DE1626454C3 - Verteilerkraftstoffeinspntzpumpe fur mehrzylindrige Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verteilerkraftstoffeinspritzpumpe für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen mit Verteilung des Kraftstoffs über Einspritzdüsen auf die mit gleich großen Zündabständen arbeitenden Zylinder durch einen Drehverteiler und mit einer eigenen von der Maschinenkurbelwelle um den Faktor der Zylinderzahl schneller angetriebenen Pumpenkurbelwelle, die zum einen über ein Untersetzungsgetriebe den Drehverteiler antreibt, wodurch dieser synchron mit der Maschinenkurbelwelle umläuft, und zum anderen einen einzigen mit einem Kreuzkopf verbünde-' nen und im Pumpengehäuse geführten Pumpenkolben betätigt, der den über ein Saugventil angesaugten Kraftstoff dem Drehverteiler unter Druck zuführt,

ίο wobei die Steuerung der Kraftstoffmenge über eine Steuereinrichtung erfolgt.

Eine Verteilereinspritzpumpe der beschriebenen Art ist aus der deutschen Patentschrift 520264 bekannt. Bei dieser Einspritzpumpe sind der Pumpenkolben und der Drehverteiler mit ihren Antrieben jeweils in nebeneinanderliegenden Gehäusen untergebracht, die durch ein das Saugventil sowie die entsprechenden Kanäle aufnehmendes Gehäuse miteinander verbunden sind. Die Pumpe baut somit in-

ao folge der auseinanderliegenden Anordnung der einzelnen Bauelemente räumlich gesehen relativ aufwendig. Der Pumpenkolben ist an dem von der Pumpenkurbelwelle angetriebenen Kreuzkopf durch Verschraubung starr befestigt. Für eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit je einer Zündung aller Zylinder während einer Umdrehung der Maschinenkurbelwelle ergibt sich dabei die notwendige Drehzahl für die Pumpenkurbelwelle nach der Formel n_k = ζ · n_m, in der n_k die Drehzahl der Pumpenkurbelwelle, ζ die Anzahl der Maschinenzylinder und n_m die Drehzahl der Maschinenkurbelwelle bedeutet. Die Drehzahl n_v des Verteilers ist dabei gleich n_m. Hieraus ergibt sich, daß z.B. bei einer Zweizylindermaschine der Drehverteiler bei einer voller P^mpenumdrehung nur eine

halbe Umdrehung ausführt und daß bei diesem Beispiel die Pumpenkurbelwelle mit der zweifachen Drehzahl der Maschinenkurbelwelle umläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Verteilerkraftstoffeinspritzpumpe der eingangs beschriebenen Art eine geschlossene gedrängte Bauform mit möglichst kurzen Kraftstoffwegen zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehverteiler, im Zylinderkopf der Einspritzpumpe oberhalb des Pumpenkolbens liegend, in einem vom Saugventil und dem gleichfalls im Pumpenzylinderkopf vorgesehenen Druckventil gebildeten Winkel angeordnet ist und daß der Pumpenkolben eine an ihrer Mündungsstelle zum Pumpenraum mit einem zu letzterem hin schließenden federbelasteten Rückschlagventil versehene Längsbohrung sowie zwei mit dieser in Verbindung stehende und in unterschiedlichen Höhen im Pumpenkolben angeordnete, für den Förderbeginn sowie das Förderende maßgebliche Querbohrungen aufweist, die mit einem im Pum- pengehäuse unterhalb des Pumpenzylinders als zum Pumpenkolben konzentrische Erweiterung ausgebildeten und durch ständigen Kraftstoffablauf drucklos gehaltenen Steuerraum zusammenwirken, in welchem eine die Steuereinrichtung bildende, auf dem Pumpenkolben axial verstellbare Steuermuffe angeordnet ist.

