DE3632299A1

DE3632299A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe

Info

Publication number: DE3632299A1
Application number: DE19863632299
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Scheibe; Wilfried Dr Hoefken
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 1986-09-23
Filing date: 1986-09-23
Publication date: 1988-03-24
Also published as: GB8722279D0; DE3632299C2; FR2604218A1; GB2197033B; JPS63239362A; GB2197033A; US4831988A; FR2604218B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem Kolben, der in einem Zylinder geführt ist und dabei die Einspritzung des Kraftstoffs steuert, der durch eine Zulaufbohrung in den Pumpenraum eingeführt wird und diesen durch eine Abflußbohrung verläßt.

Kraftstoffeinspritzpumpen der in Rede stehenden Art sind bekannt z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 10 93 619, 11 76 422, 19 17 927, DE-AS 23 06 007 und DE-OS 32 48 086.

Derartige Kraftstoffpumpen dienen im allgemeinen dazu, folgende Forderungen zu erfüllen:

a) Die Senkung des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine, z. B. eines Fahrzeugdieselmotors, insbesondere durch genauere Kraftstoffzumessung verglichen mit einem Vergasermotor.
b) Die Verbrennung in der Brennkraftmaschine vollkommener zu gestalten und damit die Maschine schadstoffärmer und umweltfreundlicher zu gestalten.
c) Die Kraftstoffzumessung über weite Betriebsbereiche gut steuerbar bzw. regelbar zu gestalten, jedoch mit einem möglichst einfachen Aufbau der Pumpe auszukommen.

Diese zum Teil gegenläufigen Forderungen können nicht zugleich alle vollständig erfüllt werden, sondern es ist durch geschickte Parameterwahl bei der Auslegung ein solcher Kompromiß herauszufinden, der einem Optimum nahe kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der deutschen Offenlegungsschrift 32 48 086 eine Kraftstoffeinspritzpumpe zu schaffen, welche den oben genannten Anforderungen soweit wie möglich entspricht und in ihrer räumlichen Ausgestaltung bzw. ihrem Einbaubedarf oder Platzbedarf günstige neue Anordnungen und Anwendungen zuläßt.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Abfluß des Kraftstoffstromes derart steuerbar ist, daß ein Ventil in den Abfluß freihaltender Lage blockierbar ist und in dieser Lage zwischen Steuerkanten des Kolbens Abfluß- und Zuflußbohrungen strömungsmäßig miteinander verbunden sind.

Die wesentlichsten Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß auf einfache Weise der Einspritzbeginn in weiten Grenzen stufenlos verstellt werden kann, d. h., daß die Kraftstoffeinspritzpumpe leicht an unterschiedliche Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepaßt werden kann. Dies wird erreicht, indem man eine in den Pumpenraum mündende Abflußbohrung durch ein schnellschließendes Ventil insbesondere ein Magnetventil steuert. Dieses Ventil ist blockierbar und nach Lösen der Sperre leicht in seine Arbeitsstellung umstellbar. Mit dem Ventil sind äußerst kurze Schließzeiten erreichbar. Erst diese kurzen Ventilschließzeiten ermöglichen eine stufenlose Änderung des Einspritzbeginns während sich der Pumpenkolben zwischen den oberen Rand der Zulaufbohrung und dem oberen Rand der Abflußbohrung bewegt. Die Steuerkanten des Kolbens sind allgemein so gewählt, daß der Kolben die Abflußbohrung erreicht, bzw. teilsweise überdeckt, wenn bei dem spätest möglichen Spritzbeginn der Ventilkörper in der Arbeitsstellung umgestellt wird.

Die Förderung von Kraftstoff erfolgt unabhängig davon, ob das Ventil (40) geöffnet oder geschlossen ist, sobald die Bohrung (23) völlig verschlossen ist.

Besonders raumsparend ist eine Anordnung des Ventils seitlich am Pumpengehäuse, derart, daß die Mittelachse des Magnetventils seitlich der Kolbenachse in der Nähe der hinteren Steuerkante angeordnet ist. Dabei ist es weiter von Vorteil, daß die hintere Steuerkante über eine Querbohrung mit einer umlaufenden Ringnut in Verbindung steht, deren Breite so gewählt ist, daß die hintere Steuerkante später abgedeckt ist als die vordere. Die vordere Steuerkante kann von der Stirnseite des Kolbens gebildet werden, in der auch ein beide Steuerkanten verbindender Strömungskanal mündet. Mit Vorteil handelt es sich dabei um einen einzelnen zentralen Strömungskanal, dessen Länge nahezu beliebig wählbar ist. Hierdurch ist der Abstand des Ventils, insbesondere eines Elektromagnetventils und seines Gehäuses zum Hochdruckteil der Einspritzpumpe mit dem Mundstück, welches gesondert abgedichtet werden muß, weiter entfernt anbringbar. Dadurch kann man in weitem Rahmen auf gewünschte Einbaubedingungen Rücksicht nehmen.

