AT404058B

AT404058B - Pumpenelement einer brennstoffeinspritzpumpe für einspritzbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: AT404058B
Application number: AT0243886A
Authority: AT
Original assignee: Bosch Robert Ag
Priority date: 1986-09-10
Filing date: 1986-09-10
Publication date: 1998-08-25
Also published as: ATA243886A; EP0263808B1; DE3762446D1; EP0263808A1

Description

AT 404 058 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pumpenelement einer Brennstoffeinspritzpumpe für Einspritzbrennkraftmaschinen, bei welchem eine Pumpenkolbenbüchse wenigstens eine in einen Saugraum mündende Saug- und Überströmbohrung aufweist, die durch Steuerkanten des Pumpenkolbens überschliffen wird, und das Förderende durch Aufsteuerung der Saug- und Überströmbohrung bestimmt wird, wobei eine im Bereich der Kolbenstirnfläche angeordnete Steuerkante den Förderbeginn und eine am Kolbenmantel angeordnete, insbesondere schräge, Steuerkante das Förderende bestimmt, wobei der Pumpenkolben eine gegen seinen Arbeitsraum abgeschlossene axiale Bohrung aufweist, von welcher im Bereich ihres der Kolbenstirnfläche zugewendeten Endes wenigstens eine Radialbohrung ausgeht, welche am Kolbenmantel in dem die Saug- und Überströmbohrung überschleifenden Bereich zwischen der das Förderende bestimmenden Steuerkante und der den Förderbeginn bestimmenden Steuerkante mündet, und von welcher im Bereich ihres von der Kolbenstirnfläche abgewendeten Endes wenigstens eine am Kolbenmantel mündende Radialbohrung ausgeht.

Durch den plötzlichen Abschluß der Saug- und Überströmbohrung bei Förderbeginn bilden sich Dampfblasen in der Saug- und Überströmbohrung.

Durch den Pumpenkolben wird der Kraftstoff im Arbeitsraum der Pumpe auf sehr hohe Drücke von beispielsweise 1000 bar und auch mehr gebracht, und bei Förderende strömt dieser hochkomprimierte Kraftstoff in die Saug- und Überströmbohrung. Durch die Drucksteigerung in Saug- und Überströmbohrung implodieren diese Dampfblasen, und es werden dadurch Kavitationen und Erosionen an der Wandung der Saug- und Überströmbohrung und auch am Kolbenmantel und an der Steuerkante verursacht.

Aus der DE 28 07 808 A1 ist es bekannt geworden, Kraftstoff, der im Pumpenarbeitsraum unter Druck gesetzt wurde, über eine Drosselbohrung abzuzweigen und vor dem Aufsteuern der Überströmbohrung in die Überströmbohrung einzuführen, um Dampfbiasen aus dieser Überströmbohrung wegzufördem. Die abgezweigte Kraftstoffmenge ist von der Toleranz der Drosselbohrung und von dem im Arbeitsraum des Pumpenkolbens auftretenden Druck abhängig. Diese nicht genau bestimmte abgezweigte Kraftstoffmenge verringert die Fördermenge des Pumpenkolbens, und es ergeben sich daher Unterschiede in der Fördermenge der verschiedenen Pumpenelemente, was zu Ungleichmäßigkeiten im Motorlauf führt.

Aus der FR 843 031 A und aus der DE 28 02 510 A1 ist es bekannt geworden, Leckkraftstoff aus einer den Pumpenkolben umgebenden Leckölnut vor Aufsteuerung der Saug- und Überströmbohrung in diese zu fördern, um die Gasblasen in den Saug- und Überströmraum zu fördern. Die Wirkung ist aber nicht verläßlich, da einerseits der zur Verfügung stehende Druck veränderlich ist und da es auch schwierig ist, den Leckölstrahl so zu richten, daß tatsächlich die Gasblasen nicht zur Kolbenwandung gelangen.

Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, solchen Kavitationen und Erosionen entgegenzuwirken. Zur Erfüllung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß die im Bereich des von der Kolbenstirnfläche abgewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehene Radialbohrung zumindest während eines Teiles des Kolbenhubes, bei dem die Mündung der im Bereich des der Kolbenstimfläche zugewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehenen Radialbohrung die Saug- und Überströmbohrung überschleift, mit einer in der Pumpenkolbenbüchse vorgesehenen, an sich bekannten Spülkraftstoffzuführungsbohrung in Verbindung steht, durch welche Kraftstoff unabhängig von der Förderung des Pumpenelementes unter einem den Druck im Saugraum übersteigenden Druck der axialen Bohrung zugeführt wird.

Von dieser Spülkraftstoffzuführungsbohrung in der Pumpenkolbenbüchse gelangt Kraftstoff in die axiale Bohrung des Pumpenkolbens und von dieser wieder durch die radiale Bohrung in die Saug- und Überströmbohrung der Pumpenkolbenbüchse. Da der Druck dieses zum Spülen verwendeten Kraftstoffes über dem Druck im Saugraum liegt, tritt der Kraftstoff in die Saug- und Überströmbohrung ein und verdrängt die Dampfblasen vom Pumpenkolben weg in Richtung zum Saugraum. Da die von der axialen Bohrung ausgehende radiale Bohrung zwischen der das Förderende bestimmenden Steuerkante und der den Förderbeginn bestimmenden Steuerkante liegt, erfolgt somit die Wegspülung der Dampfblasen aus der Saug- und Überströmbohrung knapp bevor die das Förderende bestimmende Steuerkante die Saug- und Überströmbohrung freigibt. Wenn nun der eine große Energie aufweisende Absteuerstrahl in die Saug- und Überströmbohrung eintritt, sind die Dampfblasen bereits weitgehend von der kritischen Stelle, nämlich vom Pumpenkolben, abgedrängt. Da der Druck des Spülkraftstoffstrahles wesentlich geringer ist als der Druck des bei Förderende abgesteuerten Brennstoffstrahles, kann auch kein hartes Implodieren der Dampfblasen durch den Spülkraftstoffstrahl erfolgen. Der Spülkraftstoffstrahl tritt in die Saug- und Überströmbohrung der Pumpenkolbenbüchse ein, sobald die Mündung der radialen Bohrung die Saug- und Überströmbohrung zu überschleifen beginnt, und dieser Spülkraftstoffstrahl drängt daher bevorzugt an der Oberseite der Saug-und Überströmbohrung die Gasblasen ab, und gerade diese Oberseite ist die kritische Stelle, an welcher der Absteuerstrahl auftrifft. Es wird daher auf diese Weise Kavitation und Erosion durch ein hartes Implodieren der Dampfblasen weitgehend vermieden. Da die zum Spülen dienende Kraftstoffmenge gesondert zugeführt wird und nicht von der zu fördernden Kraftstoffmenge abgezweigt wird, sind Unregel- 2

AT 404 058 B mäßigkeiten in der Kraftstofförderung vermieden. Es ist dabei besonders zweckmäßig, den Spülkraftstoff erst ab einer bestimmten Fördermenge und/oder Motordrehzahl zuzuführen, bei welcher die Kavitation unangenehm zu werden beginnt und die Spülkraftstoffzufuhr im Teillast- oder Teildrehzahlbereich zu unterlassen.

Gemäß der Erfindung gehen vorzugsweise im Bereich des der Kolbenstirnfiäche zugewendeten Endes der axialen Bohrung von dieser mehrere Radialbohrungen aus, deren Mündungen am Kolbenmantel zwischen den beiden Steuerkanten am Kolbenumfang in einem Abstand voneinander liegen, der kleiner ist als der Durchmesser der Saug- und Überstrombohrung. Dadurch wird bei einem Pumpenelement, dessen Fördermenge durch Verdrehen des Kolbens geregelt wird, die Gewähr geboten, daß bei allen Drohstellungen des Pumpenkolbens der zum Spülen verwendete Kraftstoff in die Saug- und Überströmöffnung gelangt. Vorzugsweise liegen gemäß der Erfindung die Mündungen der im Bereich des der Kolbenstirnfläche zugewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehenen Radialbohrungen am Kolbenmantel in gleichen Abständen von der das Förderende bestimmenden Steuerkante, so daß die Bedingungen für die Zuführung des zum Spülen verwendeten Kraftstoffes nicht verändert werden. Die Anordnung mehrerer Radialbohrungen hat den Vorteil, daß der Spülkraftstoff bei allen Drehstellungen des Kolbens axial in die Saug- und Überströmbohrung eintritt, wodurch die Wegförderung der Gas- oder Dampfblasen begünstigt wird. Gemäß der Erfindung kann aber auch die im Bereich des der Kolbenstirnfläche zugewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehene Radialbohrung in eine Nut am Kolbenmantel münden, wobei die Nut vorteilhaft am Kolbenmantel parallel zu der das Förderende bestimmenden Steuerkante verläuft.

