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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruck-Kraftstoffzuführvorrichtung mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe für Kraftstoff, die in einem Verbrennungsmotor verwendet wird (der ”Verbrennungsmotor” wird nachfolgend auch einfach als ”Motor” bezeichnet) und ein Verfahren zum Montieren einer Hochdruck-Kraftstoffzuführvorrichtung.
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Ein Kraftstoffzuführsystem für einen Motor, das eine herkömmliche Hochdruck-Kraftstoffpumpe verwendet, ist in 14 dargestellt. In einem Kraftstofftank 201 ist eine Kraftstoffpumpe 202 untergebracht, durch die Kraftstoff auf einige hundert kPa unter Druck gesetzt wird und einem Einlaßanschluß 204 eines Kraftstoffilters 204 zwangsweise zugeführt wird. Ein Auslaßanschluß 205 des Kraftstoffilters 203 ist mit einem Einlaßanschluß 207 einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 verbunden. Die Antriebskraft, die durch die hin- und hergehende Bewegung eines Kolbens 211 erzeugt wird, wird durch einen Verbindungsmechanismus, der sich aus einem Pleuelstange 212, einer Kurbelwelle 213 und einem Riemen 214 zusammensetzt, zu einer Nockenwelle 210 übertragen, wodurch die Nockenwelle 210 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 gedreht wird. Wie es in den 12 und 13 gezeigt ist, verursacht ein Pumpenantriebsnocken 224, der in einem Gehäuse 223 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 untergebracht ist und der dazu ausgelegt ist, sich mit der Nockenwelle 210 einstückig zu drehen, die hin- und hergehende Bewegung des Plungerkolbens 225 der Förderpumpe 206. Der Kraftstoff, der vom Ansauganschluß 207 aufgenommen wird, wird durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 auf ein hohes Druckniveau von einigen MPa bis einigen zehn MPa unter Druck gesetzt und dann durch ein Auslaßventil 226 über einen Auslaßanschluß 208 zu einem Common-Rail 209 ausgegeben. Der Kraftstoff mit hohem Druck, der im Common-Rail 209 gesammelt wurde, wird über einen Zweigkanal 215 einer Einspritzeinrichtung 217 zugeführt, die für jeden Motorzylinder vorgesehen ist. Dann wird der Kraftstoff mit hohem Druck von der Einspritzeinrichtung 217 in eine Brennkammer 216 im Motorzylinder direkt eingespritzt.
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Der nicht benötigte Kraftstoff mit geringem Druck, der von einem Bypass-Auslaßanschluß 218 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 ausgestoßen wird, wird über einen Rückführkanal 219 zum Kraftstofftank 201 zurückgeführt. Ein Drucksensor 220 zur Druckmessung des Kraftstoffs im Common-Rail 209 befindet sich an diesem, wodurch ein Drucksignal, das als Ergebnis der durch den Drucksensor 220 vorgenommenen Erfassung erhalten wurde, in eine elektronische Steuerungseinheit 221 eingegeben wird. Die elektronische Steuerungseinheit 221 steuert entsprechend dem Drucksignal, das durch den Drucksensor 220 gemessen wurde und den Betriebszuständen des Motors, wie z. B. der Umdrehungsanzahl des Motors, der Motorlast und ähnlichem, das Erregungszeitverhalten des Magnetventils 222, so daß der Kraftstoffeinspritzdruck auf optimalem Niveau ist, wodurch die Menge an Kraftstoff gesteuert wird, die zum Common-Rail 209 ausgegeben wird. Ferner gibt die elektronische Steuerungseinheit 221 ein Steuersignal an die Einspritzeinrichtung 217 ab, um das Kraftstoffeinspritz-Zeitverhalten und die Einspritzperiode entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors zu steuern, wie z. B. entsprechend der Umdrehungsanzahl des Motors, der Motorlast usw.
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Da jedoch im Fall der vorstehend genannten herkömmlichen Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 die Nockenwelle 210 und der Pumpenantriebsnocken 224 in das Gehäuse 223 eingebaut sind, erhöhen sich durch das Vorhandensein des Pumpennockens 224, des diesen Nocken 224 bedeckenden Teils des Gehäuses 223 und von Elementen, wie z. B. des Lagers des Pumpennockens 224, der Öldichtung usw., die nicht gezeigt sind, die Größe und das Gewicht der Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Da sich ferner nicht nur die Anzahl der verwendeten Bauteile erhöht, sondern das Gehäuse 223, die Nockenwelle 210 und mit diesen verbundene Bauteile notwendigerweise mit hoher Genauigkeit hergestellt werden müssen, liegt das Problem vor, daß ein Anstieg nicht nur der Anzahl der Herstellungsschritte sondern ebenso der Herstellungskosten zu verzeichnen ist. Ferner ist es notwendig, daß auf der Seite des Motors ein Pumpenfixierflansch und eine Pumpenfixierstütze vorzusehen sind, wodurch das Problem entsteht, daß sich die Anzahl der Herstellungsschritte erhöht.
