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Kraftstoffeinspritzpumpe mit Kühlung durch einen Kraftstoffumlauf
Es ist bekannt, daß bei Kraftstoffeinspritzpumpen durch Temperaturänderungen schädliche
Wirkungen auf die Kraftstoffzufuhr eintreten, z. B. bilden sich bei Benzin Gasblasen,
die die regelmäßige Brennstoffzufuhr unterbrechen. Um dies zu unterbinden, hat man
bereits verschiedene Lösungen gesucht, meist in der Weise, daß, während der Kraftstoff
unter Druck der Einspritzpumpe zugeführt wird, ein Kraftstoffumlauf, der in den
Kraftstoffbehälter einmündet, zur Kühlung der Einspritzpumpe vorgesehen ist. Es
hat sich jedoch gezeigt, daß diese Maßnahme zur Erzielung einer gleichmäßigen Kraftstoffzufuhr
nicht ausreicht, weil die Gleichmäßigkeit der Kraftstoffmengenregulierung bei den
Einspritzpumpen im wesentlichen davon abhängt, daß ihre Betriebstemperatur bei den
unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine nur in geringen Grenzen
schwanken darf und dabei möglichst niedrig sein muß. Bei den bekannten Anordnungen
sind diese Voraussetzungen nicht ausreichend gegeben, weil von der Antriebsseite
oder der Auflagefläche der Pumpe her eine große Wärmemenge zu den Kraftstoffhohlräumen
der Pumpe hinübergeleitet wird, welche die Kraftstofftemperatur in ungünstiger Weise
beeinflußt. Besonders stark zeigt sich dieser Nachteil, wenn der betriebswarme Motor
längere Zeit abgestellt war und wieder gestartet werden soll. Es dauert dann oft
längere Zeit, bis der Motor anläuft und einen regelmäßigen Lauf aufweist bzw. bis
die Pumpentemperatur wieder herabgesetzt ist.
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Durch die Erfindung soll dieser Nachteil beseitigt werden, um zu erreichen,
daß in kurzer Zeit oberhalb der Antriebsseite der Einspritzpumpe, wo der Druckkanal
liegt, eine Pumpentemperatur erreicht wird, die möglichst der Kraftstofftemperatur
entspricht, wie sie z. B. im Kraftstoffbehälter vorhanden ist.
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Es ist in der Technik allgemein bekannt, daß man zur Verringerung
der Wärmeleitung Materialeinschnürungen vorsehen kann, und bei Abgasturbogebläsen
hat man die Einschnürungsstelle auch schon zusätzlich durch einen Luftstrom gekühlt,
um den Wärmedurchgang durch die Drosselstelle noch weiter herabzumindern. Von diesen
bekannten Maßnahmen macht die Erfindung Gebrauch.
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Gemäß der Erfindung weist das Pumpengehäuse zwischen der zugleich
zur Befestigung der Pumpe am Motor dienenden Antriebsseite einerseits und der Arbeitsseite
der Pumpe andererseits eine Einschnürung auf, die die Gehäusebohrung für die Aufnahme
der Pumpenelemente umgibt und ein Minimum an wärmeleitendem Materialquerschnitt
zwischen diesen beiden Teilen der Kraftstoffeinspritzpumpe bildet, wobei zugleich
die Innenfläche der Gehäusebohrung durch den kühlenden Kraftstoff, in Achsrichtung
gesehen, beiderseits der Einschnürung bespült wird. Die Tiefe der Einschnürung kann
so weit getrieben werden, bis das noch stehenbleibende Material gerade die zur Stabilität
der Pumpe noch erforderliche Stärke aufweist. Um mit möglichst großer Einschnürung
eine möglichst große Stabilität zu verbinden, können periphere Verbindungsbrücken
des Materials vorgesehen sein, zwischen denen die Außenluft zu zirkulieren vermag;
dies hat zur Folge, daß der Wärmeübergang durch Wärmeleitung von der Antriebsseite
zu der Ansaug- und Druckseite der Pumpe nur auf den kleinen noch verbleibenden Querschnitt
begrenzt ist. Die vom Motor ausgehenden Temperaturschwankungen können sich deshalb
auf der Ansaug- und Druckseite der Pumpe, wenn überhaupt, so nur in so geringem
Maße bemerkbar machen, daß eine nachteilige Einwirkung auf die Kraftstoffeinspritzung
kaum noch stattfindet.
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Um einen möglichst starken Kraftstoffumlauf zu erzielen, ist eine
drehzahlabhängig wirkende Überströmregelung vorgesehen, wobei im Überschuß Kraftstoff
angesaugt wird, von dem der größere Teil über ein federbelastetes Überströmventil
in den kühlenden Kraftstoffumlauf geführt wird und der kleinere Teil zur Regelung
der einzuspritzenden Kraftstoffmenge dient.
