DE3115909A1

DE3115909A1 - "brennstoffpumpe"

Info

Publication number: DE3115909A1
Application number: DE19813115909
Authority: DE
Inventors: Helmut 8905 Mering Schuierer; Fritz 8900 Augsburg Wöhrle
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1981-04-22
Filing date: 1981-04-22
Publication date: 1982-11-04
Also published as: FR2504598A1; GB2099086B; DE3115909C2; JPH0413553B2; GB2099086A; FR2504598B1; JPS57181969A; CH658886A5

Description

PB 3099/1507 - λ - Brennstoffpumpe

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffpumpe, mit der Brennstoff in den Hochdruckspeicher einer Brennkraftmaschine zur Versorgung von Einspritzventilen förderbar ist, mit einem Pumpengehäuse sowie einem, einen Pumpenkolben und einen Pumpendruckraum umfassenden Pumpenzylinder, an den sich ein Ventilträger mit einem in den Brennstoffweg eingeschalteten Druckventil anschließt, das einen zylindrischen Führungsschaft mit wenigstens einem äußeren Brennstoffdurchlaß, eine nach hinten offene Sacklochbohrung sowie vorne einen Schließkegel aufweist und in einer Bohrung des Ventilträgers geführt ist, deren Übergang in eine vom Pumpendruckraum abzweigende, durchmesserkleinere Zuführbohrung als kegliger Ventilsitz ausgebildet ist, gegen den das Druckventil durch eine in Schließrichtung wirkende Druckfeder angedrückt ist, die sich in der Sacklochbohrung geführt, einenends an deren Boden und andernends an einem Widerlager abstützt, das von einem Brennstoff samme1raum, von dem wenigstens ein Brennstoffauslaßkanal abzweigt, umgeben ist.

Eine Brennstoffpumpe dieser Art ist beispielsweise aus der GB-PS 258 682 bekannt. Als Widerlager für das Druckventil dient dabei eine hinter letzterem im Ventilträger eingesetzte Schraube, die vorne eine

PB 3099/1507 - ? -

zentrale Sacklochbohrung zur Führung und Abstützung einer das Druckventil in Schließrichtung beaufschlagenden Druckfeder aufweist und mit ihrer vorderen Stirnfläche als Anschlag zur Hubwegbegrenzung des Druckventils dient. Das Druckventil und dessen Widerlager sind bei einer Brennstoffpumpe die kritischten Bauteile, insbesondere dann, wenn der Hochdruckspeicher und.die daran angeschlossenen Einspritzventile einer Brennkraftmaschine von der Brennstoffpumpe mit Brennstoff extrem hohen Druckes, beispielsweise in der Größenordnung von 1000 bar, versorgt werden müssen. Da das rückwärtige Ende des Druckventiles sowie das vordere Ende des Widerlagers jeweils hülsenförmig ausgebildet sind, kommen im Betrieb praktisch nur die relativ schwach dimensionierten, einander zugewandten ringförmigen Flächen des Widerlagers und des Druckventils bei dessen Öffnungshub zur Anlage, so daß sowohl das Widerlager als auch das Druckventil bei den erforderlich hohen Brennstoffdrücken extremen Belastungen ausgesetzt sind. Es ist daher unvermeidbar, daß sowohl das Druckventil als auch dessen Widerlager hohem Verschleiß ausgesetzt sind, schlimmstenfalls zu Bruch gehen. Jedenfalls sind gewünscht lange Standzeiten einer Brennstoffpumpe mit einem Druckventil und Widerlager gemäß der bekannten Konstruktion nicht erreichbar; außerdem erfüllt eine derartige Konstruktion in einem Hochdrucksystem nicht die erforderlichen Sicherheitsansprüche.

