DE3144277C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen, durch die DE-AS 10 70 442 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe ist in der Bauart einer sogenannten Pumpendüse ein Pumpenkolben vorgesehen, der, gesteuert über einen Steuerschieber, von einer Hydraulikflüssigkeit angetrieben wird. Beim Förderhub des Pumpenkolbens verdrängt dieser aus dem Pumpenarbeitsraum Kraftstoff zu der im Pumpengehäuse integrierten Einspritzdüse, wo dieser Kraftstoff zur Einspritzung gelangt. Kurz vor Erreichen einer den Pumpenarbeitsraum begrenzenden Stirnseite des Gehäuses wird der Pumpenarbeitsraum über eine Längs­ bohrung im Pumpenkolben und eine davon abgehende Querbohrung zu einer Kraftstoffzuleitung mit niedrigem Druckniveau hin entlastet. Kurz nach Beginn dieser Entlastung taucht ein außerhalb des Pumpenarbeitsraum liegender Stempelkopf desselben in eine Tasse ein, wobei die Quer­ schnitte von Stempel und Tasse so ausgestaltet sind, daß am Umfang des zylindrischen Stempelkopfes ein Drosselspalt entsteht, über den, in der Tasse eingeschlossener Kraftstoff entweichen kann, womit eine Ab­ bremsung der Pumpenkolbenbewegung erfolgt. Dies dient dazu, um zu ver­ meiden daß der Pumpenkolben nach Entlastung des Pumpenarbeitsraumes hart auf die Stirn­ seite des Pumpenarbeitsraumes aufprallt. Der Pumpenkolben, der keine mechanischen Rückstellmittel aufweist, wird im folgenden Füllhub durch in den Pumpenarbeitsraum zufließenden Kraftstoff zurückbewegt, wobei der Pumpenkolben auf seiner Antriebsseite über ein Steuerventil ent­ lastet ist.

Es sind weiterhin Kraftstoffeinspritzpumpen bekannt, bei denen der Pumpenkolben durch einen Nockenantrieb entgegen der Kraft einer Rück­ stellfeder hin- und hergehend angetrieben wird. Bei solchen Kraft­ stoffeinspritzpumpen folgt der Pumpenkolben der Nockenerhebungskurve unter Einwirkung der Rückstellfeder, so daß diese ein Aufprallen des Pumpenkolbens an eine den Pumpenarbeitsraum begrenzende Stirnwand ver­ hindert. Mit zunehmender Erhöhung der Betriebsdrehzahlen solcher Kraftstoffeinspritzpumpen nimmt die Tendenz zu, daß die Beharrungs­ kräfte der bewegten Massen größer werden als die durch die Rückstell­ feder ausgeübte Kraft auf dem Pumpenkolben. Somit kann es bei einer erheblichen Drehzahlerhöhung dazu kommen, daß der Pumpenkolben von der Nockenbahn abhebt, was spätestens in dem Bereich der Umkehrpunkte auftritt. Diesem kann durch Erhöhung der Federkräfte entgegengewirkt werden, wobei dann jedoch wiederum der Antrieb der Kraftstoff­ einspritzpumpe verstärkt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzpumpe der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß die obigen nachteiligen Wirkungen bei Drehzahlerhöhungen nicht auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1, 2 und 3 gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung hat dabei den Vorteil, daß die Pumpenkolbenbewegung spätestens am Ende des Einspritz­ abschnittes des Förderhubes des Pumpenkolbens exakt dosiert gedämpft werden kann und somit eine zusätzliche Kraft zur rückstellenden Kraft der Feder bereitgestellt wird, die eine Erhöhung der Betriebsdrehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe zuläßt ohne daß eine Verstärkung auf der Antriebsseite des Pumpenkolbens notwendig wird. Damit ergibt sich eine erhebliche Leistungssteigerung der Kraftstoffeinspritzpumpe.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffein­ spritzpumpe,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel ei­ ner erfindungsgemäß ausgestalteten Kraftstoffeinspritz­ pumpe in Teilansicht,

Fig. 3 und 4 ein drittes Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Kraftstoff­ einspritzpumpe in Teilansicht,

Fig. 5 und 6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffeinspritzpumpe in Teilansicht.

Bei einer in Fig. 1 dargestellten Verteilerpumpe bekann­ ter Bauart ist in einem Gehäuse 1 der Kraftstoffein­ spritzpumpe für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen eine Antriebswelle 2 gelagert. Diese ist mit einer Stirnnocken­ scheibe 3 gekuppelt, die entsprechend der zu versorgen­ den Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine mit Nocken 4 versehen ist, die über ortsfeste Rollen 5 durch die Dre­ hung der Antriebswelle 2 bewegt werden. Dadurch wird ein mit der Stirnnockenscheibe 3 gekuppelter und auf diese durch eine nicht dargestellte Feder gepreßter Pumpenkol­ ben 8 in eine hin- und hergehende und gleichzeitig rotie­ rende Bewegung versetzt.

