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Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe
dieser Art (DE-PS 597 770) wird der Pumpenarbeitsraum mit Kraft~ stoff gefüllt,
solange der Pumpenkolben nahe seines unteren Totpunktes ist. Die Kraftstoffversorgung
erfolgt über mehrere im Pumpenzylinder radial verlaufende Versorgungsbohrungen,
die einen Saugraum mit dem Pumpenarbeitsraum verbinden und durch den Pumpenkolben
gesperrt werden, wenn dieser einen gewissen Abstand von seinem unteren Totpunkt
(UT.) einnimmt. Mit der Zusteuerung dieser Bohrungen beginnt die Pumpenförderung,
wobei sich aufgrund der runden oder ovalen Steuerquerschnitte eine Verschiebung
des exakten Schließzeitpunktes über der Drehzahl ergibt, da bei Beginn des Druckhubes
des Pumpenkolbens über diese Zuführbohrungen Kraftstoff bis zu deren Sperren zurückströmt
und die Steuermündung dieser Bohrung als Zeitdrossel wirkt.
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Bei hohen Drehzahlen kann weniger Kraftstoff zurückströmen
als
bei niederen Drehzahlen, bevor die Bohrungen gesperrt werden und die Einspritzung.
beginnen kann. Außerdem muß der Querschnitt dieser Versorgungsbohrungen verhältnismäßig
groß sein, damit auch bei hohen Drehzahlen eine Auffüllung des Pumpenarbeitsraums
gewährleistet ist.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß zur Auffüllung des Pumpen arbeitsraumes mindestens ein Kanal verhältnismäßig
gro-Ben Querschnitts zur Verfügung steht, bei dem bezüglich der Flüssigkeitsstromrichtung
wenig oder keine Umleitungen stattfinden und dessen dem Saugraum zugewandtes Ende
bis kurz vor dessen Verschließen einen optimalen Querschnitt aufweist, um dann aber
nach Eintauchen in den Zylinder sehr schnel gesperrt zu werden, so daß nahezu kein
zeitdrosselabhängiger Einfluß für den Spritzbeginn entsteht. kaßerdem kann durch
die äußere Bearbeitung des Kolbens die Herstellung der Kanälesehr preisgünstig und
vor allem sehr exakt erfolgen.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat der Pumpenkolben
eine axiale zum Pumpenarbeitsraum hin offene Sackbohrung, von der mindestens eine
durch einenaxial auf dem Kolben im Bereich des Saugraums gleitenden und entsprechende
Steuerkanten aufweisenden Steuerschieber steuerbare Radialbohrung abzweigt und daß
die Sackbohrung und die Radialbohrung in der Nähe vom unteren Totpunkt (UT) den
Saugraum mit dem Pumpen
arbeitsraum verbinden. Es ist zwar auch
bei der eingangs genannten bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe eine Sackbohrung sowie
eine Radialbohrung im Pumpenkolben vorgesehen, nur dienen diese im Gegensatz zu
der erfinderischen Ausgestaltung lediglich zum Ansteuern der Einspritzförderung,
also zur Bestimmung des Förderendes, indem der Pumpenarbeitsraum über diese Bohrungen
mit einem Kraftstoffrücklauf verbunden wird. Die Steuerkante verläuft schräg und
ist ortsfest, so daß zur Fördermengenänderung, d.h. zur Bestimmung des für die Aufsteuerung
erforderlichen Kolbenhubs der Kolben verdreht werden muß. Bei einer anderen bekannten
Kraftstof.feinspritzpumpe (DE-OS 30 17 730) wird diese Sackbohrung und die Radialbohrung
einerseits zur Förderendesteuerung in der beschriebenen Art verwendet, andererseits
dienen diese Bohrungen, und zwar ausschließlich, zur Auffüllung des Pumpenarbeitsraums
vom Saugraum her, solange der Pumpenkolben nahe UT ist. Dadurch, daß bei der erfindungsgemä-Ben
Pumpe im wesentlichen die Kraftstoffversorgung des Pumpenarbeitsraums über die in
der Kolbenmantelfläche angeordneten Ausnehmungen erfolgt, kann der Durchmesser der
Sackbohrung verhältnismäßig klein sein mit dem Vorteil, daß einerseits bei hohen
Förderdrücken, die bei diesen Pumpen bis 2000 bar haben können, keine radiale Aufweitung
des Pumpenkolbens im Bereich der Sackbohrung stattfindet mit der Gefahr des Festklemmens
im Pumpenzylinder und Festsetzens des Steuerschiebers auf dem Kolben und dem Vorteil,
daß andererseits ein Auffüllen des Pumpenarbeitsraums auch bei hohen Drehzahlen
stets gewährleistet ist. Entsprechend kann die erfindungsgemäße Pumpe bei höheren
Drehzahlen eingesetzt werden als die entsprechenden bekannten Pumpen.
