DE2160499A1 - Einrichtung zur stufenweisen brennstoffeinspritzung - Google Patents

Description

• Einrichtung zur stufenweisen B rennstoffeinspritzung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur stufenweisen Brennstoffeinspritzung bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einem von einem federbelasteten Ventil verschließbaren Einspritzquerschnitt und einer Einstempelbrennstoffpumpe, die einen Brennstoffdruckraum aufweist, in dem zur Brennstofförderung ein mit Steuer kanten versehener Pumpenstempel dichtend geführt ist, der zu Beginn seines Förderhubes einen den Brennstoffdruckraum mit einer B renns toff -vorlage verbindenden Strömungsweg verschließt und zur Beendigung' der Einspritzung eine Verbindung zwischen dem Brennstoffdruckraum und der Brennstoffvorlage herstellt.
• Aus der deutschen Patentschrift 1 116 475 ist eine derartige Anordnung bekannt, bei der durch eine kompliziert angeordnete Steuerkante und durch einef Unterteilung des Kolbenhubes in zwei Hubbereiche eine Voreinspritzung erzeugt wird. Der den Pumpenstempel antreibende Nocken weist hierzu zwei Arbeitsbereiche auf, die durch einen Bereich mit kreisförmigem Verlauf der Nockenoberfläche voneinander getrennt sind. Abgesehen davon, daß derartig ausgebildete Nocken nur sehr schwierig mit der erforderlichen Genauigkeit herstellbar sind, treten beim Abrollen der Stößelrolle auf einem solchen Nocken an den scharfen übergängen zwischen den einzelnen Bereichen Kräfte auf, deren Richtung von der Hubrichtung des Pumpenstempels erheblich abweicht, wodurch hohe Pressungen in der Stößelführung auftreten können. Ferner werden durch den hohen Wert der Steigung in den Arbeitsbereichen Druckstöße verursacht, die zu einem hohen Betriebsgeräusch und zu erhöhtem Verschleiß führen.
• Andererseits sind Doppelstempelpumpen hinreichend bekannt, bei denen zur Erzeugung einer Voreinspritzung ein zweiter Pumpenstempel vorgesehen ist. Neben dem erheblichen Aufwand aber, den eine Doppelstempelpumpe erfordert, ergeben sich auch Schwierigkeiten bei der Äbstimmllng-der einzelnen Fördermengen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffenj die einfach herstellbar ist und Druckstöße im Brennstoffsystem vermeidet.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen zusätzlichen, steuerbaregzwischen dem Brennstoffdruckraum und der Brennstoffvorlage liegenden im Anfangsbereich des Förderhubes offenen Abströmquerschnitt, der den Aufbau eines die Federkraft der Ventilfeder übersteigenden Staudrucks im Brennstoffdruckraum gestattet und nach wenigstens einer ersten Entlastung des Brennstoffdruckraums über den Einspritzquerschnitt verschließbar ist. Dadurch ist es möglich, mit einer einfach aufgebauten Einspritzpumpe bei größter Laufruhe einen'für die Verbrennung günstigen Einspritzverlauf zu erzeugen. Zudem hat der langsame Druckanstieg im Anfangsbereich des Förderhubes eine schonende Wirkung auf die mechanischen Teile. Mit einer geringfügigen, auch nachtäglich durchzuführenden fertigungstechnischen Maßnahme kann eine Einstempelpumpe, mit der bisher keine Voreinspritzung möglich war, zu einer Pumpe mit stufenweiser unter sehr sanftem Druckanstieg vor sich gehender Brennstofförderung umgebaut werden.
• Es besteht somit die Möglichkeit, das Pumpensortiment zu verkleinern und überall da mit geringem Aufwand eine Voreinspritzung anzuwenden, wo eine Voreinspritzung erwünscht aber bisher an der Frage der Kosten gescheitert ist.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zusätzliche Abströmquerschnitt mittels eines Steuers chiebers, der beispielsweise von einer Steuerwelle oder von einer elektronischen Schaltung betätig--bar ist, auf- und absteuerbar, wodurch jedes Einspritzgesetz auf einfache Weise verwirklicht werden kann. Außerdem ist eine konstruktive Freizügigkeit bei der Wahl des Standorts des zusätzlichen Abströmquerschnitts vorhanden.
• Bei einer Ausführung, bei der der zusätzliche Abströmquerschnitt.in besonders einfacher Weise mittels des Pumpensteinpels auf- und abgesteuert wird, entfällt jeder zusätzliche Aufwand, der eine Verteuerung der Einrichtung verursachen könnte.
• Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zusätzliche, zwischen dem Brennstoffdruckraum und der Brennstoffvorlage liegende, im Anfangsbereich des Förderhubes offene Abströmquerschnitt als kleine Bohrung in der Pumpenzylinderwand ausgebildet. Hierdurch - ist der fertigungstecfinis che Aufwand zur Erzeugung dieses Abströmquerschhftts besonders gering. Außerdem ergibt sich aus der gleichen Geometrie des Quersohnitts der Bohrung und des Pumpenstempels eine einfache Berechnungsformel für die Größe des Abströmquerschnitts, da der Pumpenstempeliurchmesser als wichtiger Parameter in die Rechnung eingeht. Ferner besteht die Möglichkeit, diese Zusatzbohrung in einen Bereich zu legen, der nicht durch weitere Bohrungen geschwächt ist.
• Insbesondere bei einer symmetrischen Anordnung von mehreren gleich großen Bohrungen am Umfang des Zylinders heben sich die auftretenden Kräfte gegenseitig aufa was in vorteilhafter Weise zu einer Schonung der Lauffläche zwischen Pumpenzylinderwand und Pumpenstempel und zu einer ausgezeichneten Laufruhe führt. Zur Verhinderung von Druckstößen, durch die in der Brennstoffvorlage Schwingungen mit sehr hohen Amplituden verursacht werden, ist in günstiger Weise an der Mündung der Zusatzbohrung in die Brennstoffvorlage ein Prallkörper vorgesehen, an dem der mit hoher Geschwindigkeit ankommende Brennstoff abgebremst wird.
• Nach einer nächsten günstigen Ausgestaltung der Erfindung kann der zusätzliche, im Anfangsbereich des Förderhubes offene Abströmquerschnitt zwischen dem Brennstoffdruckraum und der Brennstoffvorlage als einseitig offene Nut geringer Tiefe am oberen Kolbenrand, oder als umlaufende Nut geringer Tiefe in der Pumpenzylinderwand hergestellt werden. Hierbei ist aufgrund der möglichen Drehbearbeitung eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit zu erreichen. Da bei dieser Anordnung der Brennstoff im Anfangsbereich des Förderhubes über eine Ansaugbohrung großen Querschnitts in die Brennstoffvorlage zurückgeführt wird, ist beim Eintritt des Brennstoffs in die Brennstoffvorlage der Druck so weit abgebaut, daß keine wesentlichen Schwingungen verursacht werden.
• Vor allem bei einer Brennstoffpumpe mit Schrägkantensteuerung zur Veränderung der Fördermenge erweist sich eine Ausführungsform des zusätzlichen Abströmquerschnitts als von der Ansaugbohrung ausgehende in Hubrichtung verlaufende Längsnut in der Pumpenzylinderwand als günstig, da hierdurch die obere Begrenzung der Steuerfläche so weit hochgezogen werden kann, daß eine Ansaugbohrung gleichzeitig als Abströmquerschnitt Verwendung finden kann.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand -der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.
• Es zeigt Figur 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungs beispiel, Figur 2 ein schematisches Diagramm des Drucks im Brennstoffdruckraum, Figur 3 einen Teilschnitt durch ein zweites Auso führungsb eis piel, Figur 4 einen Teilschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel, Figur 5 einen Teilschnitt durch ein nächstes Ausführungsbeispiel, Figur 6 einen Teilschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel.
• In der Darstellung nach Figur 1 ist mit 1 ein Düsengehäuse bezeichnet, das eine Düsenöffnung 2 und eine zu einem Ringraum 3 führende Brennstoffzufflhrbohrung 4 enthält. Die Düsenöffnung 2 ist durch einen auf einen Dichtsitz 5 wirkenden Düsenkörper 6 mit der Kraft einer sich gegen eine Schulter des Düsenkörpers 6 und gegen einen Deckel 7 des Düsengehäuses 1 abstützenden Ventilfeder 8 verschließbar. Der Düsenkörper 6 wird vom Brennstoffdruck über eine Schulter 9 gegen die Kraft der Ventilfeder 8 vom Dichtsitz 5 abgehoben. Die Brennstoffzufuhrbohrung 4 ist über eine Brennstoffleitung 10 und eine Anschlußschraube 11 mit dem Deckel 12 eines Pumpengehäuses 13 verbunden.
