DE19542952A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Durch die DE-C-24 49 332 ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe der gattungsgemäßen Art bekannt, die einen Pumpenkolben aufweist, der in der Gehäusebohrung hin- und hergehend angetrieben ist und zugleich auch rotierend angetrieben wird und dabei mit seiner Verteileröffnung als Verteiler dient. Bei dieser bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe ist etwa der Verteileröffnung gegenüber liegend eine weitere Längsnut an der Mantelfläche des Pumpenkolbens angeordnet, die in ständiger Verbindung mit dem unter Hochdruck der Verteileröffnung zugeführten Kraftstoffs steht. Mit einer solchen Ausgestaltung wird etwa diametral der Verteileröffnung gegenüber liegend eine Druckbeaufschlagung zwischen Pumpenkolben und Gehäusebohrung erzielt derart, daß der Pumpenkolben gleichmäßig durch die Druckkräfte belastet ist und die Neigung zum Fressen des Kolbens innerhalb der Gehäusebohrung vermindert wird. Diese zusätzliche Nut kommt regelmäßig mit nicht an der Einspritzung teilnehmenden Einspritzleitungen in Verbindung und führt mit einer zugleich durch die Verteileröffnung geöffneten Einspritzleitung einen Druckausgleich zwischen diesen Leitungen in einer Saugphase des Pumpenkolbens durch.

