-
-
Kraftstoffeinspritzpumpe mit unterteilter Förderung
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine der Gattung des Patentanspruchs
1 entsprechende Kraftstoffeinspritzpumpe fUr Dieselmotoren.
-
Bei solchen bekannten, beispielsweise durch die DE-PS 572 711, die
US-PS 2 565 681 und die DE-OS 1 751 525 offenbarten Einspritzpumpen ist nachteilig,
daß die Steuerbohrung des Pumpenzylinders und die zweite Quernute des Pumpenkolbens
gemeinsam eine verhältnismäßig große Hubhöhe des Pumpenkolbens bedingen, während
der die Kraftstofförderung unterbrochen wird, obgleich sich aufgrund praktischer
Versuche ergeben hat, daß meist eine kürzere Unterbrechungszeit - und damit geringere
Hubhöhe des Pumpenkolbens mit unterbrochener Kraftstofförderung - erwflnscht ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache
konstruktive Möglichkeit zu finden, di. Zeitdauer der Einspritzunterbrechung zwischen
Vor- und Ilaupteinspritzung ohne eine gleichzeitige Beeinträchtigung der ftir die
weitere Steuerung des Kraftstoffzu- und -überlaufes zur Verfügung Stehenden Steuerquerschnitte
optimal an die motorischen Bedürfnisse anpassen zu können.
-
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
T.il des Patentanspruchs 1 wiedergegebene Lehre gelöst.
-
Während sich die zweite Quernute des Pumpenkolbens ohne weiteren
als eine mit keinen weiteren Kanälen oder Nuten des Puiponstempels in Verbindung
stehende Sackausnehmung ausführen läst, kann auch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
zusätzliche Sackausnehmung ohne besondere Schwierigkeit an der Innenwand des Puipon-
zylinders
angebracht werden. Man hat es hierbei ohne irgendeine Änderung der Steuerbohrung
in der Hand, die letztgenannte Sackausnehmung mit ihrem oberen Rand so anzuordnen,
daß während des Förderhubes des Pumpenkolbens die Haupteinspritzung bereits zu einem
Zeitpunkt beginnt, wo die Unterkante der zweiten Quernute des Pumpenkolbens den
Bereich der Steuerbohrung noch nicht nach oben verlassen hat. Dabei kann man die
Lage des oberen Randes der Sackausnehmung des Pumpenzylinders ohne irgendeine Veränderung
der sonstigen Steuerung des Kraftstoffzu- und -tberlaufes vor dem Einspritzbeginn
und nach der Haupteinspritzung entsprechend den notoriechen Anforderungen gegenüber
der Oberkante der Steuerbohrung auch so weit nach unten versetzen, daß sich ein
beliebig kleiner Zeitraum der Einspritzunterbrechung ergibt. In übrigen bleibt trotzdem
die bekannte Möglichkeit erhalten, außer der Menge der Haupteinspritzung durch einen
geneigten Verlauf oder ein unregelmäßige Form der zweiten Quernute des Pumpenkolbens
mit dessen Verdrehung auch die Voreinspritzmenge entsprechend den motorischen Anforderungen
lastabhangig zu ändern.
-
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise teranschaulicht;
es zeigen: Fig. 1 die Einspritzpumpe in einem axial zu einem Pumpenkolben geführten
Teilschnitt; Fig. 2 den Pumpenkolben gemäß Fig. 1 in einer perspektivisch gehaltenen
Seitenansicht (schräg von oben), Fig. 3a bis 3d eine Abwicklung des Nutbereiches
der Mantelfläche des Pumpenkolbens in Verbindung mit der Steuerbohrung und einer
Längsnute des Pumpenzylinders bei vier verschiedenen Hubstellungen des Pumpenkolbens
(jeweils beim Anfang und Ende der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung), Fig.
4 ein die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens in Abhängigkeit von dessen Hub veranschaulichendes
Diagramm,
Fig. 5 und 6 jeweils eine der Fig. 3a entsprechende Darstellung
des Pumpenkolbens, jedoch mit einer unterschiedlich abgewandelten zweiten Quernute;
Fig. 7 ein der Fig. 4 entsprechendes Förderdiagramm zur Pumpenkonstruktion gemäß
Fig. 6J Fig. 8 und 9 der Fig. 3a entsprechende Darstellungen desselben Pumpenkolbens,
jedoch in Verbindung mit einen Punpenzylinder mit jeweils unterschiedlich abgewandelter
Sackausnehmung.