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Zur Lösung der vorstehend genannten Probleme ist eine Pumpe aus dem Stand der Technik ohne Nockenwelle für Dieselmotoren zur Verwendung bei Landmaschinen ausgelegt. Da jedoch trotz der geringen Größe der Pumpe ohne Nockenwelle für Dieselmotoren das Einspritzzeitverhalten und die Kraftstoffmenge durch eine mechanische Steuerung gesteuert werden, die auf der Verwendung einer Kraftstoffzuführung basiert, die in bezug auf den Plungerkolben ausgebildet ist, ist ihr steuerbarer Bereich beschränkt. Da im Fall einer Mehrzylinderpumpe die gleiche Steuerung in bezug auf alle Motorzylinder durch eine eingebaute Steuerzahnstange gleichzeitig mechanisch ausgeführt wird, liegt ferner das Problem vor, daß (1) bezogen auf die einzelnen Motorzylinder keine getrennte Steuerung vorgenommen werden kann und daß (2) der Freiheitsgrad bei der Ausnutzung des Montageraums gering ist, da es notwendig ist, die Pumpe an einer Stelle einzubringen.
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In Dokument
EP 0 501 463 B1 ist ein Common-Rail-Kraftstoff-Einspritzsystem beschreiben, bei dem ein geeigneter Mechanismus zwischen der Nockenwelle der Pumpe und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, der eine Halbierung der Drehzahl vom Verbrennungsmotor ermöglicht. Ein Zylinder, der einen Plungerkolben führt, ist in ein Gehäuse eingesetzt. Einer ringförmigen Kraftstoffkammer zwischen Zylinder und Gehäuse wird über einen Kraftstoffeinlass der Kraftstoff zugeführt.
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Dokument
DE 42 12 255 A1 beschreibt eine Anordnung einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, bei der die Einspritzpumpe direkt am Zylinderkopf befestigt ist. Da die Enspritzpumpe direkt am Pmpenelement befestigt ist, hängt der Einspritzdruck von der Drehzahl des Verbrennungsmotors ab, wodurch Druckänderungen, d. h. Pulsierungen, leicht entstehen können. Die Einspritzpumpe ist im Zylinderkopf angeordnet.
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Aus Dokument
DE 40 30 395 A1 ist eine Schweröl-Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer Leckölnut, einer Mischölnut und einer Sperrölnut an der Innenwand der Pumpenkolbenbüchse bekannt, wobei die Sperrölnut über einen Kanal mit einer Ansaugbohrung verbunden ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des vorstehend genannten Problems geschaffen; ihre Aufgabe besteht darin, eine Hochdruck-Kraftstoffzuführvorrichtung mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe vorzusehen, die kompakt ist und in der das Kraftstoff-Ausstoßzeitverhalten mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann. Ferner soll ein Verfahren zum Montieren einer derartigen Hochdruck-Kraftstoffzuführvorrichtung vorgesehen werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Hochdruck-Kraftstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 14 gelöst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die mit einer Ventil-Nockenwelle eines Verbrennungsmotors verbunden ist, der ein Gehäuse hat, in dem ein Unterbringloch ausgebildet ist, wobei sich die Kraftstoffpumpe im Unterbringloch befindet: einen Plungerkolben, der sich hin- und herbewegt, ein erstes Stützelement mit einem Einlaßkanal und einem Auslaßkanal für Kraftstoff und mit einer Innenwand, die ein Gleitloch ausbildet, in dem der Plungerkolben hin- und hergehend und gleitfähig gelagert ist, einen Pumpennocken, der den Plungerkolben antreibt, um eine hin- und hergehende Bewegung zu ermöglichen, eine Spanneinrichtung zum Spannen des Plungerkolbens zur Seite des Pumpennockens hin und ein Magnetventil, das an einem Ende des Gleitlochs vorgesehen ist, um das Ausstoßzeitverhalten des Kraftstoffs zu bestimmen, der durch die hin- und hergehende Bewegung des Plungerkolbens unter Druck gesetzt wird. In dieser besitzt eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe ferner eine Stirnfläche des Plungerkolbens, die Innenwand des ersten Stützelements und eine Stirnfläche des Magnetventils, wobei der Kraftstoff vom Einlaßkanal in eine Kraftstoff-Druckkammer eingeführt wird und durch die hin- und hergehende Bewegung des Plungerkolbens unter Druck gesetzt wird.
