnung 30 hat die von der zweiten
Steuerkante 26 gesteuerte Hilfssteuerbohrung 31 noch einen wenige
zehntel
Millimeter betragenden Abstand zur Steuerkante 26.
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Dieser Abstand entspricht einem mit a bezeichneten weiteren Hub des
Pumpenkolbens 14. In der unteren Totpunktlage UT des Pumpenkolbens 14 stehen die
Steuerbohrungen 30 und 31 in Bezug auf den Pumpenkolben 14 in der strichpunktiert
in Fig. 2 eingezeichneten Lage, d.h. die Steueröffnung 30 ist praktisch vollständig
geöffnet, die Hilfssteuerbohrung 31 wird jedoch von der Steuerfläche 29 verdeckt,
so daß sie in der unteren Totpunktlage des Kolbens am Ende des Saughubes sowie während
des gesamten wirksamen Förderhubes verschlossen ist. Dementsprechend hat auch die
zweite Steuerkante 26 gegenüber der ersten Steuerkante 25 einen größeren Abstand
zur Stirnfläche 27 des Pumpenkolbens 14. Durch die in UT verschlossene Hilfssteuerbohrung
31 werden die vor allem vor Förderbeginn auftretenden Druckstöße im Saugraum von
der Entlastungsleitung 32 und damit von der Druckleitung 34 ferngehalten.
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Die mit der Hilfssteuerbohrung 31 zusammenwirkende Steuerfläche 29
weist an den zwischen Leerlauf und Vollast die Hilfssteuerbohrung 31 aufsteuernden
Bereich der untenliegenden Steuerkante 26 einen sich in die Steuer nut 36 hineinerstreckenden
Vorsprung 39 auf. Dieser Vorsprung 39 dient dazu, die Verbindung von der Entlastungsleitung
32 zum Saugraum 37 in der Anlaßstellung des Pumpenkolbens 14 zu sperren, was nachfolgend
zu Fig. 2a näher erläutert wird.
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In Fig. 2a sind der Pumpenkolben 14 und die zugehörigen Steuerbohrungen,
die Steueröffnung 30 und die Hilfssteuerbohrung 31 in der Wand des Pumpenzylinders
12 in der Stellung zueinander mit vollen Linien gezeichnet, die sie in der Anlaßstellung
und oberen Totpunktlage des Pumpenkolbens 14 einnehmen.
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In dieser oberen Totpunktlage deckt der Vorsprung 39 an der Steuerfläche
29 die Hilfssteuerbohrung 31 ab, so daß diese während des gesamten Pumpenkolbenhubes
in dessen Anlaßstellung
geschlossen bleibt. Dadurch wird erfindungsgemäß
verhindert, daß in der Druckleitung 34 befindliche Luftblasen zwischen der Druckleitung
34 und dem Pumpenarbeitsraum 33 hin-und hergepumpt werden und eine wirksame Pumpenförderung
nicht stattfindet. Wie anschließend zum zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt
und beschrieben, kann der Vorsprung 39 auch so ausgebildet sein, daß er die Steuernut
36 unterbricht und in die anschließende Mantelfläche des Pumpenkolbens übergeht.
Häufig wird beim Anlassen ein anderer Förderbeginn als im Normalbetrieb gewünscht.
Dieser kann durch eine in Figur 2a strichpunktiert angedeutete Startnut 40 gesteuert
werden.
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Ein sehr günstiger Einspritzverlauf und ein nachspritzerfreies Arbeiten
der Einspritzdüse wurde mit einer Einspritzeinrichtung erreicht, bei der der Pumpenkolbendurchmesser
22 mm, der Durchmesser der Steueröffnung 6 mm und der Durchmesser der Hilfssteuerbohrung
0,9 mm betrug. Als Maß a wurde 0,4 mm gewählt.
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Eine geringfügig veränderte Lage der Hilfssteuerbohrung 31, in der
sie zugleich mit der Steueröffnung 30 oder; bereits kurz vor dieser aufgesteuert
wird oder in der sie in der unteren Totpunktlage des Pumpenkolbens 14 kurzzeitig
geöffnet wird, ist auch als von der vorliegenden Erfindung umfaßt anzusehen, da
die Lage und Größe dieser Hilfssteuerbohrung ein Mittel ist, die Leitungsentlastung
an die hydraulischen Verhältnisse der Einspritzanlage anzupassen.
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Bei der in den Fig. 3 und 4 als zweites Ausführungsbeispiel dargestellten
Einspritzpumpe 41 sind die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Teile gleich
bezeichnet bzw.