Weitere Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen. Zur Erfindung gehören auch alle Kombinationen und Unterkombinationen der beanspruchten, beschriebenen und dargestellten Merkmale. Abwandlungen dieser Ausführungsbeispiele können selbstverständlich vorgenommen werden, ohne hierdurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen in verschiedenen Stellungen rein schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den Pumpenkolben kurz nach Beginn seiner Aufwärtsbewegung (Einspritzrichtung) mit Ventil (40) in geöffneter Stellung,

Fig. 2 die Fortsetzung der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens bei geschlossenem Ventil (40),

Fig. 3 die Fortsetzung der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens mit Schließen der Bohrungen (22) in seiner Führung (20) durch die Stirnfläche (13) bei Offenstellung des Ventils (40),

Fig. 4 eine Stellung des Pumpenkolbens wie Fig. 3, jedoch mit geschlossenem Ventil (40) und geöffnetem Hochdruck- oder Einspritzventil (25),

Fig. 5 eine Stellung des Pumpenkolbens bei weiter fortschreitendem Aufwärtshub des Kolbens (10) und offenem Ventil (40),

Fig. 6 eine Stellung des Kolbens (10) wie in Fig. 5, jedoch bei geschlossener Stellung des Ventils (40) und geöffneter Stellung des Einspritzventils (25),

Fig. 7 eine Stellung des Kolbens (10) bei weiter fortschreitendem Aufwärtshub mit geöffnetem Ventil (40) und geöffnetem Einspritzventil (25),

Fig. 8 eine Stellung des Kolbens (10) wie Fig. 7, jedoch mit geschlossenem Ventil (40),

Fig. 9 eine Stellung des Kolbens (10) mit fortschreitendem Aufwärtshub, wobei Ventil (40) geöffnet ist,

Fig. 10 eine Stellung wie Fig. 9, wobei Ventil (40) geschlossen ist,

Fig. 11 eine Stellung des Kolbens (10) kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts mit Stellung des Ventils (40) offen,

Fig. 12 eine Stellung des Kolbens (10) wie Fig. 11, mit Stellung des Ventils (40) geschlossen.

Funktionsbeschreibung

Zur Erklärung der Funktion dienen 12 Blatt Zeichnungen mit 6 wesentlichen Kolbenpositionen und 2 Stellungen des Ventils (40) und (25).

A = Auf Z = Zu

Dargestellt sind:
Kolben10 Kolbenführung20 Gehäuse30 Ventil40 Elektromagnet50

mit höheren Ziffern für deren Teile.

In der Stellung Fig. 1 hat der Kolben (10) gerade eben den unteren Totpunkt verlassen und bewegt sich nach oben und verdrängt dabei die Kraftstoffflüssigkeit, welche sich im Pumpendruckraum (21) befindet.

Zum Abfließen der vom Kolben verdrängten Kraftstoffflüssigkeit stehen mehrere Öffnungen zur Verfügung. Da sind die Füll- und Steuerbohrungen (22), über die der Kraftstoff hinaus in den Saugraum (31) und weiter in nicht dargestellte Kraftstoffleitungen abfließen kann.

Weiter kann der Kraftstoff durch eine Kolbenmittelbohrung (11) und eine Kolbenquerbohrung (12) hin zur Steuerventilbohrung (23) durch den geöffneten Ventilquerschnitt (41) und die Ventilaustrittsöffnungen (42) hinaus in den Saugraum (31) abfließen. Im Saugraum herrscht ein relativ geringer Förderdruck.

Die Kolbenmittelbohrung (11) und die Kolbenquerbohrung (12) können auch durch eine außen am Kolben verlaufende Nut ersetzt werden.

