DE3500616A1

DE3500616A1 - Brennstoff-einspritzpumpe fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3500616A1
Application number: DE19853500616
Authority: DE
Inventors: Michael M. Southfield Mich. Schechter
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1984-01-13
Filing date: 1985-01-10
Publication date: 1985-07-25
Also published as: US4497299A; GB8500878D0; GB2152595B; JPS60159364A; GB2152595A; DE3500616C2

Description

■ k- Hans-Jürgen Müller Gerhard D. Schupfner Hans-Peter Gauger Patentanwälte 3500616 European Patent Attorneys Mandataires en brevets europeens

Müller, Schupfner & Gauger Postfach 80 13 69 D-8000 München 80 Dr.-Ing. Robert Poschenrieder

(1931 -1972) t
Dr.-Ing. Elisabeth Boettner

(1963- 1975)

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Müller
Dipl.-Chem. Dr. Gerhard Schupfner* Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger

Postfach 80 13 69 Lucile-Grahn-Straße D-8000 München

Telefon: (0 89) 4 70 60 55/56 Telex: 5 23016 Telegramm / cable: Zetapatent®. München

Ihr Zeichen / Your ref.

Unser Zeichen / Our ref.

GFK-27 94 München / Munich,

10. Januar 1985

Betrifft:/Ref.: Anwaltsakte: GFK-27 94

FORD-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT OTTOPLATZ 2, 5000 KÖLN-DEUTZ" (DE)

Brennstoff-Einspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine

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2110 Buchholz
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Konten Gauger;

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoff-Einspritzpumpe für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine der durch den Oberbegriff das Patentanspruches 1 angegebenen Gattung.

Bei einer aus der US-PS 4 241 714 bekannten Einspritzpumpe dieser Art sind die Pumpenkolben im Kreis um die Achse eines mittels eines Elektromagneten betätigten einzigen Steuerventils angeordnet, durch welches die Zuleitung des Brennstoffs zeitlich aufeinanderfolgend an die einzelnen Druckkammern vermittelt wird. Eine damit ähnliche Einspritzpumpe ist auch aus der US-PS 3 648 67 3 mit einer abweichenden Ausbildung eines entsprechenden Steuerventils bekannt. Aus der US-PS 3 714 935 ist daneben für eine gattungsähnliche Einspritzpumpe die Verwendung je einer Steuerhülse für jeden Pumpenkolben bekannt, um damit anders als bei diesen gattungsgleichen Einspritzpumpen auch die Möglichkeit zu haben, den an die Brennstoffkanäle der einzelnen Maschinenzylinder/in Abhängigkeit von einer entsprechenden Einzelsteuerung dieser Steuerhülsen mengenmäßig verändern zu können.

Die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung löst die Aufgabe, eine Brennstoff-Einspritzpumpe für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine der angegebenen Gattung derart auszubilden, daß sie mit einer Verwendungsmöglichkeit sowohl für eine fremdgezündete als auch für eine eigengezündete Brennkraftmaschine einer beliebig großen Anzahl von Maschinenzylindern einfach und mit wenigen Kosten herstell-/verteilten Brennstoff

bar und bezüglich einer Grundausführung für eine Maschine mit wenigen Zylindern auch einfach für eine Maschine mit einer entsprechend größeren Anzahl von Zylindern erweiterbar ist und mit ihr auch die in die einzelnen Maschinenzylinder unter einem vorbestimmten Spritzdruck zur Einspritzung kommenden Brennstoffmengen sowohl im Volumen als auch im Einspritzzeitpunkt verändert werden können.

Die erfindungsgemäße Brennstoff-Einspritzpumpe weist im wesentlichen die Vorteile auf, daß durch das zusätzliche Vorsehen je eines Verteilerkolbens in der Zuordnung zu wenigstens zwei Pumpenkolben mit dem gekennzeichneten Antrieb durch eine gemeinsame maschinengetriebene Nokkenwelle und durch die gekennzeichnete Zuordnung je eines mittels eines integrierten Elektromagneten willkürlich betätigten Überströmventils an jedem Verteilerkolben ein gleiches Arbeitsprinzip der Einspritzpumpe unabhängig von der Anzahl von Maschinenzylindern einer Brennkraftmaschine realisierbar ist, für welche die Einspritzpumpe mit einer entsprechenden Anpassung der Anzahl von Pumpen- und Verteilerkolben verwendet wird. Da alle Pumpenkolben und alle Verteilerkolben untereinander wegen des gemeinsamen Antriebs durch die Nockenwelle gleich ausgeführt werden können, ist die Einspritzpumpe auch entsprechend kostengünstig herzustellen und weist mit einer einfachen Zusammenbaumöglichkeit ihrer Einzelteile in der Gesamtheit eine äußerst kompakte Ausführungsform auf, die sich mithin durch eine entsprechende Steuerung der zur willkürlichen Betätigung der Überströmventile vorgesehenen Elektromagneten zur Verwendung sowohl für fremdgezündete als auch für eigengezündete Brennkraftmaschinen eignet. Die Steuerung der Elektromagneten der Überströmventile läßt nämlich den Beginn und die Dauer der Zuleitung des Brennstoffs zu den einzelnen Maschinenzylindern einfach verändern.