• Durch den Deckel 12 führt eine Bohrung 14 zu einem Brennstoffdruckraum 15, der in einem im Pumpengehäuse 13 gelagerten Pumpenzylinder 16 liegt. Der Brennstoffdruckraum 15 ist über einen Strömungsweg 17, der von gegenüberliegenden Bohrungen gebildet wird, mit einer als Ringraum im Pumpengehäuse 13 ausgebildeten Brennstoffvorlage 18 verbunden. Eine im Querschnitt kleinere Bohrung bildet einen zusätzlichen Abströmquerschnitt 19 zwischen Brennstoffdruckraum 15 und Brennstoffvorlage 18. Am Eintritt dieser Bohrung in die Brennstoffvorlage 18 ist ein mit einer Feder 20 ausgerüsteter Prallkörper 21 vorgesehen. An der der Bohrung 14 abgewandten Seite ist der Brennstoffdruckraum 15 von einem Pumpenstempel 22 begrenzt, der an seiner Mantelfläche eine von einer Schrägsteuerkante 23 zur Fördermengenregelung begrenzte Kammer 24 aufweist. Der Pumpenstempel 22 ist mit einem Ritzel 25, das über eine nicht gezeichnete Zahnstange zur Brennstoffmengenregulierung bewegbar ist, mittels eines in einem Langloch im Pumpenstempel 22 bewegbaren Stiftes 26 verdrehfest verbunden. Der Pumpenstempel 22 liegt an der dem Brennstoffdruckraum entgegengesetzten Seite an einem mit einem Stößel 27 verbundenen Stößelaufsatz 28 an. Der Stößel 27 trägt eine Stößelrolle 29, die auf einem einen Arbeitsbereich 30 aufweisenden Nocken 31 abrollt. Der vomNocken-31 auf die Stößelrolle 29 übertragenen Kraft wirkt neben dem Druck im Brennstoffdruckraum 15 eine gegen den Stöl3elau*atz 28 gegen eine gegen den StößelauEsatz 28 untLfeine auf der Ritzelnabe geführte Abstützung 32 sich abstützende Feder 33 entgegen. Der StöBelaufsatz 28 liegt in seiner tiefsten Stellung an einem Ring,34, der in einer Nut im Pumpengehäuse 13 gelagert ist, an. Der Stößel 27 ist in einer Bodenplatte 35 gleitend geführt.
• In der unteren Totpunktstellung des Pumpenstempels 22 besteht ein freier Durchgang über den Strömungsweg 17 und den Abströmquerschnitt 19 zwischen dem Brennstoffdruckrallm 15 und der Brennstoffvorlage 18.
• Wird der Pumpenstempel 22 bei einer Umdrehung des Nockens 31 im Arbeitsbereich 30 angehoben, so wird zuerst der Strömungsweg 17 und kurze Zeit darauf auch die den zusätzlichen Strömungsquerschnitt 19 bildende Bohrung von der Pumpenstempeloberkante überfahren und vom Pumpenstempelmantel verschlossen. Im weiteren Verlauf des Pumpenstempelhubes kommt die von der Schrä!gsteuerkante 23 begrenzte Kammer 24-zur Deckung mit den den Strömungsweg 17 bildenden Bohrungen und stellt eine Verbindung zwischen dem Brennstoffdruckraum 15 und der Brennstoffvorlage 18 her.
• In Figur 2 ist der Pumpenstempelhub s als Abszisse und der Druck p im Brennstoffdruckraum 15 als Ordinate aufgetragen. Bei einer Stellung des Pumpenstempels 22 im unteren Totpunkt, bei der der Strömungsweg 17 und der zusätzliche Abstrotuerschnitt 19 freigelegt sind, füllt sich der Brennstoffdruckrallm 15-mit unter dem Vorlagedruck Pv stehendem Brennstoff. Wird nun der Pumpenstempel 22 angehoben, so entweicht zunächst über die Strömungswege 17 und 19 eine dem Kolbenhub entsprechende Brennstoffmenge in die Brennstoffvorlage 18, bis die den Strömungsweg 17 bildenden Bohrungen vom Pumpenstempel 22 vollständig abgedeckt werden. Von dieser mit a bezeichneten Pumpenstempelstellung ab kann bei weiterem Anheben des Kolbens nur noch über den zusätzlichen Abströmquerschnitt 19 Brennstoff aus dem Brennstoffdruckraum 15 entweichen. Bei einer entsprechenden Bemessung des Abströmquerschnitts 19 entsteht eine Drosselwirkung. Hierdurch baut sich im Brennstoffdruckraum 15 ein Staudruck auf, der bei einer Pumpenstempelstellung im Punkt b den Öffnungsdruck pö der Ventilfeder 8 übersteigt. Bei dieser Stellung des Pumpenstempels gibt der Düsenkörper 6 die Düsenöffnung 2 frei und gestattet eine erste Einspritzung. Hierdurch kommt zum Abströmquerschnitt 19 aus dem Brennstoffdruckraum 15 ein weiterer dem Querschnitt der Düsenöffnung 2 entsprechender Abströmquerschnitt hinzu, wodurch der Druck im Brennstoffdruckraum - 15 zusammenbricht und bei einer Stellung des Pumpenstempels im Punkt c den Öffnungsdruck pö der Ventilfeder 8 unterschreitet. Ab dieser Stellung drückt die Ventilfeder 8 den Düsenkörper 6 auf den Dichtsitz 5 und verschließt somit die Düsenöffnung 2 Im weiteren Verlauf des Pumpenstempelhubes wird nun nach geraumer Zeit auch die den zusätzlichen Abströmquerschnitt 19 