DE10058011A1 - Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren - Google Patents

Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren

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Abstract

Eine magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, besitzt ein Magnetventil (18), dessen Ventilnadel (17) über einen Ventilsitz (16) im Pumpenkörper einen Hochdruckbereich (14, 15) von einem Niederdruckbereich (21) trennt bzw. Hoch- und Niederdruckbereich verbindet, wobei die Einspritzdauer durch das Öffnen des Magnetventils (18) gesteuert wird. Außerdem ist ein im Niederdruckbereich (21) angeordneter Niederdruck-Ausgleichskolben (24) zur Kompensation von Druckschwankungen im Niederdruckbereich (21) vorgesehen. DOLLAR A Die Besonderheit besteht darin, dass der koaxial zur Magnetventilnadel (17) angeordnete Niederdruck-Ausgleichskolben (24) als von der Magnetventilnadel (17) gesondertes Bauteil ausgebildet ist. Hierdurch wird ein ungehindertes und damit schnellstmögliches Öffnen des Magnetventils (18) durch die vom Elektromagneten auf die Magnetventilnadel (17) ausgeübte Öffnungskraft gewährleistet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritz­ pumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Hierbei handelt es sich vornehmlich um eine Kraftstoffeinspritzpumpe der sogenannten Verteilerbauart. Bei derartigen magnetventilgesteuerten Einspritz­ pumpen, die bevorzugt in Dieselmotoren eingesetzt werden, wird die Einspritzdauer durch das Öffnen des Magnetventils gesteuert. Damit der Dieselmotor gute Abgas­ werte erreicht, muß der Druck in der Leitung möglichst schnell abfallen. Dies kann nur durch ein schnell öffnendes Magnetventil erreicht werden. Eine magnetventilge­ steuerte Voreinspritzung ist nur mit einem schnell öffnenden Magnetventil möglich. Das Magnetventil muß daher so ausgeführt werden, dass sich seine Öffnungszeit durch hydraulische Kräfte verringern läßt.
Erfindungsgemäß relevant sind insbesondere solche Kraftstoffeinspritzpumpen der Verteilerbauart, in denen ein sogenanntes I-Magnetventil eingesetzt wird. Diese Ventilbauart zeichnet sich dadurch aus, dass die Strömung beim Absteuern radial von aussen nach innen gerichtet ist. Durch die Strömungsumlenkung im Nieder­ druckbereich wird eine öffnende (positive) Kraft erzielt. Die Kraft verkürzt die Ventil­ öffnungszeiten.
Ein Grundcharakteristikum der in Rede stehenden Ventilbauart ist darin zu sehen, dass sich eine sehr große Niederdruckfläche im Vergleich zur Druckstufenfläche im Hochdruckbereich des Magnetventils ergibt. Deshalb treten schon bei geringen Druckschwankungen im Niederdruckbereich verhältnismäßig große Kräfte auf. Diese Kräfte verursachen Öffnungszeitschwankungen, die zu Einspritzmengen­ streuungen (von Hub zu Hub) führen. Um die genannten Kräfte - wenigstens teilweise - zu kompensieren und damit ihre nachteiligen Auswirkungen weitgehend zu vermeiden, ist bei der in Rede stehenden Ventilbauart ein Niederdruckaus­ gleichskolben vorgesehen, der mit dem Magnetventil zusammenwirkt. Der Nieder­ druckausgleichskolben hat also die Funktion, ein stabiles Öffnungsverhalten des Magnetventils zu bewirken.
Zu dem im Vorstehenden geschilderten Stand der Technik wird die DE 43 39 948 A1 genannt, die eine gattungsmäßige Kraftstoffeinspritzpumpe zum Gegenstand hat. Bei der bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe ist der Niederdruck-Ausgleichskolben einteilig mit der Magnetventilnadel ausgeführt und koaxial zu dieser angeordnet, wobei er praktisch eine Fortsetzung der Magnetventilnadel über den Ventilsitz hinaus bildet.
Der Nachteil besteht darin, dass es beim Absteuern zu einer Strömungsumlenkung auf dem Niederdruck Ausgleichskolben kommt. Diese Strömungsumlenkung bewirkt eine Druckerhöhung, aus der sich eine schließende Nadelkraft ergibt. Die nachteilige Folge ist eine Verzögerung der Öffnung des Magnetventils beim Absteuern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, geeignete Maßnahmen dafür zu treffen, dass unerwünschte Verzögerungen beim Öffnungsvorgang des Magnetventils ver­ mieden werden.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe der eingangs bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Grundgedankens der Erfindung sind den Patentansprüchen 2-8 zu entnehmen.
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale gelingt es, die für die Funktion des Magnetventils in dessen geschlossenem Zustand wichtigen Vorteile des vor­ handenen Niederdruck-Ausgleichskolbens zu erhalten. Zugleich entfallen aber die bisherigen negativen Wirkungen des Niederdruck-Ausgleichskolbens beim Öffnen des Magnetventils.
Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels veran­ schaulicht, das im Folgenden detailliert beschrieben wird. Die Zeichnung zeigt - im vertikalen Längsschnitt und teilweise - eine Ausführungsform einer Kraftstoff­ einspritzpumpe der Verteilerbauart.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Es bezeichnet 10 einen Verteiler, der in einem (nicht dargestellten) Pumpenge­ häuse in bekannter und daher nicht näher gezeigter Weise geführt ist. Der Antrieb des Verteilers 10 erfolgt ebenfalls in üblicher Weise, weshalb auch diesbezüglich auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
