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Kraftstoffeinspritzpumpe für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen
mit einem nach Maßgabe eines Nockentriebes kraftschlüssig Saug- und Druckhübe ausführenden
Pumpglied, einem rotierenden Verteilerglied sowie mit einem willkürlich verstellbaren
Drosselglied in dem zum Pumpenarbeitsraum führenden Kraftstoffeinlaßkanal und einem
Auslaßventil in jedem an das Verteilerglied sich anschließenden Auslaßkanal.
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Bei derartigen Einspritzpumpen entsteht im Pumpenarbeitsraum bei Teillastbetrieb,
also im Bereich geringer Kraftstoffmenge ein starker Unterdruck. Dies führt zur
Bildung von Gasblasen im Pumpenarbeitsraum bzw. in den an diesen angeschlossenen,
zu den einzelnen Auslaßventilen führenden Kanälen. Da die Lage dieser Gasblasen
innerhalb des Pumpenarbeitsraums und der genannten Kanäle unbestimmt ist, können
diese Gasblasen die Gleichmäßigkeit der einzelnen Fördermengen beeinträchtigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mangel mindestens
so weitgehend zu beheben, daß etwaige noch bestehende Ungleichmäßigkeiten der einzelnen
Fördermengen ein zulässiges Maß nicht übersteigen. Dies wird gemäß der Erfindung
dadurch errericht, daß ein in an sich bekannter Weise an den Pumpenarbeitsraum angeschlossener
frei fliegender Kolben auf seiner vom Pumpenarbeitsraum abgewandten Seite durch
einen Druck beaufschlagt ist, der niedriger ist als der Kraftstoffzulaufdruck im
Pumpenarbeitsraum, so daß die in den Pumpenarbeitsraum einströmende und von der
Stellung des Drosselgliedes abhängige Kraftstoffmenge den frei fliegenden Kolben
um einen entsprechenden Weg zu verschieben vermag.
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Bei einer bekannten Einspritzpumpe, die jedoch eine andere Bauart
aufweist als die eingangs beschriebene Pumpe, aber ebenfalls mit einem an den Pumpenarbeitsraum
angeschlossenen frei fliegenden Kolben versehen ist, ermöglicht dieser Kolben beim
Andrehen der Brennkraftmaschine eine die normale Fördermenge bei Vollast übersteigende
Kraftstoffmenge. Dieser Kolben ist also nur im Bereich der Startdrehzahl wirksam
und dabei außen durch den Kraftstoffzulaufdruck beaufschlagt. Der frei fliegende
Kolben gemäß der Erfindung arbeitet jedoch im gesamten Teillastbetriebsbereich.
Er ist außen durch einen Druck beaufschlagt, der niedriger als der Kraftstoffzulaufdruck
ist.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch das erste
Beispiel, Fig. 2 eine Weiterbildung des Beispiels nach Fig. 1 im Längsschnitt und
Fig. 3 eine Weiterbildung des Beispiels nach Fig. 2 im Längsschnitt.
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Beim ersten Beispiel nach Fig. 1 ist im Gehäuse 1 einer Kraftstoffeinspritzpumpe
für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine eine Antriebswelle 2 gelagert. Diese
trägt eine Stimnockenscheibe 3 mit vier Nocken 4, deren Laufbahn auf Rollen 5 aufliegt,
die im Gehäuse 1 auf Bolzen 6 gelagert sind. Ein Pumpenkolben 7 hat an seinem antriebseitigen
Ende einen flanschartigen Bund 8, mit dem er unter der Wirkung einer Feder 9 an
der Stirnnockenscheibe 3 anliegt. Durch einen Mitnehmerstift 10 werden die Drehbewegungen
der Nockenscheibe auf den Pumpenkolben übertragen. Die Feder 9 stützt sich über
ein Wälzlager 11 an einem im Pumpengehäuse 1 eingepreßten Pumpenzylinder
12 ab, in dem der Pumpenkolben 7 geführt ist.
