AT413865B - Kolbeneinspritzpumpe zur kraftstoffförderung für brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kolbeneinspritzpumpe zur Kraftstoffförderung für Brennkraftmaschinen, mit einem Zylinder zur Aufnahme eines hin- und hergehenden Druckkolbens, dessen Stirnfläche an einen Druckraum grenzt, wobei der Rand der Stirnfläche eine umlaufende erste Steuerkante bildet und wobei der Zylinder zumindest eine radiale Absteuerbohrung in einem Kolbenführungsabschnitt des Zylinders aufweist, welche zumindest von einer durch eine Ausformung in der Mantelfläche des Druckkolbens gebildeten zweiten Steuerkante des Druckkolbens überfahrbar ist, wobei der Zylinder zumindest zwei, vorzugsweise diametral zueinander angeordnete, Druckausgleichskanäle zum Druckausgleich zwischen zwei unterschiedlichen Umfangsbereichen des Kolbenführungsabschnittes des Zylinders aufweist.

Die konventionelle Konstruktion einer Kolbeneinspritzpumpe hat eine glatte Zylinderoberfläche mit einer radialen Absteuerbohrung und einen Druckkolben mit einer oberen, meist in einer Normalebene zur Zylinderachse verlaufenden Steuerkante und einer geneigt zur Normalebene verlaufenden unteren Steuerkante, sowie eine in axialer Richtung verlaufende Nullfördernut. Derartige Kolbeneinspritzpumpen sind aus der US 5,396.871 A, der US 4,964.789 A oder der US 4,824.341 A bekannt. Bei Bedeckung der Steuerbohrung durch die Steuerfläche des Druckkolbens wird Treibstoff gefördert. Durch die schräge untere Steuerkante kann durch Verdrehen des Kolbens die Einspritzmenge gesteuert werden. Bei Einspritzpumpen für sehr hohe Drücke können die beschriebenen Merkmale auch zweifach, um 180° versetzt, vorgesehen sein, um möglichst symmetrische Bedingungen zu schaffen.

Durch eine seitliche Auslenkung des Druckkolbens in einer normal zu den Absteuerbohrungen verlaufenden Richtung, kann durch die daraus entstehende Druckverteilung im Dichtspalt eine resultierende Seitenkraft am Kolben entstehen, welche in Richtung der Auslenkung wirkt und diese somit verstärkt. In weiterer Folge kann es dadurch zu einem Anreiben des Druckkolbens kommen.

Die WO 1989/10479 A1 beschreibt eine Hochdruck-Kolbenzylindereinheit mit einem Zylinder und einem darin beweglich geführten Kolben mit einem freien Ende, dessen quer zur Mantelfläche des Kolbens angeordnete Stirnfläche eine bewegliche Wand einer Hochdruckkammer in dem Zylinder bildet. Der Grenzspalt zwischen Kolbenmantelfläche und Zylinderfläche weist einen oder mehrere begrenzte Abschnitte auf, in denen er zur Erzielung eines Druckausgleichs über dem Umfang erweitert ist. Die Erweiterung wird dabei durch eine Abnahme des Kolbendurchmessers im Bereich der Stirnfläche oder durch Nuten im Kolben oder in der Zylinderwand gebildet.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Kolbeneinspritzpumpe der eingangs genannten Art den Verschleiß zu vermindern, insbesondere ein Anreiben des Druckkolbens am Zylinder zu verhindern.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass zumindest ein Druckausgleichskanal zumindest zwei, mit axialem Abstand etwa radial in den Zylinder mündende Querbohrungen aufweist, die durch zumindest eine vorzugsweise etwa parallel zur Zylinderachse verlaufende Längsbohrung miteinander strömungsverbunden sind. Durch die Druckausgleichskanäle können die Seitenkräfte in Folge einer seitlichen Auslenkung reduziert werden. Wesentlich ist dabei, dass die Druckausgleichskanäle im Bereich des Kolbenführungsabschnittes des Zylinders von der Absteuerbohrung beabstandet ist, so dass um die Absteuerbohrung des Zylinders eine vom Druckkolben überstreichbare Dichtfläche ausgebildet wird. Die Dichtfunktion des Druckkolbens im Bereich rund um die Absteuerbohrung wird somit weiterhin voll gewährleistet.