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mit einem Indexstrich versehen, wenn sie in ihrer Form oder Lage wesentlich
verändert sind. Im Gegensatz zu der Pumpe 11 des ersten Ausführungsbeispiels ist
die Einspritzpumpe 41 einfacher aufgebaut. So ist der Pumpenarbeitsraum 33 durch
ein einfaches im Rohranschlußstück 19 geführtes und von der Feder 24 belastetes
als Plattenventil ausgebildetes Druckventil 42
gegenüber der Druckleitung
34 verschlossen. Dieses Ventil könnte auch ein Kugelventil sein. Der Pumpenkolben
14' ist in bekannter Weise zweiflutig ausgebildet und hat zwei im wesentlichen gleiche
mit Steuerkanten 25' und 26' versehene Steuerflächen 28' und 29'. Als wichtiger
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist anzusehen, daß die Hilfssteuerbohrung
31' nahe der Steuerbohrung 30 angeordnet ist. Wie aus Fig. 4 zu entnehmen, ist diese
Hilfssteuerbohrung 31' derart in Umfangs-und Achsrichtung des Pumpenkolbens 14'
in Richtung der Neigung der Steuerkante 25' versetzt zur Steueröffnung 30 angeordnet,
daß sie nach dem mit a bezeichneten Teilhub kurz nach der Steueröffnung 30 von der
Steuerkante 25' aufgesteuert wird. Dieser in Fig. 3 und 4 dargestellte Pumpenkolben
14' könnte auch mit einer einzigen Steuerfläche 28' ausgerüstet sein, eine zweiflutige
Ausbildung des Pumpenkolbens ist aber nicht nur wegen des hydraulischen Kraftausgleiches
sondern auch aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaft, da durch eine zweite,
der ersten Steueröffnung 30 gegenüberliegende Steueröffnung 43 nicht nur die Füllung
des Pumpenarbeitsraums 33 verbessert wird und ein schnelles Spritzende erzielt wird,
sondern die Hilfssteuerbohrung 31' kann durch die zweite Steueröffnung 43 hindurch
als Sackloch in die Wand derZylinderbohrung 31' gebohrt werden. Die in Richtung
der Längsachse des Pumpenzylinders 12' in letzteren gebohrte mit der Hilfssteuerbohrung
31' verbundene Entlastungsleitung 32 mündet direkt in den Druckraum 35 oberhalb
des Druckventils 42.
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Ein beim zweiten Ausführungsbeispiel mit 39' bezeichneter Vorsprung
an der Steuerfläche 28' ist im Gegensatz zu dem Vorsprung 39 des ersten Ausführungsbeispiels
so ausgebildet, daß er die Steuernut 36' unterbricht und in die anschließende Mantelfläche
des Pumpenkolbens 14' übergeht. Die Wirkungsweise dieses Vorsprungs 39' ist die
gleiche wie die des Vorsprungs 39 des ersten Ausführungsbeispiels, welche dort ausführlich
zu Fig. 2a beschrieben ist.
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Die erfindungsgemäße Gleichdruckentlastung geht wie folgt vor sich:
Bewegt sich bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 der Pumpenkolben
14 aus der gezeichneten Lage weiter aufwärts, dann steuert, wie bereits beschrieben,
die Steuerkante 25 zuerst die Steueröffnung 30 und nach einem weiteren Teilhub a
die zweite Steuerkante 26 die Hilfssteuerbohrung 31 auf.
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Durch Entlastung des Pumpenarbeitsraums 33 über den Verbindungskanal
38, die Steuernut 36 und die Steueröffnung 30 zum Saugraum 37 wird die Einspritzung
beendet, und das Entlastungsdruckventil 23 schließt nach einem durch die Lage des
Rücksaugbundes 21 bestimmten Rücksaughub die Verbindung vom Pumpenarbeitsraum 33
zur Druckleitung 34. Annähernd gleichzeitig dazu, vorzugsweise kurz nach Förderende,
wird der Standdruck in der Druckleitung 34 über die Entlastungsleitung 32, die Hilfssteuerbohrung
31, die Steuernut 36 und Steueröffnung 30 ebenfalls mit dem Saugraum 37 verbunden
und der Standdruck in der Leitung auf den Saugraumdruck abgesenkt. Durch die Größe
der als Drosselbohrung ausgebildeten Hilfssteuerbohrung wird die Entlastung entsprechend
gedämpft und in ihrem zeitlichen Verlauf gesteuert. Da die beschriebene Entlastung
praktisch unabhängig von der durch das Ventil 23 bewirkten Leitungsentlastung vor
sich geht, kann durch entsprechende Abstimmung beider Entlastungsmittel eine optimale
Auslegung der Einspritzeinrichtung erreicht werden.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 werden sowohl
das Einspritzende als auch die Entlastung von der gleichen Steuerkante 25' gesteuert
und da das Druckventil 42 keine Entlastung der Druckleitung 34 bewirkt, wird die
Entlastung ausschließlich über die Leitung 32 und die Hilfssteuerbohrung 31' gesteuert.
Die Größe und endgültige Lage der Hilfssteuerbohrung 31' muß durch Versuche ermittelt
werden.
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Um beim Anlassen des Motors auftretende Startschwierigkeiten durch
in der Druckleitung 34 befindliche Luft zu verhindern, sind bei beiden Ausführungsbeispielen
die mit der Steuerbohrung 31 zusammenwirkenden Steuerflächen 29 bzw. 28' mit einem
Vorsprung 39 bzw. 39' versehen, der in der Anlaßstellung des Pumpenkolbens 14, 14'
die Verbindung von der Entlastungsleitung 32 zum Saugraum 37 sperrt, wie dies bereits
zu Fig. 2a erläutert wurde.