Auch könnte der Kraftstoff über die Druckventilbohrung (24) und durch das schematisch dargestellte Druckventil (25) in die nicht dargestellte Kraftstoffdruckleitung abfließen, nur müßte dann der oberhalb des Druckventils (25) herrschende Standdruck überwunden werden, welcher aber wesentlich höher ist als der Druck im Pumpenraum, der relativ niedrig bleibt, solange genügend große Abflußöffnungen zum Saugraum (31) vorhanden sind. Ein Abfluß des Kraftstoffes durch die Druckventilbohrung (24) ist in Stellung Fig. 1 nicht möglich.

In der Stellung Fig. 2 hat der Elektromagnetstator (51) den Anker (52) losgelassen, weil in der Spule (53) kein Strom mehr fließt. Durch die Kraft der Ventilfeder (43) und/oder durch die Druckkraft, die von der Kraftstoffflüssigkeit auf den Ventilpilz (44) ausgeübt wird, wurden der Ventilpilz (44), der Ankerdruckbolzen (54) und der Anker (52) nach rechts verschoben, so daß der Ventilpilz (44) beim Aufsitzen auf den Sitz (45) des Ventilgrundkörpers (46) die Ausflußöffnung durch den Ventilquerschnitt (41) verschlossen hat und der Abfluß durch die Steuerventilbohrung (23) hin zum Saugraum (31) nicht mehr möglich ist.

Solange die Füll- und Steuerbohrungen (22) nicht vom Kolben völlig verschlossen werden, ist es bedeutungslos, ob das Ventil (40) geöffnet oder geschlossen ist.

In der Stellung Fig. 3 und 4 hat der in der Aufwärtsbewegung befindliche Kolben soeben die Füll- und Steuerbohrungen (22) verschlossen. Fig. 3 zeigt, daß der vom Kolben verdrängte Kraftstoff jetzt durch die Steuerventilbohrung (22) und das Ventil (40) in den Saugraum (31) entweichen kann, so daß keine Förderung durch das Druckventil (25) in die Kraftstoffdruckleitung erfolgen kann.

In Fig. 4 dagegen ist das Ventil (40) geschlossen, und der Kraftstoff kann nur noch über das Druckventil (25) in die Kraftstoffdruckleitung zur Einspritzdüse hin entweichen.

In Fig. 5 und 6 hat der Kolben die Steuerventilbohrung (23) noch nicht ganz verschlossen, so daß es vom Schließzustand des Ventils (40) abhängt, ob eine Förderung in die Kraftstoffdruckleitung erfolgt oder nicht.

In Fig. 7 und 8 hat der Kolben (10) soeben die Steuerventilbohrung (23) verschlossen, und jetzt ist es unerheblich, ob das Ventil (40) geöffnet oder geschlossen ist. Der Kraftstoff wird auf jeden Fall in die Kraftstoffdruckleitung gefördert.

Gleichzeitig ist auch zu sehen, daß ab dieser Kolbenstellung das Ventil (40) keine weitere Druckzunahme aus dem Pumpendruckraum (21) mehr erfahren kann und so vor den Belastungen der sehr hohen Pumpendrücke geschützt ist.

Das Ventil (40) kann den Fördervorgang der Pumpe also nur zwischen den Kolbenstellungen der Fig. 3 und 8 beeinflussen, und der Kolben (10) bewegt sich zwischen den Stellungen 3 und 8 nur um den Hub, der einer gewünschten, aber relativ kleinen Nockendrehung entspricht und in welcher eine Verstellung des Einspritzbeginns wünschenswert ist.

Tritt am Ventil (40) oder an seiner elektronischen Steuerung ein Schaden auf, dann wird trotzdem irgendwo zwischen der Stellung der Fig. 3 und 8 eine Förderung in die Kraftstoffdruckleitung stattfinden, allerdings kann der Förderzeitpunkt nicht mehr optimal gewählt werden, aber Notlaufeigenschaften sind auf jeden Fall gegeben.

In der Stellung der Fig. 9 und 10 hat der Kolben (10) soeben die Füllung und Steuerbohrungen (22) freigegeben, und der Kraftstoff kann wieder in den Saugraum (31) abfließen, so daß der Fördervorgang abgebrochen wird.

In der Stellung der Fig. 11 und 12 ist der Kolben kurz vor dem oberen Totpunkt gezeigt.

In Stellung der Fig. 9 bis 12 ist die Stellung des Ventils (40) wieder ohne Bedeutung. Eine Förderung findet dabei nicht statt.

