DE3424989C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinengemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 festgelegten Gattung. Eine derartige Kraftstoffeinspritzpumpe, bei der zumindest in bestimmten Fördermengen Einstellpositionen des Pumpenkolbens (Leerlauf) zu Beginn des Förderhubs zwischen dem Pumpenarbeitsraum und der Zulauföffnung in der Wand des Pumpenzylinders eine Leckverbindung wirksam ist, ist bereits aus der US-PS 25 65 681 bekannt. Dabei strömt dort über diese Leckverbindung während des Beginns der Hochdruckförderung ein Teil des im Pumpenarbeitsraum befindlichen Kraftstoffes wieder in die Zulauföffnung in der Wand des Pumpenzylinders zurück, wodurch der Aufbau des Einspritzdruckes im Pumpenarbeitsraum verzögert bzw. ein hoher Anfangsdruck vermieden werden kann. Durch diesen Druckeinbruch am Beginn der Hochdruckförderung wird eine Veringerung des Zündverzuges und damit eine Senkung der Verbrennungsdruckspitzen im Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine erreicht, was neben einer geringeren mechanischen Belastung des Motors auch eine Senkung der Geräuschemission zur Folge hat. Die Leckverbindung wird bei der bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe über eine relativ kurze V- bzw. keilförmige horizontale Nut im Pumpenkolben erreicht, die über eine Längsnut ständig mit dem Pumpenarbeitsraum verbunden ist, wobei über die Drehlage des Pumpenkolbens der mit der Kraftstoffzulauföffnung im Pumpenzylinder korrespondierende Öffnungsquerschnitt der Nut einstellbar ist.

Die bekannte Leckverbindung ist jedoch nachteilig, weil sie im oberen Lastbereich überhaupt nicht vorgesehen ist und weil eine derart keilförmige Nut schwerer mit der erforderlichen Präzision herstellbar ist. Außerdem ist der Strömungswiderstand der Leck­ verbindung bei der lastabhängigen Verdrehung des Pumpenkolbens aufgrund der V- bzw. Keilform der Nut schwieriger, gleichmäßig zu dosieren, was sich insbesondere dann auswirkt, wenn es sich um Pumpenkolben einer mehrzylindrigen Einspritzpumpe handelt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine zu Beginn des Förderhubs zwischen Pumpenarbeitsraum und Zu- bzw. Rück­ strömöffnung wirksame Leckverbindung zu schaffen, die trotz not­ wendiger enger Toleranzen sicher und billig herstellbar ist, und mit der überdies eine genaue Einstellung des Strömungswiderstan­ des der Leckverbindung über den gesamten Last- und Drehzahlbe­ reich möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Kennzei­ chen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die sich zumindest über den gesamten Verdrehbereich des Pumpenkol­ bens erstreckende Umfangsnut hat den Vorteil, daß sie einfach und genau herstellbar ist und daß der zu Beginn des Förderhubs des Pumpenkolbens wirksame Durchströmquerschnitt für die Leck­ menge sich ohne zusätzliche Mittel zur Drosselung der Strömung entsprechend der Drehstellung des Pumpenkolbens auf einfache Weise genau einstellt, da nur durch die jeweils wirksame Länge der von der Wand des Pumpenzylinders abgedeckten Umfangsnut eine über den gesamten Last- bzw. eingestellten Fördermengenbereich abhängige Drosselung erzeugt wird. Es ist somit bis in den Vollastbereich möglich, je nach Drehzahl ein gezieltes Abströmen von Kraftstoff über die lastabhängig eingestellte Drosselstrecke am Beginn der Hochdruckförderung zu erreichen und damit auch den Förderbeginn hinsichtlich seines Zeitpunktes und Ausgangsdruckes zu steuern. Zudem brauchen keine zusätzlichen Maßnahmen ergriffen zu werden, durch die die Dros­ selung in Abhängigkeit von der Fördermenge ausgeschaltet und verändert wird. Schließlich stellt auch noch der auf ein Maß kleiner als der Durchmesser der Zulauföffnung festgelegte Ab­ stand der Umfangsnut von der Stirnfläche sicher, daß die ange­ strebten Maßnahmen für einen weichen Druckanstieg bei Förderbe­ ginn, für eine drehzahlabhängige Förderbeginnverschiebung und für eine Änderung des Fördermengenverlaufs nur zu Beginn der Einspritzung wirksam werden. Sie sind bei Einspritzende nicht mehr wirksam und beeinflussen den erforderlichen hohen Einspritzdruck bei Einspritzende somit nicht negativ.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung festgelegt, wobei durch die Maßnahmen zur Festlegung des Durchströmquerschnittes der Umfangsnut die Wirkung und der Einsatzbereich der Umfangsnut eindeutig auf die aufgabengemäße Verwendung hin eingeschränkt wird, so daß weder eine über die gesamte Einspritzdauer erfolgende Absenkung des Einspritzdruckes noch eine ungewollte Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung stattfinden. Ist die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe zusätzlich mit einem als Gleichdruckentlastungsventil ausgebildeten Druckventil versehen, dann wird der durch dieses Ventil bei steigender Drehzahl ansonsten erzielte Fördermengenabfall durch die erfindungsgemäß ausgebildete Strömungsdrossel der zu Beginn des Förderhubs wirksamen Leckverbindung in einen im unteren Drehzahlbereich bei steigender Drehzahl ansteigenden Fördermengenverlauf umgewandelt. Durch diese Merkmalskombination wird verhindert, daß der bei steigender Drehzahl fallende Fördermengenverlaufaufgrund der für den Vollastbetrieb eingestellten entsprechend großen Vollasteinspritzmenge im unteren Drehzahlbereich eine zu hohe Einspritzmenge ergibt und somit zu sehr stärker Rußbildung in den Auspuffgasen führt. Der mit der Erfindung erzielbare veränderliche, bei steigender Drehzahl zuerst ansteigende und dann abfallende Fördermengenverlauf kann sonst nur durch sehr komplizierte Maßnahmen am Drehzahlregler verwirklicht werden. Diese Maßnahmen erübrigen sich somit beim Anmeldungsgegenstand. Auch wird ein ansonsten notwendiger drehzahlabhängiger Spritzversteller eingespart.