Neben der gedrängten Anordnung von Saugventil, Druckventil, Drehverteiler und Pumpenkolben samt den Antrieben besteht bei dieser Pumpenbauart der weitere Vorteil der kürzestmöglichen Kraftstoffwege in der Pumpe, was im Hinblick auf einen angestrebten stellen Druckaufbau in der Pumpe von Interesse ist.

Im Zusammenhang mit der Ausbildung der Steuer-

bohrungen im Pumpenkolben sowie der Verwendung einer Steuermuffe sei noch auf die aus der britischen Patentschrift 359 603 bekannte Verteilerkraftstoffeinspritzpumpe hingewiesen. Diese Pumpe weist zwar ebenfalls eine geschlossene Bauform auf, jedoch keinen getrennten Drehverteiler, womit die damit zusammenhängende Schwierigkeit, zu einer gedrängten Bauform zu kommen, von vornherein entfällt. Ferner weist die Pumpe an Stelle des durch ständige Entleerung drucklos gehaltenen erweiterten Steuerraumes im Pumpengehäuse einen ständig unter Druck stehenden Ringsteuerspalt in dem von der Stuermuffe und dem Pumpenkolben nicht eingenommenen Teil der Pumpenzylinderbohrung auf, wodurch die Abdichtungsverhältnisse für die unterhalb des Steuerspalts liegenden Pumpenantriebsbereiche erschwert werden.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäß angegebenen gedrängten Pumpenbauform erweist es sich dabei als zweckmäßig, wenn der Pumpenkolben an seinem antriebsseitigen Ende eine Verjüngung aufweist, die mit einem scheibenförmigen, zur Antriebsseite hin ballig ausgebildeten Ansatz versehen ist, der mit dem Kreuzkopf der Einspritzpumpe über ein Kardangelenk formschlüssig verbunden ist, welches aus einem auf dem Ansatz aufsitzenden geteilten und zum Pumpenkolben hin konvexen Kugelring sowie einem auf diesem aufsitzenden entsprechend konkaven Kugelring besteht, wobei die Verbindung mit dem Kreuzkopf mit Hilfe eines am konkaven Kugelring angreifenden Einstellschraubringes erfolgt. Hierdurch wird noch eine Verbesserung der Abdichtungsverhältnisse in der Pumpe zwischen dem vom Kraftstoff durchflossenen Pumpenteil und dem Pumpenkurbelwellenteil herbeigeführt. Zwar wird durch die Druckentlastung des Steuerraumes die Abdichtung zum Kurbelwellengehäuse hin bereits erleichtert; sie wird jedoch durch die zusätzliche Maßnahme einer kardanischen Verbindung des Pumpenkolbens mit dem Kreuzkopf noch unterstützt, da dadurch verhindert wird, daß die Dichtung mit Seitendruck beaufschlagt werden kann, was weiterhin dazu führt, daß die Dichtung vereinfacht und auch verkürzt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Einspritzpumpe für eine Dreizylinderbrennkraftmaschine,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Pumpenkolbenantrieb in gegenüber der Fig. 1 vergrößerter Darstellung und um 90° versetzt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Funktionsablaufes der Kraftstofförderung durch den Pumpenkolben bei Vollast und bei Leerlauf.

Die Einspritzpumpe besteht aus drei aus Metallguß hergestellten und in üblicher Weise miteinander verbundenen Gehäuseteilen, nämlich dem Kurbelwellengehäuse 1 für die Pumpenkurbelwelle 4, dem eigentlichen Pumpengehäuse 2 und dem Pumpenzylinderkopf 3. Die im Pumpengehäuse 2 in nicht dargestellter Weise gelagerte Kurbelwelle 4 weist einen Exzenter auf, der sich in dem aus den beiden Lagerschalen 5 und 6 und den Lagerbuchsen 7 und 8 zusammengesetzten Exzenterlager dreht. An der oberen Lagerschale 6 ist ein Kreuzkopfbolzen 9 angeschraubt, der seinerseits im Kreuzkopf 10 in einer Buchse 11 gelagert ist. Der Kreuzkopf als Ganzes ist durch die auf seinen beiden Seiten im Kurbelwellengehäuse 1 angebrachten Gleitbahnstücke 12 und 13 geführt, die für eine genau gradlinige Auf- und Abwärtsbewegung des Kreuzkopfes sorgen.

