DE19526692A1

DE19526692A1 - Fuel injection device for internal combustion engines

Info

Publication number: DE19526692A1
Application number: DE1995126692
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Dr Kirschner; Sandro Dipl Ing Soccol
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1997-01-23
Also published as: GB9613784D0; GB2303411B; JPH0932690A; GB2303411A

Description

State of the art

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen aus der EP-0 261 156 bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung dieser Art ist ein Pumpen kolben in einer Zylinderbohrung einer Zylinderbüchse axial geführt und wird von einem Nockenantrieb hin- und hergehend angetrieben. Der Pumpenkolben begrenzt dabei mit seiner dem Nockenantrieb abgewandten Stirnfläche einen Pumpenarbeits raum in der Zylinderbüchse und weist auf seiner Mantelfläche zwei einander diametral gegenüberliegend angeordnete Steu erausnehmungen auf, die über eine Querbohrung mit einer in den Pumpenarbeitsraum mündenden axialen Sackbohrung verbun den sind. Die Steuerausnehmungen sind dabei als Schrägnuten ausgebildet, die mit einem axial verschiebbar auf dem Pum penkolben angeordneten Ringschieber zum Zweck der Steuerung der Hochdruckförderung im Pumpenarbeitsraum zusammenwirken. Dazu weist der Ringschieber eine axiale Kolbenbohrung und eine diese schneidende radiale Absteuerbohrung auf, die mit den Schrägnuten des Pumpenkolbens zusammenwirkt und über die bei dessen Überfahren über die Schrägnuten im Verlauf des Förderhubs des Pumpenkolbens der unter hohem Druck stehende Kraftstoff im Pumpenarbeitsraum zur Beendigung der Hoch druckförderung in einen den Ringschieber umgebenden Nieder druckraum druckentlastet wird.The invention is based on a fuel injection device for internal combustion engines according to the preamble of the patent claim 1 off. In such a known from EP-0 261 156 This type of fuel injector is a pump piston axially in a cylinder bore of a cylinder liner guided and is reciprocated by a cam drive driven. The pump piston limits with that Cam face facing away from a pump work space in the cylinder liner and points on its outer surface two diametrically opposed tax recesses on a cross hole with a in the axial blind bore opening into the pump work space they are. The control recesses are oblique grooves formed with an axially displaceable on the pump piston-mounted ring slide valve for the purpose of control the high pressure delivery in the pump workspace. For this purpose, the ring slide has an axial piston bore and a radial cut-off hole that intersects with the the oblique grooves of the pump piston cooperate and over the when driving over the oblique grooves in the course of Pump piston delivery stroke under high pressure Fuel in the pump workspace to end the high pressure delivery in a low surrounding the ring valve pressure chamber is relieved of pressure.

Der in der Zylinderbohrung gebildete Pumpenarbeitsraum wird auf seiner dem Pumpenkolben abgewandten Seite von einem in die Zylinderbüchse eingesetzten und gegen diese verspannten Druckventilverband begrenzt, an den sich andererseits eine Einspritzleitung zum in die zu versorgende Brennkraftma schine ragenden Einspritzventil anschließt.The pump work space formed in the cylinder bore becomes on its side facing away from the pump piston from an in the cylinder liner inserted and braced against this Pressure valve group limited, on the other hand, a Injection line to the internal combustion engine to be supplied connecting injection valve.

Dabei weist die bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung je doch den Nachteil auf, daß der hohe Einspritzdruck während der Hochdruckförderphase über die Steuerausnehmungen am Pum penkolben ungleichmäßig auf die Wandfläche der Kolbenbohrung des Ringschiebers übertragen wird. Diese ungleichmäßige Druckbeaufschlagung an der Wandfläche der Kolbenbohrung des Ringschiebers führt zu einer Aufweitung des Kolbenbohrungs durchmessers im senkrecht zu den Absteuerbohrungen liegenden Bereich und in Folge zu einer Durchmesserverringerung der Kolbenbohrung im Bereich oberhalb der Absteuerbohrungen. Es entsteht ein in etwa oval er Querschnitt der Kolbenbohrung im oberen, dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Ende des Ring schiebers, wobei die Ausdehnung der Engstelle in Umfangs richtung insbesondere durch die Form der Kolbensteuerausneh mung (Schrägnut) und die Außenkontur des Ringschiebers be stimmt wird.The known fuel injection device each has but the disadvantage that the high injection pressure during the high-pressure delivery phase via the control recesses on the pump piston unevenly on the wall surface of the piston bore of the ring slide is transmitted. This uneven Pressurization on the wall surface of the piston bore of the Ring slide leads to an expansion of the piston bore diameter perpendicular to the pilot bores Area and consequently to a reduction in diameter Piston bore in the area above the pilot bores. It creates an approximately oval cross section of the piston bore in the upper end of the ring facing the pump work space slider, the extent of the constriction in scope direction in particular through the shape of the piston control recess tion (oblique groove) and the outer contour of the ring slide is true.

