DE3719833A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art (DE-OS 29 03 482) ist der Stößel zum Antrieb des Pumpenkolbens als eine in einer Führung gleitende Kappe ausgebildet, die unter der Kraft einer innenliegenden Schraubendruckfeder an einem Antriebsnocken anliegt. Die Schraubendruckfeder stützt sich dabei an zwei Widerlagern ab, von welchen das eine an einem den Pumpenarbeitsraum umschließenden Gehäuse und das andere an einem Kopf des Pumpenkolbens anliegt, den dieser an seinem aus dem Gehäuse vorstehenden Ende trägt. Im Betrieb verschiebt der Nocken über die Kappe unter Zusammendrücken der Schraubendruckfeder den Pumpenkolben, wobei letzterer von einer unteren Totpunktlage (UT) zu einer oberen Totpunktlage (OT) einen Förderhub ausführt. Die umgekehrte Bewegung des Pumpenkolbens während des Saughubes, also vom OT zum UT, wird bei Weiterdrehen des Nockens durch die sich in entsprechenden Drehstellungen des Nockens entspannende Schraubendruckfeder bewirkt. Während des Saughubs des Pumpenkolbens wird dabei über das geöffnete Schaltventil der Pumpenarbeitsraum mit Kraftstoff aus dem unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoffvorratsraum gefüllt. Während des Förderhubs wird bei geschlossenem Schaltventil der im Pumpenarbeitsraum befindliche Kraftstoff zu einer Einspritzdüse gefördert und mit Öffnen des Schaltventils diese Förderung schlagartig beendet. Die der Einspritzdüse zugeführte und dort zur Einspritzung in den Zylinder der Brennkraftmaschine gelangende Kraftstoffmenge wird dadurch festgelegt, daß während des Förderhubs der Zeitpunkt des Schließens und Öffnens des Schaltventils gesteuert wird. Durch die Wahl des Schließzeitpunktes des Schaltventils kann dabei der Förderbeginn innerhalb des Förderhubs relativ zur Hubstellung des Pumpenkolbens vor- oder zurückverlegt werden. In der Praxis ist dabei vorgesehen, daß immer eine geringe Kraftstoffmenge beim Beginn des Förderhubs des Pumpenkolbens über das noch geöffnete Schaltventil ausströmt.

Für die üblicherweise geforderte extrem genaue Zumessung der Kraftstoffeinspritzmenge und der Festlegung des Förderbeginns muß das Schaltventil eine hohe Schaltgeschwindigkeit und eine große Schaltleistung aufweisen, da es gegen den hohen Förderdruck des Pumpenkolbens schließen muß. Solche Schaltventile sind relativ teuer.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß der beim Saughub vom Stößel trennbare Pumpenkolben durch den Druck des über das geöffnete Schaltventil aus dem Kraftstoffvorratsraum einströmenden Kraftstoffs in Richtung seiner unteren Totpunktlage verschoben wird. Mit Schließen des Schaltventils während des Saughubs bleibt damit der Pumpenkolben in der momentan eingenommenen Stellung stehen, obwohl sich der kraftschlüssig an der Nockenbahn anliegende Stößel weiter bis zur unteren Totpunktlage bewegt. Bei der Rückkehr des Stößels nach Durchlaufen der unteren Totpunktlage wird der Pumpenkolben wieder zum Durchführen des Förderhubs von dieser beibehaltenen Stellung aus mitgenommen, so daß nach wie vor durch das Schließen des Schaltventils der Förderbeginn festgelegt ist. Durch das erfindungsgemäße Schließen des Schaltventils bereits während des Saughubs wird der Schaltabstand zwischen den Ventilumschaltungen größer und dadurch eine gleichmäßigere Schaltfrequenz erreicht. Es können relativ langsame Ventile, d.h. Ventile mit geringer Schaltgeschwindigkeit, und auch solche mit geringer Schaltleistung eingesetzt werden, da die Ventilschließung bei dem niedrigeren Saugdruck und nicht bei dem höheren Förderdruck durchgeführt wird. Ventile mit kleiner Schaltleistung und geringer Schaltgeschwindigkeit sind preiswert und verbilligen die Herstellungskosten für die Kraftstoffeinspritzpumpe.