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Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind mit dem Steuerschieber
und der Mündung der Radialbohrung Förderanfang und Förderende bestimmbar, indem
über getrennte Steuerkanten in an sich bekannter Weise die Radialbohrung zuerst
für den Förderanfang gesperrt und später für das Förderende im Verlauf des Druckhubes
des Kolbens wieder geöffnet wird. Hierbei wirken der Auffüllkanal und die Radialbohrung
derart zusammen, daß in jedem Fall ein Auffüllen des Pumpenarbeitsraums gewährleistet
ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Kolben eine
zweite Radialbohrung mit axialem Abstand zur ersten vorgesehen. Hierdurch lassen
sich vorteilhafterweise die Steuerung für Förderbeginn und Förderende durch verschiedene
Radialbohrungen vornehmen, so daß der Steuerschieber zu seiner Funktion in einer
zusät lichen Dimension verstellbar ist. Während die Axial schiebung desselben insbesondere
dem Förderbeginn auch Förderende dient, kann durch eine Drehversty in Zusammenwirkung
von Radialbohrung im Kolben schräger Steuerkante am Steuerschieber eine Gru stellung
vorgenommen werden. Außerdem ist es un matisch,auch kleinstmögliche Mengen durch
die uni ge Zuordnung von Radialbohrungen und Steuerkant erzielen.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der E ist in zwei
Varianten in der Zeichnung dargeste wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig.
1 einen Längsschnitt durch eine Einzylinderkraftstoffeinspritzpumpe gemäß der Linie
1-1 in Fig. 2; Fig. 2 einen Längsschnitt gemäß der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 und
4 je einen Ausschnitt aus Fig. 1 oder 2 in vergrößertem Maßstab verschiedene Steuerstellungen
darstellend und Fig. 5 eine Variante der Kraftstoffmengensteuerung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine durch eine Motornockenwelle fremd angetriebene und in das
Motorgehäuse eingesetzte Kraftstoffeinspritzpumpe 10, bei der in ein Pumpengehäuse
11 eine Zylinderbüchse 12 eingesetzt ist und mittels eines Kopfes 13 und Schrauben
14 im Pumpengehäuse 11 befestigt ist. In einer Zylinderbohrung 15 der Zylinderbüchse
12 ist ein Pumpenkolben 16 axial geführt. Der Pumpenkolben 16 wird in bekannter
Weise über einen im Pumpengehäuse 11 geführten und entgegen der Kraft von zwei Stößelfedern
17 bewegbaren Stößel 18 angetrieben. Die Federn stützen sich hierbei oben über einen
Federteller 19 am Pumpengehäuse 11 ab und unten über einen Federteller~20 am Stößel
18. Ein Sicherungsring 22a verhindert ein Herausfallen des Stößels 18,und ein in
einem Steuerring 21 gelagerter Mitnehmer 21a ermöglicht ein Verdrehen des Pumpenk.olbens
16* Stößel 18, Ringe 22a und 21 sowie Mitnehmer 21a sind in einem Deckel 22 angeordnet,
der das Gehäuse 11 nach unten verschließt.
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In Fig. 2 nimmt der Pumpenkolben 16 seine untere Totpunktlage (UT)
ein und in Fig. 2 seine obere Totpunktlage (OT). Durch Zylinder 15 und Kolben 16
wird ein Pumpenarbeitsraum 23 begrenzt, von dem aus der Kraftstoff
unter
Druck über ein Druckventil 24 zum Motor gelangt.
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Im Kolben 16 ist eine Sackbohrung 25 vorgesehen, durch die der Pumpenarbeitsraum.23
mit einem Saugraum 26 der Pumpe verbindbar ist.
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In einer zum Saugraum 26 hin offenen Ausnehmung 27 in der Zylinderbüchse
12 ist ein Steuerschieber 28 axial beweglich und geringfügig verdrehbar auf dem
Pumpenkolben .16 angeordnet, zur Steuerung der Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum
23 und Saugraum 26.
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Der Steuerschieber 28 weist in seinem mittleren Bereich einen Durchbruch
29 auf, der mit zwei im Pumpenkolben 16 verlaufenden Querbohrungen 30 und 31 der
Sackbohrung 25 zusammenwirkt. Der Steuerschieber 28 kann durch eine Verstellvorrichtung
33 axial verschoben werden und zur Grundeinstellung durch einen Exzenter 34 verdreht
werden.