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Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist im Gehäuse des Motors untergebracht und der Plungerkolben wird durch den Pumpennocken angetrieben, der an der Ventil-Nockenwelle montiert ist, wodurch eine Nockenwelle, die ausschließlich zum Antreiben der Hochdruck-Kraftstoffpumpe verwendet wird, überflüssig wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die Masse des Abschnitts der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, der zum Äußeren des Motorgehäuses hin freiliegt, verringert ist, wodurch sich der Freiheitsgrad erhöht, mit dem ihr Montageraum ausgenutzt werden kann. Außerdem ist die Anzahl der verwendeten Bauteile verringert, folglich wird als Ergebnis die Hochdruck-Kraftstoffpumpe einfach hergestellt, die Anzahl der Herstellungsprozeß-Schritte verringert sich und die Herstellungskosten können in vorteilhafter Weise verringert werden. Da das Kraftstoffausstoß-Zeitverhalten durch ein Magnetventil gesteuert wird, kann ferner die Kraftstoffeinspritzung mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine Schnittansicht, die eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem ersten Aspekt des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung an der Linie I-I von 2 zeigt,
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2 ist eine Draufsicht, die die Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend dem ersten Aspekt des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung zeigt,
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3 ist eine Schnittansicht an der Linie III-III von 2,
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die 4A bis 4C sind schematische Ansichten, die den Kraftstoffansaugtakt und den Druckerhöhungs/Kraftstoffausstoß-Takt entsprechend dem ersten Aspekt des Hintergrundes darstellen,
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5 ist eine Schnittansicht, die eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend dem zweiten Aspekt des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung zeigt,
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6 ist eine Schnittansicht, die eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
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7 ist eine Schnittansicht, die eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
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8 ist eine Schnittansicht, die eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
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9 ist eine Schnittansicht, die eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
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10 ist eine Schnittansicht, die eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
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11 ist eine Ansicht aus der Richtung, die durch Pfeil XIX in 10 angezeigt ist,
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12 ist eine Schnittansicht, die eine herkömmliche Hochdruck-Kraftstoffpumpe an der Linie XX-XX von 13 zeigt,
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13 ist eine Teilseitenansicht, die die herkömmliche Hochdruck-Kraftstoffpumpe zeigt, und
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14 ist eine schematische Darstellung, die ein Kraftstoffzuführsystem zeigt, bei dem eine herkömmliche Hochdruckpumpe Verwendung. findet.
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Eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem ersten Aspekt des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung ist in den 1 bis 3 dargestellt.
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Wie es in 1 gezeigt ist, hat eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 einen Zylinder 11, in dem ein Einlaßanschluß 12 mit einem Einlaßkanal 12a, ein Magnetventil 20 und ein Auslaßventil 30 vorgesehen sind. Ein oberer Abschnitt des Zylinders 11 ist zum Äußeren eines eine Kopfabdeckung 100 bildenden Bauteils eines Motorgehäuses freigelegt und ist in diesem Zustand durch in 2 gezeigte Bolzen 112 an der Kopfabdeckung 100 befestigt. Der verbleibende Abschnitt der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10, der in der Kopfabdeckung 100 untergebracht ist, ist durch eine Stößelführung 40 eingeschlossen und ist in diesem Zustand in einem Unterbringloch 100a der Kopfabdeckung 100 untergebracht. Obwohl die Stößelführung 40 am Zylinder 11 durch Schrauben 60 befestigt ist, ist es erfindungsgemäß möglich, statt der Schrauben 60 Stifte zu verwenden. Ein Pumpennocken 111 ist an einer nicht gezeigten Ventil-Nockenwelle montiert, die ein ebenfalls nicht gezeigtes Ansaug/Ausstoßventil öffnet und schließt, wodurch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 angetrieben wird.
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Eine Innenwandfläche 11a des Zylinders 11, an dem ein später beschriebener Plungerkolben 43 gelagert ist, um eine hin- und hergehende Bewegung desselben zu gestatten, ist mit ringförmigen Kraftstoffspeichern 11b und 11c versehen. Der Kraftstoffspeicher 11b steht über einen Rückführkanal 17 mit dem Einlaßkanal 12a in Verbindung, während andererseits der Kraftstoffspeicher 11c mit einem in 3 gezeigten Rückführkanal 51 in Verbindung steht.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist im Einlaßanschluß 12 der Einlaßkanal 12a ausgebildet; diesem wird Kraftstoff von einer nicht gezeigten Kraftstoffpumpe zugeführt. Der Einlaßkanal 12a steht mit einem Kraftstoffkanal 13 in Verbindung und steht ebenfalls über den Rückführkanal 17 mit dem Kraftstoffspeicher 11b in Verbindung.