Es ist weiter vorgesehen,
daß von einem bestimmten Drehzahlbereich des Motors ab bei weiterer Zunahme der
Drehzahl sowie bei Teillast der nicht zur Einspritzung gelangende Kraftstoff ebenfalls
über das Überströmventil in den kühlenden Kraftstoffumlauf geleitet wird. Das Einströmen
des durch die Überströmbohrungen geleiteten Kraftstoffes in den kühlenden Kraftstoffumlauf
erfolgt demnach über ein gemeinsames federbelastetes Ventil, dessen Einstellung
so gewählt wird, daß das Ventil so viel Kraftstoff durchläßt, daß die gewünschte
Kraftstoffmenge durch die Durchbohrung gedrückt wird.
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Um einen geringen Widerstand für die Kraftstoffansaugung zu erhalten,
sind mehrere Bohrungen vorgesehen, durch die der Kraftstoff aus dem Anschluß des
Kraftstofftanks in den Pumpenzylinder bzw. Pumpenraum gelangen kann. Zu diesem Zweck
kann der Pumpenraum von einer Ringnut wenigstens teilweise umgeben sein, von der
aus die Bohrungen in ihn hineinführen.
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Eine weitere Vermehrung des Kraftstoffumlaufs kann bei Pumpen mit
federbelastetem Speicherkolben dadurch erzielt werden, daß der Speicherkolben bzw.
ein an ihm vorgesehener Bund beim Eintauchen in die Gehäusebohrung zusätzlich Kraftstoff
aus dem mit dem Kraftstoffzulauf verbundenen Speicherfederraum in den kühlenden
Kraftstoffumlauf drückt. Zu diesem Zweck ist dem erstgenannten Uberströmventil ein
zweites federbelastetes Überströmv entil parallel geschaltet. Auch in diesem Fall
ist das Einströmen des durch den Ausweichkolben bzw. durch den an ihm vorgesehenen
Bund geförderten Kraftstoffes in den kühlenden Kraftstoffumlauf ermöglicht, weil
die Wirkung der Ventilfeder geringer ist als die des Speicherkolbens.
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L m der wechselnden Drehzahl des Motors die Einspritzdauer des Kraftstoffes
anzupassen und gleichzeitig eine möglichst große Menge an Kraftstoff für den kühlenden
Kraftstoffumlauf zu gewinnen, kann eine mit der Druckbohrung zusammenwirkende Schrägkante
am Kolben vorgesehen sein, die den Kurbelwinkel der Einspritzung zu ändern gestattet,
um mit zunehmender Drehzahl des Motors die Einspritzdauer des Kraftstoffes zu verkürzen
und dementsprechend die in den Kühlumlauf geförderte Überströmmenge des Kraftstoffes
zu vergrößern. Während der Kraftstoffumlauf auf die Ansaug- und Druckseite sowie
auf die Antriebsseite der Kraftstoffpumpe gleichzeitig wirkt, kann für die Antriebsseite,
die ja wegen der Einschnürung besonders starken Temperatureinwirkungen ausgesetzt
ist, noch eine besondere Kühlvorrichtung vorgesehen sein, die entweder auch mit
einem flüssigen Kühlmittel oder mit Luftkühlung .arbeitet. So kann beispielsweise
eine an die Luftansaugleitung des Motors angeschlossene Luftführung die Antriebsseite
zusätzlich kühlen. Auch frei strömende Luftführungen können für diesen Zweck vorgesehen
sein. 'Man kann auch die an die Lixftansaugleitung angeschlossene Luftführung durch
einen Verbindungskanal mit der frei strömenden Luftführung in Zusammenhang bringen,
so daß die frei strömende Luftführung durch die Wirkung der Luftansaugleitung noch
unterstützt wird.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt und nachstehend beschrieben, ohne daß die Erfindung jedoch auf diese
Ausführungsform beschränkt sein soll.
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In dem Pumpengehäuse 1 ist ein Pumpenzylinder 2 eingepreßt. In dem
Pumpenzylinder 2 arbeiten in bekannter Weise zwei Kolben, und zwar ein Pumpenkolben
3 sowie ein Speicherkolben 4, der mittels einer Druckfeder 5 gegen den Pumpenraum
6 gedrückt wird.
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Der für den Einspritzvorgang benötigte Kraftstoff gelangt von dem
nicht gezeichneten Kraftstoffbehälter durch das Anschlußrohr 7 und die Bohrung 8
in den Pumpenraum 6, von dem aus er in bekannter Weise, wenn der Pumpenkolben 3
mittels des Pumpenantriebes 9 bewegt wird, durch die Durchbohrung 10 in den Anschluß
11 zum Motor gelangt.
