DE4132502C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aus.

Eine solche Kraftstoffeinspritzpumpe ist durch die DE-A1-36 33 899 bekannt. Dort wird der Förderbeginn, sowie das Förderende durch einen auf dem Pumpenkolben axial ver­ schiebbaren Ringschieber gesteuert, wobei die Stirnkante des Ring­ schiebers beim Eintauchen der Steuerausnehmung des Pumpenkolbens in die Innenbohrung des Ringschiebers den Förderbeginn steuert und eine in der Umfangswand des Ringschiebers angeordnete radiale Steuerboh­ rung zusammen mit der dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Steuerkante der Schrägnut das Förderende steuert. Dabei kommt es insbesondere bei Kraftstoffeinspritzpumpen, die mit hohem Einspritzdruck arbeiten zu Problemen beim Absteuervorgang. Die während des Förderhubs auf­ tretenden hohen Kraftstoffdrücke von bis zu 1300 bar müssen mög­ lichst rasch entspannt werden, um durch einen steilen Druckabfall in der Einspritzleitung ein schnellst mögliches Nadelschließen des Ein­ spritzventils zu erreichen und somit die Partikelemission zu senken.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die räumlich schräg angeordnete Steuerbohrung ein Öff­ nungsquerschnitt entsteht, der größer ist als der Radius der Steuer­ bohrung selbst. Damit ist ein schneller Überdeckungszuwachs bei Überdeckungsbeginn von Steuerkante und Steuerbohrungseintrittsöff­ nung und damit eine schnelle Druckentlastung des Pumpenarbeitsraumes möglich, ohne daß eine im Durchmesser vergrößerte Steuerbohrung den Ringschieber in seiner Festigkeit schwächt. Dabei ist es vorteil­ haft, die Steuerbohrungen gemäß Anspruch 2 anzuordnen. Bei dieser Winkellage ergibt sich eine mit der Absteuernut des Kolbens zusam­ menwirkende ellipsenähnliche Verschneidungslinie zwischen der Innen­ bohrung des Ringschiebers und der schräg angeordneten Absteuerboh­ rung, die einen wirksamen Radius aufweist, der wesentlich größer ist als der ursprüngliche Radius der Steuerbohrungen im Ringschieber. Zudem ist bei einer in der vom Pumpenarbeitsraum abgewandten Rich­ tung aus der Radialebene des Pumpenkolbens gekippten Steuerbohrung der für das Abströmen des Kraftstoffes zur Verfügung stehende Raum innerhalb der Steuerbohrung, gegenüber anderen axialen Lagen der Steuerbohrung, bei bereits geringem Öffnungshub sehr groß, was wie­ derum Vorteile für die Druckentlastung des Pumpenarbeitsraumes bringt, da sich der abströmende Kraftstoff ungehindert ausbreiten kann und somit der Strömungswiderstand während des Absteuervorganges sinkt. Werden die Steuerbohrungen um einen großen Winkel von 20° bis 30° in der Radialebene des Pumpenkolbens aus der Mittellage gedreht, so ergeben sich im spitz zulaufenden Bereich der Verschneidungslinie keine Steuerkanten mit einem nahezu rechten Winkel, sondern es ent­ steht eine flache Tasche in der Innenwand des Ringschiebers, in der sich Schmutzteilchen absetzen. Dies kann vermieden werden, wenn beim Einbringen der Steuerbohrungen in den Ringschieber ein Formwerkzeug (z. B. Bohrer, Fräser) verwendet wird, das zwischen der Spitze und dem Schaft verrundete Ecken aufweist und mit dem nicht vollständig bis in die Innenbohrung des Ringschiebers durchgebohrt wird, sondern nur soweit, daß eine ellipsenähnliche Eintrittsöffnung entsteht. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der Verwendung eines Gleichdruck­ ventils gemäß Anspruch 4, wodurch es möglich wird, einen konstanten Ausgangsdruck auf niedrigem Druckniveau in der Einspritzleitung über den gesamten Betriebsbereich der Kraftstoffeinspritzpumpe zu gewähr­ leisten. Damit ist eine sichere Einspritzung der geforderten Ein­ spritzmenge über die festgelegte Einspritzzeit möglich. Zudem unter­ stützt das Gleichdruckventil durch eine große Abflußquerschnitts­ freigabe während des Absteuervorganges am Ende des Förderhubs ein rasches und sicheres Schließen des Einspritzventils. Weitere Vortei­ le und vorteilhafte Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschrei­ bung und den Zeichnungen entnehmbar.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen Teil einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem auf einem Pumpenkolben verschiebbaren Ringschieber im Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt in der Radialebene durch den Pumpenkolben, den Ringschieber und dessen Steuerbohrungen in vergrößertem Maßstab, die Fig. 3 eine schematische Darstellung der ellipsenähnlichen Ver­ schneidungslinie zwischen der Innenbohrung des Ringschiebers und der räumlich schräg angeordneten Steuerbohrung und die Fig. 4 die An­ sicht eines Bearbeitungswerkzeuges für das Einbringen der Steuerboh­ rung in den Ringschieber.