Dieser Pumpenkolben 8 arbeitet in einer in das Gehäuse 1 eingesetzten, oben verschlossenen Zylinderbüchse 9 mit einer Zylinderbohrung 10 und schließt dort einen Pumpen­ arbeitsraum 11 ein. An der den Pumpenarbeitsraum 11 be­ grenzenden Stirnfläche 13 des Pumpenkolbens 8 beginnt eine axiale Sackbohrung 14 im Pumpenkolben. Von der Sack­ bohrung 14 führt eine Radialbohrung 15 zu einer Vertei­ lernut 18 am Umfang des Pumpenkolbens 8, durch die ent­ sprechend der Drehbewegung des Pumpenkolbens nacheinander die Sackbohrung 14 mit einzelnen in die Zylinderbohrung 10 mündenden Einspritzleitungen 20 verbindbar ist. Die Einspritzleitungen 20 sind entsprechend der Zahl der zu versorgenden Zylinder der Brennkraftmaschine gleichmäßig um die Zylinderbohrung 10 verteilt und führen zu den nicht dargestellten Einspritzventilen der Brennkraftmaschine. Bei jedem Förderhub des Pumpenkolbens 8 wird der Kraft­ stoff über die Sackbohrung 14, die Radialbohrung 15 und die Verteilernut 18 einer der Einspritzleitungen 20 zuge­ führt. Beim Saughub gelangt der Kraftstoff aus einen nachfolgend als Saug­ raum 24 bezeichneten Kraftstoffversorgungsraum über eine Versorgungsleitung 23, die in die Zy­ linderbohrung 10 mündet und eine der an der Mantelfläche des Pumpenkolbens vorhandenen Längsnuten 22 in den Pumpen­ arbeitsraum 11. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 8 wird durch dessen Drehung die Verbindung zwischen der Versor­ gungsleitung 23 und den Längsnuten 22 unterbrochen, so daß die volle vom Pumpenkolben geförderte Kraftstoffmenge den Einspritzleitungen 20 zugeführt werden kann.

Zur Regelung der geförderten Kraftstoffmenge ist der Pum­ penarbeitsraum 11 über die axiale Sackbohrung 14 im Pum­ penkolben 8 und eine die Sackbohrung schneidende Quer- bzw. Radial­ bohrung 27 mit dem Saugraum 24 verbindbar. Mit der Querboh­ rung 27 arbeitet ein Kraftstoffmengenstellglied 28 in Form einer auf dem Pumpenkolben 8 verschiebbaren Muffe zusammen, die durch ihre Stellung den Zeitpunkt bestimmt, zu dem bei der Aufwärtsbewegung (Förderhub) des Pumpenkol­ bens 8 die Querbohrung 27 geöffnet und eine Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum 11 und dem Saugraum 24 her­ gestellt wird. Ab diesem Zeitpunkt wird die Pumpenförde­ rung unterbrochen. Durch die Verstellung der Muffe 28 kann somit die zur Einspritzung gelangende Kraftstoffmenge be­ stimmt werden.

Die Versorgung des Saugraumes 24 mit Kraftstoff erfolgt durch eine Kraftstoffpumpe 32, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 31 ansaugt und über einen Förderkanal 33 in den Saugraum 24 fördert. Um einen drehzahlabhängigen Druck zu erhalten, ist im Bypass zur Kraftstoffpumpe 32 eine Verbindungsleitung 34 mit einer Drossel 35 angeord­ net. Die Größe der Drossel 35 ist durch einen Kolben 36 veränderbar, der auf seiner Rückseite von einer Feder 37 und dem saugseitigen Kraftstoffdruck vor der Kraftstoff­ pumpe und auf seiner Vorderseite durch den im Förder­ kanal 33 herrschenden Kraftstoffdruck beaufschlagt ist.

Zur Änderung der Kraftstoffmenge wird die Muffe 28 durch einen Reglerhebel 41, der mit einem Kugelkopf 42 in eine Ausnehmung 43 der Muffe 28 greift, verstellt. Der Regler­ hebel ist dabei auf einer Achse 45 als festem Drehpunkt gelagert. Die Position dieser Achse kann durch nicht wei­ ter dargestellte Mittel z. B. durch einen Exzenter zur Erzielung einer Grundeinstellung verändert werden. Am gegenüberliegenden Ende des Reglerhebels 41 greift eine Regelfeder 47 an. Das andere Ende der Regelfeder 47 ist an einem Einstellhebel 50 befestigt, der zum Einstellen der zu regelnden Drehzahl von außerhalb des Gehäuses 1 verstellbar ist.