Es ist des weitern aus der CH-PS 269 597 bereits eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit einer Leckverbindung bekannt, bei der durch eine von einem Leckloch zwischen Nut und Pumpenarbeitsraum gebildeten Strömungsdrossel die abströmende Leckmenge bei steigender Drehzahl reduziert wird, so daß sich ein ansteigender Fördermengenverlauf über der Drehzahl ergibt. Dabei durchstößt das als Strömungsdrossel dienende Leckloch dort jedoch eine Nutflanke zwischen der Kolbenstirnseite und der in die Kolbenmantelfläche eingearbeiteten Ringnut. Dadurch ist unabhängig von der Vollaststellung des Pumpenkolbens und damit von der geförderten Kraftstoffeinspritzmenge immer die gleiche Drosselwirkung vorhanden und wegen der Anordnung des Leckloches muß die Nut relativ tief ausgeführt werden, womit der durch die Nutflanke bestimmte Kolbenbereich stark geschwächt wird. Dies ist bei Hochdruckeinspritzpumpen unzulässig und führt zu Verformungen und schneller Abnutzung gerade an dem den Einspritzbeginn steuernden Ende des Pumpenkolbens.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ausschnittweise einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoffeinspritzpumpe, Fig. 2 ausschnittweise eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante des in Fig. 1 verwendeten Pumpenkolbens und Fig. 3 einen Teilquerschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2 in vergrößerter Darstellung.

Bei der in Fig. 1 ausschnittsweise im Längsschnitt dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe 10 handelt es sich um eine Einzylinder-Kraftstoffeinspritzpumpe. Die Erfindung umfaßt selbstverständlich auch als Reiheneinspritzpumpen bezeichnete Mehrzylinder-Kraftstoffeinspritzpumpen, da Fig. 1 auch als ein Längsschnitt durch ein Pumpenelement einer solchen Einspritzpumpe angesehen werden kann.

