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Kraftstoffeinspritzpumpe für Verbrennungskraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Verbrennungskraftmaschinen, mit einem in einem Zylinder bewegbaren rohrförmigen Kolben und einem darauf gelagerten sowie mit diesem ein die Pumpe umgehendes Ventil bildenden Förderkopf, wobei der Schaft des Förderkopfes unter Bildung eines freien Ring-Raumes durch den Kolben geführt ist.
Die Pumpe gehört zu jener Pumpenkategorie, bei welcher der Anfang und das Ende des Pumpenvorganges durch das Schliessen und Öffnen eines Ventiles beim Hubende eines hin-und hergehenden Kolbens bestimmt ist. Diese Art Pumpe unterscheidet sich wesentlich von den üblichen Pumpen, bei welchen die und Herbewegung des Kolbens mit einer Kante eines Überlaufkanales oder Öffnung zusammenwirkt, welchen der Pumpenzylinderwand zur Bestimmung der Einleitung und des Endes des Pumpenvorganges durch Überdecken und Freigabe der Überlauföffnung vorgesehen ist, wobei diese Öffnung, wenn sie unverdeckt ist, den Pumpenraum mit der Einlassseite der Pumpe in Verbindung bringt.
Die erfindungsgemässe Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung und Regelung des För- derkopfes und des rohrförmigen Kolbens für den ersteren während des Arbeitsumlaufes der Hin-und Herbewegung und für den letzteren während der Zeit in welcher. das Ventil geöffnet ist, von der Maschine angetriebene nockengesteuerte Einrichtungen vorgesehen sind, welche zur Änderung des Bewegungsausmasses des Förderkopfes und des rohrförmigen Kolbens bei geschlossenem Ventil einstellbar sind.
Das Neue und Erfinderische der Pumpe ist darin gelegen, dass der Förder- oder Pumpenkopf im we- sentlichen die ganze hydraulische Ladung bzw. Last trägt und mit dem rohrförmigen Kolben durch Nokken angetrieben ist, wobei der Antriebsmechanismus für den Kolben und den Förderkopf in einer Weise ausgebildet ist, um diese beiden Glieder während des Laufes jedes Pumpenhubes zusammen- und voneinander wegzubringen. Nur wenn die beiden Teile aneinanderliegen, tritt die Pumpenwirkung ein. Es ist weiters ein wesentliches Merkmal, dass das Ende des Pumpenvorganges durch die Trennung des Förderkopfes vom Kolben bestimmt wird, wobei sich der Förderkopf rasch in der Förderrichtung bewegt.
In vorteilhafter Weise schliesst dabei das vom Förderkopf und dem Kolben gebildete Ventil noch bevor der Förderkopfsich in Förderrichtung bewegt hat, da nämlich, wenn das Ventil bei der Förderbewegung des Förderkopfes schliessen würde, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, der Fall einträte, dass der Einspritzvorgang eingeleitet wird, bevor das Ventil vollständig geschlossen ist. Wenn dies nämlich der Fall ist, so geht die höchst genaue Zumessung der einzuspritzenden Brennstoffmenge, welche wesentlich ist für eine bestmögliche Arbeitsweise einer Einspritzpumpe verloren, da insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten ein wesentlicher Verlust durch das teilweise geschlossene Ventil hervorgerufen wird, wogegen bei niederen Geschwindigkeiten nicht so ein wesentlicher Verlust eintreten wird.
Diese Tendenz des Einspritzens beim Einspritzvorgang ist tatsächlich eine der Hauptfehlerquellen bei den bekannten Einspritzpumpen.
An Hand der Zeichnungen ist nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, wobei weitere wesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung aufgezeigt werden ; Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Pumpe, Fig. 2 eine Draufsicht mit einem Schnitt nach der Linie Il-11 der Fig. 1 durch den Regler, Fig. 3 eine Ansicht mit einem Schnitt nach der Linie in-ni der Fig. 1 durch den Regler und die Steuerspindel, Fig. 4 in einem Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1 die automati-
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sehe Einrichtung zur automatischen Verstellung des Zeitpunktes des Beginns des Einspritzvorganges und Fig. 5 die Relativbewegungen der Nockenringe während eines Arbeitsspieles.