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Der Exzenter 34 ist im Gehäuse 11 gelagert und greift mit einem exzentrisch
angeordneten Zapfen 35 in eine im Steuerschieber 28 angeordnete Längsnut 36. Die
Verstellvorrichtung 33 weist eine im Gehäuse 11 gelagerte Welle 37 auf, die durch
nicht dargestellte Mittel willkürlich verdrehbar ist und an der über einen Schraubspannring
38 ein Mitnahmezapfen 39 befestigt ist.
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Durch das Zusammenwirken von Pumpenkolben 16 und Steuerschieber 28
mit den Bohrungen 25, 30, 31 und dem Durchbruch 29 werden der Förderanfang, das.
Förderende und die Fördermenge der Einspritzpumpe gesteuert. Durch die Axialverschiebung
des Steuerschiebers 28 wird Förderanfang und Förderende bestimmt, durch Verdrehen
entweder des Steuerschiebers 28 oder des Pumpenkolbens 16 wird die Einspritzmenge
bestimmt. Hierfür ist es erforderlich,
daß wenigstens eine Steuerkante
am Steuerschieber 28 oder Pumpenkolben in bekannter Weise schräg verläuft (nicht
näher dargestellt), so daß eine Verdrehung von Steuerschieber und/oder Pumpenkolben
eine Änderung des erforderlichen Hubs zwischen Förderanfang und Förderende mit sich
bringt. Der Steuerschieber 28 kann zur Grundeinstellung über den Exzenter 34 verdreht
werden, der Pumpenkolben 16 durch den Mitnehmer--21a, der im Stößelbereich im Steuerring
21 gelagert ist. Die Pumpenkolbenverdrehung kann jedoch auch durch die von Bosch-Steckpumpen
bekannte Methode erfolgen, gemäß der. die Verdrehung über eine Regelstange vorgenommen
wird.
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Inder Mantelfläche des Pumpenkolbens 16 sind an dem dem Pumpenarbeitsraum
23 zugewandten Ende Abflachungen 40 vorgesehen, die zur Stirnseite 41 und damit
zum Pumpenarbeitsraum 23 hin offen sind und deren unteres Ende 42 bei der in Fig.
1 eingenommenen Lage des Pumpenkol-.
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bens 16 in den Saugraum 26 taucht, so daß zur Auffüllung des Pumpenarbeitsraums
23 eine unmittelbare Verbindung zum Saugraum 26 besteht, während diese Abflachungen
40 vor Förderbeginn in den Zylinder 15 eintauchen, um dadurch einen Druckaufbau
und damit Förderbeginn zu ermöglichen. Hierdurch ist auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet,
daß der Pumpenarbeitsraum 23 vollständig mit Kraftstoff aufgefüllt wird, da zwar
mindestens in UT über die Sackbohrung 25 und die Querbohrungen 30 oder 31 eine Verbindung
zwischen Pumpenarbeitsraum 23 und Saugraum 26 besteht, diese aber aufgrund der natürlichen
Drosselwirkung und niederen Drucks im Saugraum 26 bei hohen Drehzahlen ein Auffüllen
des Pumpenarbeitsraums 23 nicht sicherstellt. Außerdem kann der Durchmesser der
Sackbohrung 25 verhältnismäßig kleingehalten
werden, um dadurch
eine Ausdehnung des durch die Bohrung 25 bewirkten Ringmantels des. Kolbens 16 zu
vermeiden, die zu Festsetzen oder Klemmen der beweglichen Teile führen kann. Außerdem
wirkt der in den Abflachungen 40 herrschende Druck dem in der Sackbohrung 25 radial
entgegen, was ebenfalls einer. ungewünschten radialen Verformung des Pumpenkolbens
entgegenwirkt. Durch die Enden 42 der durch die Abflachungen 40 gebildeten Auffüllkanäle
wird ein nahezu drosselfreies Unterbrechen der Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum.23
und Saugraum 26 erzielt, so daß hier eine drehzahlabhängige Drosselwirkung ausgestaltet
wird. Die beschriebene Anordnung dieser Auffüllkanäle des Pumpenarbeitsraums 23
in der Mantelfläche des Kolbens 16 hat den Vorteil, daß sie unabhängig von der Drehlage
des Kolbens 16 oder der Stellung des Steuerschiebers 28 ist. Dadurch, daß die Sackbohrung
25 im Querschnitt verhältnismäßig klein gehalten werden kann, wird auch der Totraum
(schädlicher Raum) des Pumpenarbeitsraums 23 minimiert. Derartige schädliche Räume
wirken sich besonders bei hohen Drücken, für die diese Pumpen üblicherweise eingesetzt
werden, nachteilig aus.