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Um nun gemäß der Erfindung in den kühlenden Kraftstoffumlauf eine
möglichst große Kraftstoffmenge hineinführen zu könnenn, ist an dem Pumpenraum 6
eine Teilringnut 12 mit weiteren Einlaßbohrungen 13 vorgesehen, durch welche der
Einlaufwiderstand des Kraftstoffes in den Pumpenraum vermindert und somit die Strömung
des Kraftstoffes erleichtert wird.
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Wird der Pumpenkolben 3 durch den Pumpenantrieb 9 angehoben, so strömt
der Kraftstoff so lange in das Anschlußrohr 7 zurück, bis die oberen Kanten der
Einlaßbohrungen 8 und 13 von dem Kolben 3 überschritten werden. Bei weiterem Anheben
des Kolbens entsteht im Pumpenraum 6 ein Kraftstoffdruck bis zu einer solchen Höhe,
daß das mittels der Feder 14 belastete Schaft- und Konusventil 15 diesem Druck nachgibt.
Durch das geöffnete Ventil 15 gelangt der Kraftstoff aus dem Pumpenraum 6 durch
die Überstrombohrungen 16 und 17 in den Kanal 18, von hier aus über eine Ringnut
19 in eine Längsnut 20, durch eine Ringnut 21 in die Längsnut 22, von dieser durch
den Rückflußkanal 23, die Ringnut 24, den weiteren Rückflußkanal 25 und die Ringnut
26 zu dem Rückflußanschluß 27, der seinerseits wieder an den Kraftstoffbehälter
angeschlossen ist. Der Rückfluß des Kraftstoffes zum Kraftstoffbehälter erfolgt
bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Kolben 3 die überströmbohrung 16 absperrt. Im gleichen
Moment hört der ITberdruck in der Überströmbohrung 17 auf, und das Schaft- und Konusventil
15 schließt sich.
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Bei der weiteren Verdrängung des zwischen der Oberkante der Bohrung
16 und der Stirnseite des Speicherkolbens 4 befindlichen Kraftstoffes wird der Speicherkolben
4 so lange gegen die Kraft der Druckfeder 5 angehoben, bis der Speicherkolben 4
die Bohrung 28 freilegt. Dadurch wird eine Verbindung über die Längsnut 29, die
Bohrung 30 an der schrägen Regelkante 31 und die Oberkante der Ringnut 32 mit der
Druckbohrung 10 hergestellt, wodurch die Einspritzung des Kraftstoffes in den Motor
erfolgt.
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Bei niedrigen Drehzahlen des Motors ist die Kraftstoffeinspritzung
dann beendet, wenn sich der Speicherkolben 4 auf den Pumpenkolben 3 stirnseitig
aufgesetzt hat und der gesamte Kraftstoff zur Einspritzung gebracht ist.
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Bei hoher Drehzahl befindet sich noch Kraftstoff in dem Pumpenraum
6 zwischen den Kolben 3 und 4, wenn die Überstrombohrung 16 durch den Kolben 3 geschlossen
wird. Der noch im Pumpenraum 6 befindliche Kraftstoff wird dann, soweit er nicht
zur Einspritzung gelangen kann, durch die Überströmbohrung 33 und den Verbindungskanal
34 in die überströmbohrung 17 eingeführt und damit in den kühlenden Kraftstoffumlauf
gebracht.
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Im Gebiet der Teillast wächst der in den Kraftstoffumlauf gelangende
Anteil der Überströmmenge immer mehr an, weil dann eine jeweils spätere Verbindung
der Regelkante 31 mit der Bohrung 30 erfolgt. Schon bei kleiner eingestellter Einspritzmenge
entsteht dann ein Kraftstoffüberlauf über die Überströmbohrung 33,
bevor
eine Verbindung der Bohrung 30 mit der Druckbohrung 10 über die Regelkante 31 hergestellt
ist.
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Wenn der Kolben 3 seine obere Totpunktlage, die ungefähr in der Mitte
der Bohrung 28 liegt, erreicht hat, sitzen beide Kolben 3 und 4 stirnseitig aufeinander,
und sämtliche Kraftstoffreste aus dem Pumpenraum 6 sind entfernt.