Die Seitenkräfte können wesentlich vermindert werden, wenn die Druckausgleichskanäle zumindest in einer Förderstellung des Druckkolbens den Druckraum mit einem etwa in Höhe der Absteuerbohrung liegenden Bereich des Kolbenführungsabschnittes des Zylinders strömungsverbinden. 3

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In einer sehr vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Druckausgleichskanal durch zumindest eine Ausnehmung des Zylinders, vorzugsweise durch eine parallel zur Zylinderachse verlaufende Längsnut gebildet ist. Dabei können mehrere schmale axiale Nuten oder wenige breite axiale Nuten in die Zylinderwand eingeformt sein. 5

Zumindest zwei radiale Querbohrungen können in axialer Richtung des Zylinders unmittelbar übereinander im Kolbenführungsabschnitt, vorzugsweise in Höhe der Absteuerbohrung, angeordnet sein. Die Querbohrungen können dabei insbesondere in zumindest einer axialen Reihe übereinander angeordnet sein. 10

Ungewünschte Seitenkräfte können weitgehend verhindert werden, wenn zumindest zwei Druckausgleichskanäle in Umfangsrichtung beidseits und vorzugsweise symmetrisch zur Absteuerbohrung angeordnet sind. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn zumindest zwei Druckausgleichskanäle punktsymmetrisch bezüglich der Zylinderachse angeordnet sind. 15

Die Erfindung im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 den Zylinder einer konventionellen Kolbeneinspritzpumpe in einer Schrägansicht, Fig. 2 eine Abwicklung von Druckkolben und Zylinder dieser konventionellen Kolbenein-20 spritzpumpe, Fig. 3 einen Zylinder einer erfindungsgemäßen Kolbeneinspritzpumpe in einer ersten Ausführungsvariante in einer Schrägansicht, Fig. 4 Druckkolben und Zylinder dieser Kolbeneinspritzpumpe in einer Abwicklung, Fig. 5 den Zylinder dieser Kolbeneinspritzpumpe in einem Querschnitt, Fig. 6 diesen Zylinder in einer längsgeschnittenen Schrägansicht, Fig. 7 Druckkolben und Zylinder einer erfindungsgemäßen Kolbeneinspritzpumpe in einer zweiten 25 Ausführungsvariante in einer Abwicklung, Fig. 8 den Zylinder dieser Ausführungsvariante in einem Querschnitt, Fig. 9 diesen Zylinder in einer längsgeschnittenen Schrägansicht, Fig. 10 einen Zylinder einer erfindungsgemäßen Kolbeneinspritzpumpe in einer dritten Ausführungsvariante in einem Querschnitt, Fig. 11 diesen Zylinder in einem Längsschnitt in einer Schrägansicht und Fig. 12 einen Zylinder einer erfindungsgemäßen Kolbeneinspritzpumpe in einer vier-30 ten Ausführungsvariante in einer längsgeschnittenen Schrägansicht.

Die Fig. 1 und 2 zeigen den Zylinder 1 und den Druckkolben 2 einer herkömmlichen Kolbeneinspritzpumpe. Der Zylinder 1 hat eine im Wesentlichen glatte Zylinderoberfläche 3, wobei radial in den Zylinder 1 zwei Absteuerbohrungen 4 einmünden. Der Druckkolben 2 weist eine im 35 Wesentlichen in einer Normalebene 5 auf die Zylinderachse 6 angeordnete erste Steuerkante 7 und in der Mantelfläche 2a eine geneigt zur Normalebene 5 stehende, schraubenförmige zweite Steuerkante 8, sowie eine in axialer Richtung verlaufende Nullfördernut 9 auf. Dabei weisen Zylinder 1 und Druckkolben 2 zwei um 180° versetzte zweite Steuerkanten 8 und Absteuerbohrungen 4 auf, um symmetrische Bedingungen zu schaffen. Bei Bedeckung der Absteuerboh-40 rungen 4 durch die Steuerfläche 10 des Kolbens 2 wird Kraftstoff gefördert. Durch die schräge zweite Steuerkante 8 kann durch Verdrehen des Druckkolbens 2 die Einspritzmenge gesteuert werden.

Durch eine seitliche Auslenkung des Druckkolbens 2 in Richtung normal zu den Absteuerboh-45 rungen 4 kann durch die daraus entstehende Druckverteilung im Dichtspalt eine resultierende Seitenkraft am Druckkolben 2 entstehen, welche in Richtung der Auslenkung wirkt und diese somit verstärkt, was den Verschleiß erhöht und im Extremfall zu einem Anreiben des Druckkolbens 2 am Zylinder 1 führen kann. so Zylinder 1, 101, 201 und Druckkolben 2, 102, 202 sind in Fig. 2, 4 und 7 durch unterschiedliche Straffurrichtungen angedeutet.