Der eingeschnürte Bereich der Kolbenbohrung des Ringschie bers verursacht nunmehr während des Betriebs der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine erhöhte Flächenpressung zwischen der Mantelfläche des Pumpenkolbens und der Wand der Kolbenbohrung im Ringschieber, die sich zudem auf einen kleinen lokalen Bereich beschränkt, so daß es zu einem Ab reißen des Schmierfilmes zwischen dem Pumpenkolben und der Kolbenbohrung kommen kann, was einen erhöhten Reibungsver schleiß (Fressen) zur Folge hat. Dieser erhöhte Reibungsver schleiß verringert dabei die Lebensdauer der Kraftstoffein spritzeinrichtung erheblich und kann bis zu einem Totalaus fall der Einspritzeinrichtung führen.The constricted area of the ring bore piston bore bers now caused during the operation of the known Fuel injection device an increased surface pressure between the outer surface of the pump piston and the wall of the Piston bore in the ring slide, which also relates to a small local area, making it an ab tear the lubricating film between the pump piston and the Piston bore can come, which is an increased Reibverver wear (eating). This increased friction ver Wear reduces the service life of the fuel spraying device considerably and can go up to a total in the case of the injection device.

Dabei tritt der beschriebene Effekt des zunehmenden Reibver schleißes insbesondere bei mit sehr hohen Einspritzdrücken (über 1000 bar) arbeitenden Kraftstoffeinspritzeinrichtungen auf, so daß diese den hohen Anforderungen dort nicht mehr genügen können.The described effect of increasing friction occurs wear especially with very high injection pressures (over 1000 bar) working fuel injection devices on, so that these no longer meet the high demands there can suffice.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demge genüber den Vorteil, daß durch die Anordnung einer Quer schnittsvergrößerung (Vorweite) im Bereich der Einschnürung, d. h. am oberen, dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Ende der Kolbenbohrung im Ringschieber ein Abreißen des Schmierfilms infolge einer erhöhten Flächenpressung zwischen Pumpenkolben und Ringschieber sicher vermieden werden kann.The fuel injection device according to the invention with the characteristic features of claim 1 has demge compared to the advantage that by arranging a cross Enlargement of the section (forerunner) in the area of the necking d. H. at the upper end of the Piston bore in the ring slide a tear off of the lubricating film due to an increased surface pressure between pump pistons and ring slide can be safely avoided.

Dabei wird der Einschnürung bzw. Durchmesserreduzierung der Kolbenbohrung wirksam entgegengewirkt, in dem der gefährdete Bereich durch die Querschnittsvergrößerung derart im Durch messer erweitert wird, daß selbst bei einer Verformung des Ringschiebers unter der hohen Druckbelastung an der Kolben bohrungswand keine Einschnürung entsteht, sondern die Ver formung der Kolbenbohrungswand lediglich das Maß der Vorwei te überlagert. Dabei stellt sich unter der hohen Druckbean spruchung der Innenwand des Ringschiebers ein gleichmäßiger Durchmesserverlauf ohne Einschnürung über die Ringschieber höhe ein. Auf diese Weise läßt sich die Gefahr eines Abrei ßens des Schmierfilmes zwischen Ringschieber und Kolben bzw. eines erhöhten Reibverschleißes erheblich reduzieren. Dabei ist die Querschnittsvergrößerung vorzugsweise konisch ausgebildet, wobei sich der Durchmesser der Kolbenbohrung im Ringschieber vorzugsweise von der Achse der Absteuerbohrun gen aus axial in Richtung der pumpenarbeitsraumzugewandten Stirnfläche des Ringschiebers um ein Maß bis etwa 20 µm vergrößert.The constriction or diameter reduction of the Piston bore effectively counteracted in which the endangered Area through the cross-sectional enlargement in such a way knife is expanded that even if the Ring slide under the high pressure load on the piston bore wall no constriction arises, but the ver Formation of the piston bore wall only the measure of the Vorwei te overlaid. It turns out under the high pressure bean stress on the inner wall of the ring slide is even Diameter course without constriction via the ring slide height one. In this way, there is a risk of tearing the lubricating film between the ring slide and piston or significantly reduce increased wear. The cross-sectional enlargement is preferably conical formed, the diameter of the piston bore in Ring slide preferably from the axis of the Absteuerbohrun axially towards the pump work area End face of the ring slide by up to about 20 µm enlarged.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen standes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the counter State of the invention are the description, the drawing and the patent claims.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffein spritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen ist in der Zeich nung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the fuel according to the invention spraying device for internal combustion engines is in the drawing voltage and is shown in the following description explained in more detail.