Die gewünschte Leistungssteigerung der Kraftstoffeinspritz­ pumpe wird durch eine Erhöhung der Fördergeschwindigkeit des Pumpenkolbens 8 erreicht, wobei jedoch am Ende des Förderhubes große Kräfte zur Verzögerung des oszillieren­ den Pumpenkolbens 8 und der Stirnnockenscheibe 3 aufgebracht wer­ den müssen. Erfindungsgemäß soll deshalb spätestens ab dem Ende des Einspritzabschnittes des Förderhubes, also wenn durch die Muffe 28 die Querbohrungen 27 aufgesteuert werden, eine Zusatzhydraulikkraft erzeugt werden, die am Pumpenkolben angreifend der Pumpenkolbenbewegung entgegen­ gerichtet ist. Hierfür ist an dem den Pumpenarbeitsraum 11 auf der dem Pumpenkolben 8 abgewandten Seite begrenzen­ den Deckel 73 ein in den Pumpenarbeitsraum 11 ragender und koaxial zur Sackbohrung 14 ausgerichteter Drosselzapfen 74 angeordnet. Der Drosselzapfen 74 hat einen etwas geringeren Durchmesser als die Sackbohrung 14 und ist so lang ausge­ bildet, daß er spätestens ab dem Ende des Einspritzabschnit­ tes des Förderhubes über die Stirnfläche 13 des Pumpenkol­ bens 8 in die Sackbohrung 14 eintaucht, so daß zwischen dem Umfang des Drosselzapfens 74 und der Sacklochbohrungswandung 14 eine Drosselstelle gebildet wird, über die der noch im Pumpenarbeitsraum 11 eingeschlossene Kraftstoff nur noch gedrosselt abströmen und über die Querbohrungen 27 zum Saugraum 24 strömen kann. Die Größe der hierdurch am Pum­ penkolben angreifenden zusätzlichen Hydraulikkraft läßt sich durch die Wahl des Durchmessers der Sackbohrung 14 bzw. des Durchmessers und der Länge des Drosselzapfens 74 beeinflussen.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt nur eine Teilansicht der Kraftstoffeinspritzpumpe nach Fig. 1. Dabei ist der Pumpenkolben 8 mit einem einen verbreiterten Dämpfungskolbenabschnitt bildenden Dämpfungskolbenteil 76 mit größerem Durchmesser versehen, wodurch durch dessen Stirnfläche eine Dämpfungs­ schulter 77 gebildet wird. An dem der Muffe 28 zugewand­ ten Ende der Zylinderbüchse 9 ist in Verlängerung der Zylinderbohrung 10 eine Dämpfungsbohrung 78 ausgebildet, die den gleichen Durchmesser hat, wie der Dämpfungskolben­ teil 76. Spätestens ab dem Ende des Einspritzabschnittes des Förderhubes hat sich der Dämpfungskolbenteil 76 so weit der Dämpfungsbohrung 78 genähert, daß die Dämpfungs­ schulter 77 die Dämpfungsbohrung 78 in axialer Richtung sperrt, so daß zwischen dem Pumpenkolbenumfang und der Wandung der Dämpfungsbohrung 78 ein Dämpfungsraum 79 ge­ bildet wird. Eine die Zylinderbohrung 10 und die Dämpfungs­ bohrung 78 verbindende Ringnut 80 hat einen größeren Durch­ messer als die Dämpfungsbohrung 78 und steht über eine Drosselstelle 81 ständig mit dem Saugraum 24 In Verbindung. Bei einer Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 8 während des Förderhubes kann somit ab dem Moment, ab dem die Dämp­ fungsschulter 77 den Dämpfungsraum 79 absperrt, der im Dämpfungsraum 79 eingeschlossene Kraftstoff nur noch ge­ drosselt über die Drosselstelle 81 zum Saugraum 24 ab­ strömen. Der Dämpfungskolbenteil 76 kann eine an der Dämp­ fungsschulter 77 endende Längsnut 82 aufweisen, so daß ein Druckaufbau in dem Dämpfungsraum 79 erst erfolgt, wenn das der Dämpfungsschulter 77 abgewandte Ende 83 der Längs­ nut 82 von der Dämpfungsbohrung 78 überdeckt wird. Die durch den Dämpfungskolbenteil 76 in dem Dämpfungsraum 79 eingeschlossene Kraftstoffmenge kann während des restli­ chen Abschnittes des Förderhubes nur noch gedrosselt über die Drosselstelle 81 abströmen, so daß auf die Dämpfungs­ schulter 77 eine zusätzliche Hydraulikkraft einwirkt, die auch das Abfangen eines Pumpenkolbens 8 bei höchsten För­ dergeschwindigkeiten gewährleistet.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 in einer Teilansicht darge­ stellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausge­ bildeten Kraftstoffeinspritzpumpe sind die gegenüber den bisherigen Ausführungsbeispielen gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. So ist bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls der Pumpenkolben 8 als Stufenkolben mit einem Dämpfungskolbenteil 76 größeren Durchmessers ausgebildet, der mit einer Dämpfungsschulter 77 einerseits einen Dämp­ fungsraum 79 in der Dämpfungsbohrung 78 in axialer Rich­ tung begrenzt. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist jedoch keine Drosselstelle in der Wandung der Zylinderbüchse 9 zum Dämpfungsraum hin vorgesehen, son­ dern der Dämpfungskolbenteil 76 weist als Drosselstelle eine Drosselnut 85 auf, die zum Umfang des Drosselkolbenteiles 76 und zur Dämpfungsschulter 77 hin offen ist. Sobald beim Förderhub des Pumpenkolbens 8 die Drosselnut 85 durch die Dämpfungsbohrung 78 mit ihrer als Steuerkante 78′ dienenden Endkante zur Stirnseite der Zylinderbüchse 9 über­ deckt wird, was spätestens ab dem Ende des Einspritzab­ schnittes des Förderhubes erfolgt, kann der im Dämpfungs­ raum 79 eingeschlossene Kraftstoff nur noch über die Dros­ selnut 85 zum Saugraum 24 gedrosselt abströmen. Da sich die Geschwindigkeit des Pumpenkolbens 8 ab einem bestimm­ ten Punkt des Förderhubes ständig verringert und somit auch der Druckabfall an der Drosselnut 85 abnimmt, muß zur Er­ zielung der erforderlichen hydraulischen Zusatzkraft gegen Ende des Förderhubes der Drosselquerschnitt an der Drossel­ nut über der Hubänderung entsprechend abnehmen. Dies könnte beispielsweise so erfolgen, daß die Tiefe der Drosselnut 85 abnimmt je mehr sich der Pumpenkolben 8 dem oberen Tot­ punkt am Ende des Förderhubes nähert oder, wie in Fig. 4 dargestellt ist, kann die Drosselnut 85 gegen ihr Ende 86 hin so ausgebildet sein, daß sie breiter wird, aber in der Form, daß sich pro Hubänderung einer Verkleinerung des drosselnden Querschnittes ergibt.

