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Anlage zur Zusatzpatent- und Gebrauchsmusterhiifsanmeldung Kraftstoffeinspritzpumpe
für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe
für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem in eine Aufnahmebohrung eines aus Leichtmetall
bestehenden Pumpengehäuses eingesetzten Pumpenelementverband, der im wesentlichen
aus einem mit mindestens einer schrägen Steuerkante versehenen und zur Fördermengenänderung
verdrehbaren Pumpenkolben und einer Zylinderbüchse besteht, in deren Zylinderbohrung
der Pumpenkolben gleitbar geführt ist und mit mindestens einer Steuerbohrung in
der Wand der Zylinderbohrung zusammenarbeitet,wobei die Zylinderbüchse in Verlängerung
der Zylinderbohrung in einer Erweiterung derselben ein Druckventil aufnimmt, dessen
Ventilkörper durch einen Schraubnippel g gen eine Schulter am Übergang zwischen
der Erweiterung und der Z@linderbohrung gespannt und unlösbar mit einem Befestigungsflansch
v@@@@hen ist, der durch Sch@@uben gegen die obere Stirrseite des Pumpengehäuses
festgespanst ist und an der Zylinderbäch@@ in a@i@@@@ Rientung auß@@imlb den eingespannten
Ventilkö@@@@
und ausschließlich im Bereich des den Schraubnippel
aufnehmenden Gewindes angebracht ist, nach Patent,..,., (Patentanmeldung P-21 46
797.0).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einspritzpumpe nach
dem Hauptpatent bzw. der Hauptpatentanmeldung so zu verbessern, daß sie insbesondere
fUr die Hochdruckeinspritzung mit Spitzendrücken bis zu etwa 800 atti eingesetzt
werden kann, und zwar unter Beibehaltung des geringen Bauraumbedarfs der obengenannten
Pumpe sowie der damit zusammenhängenden Materialersparnis und kurzen Bauweise bei
Mehrzylindereinspritzpumpen.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die FlanschbtIchse
zwischen dem durch die Schulter der Erweiterung beherrschten Querschriitt und der
Steuerbohrung einen Absatz hat, dem sich ein antriebsseitiger Abschnitt mit kleinerem
Außendurchmesser anschließt, der etwa 1,5 mal so groß ist wie der Durchmesser der
größtzulässigen Zylinderbohrung, daß der axiale Abstand zwischen diesem Absatz und
der Schulter großer oder gleich dem 0,25-fachen des Durchmessers der Erweiterung
ist, und daß die in an sich bekannter Weise gehärtete Zylinderbüchse in der Zylinderbohrung
die maximale Werkstoffhärte von etwa HRc 61 hat und ausgehend von dieser Zylinderbohrung
radial zum Absatz und axial zu dem den Schraubnippel aufnehmenden Gewinde hin eine
fallende IIärte aufweist und im Bereich des Gewindes höchstens eine geringe Resthärte
von Imc # 55 hat, wobei dieser flärteverlauf durch induktives Anlassen erzielbar
ist.
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Diese Ausgestaltung der Flanschbüchse ergibt einen raumsparenden und
hochdruckfesten Pumpenelementverband, bei dem in vorteilhafter Weise die Au@@ndurehmesser
der Zylinderbüchse oberhalb des Absatzes bis herunter auf den 1,4-fachen Wert des
Durchmessers der @rweiterung verrringerbar sind, wobei dieser Durchmesser d1 # 1,4
. dmax der Zylinderbohruug ist.
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Eine zusätzliche Verbesserung ergibt sich dadurch, daß der Befestigungsflansch
auf einen zylindrischen Ansatz der Zylinderbüchse aufgesetzt und mit dieser zu einer
Flanschbüchse verbunden ist. Da der Befestigungsflansch aus gewöhnlichem Baustahl
sein kann und nur dieZylinderbüchse aus hochlegiertem Vergütungsstahl hergestellt
werden muß, ergibt sich eine billigere und günstigere Konstruktion, und bei der
notwendigen Warmbehandlung der Flanschbüchse bleibt der Flansch vorteilhafterweise
weich und damit leicht bearbeitbar. Selbstverständlich können Zylinderbüchse und
Flansch,wie bekannt, aus einem Teil gefertigt sein, wobei allerdings auf diese letztgenannten
Vorteile verzichtet werden muß.