Gemäß der Erfindung kann die Anordnung so getroffen sein, daR die im Bereich des von der Kolbenstirnfiäche abgewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehene Radiaibohrung in eine weitere Nut mündet, weiche vorteilhaft derart ausgebildet ist, daR sie parallel zu der das Förderende bestimmenden Steuerkante verläuft, wobei der Axialabstand der weiteren Nut von dieser Steuerkante ungefähr dem Axialabstand der Spülkraftstoffzuführungsbohrung von der Saug- und Überströmbohrung entspricht. In diesem Falle wird der Spülkraftstoff stoßweise immer dann zugeführt, wenn die Mündung der Radialbohrung die Saug- und Überströmbohrung überschleift. Es kann aber gemäß der Erfindung auch die im Bereich des von der Kolbenstirnfiäche abgewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehene Radialbohrung in eine Ringnut münden, deren axiale Erstreckung bevorzugt zumindest gleich einem wesentlichen Teil des Kolbenhubes ist, wobei der Spülkraftstoff von außen unter Druck in die Ringnut zugeführt wird. In diesem Fall erfolgt die Zuführung des Spülkraftstoffes zu der axialen Bohrung kontinuierlich, wobei der Spülkraftstoff nur dann aus der Radialbohrung austritt, wenn diese die Saug- und Überströmbohrung der Pumpenkolbenbüchse überschleift.

Weiters ist es gemäß der Erfindung möglich, daß die im Bereich des der Kolbenstirnfiäche zugewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehenen Ftadialbohrungen bevorzugt unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei in den Bereichen eines größeren Förderhubes größere Durchmesser vorgesehen sind, so daß beispielsweise bei größeren Kraftstoffördermengen des Pumpenelementes auch größere Spülmengen vorhanden sind.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles schematisch erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Teil-Axialschnitt durch ein Pumpenelement, Fig. 2 zeigt die Strömungsverhäitnisse in der Saug- und Überströmbohrung kurz vor dem statischen Förderbeginn, Fig. 3 zeigt eine Variante zur Spülkraftstoffzuführung und Fig. 4 eine Abwicklung des Pumpenkolbens mit abgewandelten Radialbohrungen.

In Fig. 1 ist der Pumpenkolben mit 1 und die Pumpenkolbenbüchse mit 2 bezeichnet. 3 ist der Arbeitsraum des Pumpenkolbens. In der Pumpenkolbenbüchse sind diametral gegenüberliegend zwei Saug- und Überströmbohrungen 4 vorgesehen, welche in den Saugraum 5 münden und durch schräge Absteuerkanten 6, welche das Förderende bestimmen, überschliffen werden.

Im Kolben 1 ist eine axiale Bohrung 7 vorgesehen, welche gegen den Arbeitsraum 3 durch einen Stopfen 8 abgeschlossen ist. Im Bereich des von der Kolbenstirnfiäche 9 abgewendeten Endes der axialen Bohrung 7 geht eine Radialbohrung 10 aus, die in eine schraubenlinienförmige Nut 11 am Mantel des Pumpenkolbens 1, welche parallel zu der schrägen Steuerkante 6 verläuft, mündet.