Diese Ausgestaltung hat den Nachteil, daß trotz einem Kräfteausgleich der am Pumpenkolben erzielt wird, durch die großflächigen Nuten in der Mantelfläche des Verteilers bzw. Pumpenkolbens eine Unterbrechung des Schmierölfilmes statt findet, der den Pumpenkolben bei seiner Drehung in der Gehäusebohrung Kraftstoffeinspritzpumpe tragen soll.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, daß die wenigstens eine Druckausgleichsfläche in Bereichen wirksam wird, in denen die Wand der Gehäusebohrung ununterbrochen ist. In diesen Bereichen kann sich somit ein Schmierfilm kontinuierlich aufbauen unter Bildung eines Schmierkeils mit besten Trageigenschaften. Die jeweils vorgesehene Druckausgleichsöffnung führt dabei ausreichend Kraftstoff in den Spalt zwischen der Mantelfläche des bewegten Teiles und der Innenwand der Gehäusebohrung und baut dort ein Druckfeld auf, ähnlich dem in der Nachbarschaft der Austrittsöffnung, auf der im wesentlichen gegenüberliegenden Seite der Mantelfläche. Das so entstandene Druckfeld verhindert somit einen direkten Kontakt zwischen dem bewegten Teil und der Wandung der Gehäusebohrung, da die Mantelfläche des bewegten Teiles nun gleichmäßig von Kräften beaufschlagt ist, gleichmäßig von Druckkraftstoff zur Schmierung des bewegten Teiles in der Gehäusebohrung versorgt wird und aus diesen Gründen auch der Lagerspalt zwischen der Mantelfläche des bewegten Teiles und der Wand der Gehäusebohrung über den Umfang gesehen in konstanter Stärke eingehalten werden kann. Dies führt insgesamt zu einer höheren Hochdruckfestigkeit und einer höheren Belastbarkeit der Kraftstoffeinspritzpumpe im Hinblick auf die Höhe der von dieser zu erzeugenden Einspritzeindrücke. Die Verwirklichbarkeit von solch hohen Einspritzdrücken führt in der Folge auch zu einer Optimierung der Einspritzung derart, daß die Emissionswerte der zugehörigen Brennkraftmaschine verringert werden. Die Optimierung der Lagerung gestattet es letztendlich, auch zum Fressen neigende Werkstoffpaarungen, die andererseits jedoch andere Vorteile aufweisen, zu verwenden, da die optimale Schmierung diese Schadensfälligkeit vermeidet.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Lösung wiedergegeben. So stellt die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 eine vorteilhafte Anwendung bei einer Verteilerkraftstoffeinspritzpumpe mit einem rotierenden Verteiler als bewegliches Teil dar. Zur Besserung der gleichmäßigen Belastung des bewegten Teiles bzw. des Verteilers sind vorteilhafte mehrere Druckausgleichsflächen vorgesehen, die insbesondere auf der den Antrieb des Verteilers und der Pumpenkolben abgewandten Seite desselben vorgesehen werden. Hierdurch reduzieren sich die Auswirkungen von durch den Antrieb auf den Verteiler übertragenen Kippmomenten.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Zeichnung ist eine Kraftstoffverteilereinspritzpumpe der Radialkolbenpumpenbauart im Teilschnitt dargestellt. In einem Gehäuse 1 in dieser Kraftstoffeinspritzpumpe ist eine Gehäusebohrung 2 in Form einer Sackbohrung bzw. einer einseitig geschlossenen Bohrung eingebracht, in der ein in Form eines Verteilers 3 ausgebildetes Teil bewegbar, hier drehbar, gelagert ist. An seinem aus der Gehäusebohrung 2 herausragenden Ende weist der Verteiler 3 einen Bund 4 auf, in dem radial zur Längsachse des Verteilers 3 Zylinderbohrungen 5 eingebracht sind, in denen Pumpenkolben geführt sind, die im innen liegenden Teil der Zylinderbohrungen einen gemeinsamen, als Hochdruckquelle dienender Pumpenarbeitsraum, der hier nicht weiter gezeigt ist, einschließen. Die Pumpenkolben werden dabei dicht gleitend durch hier nicht weiter gezeigte, an sich bekannte Nockenmittel hin- und hergehend angetrieben, z. B. mittels einer ringförmigen Nockenbahn, auf denen mit den Pumpenkolben jeweils verbundene Rollenschuhe gleiten. Der Nockenring in diesem Falle ist als feststehender Nockenring ausgebildet, während der nicht weiter gezeigte Antrieb des Verteilers zugleich über die Drehbewegung des Verteilers die Relativbewegung der Rollenschuhe entlang der Nockenbahn bewirkt und somit dem Antrieb der Pumpenkolben dient. Beim Einwärtshub der Pumpenkolben wird im Pumpenarbeitsraum ein Kraftstoffdruck in Höhe des Kraftstoffeinspritzdruckes erzeugt. Der Kraftstoff wird aus dem Pumpenarbeitsraum über eine Druckleitung 7 im Verteiler 3 zu einer Austrittsöffnung in Form einer Verteileröffnung 8 an der Mantelfläche 9 des Verteilers geleitet. Im Bereich der Mündung der Verteileröffnung in der Mantelfläche sind in dem Gehäuse 1 von der Gehäusebohrung 2 abführende Einspritzleitungen 11 vorgesehen, die jeweils zu einem nicht weiter gezeigten Kraftstoffeinspritzventil führen, um dort den auf Hochdruck gebrachten Kraftstoff zur Einspritzung bei der Brennkraftmaschine zu bringen. Der hohe Kraftstoffeinspritzdruck steht dabei an der Verteileröffnung 8 pro Zuordnung zu der jeweiligen Kraftstoffeinspritzleitung 11 nur so lange an, solange ein Einspritzzeitpunkt und Einspritzmenge steuerndes Magnetventil, von dem hier nur das Ventilglied 15 gezeigt ist, geschlossen ist. Über dieses Magnetventil besteht eine Verbindungsleitung 16 von der Verteileröffnung 8 zu einem Entlastungsraum. Bei geöffnetem Ventil wird somit der von dem Pumpenkolben 6 verdrängte Kraftstoff mehr oder weniger drucklos, jedenfalls unterhalb des Kraftstoffeinspritzdruckes in den Entlastungsraum gefördert. Verteilerkraftstoffeinspritzpumpen dieser Bauart sind z. B. durch die DE-A1-43 39 948 bekannt. Durch die Einseitigkeit der Lage der Verteileröffnung an der Mantelfläche 9 des Verteilers 3 einerseits und eine gewollte sehr genaue Passung zwischen Verteilerdurchmesser und Durchmesser der Gehäusebohrung 2 zur Erzielung einer hohen Hochdruckfestigkeit ergibt sich der Nachteil, daß der rotierend angetriebene Verteiler im Grenzfall nicht mehr ausreichend mit Kraftstoff innerhalb der Gehäusebohrung 2 versorgt und geschmiert wird. Dieser Kraftstoff tritt als Leckkraftstoff in den Spalt zwischen Mantelfläche 9 und Gehäusebohrung 2 ein. Bei hohen Flächenpressungen kann sich dann im Grenzfall kein ausreichender Schmierkeil zwischen den zueinander bewegten Teilen ausbilden. In der Zeichnung ist im Bereich des Austritts der Verteileröffnung 8 ein Druckfeld 17 symbolisch dargestellt.

Zur Lösung des vorbeschriebenen Problems wird nun auf der Mantelfläche des Verteilers eine zusätzliche Druckfläche 19 vorgesehen. Dies wird dadurch verwirklicht, daß mit der Druckleitung 7 ständig verbundene Bohrungen 21 und 22 in den Verteiler eingebracht sind, die an der Druckfläche 19 ihre Mündung haben. Vorteilhaft gehen diese Bohrungen 21 und 22 von einem Druckraum 24 aus, in den die Verbindungsleitung 16 stromaufwärts des Magnetventilglieds 15 mündet. Mit dieser Ausgestaltung wird im Bereich der Druckfläche 19 jeweils ein Gegendruckfeld aufgebaut, das im wesentlichen diametral gegenüber dem Druckfeld 17 liegt, das der Verteileröffnung zugeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Bohrungen 21 und 22 vorgesehen, die bezogen auf die Radialebene, in der die Verteileröffnung 8 an der Mantelfläche austritt, zueinander symmetrisch liegen. Wesentlich ist dabei, daß die Bohrungen 21 und 22 jeweils in einem Bereich der Mantelfläche des Verteilers bzw. der Innenwand der Gehäusebohrung 2 austreten, in dem die Gehäusebohrung im gesamten überdeckungsbereich mit den Austritten der Bohrungen 21 ununterbrochen bleibt. Auf diese Weise wird dem Druckfeld 17 jeweils ein symmetrisch dazu diametral gegenüberliegend angeordnete Gegendruckfelder entgegengesetzt, so daß der Verteiler gleichmäßig und in wesentlichen Momenten frei durch diese Druckfelder lastet wird. Es kann sich dabei eine optimale Zentrierung des Verteilers in der Gehäusebohrung einstellen und es wird ein gleichbleibender Schmierfilm zwischen Mantelfläche und Gehäusebohrung eingehalten. Durch die Bohrungen 21 und 22 wird dabei eine optimale Versorgung des Spalts zwischen der Mantelfläche 9 des Verteilers und der Gehäusebohrung 2 mit schmierendem Kraftstoff erzielt.