Bei der Beschreibung des in Fig. 1 dargestellten Teils einer be­ kannten Kraftstoffeinspritzpumpe wird sich auf den der Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung dienenden Aufbau beschränkt. In einem nicht näher dargestellten Pumpengehäuse ist eine Zylinderbüchse 1 mit einem Pumpenzylinder 2 eingesetzt, in dem ein Pumpenkolben 3 ei­ nen Pumpenarbeitsraum 4 einschließt und durch eine ebenfalls nicht dargestellte Nockenwelle axial bewegt wird. Im Anschluß an den Pumpenarbeitsraum 4 ist ein Gleichdruckventil 6 in einer Kraftstoff­ einspritzleitung 7 zu einem Einspritzventil 8 angeordnet. Dieses Gleichdruckventil 6 besteht aus einem in Öffnungsrichtung zum Ein­ spritzventil 8 hin öffnenden Ventilglied 30, einem Druckventilkörper 5 und einem zum Pumpenarbeitsraum 4 hin öffnenden Druckhalteventil 13, das als Kugelventil ausgeführt ist. Das in den Druckventilkörper 5 durch ein Führungsteil 9 axial geführte Ventilglied 30 wird von einer sich am Gehäuse abstützenden Druckventilfeder 10 auf einen Ventilsitz 11 des Druckventilkörpers 5 entgegen der Strömungsrich­ tung zum Einspritzventil 8 gepreßt. In seinem Inneren weist das Ven­ tilglied 30 eine axiale Durchgangsbohrung 12 auf, die auf der dem Pumpenarbeitsraum 4 abgewandten Seite des Ventilglieds 30 durch das Druckhalteventil 13 verschlossen wird. Dieses Druckhalteventil 13 ermöglicht ein Rückströmen des Kraftstoffes aus der Einspritzleitung 7 in den Pumpenarbeitsraum 4. In der den Pumpenarbeitsraum 4 ein­ schließenden Zylinderbüchse 1 ist eine Aussparung 14 angeordnet, die einen axial auf den Pumpenkolben 3 verschiebbaren Ringschieber 15 aufnimmt, diesen schalenförmig umgibt und eine Queröffnung freigibt, durch die ein zweiarmiger, gehäusefest gelagerter Verstellhebel 16 in eine Ausnehmung 17 des Ringschiebers 15 eingreifen und diesen axial auf dem Pumpenkolben 3 verschieben kann. Der Ringschieber 15, der über einen Steg 18 in einer axial zum Pumpenkolben verlaufenden Längsnut 19 der Zylinderbüchse 1 gegen ein Verdrehen gesichert ist, weist zwei einander punktsymmetrisch zur Pumpenkolbenachse gegenüberliegende Steuerbohrungen 20 auf, deren Mittelachsen die Kolbenachse nicht schneiden, in der Radialebene des Pumpenkolbens 3 um etwa 10° bis 30° im Uhrzeigersinn aus der Mittellage gedreht sind und die zusätzlich dazu um etwa 10° bis 30° aus der Radialebene des Pumpenkolbens 3 in der vom Pumpenarbeitsraum 4 abgewandten Richtung gekippt sind. Sie befinden sich, bezogen auf eine durch die Längsnut 19 bzw. den Steg 18 und die Pumpenkolbenachse gehenden Mittelebene einander gegenüber. Durch diese beschriebenen Lage der Steuer­ bohrungen 20 im Ringschieber 15, die in den Fig. 2 und 3 dar­ gestellt ist, entstehen erfindungsgemäß große ellipsenähnliche Steuerbohrungseintritts-Querschnitte an der Durchtrittsfläche der Steuerbohrung 20 durch die Innenwand 21 der den Pumpenkolben auf­ nehmeden