-
Die in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzpumpe weist in ihrem
Gehäuse 1 entsprechend einer üblichen Konstruktion ein der Zahl der Arbeitszylinder
eines zugeordneten Dieselmotors entsprechende Zahl von Pumpensylindern mit Kolbenbüchsen
2 auf, in denen je ein von einer nicht dargestellten Nockenwelle der Einspritzpumpe
her entsprechend der Arbeitsweise des Dieselmotors antreibbarer Pumpenkolben 3 verschiebbar
gelagert ist. Dabei steht ein über den Pumpenkolben 3 befindlicher Druckraum 4 des
Pumpenzylinders Uber eine denselben durchsetzende Steuerbohrung 5 mit eines im Gehause
1 befindlichen Saugraum 6 in Verbindung, in den der Dieselkraftstoff in üblicher
nicht dargestellter) Weise über eine Förderpumpe von eine Kraftstoffbehälter her
zugeführt wird. Au oberen Ende des Druckraumes 4 befindet sich ein durch eine Feder
7 in seine Schließstellung vorgespanntes, als Druckventil 8 bezeichnetes Rückschlagventil,
welches während der Förderung des Pwnpenkolbens 3 durch den Kraftstoffdruck geöffnet
wird, so daß der Kraftstoff mit einen erheblichen Einspritzdruck in üblicher (nicht
dargestellter) Weise einer im zugeordneten Arbeitszylinder des Dieselmotors befindlichen
Einspritzdüse zugeführt wird. Die Arbeitsweise der beschriebenen Einspritzpumpengattung
ist im übrigen bekannt und bedarf deshalb hier keiner näheren Schilderung.
-
Wie aus den Fig. 1 und 2 weiterhin hervorgeht, weist der Pumpenkolben
3 an seines Ausenumfang in einem bei seinen Druckhub einen maximalen wirksamen Förderhub
festlegenden Abstand H von seiner Stirnfläche 9 ein erste, ihn ringförmig umgebende
Quernute 10 und in einem wesentlich kleineren, in nachstehend noch erläuterter Wei-
ne
nach den Einspritzbeginn eine Einspritzunterbrechung bewirkenden Abstand h von seiner
Stirnfläche 9 eine zweite Quernute 11 auf, die sich jedoch nur über einen Teil des
Umfanges des Fumpenkolbens 3 erstreckt. Die erste Quernute 10 steht über eine Längsnute
12 des Pumpenkolbens 3 mit dessen Stirnfläche 9 und damit mit dem Druckraum 4 in
Verbindung und weist eine nach der einen Seitenkante der Längsnute 12 hin ansteigend
geneigte Oberkante 13 auf. Damgegenüber ist die zweite Quernute 11 mit langlochartig
parallelen Seitenrändern als Sackausnehmung ausgebildet, d.h. sie steht mit keiner
anderen Nute und auch mit keiner Bohrung od.dgl. des Pumpenkolbens 3 in Verbindung.
-
Entsprochend der bisherigen Beschreibung würd die Einspritzpumpe
trotz der zweiten Quernute 11 nach den Einspritzbeginn bei der in Fig. 1 dargestellten
Stellung des Pumpenkolbens 3, d.h. nach Abschluß der Steuerbohrung 5 durch den Punpenkolben
3, erst dana mit der Einspritzung aufhören, wenn während des weiteren Druckhubes
die Oberkante 13 der unteren Quernute 10 des Pumpenkolbens 3 die Steuerbohrung 5
überschneidet. In diesen Augenblick wird nämlich der unter hohen Druck stehende
Druckraum 4 über die Längsnute 12 und die Quernute 10 sowie die Steuerbohrung 5
mit den Saugraum 6 der Einspritzpumpe verbunden, der nur unter einen wesentlich
geringeren Zuförderdruck des Dieselkraftstoffs steht. Die Folge ist eine Entlastung
des in seine Schließstellung zurückkehrenden Druckventeils 8 unter gleichzeitiger
Rückströmung von Dieselkraftstoff aus den Druckraum 4 tiber die Längs- und Quernute
12, 10 und die Steuerbohrung 5 in dan Saugraum 6.