Von dem Dämpfungsraum 79 kann ebenfalls eine gestrichelt dargestellte Entlastungsleitung 87 ausgehen, die bei­ spielsweise den Dämpfungskolbenteil 76 durchdringt und andererseits in einer Außennut 88 am Umfang des Dämpfungs­ kolbenteils 76 endet. Die Außennut 88 wird durch das Kraft­ stoffmengenstellglied 28 derart gesteuert, daß die Außen­ nut 88 während des Einspritzabschnittes des Förderhubes zum Saugraum 24 hin offen ist, so daß der Dämpfungsraum 79 während des Einspritzabschnittes entlastet ist, während ab dem Ende des Einspritzabschnittes des Förderhubes das Kraft­ stoffmengenstellglied oder ein durch dieses gesteuertes Schieberglied die Außennut 88 abdeckt, so daß jede Strö­ mung aus dem Dämpfungsraum 79 über die Entlastungslei­ tung 87 zum Saugraum 24 hin unterbunden wird und sich im Dämpfungsraum 79 ein Druck zur Erzeugung der hydrauli­ schen Zusatzkraft auf den Pumpenkolben 8 aufbauen kann.

Das in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffeinspritzpumpe unterscheidet sich von den bisher geschilderten Ausfüh­ rungsbeispielen dadurch, daß in der Zylinderbüchse 9 eine zum Saugraum 24 und zum Dämpfungsraum 79 hin offene Dros­ selstelle 90 derart vorgesehen ist, daß die Stirnflächenkante 77′ der Dämpfungsschul­ ter 77 des Dämpfungskolbenteils 76 die Drosselstelle 90 während des Förderhubes überstreicht und der Kraftstoff spätestens ab dem Ende des Einspritzabschnittes des För­ derhubes nur noch gedrosselt aus dem Dämpfungsraum 79 über die Drosselstelle 90 in den Saugraum 24 abströmen kann.