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Im Pumpenzylinder 12 befindet sich der Pumpenarbeitsraum 14. Mit diesem
steht in ständiger Verbindung eine Längsbohrung 15 im Pumpenkolben 7, von der vier
radiale Bohrungen 16 abzweigen, die mit einer radialen Bohrung 17 im Pumpenzylinder
12 zusammenwirken. Die Bohrung 17 steht in Verbindung mit einem Einlaßkanal 18 im
Pumpengehäuse 1, dessen Durchlaßquerschnitt durch einen als Drosselglied dienenden
verdrehbaren Drosselschieber 19 willkürlich veränderbar ist. Von der Längsbohrung
15 im Pumpenkolben zweigt auch eine radiale Bohrung 21 ab, die bei jeder Kolbenumdrehung
mit vier radialen Bohrungen 22 im Pumpenzylinder 12 nacheinander zusammenarbeitet.
In der Zeichnung ist nur eine der Bohrungen 22 dargestellt. An jede der Bohrungen
22 schließt sich ein Kanal 23 im Gehäuse 1 an. Die
Bohrungen 22
und die Kanäle 23 dienen als Auslaßkanäle. Jeder Auslaßkanal wird durch ein Auslaßventil
begrenzt, das einen festen Ventilsitzteil 24 und ein bewegliches Ventilglied 25
mit Tauchkolben 25' hat. Der Ventilsitzteil ist durch einen in das Gehäuse 1 eingeschraubten
Auslaßnippel 26 im Gehäuse 1 festgespannt. An einer Innenschulter des Auslaßnippels
stützt sich eine Feder 27 ab, die bestrebt ist, das Ventilglied 25 in der gezeichneten
Schließstellung zu halten. An den Auslaßnippe126 ist eine nur schematisch gezeichnete
Druckleitung 28 angeschlossen, die zu einer Einspritzdüse 29 führt.
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Die Längsbohrung 15 im Pumpenkolben 7 wird auch noch durch eine Querbohrung
31 gekreuzt, die in eine in den Kolbenmantel eingeschnittene Ringnut 32 mündet.
Diese Ringnut arbeitet mit einer radialen Bohrung 33 im Pumpenzylinder 12 zusammen,
die von einer Längsnut 34 in der Außenfläche des Pumpenzylinders ausgeht. Diese
Längsnut ist durch eine im Gehäuse verlaufende Schrägbohrung 35 mit einem Raum 36
des Pumpengehäuses verbunden, der die Teile des Nockenantriebs und die Rückführfeder
9 enthält.
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Der Pumpenarbeitsraum 14 ist oben durch einen frei fliegenden Kolben
37 abgeschlossen, der in den Pumpenzylinder 12 eingepaßt ist und in seiner in Fig.
1 gezeichneten äußeren Endlage an einer Einstellschraube 38 anliegt. Diese sitzt
in einem Verschlußnippel 39, der die den Pumpenzylinder 12 aufnehmende Längsbohrung
des Gehäuses 1 verschließt. Zwischen dem Verschlußnippel und der Stirnfläche des
Pumpenzylinders 12 erstreckt sich ein Raum 40,
in den der frei fliegende Kolben
37 in der gezeichneten Lage eintaucht. Der Raum 40 ist in ständiger Verbindung mit
der Längsnut 34.