Die Erfindung ist sowohl bei Kraftstoffeinspritzpumpen mit sog. Axial-Pumpenkolben, wie diese in der DE-OS 29 03 482 beschrieben sind, als auch bei Kraftstoffeinspritzpumpen mit sog. Radial-Pumpenkolben, wie diese in der deutschen Patentanmeldung P 36 12 942.9 beschrieben sind, mit gleichen Vorteilen einsetzbar.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Kraftstoffeinspritzpumpe möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart mit Radialpumpenkolben,

Fig. 2 und 3 jeweils eine Prinzipdarstellung verschiedener Pumpenkolbenstellungen über den Verlauf einer Nockenbahn zur Erläuterung der Wirkungsweise der Kraftstoffeinspritzpumpe in Fig. 1,

Fig. 4 ausschnittweise eine schematische Darstellung eines Längsschnittes einer Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart mit Radialkolben weist ein topfförmiges Gehäuse 10 und einen diesen verschließenden Deckel 11 auf, der auch als hydraulischer Kopf bezeichnet wird. Das Gehäuse 10 ist unterteilt in ein zylindrisches Gehäuseteil 101 und ein Bodenteil 102. Vom offenen Ende des Gehäuseteils 101 ist der Deckel 11 her eingeschoben und begrenzt zusammen mit dem Bodenteil 102 einen Pumpeninnenraum 12, der mit unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff gefüllt ist und als Kraftstoffvorratsraum und Entlastungsraum dient. Durch das Bodenteil 102 ist konzentrisch eine Antriebswelle 13 hindurchgeführt, die sich im Innenraum 12 topfartig erweitert und an den Rändern einen mit ihr drehfest verbundenen Nockenring 14 trägt. Der Nockenring 14 weist auf seiner Innenseite eine Nockenbahn 15 mit radial nach innen gerichteten Nocken auf, die in Zahl und Folge an die Zahl und Folge von Radialkolben angepaßt sind, die in der Kraftstoffeinspritzpumpe vorhanden sind, und an die Zahl der mit diesen Radialkolben pro Umdrehung der Antriebswelle auszuführenden Kolbenhübe. Die Antriebswelle 13 ist in einem Lager 16 des Bodenteils 102 drehbar gelagert und trägt eine Kraftstofförderpumpe 17, über welche der Innenraum 12 mit Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Kraftstofftank gefüllt wird.

Mit der Antriebswelle 13 ist drehfest ein Verteilerkolben 18 verbunden, dessen Achse mit der Achse der Antriebswelle 13 fluchtet. Die drehfeste Verbindung erfolgt über Kupplungselemente 19, 20, die eine gewisse Axialverschiebung des Verteilerkolbens 18 relativ zur Antriebswelle 13 ermöglichen. Der Verteilerkolben ist bis auf das mit der Antriebswelle 13 verbundene Ende in einem Verteilerzylinder 21 geführt, der zur Achse der Antriebswelle 13 koaxial im Deckel 11 gehalten ist. Der Verteilerzylinder 21 ist mit einem Stopfen 22 verschlossen, während der Verteilerkolben 18 über eine Andruckfeder 23, welche die Kupplungselemente 19 an die Stirnseite des Verteilerzylinders 21 andrücken in seiner axialen Lage im Verteilerzylinder 21 fixiert ist.

Der Nockenbahn 15 benachbart, radial nach innen anschließend sind im Deckel 11 Führungen 25 vorgesehen, die über den Umfang gleichmäßig verteilt sind und bis hin zum Verteilerzylinder 21 reichen. Für eine in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzpumpe zur Versorgung von insgesamt drei Einspritzdüsen einer Diesel- Brennkraftmaschine sind insgesamt drei Führungen 25 vorgesehen, von welchen in Fig. 1 nur eine zu sehen ist. Koaxial zu den Führungen 25 sind im Verteilerzylinder 21 radiale Durchgangsbohrungen 26 vorgesehen, in welcher jeweils ein Pumpenkolben 27 längsverschieblich gelagert ist. In den Führungen 25 ist jeweils ein sog. Rollenstößel 28 längsverschieblich geführt, der aus einer Walze oder Rolle 29 und einer Stößeltasse 30 besteht. Eine am Boden der Stößeltasse 30 einerseits und an dem Verteilerzylinder 21 andererseits sich abstützende Stößelfeder 31 drückt die Stößeltasse 30 gegen die Rolle 29 und legt diese kraftschlüssig an die Nockenbahn 15 des Nockenringes 14. Jeder Pumpenkolben 27 begrenzt in der radialen Durchgangsbohrung 26 einen Pumpenarbeitsraum 32, dessen andere Stirnseite von einer Ringnut 33 auf dem Verteilerkolben 18 gebildet wird. In der Ringnut 33 mündet eine axiale Verteilernut 34 auf dem Umfang des Verteilerkolbens 18. Am Innenmantel des Verteilerzylinders 21 münden in einer Querschnittsebene drei Einspritzbohrungen 35, die über den Umfang des Verteilerzylinders 21 gleichmäßig verteilt sind und durch den Verteilerzylinder 21 hindurch bis zu jeweils einer Einspritzdüse führen. Die axiale Länge der Verteilernut 34 ist so bemessen, daß sie in die Querschnittsebene der Mündungen der Einspritzbohrungen 35 hineinragt und damit je nach Drehstellung des Verteilerkolbens 18 eine der drei Einspritzbohrungen 35 mit der Ringnut 33 verbindet.