Auf den Pumpenkolben 14, der in einer in das Pumpengehäuse 2 eingesetzten, z.B. aus gehärtetem Stahl bestehenden Führungsbuchse 15 sorgfältig eingeschliffen auf- und abwärtsgleitet, wirken bei der Kraftstofförderung große Kräfte ein, die auf den Kreuzkopf weitergegeben werden. Die spezifische

ίο Flächenpressung zwischen dem Kreuzkopfbolzen 9 und dem Kreuzkopf 10 ist dadurch klein gehalten, daß der Kreuzkopfbolzen 9 auf seiner ganzen Länge bei großem Durchmesser von der Buchse 11 umfaßt und getragen wird.

Obwohl sowohl der Kreuzkopf 10 in seine Führungsstücke 12 und 13 als auch der Pumpenkolben 14 in seine Führungsbuchse 15 mit möglichst engem Spiel eingepaßt sind, ist durch die kardangelenkartige formschlüssige Verbindung zwischen Pumpenkolben

ao und Kreuzkopf noch zusätzlich dafür gesorgt, daß selbst kleinste, bei der Fertigung und beim Zusammenbau der Pumpenteile entstehende Fluchtungsfehler zwischen den Führungen nicht zu einer Verklemmung der Triebwerksteile führen, die sich in einer unerwünschten Erhöhung der benötigten Antriebskraft der Pumpe auswirken würde.

Das Kardangelenk besteht, wie Fig. 2 erkennen läßt, aus dem auf dem Kreuzkopf 10 ballig aufsitzenden scheibenförmigen Ansatz 16 am verjüngten unteren Ende des Pumpenkolbens 14, einem auf dem Ansatz aufsitzenden geteilten konvexen Kugelring 17 und einem darauf aufsitzenden konkaven Kugelring 18. Dieser Kugelring stützt sich mit seiner oberen planen Fläche auf dem Einstellring 19 ab, der in einen Ringansatz auf der Oberseite des Kreuzkopfes 10 eingeschraubt und durch eine Gegenmutter 20 gesichert wird. Mit dem Einstellring 19 läßt sich das Spiel zwischen den Kardangelenkteilen genau einstellen, so daß sowohl seitliche Ausweichungen als auch Winkelbewegungen zwischen Kreuzkopf und Pumpenkolben, die somit nur formschlüssig miteinander verbunden sind, möglich sind und vom Pumpenantrieb über den Kreuzkopf keine schädlichen Kräfte auf den Pumpenkolben übertragen werden.

Der Pumpenkolben 14 weist zwei in unterschiedlicher Höhe angeordnete Querbohrungen 32, 33 auf und eine von der Stirnfläche des Pumpenkolbens bis zur unteren Querbohrung 33 reichende Längsbohrung 21. Hierbei sei bemerkt, daß an Stelle nur jeweils einer Querbohrung auch mehrere im Winkel zueinander angeordnete Querbohrungen vorgesehen sein können. In der Längsbohrung 21 ist an der Mündungsstelle zum Pumpenraum 34 hin ein nach oben abschließendes, unter Federdruck stehendes Rückschlagventil 22 angeordnet, das sich gemäß dem in Fig. 3 dargestellten und später erläuterten Funktionsablauf öffnet und schließt und dabei in Abhängigkeit von der jeweiligen Höhenstellung des Pumpenkolbens den Durchfluß des Kraftstoffs in den Steuerraum 23 freigibt oder sperrt. Der Steuerraum 23 ist eine den Pumpenkolben 14 konzentrisch umgebende Erweiterung mit gegenüber der Führungsbuchse 15 erweitertem lichten Durchmesser im unteren Teil des Pumpengehäuses 2. Der Steuerraum wird durch eine Abflußöffnung 24, an die eine zum Kraftstofftank führende, nicht dargestellte Rohrleitung angeschlossen ist, ständig von bei der Funktion der Pumpe in ihn einstrahlenden Kraftstoff vollständig

entleert.