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Das Magnetventil 20 ist axial ausgerichtet zum Plungerkolben 43 in den Zylinder 11 eingeführt. Ein Ventilkörper, der mit einem Kraftstoffzuführkanal versehen ist, ist in das Magnetventil 20 eingeführt und ist in diesem angeordnet. Ein Ventilelement 23 befindet sich am Ventilkörper, so daß dieses mit dem Ventilsitz 21 in Berührung stehen kann und von diesem getrennt sein kann. Die (–)Z-Achsen-Stirnfläche (das heißt eine Stirnfläche in Richtung der Z-Achse mit negativem Z usw.) des Ventilkörpers befindet sich mit einer Platte 24 in Flächenkontakt, die (–)Z-Achsen-Stirnfläche der Platte 24 befindet sich mit einer Ringscheibe 25 in Flächenkontakt und die (–)Z-Achsen-Stirnfläche der Ringscheibe 25 befindet sich mit dem Zylinder 11 in Flächenkontakt, wie es in den 4A–C gezeigt ist. Die Innenwandfläche des Zylinders 11, die das Magnetventil 20 umgibt, ist mit einer ringförmigen Kraftstoffumführung 14 versehen. Diese Kraftstoffumführung 14 steht mit dem Kraftstoffkanal 13 und einem Verbindungskanal 26 in Verbindung, wie es in den 4A–C gezeigt ist.
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Das Auslaßventil 30 ist durch Schraubverbindung am Zylinder 11 befestigt; ein Auslaßventilelement 31 wird durch eine Druck-Schraubenfeder 32 zu einem Ventilsitz 33 hin gespannt. wenn der Druck in einer Kraftstoff-Druckkammer 16 ein vorgegebenes Niveau übersteigt, wird das Auslaßventilelement 31 entgegen der Spannkraft der Druck-Schraubenfeder 32 angehoben, wodurch ein Auslaßkanal 15 mit einem Auslaßanschluß 34 in Verbindung steht. Das Auslaßventil 30 steht über eine nicht gezeigte Kraftstoff-Leitung aus Stahl mit einem ebenfalls nicht gezeigten Common-Rail in Verbindung.
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Ein Stößel 41 ist zylinderförmig und mit einem Boden versehen; seine Bodenfläche 41a steht mit dem Pumpennocken 111 in Berührung. Der Stößel 41 wird durch eine Innenwandfläche der Stößelführung 40 gleitfähig gelagert. Ein zylindrischer Ölspeicher 42 ist zwischen der Innenwandfläche der Stößelführung 40 und einer Außenwandfläche des Stößels 41 ausgebildet. Diesem Ölspeicher 42 wird Schmieröl über einen Ölkanal 101, der in der Kopfabdeckung 100 ausgebildet ist, und einen Ölkanal 40a, der in der Stößelführung 40 ausgebildet ist, zugeführt, wodurch das durch die hin- und hergehende Bewegung des Stößels 41 bedingte Festfressen von Stößelführung 40 und Stößel 41 verhindert wird. Bei der Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Stößels 41 kann Luft über einen in der Kopfabdeckung 100 ausgebildeten Luftkanal 102 in einen Raum gelangen, der durch den Zylinder 11, die Stößelführung 40 und den Stößel 41 festgelegt ist. Obwohl der Stößel 41 nicht mit einem Stift 61 in Eingriff gelangt, selbst wenn sich der Plungerkolben 43 in seiner in 1 gezeigten Position des unteren Totpunkts befindet, wird, wenn der Stößel 41 an der Kopfabdeckung 100 angebracht wird, durch diesen Stift verhindert, daß der Stößel 41 herunterfällt.
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Der Plungerkolben 43 wird durch die Innenwandfläche des Zylinders 11, die ein Gleitloch 11a bildet, an einer Achse entlang gleitfähig gelagert. Ein Federsitz 44 wird durch die Druck-Schraubenfeder 45 in (–)Z-Achsen-Richtung von 1 gespannt und befindet sich mit einer inneren Bodenfläche des Stößels 41 in Anlage. Ein Kopfabschnitt 43a des Plungerkolbens 43 ist zwischen eine innere Bodenfläche des Stößels 41 und den Federsitz 44 geklemmt und wird durch den Federsitz 44 in (–)Z-Achsen-Richtung von 1 gespannt. Die Druckkammer 16 ist bei Betrachtung in (+)Z-Achsen-Richtung in 1 durch eine Stirnfläche des Plungerkolbens 43, die Innenwandfläche des Zylinders 11 und die Stirnfläche des Magnetventils 20 festgelegt.