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In den Figuren 3 und 4 sind als Ausschnitt in vergrößertem Maßstab
von dem Ausführungsbeispiel lediglich die Zylinderbüchsen 12, die Pumpenkolben 16
und die Steuerschieber 28 dargestellt, und zwar in vier verschiedenen Pumpenkolbenstellungen,
nämlich - von links nach rechts gesehen - für den unteren Totpunkt (UT), den Förderbeginn
(FB), das Förderende (FE) und den oberen Totpunkt (OT). Der Steuerschieber 28 bildet
aufgrund der Durchbrechung 29 Steuerkanten. Diese Steuerkanten wirken mit den Querbohrungen.
(Radialbohrungen) 30 und 31 zusammen.
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Das Ende 42 der Abflachung 40 dient als Füllkante.
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In allen vier Hubstellungen des Kolbens UT, FB, FE und OT nimmt der
Steuerschieber 28 zum leichteren Verständnis folgender Funktionserläuterung stets
die gleiche Stellung ein. Zur Änderung von FB und FEwird dieser Steuerschieber 28
verschoben und möglicherweise zur Mengenkorrektur verdreht.
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Solange der Pumpenkolben 16 die UT-Stellung einnimmt (Fig. 3 linke
Hälfte), ist der Pumpenarbeitsraum 23 mit dem Saugraum 26 durch die Abflachung 40
und die Sackbohrung 25 sowie die Querbohrung 30 und den Durchbruch 29 verbunden,
so daß eine ungedrosselte Auffüllung des Pumpenarbeitsraums 23 erfolgen kann. Die
Querbohrung 31 ist gesperrt.
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Nach Zurücklegung eines bestimmten Förderhubs (rechte Hälfte in Fiq.
3) taucht zuerst das Ende 42 der Abfla-
chun¢'«in den Zylinder 15, während die Steuerkante 46 die Querbohrung 30 überfährt,
bis durch den Steuerschieber 28 bei der dargestellten FB-Stellung die Querbohrung
30 vollends gesperrt ist, womit der Förderbeginn des unter hohem Druck stehenden
.Kraftstoffes aus dem Pumpenarbeitsraum 23 zum Motor hin stattfindet. Die Querbohrung
31 ist weiterhin durch den Steuerschieber 28 gesperrt.
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In Fig. 4 linke Hälfte nimmt der Pumpenkolben 16 eine Stellung ein,
bei der gerade durch die Steuerkante 45 die Querbohrung 3.1 beginnt aufgesteuert
zu werden. Die Folge ist die Unterbrechung der Einspritzung und ein Absteuern der
Fördermenge vom Pumpenarbeitsraum 23 über
die Durchbrechung 29
zum Saugraum 26 hin. Die Querbohrung 30 ist hierbei durch den Steuerschieber 28
gesperrt.
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Der Pumpenkolben 16 führt danach einen Leerförderhub bis zu der OT-Stellung
aus (Fig. 4 rechte Hälfte). In OT-Stellung sind bei der dargestellten axialen Lage
des Steuerschiebers 28 beide Radialbohrungen 30 und 31 mit dem Saugraum 26 verbunden,
nachdem die Steuerkante 47 die Querbohrung 30 freigegeben hat.
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In Fig. 5 ist eine Variante dieses ersten Ausführungsbeispiels dargestellt,
bei der anstatt mit zwei Querbohrungen mit einer Querbohrung 50 im Pumpenkolben
gearbeitet wird. Im übrigen sind alle der ersten Variante entsprechenden Teile dieser
Variante mit den gleichen, aber durch einen Indexstrich markierten Bezugszahlen
versehen. In der linken Hälfte von Fig. 5 nimmt der Pumpenkolben 16' die UT-Stellung
ein und in der rechten Hälfte die OT-Stellung.
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In der UT-Stellung besteht wiederum eine Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum
23' und dem Saugraum 26' über einerseits die Abflachung 40' und andererseits die
Sackbohrung 25' und die Querbohrung 50. Sobald dann der Förderhub beginnt, wird
zuerst die Abflachunp 40' gesperrt, indem die Füllkante 42' in den Zylinder 15'
taucht, wonach die Querbohrung 50 nach Uberfahren durch die FB-Steuerkante 44' durch
den Steuerschieber 28' gesperrt wird. Nach Zurücklegen des Einspritzhubes taucht
die Querbohrung 50 an der FE-Steuerkante 45' in den Durchbruch 29' ein, so daß im
weiteren Förderhub der Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 23 ungenutzt in
den
Saugraum 26' strömt. In der OT-Stel.lung (Fig. 5 rechte Hälfte) ist diese Steuerstellung,
dargestellt.
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Je nach axialer Lage dieses Steuerschiebers 28' ändert sich Förderbeginn
und Förderende, wobei für eine weiter nach unten geschobene Stellung des Steuerschiebers
28' der Förderbeginn beispielsweise durch das Ende 42' 40' der Abflachung einleitbar
ist.
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