-
Die dargestellte Neigung der Oberkante 13 der ersten Quernute 10
dient in bekannter Weise dazu, durch eine Verdrehung des Fumpenkolbens 3 bei seinem
Druckhub die Länge des Einspritzhubes zwischen einem nur kurzen Leerlauf- oder Teillasthub
und einem maximalen Einspritzhub verändern zu können. Zu beachten ist indessen,
daß die mit der Abdeckung der Steuerbohrung 5 durch den Pumpenkolben 3 beginnende
Einspritzung jeweils bereits dann beendet wird, wenn die
Oberkante
13 der unteren Quernute 10 die Verbindung zur Steuerbohrung 5 gerade wieder eröffnet;
d.h. der Einspritzhub ist jeweils etwa um den Durchmesser d der Steuerbohrung 5
(vgl. Fig. 3a und 3c) kleiner als der zugeordnete Abstand der Oberkante 13 der ersten
Quernute 10 von der Stirnflache 9 des Pumpenkolbens 3.
-
;sAhrend vorstehend davon ausgegangen wurde, daß der Puspenkolben
3 den Kraftstoff ohne Unterbrechung fördert, soll die zweite, obere Quernute 11
tatstchlich dazu dienen, den Kraftstoff in bereits bekannter Weise unterteilt, d.h.
in Form einer Voreinspritzung und einer in einem zeitlichen Abstand nachfolgenden
Haupteinspritzung einzuspritzen.
-
Bei den bisher bekanntgewordenen Einspritzpumpen mit unterteilter
Einspritzung des Kraftstoffs ist im Pumpenkolben 3 ebenfalls eine zweite Quernute
11 vorgesehen, die im Unterschied zum dargstellten Ausführungsbeispiel jedoch gemäß
den Fig. 1 und 2 nach links bis in die mit dem Druckraum 4 in Verbindung stehende
Längsnute 12 hinein verlängert ist. Daraus folgt, daß die in der bereits beschriebenen
Weise begonnene Einspritzung in dem Augenblick unterbrochen wird, wo die Quernute
11 während des Förderhubes des Pumpenkolbens 3 die Steuerbohrung 5 übersteuert.
Die Kraftstoffeinspritzung wird dabei so lange unterbrochen, wie die Übersteuerung
dauert, d.h. die Unterbrechung erstreckt sich über CiM Hublänge 1, die der Summe
von der Breite a der Quernute 11 (vgl. Fig.
-
3a) mit den Durchmesser d der Steuerbohrung 5 entspricht und also
x-a+d beträgt.
-
In Hinblick darauf, daß die Steuerbohrung 5 mit Rücksicht auf eine
vollständige Füllung des Druckraumes 4 während des Saughubes des Pumpenkolbens 3
genügend groß sein muß, ergibt sich bei den bisher bekannten Pumpenkonstruktionen
eine unerwünscht große Dauer der Einspritzunterbrechung. Das in Fig. 4 dargestellte
Diagramm,
bei welchem die eingespritzte Kraftstoffmenge Q über dem
wirksamen Druckhub des Pumpenkolbens 3 aufgetragen ist, veranschaulicht diese bisherige
Unterbrechungsdauer mit der gestrichelt dargestellten Kurve 14, deren an die Voreinspritzung
anschließender wugerechter Teil x = a + d die im Verhältnis zum Gesamthub große
Einspritzunterbrechung zeigt.
-
Um diese Einspritzunterbrechung in Anpassung an die motorischen Erfordernisse
trotz einer Beibehaltung der üblichen Steuerbohrungsgröße verkleinern zu können,
ist die bisher übliche unmittelbare Verbindung der zweiten Quernute 11 mit den Druckraum
4 gemäß den Darstellungen der Fig. 1 bis 3 durch eine an der Innenwand der Kolbenbüchse
2 an einer der Steuerbohrung 5 benachbarten Stelle angeordnete, als Längsnute ausgebildete
und in den Fig. 1 bis 3 strichpunktiert dargestellte Sackausnehmung 15 ersetzt,
die mit ihrer Oberkante 16 die Unterkante 17 der in den Fig. 2 und 3 ebenfalls strichpunktiert
dargestellten Steuerbohrung 5 um einen gegenüber deren Durchmesser d weniger als
halbgroßen Betrag b nach oben überragt. Nach unten ist die Sackausnehmung 15 etwas
länger als der Abstand des oberen Rands der zweiten Quernut 11 von dem gemäß Fig.