Ein (nicht dargestellter) Pumpenarbeitsraum ist über einen Druckkanal 11 im Verteiler 10 mit einer Verteilernut 12 am Umfang des Verteilers 10 verbunden, von der (nicht gezeigte) im Pumpengehäuse verlaufende Einspritzleitungen ihren Ausgang nehmen. Die Einspritzleitungen führen wiederum zu einem (eben­ falls nicht gezeigten) Einspritzventil.
Des Weiteren geht von der Verteilernut 12 im Inneren des Verteilers 10 ein Verbindungskanal 14 aus, der in eine Ringnut 15 mündet. Die Ringnut 15 bildet einen Ventilsitz 16 für eine Ventilnadel 17 eines (nur teilweise dargestellten) insgesamt mit 18 bezeichneten Magnetventils. Oberhalb der Magnetventilnadel 17, bei 19, schließt sich ein das Magnetventil 18 betätigender Elektromagnet an, der bekannter Stand der Technik ist, weshalb eine detaillierte Darstellung ent­ fallen kann.
Unterhalb des Ventilsitzes 16 erstreckt sich eine insgesamt mit 20 bezifferte Sacklochbohrung, die eine Erweiterung 21 aufweist, von der ein (weiterer) Verbindungskanal 22 seinen Ausgang nimmt. Der Verbindungskanal 22 führt zum (nicht dargestellten) Niederdruckteil der Kraftstoffeinspritzpumpe. Somit definieren Ventilsitz 16 und Magnetventilnadel 17 innerhalb des Verteilers 10 einen Hochdruckbereich 14, 15 und einen Niederdruckbereich 21.
Innerhalb der Sacklochbohrung 20 und koaxial zu der Magnetventilnadel 17 ist ein Niederdruck-Ausgleichskolben axial beweglich angeordnet, der - jeweils hälftig - linksseitig einer gemeinsamen Längsmittelachse 23 von Magnetventil­ nadel 17 und Niederdruck-Ausgleichskolben insgesamt mit 24 und rechtsseitig der Längsmittelachse 23 insgesamt mit 25 beziffert ist.
Die rechtsseitig von der Längsmittelachse 23 gezeichnete Bauart 25 des Niederdruck-Ausgleichskolbens markiert den bisherigen Stand der Technik, wobei der Niederdruck-Ausgleichskolben 25 - bei 26 - einstückig mit der Magnetventilnadel 17 verbunden ist.
Dagegen handelt es sich bei dem linksseitig der Längsmittelachse 23 (hälftig) dargestellten Niederdruck-Ausgleichskolben 24 um die erfindungs­ gemäße Bauart. Die Besonderheit besteht hier darin, dass Magnetventil­ nadel 17 und Niederdruck-Ausgleichskolben 24 als zwei getrennte und damit unabhängig voneinander (axial) bewegliche Bauteile ausgebildet sind. Zur Führung des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 weist dieser eine Kolben­ stange 27 verjüngten Durchmessers auf, die in eine in die Magnetventilnadel 17 eingebrachte Führungsbohrung 28 eingreift. Durch die Führung 27/28 wird ein (andernfalls mögliches) Kippen des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 wirksam vermieden. Die Führungsbohrung 28 ist als Sacklochbohrung ausgebildet, wobei ihr (oberes) Ende 29 als Anschlag fungiert, der mit dem freien Ende 30 der Kolbenstange 27 des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 zusammenwirkt.
An einer rückwärtigen Stirnfläche 31 des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 liegt eine Druckfeder (Niederdruck-Ausgleichsfeder) 32 an, die sich rück­ wärtig an dem mit 33 bezifferten Boden der Sacklochbohrung 20 abstützt. Durch die Niederdruck-Ausgleichsfeder 32 wird der Niederdruck-Ausgleichs­ kolben 24 gegen den (oberen) Anschlag 29 der Führungsbohrung 28 gedrückt.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass an der (unteren) Stirnfläche 31 des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 ein stangenförmiger, von der Nieder­ druck-Ausgleichsfeder 32 umgebener Gegenanschlag 34 angeordnet ist, der an seinem Ende 35 mit dem zugleich als (unterer) Hubanschlag für den Niederdruck-Ausgleichskolben 24 fungierenden Boden 33 der Sackloch­ bohrung 20 zusammenwirkt. Der stangenförmige Gegenanschlag 34 dient auch gleichzeitig zum Schutz der Niederdruck-Ausgleichsfeder 32.
Die beschriebene Anordnung und Ausbildung des Niederdruck-Ausgleichskolbens 24 wirkt sich im Betrieb der Kraftstoffeinspritzpumpe wie folgt aus.
Beim Öffnen des Magnetventils 18 wird der Druck im Hochdruckbereich 14, 15 über den Ventilsitz 16 abgebaut. Es kommt zu einer lokalen Druckerhöhung auf der Magnetventilnadel 17 und dem Niederdruck-Ausgleichskolben 24.
Der Niederdruck-Ausgleichskolben 24 trennt sich nun von der Magnetventilnadel 17. Die in Schließrichtung gerichtete Niederdruck-Ausgleichskolbenkraft wird über den Hubanschlag 33, 34, 35 am Verteilergehäuse 10 abgestützt. Die Magnet- Ventilkraft führt zu einem schnellen Öffnen des Magnetventils 18.
Die auf den Niederdruck-Ausgleichskolben 24 aufgeübten hydraulischen Kräfte, welche bei der bisherigen einstückigen Ausbildung von Magnetventilnadel und Niederdruck-Ausgleichskolben nachteiligerweise in Schließrichtung der Magnetventilnadel wirkten, entfallen somit durch die erfindungsgemäße Separat­ ausbildung von Magnetventilnadel 17 einerseits und Niederdruck-Ausgleichs­ kolben 24 andererseits. Die vom Elektromagneten 19 auf die Magnetventilnadel 17 ausgeübte Öffnungskraft hat somit ein ungehindertes und damit schnellstmögliches Öffnen des Magnetventils 18 zur gewünschten Folge.