Ein für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine konzipiertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennstoff-Einspritzpumpe ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Figur 1 eine Schnittansicht der Einspritz

pumpe ,

Figuren 1A und 1B Schnittansichten der Einspritzpumpe nach den Linien IA-IA und IB-IB in Figur 1 und

Figuren 2 bis 4 entsprechende Schnittansichten

der Einspritzpumpe zur Darstellung der unterschiedlichen axialen Stellungen der einzelnen Kolben während den aufeinanderfolgenden Arbeitstakten der Maschine.

In Figur 1 ist nur das Gehäuse 10 der Einspritzpumpe gezeigt, in welchem vier achsparallele Bohrungen 12 zur Aufnahme je eines Pumpenkolbens 16 und zwei weitere achsparallele Bohrungen 14 zur Aufnahme je eines Verteilerkolbens 18 ausgebildet sind. Die oberen Enden dieser Bohrungen 12,14 sind durch ein gemeinsames Deckelteil 20 verschlossen, in welchem an jeder Bohrung eine Aussparung 21 ausgebildet ist. Über die Aussparungen 21 an den Bohrungen 12 der Pumpenkolben 16 sind zu den Maschinenzylindern führende Brennstoffkanäle 102 angeschlossen. Alle Pumpenkolben 16 und alle Verteilerkolben 18 sind untereinander gleich ausgebildet und werden an ihren unteren Enden durch eine gemeinsame maschinengetriebene Nockenwelle angetrieben. Dabei bildet der mit D. bezeichnete eine Verteilerkolben 18 zusammen mit den mit P. und P„ bezeichneten Pumpenkolben 16 eine erste Baugruppe, während der mit D„ bezeichnete zweite Verteilerkolben 18 mit den beiden anderen Pumpenkolben P-. und P. eine zweite Baugruppe bildet. Die zcitverschobonen Bewegungsphasen der einzelnen Kolben sind bei diesen zwei Baugruppen untereinander gleich und werden daher nachfolgend nur für die

BAD ORIGINAL

eine Baugruppe mit dem Verteilerkolben D und den Pumpenkolben P und P näher erläutert.

Jeder Pumpenkolben 16 ist mit drei axial beabstandeten Steuerbünden 22,24 und 26 zur Ausbildung von zwei Steuernuten 32 und 34 an den zwischen diesen Steuerbünden mit einem kleineren Durchmesser ausgebildeten Abschnitten 28 und 30 versehen. An die eine Steuernut 34 ist über eine radiale Bohrung ein axialer Verbindungskanal 42 zu einer Druckkammer. 40 angeschlossen, die an der Stirnfläche 36 jedes Pumpenkolbens 16 ausgebildet ist und eine Erweiterung durch die zugeordnete Aussparung 21 des Deckelteils 20 erfährt. Gleichartig wie die Pumpenkolben 16 sind auch die Verteilerkolben 18 jeweils mit drei axial beabstandeten Steuerbünden 44,46 und 48 zur Ausbildung von zwei Steuernuten 54 und 54' an den dazwischen mit einem kleineren Durchmesser ausgebildeten Abschnitten 50 und 52 versehen. Die eine Steuernut 5 4¹ ist auch hier über eine Radialbohrung an einen axialen Verbindungskanal 64 mit einer Brennstoffkammer 62 angeschlossen, die an der Stirnfläche 58 jedes Verteilerkolbens 18 in entsprechender Weise wie die Druckkammern 40 der Pumpenkolben 16 ausgebildet ist. An dem Steuerbund 48 der Verteilerkolben 18 ist außerdem noch eine dritte Steuernut 56 ausgebildet, die über zwei Verteilerkanäle 66 und 68 des Pumpengehäuses 10 einen abwechselnden Anschluß an die beiden Druckkammern 40 der Pumpenkolben P. und P erfährt. Die Steuernut 54¹ erfährt andererseits über zwei VErbindungskanaäle 70 und 72 des Pumpengehäuses 10 einen umgekehrt abwechselnden Anschluß an die Steuernuten 34 derselben Pumpenkolben P₁ und P₂- Diese abwechselnd umgekehrten Änschlußverhältnisse der Steuernut 56 an die Druckkammern 40 und der Steuernut 54'an die Steuernuten 34 sind aus den für die beiden Verteilerkolben D und D„ unterschiedlich dargestellten axialen Stellungen ableitbar, wobei gleichzeitig noch der Hinweis auf die mit Richtungspfeilen verdeutlichten unterschiedlichen axialen Bewegungsphasen der Pumpenkolben P und P. erfolgen soll.