-
3 waagerechten Teil 18 des oberen Randes der ersten Queraute 10 zuzüglich
der überlappungzlänge b gegenüber der Steuerbohrung 5, womit die zweite Quernute
11 nach den in Fig. 3a dargestellte Iiispritzbeginn während des Druckhubes des Pumpenkolbens
3 schon im ersten Augenblick ihrer Überschneidung mit der Steuerbohrung 5, d.h.
-
gemäß Fig. 3b im Augenblick der Beendigung der Voreinspritzung, über
die Sackausnehmung 15 mit der ersten Quernute 10 - und damit über die Längsnute
12 des Pumpenkolbens 3 auch mit dem Druckraum 4 - in Verbindung steht, selbst wenn
der Pumpenkolben 3 in nicht dargestellter Weise gemäß der Fig. 3 nach links bis
in seine maximale Förderstellung verdreht wurde.
-
Gelangt nun die obere Quernute 11 während des weiteren @ubes des
Pumpenkolbens 3 gemäß Fig. 3c aus dem Bereich der Sackausnehmung 15 heraus, dann
wird dadurch auch die Verbindung vol Druckraum 4 zur
Steuerbohrung
5 unterbrochen, d.h. es setzt bereits in diesem Augenblick die Haupteinspritzung
ein. Auch aus einem Vergleich der Fig. 3b und 3c ist ersichtlich, daß der Pumpenkolben
3 wShrend dieser gegenüber bisher wesentlich kürzeren Einspritzunterhrechung lediglich
die Hub lange x1 = a + b zurückgelegt hat. Daraus ergibt sich bei unvertnderter
Nockenausleguny zugleich eine Maximalwerterhöhung des wirksamen Förderhubes und
so die Möglichkeit zu einer vorteilhafteren, weniger steilen Nockenhubkurve. Die
weitere Zusammenwirkung der Steuerbohrung 5 mit dem Pumpenkolben 3, d.h. zu Beginn
der Voreinspritzung und am Endc der Haupteinspritzung, ist konventionell und geht
ohne weiteres aus den Fig. 3a und 3d hervor, weshalb sich hier weitere diesbezügl
iche Erläuterungen erübrigen.
-
In Fig. 4 veranschaulicht die ausgezogene Kurve 19 die traftstoffeinspritzung
der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Einspritzpumpe. Wie ersichtlich, entspricht
die an gleicher Stelle wie bei einer entsprechenden konventionellen Einspritzpumpe
beginnende Einspritzunterbrechung in ihrer Hublänge x1 lediglich dem Wert a + b,
der um den Betrag d - b kürzer als die Summe von a + d ist.
-
Die Darstellung der Fig. 5 unterscheidet sich von der Darstellung
der Fig. 3a lediglich darin, daß die zweite Quernute 11a gegenüber der Quernute
11 der Fig. 3a etwas geneigt angeordnet ist, wodurch sich eine Vergrdßerung der
Voreinspritzmenge im Leerlauf und eine Verkleinerung der Voreinspritzmenge bei Vollast
ergibt.
-
Die entsprechende Einspritzcharakteristik ist ebenfalls in Fig. 4
eingezeichnet, und zwar die vergrößerte Leerlaufeinspritzmenge L durch den strichpunktierten
Kurventeil 19a und die bei Vollast verringerte Voreinspritzmenge VH durch den gepunkteten
Kurventeil b.