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Der Betrieb der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 wird nun unter Bezugnahme auf die 1 und 4A bis 4C erläutert, wobei eine Unterteilung in (1) einen Kraftstoffansaugtakt und (2) einen Druckerhöhungs/Kraftstoffausstoß-Takt vorgenommen wird.
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(1) Kraftstoffansaugtakt:
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Bei Drehung der Nockenwelle wird der Pumpennocken 111 gedreht. Nachfolgend bewegt sich der Plungerkolben 43 zusammen mit dem Stößel 41 und dem Federsitz 44 hin- und her. Wenn der Plungerkolben 43 seine Maximalposition bei Betrachtung in (+)Z-Achsen-Richtung erreicht, die sich im oberen Totpunkt befindet, wird die Stromzufuhr zu den Magnetspulen 27 des Magnetventils 20 unterbrochen, die in 4A gezeigt sind. Dann ist das Ventilelement 23 durch die Spannkraft einer nicht gezeigten Druck-Schraubenfeder vom Ventilsitz 21 wegbewegt, wodurch das Magnetventil 20 geöffnet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird durch die Bewegung des Plungerkolbens 43 in (–)Z-Achsen-Richtung gestattet, daß der Kraftstoff mit niedrigem Druck, der aus der Kraftstoffpumpe ausgestoßen wurde, über den Einlaßkanal 12a, den Kraftstoffkanal 13, die Kraftstoffumführung 14 und den Verbindungskanal 26 in die Kraftstoff-Druckkammer 16 strömt. Wenn der Plungerkolben 43 bei Betrachtung in (–)Z-Achsen-Richtung seine Maximalposition erreicht, die der untere Totpunkt ist, strömt die Maximalmenge an Kraftstoff mit niedrigem Druck in die Kraftstoff-Druckkammer 16.
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(2) Druckerhöhungs/Kraftstoffausstoß-Takt:
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Wenn, wie es in 4B gezeigt ist, der Plungerkolben 43 in dem Takt, in dem sich dieser in (+)Z-Achsen-Richtung bewegt, eine Position erreicht, die einer gewünschten Menge an Kraftstoff entspricht, wird den Magnetspulen 27 des Magnetventils 20 über die Betätigung einer elektronischen Steuerungseinheit ein elektrischer Strom zugeführt. Als Ergebnis befindet sich durch die Bewegung in (+)Z-Achsen-Richtung bedingt das Ventilelement 23 mit dem Ventilsitz 21 in Anlage, wie es in 4C gezeigt ist. Und zwar ist das Magnetventil in den geschlossenen Zustand gebracht. Im Anschluß erhöht sich, wenn der Plungerkolben 43 weiter in (+)Z-Achsen-Richtung bewegt wird, das Druckniveau des Kraftstoffs in der Druckkammer 16, so daß der Kraftstoff mit hohem Druck über den Auslaßkanal 15, den Raum, der zwischen dem Ventilsitz 33 und dem Auslaßventilelement 31 ausgebildet ist, und den Auslaßanschluß 34 aus dem Auslaßventil 30 zum nicht gezeigten Common-Rail ausgestoßen wird. Zu diesem Zeitpunkt strömt in einigen Fällen ein Teil des Kraftstoffs mit hohem Druck in der Kraftstoff-Druckkammer 16 in den Gleitabschnitt zwischen dem Plungerkolben 43 und dem Zylinder 11. Der Kraftstoff, der somit hineingeströmt ist, wird im in 1 gezeigten Kraftstoffspeicher 11b gesammelt und über den Rückführkanal 17 zum Einlaßkanal 12a zurückgeführt. Da der Kraftstoffdruck, obwohl dieser niedrig ist, an den Einlaßkanal 12a angelegt wird, tritt es häufig auf, daß der Kraftstoff, der sich im Kraftstoffspeicher 11b gesammelt hat, die Strömung in (–)Z-Achsen-Richtung fortführt. Dieser Kraftstoffteil wird im Kraftstoffspeicher 11c gesammelt, geht durch einen in 3 gezeigten Rückführkanal 51 hindurch und wird anschließend von einem Rückführ-Verbindungsglied 52 zum Kraftstofftank zurückgeführt. Daher wird das Mischen dieses Kraftstoffs mit dem Motorenöl vollständig verhindert. Der Innendruck des Rückführkanals 51 ist gleich dem Atmosphärendruck.
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In diesem ersten Aspekt ist die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 in der Kopfabdeckung 100 untergebracht; außerdem befindet sich das Common-Rail gewöhnlich nahe der Brennkammer des Motors. Daher ist es entsprechend dem ersten Aspekt möglich, die Gesamtlänge der Kraftstoff-Leitungen aus Stahl, die die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10, das Common-Rail und die Brennkammer miteinander verbinden, zu verkürzen. Aus diesem Grund wird das Pulsieren des Kraftstoffs, der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 ausgestoßen wurde, zuvor gedämpft, um den Vorteil zu schaffen, daß das stabile Einspritzen von Kraftstoff aufrechterhalten werden kann.