Es zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine den Pum penkolben und den Ringschieber aufnehmende Zylinderbüchse, die Fig. 2 eine Abwicklung der Mantelfläche des Pumpenkol bens im Bereich der Steuerausnehmungen und die Fig. 3 und 4 jeweils einen axialen Schnitt durch den Ringschieber in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Ebenen.There, Figs. 1 penkolben a longitudinal section through a the Pum and the annular slide receiving cylinder liner, Fig. 2 is a development of the lateral surface of the Pumpenkol bens in the control recesses and Figs. 3 and 4 are an axial section through the annular slide in two planes perpendicular to each other.

Description of the embodiment

Bei dem in der Fig. 1 nur mit den erfindungswesentlichen Bauteilen dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist ein Pumpenkolben 1 in bekannter Weise in einer Zylinderbohrung 3 einer, in ein nicht dargestelltes Gehäuse eingesetzten Zylinderbüchse 5 axial geführt. Der Pumpenkolben 1 wird dabei in bekannter Weise von einem ebenfalls nicht näher dargestellten Nocken antrieb axial hin- und hergehend angetrieben und begrenzt mit seiner dem Nockenantrieb abgewandten Stirnfläche 7 einen Pumpenarbeitsraum 9 in der Zylinderbohrung 3, an den sich andererseits eine Einspritzleitung zur zu versorgenden Brennkraftmaschine anschließt. Der Pumpenkolben 1 weist auf seiner Mantelfläche zwei diametral gegenüberliegende Steuer ausnehmungen in Form von Schrägnuten 11 auf, die über eine Radialbohrung 13 und eine diese schneidende, von der Stirn fläche 7 ausgehende Sackbohrung 15 im Pumpenkolben 1 ständig mit dem Pumpenarbeitsraum 9 verbunden sind.In the embodiment of the fuel injection device according to the invention shown in FIG. 1 only with the components essential to the invention, a pump piston 1 is axially guided in a known manner in a cylinder bore 3 of a cylinder sleeve 5 inserted into a housing (not shown). The pump piston 1 is driven in a known manner axially back and forth by a cam drive, also not shown, and delimits with its end face 7 facing away from the cam drive a pump work chamber 9 in the cylinder bore 3 , to which an injection line to the internal combustion engine to be supplied is connected . The pump piston 1 has on its outer surface two diametrically opposed control recesses in the form of oblique grooves 11 , which are constantly connected via a radial bore 13 and this intersecting, from the end face 7 outgoing blind bore 15 in the pump piston 1 with the pump working space 9 .

Mit diesen Schrägnuten 11 wirkt zum Zweck der Steuerung der Kraftstoffhochdruckförderung ein mittels eines nicht darge stellten Verstellmechanismus axial auf dem Pumpenkolben 1 verschiebbarer Ringschieber 17 zusammen, der eine als Ab steueröffnung dienende radiale Absteuerbohrung 19 (siehe Fig. 2) aufweist, die eine den Pumpenkolben 1 aufnehmende axiale Kolbenbohrung 20 im Ringschieber 17 senkrecht schnei det. Die untere, dem Pumpenarbeitsraum 9 abgewandte Kante des Ringschiebers 17 bildet eine mit den Schrägnuten 11 zu sammenwirkende Steuerkante 21.These oblique grooves 11 acts for the purpose of controlling the fuel high-pressure delivery a means of a non Darge adjustment mechanism set axially on the pump plunger 1 sliding sleeve valve 17, 19 (see Fig. 2) has a control opening as Ab serving radial spill port, a pump piston 1 Receiving axial piston bore 20 in the ring slide 17 vertically cut. The lower edge of the ring slide 17 facing away from the pump working space 9 forms a control edge 21 to be cooperated with the oblique grooves 11 .

Der Ringschieber 17 ist in einem durch eine Ausnehmung in der Zylinderbüchse 5 gebildeten Niederdruckraum 23 angeord net, der über eine nicht dargestellte Kraftstoffleitung ständig mit Kraftstoff gefüllt ist.The ring slide 17 is in a low pressure chamber 23 formed by a recess in the cylinder liner 5 angeord net, which is constantly filled with fuel via a fuel line, not shown.