Um eine asymmetrische Druckverteilung bei einer seitlichen Auslenkung des Druckkolbens 102, 202 zu vermeiden, sind in den im Folgenden beschriebenen Ausführungsvarianten Druckaus-55 gleichskanäle 150, 250, 350, 450 im Zylinder 101, 201, 301, 401 vorgesehen, welche in 4

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Umfangsrichtung einen Druckausgleich im Dichtspalt zwischen den Zylinder 101, 201, 301, 401 und dem Druckkolben 102, 202 ermöglichen. Die Druckausgleichskanäle 150, 250, 350, 450 erstrecken sich dabei vorteilhafterweise zwischen einem von der Stirnfläche 111, 211 des Druckkolbens 102, 202 und den Zylinder 101, 201, 301, 401 aufgespannten Druckraum 112, 5 212, 312, 412 und reichen bis in einen Kolbenführungsabschnitt 113, 213, 313, 413 des Zylin der 101, 201, 301, 401, der im Bereich der Absteuerbohrungen 104, 204, 304, 404 und/oder auf der dem Druckraum 112, 212, 312, 412 abgewandten Seite der Absteuerbohrungen 104, 204, 304, 404 liegt. Der Rand der Stirnfläche 111, 211 bildet dabei eine erste Steuerkante 107, 207. In axialer Richtung weist die Mantelfläche 102a, 202a des Druckkolbens 102, 202 eine Nullför-io dernut 109, 209 auf. Der Kolbenführungsabschnitt 113, 213, 313, 413 wird in zumindest einer Förderstellung des Druckkolbens 102, 202 von einem Ringraum 114, 214 überdeckt, welcher an die zweite Steuerkante 108, 208 des Druckkolbens 102, 202 grenzt und sich zwischen dem Druckkolben 102, 202 und dem Zylinder 101, 201, 301, 401 erstreckt. 15 Die Druckausgleichskanäle 150, 250, 350, 450 können als offene oder als geschlossene Kanäle ausgebildet sein. Wesentlich, dass die Druckausgleichskanäle 150, 250, 350, 450 von jeder Absteuerbohrung 104, 204, 304, 404 beabstandet ist, um rund um die Absteuerbohrungen 104, 204, 304, 404 vom Druckkolben 102, 202 überstreichbare Dichtflächen 118, 218, 318, 418 auszubilden. 20

Im in den Fig. 3 bis 6 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind die Druckausgleichskanäle 150 durch schmale, axiale Längsnuten 151 in der Oberfläche 103 des Zylinders 101 beidseits der Absteuerbohrung 104 gebildet. Die Längsnuten 151 können durch Fräsbearbeitung oder Erusionsbearbeitung in der Oberfläche 103 des Zylinders 101 geformt sein. Mit Bezugszeichen 25 120 ist der über den Druckraum 112 erfolgende Druckausgleich zwischen den einzelnen Längs nuten 151 angedeutet. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, sind die Längsnuten 151 punktsymmetrisch bezüglich der Zylinderachse 106 und symmetrisch bezüglich einer durch die Achsen 104a der Absteuerbohrung 104 und der Zylinderachse 106 aufgespannten Längsebene 115 angeordnet. 30 Die Fig. 7 bis 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Zylinders 201 für einen hin- und hergehenden Druckkolben 202 einer Kolbeneinspritzpumpe, wobei die Druckausgleichskanäle 250 durch breite Längsnuten 251 zwischen den Ausgleichsbohrungen 204 gebildet sind. Die beiden Längsnuten 251 sind punktsymmetrisch bezüglich der Zylinderachse 206, aber auch symmetrisch bezüglich einer durch die Achsen 204a der Absteuerbohrungen 204 und der Zylin-35 derachse 206 aufgespannten Längsebene 215, sowie einer dazu normalen Ebene 216 durch die Zylinderachse 206 angeordnet.

Die Fig. 10 und 11 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines Zylinders 301 zur Aufnahme eines nicht weiter dargestellten, den Fig. 2, 4 und 7 entsprechenden Druckkolbens für eine 40 Kolbeneinspritzpumpe, bei dem die Druckausgleichskanäle 350 durch in axialem Abstand übereinander liegende Querbohrungen 351, 352 gebildet sind, welche durch eine etwa parallel zur Zylinderachse 306 verlaufende Längsbohrung 353 miteinander strömungsverbunden sind. Die Querbohrungen 351, 352, sowie Längsbohrungen 353 werden nach der Herstellung nach außen hin verschlossen. Wie aus der Fig. 10 hervorgeht, sind die Querbohrungen 351, 352 punkt-45 symmetrisch bezüglich der Zylinderachse 307, sowie symmetrisch zu den durch die Achse 304a der Absteuerbohrungen 304 und die Zylinderachse 306 aufgespannten Längsebene 315 und einer dazu normalen Ebene 316 angeordnet. Die unteren Querbohrungen 350 liegen im Kolbenführungsabschnitt 313 etwa im Bereich der Absteuerbohrungen 304. so Fig. 12 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, welches sich vom in den Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass mehrere untere Querbohrungen 451 in einer Reihe übereinander angeordnet sind. Die unteren Querbohrungen 451 werden über die Längsbohrung 453 mit einer oberen Querbohrung 452 verbunden, welche in den oberhalb des Druckkolbens liegenden Druckraum 512 einmündet. Die unteren Querbohrungen 451 münden 55 auch hier in den Kolbenführungsabschnitt 413 im Bereich der Absteuerbohrung 404 in den