In der Pumpenkolbenbüchse 2 ist eine Spülkraftstoffzuführungsbohrung 12 vorgesehen, durch welche über einen Anschluß 13 Kraftstoff unter einem höheren Druck als der Druck im Saugraum 5 zugeführt wird. Im Bereich des der Kolbenstirnfiäche 9 zugewendeten Endes der axialen Bohrung 7 gehen von dieser axialen Bohrung Radialbohrungen 14 aus, deren Mündungen 15 am Kolbenumfang in einer parallel zur Steuerkante 6 verlaufenden Reihe liegen. Die Nut 11 ist so angeordnet, daß sie die Spülkraftstoffzuführungsbohrung 12 dann überschleift, wenn die Mündungen 15 der Bohrungen 14 die Saug- und Überströmbohrungen 4 überschleifen. Hiefür ist Bedingung, daß der axiale Abstand zwischen den Mündungen 15 der Bohrungen 14 und der Bohrung 10 im Kolben ungefähr gleich ist dem Axialabstand der Bohrung 12 von der 3

Claims

AT 404 058 B Saug- und Überströmbohrung 4. Sobald die Mündung 15 einer solchen Bohrung 14 die Saug- und Überströmbohrung 4 überschleift, wird der Spülkraftstoff in die axiale Bohrung 7 gefördert und tritt nun in Richtung des Pfeiles 16 über die Bohrungen 14 in die Saug- und Überströmbohrungen 4 der Pumpenkolbenbüchse 2 ein. Knapp nachher tritt der bei Förderende durch die schräge Steuerkante 6 abgesteuerte Brennstoffstrahl in Richtung des Pfeiles 17 in die Saug- und Überströmbohrung 4 ein. Fig. 2 zeigt die Stellung des Kolbens 1 bei Förderbeginn. Die durch die Stirnfläche 9 gebildete Steuerkante schließt die Saug- und Überströmbohrung 4 der Pumpenkolbenbüchse 2 ab, und ein Strahl des Brennstoffes tritt beim Abschließen in Richtung des Pfeiles 18 in die Saug- und Überströmbohrung 4 ein. Bei Abschluß der Saug- und Überströmöffnung durch die Stirnfläche 9 des Kolbens 1 wird der Kraftstoffstrom in die Bohrungen plötzlich unterbrochen, wodurch ein Unterdrück entsteht, der für die Dampfblasenbildung maßgeblich ist. Diese Darstellung erklärt, warum in der Saug- und Überströmbohrung 4 Dampfblasen auftreten. Fig. 3 zeigt in einem Teilschnitt eine abgewandelte Ausführungsform. Hier mündet die von der axialen Bohrung 7 des Pumpenkolbens 1 ausgehende Radiaibohrung 10 in eine Ringnut 19 des Kolbens 1, in welche die Spülkraftstoffzuführungsbohrung 12 mündet. Die axiale Erstreckung dieser Ringnut ist zumindest gleich einem wesentlichen Teil des Hubes des Pumpenkolbens 1, so daß der Spülkraftstoff kontinuierlich in die axiale Bohrung 7 eintritt. Fig. 4 zeigt eine Abwicklung eines abgewandelten Pumpenkolbens 1 mit je nach Drehlage des Kolbens und damit zeitlich verschiedener Absteuerung über die Absteuerkante 6 unterschiedlich groß dimensionierten Mündungen 15 der Radialbohrungen. Die größeren Mündungen 15 entsprechen hiebei einem größeren Förder- bzw. Nutzhub, wodurch die Spülung intensiviert wird. Da der Spülkraftstoff über einen Anschluß 13 gesondert unter Druck zuführbar ist, läßt sich in einfacher Weise die Zuführung bei geringen Drehzahlen oder geringen Fördermengen unterbinden, um Antriebsenergie für eine Pumpe zu sparen. In Fig. 1 ist zu diesem Zweck eine gesonderte Pumpe 20 angedeutet und ein über eine Steuereinheit 21 in Abhängigkeit von Drehzahl oder Fördermenge der Pumpe steuerbares Ventil 22 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Pumpe 20 durch die Steuereinheit 21 geschaltet werden. Patentansprüche 1. Pumpenelement einer Brennstoffeinspritzpumpe für Einspritzbrennkraftmaschinen, bei welchem eine Pumpenkolbenbüchse wenigstens eine in einen Saugraum mündende Saug- und Überströmbohrung aufweist, die durch Steuerkanten des Pumpenkolbens überschliffen wird, und das Förderende durch Aufsteuerung der Saug- und Überströmbohrung bestimmt wird, wobei eine im Bereich der Kolbenstirnfläche angeordnete Steuerkante den Förderbeginn und eine am Kolbenmantel angeordnete, insbesondere schräge, Steuerkante das Förderende bestimmt, wobei