In der Fig. 2 ist zur besseren Darstellung eine Abwicklung der Mantelfläche des Pumpenkolbens 1 im Bereich der Schräg nuten 11 gezeigt. Dabei sind zudem am unteren, dem Pumpenar beitsraum 9 abgewandten Ende der Schrägnuten 11 Querbohrun gen 25 zur Steuerung des Förderbeginns der Hochdruckförde rung angeordnet. Die Absteuerbohrungen 19 des Ringschiebers 17 sind gestrichelt dargestellt, um deren Lage zu den Schrägnuten 11 zu zeigen.In Fig. 2, a development of the outer surface of the pump piston 1 in the region of the oblique grooves 11 is shown for better illustration. In this case, 11 Querbohrun gene 25 are also arranged at the lower end of the bevel chamber, which is facing away from the pump chamber 9 , for controlling the start of delivery of the high-pressure promotion. The pilot bores 19 of the ring slide 17 are shown in dashed lines to show their position relative to the oblique grooves 11 .

Um dem bereits in der Beschreibungseinleitung genauer be schriebenen Effekt einer Einschnürung der Kolbenbohrung 20 des Ringschiebers 17 an dessen oberen, dem Pumpenarbeitsraum 9 zugewandten Ende infolge der hohen einseitigen Druckbeauf schlagung auf die Wandfläche der Kolbenbohrung 20 entgegen zuwirken, weist die Kolbenbohrung 20 (gestrichelte Linie) des Ringschiebers 17 wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt eine Querschnittserweiterung 27 an ihrem oberen, dem Pumpenar beitsraum 9 zugewandten Ende auf. In order to counteract the effect of a constriction of the piston bore 20 of the ring slide 17 at its upper end facing the pump working chamber 9 due to the high one-sided pressurization on the wall surface of the piston bore 20 , the piston bore 20 has (dashed line) the ring slide 17 as shown in FIGS. 3 and 4, a cross-sectional widening 27 at its upper end facing the pump chamber 9 .

Diese Querschnittserweiterung 27 erstreckt sich im Ausfüh rungsbeispiel von der Achse der Absteuerbohrung 19 bis an die obere Stirnfläche 29, wobei sich der Durchmesser der Kolbenbohrung 20 konisch in Richtung Stirnfläche 29 über den gesamten Umfang um bis zu 20 µm vergrößert.This cross-sectional widening 27 extends exporting approximately example of the axis of the spill port 19 to the upper end face 29, wherein the diameter of the piston bore 20 to enlarge conically in the direction of the end surface 29 over the entire circumference up to 20 microns.

Diese Querschnittserweiterung 27 (Vorweite) am oberen Ende der Kolbenbohrung 20 des Ringschiebers 17 bewirkt dabei, daß die als durchgezogene Linie dargestellte Verformung der Kolbenbohrung 20 infolge der hohen Kraftstoffdruckbeauf schlagung, an der Wandfläche nicht zu einer lokalen Ein schnürung führt.This cross-sectional widening 27 (advance) at the upper end of the piston bore 20 of the ring slide 17 causes the deformation of the piston bore 20 shown as a solid line due to the high fuel pressure loading, does not lead to a local constriction on the wall surface.

Dabei ist den verschiedenen Schnittdarstellungen der Fig. 3 und 4 entnehmbar, daß die radiale Aufweitung der Kolben bohrung 20 senkrecht zu den Absteuerbohrungen 19 größer ist als in der Axialebene der Absteuerbohrungen 19. Das Maß der Querschnittserweiterung 27 muß daher so gewählt werden, daß die maximale lokale Durchmesserverringerung im Bereich der Absteuerbohrungen 19 nur so groß ist, daß keine wirksame Durchmesserverringerung bzw. Einschnürung der Kolbenbohrung 20 eintritt, die ein Abreißen des Schmierfilmes bewirken könnte.In this case, 3 and 4, the various cross-sectional views of FIG. Inferred that the radial expansion of the piston bore 20 to the spill ports 19 is vertically higher than in the axial plane of the spill ports 19. The dimension of the cross-sectional widening 27 must therefore be chosen such that the maximum local diameter reduction in the area of the control bores 19 is only so large that there is no effective diameter reduction or constriction of the piston bore 20 , which could cause the lubricating film to tear off.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung arbeitet in folgender Weise.The fuel injection device according to the invention works in the following way.