Wäre dagegen der Steuerraum mit Kraftstoff gefüllt, würden sehr hohe Ansprüche an die Kolbendichtung zwischen dem Steuerraum 23 und dem Kurbelwellengehäuse 1 gestellt, vor allem wenn beim Absteuern am Förderende der Kraftstoff im Steuerraum durch den Absteuerstrahl unter hohen Druck gesetzt wird. Es wäre dann kaum zu vermeiden, daß Kraftstoff in das Kurbelwellengehäuse gelangt und sich dort in störender Weise mit dem Kurbelwellenschmieröl vermischen würde. Wird dagegen der Steuerraum ständig von Kraftstoff entleert, verströmt der Absteuerstrahl in der Luft, so daß die Kolbendichtung nur gegen Spritzverluste abdichten muß. Hierfür genügt die im Boden des Pumpengehäuses 2 angebrachte Entleerbohrung 25 für die nicht besonders dargestellte Kolbendichtung. Im Steuerraum 23 befindet sich die in bekannter Weise mittels einer von außen betätigten Schneckentriebwelle 26 getragene und von ihr auf- und abwärtsgeschobene, den Pumpenkolben 14 umgebende Steuermuffe 27.

Im Pumpenzylinderkopf 3 sitzen das Saugventil 28, das durch eine nicht dargestellte Rohrleitung mit dem Kraftstofftank verbunden ist, und das Druckventil 29, hinter dessen unter dem Druck einer starken Feder stehenden Ventilkegel eine Querbohrung zum unmittelbar daneben angeordneten Drehverteiler 30 führt, der den in Intervallen unter hohem Druck geförderten Kraftstoff durch Kanäle im Pumpenzylinderkopf und die an sie angeschlossenen Rohrleitungen 31 den Einspritzventilen der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zuführt. Solche Drehverteiler sind bekannt und brauchen deshalb nicht näher beschrieben zu werden. Statt des im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 für eine Dreizylindermaschine schematisch dargestellten Dreileiturigsverteilers müßte bei anderer Zylinderzahl ein entsprechend anders eingerichteter Drehverteiler vorgesehen werden.

Der Antrieb des Verteilers 30 erfolgt über ein Untersetzungsgetriebe, z. B. eine an der Pumpe vor oder hinter der Zeichenebene angebracht zu denkende Königswelle von der Exzenterkurbelwelle 4 aus, die ihrerseits von der Maschinenhauptwelle über ein Übersetzungsgetriebe angetrieben wird.

In der Fig. 3 ist der Funktionsablauf in der Pumpe in den aufeinanderfolgenden Stellungen I bis VIII des Pumpenkolbens 14 dargestellt. Dabei sind die Stellungen I und VIII die Umkehrstellungen des Pumpenkolbens im oberen Totpunkt OT und die Stellungen IV und V die Umkehrstellungen des Kolbens im unteren Totpunkt UT. Die obere Reihe der Stellungen zeigt die Steuermuffe 27 in der Vollaststellung und die untere Reihe in der Leerlaufstellung, um Teilfiguren zu sparen. Die obere Querbohrung 32 im Kolben ist als Förderbeginnkanal FBK und die untere Querbohrung 33 als Förderendekanal FEK bezeichnet. Die Förderbeginnsteuerkante FBS ist in unveränderlicher Stellung die obere Kante des Steuerraumes 23; dagegen verschiebt sich die Förderendesteuerkante FES als Oberkante der Steuermuffe 27 mit deren Stellung. Infolgedessen arbeitet die Pumpe gemäß der Erfindung mit konstantem Förderbeginn und variablem Förderende. Der Förderhub FH ist bei Stellung VII für Leerlauf eingetragen. Die gleiche Eintragung in Stellung II gilt nicht für die dort dargestellte Stellung des Kolbens beim Abwärtsgang, sondern ist für seine korrespondierende Stellung beim Aufwärtsgang zu denken. Die Stellungen offen = O und zu = Z für das Saugventil 28, das Druckventil 29 im Pumpenzylinderkopf sowie das Rückschlagventil 22 im Pumpenkolben sind bei allen Stellungen eingetragen. Dabei ist zu bemerken, daß das Rückschlagventil 22 in der Stellung VI außer Funktion ist, was durch einen Querstrich angedeutet ist.

