DE1576469B2

DE1576469B2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1576469B2
Application number: DE1576469A
Authority: DE
Inventors: Heinrich 7145 Markgroeningen Staudt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1967-06-16
Filing date: 1967-06-16
Publication date: 1974-10-17
Also published as: GB1208635A; US3477386A; CH467938A; DE1576469C3; AT284554B; DE1576469A1; FR1571591A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem einen Pumpenarbeitsraum begrenzenden, gleiche Hübe ausführenden sowie eine der Rückströmsteuerung zur Fördermengenänderung dienende schräge Steuerkante aufweisenden Pumpenkolben, der von der Führungsbohrung einer Zylinderbüchse aufgenommen wird, deren Wand einen die Führungsbohrung mit einem die Zylinderbüchse umgebenden, am Ende der Einspritzung durch den aus dem Pumpenarbeitsraum rückströmenden Kraftstoff periodisch unter Druck gesetzten Raum verbindenden Kanal aufweist, über den Kraftstoff einer in der Kolbenmantelfläche angeordneten ringförmigen Kraftstoffsammeinut zugeführt wird, wenn diese beim Druckhub des Pumpenkolbens die Mündungsstelle des Verbindungskanals in der Führungsbohrung überdeckt, und von der der Kraftstoff zu einer weiteren auf der Antriebsseite des Pumpenkolbens in der Kolbenmantelfläche angeordneten ringförmigen Kraftstoffsammelnut gelangt.

Bei derartigen Kraftstoffeinspritzpumpen besteht beim Fördern von Schweröl-Kraftstoff hoher Viskosität gegen Sptizendrücke bis 1000 atü und mehr die Gefahr des Fressens der Pumpenkolben. Bei Einspritzpumpen hat nämlich die Entwicklung zu immer höheren Spitzendrücken geführt. Dies ist eng mit der allgemeinen Motorenentwicklung verknüpft, die ständig höhere Nutzdrücke und Drehzahlen und damit größere Leistungsausbeute anstrebt. Außerdem wird die Verwendung hoch viskoser Schweröle aus wirtschaftlichen Gründen gefordert. Diese öle enthalten feste Fremstoffe sowie in feiner Form eindispergierte oder gelöste, organisch gebundene Metalle, wie z. B. Vanadium, Natrium, Nickel. Die festen Fremdstoffe werden weitgehend durch sorgfältiges Feinfiltern ausgeschieden. Die gelösten und eindispergierten Metallverbindungen bleiben aber im Schweröl und sind in Verbindung mit den hohen Spitzendrücken Hauptursache des Fressens der Pumpenkolben. Alle Stellen der Kolbenlauffläche müssen daher gut geschmiert, der im Spalt zwischen Kolben und Kolbenführung eingezwängte, gealterte Kraftstoff immer wieder ausgetauscht und Rückstände beseitigt werden, Damit der Verschleiß der Kolbenlaufflächen in Grenzen bleibt bzw. ein Fressen vermieden wird.

Bekannt ist, dem Fressen durch Vergrößern des Kolbenspiels und durch konische Ausbildung des Pumpenkolbens zu begegnen. Solche Maßnahmen können aber nur in beschränktem Umfang durchgeführt werden und bringen bei der Förderung von Schwerölen keinen befriedigenden Erfolg.

Bekannt sind ferner auch Einspritzpumpen mit einer oder mehreren Ringnuten im Pumpenkolben, die den durchtretenden Leckkraftstoff zur Schmierung speiehern sollen. Teilweise sollen diese Nuten auch die Funktion von Schmutzfängern und -Sammlern übernehmen, um gefährlicher Partikel von dem engen Spalt zwischen Kolben und Kolbenführung fernzuhalten. Bei einer beispielsweise aus der US-PS 2 420 164 bekannten Einspritzpumpe der eingangs beschriebenen Art besitzt der Kolben eine in bestimmten Kolbenstellungen mit dem Saugraum verbundene Entlastungsnut und im antriebsseitigen Abschnitt des Kolbens nahe unterhalb der Entlastungsnut eine ringförmige Kraftstoffsammelnut, die in erster Linie der Rückführung von Leckagekraftstoff in den Saugraum, aber auch der Schmierung der Pumpenkolben dienen soll. Weiter antriebsseitig weist der Kolben nochmals eine oder mehrere ringförmige Leckkraftstoffsammelnuten auf, die eine gleichmäßige Schmierung des Pumpenkolbens gewährleisten sollen.