Sobald der Kolben (10) während seiner aufwärtsgerichteten Pumpbewegung mit seiner stirnseitigen Steuerkante (13) die Füll- und Steuerbohrungen (22) vollständig verschlossen hat und der Abfluß von Kraftstoff aus dem Pumpenraum über die Kolbenmittelung (11), über die Kolbenquerbohrung (12) und/oder über eine außen verlaufende Nut hinaus zur Steuerventilbohrung (23) nicht möglich ist, weil das Ventil (40) den Abfluß aus der Steuerventilbohrung (23) versperrt oder der Kolben in seiner Aufwärtsbewegung schon so weit fortgeschritten ist, daß die Steuerkante (14) die Steuerventilbohrung (23) überdeckt und damit der Abfluß aus dieser versperrt wird, der Kolben aber noch nicht so weit nach oben bewegt wurde, daß die Förderende-Steuerkante (15) die Füll- und Steuerbohrungen (22) schon wieder freigibt und der Kraftstoff diese über die Kolbenmittelbohrung (11) und die Kolbenquerbohrung (12) und/oder eine außen am Kolben verlaufende Nut wieder verlassen kann.

Bezugszeichenliste: 10 Kolben
11 Kolbenmittelbohrung
12 Kolbenquerbohrung
13 Stirnseitige Kante
14 Steuerkante
15 Förderende von 14
20 Kolbenführung
21 Pumpendruckraum
22 Füll- und Steuerbohrungen
23 Steuerventilbohrung
24 Druckventilbohrung
25 Druckventil
30 Gehäuse
31 Saugraum
40 Ventil
41 Ventilquerschnitt
42 Ventilaustrittsöffnungen
43 Ventilfeder
44 Ventilpilz
45 Sitz
46 Ventilgrundkörper mit Führung des Schaftes für Ventil
50 Elektromagnet
51 Elektromagnetstator
52 Anker
53 Spule
54 Ankerdruckbolzen

Claims

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, wobei ein Pumpenkolben, der in einem Zylinder geführt ist, die Einspritzung von Kraftstoff teilweise steuert, der durch wenigstens eine Zulaufbohrung in den Pumpenraum einführbar ist und diesen durch wenigstens eine Abflußbohrung wieder verläßt und ein steuerbares Ventil enthält, das in einer Stellung den Abfluß freihält, dadurch gekennzeichnet, daß

a) Kraftstoff leitbar ist, durch einen innerhalb des Pumpendruckraums im Pumpenkolben zu dessen Umfang führenden Kanal (12), der wenigstens in einem Teilbereich mit Abstand zur Stirnfläche (13) des Kolbens angeordnet ist, wobei
b) die Steuerung so erfolgt, daß die Steuerkante (14) mit dem Kanal (23) zusammenarbeitet und den spätest möglichen Förderbeginn bestimmt, die Steuerkante (15) mit dem Kanal (22) zusammenarbeitet und das Förderende bestimmt, die Steuerkante (13) mit dem Kanal (22) zusammenarbeitet und den frühest möglichen Förderbeginn bestimmt, und daß der Förderbeginn zwischen frühest oder spätest möglichem Zeitpunkt abhängig ist von der Stellung des steuerbaren Ventils (5) und
c) der Kanal (12) in hydraulischer Verbindung zum Pumpendruckraum (21) oberhalb der Stirnfläche des Kolbens (10) steht.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (40) durch eine Ventilfeder (43) in seine, den Kraftstoffabfluß sperrende Lage, umstellbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (40) ein Elektromagnetventil ist und die Ventilfeder (43) so angeordnet ist, daß nach Stromabschaltung diese Feder auf den Ventilpilz (44) in Schließrichtung einwirkt.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetisch steuerbare Ventil (40) die Feinsteuerung der Förderung (Förderzeitpunkt) zwischen den Stellungen des Kolbens (10) besorgt, in der

a) die Stirnfläche (13) mit der Oberkante der Bohrungen (22), in der Führung (20) und
b) die Steuerkante (14) des Kanals (12) mit der Oberkante der Bohrung (23) des Ventils (40) beim Förderhub übereinstimmt (bündig ist).

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Kolbens (10) zwischen diesen beiden Stellungen nur einem kleinen Drehwinkel der Steuernocken des Kolbens (10) entspricht, welcher zur Stellung des Einspritzbeginns wünschenswert ist.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach ein oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstofförderung zwischen die beiden Stellungen auch bei Ausfall oder Behinderungen des Ventils (40) oder seiner elektrischen Steuerung erfolgt (Notlauf).