In ein nur teilweise dargestelltes Gehäuse 11 der Einspritzpumpe 10 ist ein Pumpenzylinder 12 eingesetzt, in dessen Zylinderbohrung 13 ein Pumpenkolben 14 axial- und drehbeweglich geführt ist. Der als Teil der Zylinderbohrung 13 einerseits von einer Stirnfläche 15 des Pumpenkolbens 14 begrenzte Pumpenarbeitsraum 16 ist andererseits zur Förderseite hin von einem Druckventil 17 abgeschlossen, das zur Erzielung eines beherrschbaren erhöhten Standdruckes und einer bei steigender Drehzahl abfallenden Fördermengenkennlinie als Gleichdruckentlastungsventil ausgebildet ist. Der Pumpenarbeitsraum 16 ist über eine in Form einer Bohrung ausgebildet, zugleich als Rückströmöffnung dienende Kraftstoff-Zulauföffnung 18 in der Wand 12a des Pumpenzylinders 12 mit einem unter niederem Kraftstoffzulaufdruck stehenden Saugraum 21 verbunden.

In die mit 22 bezeichnete Mantelfläche des Pumpenkolbens 14 ist eine in Fig. 1 als Schrägnut ausgebildete Steuernut 23 eingearbeitet, deren zum Pumpenarbeitsraum 16 hin weisende Begrenzung mit der Mantelfläche 22 des Pumpenkolbens 14 eine antriebsseitige Steuerkante 24 bildet. Diese geneigt zur Pumpenkolbenlängsachse A verlaufende Steuerkante 24 begrenzt zusammen mit einer von der Stirnfläche 15 gebildeten stirnseitigen Steuerkante 25 eine Steuerfläche 26, deren relative Lage zu der Zulauföffnung 18 den Förderbeginn und das Förderende bestimmt.

Abweichend von bekannten Pumpenkolben ist der Pumpenkolben 14 und auch die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsvariante 14′ mit einer lediglich zu Beginn des Förderhubes zwischen Pumpenarbeitsraum 16 und Zulauföffnung 18 wirksamen Leckverbindung 27 ausgestattet, die eine in der Steuerfläche 26 parallel und in einem geringen Abstand a zu der stirnseitigen Steuerkante 25 verlaufende und als Ringeinstich ausgebildete Umfangsnut 28 und einen Verbindungskanal 29 aufweist, der die Umfangsnut 28 mit dem Pumpenarbeitsraum 16 verbindet, wobei die durch die Umfangsnut 28 strömende Kraftstoffmenge von einer durch den Ringeinstich gebildeten Strömungsdrossel 31 festgelegt ist. Der Verbindungskanal 29 ist von einer Längsnut gebildet, die sich in Richtung der Längsachse A des Pumpenkolbens 14, 14′ von dessen Stirnfläche 15 ausgehend bis in die Steuernut 23 bzw. 23′ erstreckt, somit zugleich als Stoppnut dient und sowohl die Steuernut 23, 23′ als auch die Umfangsnut 28 mit dem Pumpenarbeitsraum 16 verbindet. Wäre der Pumpenkolben 14 anstatt mit einer Stoppnut mit einer Mittelbohrung und einer Querbohrung versehen, welche in die Steuernut 23 bzw. 23′ mundet, dann würde es genügen, wenn der als Längsnut ausgebildete Verbindungskanal 29, für einen entsprechend kleineren Durchfluß ausgelegt, von der Stirnfläche 15 nur bis zur Umfangsnut 28 reichen würde.

Die Strömungsdrossel 31 ist von dem in Fig. 3 strichpunktiert schraffiert eingezeichneten Durchströmquerschnitt Q und von der jeweils wirksamen, von der Drehstellung des-Pumpenkolbens 14, 14′ und damit von der eingestellten Fördermenge abhangigen Länge L (siehe Fig. 2) der von der Wand 12a des Pumpenzylinders 12 abgedeckten Umfangsnut 28 gebildet und legt damit die Wirksamkeit der Leckverbindung 27 fest. Die Breite B und die Tiefe T des Durchströmquerschnittes Q der Umfangsnut 28 betragen wegen der notwendigen Drosselwirkung nur wenige zehntel Millimeter und sind jeweils auf etwa 3 bis 6 Prozent des Kolbendurchmessers d festgelegt.

Der Abstand a der Umfangsnut 28 von der Stirnfläche 15 ist als Abstand der der Stirnfläche 15 abgewandten Begrenzungskante 28a der Umfangsnut 28 von der Stirnfläche 15 festgelegt und muß immer kleiner als der Durchmesser D der Zulauföffnung 18 sein.