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Um zu verhindern, daß Spannungen, die nach dem Einbau der Flanschbüchse
durch Lageabweichungen der Aufnahmebohrungen gegenüber der oberen Stirnseite der
Pumpe und durch Toloranzen an der Flanschbüchse erzeugt würden, auf die Zylinderbohrung
ein-@irken, ist eine weitere vorteilhafte Ausgest@ltung der Erfindung derart, daß
die Flanschbüchse mit nur einem an den Befestigungsflansch anschließenden und oberhalb
der Zylinderb@hrung sich erstreckenden Führungsbund in die Aufnahmeb@hruns des Pumpengehäuses
eingepaßt ist und mit einem Abschnitt unterhalb der Steuerbohrung mit Spiel in einen
unteren TeIl dieser Aufnahmebohrung eingesetzt und durch mindestens einen O-Ring
abgedichtet ist, wobei vorteilhaft zur Fördermengenänderung der Pumpenkelben durch
eine an sich bekannte Verstelleinrichtung verdrehbar ist, die eine längsverschiebbare
Regelstange mit mindentens einer Aussparung h@t, in die ein mit dem Pumpenkolben
gekuppelier Lenkerarm eingreift.
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Ein Ausfährangsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig.
1 einen tuerschnitt durch die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe im Bereich
des Pumpenelementverbandes, Fig. 2 v einen entsprechenden Schnitt ausschließlich
durch die Flanschbüchse der Pumpe.
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Die in Fig. 1 nur teilweise dargestellte Kraftstoffeinspritzpumpe
hat ein Pumpengehäuse 10 aus Leichtmetall, das in einer senlcrecht zur nicht dargestellten
Nockenwelle verlaufenden und von einer oberen Stirnseite 11 ausgehenden Aufnahmebohrung
12 eine Flanschbüchse 13 trägt (siehe dazu auch Fig. 2), die aus einer Zylinderbüchse
14 und einem Befestigungsflansch 15 besteht. Der Befestigungsflansch 15 ist auf
einen zylindrischen Ansatz 16 am äußersten Ende der Zylinderbüchse 14 aufgesetzt
und mit dieser durch Hartlöten im Durchlaufofen oder induktives Ilartlöten unlösbar
verbunden. Die Zylinderbüchse 14 hat eine Zylinderbohrung 17, in der ein Pumpenkolben
18 gleitbar gerührt ist. Die Zylinderbohrung 17, deren Durchmesser mit d bezeichnet
ist, hat an ihrem dem Antrieb abgewandten Ende, begrenzt dadurch eine Stirnflache
19 des Pumpenkolbens 18, einen Pumpenarbeitsraum 21, dem beim Saughub über eine
Steuerbohrung 22 in der Wand der Zylinderbüchse 14 von einem Saugraum 24 des Pumpengehäuses
10 Kraftstoff zugeführt wird. Diese Steuerbohrung 22 dient, wennnur eine Bohrung
vorhanden ist/ gleichzeitig als Rückströmbohrung für den Kraftstoff, der in bekannter
Weise durch das Zusammenwirken der Steuerbohrung 22 mit einer schrägen Steuerkante
25 am Pumpenkolben 18 während des Druckhubes des Pumpenkolbens 18, und zwar am Ende
des wirksamen Druclr.-hubes, aus dem Pumpenarbeitsraum 21 in den Saugraum 24 zuruckfließt.
Die ltiícIcRlußkraftstof'fmenGe ist; abhängig von der relativen Lage der schrägen
Steuerkante 25 zur Steuerbohrung '2.