Wenn sich der Pumpenkolben in Stellung I vom oberen zum unteren Totpunkt zu bewegen beginnt, öffnet sich das Saugventil und schließen sich das Druckventil und Rückschlagventil. Obwohl in dieser Stellung der Förderkanal geöffnet ist, kann aus dem mit Luft gefüllten Steuerraum 23 keine Luft in den Pumpenraum 34 angesaugt werden. Auch wenn der Förderendekanal in den Stellungen II und III durch

¹S die Steuermuffe überdeckt und damit geschlossen wird und der Förderbeginnkanal in Stellung III frei wird, kann wegen des geschlossenen Rückschlagventils keine Luft in den Pumpenraum gesaugt werden. Diese Gefahr ist somit beim ganzen Abwärtsgang des Kolbens vermieden, sofern die Rückschlagventilfeder genügend stark gewählt ist.

Wenn bei der Kolbenumkehr im unteren Totpunkt der Pumpenraum mit von Luftblasen frei angesaugtem Kraftstoff gefüllt ist und der Kolben zum oberen Totpunkt zurückzukehren beginnt, schließt sich das Saugventil, und auch das Druckventil bleibt bei genügend stark gewählter Ventilfeder zunächst noch geschlossen, bis es sich beim weiteren Aufwärtsgang des Kolbens (Stellung VI und VII) öffnet und erst im oberen Totpunkt wieder schließt. Zwischen den Stellungen V und VI fließt Kraftstoff aus dem Pumpenraum durch das unter seinem Druck geöffnete Rückschlagventil in den Steuerraum ab, nämlich durch den Förderbeginnkanal und bei Vollaststellung der hierbei auch in den unteren Teilfiguren höher als gezeichnet stehend zu denkenden Steuermuffe zunächst auch durch den Förderendekanal. Beim weiteren Aufwärtsgang wird dann in Stellung VI auch der Förderbeginnkanal durch die Förderbeginnsteuerkante geschlossen, das Rückschlagventil kommt außer Funktion, und der Druck im Pumpenraum steigt steil an. Das Druckventil öffnet sich, und die Kraftstoffeinspritzung beginnt. Dieser Förderhub dauert so lange, bis in Stellung VII der Förderendekanal durch die Förderendesteuerkante an der Steuermuffe 27 wieder geöffnet wird. Das Druckventil 29 schließt sich, und die Einspritzung ist beendet. Beim weiteren Aufwärtsgang des Kolbens fließt nämlich Kraftstoff über das geöffnete Rückschlagventil 22 und den nunmehr freien Förderendekanal in den Steuerraum ab. Dieser Vorgang endet im oberen Totpunkt, in dem alle drei Ventile geschlossen sind.