Die Kraftstoffeinspritzpumpe weist noch ein elektromagnetisches Schaltventil 36 auf, das mit seinem Ventilgehäuse 37 auf die Stirnseite des Verteilerzylinders 21 aufgesetzt und dort mittels einer Überwurfmutter 38 befestigt ist. Aufbau und Wirkungsweise des Schaltventils ist in der DE-OS 35 23 536 ausführlich beschrieben, so daß hier insoweit darauf Bezug genommen wird. Die beiden Ventilanschlüsse 39, 40 korrespondieren mit Zulaufbohrungen 41, 42 im Deckel 11 bzw. im Verteilerzylinder 21. Dabei führt eine erste Zulaufbohrung 41 von dem Innenraum 12 durch den Verteilerzylinder 21 und den Stopfen 22 zu dem Ventilanschluß 39 und eine zweite Zulaufbohrung 42 durch den Verteilerzylinder 21 bis zu der Ringnut 33 im Verteilerkolben 18. In der ersten Zulaufbohrung 41 ist ein erstes Rückschlagventil 43 angeordnet, dessen Sperrichtung zum Innenraum 12 hin gerichtet ist und dessen von der Ventilkraft einer Ventilfeder 44 bestimmter Öffnungsdruck mittels einer im Deckel 11 verschraubbaren Stellschraube 45 eingestellt werden kann. Von der ersten Zulaufbohrung 41 führt eine Bypaßbohrung 46 im Deckel 11 zu dem Innenraum 12. In dieser Bypaßbohrung 46 ist ein zweites Rückschlagventil 47 angeordnet, dessen Öffnungsrichtung hin zum Innenraum 12 gerichtet ist und dessen von einer Ventilfeder 48 vorgegebener Öffnungsdruck mittels einer im Deckel verschraubbaren Kopfschraube 49 einstellbar ist.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzpumpe ist im folgenden an Hand der schematischen Darstellung der Kolbenbewegung in Fig. 2 beschrieben. Bei der höchsten Erhebung der Nockenbahn 15 nimmt der Pumpenkolben 27 seine obere Totpunktlage, in Fig. 2 mit OT bezeichnet, ein, in welcher der Pumpenarbeitsraum 32 das kleinste Volumen, das sog. Totvolumen aufweist. Das Schaltventil 36 ist geöffnet. Bewegt sich nunmehr der Rollenstößel 28 auf der abfallenden Flanke der Nockenbahn 15, so strömt über das erste Rückschlagventil 43 Kraftstoff aus dem Innenraum 12 über die erste Zulaufbohrung 41, über das geöffnete Schaltventil 36 und über die zweite Zulaufbohrung 42 in den Ringraum 33 ein und füllt den Pumpenarbeitsraum 32, wobei der nicht mehr vom Rollenstößel 28 belastete Pumpenkolben 27 sich unter Vergrößerung des Volumens des Pumpenarbeitsraums 32 radial nach außen bewegt. Durch den Druck des in den Pumpenarbeitsraum 32 einströmenden Kraftstoffes bleibt dabei der Pumpenkolben 27 an dem Boden der Stößeltasse 30 des Rollenstößels 28 angedrückt. Hat der Stößel 28 auf der abfallenden Flanke der in Pfeilrichtung in Fig. 2 sich nach links bewegenden Nockenbahn 15 die Stellung a erreicht, so wird das Schaltventil 36 geschlossen. Unter dem Einfluß der Stößelfeder 31 bewegt sich der Rollenstößel 28 weiter auf der abfallenden Flanke in Richtung der unteren Totpunktlage UT, während der Pumpenkolben 27 in seiner bei Schließen des Schaltventils 36 eingenommenen Stellung verbleibt. Hat der Rollenstößel 28 seine untere Totpunktlage UT erreicht, so bewegt er sich mit der ansteigenden Flanke der Nockenbahn 15 wieder aufwärts in Richtung zu dem Pumpenkolben 27 hin. Im Punkte c hat der Rollenstößel 28 den Pumpenkolben 27 erreicht und beginnt nunmehr diesen nach innen zu verschieben. Damit setzt der Förderbeginn ein, und Kraftstoff wird über die Einspritzbohrung 35 zu der zugeordneten Einspritzdüse gefördert. In der Stellung c von Rollenstößel 28 und Pumpenkolben 27 wird das Schaltventil 36 geöffnet. Damit strömt Kraftstoff über die zweite Zulaufbohrung 42, das Schaltventil 36, die erste Zulaufbohrung 41 und über das zweite Rückschlagventil 47 in den Pumpeninnenraum 12. Der Druck im Pumpeninnenraum 32 sinkt schlagartig ab und die Einspritzdüse schließt, wodurch die Einspritzung beendet ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, findet im Bereich α trotz des sich auf der ansteigenden Flanke der Rollenbahn 15 bewegenden Rollenstößels keine Kraftstofförderung zur Einspritzdüse statt. Erst wenn der Rollenstößel 28 den Pumpenkolben 27 in der Stellung b erreicht hat, setzt die Förderung ein, die in der Stellung c durch Öffnen des Schaltventils 36 beendet ist. Die Strecke β auf der Nockenbahn 15 bestimmt damit die Förderdauer und die Kraftstoffeinspritzmenge. Auch wenn im Gegensatz zu der bisher üblichen Methode das Schaltventil 36 während des Saughubes des Pumpenkolbens 27 geschlossen wird, so wird mit Schließen des Schaltventils 36 doch nach wie vor der Förderbeginn bestimmt, der einsetzt, sobald der der Nockenbahn 15 folgende Rollenstößel 28 den mit Schließen des Schaltventils 36 festgehaltenen Pumpenkolben 27 wieder erreicht. Vorteilhaft wird dabei ein großer Schaltabstand zwischen dem Schließen des Schaltventils 36 und dem Wiederöffnen des Schaltventils 36 erzielt. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß durch Ändern des Schließzeitpunktes des Schaltventils 36 während des Saughubes des Pumpenkolbens 27 und des Öffnungszeitpunktes des Schaltventils 36 während des Förderhubes des Pumpenkolbens 27 der Förderbeginn relativ zu der Nockenbahn 15 verschoben und die Förderdauer β und damit die Einspritzmenge verändert werden kann.