Statt der hier gezeigten Anordnung, bei der die Verteileröffnung 8 und Druckflächen 19 in einer gemeinsamen Längsebene durch die Achse des Verteilers liegen, kann natürlich auch eine solche Anordnung mit nur einer Bohrung vorgesehen werden, falls die Belastungsverhältnisse es gestatten. Der Austritt dieser einen Bohrung wird dann möglichst nahe axial angrenzend an die Radialebene des Austritts der Verteileröffnung liegen. In weiterer Abwandlung ist es auch möglich, ergänzend zu der Ausgestaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel oder auch als Ersatz dafür mehrere am Umfang in einer Radialebene verteilte Bohrungen vorzusehen, um eine gleichmäßige Kraft- und Druckbeaufschlagung des Verteilers, insbesondere in der Hochdruckförderphase der Pumpenkolben zu erzielen. Durch Auswahl von Zahl der Austrittsbohrungen und Austrittsfläche dieser Bohrungen kann hier eine optimierende Anpassung der Kräftebilanz, die auf den Verteiler wirkt, vorgenommen werden.

Eine weitere Wirkung dieser verbesserten Lagerung besteht darin, daß die Leckverluste gesenkt werden bzw. die Hochdruckdichtigkeit erhöht wird. Damit eignet sich die somit verbesserte Kraftstoffeinspritzpumpe zur Bildung höherer Kraftstoffeinspritzdrücke, was letztendlich eine verbesserte Einspritzung mit Senkung von Emissionswerten und einer geringerer Umweltbelastung zur Folge hat. Auch zum Fressen neigenden Werkstoffpaarungen sind mit dieser Ausgestaltung weniger schadensgefährdet.

Es wurde hier am Beispiel einer Radialkolbenverteilerpumpe die verbesserte Lagerung eines rotierenden Teils, dem Verteiler, dargestellt. Die hier vorgesehenen Maßnahmen können aber genauso gut bei anders ausgestalteten Kraftstoffeinspritzpumpen, wie z. B. Kraftstoffeinspritzpumpen mit hin- und hergehendem Kolben oder Kraftstoffeinspritzpumpen mit hin- und hergehenden und zugleich rotierend angetriebenen Kolben verwirklicht werden. Auch bei solchen bewegten Teilen lassen sich bessere Lagerungseigenschaften des bewegten Teiles erzielen.

Claims (5)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Gehäusebohrung (2) gelagerten bewegten Teil (3), das an seiner Mantelfläche (9) eine Austrittsöffnung (8) aufweist, die von einer Hochdruckquelle mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Mantelfläche (9) des Teiles (3) wenigstens eine mit der Hochdruckquelle verbundene Druckausgleichsfläche (19) vorgesehen ist, die auf der der Austrittsöffnung (8) abgewandten Seite der Mantelfläche (9) des Teils (3) angeordnet ist und im Laufe der Bewegung des Teils (3) ständig von der Innenwand der Gehäusebohrung (2) abgedeckt bleibt.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil ein rotierend angetriebener Verteiler (3) ist, mit einer Verteileröffnung (8) als Austrittsöffnung, die periodisch mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird und im Laufe der Drehung des Verteilers (3) nach einander mit verschiedenen am Umfang des Verteilers (3) in die Gehäusebohrung (2) mündenden Einspritzleitungen (11) in Verbindung kommt zur Weiterleitung des unter Hochdruck zur Verteileröffnung (8) geförderten Kraftstoffs zu jeweils einem Einspritzventil.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Druckausgleichsfläche (19) von dem Austritt einer Bohrung (21, 22) im Verteiler (3) gebildet wird, die mit einer von der Hochdruckquelle zur Austrittsöffnung führenden Bohrung (7) verbunden ist.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bohrungen zur Bildung von mehreren Druckausgleichsfläche (19) vorgesehen sind, die insbesondere im Bereich der dem Antrieb des Verteilers (3) abgewandten Seite des Verteilers im Bereich des Inneren der Gehäusebohrung (2) angeordnet sind.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Bohrungen (21, 22) in einer mit der Verteileröffnung (8) gemeinsamen Axialebene durch die Achse des Verteilers liegen und dabei insbesondere symmetrisch zu einer durch die Verteileröffnung (8) gehenden Radialebene des Verteilers (3) liegen.