Aus den Schnittdarstellungen der Figuren 1A und 1B ist weiter ersichtlich, daß die Brennstoffkammern 62 der beiden Verteilerkolben 18 über in den Aussparungen 21 des Deckelteils 20 mündende Anschlußkanäle 74 an einen gemeinsamen Druckkanal 76 angeschlossen sind, über den der Brennstoff angeliefert wird. Die Steuernuten 56 der beiden Verteilerkolben 18 sind nun an diesen Druckkanal 56 abwechselnd über einen zu einem Überströmventil 80 geführten Verteilerkanal 90 angeschlossen, der unter Vermittlung eines an jedem Verteilerkolben zur Umschaltung des Überströmventils 80 zwischen der in Figur 1A dargestellten Schließstellung und der in Figur 1B dargestellten Offenstellung vorgesehenen Elektromagneten 82 zu einer Anschlußbohrung 7 an die Steuernuten 56 hin willkürlich durchschaltbar ist. Jedes Überströmventil 80 weist dabei eine herkömmliche Ausbildung mit einem durch eine Öffnungsfeder vorgespannten Ventilstößel 85 auf, an dessen Ende der ringförmig ausgebildete Anker 86 des zugeordneten Elektromagneten 82 ausgebildet ist, der durch die innerhalb einer Kammer 94 abgestützte Öffnungsfeder 88 von der Stirnfläche eines Gehäuses 92 weggedrückt wird, in welchem die Magnetspule 84 des Elektromagneten angeordnet ist. Die Federkammer 94 ist über eine Anschlußbohrung an den Verteilerkanal. 90 und über eine den Ventilsitz für den Ventilstößel 85 bildende Anschlußbohrung 96 an die Anschlußbohrung 78 der Steuernut 56 angeschlossen. Wenn entsprechend der Darstellung in Figur 1B die Offenstellung des Überströmventils 80 durch den zugeordneten Elektromagneten 82 gesteuert ist, dann ist der Druckkanal 76 über den Verteilerkanal· 90, die Anschlußbohrung 98, die Federkammer 94 und die Anschlußbohrungen 96 und 78 an die Steuernut 56 angeschlossen, so daß der aus dem Druckkanal 76 zugeleitete Brennstoff dann in Abhängigkeit von der axialen Stellung der Verteilerkolben 18 aus dieser Steuernut 56 jeweils während des Förderhubes des einen der beiden zugeordneten Pumpenkolben

■ . *ΛΌ'

entweder über den einen Verteilerkanal 6 6 oder den anderen Verteilerkanal 68 in dessen Druckkammer 40 weitergeleitet werden kann. Dieser abwechselnde Anschluß der beiden Verteilerkanäle 66 und 68 ist in Figur 1 für die Pumpenkolben P und P. verdeutlicht. Während des Förderhubes dieser einen Pumpenkolben P₁ und P. befindet sich der jedem Verteilerkolben 18 jeweils zugeordnete zweite Pumpenkolben P2 bzw. P in einem Saughub. Während des Saughubes dieser Pumpenkolben ist die Steuernut 54'der Verteilerkolben 18 über die Steuernut 34 der Pumpenkolben 16 und deren axialen Verbindungskanal 42 an die Druckkammern 40 angeschlossen, um dann aus dem Druckkanal 7 6 über die Anschlußkanäle 74, die Aussparungen 21, die Brennstoffkammern 62 und die axialen Verbindungskanäle 6 4 die Zuleitung von Brennstoff zu erhalten. Wenn von der in Figur 1B dargestellten Offenstellung des Überströmventils 80 auf die in Figur 1A dargestellte Schließstellung während der Förderhubes der einen Pumpenkolben P₁ und P. umgeschaltet wird, wird dadurch dann der Anschluß des Druckkanals 7 6 über den Verteilerkanal 90 an deren Druckkammer 40 blokkiert, so daß dann nur die bis dahin in die Druckkammern zur Verteilung gekommene Brennstoffmenge wegen einer dann kurz vor dem maßgeblichen Einspritzzeitpunkt auch vorhandenen Blockierung des einen Verbindungskanals 7 0 durch den Steuerbund 48 der Verteilerkolben 18 zur Einspritzung an den zugeordneten Maschinenzylinder über den angeschlossenen Brennstoffkanal 102 gelangt. Mit einer für die Elektromagneten 82 der Überströmventile 80 verwirklichten willkürlichen Steuerung ist es daher möglich, die am Ende jedes Förderhubes der Pumpenkolben 16 über die angeschlossenen Brennstoffkanäle 102 in die einzelnen Maschinenzylinder zur Einspritzung kommende Brennstoffmenge sowohl im Volumen als auch im Einspritzzeitpunkt zu verändern, wobei zweckmäßig in jedem Brennstoffkanal noch stromabwärts von den Druckkammern 40 des zugeordneten Pumpenkolbens 16 ein beim Schließen den Spritzdruck abbauendes Rückschlagventil anzuordnen ist, um bei dieser Arbeitsweise der Pumpenkolben