bildende Bohrung von der Pumpenstempeloberkante überfahren und vom Pumpenstempelmantel abgedeckt. Nach diesem Steuervorgang steigt der Druck im Brennstoffdruckraum 15 sehr schnell an, überschreitet im Punkt d nochmals den Öffnungsdruck pö der Ventilfeder 8 und führt zu-einer erneuten Einspritzung, die bei einer dem Punkt e entsprechenden Stellung des Pumpenstempels dadurch unterbrochen wird, daß die von der Schrägsteuerkante 23 begrenzte Kammer 24 die den Strömungsweg 17 bildenden Bohrungen überfährt und eine Entspannung des Brennstoffs in die Brennstoffvorlage 18 gestattet. Der zusätzliche Abströmquerschnitt 19 bewirkt, wie aus Figur 2 deutlich ersichtlich, nicht nur eine Voreinspritzung, sondern führt auch zu einem sehr langsamen und für die Bauteile sehr schonenden Druckanstieg des Brennstoffdrucks.
• Bei einer Brennstoffpumpe ohne einen zusätzlichen Abströmquerschnitt 19 würde der Druck im Punkt a mit einer Steigung entsprechend dem strichpunktiert gezeichneten Ast ansteigen, was zu Druckwellen mit sehr hohen Amplituden in der Brennstoffleitung und zu einem Betriebsgeräusch mit einem sehr hohen Lärmpegel führte.
• Entsprechend Figur 3 ist der zusätzliche Abströmquerschnitt 36 durch eine einseitig offene Nut am oberen Rand des Pumpenstempels 37 gebildet, der bei seinem Aufwärtshub den von Bohrungen gebildeten Strömungsweg 38 zunächst voll freigibt und im weiteren Verlauf einen dem Querschnitt der Nut entsprechenden Teilquerschnitt. Der Pumpenstempel 37 weist zur Mengenregulierung des einzuspritzenden Brennstoffs eine vnn einer Schrägsteuerkante 39 begrenzte Brennstoffkammer 40 auf, die über Bohrungen 41 und 42 mit einem Brennstoffdruckraum 43 in Verbindung steht und beim Überfahren der den Strömungsweg 38 bildenden Bohrungen das Ende der Einspritzung herb eiführt.
• In der Darstellung nach Figur 4 ist mit 44 ein Pumpenzylinder bezeichnet, in dem ein von Bohrungen gebildeter Strömungsweg 45 vorgesehen ist, der zu einer nicht gezeichneten Brennstoffvorlage führt.
• In der Pumpenzylinderwand ist eine mit dem Strömungsweg 45 sich teilweise überschneidende Nut eingelassen, die auch bei einer Stellung des Pumpenstempels 46i in der die den Strömungsweg 45 bildenden Bohrungen bereits überfahren sind, einen zusätzlichen Abströmquers chnitt 47 von einem Brennstoffdruckraum 48 zu einer nicht gezeich neten Brennstoffvorlage freigibt. Uber eine Nut 49 erfolgt eine Entlastung des Brennstoffdruckraums 48 am Ende der Einspritzung.
• Figur 5 zeigt einen Pumpenzylinder 50, in dem wiederum ein von einer Bohrung gebildeter Strömungsweg 51 vorgesehen ist, der von einem Brennstoffdruckraum 52 zu einer nicht gezeichneten Brennstoffvorlage führt. Der Pumpenstempel 53 ist hier in einer Stellung gezeichnet, in der der von der den Strömungsweg 51 bildenden Bohrung ausgehende, als Längsnut in der Pumpenzylinderwand ausgebildete, zusätzliche Abströmquerschnitt 54 gerade verschlossen wird. Über einen von einer Steuerkante 55 begrenzten Ringraum 56, der mit dem Brennstoffdruckraum 52 über eine Nut 57 in Verbindung steht und eine Abströmbohrung 58 in der Wand des Pumpenzylinders 50 kann sich der Brennstoff zur Beendigung des Einspritzvorgangs in einnicht gezeichneten Brennstoffvorlage entspannen.
• In Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeichnet, bei dem in einem Pumpenzylinder 59 neben einem Strömungsweg 60 ein zusätzlicher Abströmquerschnitt 61 vorgesehen ist, der über einen beispielsweise über eine Steuerwelle angetriebenen Steuerschieber 62 auf- und absteuerbar ist. Es ist auch eine Betätigung des Steuerschiebers 62 über einen von einer elektronischen Schaltung beeinflußten Magneten Br ennstoff -, denkbar. Der Brennstoff kann aus einem '5uckraum 63 über eine Nut 64 im Pumpenstempel 65 und eine von einer Schrägsteuerkante 66 begrenzte Kammer 67 bei geöffnetem Steuerschieber 62 in eine nicht gezeichnete Brennstoffvorlage entweichen.- Zur Beendigung des Einspritzvorgangs erfolgt bei einer Überdeckung der Kammer 67 mit dem Strömungsweg 60 eine Entspannung des Drucks im Brennstoffdruckraum 63 in eine nicht gezeichnete Brennstoffvorlage.