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Eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem zweiten Aspekt des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung ist in 5 dargestellt.
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Da eine Stößelführung 72 mit einem Zylinder 71 einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 70 einstückig ausgebildet ist und die Befestigung der Stößelführung 72 am Zylinder 71 nicht notwendig ist, kann im zweiten Aspekt verhindert werden, daß die axiale oder radiale Position des Stößels 41 durch Dimensionsfehler an seinem befestigten Abschnitt bedingt abweicht. Aus diesem Grund wird der Kraftstoffansaug/Druckzuführ-Takt des Plungerkolbens 43, der sich zusammen mit dem Stößel 41 hin- und herbewegt, mit hoher Genauigkeit ausgeführt; außerdem ist die Anzahl der Bauteile, die in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 70 verwendet werden, verringert.
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6 stellt eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
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Ein zylindrisches Stützelement 73 einer Hochdruckpumpe 80 setzt sich aus einem Abschnitt 73a mit großem Durchmesser und einem Abschnitt 73b mit geringem Durchmesser zusammen; dieses Stützelement 73 lagert den Plungerkolben 43 in seine Axialrichtung gleitfähig. Ein Niveaudifferenzabschnitt 73c, der zwischen dem Abschnitt 73a mit großem Durchmesser und dem Abschnitt 73b mit geringem Durchmesser vorgesehen ist, wird durch einen Halteabschnitt 91a eines Zylinders 91 gehalten; das Stützelement 73 ist am Zylinder 91 befestigt. Ein Rückführkanal 74 steht mit einem ringförmig ausgebildeten Kraftstoffspeicher 73d in Verbindung und steht ferner über einen Rückführkanal 92 mit dem Einlaßkanal 12a in Verbindung. Ferner steht ein Kraftstoffkanal 75 über einen Auslaßkanal 93 mit dem Auslaßanschluß 34 in Verbindung. Ein ringförmig ausgebildeter Kraftstoffspeicher 73e steht mit einem nicht gezeigten Rückführkanal in Verbindung, wodurch der in diesem enthaltene Kraftstoff von einem ebenfalls nicht gezeigten Rückführverbindungsstück, das mit dem Rückführkanal verbunden ist, anschließend zum Kraftstofftank zurückgeführt wird. Das Stützelement 73 zum Lagern des Plungerkolbens 43 setzt sich aus einem Element zusammen, das von dem des Zylinders 91 getrennt ist, wodurch das Spiel zwischen dem Plungerkolben 43 und dem Stützelement 73 einfach eingestellt werden kann.
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7 stellt eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
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Ein zylindrisches Stützelement 76 einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 94 lagert den Plungerkolben 43 in seine Axialrichtung gleitfähig. Die Außenumfangsfläche eines oberen Abschnitts des Stützelement 76 ist mit einer ringförmigen Nut 77 versehen, in die ein C-förmiges Positionierelement 82 eingepaßt ist. Da die Axiallänge der Nut 77 etwas größer als die Dicke des Positionierelement 82 ist, ist die Axialposition des Positionierelements 82 in der Nut 77 einstellbar. Da der Außendurchmesser des Positionierelements 82 größer als der Durchmesser des Stützelements 76 ist, wird der Außenumfangs-Kantenabschnitt des Positionierelements 82 an einem Halteabschnitt 96 gehalten, der an der Innenwandfläche des Zylinders 95 vorgesehen ist. Ein Rückführkanal 78, der im Stützelement 76 vorgesehen ist, steht mit einem ringförmig ausgebildeten Kraftstoffspeicher 76a in Verbindung und steht gleichzeitig über einen Rückführkanal 97 mit dem Einlaßkanal 12a in Verbindung, während andererseits ein Kraftstoffkanal 79 über einen Auslaßkanal 98 mit dem Auslaßanschluß 34 in Verbindung steht. Ein ringförmig ausgebildeter Kraftstoffspeicher 76b steht mit einem nicht gezeigten Rückführkanal in Verbindung, wodurch der Kraftstoff in diesem anschließend von einem ebenfalls nicht gezeigten Rückführverbindungsstück, das mit dem Rückführkanal verbunden ist, zum Kraftstofftank zurückgeführt wird.