Als weitere kritische Stelle im Brennstoffweg zwischen der Pumpe und' dem von dieser mit Brennstoff zu versorgenden Hochdruckspeicher ist die Brennstoffleitung zu bezeichnen, da in dieser beim Förderhub des Pumpenkolbens Druckspitzen auftreten, die erheblich über dem im Hochdruckspeicher herrschenden Brennstoffdruckniveau liegen. Eine Möglichkeit, diese Druckspitzen

PB 3099/1507 - >-

zu beherrschen, besteht darin, die Druckleitung überstark zu dimensionieren und auf einen entsprechenden Sicherheitsdruck auszulegen. Die Kosten dafür sind nicht unerheblich.
5

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffpumpe der eingangs genannten Art einerseits im Bereich des Druckventils und dessen Widerlager derart auszubilden, daß eine lange Standzeit·dieser Bauteile auch bei extrem hohen Brennstoffdrücken gewährleistet und außerdem die- Gefahr eines Zubruchgehens des Druckventiles auf ein Minimum abgesenkt ist, andererseits den Brennstoffweg nach dem Druckventil derart auszubilden, daß in der Brennstoffleitung zwischen Brennstoffpumpe 5 und Hochdruckspeicher keine schädlichen Druckspitzen mehr auftreten können.

Diese Aufgabe ist bei einer Brennstoffpumpe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch Merkmale entsprechend dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind zusammen mit der nachfolgenden Beschreibung derselben anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher' erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den für die Beschreibung der Erfindung wesentlichen Teil einer

Brennstoffpumpe mit einem Widerlager gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich des Druckventiles,

PB 3099/1507 - * -

Fig. 3 eine Variante der in Fig. 2 gezeigten Anordnung im Bereich des Druckventiles und dessen Widerlager.

In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Bauteile der Übersichtlichkeit halber mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Brennstoffpumpe, mit 2 deren unteres Pumpengehäuseteil und mit 3 deren oberes Purapengehäuseteil bezeichnet, welch letzteres sich wiederum aus einem unteren Teil 4 sowie einem oberen Teil 5 zusammensetzt. Mit 6 ist ein im Pumpengehäuseteil 2 eingesetzter Pumpenzylinder, mit 7 ein diesen umgebender Saugraum, mit 8 ein im Pumpenzylinder 6 arbeitender Pumpenkolben, mit 9 ein Pumpendruckraum, mit 10 und 11 je ein letzteren mit dem Saugraum 7 verbindender Ansaugkanal und mit 12 ein Ventilträger für ein Druckventil 13 bezeichnet. Der Pumpenkolben 8 steht in nicht dargestellter Weise über einen Pumpenstößel mit dem Nocken einer Nockenwelle in Arbeitskontakt. Der Pumpenzylinder 6 ist an seinem unteren, nicht dargestellten Ende .im unteren Pumpengehäuseteil 2 abgestützt; an einer oberen ringförmigen Stirnfläche 14 ist der Ventilträger 12 mit einer hierzu korrespondierenden unteren Anlagefläche 15 abgestützt. Der Ventilträger 12 ist darüber hinaus mittels der Außenfläche 16 eines an ihm angeordneten Bundes 17 in einer Innenbohrung 18 des unteren Pumpengehäuseteiles 2 lagemäßig koaxial in bezug auf den Pumpenzylinder 6 zentriert. Durch die Innenbohrung 18 ist außerdem das obere Gehäuseteil 3 mittels eines an dessen unterem Teil 4 vorspringend angeordneten Führungsbundes 19 lagemäßig koaxial in bezug auf den Ventilträger 12 zentriert, an dessen oberer ringförmiger Stirnfläche 20 wiederum das Gehäuseteil 3 mit

PB 3099/1507 - β -

einer korrespondierenden Ringfläche 21 abgestützt ist.

Die drei Pumpengehäuseteile 2, 4 und 5 sind mittels Schrauben miteinander verbunden, wobei durch diese Verschraubung der Gehäuseteile gleichzeitig auch der Pumpenzylinder 6 und der Ventilträger 12 im Pumpengehäuse fest eingespannt sind.