16 und der Verteilerkolben 18 ein Nachspritzen zu vermeiden.

Die Anzahl von Pumpenkolben 16, die jeweils nur mittels eines zugeordneten Verteilerkolbens 18 und einem diesem zugeordneten Überströmventil 80 mit integriertem Elektromagneten 82 für diese Verteilung des Brennstoffs an die einzelnen Zylinder der Maschine eingeschaltet werden kann, ist abhängig von der für die Überströmventile maximal einhaltbaren Schließzeit und der maximalen Dauer der Voreinspritzung. Wenn die zum Antrieb der Pumpenkolben 16 vorgesehene Nockenwelle mit Steuernocken versehen ist, für die ein Kurbelwinkel von 180° vorgegeben ist, dann können damit bei jeder Baugruppe nur jeweils zwei Pumpenkolben 16 gemeinsam mit einem Verteilerkolben 18 angetrieben werden. Wird der Kurbelwinkel der Steuernocken der Nockenwelle dagegen auf 120° oder 90° verringert, dann ist ein gleichzeitiger Antrieb von drei bzw. vier Pumpenkolben 16 gemeinsam mit dem Verteilerkolben 18 jeder Baugruppe möglich. Wenn also die Einspritzpumpe zur Verwendung bei einer sechs- oder achtzylindrigen Brennkraftmaschine konzipiert wird, dann müssen bei den beiden Baugruppen nur jeweils ein bzw. zwei Pumpenkolben zusätzlich vorgesehen werden, um dann mit einem entsprechenden Austausch der Nockenwelle eine entsprechende Arbeitsweise der beiden Baugruppen zeitlich aufeinanderfolgend jeweils über einen Kurbelwinkel von 180° zu erhalten, Hinsichtlich dieser Arbeitsweise der beiden Baugruppen ist dabei noch darauf hinzuweisen, daß die eine Baugruppe mit den Pumpenkolben P₁ und P„ und dem Verteilerkolben D₁ durch die Nockenwelle einen um einen Kurbelwinkel· von 90° nacheiienden Antrieb zu der durch die Pumpenkolben P-. und P, und den Verteilerkolben D„ gebildeten Baugruppe erfährt, wenn am Beispiel der einen Baugruppe der Verteilerkolben D bezüglich des einen zugeordneten Pumpenkolbens P₁ über einen Kurbelwinkel von 90° nacheilend und der zweite Pumpenkolben P~ zu diesem Verteilerkolben D. über einen gleichen Kurbelwinkel von 90° ebenfalls nacheilend

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durch eine Nockenwelle angetrieben ist, deren Steuernocken einen Kurbelwinkel von 180° bei einer Verwendung der Einspritzpumpe für eine vierzylindrige Maschine aufweisen. Diese Verhältnisse sind in den Darstellungen der Figuren 1 bis 4 mit den unterschiedlichen axialen STellungen der einzelnen Pumpenkolben 16 und Verteilerkolben 18 verdeutlicht, wobei die Figur 1 die Verhältnisse bei dem Kurbelwinkel zwischen 0° und 90°, die Figur 2 die Verhältnisse bei dem Kurbelwinkel zwischen 90° und 180°, die Figur 3 die Verhältnisse zwischen dem Kurbelwinkel 180° und 270° und die Figur 4 die Verhältnisse bei dem Kurbelwinkel zwischen 270° und 360° angibt. Unter Bezugnahme auf die vorstehend zu der Figur 1 und den Schnittdarstellungen der Figuren 1A und 1B erfolgten Hinweise müssen die zeichnerischen Darstellungen der Figuren 2 bis 4 und der jeweils entsprechenden Schnittdarstellungen nicht näher erläutert werden.