Claims (7)

1. 5 AT 413 865 B Zylinder 401 ein. Die Querbohrungen 352, 452 gewährleisten den Druckausgleich mit dem oberen Druckraum 312, 412. Die unteren Querbohrungen 351, 451 dienen der Verkleinerung der Dichtfläche 318, 5 418. Patentansprüche: io 1. Kolbeneinspritzpumpe zur Kraftstoffförderung für Brennkraftmaschinen, mit einem Zylinder (101, 201, 301, 401) zur Aufnahme eines hin- und hergehenden Druckkolbens (102, 202), dessen Stirnfläche (111, 211) an einen Druckraum (112, 212, 312, 412) grenzt, wobei der Rand der Stirnfläche (111, 211) eine umlaufende erste Steuerkante (107, 207) bildet und wobei der Zylinder (101, 201, 301, 401) zumindest eine radiale Absteuerbohrung 15 (104, 204, 304, 404) in einem Kolbenführungsabschnitt (113, 213, 313, 413) des Zylinders (101, 201, 301, 401) aufweist, welche zumindest von einer durch eine Ausformung in der Mantelfläche (102a, 202a) des Druckkolbens (102, 202) gebildeten zweiten Steuerkante (108, 208) des Druckkolbens (102, 202) überfahrbar ist, wobei der Zylinder (101, 201, 301, 401) zumindest zwei, vorzugsweise diametral zueinander angeordnete, Druckausgleichs-2o kanäle (150, 250, 350, 450) zum Druckausgleich zwischen zwei unterschiedlichen Um fangsbereichen des Kolbenführungsabschnittes (113, 213, 313, 414) des Zylinders (101, 201, 301, 401) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckausgleichskanal (350, 450) zumindest zwei, mit axialem Abstand etwa radial in den Zylinder (301, 401) mündende Querbohrungen (351, 352; 451, 452) aufweist, die durch zumindest 25 eine vorzugsweise etwa parallel zur Zylinderachse (306, 406) verlaufende Längsbohrung (353, 453) miteinander strömungsverbunden sind.
2. 2. Kolbeneinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichskanäle (150, 250, 350, 450) zumindest in einer Förderstellung des Druckkolbens 30 (102, 202) den Druckraum (112, 212, 312, 412) mit einem etwa in Höhe der Absteuerboh rung (104, 204, 304, 404) liegenden Bereich des Kolbenführungsabschnittes (113, 213, 313, 414) des Zylinders (101,201, 301, 401) strömungsverbinden.
3. 3. Kolbeneinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 35 ein Druckausgleichskanal (150, 250) durch zumindest eine Ausnehmung des Zylinders (101, 201), vorzugsweise durch eine parallel zur Zylinderachse (106, 206) verlaufende Längsnut (151, 251) gebildet ist.
4. 4. Kolbeneinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass 40 zumindest zwei radiale Querbohrungen (451) in axialer Richtung des Zylinders (401) unmit telbar übereinander im Kolbenführungsabschnitt (414), vorzugsweise in Höhe der Absteuerbohrung (404), angeordnet sind.
5. 5. Kolbeneinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 45 zumindest zwei Druckausgleichskanäle (150, 250, 350, 450) punktsymmetrisch bezüglich der Zylinderachse (106, 206, 306, 406) angeordnet sind.
6. 6. Kolbeneinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Druckausgleichskanäle (150, 250, 350, 450) in Umfangsrichtung beidseits so und vorzugsweise symmetrisch zur Absteuerbohrung (104, 204, 304, 404) angeordnet sind.
7. 7. Kolbeneinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichskanäle (150, 250, 350, 450) im Bereich des Kolbenführungsabschnittes (113, 213, 313, 413) des Zylinders (101, 201, 301, 401) von der Absteuerbohrung 55 6 AT 413 865 B (104, 204, 304, 404) beabstandet ist, so dass um die Absteuerbohrung (104, 204, 304, 404) des Zylinders (101, 201, 301, 401) eine vom Druckkolben (102, 202, 302, 402) überstreichbare Dichtfläche (118, 218, 318, 418) ausgebildet wird. 5 Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55