Infolge der Höhenverstellung der Steuermuffe 27 wird durch ihre obere, als Förderendesteuerkante bezeichnete Kante der Förderendekanal bei Leerlauf schon früher und bei Vollast erst später freigegeben, wodurch sich die Steuerung der Kraftstoffmenge durch die Pumpe ergibt. Der Steuerraum 23 ist wie schon erwähnt bei keiner Pumpenstellung mit unter Druck stehendem Kraftstoff gefüllt, weil der nur zeitweilig einstrahlende Krafstoff sofort durch die Abflußleitung aus ihm abließen kann. Wollte man die Pumpe ohne Saugventil arbeiten lassen, müßte der Steuerraum 23 ständig mit Kraftstoff gefüllt sein und die Pumpe würde ein Vakuum saugen, das in dem Moment aufgefüllt würde, in dem der Förderbeginnkanal bei der Bewegung des Kolbens zum unteren Totpunkt hin durch die Förderbeginnsteuerkante ge-

öffnet würde. Diese Anordnung ist jedoch wegen der erhöhten Ansprüche an die Kolbendichtung und die Gefahr der Gasblasenbildung bei der Auffüllung des Vakuums unratsam. Die Förderbeginn- und Endkanäle sowie Steuerkanten lassen sich fabrikatorisch

sehr genau und in einfachen Arbeitsgängen herstellen, was ein weiterer Vorteil der Pumpe ist. Auch die Kavitationsgefahr ist soweit wie möglich vermieden, so daß die Pumpe auch im Dauerbetrieb auf lange Zeit mit genauer Kraftstoffdosierung arbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 521/171

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verteilerkraftstoffeinspritzpumpe für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen mit Verteilung des Kraftstoffs über Einspritzdüsen auf die mit gleich großen Zündabständen arbeitenden Zylinder durch einen Drehverteiler und mit einer eigenen von der Maschinenkurbelwelle um den Faktor der Zylinderzahl schneller angetriebenen Pumpenwelle, die zum einen über ein Untersetzungsgetriebe den Drehverteiler antreibt, wodurch dieser synchron mit der Maschinenkurbelwelle umläuft, und zum anderen einen einzigen mit einem Kreuzkopf verbundenen und im Pumpengehäuse geführten Pumpenkolben betätigt, der den über ein Saugventil angesaugten Kraftstoff dem Drehverteiler unter Druck zuführt, wobei die Steuerung der Kraftstoffmenge über eine Steuereinrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehverteiler (30), im Zylinderkopf (3) der Einspritzpumpe liegend; in einem vom Saugventil (28) und dem gleichfalls im Pumpenzylinderkopf (3) vorgesehenen Druckventil (29) gebildeten Winkel angeordnet ist, und daß der Pumpenkolben (14) eine an ihrer Mündungsstelle zum Pumpenraum (34) mit einem zu letzterem hin schließenden federbelasteten Rückschlagventil (22) versehene Längsbohrung (21) sowie zwei mit dieser in Verbindung stehende und in unterschiedlichen Höhen im Pumpenkolben (14) angeordnete für den Förderbeginn sowie das Förderende maßgebliche Querbohrungen (32, 33) aufweist, die mit einem im Pumpengehäuse unterhalb des Pumpenzylinders als zum Pumpenkolben . (14) konzentrische Erweiterung ausgebildeten und durch ständigen Kraftstoffablauf drucklos gehaltenen Steuerraum (23) zusammenwirken, in welchem eine die Steuereinrichtung bildende, auf dem Pumpenkolben (14) axial verstellbare Steuermuffe (27) angeordnet ist.

2. Verteilerkraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (14) an seinem antriebsseitigen Ende eine Verjüngung aufweist, die mit einem scheibenförmigen, zur Antriebsseite hin ballig ausgebildeten Ansatz (16) versehen ist, der mit dem Kreuzkopf (10) der Einspritzpumpe über ein Kardangelenk formschlüssig verbunden ist, welches aus einem auf dem Ansatz (16) aufsitzenden geteilten und zum Pumpenkolben (14) hin konvexen Kugelring (17) sowie einem auf diesem aufsitzenden entsprechenden konkaven Kugelring (18) besteht, wobei die Verbindung mit dem Kreuzkopf (10) mit Hilfe eines am konkaven Kugelring (18) angreifenden Einstellschraubringes (19) erfolgt.