Diese Lösung erweist sich insofern als ungünstig, als Rückstände in den Nuten gespeichert und angereichert werden und die Schmierung der antriebsseitigen KoI-bengleitflächen wegen der Drosselung im Spalt zwischen Kolben und Führungsbohrung nur unzureichend ist. Rückstandsuntersuchungen in diesen Nuten beweisen, daß es sich überwiegend um Altöl, d. h. nicht mehr schmierfähigen, alten Kraftstoff handelt, ein gesteuer-

ter ölaustausch mit Frischöl also nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe des für den Betrieb der Brennkraftmaschine verwendeten hochviskosen Kraftstoffs, insbesondere Schweröl, auf einfache Weise eine ausreichende und gleichmäßige Schmierung des Pumpenkolbens zu ermöglichen, ohne daß eine Ansammlung von im Kraftstoff enthaltenen schädlichen Stoffen im Bereich der der Schmierung die-

nenden Kraftstoffsammeinuten eintritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine in der Mantelfläche des Pumpenkolbens liegende wendelartig verlaufende Nut die beiden Kraftstoffsammeinuten verbindet, daß die antriebsseitig liegende Sammelnut am Ende des Saughubes des Pumpenkolbens wenigstens teilweise aus der Führungsbohrung austaucht, und daß die Mündungsstelle des Verbindungskanals in der Führungsbohrung zu einer in der Wand dieser Bohrung liegenden Ringnut erweitert ist. Bei dieser Anordnung wird am Ende des Druckhubes bis hin zur antriebsseitigen Sammelnut ein gewisser Überdruck aufgebaut, und der unter Druck befindliche Kraftstoff sorgt insbesondere während des Saughubes für eine gute Schmierung der KoI-benlauffläche. Wenn die antriebsseitige Nut aus der Kolbenführung austaucht, entspannt sich dieser Kraftstoff und befördert Rückstände des Kraftstoffes und feste Teilchen aus der Kolbenführungsbohrung heraus. Diese Teilchen werden beim nachfolgenden Druckhub des Pumpenkolbens abgestreift.

Auf diese Weise ist ein last- und drehzahlsicherer Dauerbetrieb der Einspritzpumpe (insbesondere für mittlere und größere Dieselmotoren) bei Förderung hochviskoser Kraftstoffe, insbesondere von Schwerölen, gegen Drücke bis 1000 atü und mehr möglich.

Durch die CH-PS 143 812 wie auch die US-PS 2 384 012 ist es bekannt, daß die Mündungsstelle des mit dem Saugraum in Verbindung stehenden Kanals in der Führungsbohrung zu einer Ringnut erweitert ist. Diese Ringnut dient jedoch lediglich als Leckkraftstoffsammelnut und weist den Nachteil auf, daß sich in ihr schädliche Stoffe ansammeln, die nach kürzerer oder längerer Betriebszeit infolge Bildung größerer Partikel durch Zusammenwachsen das gefürchtete Fressen der Pumpenkolben verursachen.

Außerdem sind auch Einspritzpumpen bekannt (US-PS 2 384 012), bei denen zwei ringförmige Schmiernuten in der Mantelfläche des Pumpenkolbens durch wendelförmig verlaufende Nuten verbunden sind. Diese Schmiernutenanordnung ist in einen gesonderten, speziell der Schmierung der Pumpenkolben dienenden Schmierölkreislauf einbezogen, d. h., das Schmieröl wird nicht nur an die Lauffläche der Pumpenkolben herangeführt, sondern von dort auch wieder über eine Rückführleitung zur Schmierölversorgungsleitung zurückgeführt Die Ausführung mit einem gesonderten Schmierölkreislauf ist jedoch allein schon wegen der Verlegung zusätzlicher Schmierleitungen aufwendig. Darüber hinaus muß am Pumpenkolben vorbeileckender Kraftstoff zur Vermeidung einer Schmierölverdünnung vom Schmierölkreislauf ferngehalten werden. Zu diesem Zweck ist eine besondere, zum Pumpenarbeitsraum hin in der Wand der Zylinderbüchse angeordnete Ringnut vorgesehen, welche über eine Rückführbohrung mit dem Pumpensaugraum in Verbindung steht. Infolge der Verwendung eines besonderen Schmierölkreislaufs zur Schmierung der Pumpenkolben ist ein Austauchen der antriebsseitigen Schmiernut aus der Zylinderbüchse nicht erforderlich, da die Schmierung störende schädliche Stoffe nicht vorhanden sind und muß sogar vermieden werden, um den Schmierölkreislauf aufrechtzuerhalten.

Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe, insbesondere mit einem mit untenliegender schräger Steuerkante versehenen Pumpenkolben, ist eine bevorzugte Ausführungsform derart, daß von den beiden ringförmigen Kraftstoffsammeinuten die steuerkantenseitig liegende Sammelnut so breit ausgebildet ist, daß sie die Mündungsstelle des Verbindungskanals beim Druckhub des Pumpenkolbens von kurz vor dem frühestmöglichen Beginn bis zum Ende des Rückströmhubes überdeckt. Dadurch wird insbesondere bei Pumpen mit untenliegender schräger Steuerkante ein so großer Überdeckungsbereich mit der in der Wand der Führungsbohrung liegenden Ringnut erreicht, daß z. B. bei Teillastförderung während des gesamten Rückströmhubes eine Verbindung der Kraftstoffsammeinuten mit dem Saugraum vorhanden ist, was für die Füllung dieser Nuten mit Kraftstoff von Vorteil ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Teillängsschnitt dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt einen auf das Wesentliche beschränkten Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoffeinspritzpumpe längs der Achse eines Pumpenelements.

Im Gehäuse 1 der Kraftstoffeinspritzpumpe befindet sich eine Zylinderbüchse 2, in deren Führungsbohrung 2a ein Pumpenkolben 3 läuft, und beide Teile zusammen, die Zylinderbüchse 2 und der Pumpenkolben 3 bilden das Pumpenelement. Die .Zylinderbüchse 2 hat einen Pumpenarbeitsraum 6, der einerseits durch den Pumpenkolben 3 und andererseits durch ein Druckventil 4 mit beweglichem Ventilglied 5 abgeschlossen ist und in der gezeichneten Stellung des Pumpenkolbens 3 durch als Saug- und Rückströmkanäle dienende Steuerbohrungen 7 mit einem Raum 8 in Verbindung steht, welcher zugleich als Saug- und Rückströmraum dient, üblicherweise aber nur als Saugraum bezeichnet wird. Vor der Mündung der Bohrungen 7 in den Saugraum 8 ist jeweils ein Prallbolzen 9 angebracht.

Die Führungsbohrung 2a der Zylinderbüchse 2 weist eine Ringnut 10 auf, welche durch einen Kanal 11 mit der trichterförmigen Mündung la einer der Steuerbohrungen 7 und dadurch mit dem Saugraum 8 verbunden ist.

Die Mantelfläche des Pumpenkolbens 3 besitzt außer der zum Pumpenarbeitsraum 6 hin offenen Ausnehmung 12 zwei ringförmige Kraftstoffsammeinuten 13 und 14, die durch eine wendelartig verlaufende Nut 15 verbunden sind. Es können auch zwei oder mehr gleich- oder gegensinnig verlaufende Nuten 15 vorhanden sein. In der gezeichneten Kolbenstellung am Ende des Saughubs taucht die antriebsseitige Sammelnut 14 aus der Zylinderbüchse 2 aus.

Die steuerkantenseitig liegende Kraftstoffsammeinut 13 ist so angeordnet und in ihrer Breite so bemessen, daß sie die Ringnut 10 beim Druckhub des Pumpenkolbens 3 von kurz vor dem frühestmöglichen Beginn bis zum Ende des Rückströmhubes überdeckt. Der frühestmögliche Beginn des Rückströmhubes tritt bei der kleinsten Teillast-Kraftstoffmenge ein, d. h. wenn bei dem gewählten Beispiel einer Einspritzpumpe mit untenliegender schräger Steuerkante 12a diese die Steuerbohrung 7 schon nach kleinem Nutzhub aufsteuert. Bei Pumpen mit obenliegender schräger Steuerkante ist der Rückströmhub stets gleich groß, hier gilt das zur Breite der Ringnut 10 Gesagte sinngemäß.