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Diese Lage wird durch die Drehlage des Pumpenkolbens 18 bestimmt,
der zur Förde Mnengenanderung über eine bekannte Verstelleinrichtung 26 verdrehbar
ist. Diese Verstelleinrichtung 26 besteht aus einer mit Aussparungen 27 versehenen
längsverschiebbaren Regelstange 28 und einer Regelhülse 29, die einerseits einen
Lenkerarm
51 hat, der mit einer angelöteten Kugel 52 in die Aussparung 27 der Regelstange
28 eingreift, und die andererseits mit einer Kolbenfahne 55 des Pumpenkolbens 18
derart gekuppelt ist, daß der Pumpenkolben 18 ohne Beeinträchtigung seiner axialen
Bewegbarkeit den durch Verschiebung der Regelstange 28 bewirkten Drehbewegungen
der Regelhülse 29 folgt.
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An den Pumpenarbeitsraum 21 schließt sich ein Druckventil 36 an, dessen
Ventilkörper 37 in eine Erweiterung 38 der Zylinderbohrung 17 eingesetzt ist. Der
Ventilkörper 37 wird durch einen Schraubnippel 39, der in ein Gewinde 41 am äußersten
Ende der Erweiterung 38, deren Durchmesser mit d1 (s. Fig. 2) bezeichnet ist, eingeschraubt
ist, hochdruckdicht gegen eine Innenschulter 42 an Übergang zwischen der Erweiterung
38 und derZylinderbohrung 17 gespannt. An den Schraubnippel 59, der in einem Federraum
43 eine ein bewegliches Ventilglied 44 belastende Ventilfeder 45 aufnimmt, ist eine
nur angedeutet gezeichnete Druckleitung 46 angeschlossen, die den Kraftstoff in
bekannter Weise zu einer Einspritzdüse (nicht gezeichnet) führt.
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Der Befestigungsflansch 15 ist mit Schrauben 48 gegen die oberc Stirnseite
11 des Pumpengehäuses 10 festgespannt. Nach Lösen dieser Schrauben 48 ist die mit
Langlöchern 47 versehene Flanschbüchse 13 in bekannter Weise zur Fördermengengrundeinstellung
verdrehbar.
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Bei dieser Fördermengengrundeinstellung wird die relative Lage der
Steuerbohrung 22 zur schrägen Steuerkantc 25 so eingestellt, daß bei einer vorbestimmten
L,age der Regelstange 28 eine gleichfalls vorbestimmte Einspritzmenge gefördert
wird. Bei mehrzylindrigen Einspritzpumpen werde dabei alle Zylinder einder Pumpe
auf die gleiche Fördermenge eingestellt, d.h. gleichgesteLlt.
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Neben der Gleichstellung der Fördermenge der einzelnen Pumpenelemente
ist auch noch eine sogenannte Vorhubeinstellung nötig, bei der der Förderbeginn
festgelegt wird.
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Dabei wird als Teil des gesamten Kolbenhubes der Vorhub "h" des Pumpenkolbens
18 so eingestellt, daß er bei Mehrzylinderpumpen bei allen Elementen 14,18 gleich
groß ist, wobei 1!hll der Weg ist, den die oberc Stirnfläche 19 des Pumpenkolbens
18 zurücklegt, bis die Steuerbohrung 22 geschlossen ist und die Förderung beginnt.
Diese Einstellung wird durch eine Einstellscheibe 51 vorgenommen, di.e zwischen
der oberen Stirnseite 11 der Pumpe und dem Befestigungsflansch 15 eingelegt wird
und in Dickenabstufungen von 0,05 mm vorhandenist, so daß das Maß "h" genügend genau
eingestellt werden kann.
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Die Flansehbüchse 15 hat an der Zylinderbüchse 14 im Bereich der Steuerbohrung
22 auf einem nicht näher bezeichneten Absatz mit den Durchmesser D2 (Fig. 2) einen
aufgesetzten Prallring 55, der durch einen Sprengring 54 in seiner Einbaulagc gehalten
wird, und der zur Verniehtung der Aufprallenergie des bei Beendigung der Kraftstofförderung
mit großer Energie austretenden Kraftstoffstrahles dient und dessen Außendurchmesser
kleiner als der größte Durchmesser der Zylinderbüchse 14 ist.
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Dadurch ist die Flanschbüchse 13 mit Pumpenkolben t8, eingebautem
Druckventil 56 und Schraubnippel 39, sowie mit dem Prallring 53 als ein geschlossener
vormontierter Pumpenelementverband 55 in die Aufnahmebohrung 12 des Pumpengehäuses
10 einsetzbar.