Bohrung des Ringschiebers 15. Da bei in der Radialebene mit größeren Winkeln gedrehten Steuerbohrungen 20 im spitz zulaufenden Bereich der Verschneidungslinie zwischen der Innenwand 21 des Ring­ schiebers 15 und der schräg angeordneten Steuerbohrung 20 auf der einen Seite im Nebenscheitel der Ellipse der Eintrittsöffnung flache Taschen mit nicht radial gerichteter Wand an der Ringschieber­ innenwand 21 bilden, besteht die Gefahr, daß sich an dieser Stelle Schmutzteilchen absetzen können. Dies kann durch ein in Fig. 4 dargestelltes Formwerkzeug zur Herstellung der Steuerbohrung 20 im Ringschieber 15 vermieden werden. Die Steuerbohrungen werden dann nicht vollständig bis in die Innenbohrung 21 des Ringschiebers 15 durchgebohrt, sondern nur so weit, daß eine etwa elliptische Eintrittsöffnung mit jedoch radial gerichtetem Endteil der Steuer­ bohrung 20 entsprechend der an der Bohrerspitze abgerundeten Konfiguration entsteht. Das Bearbeitungswerkzeug (z. B. Bohrer, Fräser) weist also nicht nur eine Bohrspitze auf, sondern es weist daran angrenzende in den Bohrschaft übergehende verrundete Ecken auf. Bei einem Bohrer mit z. B. 5 mm Durchmesser, würde dieser in der Fig. 4 dargestellte Radius 1 bis 2 mm betragen. Die Steuer­ bohrungen 20 wirken zur Einspritzmengenbestimmung, insbesondere zum Steuern des Förderendes während des Förderhubs mit zwei auf der Mantelfläche des Pumpenkolbens 3 als Steuerausnehmungen 22 punktsymmetrisch zueinander liegend eingearbeiteten Schrägnuten zusammen, die unter einem bestimmten Winkel zur Längsachse des Pumpenkolbens 3 ansteigen und die zwei parallel verlaufende, schräge Steuerkanten haben, von denen eine Steuerkante 23 dem Pumpenarbeitsraum 4 näher, die andere Steuerkante 28 dem Pumpenarbeitsraum 4 weiter entfernt liegt. In die Mitte der Steuerausnehmungen 22 mündet eine Querbohrung 24, die mit einer vom Pumpenarbeitsraum 4 ausgehenden und axial im Pumpenkolben 3 verlaufenden Sackbohrung 25 verbunden ist, wobei die Querbohrung 24 und die Sackbohrung 25 einen Kanal 26 zwischen den Steuerausnehmungen 22 und dem Pumpenarbeitsraum 4 bilden. Die Steuerbohrungen 20 sind nach oben stehender Maßgabe nun so ausgerichtet, daß sie im wesentlichen elliptisch parallel zur Steuerkante 23 der Steuerausnehmungen 22 liegen. Die Steuerbohrungen 20 können dabei sowohl zum Pumpenarbeitsraum 4 steigend als auch von diesem wegfallend angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Kraftstoff­ einspritzpumpe arbeitet folgendermaßen. Wenn der Pumpenkolben 3 sei­ ne untere Totlage einnimmt, sind die Steuerausnehmungen 22 aus der Innenbohrung 21 des Ringschiebers 15 ausgetaucht und mit dem Nieder­ druckraum verbunden, so daß der Kraftstoff beim Saughub des Pumpen­ kolbens 3 über die Querbohrung 24 und die Sackbohrung 25 in den Pum­ penarbeitsraum 4 strömen kann. Während des Förderhubs des Pumpenkol­ bens 3 taucht je nach axialer