Damit die Wirkung der Strömungsdrossel 31 sich nicht bis zum Einspritzende hin auswirkt, wird für eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes der beschriebene Abstand a der Umfangsnut 28 auf ein Maß festgelegt, das kleiner als der halbe Durchmesser D der Zulauföffnung 18 ist, vorzugsweise etwa 0,2 bis 0,4 mal D.

Bei einem praktisch ausgeführten Beispiel mit einem Kolbendurchmesser d von 9 mm und einem Durchmesser D der Zulauföffnung 18 von 3,5 mm sind Abstand und Abmessungen der Umfangsnut 28 wie folgt festgelegt:

B gleich 0,3 mm, T gleich 0,3 mm und a gleich 3,7 mm. Diese Form der Nut und diese Abmessungen können auch in der Großserienfertigung mit sehr kleinen Toleranzen eingehalten werden, und es ergibt sich im Gegensatz zu bekannten zylindrischen und bis zur Stirnfläche des Pumpenkolbens durchgehenden Anschliffen am Kopf des Pumpenkolbens eine genau definierte Drosselwirkung, die praktisch unabhängig von der Hublage des Pumpenkolbens 14, 14′ während eines durch den Abstand a bestimmten Hubteiles wirksam ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Leckverbindung 27 wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben:

Im unteren Totpunkt des Pumpenkolbens 14 (siehe Fig. 1) wird durch die Stirnfläche 15 ein so großer Querschnitt der Zulauföffnung 18 freigegeben, daß genügend Kraftstoff in den Pumpenarbeits­ raum 16 aus dem Saugraum 21 einströmen kann. Sobald nach einem Vorhub bei der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 14 bzw. 14′ die Zulauföffnung 18 von der Steuerfläche 26 verschlossen wird (siehe dazu auch Fig. 2), würde der Förderhub beginnen, wenn nicht die Leckverbindung 27 vorhanden wäre. Aufgrund des sehr engen Durchströmquerschnittes Q (siehe Fig. 3) der Umfangsnut 28 strömt bei langsamer Hubbewegung des Pumpenkolbens 14, 14′, d. h. bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ein durch den Durchströmquerschnitt Q und die wirksame Länge L der Strö­ mungsdrossel 31 festgelegter Anteil des Kraftstoffes über die Zu- und Rückströmöffnung 18 in den Saugraum 21 zurück. Nach de­ ren Verschluß legt der Pumpenkolben 14, 14′ einen Förderhub ohne Leckageabfluß über den Durchströmquerschnitt Q zurück, bis zum Öffnen der Zu- und Rückströmöffnung 18 durch die Steuerkante 24. Durch die Teilrückströmung von Kraftstoff aus dem Pumpenarbeits­ raum 16 während des Förderhubs wird der Druckanstieg im Pumpen­ arbeitsraum 16 verlangsamt, der Förderbeginn je nach Drehzahl später gelegt und die bei einer bestimmten Drehstellung des Pum­ penkolbens 14, 14′ durch die Steuerfläche 26 festgelegte Förder­ menge entsprechend reduziert. Bei höher werdender Drehzahl er­ höht sich auch die Drosselwirkung der Strömungsdrossel 31, bis sie völlig ausgeschaltet ist. Durch die bei größerer Last ent­ sprechend größere Länge L der Strömungsdrossel 31 wird diese Drosselwirkung auch lastabhängig verstärkt und bei gleichzeitig auftretenden hohen Drehzahlen wirkungslos. Somit braucht die Um­ fangsnut 28 in ihrer Länge nicht auf eine erforderliche wirksame Länge begrenzt zu werden, sondern sie kann für eine Vereinfa­ chung des Herstellungsverfahrens bei der Fertigung des Pumpen­ kolbens 14 über den gesamten Pumpenkolbenumfang eingeschliffen werden.