-
Die Fig. 6 und 7 zeigen in den Fig. 3a und 4 entsprechenden Drstellungen,
wie die Einspritzcharakteristik der Einspritzpumpe durch
eine in
ihrer Form gegenüber Fig. 3 geänderte obere Quernute lib weiterhin verändert werden
kann. Gemäß Fig. 6 weist der obere Rand der im übrigen ebenfalls genau quer zur
Rubrichtung verlaufenden Quernute 11b nach seinem linken Ende hin einen schräg ansteigenden
Teil 20 auf, durch den die bei Leerlauf und im unteren Teillastbereich voreingespritzte
Kraftztoffmenge gegenüber der Voreinspritzmenge im übrigen Lastbereich verringert
wird. In Fig. 7 zeigt die gepunktete Kurve 21 den Verlauf der Leerlaufeinspritzung
L, die mit der in ihrer Menge verringerten Voreinspritzung endet. Demgegenüber veranschaulichen
die strichpunktierte Kurve 22 die Hinspritzung bei unterer Teillast T, die gestrichelte
Kurve 23 die Vollasteinspritzung V und schließlich die ausgezogen dargestellte Kurve
24 die maximale Einspritzung M, bei der auch die Voreinspritzung einen maximalen
Wert 24' erreicht. Da bei allen Einstellungen, die auch in Fig. 6 durch entsprechand
gepunktete, strichpunktierte, gestrichelte und ausgezogene Linien L, T, V und H
veranschaulicht sind, die Haupteinspritzung bei ein und derselben Hubeinstellung
H' des Pumpenkolbens 3 beginnt, ergibt sich mit ansteigender Last eine entsprechende
Verkürzung der Hublänge Xl der Einspritzunterbrechung, soweit vom unteren Teillastbereich
ab eine Haupteinspritzung erfolgt, Fig. 7 zeigt die gegenüber der Hublänge xT im
unteren Teillastbereich T verkürzte flublänge xV bei Vollast.
-
Die Fig. 8 und 9 veranschaulichen, wie die in den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen als Längsnute ausgebildete Sackausnehmung 15 der Kolbenbüchse
2 auch anders geformt sein kann, solange durch sie nur die vorstehend erläuterte
Verbindung zur unteren Quernute 10 bzw. zu der mit dieser in Verbindung stehenden
Längsnute 12 des Pumpenkolbens 3 hergestellt wird. Gemaß Fig. 8 ist die Sackausnchmung
15a der Kolbenbtichse 2 als waagerechte Quernute ausgebildet, die während der Überschneidung
der Quernute 11 mit der Steuerbohrung 5 zugleich eine Verbindung zwischen der Quernute
11 und der Längznute 12 des Pumpenkolbens 3 herztellt. Gemäß Fig. 9 ist die Sackausnehmung
15b der Kolbenbüchse 2 als Sackbohrung ausgebildet, die gegenüber der als Längsnut
ausgebildeten Sackausnehmung 15 des ersten Ausführungsbeispiels vielleicht den Vorteil
einer ein-
facheren Herstellbarkeit bietet. Der Durchmesser der
Sackbohrung muß so groß sein, daß die letztere in dem Hubbereich des Pumpenkolbens
3, bei dem dessen Quernute 11 sowohl mit ihr als auch mit der Steuerbohrung 5 in
Verbindung steht, stets zugleich auch mit der unteren Quernute 10 verbunden ist.
-
Die in den Fig. 1 bis 6 und 9 veranschaulichten Ausführungsbeispiele
konnten auch so abgewandelt sein, daß die untere Quernut 10 statt über eine Längsbohrung
12 durch eine radial in den Pumpenkolben 3 hineinführende und eine an diese anschließende
achparallele Bohrung mit dem Druckraum 4 verbunden ist. Auch könnte die in Fig.
6 dargestellte obere Quernute 11b zusätzlich in Ahnlicher Weise geneigt verlaufen
wie es bei der in Fig. 5 dargeitellten oberen Quernute 11a der Fall ist.
-
Während bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen davon ausgegangen
wurde, daß die Sackausnehmungen 15, 15a und 15b der Kolbenbuchse 2 deren Steuerbohrung
5 in bevorzugter Weise um einen gegenüber dem halben Durchmesser d der Steuerbohrung
5 kleineren Betrag b nach oben überschneiden, umfaßt die Erfindung auch alle derart
abgewandelten Sackausnehmungen der Kolbenbüchse 2, deren Oberkante an einer anderen,
zwischen der Oberkante der Steuerbohrung 5 und einer um die Breite a der zweiten
Quernute 11 unterhalb der Unterkante 17 der Steuerbohrung 5 befindlichen Stelle
Uqt.
-
Hierbei ist der Ausdruck "zwischen" so zu verstehen, daß die gnnannte
Oberkante der Sackausnehmung des Pumpenkolbens jeweils oberhalb des unteren und
unterhalb des oberen Grenzwertes liegt.
-
Patentansprüche