Claims (12)

Ans sprüche

1. Einrichtung zur stufenweisen Brennstoffeinspritzung bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einem von einem federbelasteten Ventil verschließbaren Einspritzquer schnitt und einer Einstempelbrennstoffpumpe, die einen Brennstoffdruckraum aufweist, in dem zur Brennstofförderung ein mit Steuerkanten versehener Pumpenstempel dichtend geführt ist, der zu Beginn seines Förderhubes einen den Brennstoffdruckraum mit einer Brennstoffvorlage verbindenden Strömungsweg verschließt und zur Beendigung der Einspritzung eine Verbindung zwischen dem Brennstoffdruckraum und der Brennstoffvorlage- herstellt, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen, steuerbaren, zwischen dem Brennstoffdruckraum und der Brennstoffvorlage liegenden, im Anfangsbereich des Förderhubes offenen Abströmquerschnitt (19; 36; 47i 54; 61), der den Aufbau eines die Federkraft der Ventilfeder (8} über steigenden Staudrucks im Brennstoffdruckraum (15; 43; 48; 52; 63) gestattet und nach wenigstens einer ersten Entlastung des Brennstoffdruckraums über den Einspritzquerschnitt verschließbar ist.

2. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Abströmquerschnitt (61) mittels eines Steuerschiebers (62) auf- und absteuerbar ist.

3. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dar zusätzliche Abströmquerschnitt (19; 36; 47; 54) durch den Pumpenstempel (22; 37; 46; 53) auf- und absteuerbar ist.

4. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche, im Anfangsbereich des Förderhubes offene Abströmquerschnitt (19) zwischen dem Brennstoffdruckraum (15) und der Brennstoffvorlage (18) -durch wenigstens eine die Pumpenzylinderwand durchdringende Bohrung gebildet wird.

5. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Pumpenzylinders (16) eine den zusätzlichen Abströmquerschnitt (19) bildende Bohrung vorgesehen ist.

6. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Bohrung im Bereich zwischen einem Achtel und einem Fünfundzwanzigstel des Durchmessers des Pumpenstempels (22) liegt.

7. Brennsto'ffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere symmetrisch angeordnete Bohrungen am Umfang des Pumpenzylinders (16) vorgesehen sind.

8. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am brennstoffvorlage seitigen Ende jeder Bohrung ein Prallkörper (21) vorgesehen ist.

9. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Abströmquerschnitt (36; 47) durch eine eine geringe Tiefe aufweisende Ringnut gebildet wird, die zumindest im Anfangsbereich des Förderhubes einen Strömungsweg zur Brennstoffvorlage freigibt.

10. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut als einseitig offene Nut am oberen Rand des Pumpenstempels (37) ausgebildet ist.

11. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut als umlaufende Nut in der Wand des Pumpenzylinders (44) ausgebildet ist.

12. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Abströmquerschnitt (54) eine kleine, in Hubrichtung verlaufende Längsnut in der Pumpenzylinderwand vorgesehen ist.