Es werden mit dem Erfindungsgegenstand somit folgende vorteil­ hafte Wirkungen erreicht:

• 1. Im unteren Drehzahlbereich wird ein zur Reduzierung des Abgasausstoßes bei steigender Drehzahl ansteigender Fördermengenverlauf verwirklicht (negative Angleichung);
• 2. vor allem bei niedrigen Drehzahlen wird bei Beginn des Förderhubes der Druckanstieg gegenüber herkömmlichen Einspritzpumpen deutlich reduziert, womit auch der Verbrennungsdruckanstieg im Zylinder des Motors und damit die Schallemission ebenfalls herabgesetzt werden;
• 3. die durch die Kompression des Kraftstoffes in der Druckleitung bei ansteigender Drehzahl erfolgende Verzögerung des Förderbeginns wird durch die bei steigender Drehzahl verstärkte Drosselwirkung der Strömungsdrossel 31 wieder in gewünschter Weise vorverlegt, so daß besondere Einrichtungen zur Förderbeginnzeitpunktverstellung, z. B. Fliehkraftspritzzeitpunktversteller, nicht notwendig sind und eingespart werden können.

Bei mit Aufladung der Ansaugluft arbeitenden Dieselmotoren kann der bei steigender Drehzahl wirksam werdende Fördermengenanstieg eine sonst notwendige ladedruckabhängige Fördermengenangleichung erübrigen. Ist die Kraftstoffeinspritzpumpe, wie in Fig. 1 gezeigt, mit einem als Gleichdruckentlastungsventil arbeitenden Druckventil 17 ausgestattet, dann kann durch die Kombination dieses Ventils mit der erfindungsgemäßen Leckverbindung 27 ein zuerst ansteigender und dann abfallender Fördermengenverlauf über der Drehzahl verwirklicht werden, wodurch sehr teure und aufwendige Angleicheinrichtungen eingespart werden können.

Claims (3)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen zum Fördern von Kraftstoff aus einem einerseits von einer Stirnfläche (15) des Pumpenkolbens (14, 14′) und andererseits von einem Druckventil (17) begrenzten Pumpenarbeitsraum (16) und mit einer Kraftstoff-Zu- und Rückströmöffnung (18) in der Wand (12a) eines Pumpenzylinders (12), die mit einer umfangsseitig am Pumpenkolben (14, 14′) angeordneten, von der durch die Pumpenkolben-Stirnfläche (15) gebildeten Steuerkante (25) sowie einer schrägen, bei Verdrehung des Pumpenkolbens (14, 14′) die Einspritzmenge regulierenden Steuerkante (24) begrenzten Steuerfläche (26) zusammenarbeitet, sowie mit einer nur zu Beginn des Förderhubes des Pumpenkolbens (14, 14′) mit der Kraftstoff-Zu- und Rückströmöffnung zusammenwirkenden Überströmverbindung mit lastabhängig unterschiedlichem Strömungswiderstand, die in Form einer annähernd parallel zur Pumpenkolben-Stirnfläche (15) in der Steuerfläche (26) des Pumpenkolbens (14, 14′) verlaufenden Umfangsnut (28) ausgebildet ist, und die in eine in Richtung der Längsachse (A) des Pumpenkolbens (14, 14′) verlaufende, von der Pumpenkolben-Stirnfläche (15) ausgehende umfangsseitige Längsnut (29) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die sich zumindest über den Verdrehbereich des Pumpenkolbens (14, 14′) für den gesamten Lastbereich erstreckende Umfangsnut (28) als Ringeinstich mit konstanter Breite (B) und Tiefe (T) ausgebildet ist und somit je nach Drehwinkelabstand (L) der Längsnut (29) zur Kraftstoff-Zu- und Rückströmöffnung (18) eine unterschiedlich drosselnde Strömungsdrossel (31) darstellt, und daß die Umfangsnut (28) in einem Abstand (a) zur Stirnflächen-Steuerkante (25) verläuft, der kleiner ist als der halbe Durchmesser (D) der Kraftstoff-Zu- und Rückströmöffnung (18) und vorzugsweise 0,2 bis 0,4 mal dem Durchmesser (d) dieser Öffnung (18) beträgt.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) und die Tiefe (T) des Durchströmquerschnitts (Q) der Umfangsnut (28) jeweils auf etwa 3% bis 6% des Kolbendurchmessers (d) festgelegt sind.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckventil (17) der Einspritzpumpe als Gleichdruckentlastungsventil ausgebildet ist.