Claims (8)

1. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem Magnetventil (18), dessen Ventilnadel (17) über einen Ventilsitz (16) im Pumpenkörper einen Hochdruckbereich (14, 15) von einem Niederdruckbereich (21) trennt bzw. Hoch- und Niederdruckbereich verbindet, wobei die Einspritzdauer durch das Öffnen des Magnetventils (18) gesteuert wird, und mit einem im Niederdruckbereich (21) angeordneten Nieder­ druck-Ausgleichskolben (24) zur Kompensation von Druckschwankungen im Niederdruckbereich (21), dadurch gekennzeichnet, dass der koaxial zur Magnet­ ventilnadel (17) angeordnete Niederdruck-Ausgleichskolben (24) als von der Magnetventilnadel (17) gesondertes Bauteil ausgebildet ist.
2. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, wobei der Niederdruck-Ausgleichskolben (24) in einem sich koaxial an den Niederdruck­ bereich (21) im Pumpenkörper anschließenden Niederdruck-Ausgleichskolben­ raum (20) gegen den Widerstand einer den Niederdruck-Ausgleichskolben (24) rückseitig beaufschlagenden Niederdruck-Ausgleichsfeder (32) axial beweglich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass am rückwärtigen, von der Magnet­ ventilnadel (17) abgewandeten Ende des Niederdruck-Ausgleichskolbenraumes (20) zum Schutze der Niederdruck-Ausgleichsfeder (32) ein Hubanschlag (32) für den Niederdruck-Ausgleichskolben (24) vorgesehen ist.
3. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der von der Magnetventilnadel (17) abgewandten (rückseitigen) Stirnfläche (31) des Niederdruck-Ausgleichskolbens (24) ein mit dem Hubanschlag (33) zusammenwirkender Gegenanschlag (34, 35) ange­ ordnet ist, der einen gegenüber dem Durchmesser des Niederdruck-Ausgleichs­ kolbens (24) verjüngten Durchmesser aufweist.
4. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruck-Ausgleichskolben (24) an seinem dem Magnetventil (18) zugewandten Ende eine Kolbenstange (27) besitzt, die in eine im Bereich des Magnetventilsitzes (16) in die Magnet­ ventilnadel (17) eingebrachte Führungsbohrung (28) hineinragt, die zur Führung des Niederdruck-Ausgleichskolbens (24) dient.
5. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (28) einen Anschlag (29) für die Kolbenstange (27) und damit für den Niederdruck-Ausgleichskolben (24) aufweist.
6. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruck-Ausgleichskolben (24) Unabhängig von der Magnetventilnadel (17) im Niederdruck-Ausgleichskolbenraum (20) geführt ist.
7. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruck-Ausgleichskolben (24) durch Huban­ schlag (33) und Gegenanschlag (34) im Pumpenkörper (10) axial geführt ist.
8. Magnetventilgesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck-Ausgleichs­ feder (32) so ausgelegt ist, dass bei geschlossenem Magnetventil (18) die Kolbenstange (27) des Niederdruck-Ausgleichskolbens (24) durch die Kraft der Niederdruck-Ausgleichsfeder (32) am Anschlag (29) in der Führungsbohrung (28) zur Anlage kommt.
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