Gemäss Fig. 1 ist die Pumpe in einem Gehäuse 10 enthalten, das mit Kraftstoff gefüllt gehalten wird, dervon einer Förderpumpe 12 zugeführt wird, welche in dem mit der Antriebswelle 14 ver- sehenenEndedesGehäuses 10 angeordnet ist. In dem Gehäuse ist ein Pumpenzylinder 16 montiert, dessen Kanäle 18 mit Kanälen 20 korrespondieren, die in der Gehäusewand ausgebildet sind und mit den einzelnen Einspritzdüsen eines nicht gezeigten Mehrzylindermotors in Verbindung stehen. An ihrem druckseitigen Ende 22 hat die Zylinderbohrung einen etwas grösseren Durchmesser.
Der Drehkolben 24 besteht aus einer Hülse, in deren'Bohrung eine Spindel 26 gelagert ist, die an ihrem druckseitigen Ende einen Kopf 28 besitzt. Diese Spindel 26 und ihr Kopf 28 bilden einTellerventil. DerKopf 28 der Spindel 26 ist dem Förderdruck der Pumpe ausgesetzt. Die Rückseite des Förderkopfes 28 legt sich an die Stirnfläche des Drehkolbens 24 an und bildet mit ihm ein steuerbares Ventil. Damit Kraftstoff zu dieser Stelle gelangen kann, ist zwischen der Spindel 26 und der Bohrung des Drehkolbens 24 ein Zwischenraum vorgesehen, in diesem Fall durch Ausbildung von drei Abflachungen auf der Spindel.
Der von dem Kopf 28 geförderte Kraftstoff hebt ein hohles Druckventil 29 an, welches er gegen den Druck einer Feder 30 gegen einen Innenanschlag 31 drückt, so dass der Kraftstoff durch die in Fig. 1 strichliert gezeichneten Kanäle 32, 33 in eine Ringnut 34 in der Bohrung des Zylinders 16 gelangt. Diese Ringnut steht ständig in Verbindung mit einer Nut 36 in der Mantelfläche des Drehkolbens 24. Der rotierende Drehkolben kommt nacheinander mit den Kanälen 18 in Verbindung. An seinem inneren Ende trägt der Drehkolben einen Nockenring 38, der bei einem Sechszylindermotor sechs Nocken besitzt. Die Nocken sind auf einer allgemein konischen Fläche des Ringes 38 ausgebildet.
Diese Fläche kann sich gegen eine konische Rolle 40 anlegen, die in einer beweglichen Hülse 42 gelagert ist, die dicht in dem Gehäuse 10 sitzt. Die Hülse 42 trägt zwei Dichtungsringe 44 und 46, die in der Bohrung des Gehäuses und zwischen der Hülse und dem Zylinder 16 einen kraftstoffdichten Abschluss bewirken. Die Axialstellung der Hülse 42 wird durch die Strömung des Kraftstoffes in den Zwischenraum 43 zwischen der Hülse 42 und dem Gehäuse 10 oder aus diesem Zwischenraum gesteuert.
Das dem Förderkopf 28 entgegengesetzte Ende der zentralen Spindel 26 trägt einen ähnlichen Nockenring 48, dessen Nocken an Rollen 50 angreifen, von denen in diesem Fall drei vorgesehen und in gleichmässigen Abständen angeordnet sind. Die Rollen 50 werden von einem Rollenträger 52 (siehe Fig. 4) getragen. Der Nockenring 38 hat Vorsprünge 54, die an Abflachungen des Nockenringes 48 angreifen, so dass die beiden Nockenringe 38 und 48 auf Drehung miteinander gekuppelt sind.
Eine an der Hülse 42 vorgesehene Zunge 56 greift in einen Schlitz 58 in dem Ring 52 ein, so dass die Hülse und der Ring miteinander auf Drehung, aber gegeneinander axial verschiebbar gekuppelt sind.