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Das Stützelement 76 wird am Zylinder 95 in der folgenden Weise angebracht: (1) Das Positionierelement 82 wird in die Nut 77 des Stützelements 76 eingepaßt. Dann (2) wird der Zylinder 95 erwärmt und das Stützelement 76 in den Zylinder 95 bis in eine Position eingeführt, in der das Positionierelement 82 am Halteabschnitt 96 des Zylinders 95 gehalten wird, woraufhin eine Außenwandfläche 76c des Stützelements 76 und eine Innenwandfläche 95a des Zylinders 95 eine Schrumpfverbindung miteinander eingehen und aneinander befestigt werden. Die Halteposition des Stützelement 76 kann durch die Axialbewegung des Positionierelements 82 in der Nut 77 eingestellt werden.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel setzt sich das Stützelement 76 zum Lagern des Plungerkolben 43 aus einem Element zusammen, das von dem Element getrennt ist, aus dem der Zylinder ausgebildet ist, wodurch das Spiel zwischen dem Plungerkolben 43 und dem Stützelement 73 einfach eingestellt werden kann. Da die Axialposition des Positionierelements 82 in der Nut 77 einstellbar ist, ist es ferner nicht erforderlich, daß der Halteabschnitt 96 eine hohe axiale Herstellungsgenauigkeit hat; daher wird die Herstellung des Zylinders 95 einfach. Ferner sind bis auf den Fall des ersten Ausführungsbeispiels keine Abschnitte mit großem Durchmesser und mit kleinem Durchmesser in bezug auf das Stützelement 76 vorgesehen; das Stützelement 76 kann jedoch mit einem konstanten Außendurchmesserwert hergestellt werden, so daß seine Herstellung einfach wird. Somit wird eine Verringerung der Herstellungskosten möglich.
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Eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 8 dargestellt.
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Ein Plungerkolben 89 wird durch einen Innenwandfläche 134a eines Zylinders 134 und eine Innenwandfläche 150a einer Kopfabdeckung 150 gelagert, so daß der Plungerkolben hin- und herbeweglich und gleitfähig ist. Eine Stirnfläche des Plungerkolbenkopfes 89a befindet sich mit dem Pumpennocken 111 in Anlage. Eine ringförmige, flache, plattenartige Rückführkammer 151 ist an der Grenze zwischen dem Zylinder 134 und der Kopfabdeckung 150 um den Plungerkolben 89 herum ausgebildet. Die Rückführkammer 151 steht über den Rückführkanal 17 mit dem Einlaßkanal 12a in Verbindung. Eine Kopfabdeckung 150 ist mit einem ringförmigen Kraftstoffspeicher 150b versehen, der wiederum mit einem Rückführkanal 152 in Verbindung steht.
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Der Kraftstoff mit hohem Druck in der Kraftstoff-Druckkammer 16, der in den Gleitabschnitt zwischen dem Zylinder 134 und dem Plungerkolben 89 geströmt ist, wird in der Rückführkammer 151 gesammelt und dann von dieser über den Rückführkanal 17 zum Einlaßkanal 12a zurückgeführt. Ferner wird der Kraftstoff, der von der Rückführkammer 151 in den Gleitabschnitt zwischen der Kopfabdeckung 150 und dem Plungerkolben 89 geströmt ist, im Kraftstoffspeicher 150b gesammelt und dann über den Rückführkanal 152 zum Kraftstofftank zurückgeführt.
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Im dritten Ausführungsbeispiel steht der Rückführkanal. 17 mit der ringförmigen, flachen, plattenartigen Rückführkammer 151 in Verbindung, so daß der Bereich, in dem zwischen diesen Verbindung besteht, breit ist. Aus diesem Grund sind Herstellungsfehler in bezug auf den Rückführkanal 17 in dem Bereich zulässig, in dem der Rückführkanal 17 mit der Rückführkammer 151 in Verbindung stehen kann. Da ein Kraftstoffspeicher 150b, der in der Kopfabdeckung 150 ausgebildet ist, ausreicht, ist ferner die Anzahl an Herstellungsschritten für die Kopfabdeckung 150 verringert.
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In der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 133 des in 8 dargestellten, dritten Ausführungsbeispiels befindet sich der Plungerkolben 89 an einer Position, die dem unteren Totpunkt entspricht; wenn sich der Pumpennocken 111 in die durch R angezeigte Richtung dreht, neigt der Plungerkolben dazu, sich in (+)Z-Achsen-Richtung nach oben zu bewegen. Da der Plungerkolben 89 eine Radialkraft aufnimmt, tritt es zu diesem Zeitpunkt häufig auf, daß eine große Reibungskraft auf den Gleitabschnitt zwischen dem Plungerkolben 89 und der Kopfabdeckung 150 wirkt, die in 8 durch den Pfeil S angezeigt ist. In einigen Fällen tritt daher das Problem auf, daß ein fehlerhaftes Gleiten des Plungerkolbens 89 eintritt oder daß der Plungerkolben 89 oder die Kopfabdeckung 150 Verschleiß unterworfen sind. Ein viertes Ausführungsbeispiel, das als nächstes erläutert wird, wurde zum Zweck der Lösung dieses Problems des dritten Ausführungsbeispiels vorgesehen.