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Dieser Pumpenelementverband 55 bzw. die zugehör ige Zylinderbüchse
14 ist mit nur einem Führungsbund 56, dessen Durchmesser in Fig. 2 irit D1 bezeichnet
ist und der sich an den Befestigungsflansch 15 anschließt und sich oberhalb des
durch die Zylinderbohrung 17 beherrschten Querschnittes erstreckt, in die Aufnahmebohrung
12 des Pumpengehäuses 10 eingepaßt, in die direkt
unter dem Flansch
15 in einer schmalen Ringkammer 57 ein Dichtring 58 zur Abdichtung der Aufnahmebohrung
12 und damit des Saugraumes 24 nach außen unter radialer Vorspannung eingelegt ist.
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Ein unterer zweiter Teil 12a der Aufnahmebohrung 12 hat in einer Ausnehmung
59 einen durch einen festeingesetzten Ring 61 axial gehaltenen und durch entsprechende
Durchmesserwahl radial vorgespannten 0-Ring 62, der den Saugraum 24 nach unten zu
einem Stößelfederraum 63 der Pumpe hin abdichtet und dabei gegen die Mantelfläche
64 eines antriebsseitigen Abschnitts 14a der Zylinderbüchse 14 gepreßt wird. Die
Mantelfläche 64 dieses Abschnittes 14a, dessen Außendurchmesser in Fig. 2 mit D
bezeichnet ist, hat gegenüber dem unteren Teil 12a der Aufnahmebohrung 12 einen
mit a bezeichneten Abstand, der als Spiel die Mantelfläche 64 umgibt.
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Dieses Spiel ist für die gesamte Konstruktion des Pumpenelementverbandea
55 sehr wichtig, denn dadurch wird verhindert, daß beim und nach dem Einbau außere
Kräfte, die durch fertigungsbedingte Toleranzen der Bauteile hervorgerufen werden,
zu Verspannungen an der Zylinderbüchse 14 der Flanschbüchse 13 und zum Klemmen des
Pumpenkolbens 18 fuhren, Diese spannungsfreie Aufhängung des als komplette Baugruppe
vormontierbaren Pumpenelementverbandes 55 ermöglicht es, daß die Pumpenelementverbände
55 außerhalb der Pumpe geprüft und bei Mehrzylindereinspritzpumpen außerdem nach
ihrem hydraulischen Verhalten zu Toleranzgruppen zusanmengestellt werden können,
was die Endprüfung (ler vollständigen Pumpe wesentlich orleielit.ert und eine weitgehend
automatisierte Linstellung ermöglicht.
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Der am äußersten Ende der Zylinderbüchse 14 ausschließlich im Bereich
des Gewindes 41 auf den zylindrischen Ansatz 16 aufgelötete Befestsigungsflansch
15 kann in vorteilhafter Weise aus gewöhnlichem Baustahl gefertigt sein und bleibt
bei der notwendigen Warmbehandlung der aus hochlegiertem Vergütungsstahl bestehenden
Zylinderbüchse 14 weich. Diese Befestigung und Lage des Flansches 15 ist in langwierigen
Versuchen ermittelt worden und der Flansch 15 ist soweit von der Zylinderbohrung
17 entfernt, daß vom Einbau herrührende Spannkräfte keine Deformation im Bereich
der Bohrung 17 verursachen können.
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Der Pumpenelementverband 55 ist auch für die Hochdruckeinspritzung
mit Spitzendrücken um 800 stü anwendbar, weil die Flanschbüchse 13 (s. Fig. 2) im
Bereich der Zylinderbüchse 14 einen nahezu homogenen Querschnittsverlauf über die
gesamte Länge aufweist, der durch die nachfolgend aufgeführten Maßverhältnisse charakterisiert
ist.