DerNockenring 48 ist in seiner Bohrung mit einer Keilverzahnung versehen, die mit einer Keilverzahnung 15 der Antriebswelle 14 im Eingriff steht. Bei einer Drehung der Anordnung wird der Nockenring 48 gegenüber der antreibenden Keilverzahnung 15 durch den auf den Rollen 50 sich abwälzenden Nocken axial verschoben. Zwischen den beiden Nockenringen ist eine Feder 60 vorgesehen, durch deren Zusammendrücken der Anpressdruck zwischen dem Förderkopf 28 und der Stirnfläche des Drehkolbens 24 erzeugt wird.
Der Fördemockenring 48 tritt in den Rückstellnockenring 38 ein. Beispielsweise bei 62 kann eine kleine Kraftstoffmenge aus dem Raum zwischen der Spindel 26 und dem Drehkolben 24 austreten. Ein weiterer Satz von Löchern 64 ermöglicht die Herstellung einer Verbindung zwischen der Innenseite des Gehäuses 10 und den Förderkanälen an der Spindel 26. Diese Verbindung wird durch entsprechende Löcher 65 in dem Drehkolben 24 gesteuert.
Zur Steuerung der bei jedem Hub abgegebenen Kraftstoffmenge kann die Rolle 40 auf verschie-
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hydraulischen Reglers axial bewegt. Dieser Regler besitzt einen Reglerzylinder 66, in dem sich ein Reglerkolben 68 gegen die Wirkung einer Reglerfeder 70 bewegt.
Von der als Zahnradpumpe ausgebildeten Förderpumpe 12 wird der Kraftstoff über einen Kanal 74 (Fig. 3) und in Fig. 2 strichliert angedeutete Bohrungen 76 des Pumpengehäuses und dem einen Ende einer Abflachung 71 einer Steuerspindel 72 zugeführt. Das andere Ende der Ab-
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flachung der Spindel 72 kann mit einem Loch 78 in Verbindung gebracht werden, durch die Kraftstoff zurück zum Pumpengehäuse gelangen kann. Ferner ist zwischen dem Pumpengehäuse und der Ein- trittsöffnung der Förderpumpe 12 ein in Fig. 1 strichliert angedeuteter enger Kanal 80 vorgesehen, so dass in dem Druckraum der Pumpe stets unter einem Überdruck stehender Kraftstoff vorhanden ist.
Die Drehung der Steuerspindel 72 kann beispielsweise durch das Gaspedal des Fahrzeuges gesteuert werden. Wenn die Steuerspindel in einer solchen Richtung gedreht wird, dass der Durchlassquerschnitt zwischen den Löchern 74 und 7G verkleinert wird, dann wird der Förderdruck der Förderpum - pe 12 erhöht. Dieser erhöhte Druck wird in den Raum hinter dem Reglerkolben 68 übertragen und drückt diesen gegen die Reglerfeder 70, so dass ein Satz von Steueröffnungen 82 freigegeben wird, die über ein Rückschlagventil 84 mit dem abgedichteten Raum 43 hinter der Hülse 42 in Verbindung stehen.
Dabei bewegt sich die Hülse 42 in einer solchen Richtung (in Fig. 1 nach links), dass in jedem Arbeitsspiel des Drehkolbens 24 der Zeitraum, in dem das von der Stirnfläche des Drehkolbens 24 und der mit ihr zusammenwirkenden Rückseite des Förderkopfes 28 gebildete Ventil, geschlossen ist, und damit auch der Zeitraum der Kraftstoffabgabe, verkürzt wird. Bei einer Bewegung des Kolbens 68 in der entgegengesetzten Richtung wird eine Reihe von Steueröffnungen 86 geöffnet, durch die Kraftstoff aus dem Raum hinter der Steuerhülse 42 zurück zum Pumpengehäuse gelangen kann.
Um eine völlige Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr durch den Regler zu vermeiden und einen Leerlauf des Motors mit beispielsweise 200 U/min zu ermöglichen, ist eine Fühleinrichtung vorgesehen.