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Der Kraftstoff wird der Einspritzpumpe aus einem Behälter 41 durch
eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Zubringerpumpe 42 über ein Filter 43
und eine an den Einlaßkana118 angeschlossene Leitung 44 zugeführt. An die Förderleitung
44 der Zubringerpumpe ist ein auf einen bestimmten Druck eingestelltes überströmventil
45 angeschlossen, über das die von der Zubringerpumpe 42 im überschuß geförderte
Kraftstoffmenge zum Behälter 41 abfließt. Das Überströmventil 45 enthält eine Drosselstelle
46, welche bewirkt, daß sich der Druck des zur Einspritzpumpe geförderten Kraftstoffes
abhängig von der Drehzahl der Zubringerpumpe ändert. Der Raum 36 des Pumpengehäuses
ist durch eine Leitung 47, in die ein Rückschlagventil48 eingebaut ist, mit dem
Behälter 41 verbunden. Der Öffnungsdruck des Ventils 48 ist so eingestellt, daß
dieses Ventil in dem Raum 36 und damit auch in dem Raum 40 einen Druck aufrechterhält,
der niedriger ist als der Kraftstoffzulaufdruck im Pumpenarbeitsraum 14. Durch den
im Raum 40 herrschenden Druck ist der frei fliegende Kolben 37 auf seiner
vom Pumpenarbeitsraum 14 abgekehrten Seite beaufschlagt.
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Die beschriebene Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet wie folgt: Der
Pumpenkolben 7 ist in Saughubendstellung gezeigt, und der Drosselschieber 19 befindet
sich in Vollaststellung. Deshalb hat sich der Pumpenarbeitsraum beim vorhergehenden
Saughub vollständig mit Kraftstoff gefüllt. Da im Pumpenarbeitsraum 14 der Förderdruck
der Zubringerpumpe 42 herrscht, der höher ist als der Druck im Raum 40, bleibt der
Kolben 37 bei Vollastbetrieb in Berührung mit der Einstellschraube 38. Beim Weiterdrehen
der Nockenscheibe 3 beginnt ein Druckhub des Pumpenkolbens 7. Dabei schließt der
sich drehende und anhebende Kolben zunächst die Einlaßbohrung 17. Daran anschließend
beginnt der wirksame Druckhub, der so lange dauert, bis die Ringnut 32 die Bohrung
33 aufsteuert. Der während des wirksamen Druckhubes geförderte Kraftstoff fließt
durch die Bohrung 21 in einen der Auslaßkanäle 22, 23 und über das geöffnete Auslaßventil25
zu der zugehörigen Einspritzdüse 29. Nach dem Aufsteuern der Bohrung 33 strömt der
vom Pumpenkolben weiterhin verdrängte Kraftstoff über die Längsnut 34 und die Bohrung
35 in den Raum 36 und von diesem über das Ventil 48 zurück zum Behälter 41.
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Sobald der Druck im Pumpenarbeitsraum 14 nach dem Aufsteuern der Bohrung
33 abfällt, senkt sich das Ventilglied 25 auf seinen Sitz am Sitzteil 24. Dabei
wird durch den Tauchkolben 25' des Ventilgliedes eine Drucksenkung in der Leitung
zwischen dem Ventilglied und der Einspritzdüse 29 erreicht.
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Bei Einstellung des Drosselschiebers 19 in die strichpunktiert gezeichnete
Teillaststellung füllt sich der Pumpenarbeitsraum während des Saughubes des Pumpenkolbens
7 nur zu einem Teil mit Kraftstoff. Deshalb drückt der im Raum 40 herrschende Flüssigkeitsdruck,
der ständig durch den aus der Bohrung 33 rückströmenden Kraftstoff aufrechterhalten
und in seiner Höhe durch das Ventil 48 bestimmt wird, den frei fliegenden Kolben
37 gegen den Pumpenkolben 7 und verringert den Pumpenarbeitsraum 14 so weit,
daß in diesem und in dem Kraftstoffauslaßkanal, der während des ersten Abschnitts
des Saughubes noch mit dem Pumpenarbeitsraum in Verbindung steht, kein Unterdruck
und damit keine Gasblasen entstehen können. Auch im Pumpenarbeitsraum wird also
bei Saughubende ein Druck aufrechterhalten, der durch das Ventil 48 bestimmt wird.