Das in seinen Details und seiner Anordnung gut aus Fig» 2 ersichtliche Druckventil 13 ist in den pumpeninternen Brennstoffweg eingeschaltet und besitzt einen zylindrischen Führungsschaft 22 mit wenigstens einem äußeren Brennstoffdurchlaß 23 in Form einer Abfräsung oder Längsnut, außerdem eine nach hinten offene Sacklochbohrung 24 sowie vorne einen Schließkegel 25. Das Druckventil 13 ist in einer Bohrung 26 des Ventilträgers 12 geführt, deren übergang in eine vom Pumpendruckraum 9 abzweigende, durchmesserkleinere Zuführbohrung 27 als kegeliger Ventilsitz 28 ausgebildet ist, gegen den das Druckventil 13 durch eine in Schließrichtung wirkende Druckfeder 29 angedrückt ist. Letztere ist in der Sacklochbohrung 24 des Druckventiles 13 geführt und einenends an deren Boden sowie andernends an einem Widerlager 30 abgestützt, das von einem Brennstoffsammeiraum 31 umgeben ist. Letzterer ist durch miteinander korrespondierende Einformungen an der Oberseite des Ventilträgers 12 sowie an der Unterseite des Pumpengehäuseteiles 4 begrenzt.
30

Das Widerlager 30 ist erfindungsgemäß an der Bodenfläche 32 des sich am Ventilträger anschließenden Pumpengehäuseteiles 4, radial beweglich gegenüber diesem abgestützt. Ferner ist das Widerlager 30 gemäß der Erfindung als Dämpfungskörper ausgebildet, der ei non

PB 3099/1507 -A-

inneren Bodenflächenteil 33 zur Abstützung der Druckfeder 29 und einen äußeren Bodenflächenteil 34 zur Hubewegbegrenzung des Druckventiles 13 aufweist sowie das rückwärtige Ende des Druckventiles 13 kappenförmig mit einem äußeren ringförmigen Bund 35 umgibt; letzteres erfindungsgemäß derart, daß ein kleiner Spalt 36 definierter Breite gegeben ist, über den Brennstoff gedrosselt in einen durch die Sacklochbohrung 24 des Druckventils 13 sowie die Bodenfläche 33 d.es Widerlagers räumlich begrenzten Dämpfungsdruckraumes 37 einspeisbar sowie aus diesem bei jedem Öffnungshub des Druckventils 13 ebenfalls gedrosselt unter gezielter Dämpfung desselben wieder ausleitbar ist.

'15 Der innere Bodenflächenteil 33, an dem sich die Druckfeder 29 abstützt, ist an einem axialen Vorsprung 38 des Widerlagers 30 angeordnet, welcher Vorsprung einen kleineren Durchmesser als die Sacklochbohrung 24 im Druckventil 13 besitzt und in diese eintaucht. Am widerlagerseitigen Ende des Druckventiles 13 sind Quer.-nuten 39 angeordnet, die ein ungehindertes Zu- und Ausströmen des Brennstoffes in den bzw. aus dem Dämpfungsdruckraum 37. gewährleisten.

5 Das Pumpengehäuseteil 3 weist erfindungsgemäß einen Hochdruckpufferspeicherraum 40 auf, der einen integrierten Bestandteil der Brennstoffpumpe 1 bildet und eingangsseitig mit dem Brennstoffsammeiraum 31 über mehrere von diesem außerhalb des Widerlagers 30 abzweigende Durchlaßkanäle 41 sowie ausgangsseitig über eine durchmesserkleinere Drosselbohrung 42 mit einer Brennstoffleitung 43 verbunden ist, die wiederum - wie in der Zeichnung·'nur schematisch dargestellt - zu einem Hochdruckspeicher 44 einer Brennkraftmaschine zur Ver-5 sorgung von an diesem angeschlossenen Einspritzven-

PB 3099/1507

tilen 45 führt. Der Hochdruckpufferspeicherraum 40 dient dabei in vorteilhafter Weise dazu, daß Druckspitzen im Brennstoff, die beim Förderhub des Pumpenkolbens 8 auftreten, so weit abgebaut werden, daß sie keine schädlichen Auswirkungen in der Brennstoffleitung 43 mehr hervorrufen können.