Wie in Fig. 6 dargestellt, ist die Kontur der Drosselstelle 90 so gestaltet, daß entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4, gegen Ende des Förderhubes pro Hubänderung eine Verkleinerung des drosselnden Querschnit­ tes erfolgt.

Die geschilderten Ausführungsbeispiele erlauben somit durch das Abfangen des oszillierenden Pumpenkolbens mittels der hydraulischen Zusatzkraft höhere Fördergeschwindigkei­ ten, die eine Leistungssteigerung der Kraftstoffeinspritz­ pumpe zur Folge haben.

Claims (3)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem abwechselnd in einer Zylinderbohrung einen Saughub und einen Förderhub ausführenden Pumpenkolben, der hierbei in der Zylinderbohrung einen Pumpenarbeitsraum begrenzt, der während eines Einspritzabschnitts des Förderhubs des Pumpenkolbens über wenigstens eine Einspritzleitung mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung und anschließend an den Einspritzabschnitt des Förderhubs zur Beendigung der Kraftstoffeinspritzung über eine in der Stirnfläche des Pumpenkolbens mündende und axial in letzterem verlaufende Sackbohrung sowie eine von dieser abgehende Radialbohrung mit einem Kraftstoffversorgungsraum verbindbar ist, und mit einem ständig mit Kraftstoff gefüllten Dämpfungsraum, dessen Volumen während des Förderhubs des Pumpenkolbens spätestens nach Beendigung der Einspritzung dadurch verringerbar ist, daß ein Kolbenabschnitt mit einer an diesem ausgebildeten, der Pumpenkolbenantriebsseite abgewandten Stirnfläche in den Dämpfungsraum eindringt, wobei Kraftstoff aus diesem über wenigstens eine Drosselstelle abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben, durch wenigstens einen Nocken angetrieben, entgegen der Kraft einer Rückstellfeder bewegt wird, und daß entweder der von der Stirnfläche (13) des Pumpenkolbens (8) begrenzte Pumpenarbeitsraum (11) spätestens ab dem Ende der Einspritzung zugleich als Dämpfungsraum dient, aus dem Kraftstoff über eine veränderliche Drosselstelle abgeführt wird, indem ein gehäusefester Drosselzapfen (74) mit Spiel in die Sackbohrung (14) im Pumpenkolben (8) eintaucht, oder daß ein verbreiterter Dämpfungskolbenabschnitt (76) am antriebsseitigen Ende des Pumpenkolbens (8) in eine koaxial zum Dämpfungskolbenabschnitt (76) am Ende der Pumpenzylinderbüchse (9) angeordnete Ausnehmung eintaucht und hierdurch mit seiner Stirnfläche (77) den Dämpfungsraum (79) begrenzt, aus dem über eine Drosselstelle (81) mit konstantem Durchtrittsquerschnitt oder über eine Drosselstelle (85, 90) mit variablem Durchtrittsquerschnitt Kraftstoff abgeführt wird, wobei der Drosselstellendurchtrittsquerschnitt kolbenunabhängig durch das Zusammenwirken des verbreiterten Dämpfungskolbenabschnitts (76) mit der Zylinderwand (78) des Dämpfungsraumes (79) so gesteuert wird, daß trotz Abnahme der Pumpenkolbengeschwindigkeit ab einem bestimmten Pumpenkolbenförderhub die erforderliche Dämpfungskraft erhalten bleibt.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem von einem verbreiterten Dämpfungskolbenabschnitt begrenzten Dämpfungsraum, aus dem über eine im Querschnitt variable Drosselstelle Kraftstoff abgeführt wird nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verbreiterte Dämpfungskolbenabschnitt (76) umfangsseitig mit einer in der den Dämpfungsraum (79) begrenzenden Stirnfläche (77) mündenden Längsnut (85) mit veränderlichem Querschnitt versehen ist, welche mit der als Steuerkante (78′) fungierenden Endkante der Zylinderwand (78) des Dämpfungsraumes (79) am Ende der Pumpenzylinderbuchse (9) zusammenwirkt.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem von einem verbreiterten Dämpfungskolbenabschnitt begrenzten Dämpfungsraum, aus dem über eine im Querschnitt variable Drosselstelle Kraftstoff abgeführt wird nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit veränderlichem Querschnitt ausgebildete Mündungsstelle eines den Kraftstoff aus dem Dämpfungsraum (79) abführenden Kanals (91) in der Zylinderwand (78) des Dämpfungsraumes (79) die Drosselstelle (90) bildet, die mit der Stirnflächenkante (77′) des verbreiterten Dämpfungskolbenabschnitts (76) zusammenwirkt.