Wird die Pumpe aus der gezeichneten Stellung heraus in Betrieb gesetzt, so bewegt sich der Pumpenkolben 3 bei seinem Druckhub in Richtung Arbeitsraum 6. Die antriebsseitige Kraftstoffsammeinut 14 taucht in die Zylinderbüchse 2 ein, die Steuerbohrungen 7 werden geschlossen, und der Kraftstoff wird so lange über

das geöffnete Ventilgied 5 gefördert, bis die schräge Steuerkante 12a die Steuerbohrungen 7 wieder aufsteuert, worauf der unter hohem Druck stehende Kraftstoff mit großer Geschwindigkeit in den Saugraum 8 übertritt. Durch den Kraftstoffstrahl wird der im Saugraum 8 befindliche Kraftstoff verwirbelt und dessen Druck erhöht.

Da während dieses Aufsteuervorgangs die mit dem Saugraum 8 über den Kanal 11 verbundene Ringnut 10 von der Kraftstoffsammeinut 13 überdeckt ist, baut sich auch in dieser sowie in der wendelartig verlaufenden Nut 15 und in der antriebsseitigen Sammelnut 14 ein höherer Druck auf. Dabei wird frischer Kraftstoff in die Sammelnut 13 eingespült. Der Überdruck in den genannten Nuten hält sich, bis die antriebsseitige Sammelnut 14 beim Saughub des Pumpenkolbens 3 aus der

10 Führungsbohrung la der Zylinderbüchse 2 austritt.

Durch die dabei erfolgende Entspannung werden schädliche Rückstände und nicht mehr schmierfähiger Kraftstoff aus der antriebsseitigen Kraftstoffsammeinut 14 herausgedrückt und beim darauffolgenden Druckhub des Pumpenkolbens 3 abgestreift. Dieser Effekt wird durch die Schwerkraftwirkung an den spezifisch schwereren Rückständen und durch Trägheitswirkung am Ende des Saughubs (negative Beschleunigung) sowie durch Trägheitswirkung beim Beginn des Druckhubes des Pumpenkolbens 3 (positive Beschleunigung) unterstützt.

Neben einer gleichmäßigen Schmierung des ganzen Pumpenkolbens 3 wird auch eine gute Durchspülung und Reinigung der Ringnut 10 bzw. der Kraftstoffsammelnuten 13 und 14 erreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoff einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem einen Pumpenarbeitsraum begrenzenden, gleiche Hübe ausführenden sowie eine der Rückströmsteuerung zur Fördermengenänderung dienende schräge Steuerkante aufweisenden Pumpenkolben, der von der Führungsbohrung einer Zylinderbüchse aufgenommen wird, deren Wand einen die Führungsbohrung mit einem die Zylinderbüchse umgebenden, am Ende der Einspritzung durch den aus dem Pumpenarbeitsraum rückströmenden Kraftstoff periodisch unter Druck gesetzten Raum verbindenden Kanal aufweist, über den Kraftstoff einer in der Kolbenmantelfläche angeordneten ringförmigen Kraftstoffsammeinut zugeführt wird, wenn diese beim Druckhub des Pumpenkolbens die Mündungsstelle des Verbindungskanals in der Führungsbohrung überdeckt, und von der der Kraftstoff zu einer weiteren auf der Antriebsseite des Pumpenkolbens in der Kolbenmantelfläche angeordneten ringförmigen Kraftstoffsammelnut gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine in der Mantelfläche des Pumpenkolbens (3) liegende wendelartig verlaufende Nut (15) die beiden Kraftstoffsammeinuten (13, 14) verbindet, daß die antriebsseitig liegende Sammelnut (14) am Ende des Saughubes des Pumpenkolbens (3) wenigstens teilweise aus der Führungsbohrung (2a) austaucht, und daß die Mündungsstelle des Verbindungskanals (11) in der Führungsbohrung (2a) zu einer in der Wand dieser Bohrung liegenden Ringnut (10) erweitert ist.

2. Kraftstoff einspritzpumpe nach Anspruch 1, insbesondere mit einem mit untenliegender schräger Steuerkante versehenen Pumpenkolben, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden ringförmigen Kraftstoffsammeinuten (13,14) die steuerkantenseitig liegende Sammelnut (13) so breit ausgebildet ist, daß sie die Mündungsstelle des Verbindungskanals (11) beim Druckhub des Pumpenkolbens (3) von kurz vor dem frühestmöglichen Beginn bis zum Ende des Rückströmhubes überdeckt.