Alternativ zu der in den Fig. 1 und 2 aufgezeigten Ausgestaltungsmöglichkeit des Widerlagers 30 kann letzteres gemäß einer weiteren, in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante zusätzlich eine zentrale, durchgehende Drosselbohrung 46 aufweisen, die eine gedrosselte, über den Spalt 36 erfolgende Brennstoff-Nachladung bzw. -Entladung des Dämpfungsdruckraumes 37 zu unterstützen vermag, außerdem durchmesserseitig diesem Zweck entsprechend auf die Größe des Spaltes 36 abgestimmt ist und mit dem Hochdruckpufferspeicherraum 40 über einen entsprechend angeordneten Kanal 47 kommuniziert.

Nachstehend ist die Funktion des Druckventils 13 in Ver bindung mit dem Widerlager 30 näher beschrieben. Als Ausgangsbasis sei angenommen, daß sich das Druckventil 13 in Schließstellung befindet und der Dämpfungsdruckraum 37 mit Brennstoff aufgefüllt ist. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 8 öffnet nach Erreichen eines bestimmten Druckniveaus im Pumpendruckraum 9 das Druckventil 13, wobei bei dessen Öffnungsbewegung der im Dämpfungsdruckraum 37 befindliche Brennstoff aus diesem über den Spalt 36 gedrosselt in den Brennstoffsammeiraum 31, bei der in Fig. 3 gezeigten Variante zusätzlich über die Drosselbohrung 46 und den Kanal 47 in den Hochdruckpufferspeicher 40 herausgepreßt wird, so daß eine gezielte Dämpfung des Druckventiles 13 bei dessen Öffnungshubbewegung und ein weiches Anschlagen

PB 3099/1507 - Z -

desselben am widerlagerseitigen Bodenflächenteil 34 gewährleistet ist. Der Brennstoff gelangt dann im druckventilseitig nunmehr freigegebenen Brennstoffweg vom Pumpendruckraum 9 über die Zuführbohrung 27, den Brennstoff saitimelraum 31 sowie die Durchlaßkanäle 41 in den Hochdruckpufferspeicherraum 40, in dem überhöhte Druckspitzen abgebaut werden, und von diesem über die ' Drosselbohrung 42 sowie die Brennstoffleitung 43 zum Hochdruckspeicher 44.

Nach Beendigung des Förderhubes und während des sich daran anschließenden Saughubes des Pumpenkolbens 8 wird das Druckventil 13 durch die Druckausübung der in Schließrichtung wirksamen Druckfeder 29 wieder in seine Schließlage zurückgeführt. Die Druckkraft der Druckfeder 29 ist aufgrund der in Öffnungsrichtung wirksamen Dämpfung des im Dämpfungsdruckraum 37 befindlichen Brennstoffes nur so groß gewählt, daß ein Rückführen des Druckventils 13 in die Schließlage beim Druckabfall im Pumpendruckraum 9 gewährleistet ist. Dies stellt sicher, daß das Druckventil 13 auch mit seinem Schließkegel 25 relativ weich am Ventilsitz 28 anschlägt. Die' eigentliche , in Schließrichtung wirkende Druckkraft wird erst nach Schließen des Druckventils durch den von außen mit hohem Druck, jedoch gedrosselt durch den Spalt 36 bzw. die Drosselbohrurig 46 in den Dämpfungsdruckraum 37 eindringenden Brennstoff verzögert wirksam.

Es ist daher mit einfachen Mitteln eine lange Standzeit des Druckventils auch bei extrem hohen Brennstoffdrükken gewährleistet und außerdem die Gefahr eines Zubruchgehens des Druckventils praktisch ausgeschaltet. Ferner ist durch Einschaltung eines Hochdruckpuffer-5 Speicherraumes mit gedrosseltem Ausgang einerseits

A**

PB 3099/1507

ein wirksamer Abbau von Druckspitzen im geförderten Brennstoff gesichert; andererseits kann eine Brennstoffleitung verwendet werden, die nur auf das im Hochdruckspeicher vorgegebene Druckniveau abgestimmt sein muß.