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In dieser Lage steht der Bund 35 des Ausweichkolbens 4 oberhalb seiner
Einsenkung in das Pumpengehäuse 1, in welches er dicht eingepaßt ist. Durch eine
Bohrung 36 gelangt nun Kraftstoff unter den Bund 35 in den Federraum 37. Beim Abwärtshub
des Speicherkolbens 4 verdrängt der Bund 35 den vor ihm liegenden Kraftstoff über
den Kanal 38 und die Bohrung 39 gegen das mit der Feder 40 belastete Ventil 41,
wodurch das Ventil 41 nachgibt und den Kraftstoff über den Kanal 42 und den Ringraum
43 in den kühlenden Kraftstoffumlauf gelangen läßt. Der Abwärtshub des Speicherkolbens
4 dauert so lange, bis sich der Bund 35 auf seinen Sitz am Pumpenzylinder 2 legt.
Damit hört der Druck in der Bohrung 39 auf, und das Ventil 41 schließt sich.
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Während seines Abwärtshubes hat der Speicherkolben 4 nacheinander
die Bohrungen 33 und 28 dicht abgeschlossen. Sobald der Speicherkolben 4 seine Ruhelage
erreicht hat, löst sich der Kolben 3 von ihm unter der Wirkung der Feder 44. Dabei
entsteht in dem Pumpenraum 6 ein Vakuum, in welches neuer Kraftstoff aus dem Anschluß
7 einströmt, wenn der Kolben 3 bei seinem weiteren Abwärtshub die Einlaßbohrungen
8 und 13 freigibt. Durch das Vorhandensein mehrerer Einlaßbohrungen 8 und 13 erfolgt
eine sehr schnelle Füllung des Pumpenraumes 6. Die dabei auftretende Saugwirkung
ist ausreichend groß, so daß eine sonst etwa erforderliche zusätzliche Kraftstoffförderpumpe
eingespart werden kann.
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Mittels eines Regelhebels 45 kann der Kolben 3 verdreht und damit
die Stellung der Regelkante 31 zur Bohrung 30 verändert werden, um die Einspritzmenge
zu vergrößern oder zu verkleinern. Die Regelvorrichtung kann drehzahlabhängig beeinflußt
werden in der Weise, daß bei niedriger Drehzahl in jeder Regelstellung eine größere
und bei hoher Drehzahl eine kleinere Einspritz- bzw. Kraftstoffmenge zur Einspritzung
gelangt. Zur Regelung kann ein festzulegender Kraftstoffauslaßwinkel dienen, der
so bestimmt wird, daß nur bis zu einer gewünschten Drehzahl die zwischen der Oberkante
der Bohrung 16 und der Stirnseite des Ausweichkolbens 4 eingeschlossenen Kraftstoffmenge
zur Druckbohrung 10 gelangt. Mit zunehmender Drehzahl wird die Durchströmzeit des
Kraftstoffes zur Druckbohrung 10 immer mehr verkürzt, so daß die Einspritzmenge
abnimmt, wogegen die Überströmmenge, die sich zwischen den beiden Kolben 3 und 4
befindet, nach Schließen der Bohrung 28 durch den Pumpenkolben 3 mit jeder Drehzahlerhöhung
zunimmt. Die Zunahme des umlaufenden Kraftstoffes mit höherer Drehzahl liegt im
Sinne einer besseren Kühlung der Antriebsseite des Pumpenzylinders 2, um dessen
Temperatur bei Erhöhung der Temperatur des Motors zu verhüten.
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Dadurch, daß die Antriebsseite der Pumpe von der Ansang- und Druckseite
durch eine Einschnürung 46 getrennt ist, staut sich die Wärme in der Antriebsseite.
Die Einschnürung 46 ist so stark, wie sie im Hinblick auf die Stabilität der Pumpe
zulässig ist, wobei deren Stabilität noch durch möglichst peripher angebrachte Zwischenstreben
47 erhöht werden kann.
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Diese Wärmestauung in der Antriebsseite kann durch eine Kühlvorrichtung
48 aus Isoliermaterial zum großen Teil beseitigt werden. Innerhalb der Kühlvorrichtung
sind Bohrungen und Hohlräume angeordnet, durch welche als Kühlmittel Flüssigkeiten
oder Luft gefördert werden können: Das Kühlmittel kann an dem Einlaß 49 eintreten
und über einen Ringraum 50 zum Auslaß 51 gelangen.
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Wenn Luft durch die Kühlvorrichtung gefördert wird, so können noch
zusätzliche Bohrungen 52 und Ringräume 53 vorgesehen sein, durch welche die Luft
zum Auslaß 54 gelangt. In diesem Fall kann der Auslaß 51 an das Luftansaugrohr des
Motors angeschlossen sein, und es kann zwischen dem Ringraum 53 und dem Auslaß 51
eine Verbindungsbohrung 55 liegen, durch die der den Ringraum 53 durchsetzende Luftstrom
eine Intensivierung erlangt.
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Die Erfindung kann auch für mehrzylindrige Einspritzpumpen Verwendung
finden.