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Beim zweiten Beispiel nach Fig. 2 ist in das dort mit 50 bezeichnete
Pumpengehäuse ein Pumpenzylinder 51 fest eingepreßt. In diesem ist ein Pumpenkolben
52 geführt, dessen in der Zeichnung obenliegender Endabschnitt einen kleineren Durchmesser
hat als der in dem Zylinder 51 geführte Mittelabschnitt. Auf diesem Endabschnitt
ist ein Zylinderschieber 53 axial beweglich geführt. Eine Feder 54, die sich am
Pumpenzylinder 51 abstützt und an einem am Zylinderschieber 53 angebrachten Ring
55 angreift, drückt den Schieber 53 gegen eine Innenschulter einer Kappe 56. Diese
stützt sich unter der Wirkung der Feder 54
an dem hier mit 57 bezeichneten
Verschlußnippel ab, der in das Gehäuse 50 eingeschraubt ist.
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Die Kappe 56 ist in der den Pumpenzylinder 51 aufnehmenden Längsbohrung
des Gehäuses 50 möglichst dicht geführt und trennt in dieser Längsbohrung einen
Ringraum 58 von einem Ringraum 59. Von dem Raum 58 führt eine ebenso wie beim ersten
Beispiel mit 35 bezeichnete Schrägbohrung zu dem den Nockenantrieb enthaltenden
Raum im Pumpengehäuse. Der Raum 59 ist durch eine Schrägbohrung 61 mit dem
vor dem Drosselschieber 19 liegenden Abschnitt des Einlaßkanals 18 verbunden.
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In dem Zylinderschieber 53 ist ein frei fliegender Kolben 62 geführt,
der in seiner gezeichneten äußeren Endlage an einer Verstellschraube 63 anliegt.
Diese hat einen Bund 64, der als Anschlag für die Kappe 56 dient, wenn sich diese
zusammen mit dem Zylinderschieber 53 entgegen der Kraft der Feder 54
bewegt.
Ein zylindrischer Abschnitt 65 der Einstellschraube 63 ist möglichst dicht in die
Kappe 56 eingepaßt. Über eine radiale Nut 66 in der Stirnfläche des Zylinderschiebers
53 vermag der im Raum 58 herrschende Druck auch an der äußeren Stirnfläche des frei
fliegenden Kolbens anzugreifen, so daß dieser Kolben ebenso wie beim ersten Beispiel
durch den vom Ventil 48 bestimmten Druck beaufschlagt ist.
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Die Wirkungsweise des zweiten Beispiels unterscheidet sich von der
des ersten Beispiels durch folgendes: Die Kappe 56 und der Zylinderschieber 53 nehmen
die gezeichnete Lage ein, wenn die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl läuft,
bei welcher der durch die Zubringerpumpe 42 im Raum 59 erzeugte, auf die Kappe 56
wirkende Druck geringer ist als der in entgegengesetzter Richtung auf die Kappe
einwirkende Druck der Feder 54. Dies ist der Fall bei Drehzahlen unter der Leerlaufdrehzahl
der Brennkraftmaschine, also beispielsweise beim Startvorgang der Brennkraftmaschine.
Bei dieser Lage des Zylinderschiebers 53 steuert die Ringnut 32 die Bohrung 33 am
Ende des Druckhubes nicht auf, so daß die gesamte vom Pumpenkolben verdrängte Kraftstoffmenge
zu der Brennkraftmaschine gefördert wird. Dies ist zur Erleichterung des Startvorganges
der Brennkraftmaschine erwünscht.