Lage des Ringschiebers 15 die vom Ver­ stellhebel 16 einstellt wird, die Steuerausnehmung 22 in den Ring­ schieber 15 ein. Sobald diese pumpenarbeitsraumferne Steuerkante 28 die untere Stirnkante des Ringschiebers 15 passiert hat, kann sich im Pumpenarbeitraum 4 der für die Einspritzung erforderliche Druck aufbauen, das Gleichdruckventil 6 wird gegen die Kraft der Druckven­ tilfeder 10 geöffnet und der Kraftstoff strömt über der Einspritz­ leitung 7 zum Einspritzventil 8. Die Förderung findet so lange statt, bis durch die dem Pumpenarbeitsraum 4 am nächsten liegenden Steuerkanten 23 der Steuerausnehmungen 22 die Steuerbohrungen 20 im Ringschieber 15 aufgesteuert werden, so daß durch den Druckabfall die Einspritzung unterbrochen wird. Dabei unterstützt das in der Einspritzleitung 7 angeordnete Gleichdruckventil 6 ein schnelles Ab­ strömen des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffes, in dem die un­ terhalb der üblichen Vorspannung vorgespannte Druckventilfeder 10 ein Aufsetzen des Ventilgliedes 30 auf den Ventilsitz 11 nur wenig unterstützt, so daß ein großer Teil des unter hohem Druck in der Einspritzleitung 7 befindlichen Kraftstoffes über den großen Öff­ nungsquerschnitt zwischen dem Ventilsitz 11 und dem Ventilglied 30 sehr rasch abströmen kann, bevor das Druckventil 11, 30 schließt und ein Teil des verbleibenden Kraftstoffes über das als Kugelventil ausgebildete Druckhalteventil 13 gedrosselt abströmt, bis der fest­ gelegte Standdruck in der Einspritzleitung 7 erreicht ist und das Druckhalteventil 13 ebenfalls schließt.

Diese Ausführungsform des Gleichdruckventils 6 läßt somit den zeit­ lich raschen großen Öffnungsquerschnitt an der Steuerbohrung 20 des Ringschiebers 15 erst richtig wirksam werden, da nun die Mehrmenge an aus dem Pumpenarbeitsraum 4 abfließenden Kraftstoff auch aus der Einspritzleitung 7 nachfließen kann und somit über die raschere Druckentlastung in der Einspritzleitung 7 ein schnelles Schließen des Einspritzventils 8 erreicht wird.

Beim weiteren Hub des Pumpenkolbens 3 bis zu seinem oberen Totpunkt strömt der Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 4 durch die Sackboh­ rung 25, die Querbohrung 24, die Steuerausnehmungen 22 und die Steuerbohrungen 20 zurück in den Niederdruckraum der Kraftstoffein­ spritzpumpe. Durch den erfindungsgemäßen Öffnungsquerschnitt der Steuerbohrungen 20 im Zusammenwirken mit den Steuerkanten 23, 28 der Steuerausnehmungen 22 kommt es bereits bei einem geringen Über­ deckungshub von Steuerkante 23 und Austrittsquerschnitt der Steuer­ bohrung 20 zu einer großen Durchtrittsfläche für den abströmenden Kraftstoff, so daß ein rascher Druckabbau im Pumpenarbeitsraum 4 ge­ währleistet ist, der sich über das erfindungsgemäße Gleichdruckven­ til 6 bis in die Einspritzleitung 7 fortsetzt und somit ein sicheres und rasches Schließen des Einspritzventils 8 zur Folge hat.