Diese besteht aus einem Winkelhebel 88, der in dem Reglergehäuse schwenkbar gelagert ist und an einem Arm einen Zapfen 89 trägt, der eine Öffnung 90 durchsetzt und in eine Nut 91 der zentralen Hülse 42 eingreift, während der andere Arm des Winkelhebels an einer mit dem Reglergehäuse koaxialen Spindel 92 angreift. Diese Spindel hat eine Ausnehmung 94, die so angeordnet ist, dass bei einer zu weit gehenden Bewegung der Steuerhülse 42 Kraftstoff an dem Reglerventil 68 vorbei- geleitet und der Regler vorübergehend unwirksam gemacht wird. Eine Feder 96 drückt die Spindel 92 gegen den Winkelhebel 88 an. Eine Querwelle 98 hat einen abgeflachten oder gekrümmten Teil, der an der in dem dicht abgeschlossenen Raum 43 befindlichen Stirnfläche der Hülse 42 anliegt. Durch die Drehung dieser Welle wird die maximale Fördermenge des Kraftstoffes bestimmt.
Die Welle 98 kann auch zum Abstellen durch Unterbrechung der Brennstoffzufuhr verwendet werden.
Fig. 4 zeigt eine Einrichtung 99 zum automatischen Vorstellen des Beginns des Einspritzvorganges durch Drehung des die drei Rollen 50 tragenden Ringes 52 in dem Gehäuse 10. Ein Tangen- tialkolben 100 dreht bei steigendem Druck in dem Gehäuse 10 den Ring in Fig. 4 im Uhrzeigersinn. Der Druck wird über ein Rückschlagventil 102 auf die Unterseite des Kolbens 100 übertragen und wirkt einer oberhalb des Kolbens angeordneten Feder 104 entgegen. Die Feder 104 ist in einem Raum angeordnet, der über einen in Fig. 2 und 3 strichliert angedeuteten Kanal 105 mit der Eintritts- öffnung der Förderpumpe 12 in Verbindung steht. Mit dieser Einrichtung wird der Einspritzpunkt um etwa 6 vorgestellt, wenn die Drehzahl des Motors zu einem Maximum ansteigt.
Infolge einer in der Seitenwand des Kolbens angeordneten Nut 106 kann der Kolben bei sinkendem Druck in dem Pumpengehäuse in die dem späteren Einspritzpunkt entsprechende Stellung zurückgehen.
In der in Fig. 4 gezeigten Stellung stehen drei der sechs Nocken des Ringes 48 knapp vor der Berührung mit den drei Rollen 50. Bei dieser Berührung wird der Förderkopf 28 bewegt und dadurch der Hub eingeleitet. Dies entspricht dem Punkt A des in Fig. 5 gezeigten Phasendiagramms. In dieser Stellung steht die Rolle 40 nicht mit dem Nockenring 38 in Berührung und wird die Rückseite des Förderkopfes durch die Wirkung der Feder 60 gegen die Stirnfläche des Kolbens 24 gedrückt. Der Kraftstoff wird jetzt durch das Druckventil 30 zu dem Verteilerschlitz 36 gefördert, der in dieser Phase mit einer der Austrittsöffnungen 18 in Verbindung steht, die mit einer Einspritzdüse des nicht gezeigten Motors verbunden ist.
An dem durch die Axialstellung der Hülse 42 vorherbestimmten Ende der Kraftstoffabgabe berührt die Rolle 40 den Rückstellnockenring 38 und verhindert dadurch eine weitere Axialbewegung des Drehkolbens 24 (Punkt B in Fig. 5). Die zentrale Spindel 28 bewegt sich jedoch weiter bis zum Endpunkt ihres Hubes, so dass der dichte Abschluss zwischen dem Förderkopf 28 und dem Drehkolben 24 aufgehoben wird. Dadurch sinkt der Druck in dem Druckraum plötzlich und wird das Druckventil 30 durch den Restdruck in der Kraftstoffleitung auf seinen Sitz zurückgedrückt. Auf diese Weise wird das der Leitung entnommene Kraftstoffvolumen bestimmt.