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Eine in 9 dargestellte Hochdruck-Kraftstoffpumpe 135 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde entworfen, um das Problem des dritten Ausführungsbeispiels zu lösen.
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Ein zylindrischer Volumenabschnitt 160a ist an der Innenwandfläche eines Endabschnitts der Kopfabdeckung 160 vorgesehen, der sich an der Seite des Pumpennockens 111 befindet. Der Plungerkolben 89 wird nicht nur durch die Innenwandfläche des Zylinders 136 sondern auch durch Kugeln 161 gelagert, die den Volumenabschnitt 160a füllen, so daß der Plungerkolben 89 eine hin- und hergehende Bewegung beschreiben kann. Als Ergebnis wird, selbst wenn bei Drehung des Pumpennockens 111 eine Radialkraft auf den Plungerkolben 89 wirkt, die nach oben gerichtete Bewegung des Plungerkolbens 89 in (+)Z-Achsen-Richtung gleichmäßig ausgeführt, wodurch die Reibungskraft, die auf den Gleitabschnitt zwischen dem Plungerkolben 89 und der Kopfabdeckung 160 wirkt, stark verringert ist.
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Eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den 10 und 11 dargestellt.
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Ein Plungerkolben 140 ist mit einem ersten Abschnitt 141 mit großem Durchmesser, einem Abschnitt 142 mit kleinem Durchmesser, einem zweiten Abschnitt 143 mit großem Durchmesser und einem Plungerkolbenkopf 144 in dieser Reihenfolge von der Seite der Kraftstoff-Druckkammer 16 aus einstückig versehen. Der Plungerkolbenkopf 144 setzt sich aus einem Kopfabschnitts 144a und einem Schaftabschnitt 144b zusammen. Der Plungerkolbenkopf 144 ist in einen elastischen Federsitz 145 eingepaßt, dessen Stirnfläche sich mit dem Pumpennocken 111 in Anlage befindet.
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Der Federsitz 145 setzt sich aus einem scheibenförmigen Anlageabschnitt 145a, der sich mit dem Pumpennocken 111 in Anlage befindet, und einen Einpaßabschnitt 145b zusammen, in den der Plungerkolbenkopf 144 eingepaßt ist. Der Einpaßabschnitt 145b ist mit einem räumlichen Abschnitt 145c, in dem der Plungerkolbenkopf 144 aufgenommen werden kann, und mit einer Kerbe 145d versehen, in die der Schaftabschnitt 144b eingeführt werden kann.
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Wenn der Plungerkolben 140 von seinem unteren Totpunkt aus durch die Drehung des Pumpennockens 111 in (+)Z-Achsen-Richtung nach oben bewegt wird, wirkt eine Radialkraft auf den Federsitz 145. Da diese Radialkraft durch die Elastizität des Federsitzes 145 aufgenommen wird, ist die Reibungsbeanspruchung, die auf den Gleitabschnitt zwischen dem Zylinder 138 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 137 und dem Plungerkolben 140 wirkt, verringert.
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Obwohl in den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und Aspekten sich auf einen Fall bezogen wurde, bei dem eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe oder mehrere von diesen entsprechend einem spezifischen Ausführungsbeispiel am Motorgehäuse montiert ist/montiert sind, können in der vorliegenden Erfindung eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe oder mehrere von diesen entsprechend einem ihrer Ausführungsbeispiele oder Aspekte am Motorgehäuse montiert werden.
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Die beschriebene Hochdruck-Kraftstoffpumpe weist somit einen Zylinder auf, dessen oberer Teil zum Äußeren der Kopfabdeckung, die Teil des Motorengehäuses ist, freiliegt, und ist mittels nicht gezeigter Bolzen an der Kopfabdeckung befestigt. Der verbleibende Abschnitt der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist in einem Unterbringloch der Kopfabdeckung aufgenommen. Ein Pumpennocken ist an einer Ventil-Nockenwelle zum Antreiben eines Ansaug/Ausstoßventil montiert und treibt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe an. Die Verwendung einer ausschließlichen Welle nur zum Pumpenantrieb, eines Lagerelements für diese und von ähnlichem ist unnötig, was die Verringerung des Anzahl der verwendeten Bauteile ermöglicht. Da das Zeitverhalten, mit dem der unter Druck stehende Kraftstoff ausgestoßen wird, durch die Betätigung eines Magnetventils gesteuert wird, ist ferner die Genauigkeit, mit dem die Kraftstoffeinspritzung gesteuert wird, verbessert.