Claims (5)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem hin- und herbewegten, einen Pumpenarbeitsraum (4) in einem Pumpenzylinder (2) begrenzenden Pumpenkolben (3), der auf seiner Mantelfläche wenigstens eine durch einen Kanal 26 mit dem Pumpenar­ beitsraum (4) verbundene Steuerausnehmung (22) hat, mit einer unter einem bestimmten Winkel zur Achse des Pumpenkolbens (3) verlaufenden Steuerkante (23), (28) und mit einem auf dem Pumpenkolben (3) ver­ stellbaren Ringschieber (15), der eine seine Wand durchdringende Steuerbohrung (20) aufweist, die im Laufe des Pumpenkolbenhubes durch die schrägen Steuerkanten (23), (28) der Steuerausnehmung (22) aufsteuerbar ist, und dabei den Pumpenarbeitsraum (4) zur Steuerung des Hochdruckförderendes mit einem den Ringschieber (15) umgebenden kraftstoffgefüllten Niederdruckraum verbindet, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuerbohrung (20) windschief zur Pumpenkolbenachse und eine Radialebene zur Pumpenkolbenachse durchstoßend im Ringschieber (15) angeordnet ist und dabei ihre Achse so angeordnet ist, daß ein ellipsenähnlicher Eintrittsquerschnitt an der Innenwand (21) des Ringschiebers (15) im wesentlichen parallel zur Steuerkante (23), (28) der Steuerausnehmung (22) liegt.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Pumpenkolben (3) mit rechtsgängiger Steuernut die Steuerbohrung (20) im Ringschieber (15) in einer senkrecht von der Pumpenkolbenachse durchstoßenden Radialebene in der Draufsicht vom Pumpenarbeitsraum (4), vorzugsweise um 10 bis 30° im Uhrzeigersinn aus der Mittellage gedreht ist und dass die Steuerbohrung (20) in der vom Pumpenarbeitsraum (4) in radialer Richtung zur Pumpenkolbenachse gesehen einen Winkel von 10° bis 30° mit der Radialebe­ ne bildet.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringschieber (15) wenigstens zum Teil von einer achsparallel ausgerichteten Wand (1) umgeben ist, die über eine seitliche Öffnung mit dem Niederdruckraum verbunden ist, das zu ei­ ner durch die Pumpenkolbenachse und die Öffnung gehende Symmetrie­ ebene der Wand beiderseits gegenüber liegend zwei Steuerausnehmungen (22) am Pumpenkolben (3) und zwei Steuerbohrungen (20) am Ringschie­ ber (15), die den Steuerausnehmungen (22) zugeordnet sind, angeord­ net sind und die Austrittsrichtungen der Steuerbohrungen (20) am Ringschieber (15) in einer in der Radialebene liegenden Richtungs­ komponente schräg auf die Wand gerichtet sind.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pumpenarbeitsraum (4) und Ein­ spritzventil (8) ein Gleichdruckventil (6) angeordnet ist, bestehend aus einem in Öffnungsrichtung zum Einspritzventil (8) öffnenden Ven­ tilglied (30) und einem zum Pumpenarbeitsraum (4) hin öffnendes Druckhalteventil (13), wobei das Ventilglied (30) bei einem Öff­ nungsdruck von 5 bis 10 bar von seinem Ventil­ sitz (11) in Richtung Einspritzventil (8) abgehoben wird.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pumpenarbeitsraum (4) und Ein­ spritzventil (8) ein Gleichdruckventil (6) angeordnet ist, bestehend aus einem in Öffnungsrichtung zum Einspritzventil (8) öffnenden Ven­ tilglied (30) und einem zum Pumpenarbeitsraum (4) hin öffnendes Druckhalteventil (13), wobei das Ventilglied (30) bei einem Öff­ nungsdruck von, 7 bar von seinem Ventil­ sitz (11) in Richtung Einspritzventil (8) abgehoben wird.