Beim Öffnen des Ventiles wandert längs der Ausnehmungen der Tellerventilspindel 26 eine Druckwelle, die zur Kavitation in diesen Ausnehmungen führen könnte, wenn sie nicht daran gehindert
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werden würde. Zu diesem Zweck sind die radialen Löcher 64 so angeordnet, dass sie in dieser Phase nicht mitdemradialenLoch 05 des Drehkolbens 24 in Verbindung stehen. Die Druckentlastung der Ausnehmungen wird daher durch die Abmessungen des Entlastungsweges 62 bestimmt. Die radialen Löcher des Drehkolbens und des Zylinders beginnen erst dann einander zu überlappen, wenn die Druckwelle vernichtet ist und der Förderkopf sich fast am Ende seines Hubes befindet. Die Ausnehmungen der Spindel 26 können dann aus dem Pumpengehäuse erneut mit Kraftstoff gefüllt werden.
Diebeiden Nockensatze 38 und 48 sind relativ zueinander so ausgebildet, dass das von dem Förderkopf 28 und dem Drehkolben gebildete Ventil während des ganzen Rückwärtshubes dieser beiden Teile offen bleibt, wie aus dem Phasendiagramm der Fig. 5 ersichtlich ist. Infolgedessen kann der Förderraum bereits mit Kraftstoff für den nächsten Einspritzvorgang gefüllt werden. Die Rückstellnocke 38 verlässt die Rolle 40 an dem in Fig. 5 mit C bezeichneten Punkt, bevor die Nocken des Ringes 48 die Rollen 50 erreichen, um am Punkt A den nächsten Einspritzvorgang zu beginnen.
In dem Phasendiagramm der Fig. 5 ist der Zeitpunkt und das Mass des grössten Abstandes zwischen dem Förderkopf 28 und der Stirnfläche des Drehkolbens 24 mit den Pfeilen X-X und ein anderer Abstand des Förderkopfes 28 von dem Drehkolben 24 durch die Pfeile Y-Y angegeben.
Jede Erhöhung der Drehzahl des Motors und der Pumpe bewirkt eine Erhöhung des Förderdruckes der Förderpumpe 12, so dass die Hülse 42 in einer solchen Richtung bewegt wird, dass die Kraftstoffabgabe und damit auch die Drehzahl des Motors herabgesetzt wird.
Bei einer Herabsetzung der Drehzahl des Motors sinkt dagegen der Förderdruek der Förderpumpe 12, so dass die Rcglerfeder 70 den Reglerkolben 68 in einer solchen Richtung bewegt, dass die Steuer-
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solchen Richtung (in Fig. 1 nach rechts), dass die Kraftstoffabgabe und mit ihr die Drehzahl des Motors vergrössert wird.
Wievorstehendgesagtwurde, hatdieSpindel 92 der Fühleinrichtung eine Ausnehmung 94, die so angeordnet ist, dass bei einer übermässigen Bewegung der Steuerhülse 42 Kraftstoff an dem Reglerventil 68 vorbeigeleitet und der Regler vorübergehend unwirksam gemacht wird, um eine unerwünsch- te Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu vermeiden.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Art der Betätigungsart für die Hülse 42 durch hydraulische Mittel.
Die Hülse kann jedoch auch auf andere Weise betätigt werden, beispielsweise mechanisch mittels eines Gewinderinges, der mittels einer Zahnstange von Hand oder über einen Regler betätigt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kraftstoffeinspritzpumpc für Verbrennungskraftmaschinen, mit einem in einem Zylinder bewegbaren rohrförmigen Kolben und einem darauf gelagerten sowie mit diesem ein die Pumpe umgehendes Ventil. bildenden Förderkopf, wobei der Schaft des Förderkopfes unter Bildung eines freien Ring-Raumes
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Förderkopfes (28) und des rohrförmigen Kolbens (24) für den ersteren während des Arbeitsumlaufes der Hin- und Herbewegung und für den letzteren während der Zeit in welcher das Ventil geöffnet ist, von der Maschine angetriebene nockengesteuerte Einrichtungen (48, 59, 38, 40) vorgesehen sind, welche zur Änderung des Bewegungsausmasses des Förderkopfes und des rohrförmigen Kolbens bei geschlossenem Ventil einstellbar sind.