Claims

PB 3099/1507 - 1 Patentansprüche:

'Brennstoffpumpe, mit dor Brennstoff in den Hochdruckspeicher einer Brennkraftmaschine zur Versorgung von

• 5 Einspritzventilen förderbar ist, mit einem Pumpengehäuse sowie einem, einen Pumpenkolben und einen Pumpendruckraum umfassenden Pumpenzylinder., an den sich ein Ventilträger mit einem in den Brennstoffweg eingeschalteten Druckventil anschließt, das einen zylindrischen Führungsschaft mit wenigstens' einem äußeren Brennstoffdurchlaß, eine nach hinten offene Sacklochbohrung sowie vorne einen Schließkegel aufweist und in einer Bohrung des Ventilträgers geführt ist, deren Übergang in eine vom Pumpendruckraum abzweigende, durchmesserkleinere Zuführbohrung als kegliger Ventilsitz ausgebildet ist, gegen den das Druckventil durch eine in Schließrichtung wirkende Druckfeder angedrückt ist, die sich in der Sacklochbohrung geführt, einenends an deren Boden und andernends an einem Widerlager abstützt, das von einem Brennstoffsammeiraum, von dem wenigstens ein Brennstoffauslaßkanal abzweigt, umgeben ist,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale,

- das Widerlager (30) ist an der. Bodenfläche (32) eines sich am Ventilträger (12) anschließenden und neben diesem den Brennstoffsammeiraum (31) begrenzenden Pumpengehäuseteiles (3; 4, 5), radial beweglich gegenüber diesem abgestützt,

- das besagte Pumpengehäuseteil (3; 4, 5) weist einen Hochdruckpufferspeicherraum [AO) auf, der integrierter Bestandteil der Brennstoffpumpe (1) ist,

PB 3099/1507 - 2 -

- der Hochdruckpufferspeicherraum (40) ist eingangsseitig mit dem Brennstoffsammelraum (31) über meherere von diesem außerhalb des Widerlagers (30) abzweigende Durchlaßkanäle (41) und ausgangsseitig über eine Drosselbohrung mit einer zum Hochdruckspeicher (44) führenden Brennstoffleitung (43) verbunden,

- das Widerlager (30) ist als Dämpfungskörper ausgebildet, der einen inneren Bodenflächenteil (33) zur Abstützung der Druckfeder (29) und einen äußeren Bodenflächenteil (34) zur Hubwegbegrenzung des Druckventils (13) aufweist sowie das rückwärtige Ende des letzteren kappenförmig mit einem äußeren ringförmigen Bund (35) derart umgibt, daß ein kleiner Spalt (36) definierter Breite gegeben ist, über den Brennstoff gedrosselt in einen durch die Sacklochbohrung (24) des Druckventils (13) sowie die Bodenfläche (33) des Widerlagers (30) räumlieh begrenzten Dämpfungsdruckraum (37) einspeisbar sowie aus diesem bei jedem Öffnungshub des Druckventils (13) ebenfalls gedrosselt unter gezielter Dämpfung desselben wieder ausleitbar ist.
2. Brennstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Bodenflächenteil (33) , an dem sich die Druckfeder (29) abstützt, an einem axialen Vorsprung (38) des Widerlagers (30) angeordnet ist, welcher Vorsprung einen kleineren Durchmesser als die Sacklochbohrung (24) im Druckventil (13) besitzt und in diese eintaucht.
3. Brennstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am widerlagerseitigen Ende des Druckventils (13) Quernuten (39) angeordnet sind.

PB 3099/1507 - 3 -
4. Brennstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Widerlager (30) eine zentrale, durchgehende Drosselbohrung (46) vorgesehen ist, die eine gedrosselte Brennstoffnach- bzw. -entladung des Dämpfungsdruckraumes (37) unterstützend sowie mit dem Spalt (36) zusammenwirkend und durchmesserseitig auf dessen Größe abgestimmt ist und mit dem Hochdruckpufferspeicherraum (40) kommuniziert.
10
5. Brennstoffpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Hochdruckpufferspeicherraum (40) beinhaltende Pumpengehäuseteil (3) mit einem axial vorspingenden Führungsbund (19) im den Ventilträger (12) sowie den Pumpenzylinder (6) aufnehmenden Pumpengehäuseteil (2) zentriert und mittels Schrauben an diesem unter gleichzeitiger Festlegung des Pumpenzylinders (6) und Ventilträgers (12) befestigt ist.