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Zwischen dem von der Schulter 42 der Erweiterung 38 beherrschten Querschnitt
und der St@@erbohrung 22 hat die Flanschbüchse 13 einen Absatz 66, der zur Vermeidung
von Spannungsspitzen abgerundet ist, zur Schulter 42 einen axialen Abstand s größer
oder gleick dem 0,25-fachen des Durchmessers d1 der Erweiterung 38 hat und unterhalb
dessen sich der antriebsseitige Abschnitt 14a der Zylinderbüchse 14 erstreckt. Der
Außendurchmesser D dieses Abschnitts 14a ist mindestens 1,5 mal größer als der Durchmesser
d max der größtzulässugeb Zylinderbohrung 17; denn bei Einspritzpumpen ist es üblich,
innerhalb einer festgelegte@ B@ureibe bei sonst gleichen Abmessungen der Pumpenbauteile
lediglich den Pumpenkolben entsprechend den zu fördernden Binsprit@mengen mit verschiedenen
Kolbendurchmessern auszubilden. Entsprechend ändert sich dann auch der Durchmesser
d der Zylinderbohrung. Die größtzulässige Fördermenge wird bei
d
max gefördert, bei dem auch die Belastungen am größten sind, so daß sich die kleinstmöglichen
Außendurchmesser der Flanschbiichse 13 an d max orientieren. Der Durchmesser d1
der Erweiterung 38 ist wiederum mindestens 1,4 . d max, denn bei einem kleineren
Durchmesserverhältnis d1/d max würde sich die Schulter 42 unter dem Anpreßdruck
des Druckventilkörpers 37 verformen. Oberhalb des Absatzes 66 und am Führungsbung
56 sind die Außendurchmesser 1)2 und D1 der Zylinderbüchse -14 bis herunter auf
den 1,4-fachen Wert des Durchmessers d1 der Erweiterung 38 reduzierbaI, was aber
nur möglich ist, weil die in an sich bekannter Weise gehärtete Zylinderbüchse 14
ausLehend von der hartbleibenden Zylinderbohrung 17, die die maximale Werkstoffhärte
von etwa IIRcG1 beibehalt, radial zuln Absntz 66 und axial zu dem den Schraubnippel
39 aufnehmenden Gewinde 41 hin eine abnehmende Härte aufweist. Dieser Härteverlauf
ist durch induktives Anlassen erzielbar, so daß die Zylinderbüchse 14 im Bereich
des Gewindes 41 weich ist oder beispielsweise nur eine geringe Resthäi.te von HRc
# 35 hat. Die Steuerbohrung 22 muß wie die Zylinderbohrung 17 die volle Härte von
beispielsweise # HRc 61 behalten, um den mechanischen und auch hydraulischen Kräften
und Beanspruchungen gewachsen zu sein.
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Durch die Kombination dieser Merkmale mit den weiteren Merkmalen,
daß der Pumpenelementverband 55 direkt unterhalb des Belestigungsflansch@@ @@ mit
nu@ einem Führungsbund 5e eng in die Aufnahmebohrung 12 eingepreßt ist, und daß
den untere Abschnitt 14a der Zylinderbüchse 14 mit dem Abstand a, d.h.
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mit Spiel, in den unteren Teil 12a der Aufnahmebohrung 12 eingesetzt
ist, ist der Pumpenelementverband 55 praktisch vollständig von Spannkräften entlastet.
Dadurch ist es auch möglich, die de@ @u aum der Pumpe bestimmenden Auß@ndurchmesser
der Zylinde. nichse 14 so weit zu verkleinern, daß bei vorgegebenen maximalem Durchmesser
des Pumpenkolbens 18 die kürzestmögliche Pumpenbaulärge erzielt wird, und zwaohne
Beeinträchtigung
der verlangten Höchstleistung der Pumpe.
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Dieser Vorteil kann ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit bei der
Steuerung der Fördermenge in vollem Maße ausgenützt werden, wenn die vorgenannten
Merkmale mit der an sich bekannten Verstelleinrichtung 26 kombiniert sind, die im
wesentlichen durch den mit dem Pumpenkolben 18 gekuppelten Lenkerarm 31 gekennzeichnet
ist. Diese Versteileinrichtung 26 ist weitgehend unempfindlich gegenüber eventuell
durch den Abstand & ermöglichte und durch Toleranzen am Pumpenelementverband
55 und an der Verstelleinrichtung 26 hervorgerufene Lageabweichungen. Vs @