Der Pumpenarbeitsraum 9 wird zunächst während des Saughubs des Pumpenkolbens 1 über die Schrägnuten 11, die Radialboh rung 13 und die Sackbohrung 15 mit Kraftstoff aus dem Nie derdruckraum 23 befüllt. Beim anschließenden Förderhub des Pumpenkolbens 1 strömt zunächst ein Teil des Kraftstoffes aus dem Pumpenarbeitsraum 9 in den Niederdruckraum 23 zu rück, bis die Schrägnuten 11 und die Querbohrungen 25 voll ständig in den Ringschieber 17 eingetaucht bzw. von der un teren Steuerkante 21 am Ringschieber 17 überfahren sind und von diesem verschlossen werden, so daß sich nun beim weite ren Förderhub ein Kraftstoffhochdruck im Pumpenarbeitsraum 9 aufbaut, der sich nach Erreichen eines bestimmten Einspritz druckes in die Einspritzleitung zum Einspritzventil fort setzt und an diesem die Kraftstoffeinspritzung in den Brenn raum der Brennkraftmaschine auslöst. Die Hochdruckeinsprit zung wird durch das Überfahren der Schrägnuten 11 über die Absteuerbohrung 19 im Ringschieber 17 beendet (siehe Fig. 2), wobei sich der unter hohem Druck stehende Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 9 nun über die Sackbohrung 15, die Ra dialbohrung 13, die Schrägnuten 11 und die Absteuerbohrung 19 in den Niederdruckraum 23 entspannt. Dabei sinkt der Druck im Pumpenarbeitsraum 9 unter den Einspritzdruck wo durch das Einspritzventil schließt, so daß die Einspritzung beendet ist. Der Zeitpunkt des Beginns der Hochdruckförde rung ist dabei in bekannter Weise über die Hublage des Ring schiebers 17, der Zeitpunkt des Förderendes über die Ver drehlage des Pumpenkolbens 1 bzw. die relative Lage der Schrägnuten 11 zur Absteuerbohrung 19 steuerbar.The pump work chamber 9 is first during the suction stroke of the pump piston 1 via the oblique grooves 11 , the Radialboh tion 13 and the blind bore 15 with fuel from the never derdruckraum 23 filled. During the subsequent delivery stroke of the pump piston 1 , part of the fuel initially flows from the pump work chamber 9 back into the low-pressure chamber 23 until the oblique grooves 11 and the transverse bores 25 are fully immersed in the ring slide 17 or run over by the lower control edge 21 on the ring slide 17 are and are closed by this, so that now a high fuel pressure builds up in the pump work chamber 9 during the wide delivery stroke, which continues after reaching a certain injection pressure in the injection line to the injection valve and on this triggers the fuel injection into the combustion chamber of the internal combustion engine. The high pressure injection is ended by driving over the oblique grooves 11 via the pilot bore 19 in the ring slide valve 17 (see FIG. 2), the fuel under high pressure from the pump working chamber 9 now via the blind bore 15 , the Ra dial bore 13 , the oblique grooves 11 and the control bore 19 relaxed in the low pressure chamber 23 . The pressure in the pump work chamber 9 drops below the injection pressure where it closes through the injection valve, so that the injection is ended. The time of the beginning of the high-pressure promotion tion is in a known manner on the stroke position of the ring slide 17 , the time of the end of delivery on the United rotational position of the pump piston 1 or the relative position of the oblique grooves 11 to the control bore 19 controllable.

Claims

1. Fuel injection device for internal combustion engines with a in a cylinder bore ( 3 ) of a cylinder liner ( 5 ) axially guided by a cam drive back and forth driven pump piston ( 1 ), with its one end face ( 7 ) a pump work chamber ( 9 ) in the cylinder bore (3) encloses and we on its lateral surface nigstens means connected to the pump working space (9) CON erausnehmung (11) and having disposed within a formed by a recess in the cylinder liner (5), fuel-filled low-pressure space (23) ring spool ( 17 ) which is axially displaceable (1) on the pump piston by means of an axial piston bore ( 20 ) and which has radial control bores ( 19 ) in its outer surface, characterized in that the piston bore ( 20 ) provided in the ring slide ( 17 ) at its upper end facing the pump work chamber ( 9 ) a cross-sectional extension ( 27 ) having.

2. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the cross-sectional widening ( 27 ) of the piston bore ( 20 ) in the ring slide ( 17 ) over their entire diameter from the axis of the radial Absteuerboh stanchions ( 19 ) starting in the axial direction to the upper , The pump working space facing end face ( 29 ) of the ring slide ( 17 ) extends.

3. Fuel injection device according to claim 2, characterized in that the cross-sectional widening ( 27 ) of the piston bore ( 20 ) is designed as a cone whose cross-section in the direction of the upper end face ( 29 ) of the ring slide ( 17 ) increases uniformly.

4. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the diameter of the piston bore ( 20 ) in the ring slide ( 17 ) in the region of the cross-sectional enlargement ( 27 ) increases by a maximum of 20 µm.