der Pumpenkolben eine gegen seinen Arbeitsraum abgeschlossene axiale Bohrung aufweist, von welcher im Bereich ihres der Kolbenstimfläche zugewendeten Endes wenigstens eine Radialbohrung ausgeht, welche am Kolbenmantel in dem die Saug- und Überströmbohrung überschleifenden Bereich zwischen der das Förderende bestimmenden Steuerkante und der den Förderbeginn bestimmenden Steuerkante mündet, und von welcher im Bereich ihres von der Kolbenstimfläche abgewendeten Endes wenigstens eine am Kolbenmantel mündende Radialbohrung ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich des von der Kolbenstirnfläche (9) abgewendeten Endes der axialen Bohrung (7) vorgesehene Radialbohrung (10) zumindest während eines Teiles des Kolbenhubes, bei dem die Mündung (15) der im Bereich des der Kolbenstirnfläche (9) zugewendeten Endes der axialen Bohrung (7) vorgesehenen Radialbohrung (14) die Saug- und Überströmbohrung (4) überschleift, mit einer in der Pumpenkolbenbüchse (2) vorgesehenen, an sich bekannten Spülkraftstoffzuführungsbohrung (12) in Verbindung steht, durch welche Kraftstoff unabhängig von der Förderung des Pumpenelementes unter einem den Druck im Saugraum (5) übersteigenden Druck der axialen Bohrung (7) zugeführt wird.
2. Pumpenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des der Kolbenstirnfläche (9) zugewendeten Endes der axialen Bohrung (7) von dieser mehrere Radialbohrungen (14) ausgehen, deren Mündungen (15) am Kolbenmantel zwischen den beiden Steuerkanten (6) am Kolbenumfang in einem Abstand voneinander liegen, der kleiner ist als der Durchmesser der Saug- und Überstrombohrung (4). 4 AT 404 058 B
3. Pumpenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (15) der im Bereich des der Kolbenstirnfläche (9) zugewendeten Endes der axialen Bohrung (7) vorgesehenen Radialbohrungen (14) am Kolbenmantel in gleichen Abständen von der das Förderende bestimmenden Steuerkante (6) liegen.
4. Pumpenelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich des der Kolbenstirnfläche (9) zugewendeten Endes der axialen Bohrung (7) vorgesehenen Radialbohrungen (14) unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei in den Bereichen eines größeren Förderhubes größere Durchmesser vorgesehen sind.
5. Pumpenelement nach Anspruch 1, bei dem die im Bereich des der Kolbenstirnfläche zugewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehene Radialbohrung in eine Nut am Kolbenmantel mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut am Kolbenmantel parallel zu der das Förderende bestimmenden Steuerkante (6) verläuft.
6. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die im Bereich des von der Kolbenstirnfläche abgewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehene Radialbohrung in eine weitere Nut mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Nut (11) parallel zu der das Förderende bestimmenden Steuerkante (6) verläuft, wobei der Axialabstand der weiteren Nut (11) von dieser Steuerkante (6) ungefähr dem Axialabstand der Spülkraftstoffzuführungsbohrung (12) von der Saug- und Überströmbohrung (4) entspricht.
7. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die im Bereich des von der Kolbenstirnfläche abgewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehene Radialbohrung in eine Ringnut mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülkraftstoff von außen unter Druck in die Ringnut (19) zugeführt wird, deren axiale Erstreckung zumindest gleich einem wesentlichen Teil des Kolbenhubes ist.
8. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülkraftstoff erst ab einer bestimmten Drehzahl zuführbar ist.
9. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülkraftstoff erst ab einer bestimmten Fördermenge zuführbar ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 5