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Claims

Hans-Jürgen Müller Gerhard D. Schupfner Telegramm/cable: Lucile-Grahn-Straße 38 Zetapatent® München D-eOOO München· 80 Mandataires en brevets europeens Patentansprüche

1. Brennstoff-Einspritzpumpe für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit einer den Maschinenzylindern entsprechenden Anzahl von Pumpenkolben, die in achsparallelen Bohrungen des Pumpengehäuses zur Ausübung jeweils eines Saughubes und eines Förderhubes für eine ventilgesteuerte Förderung von Brennstoff in zu den Maschinenzylindern führende, jeweils an eine Druckkammer der Bohrungen angeschlos— sene Brennstoffkanäle axial beweglich angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß in weiteren achsparallelen Bohrungen (14) des Pumpengehäuses (10) eine gegenüber den Pumpenkolben (16) kleinere Anzahl von Verteilerkolben (18) ebenfalls axial beweglich angeordnet sind, welchen der Brennstoff aus einem gemeinsamen Druckkanal (76) für eine abwechselnde Verteilung an die Druckkammern (40) von wenigstens zwei jedem Verteilerkolben (18) zugeordneten Pumpenkolben (16) während deren jeweiligem Saughub zugeleitet und durch welche umgekehrt in axial unterschiedlichen Stellungen die Anschlußverbindung an diese beiden Druckkammern (40) während des jeweiligen Förderhubes der Pumpenkolben (16) abwechselnd blokkiert wird, daß alle Pumpenkolben (16) und alle Verteilerkolben (18) durch eine gemeinsame maschinengetriebene Nokkenwelle in zueinander zeitverschobenen, unter sich gleichen Bewegungsphasen angetrieben sind und daß jedem Verteilerkolben (18) ein Überströmventil (80) zugeordnet ist, das durch einen integrierten Elektromagneten (82)

willkürlich zwischen seiner Offen- und seiner Schließstellung für einen veränderlichen und abwechselnden Anschluß eines von dem Druckkanal (76) abgezweigten Verteilerkanals (90,98,94,86,78,56,66) an die beiden Druckkammern (40) nur während des Förderhubes des jeweils zugeordneten Pumpenkolbens (16) umschaltbar ist.

2. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Verteilerkolben (18,D₁; 18,Dp.) durch die Nockenwelle bezüglich des einen zugeordneten Pumpenkolbens (16,P₁; 16,P-J nacheilend und bezüglich des zweiten zugeordneten Pumpenkolbens (16,P„; 16,P.) voreilend angetrieben ist.

3. Einspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die jeweils aus einem Verteilerkolben (18) und wenigstens zwei zugeordneten Pumpenkolben (16) gebildeten Baugruppen (D ,P ,P ; D₃₇P ,P.) zeitlich aufeinander folgend über einen jeweils vorbestimmten Kurbelwinkel angetrieben sind.

4. Einspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Verteilerkolben (18) und die Pumpenkolben (16) bei allen Baugruppen (D.,P ,P„; D₃, P ,P.) untereinander in der gleichen zeitlichen Aufeinanderfolge angetrieben sind.

5. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpenkolben (16) und die Verteilerkolben (18) jeweils mit axial beabstandeten Steuerbünden (22,24,26; 44,46,48) zur Ausbildung von Steuernuten (32,34; 5 4,56) zwischen den Steuerbünden versehen sind, welche über axiale Verbindungskanäle (42,64) der Kolben (16,18) und Verbindungskanäle (66,68; 70,72) des Pumpengehäuses (10) die Zuleitung des Brennstoffes an die Druckkammern (40) vermitteln.

6. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet , daß die Druckkammern (40) durch eine jeweils für den Anschluß der
Brennstoffkanäle (102) vorgesehene Aussparung (21)
eines allen Bohrungen (12,14) gemeinsamen Deckelteils (20) des Pumpengehäuses (10) vergrößert sind, in welchen in dem Pumpengehäuse (10) ausgebildete Anschlußkanäle (74) an den allen Verteilerkolben (18) gemeinsamen Druckkanal (76) und die mit den Überströmventilen (80) gesteuerten Verteilerkanäle (90,98,94,96,78,56, 66) münden.

7. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet , daß in jedem
Brennstoffkanal (102) stromabwärts von der Druckkammer (40) des zugeordneten Pumpenkolbens (16) ein beim Schließen den Spritzdruck abbauendes Rückschlagventil angeordnet ist.