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Sobald die Brennkraftmaschine angesprungen ist, steigt der Druck im
Raum 59 rasch so weit an, daß die Kappe 56 zusammen mit dem Zylinderschieber 53
entgegen der Kraft der Feder 54 so lange bewegt wird, bis die Kappe an dem Bund
64 der Einstellschraube 63 anliegt. Die Kappe 56 und der Zylinderschieber 53 haben
sich dabei um den Betrag »a« bewegt. Damit hat sich auch die Bohrung 33 des Zylinderschiebers
53 der Ringnut 32 des Pumpenkolbens 52 genähert. Die Ringnut 32 steuert nun beim
Druckhub des Pumpenkolbens die Bohrung 33 auf. Die der Brennkraftmaschine zugeführte
Kraftstoffmenge ist deshalb um den Betrag geringer als vorher, der nach dem Aufsteuern
der Bohrung 33 noch durch den Pumpenkolben verdrängt wird und über die Bohrung 33
abfließt. Diese verringerte Kraftstoffmenge ist die zum Betrieb der Brennkraftmaschine
erforderliche Vollastmenge.
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Im übrigen arbeitet die Pumpe nach Fig. 2 in gleicher Weise wie die
Pumpe nach Fig. 1.
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Bei der oben beschriebenen Wirkungsweise der beiden Ausführungsbeispiele
nach Fig. 1 und 2 ist vorausgesetzt, daß die Zubringerpumpe 42 auch bei der Startdrehzahl
der Brennkraftmaschine einen genügend hohen Druck erzeugt, um den Pumpenarbeitsraum
14 während des Saughubes des Pumpenkolbens 7 bzw. 52 vollständig mit Kraftstoff
zu füllen und dabei im Pumpenarbeitsraum 1.4 einen Druck zu erzeugen, der höher
ist als der Druck, der durch das Ventil 48 auf der Außenstirnfläche des frei fliegenden
Kolbens 37 bzw. 62 aufrechterhalten wird. Bei geringerem Förderdruck der Zubringerpumpe
verschiebt der auf der Außenstirnfläche des Kolbens 37 (Fig. 1) bzw. 62 (Fig. 2)
wirkende Druck diesen Kolben nach innen. Die Saughubwirkung des Pumpenkolbens 7
bzw. 52 unterstützt diesen Vorgang. Die Bewegung des Kolbens 7 bzw. 52 dauert dabei
so lange an, bis auf beiden Seiten dieses Kolbens der gleiche Druck herrscht. Dadurch
wird jedoch die Fördermenge der Einspritzpumpe stark vermindert und der Brennkraftmaschine
nicht die für ein gutes Starten erforderliche Kraftstoffmenge zugeführt. Dieser
Mangel tritt bei der in Fig.3 gezeigten Weiterbildung des zweiten Beispiels nicht
auf, denn hier hat der mit 67 bezeichnete frei fliegende Kolben einen Bund 68, an
dem in der gezeichneten Lage der Zylinderschieber 53 unter der Wirkung der Feder
54 anliegt und den Kolben 67 gegen die Anschlagschraube 63 drückt. Der Kolben 67
kann also bei diesem Beispiel auch dann seine gezeichnete Lage nicht ändern, wenn
der Förderdruck der Zubringerpumpe 42 beim Startvorgang der Brennkraftmaschine niedriger
ist als der durch das Ventil 48 aufrechterhaltene Druck bzw. wenn beim Saughub des
Pumpenkolbens ein Unterdruck im Pumpenarbeitsraum 14 entsteht. Der Pumpenarbeitsraum
14 füllt sich also beim Saughub des Pumpenkolbens vollständig mit Kraftstoff, und
die Einspritzpumpe fördert die für ein gutes Starten der Brennkraftmaschine erforderliche
Kraftstoffmenge.
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Sobald die Brennkraftmaschine angesprungen ist, steigt der Druck im
Raum 59 an und verschiebt die Kappe 56 zusammen mit dem Zylinderschieber 53 entgegen
der Kraft der Feder 54, um den Betrag »a« wie beim zweiten Beispiel. Auch im übrigen
entspricht die Wirkungsweise des dritten Beispiels der des zweiten Beispiels.
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Beim zweiten und dritten Beispiel könnten der Zylinderschieber 53
und die Kappe 56 - beispielsweise durch Verschrauben - fest miteinander verbunden
sein.