Das in Fig. 4 ausschnittweise im Längsschnitt und nur schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzpumpe unterscheidet sich von der beschriebenen Kraftstoffeinspritzpumpe nur dadurch, daß der Nockenring 414 nicht mit der Antriebswelle 413 verbunden sondern im Gehäuse feststehend angeordnet ist. Drehfest mit der Antriebswelle 413 sind hingegen die Baueinheiten aus Pumpenarbeitsraum 432, Pumpenkolben 427 und Rollenstößel 428 verbunden. Die Führungen 425 für die Rollenstößel 428 sind radial in einem mit der Antriebswelle 413 einstückigen Ring 455 eingebracht, während die Durchgangsbohrungen 426 zur Führung der Pumpenkolben 427 im Verteilerkolben 418 vorgesehen sind. Der Pumpenarbeitsraum wird wiederum von den Pumpenkolben 427 einerseits und einer Ringnut 433 im Verteilerkolben 418 andererseits begrenzt. Diese Ringnut 433 ist durch Einschieben eines Zapfens 450 in eine axiale Sackbohrung 451 realisiert, die in einem Bohrungsabschnitt nahe des Bohrungsgrundes durch Hinterdrehen im Durchmesser erweitert ist. Mit der Ringnut 433 ist eine als Sackbohrung ausgeführte zentrale Axialbohrung 452 verbunden, in welcher eine schräg zum Mantel des Verteilerkolbens 18 führende Verteilerbohrung 453 mündet. Die Mündung der Verteilerbohrung 453 liegt in der Querschnittsebene, in welcher die zu den Einspritzdüsen 424 führenden Einspritzbohrungen 435 münden. Von der Axialbohrung 452 führen außerdem Verbindungsbohrungen 454 zum Mantel des Verteilerkolbens 418, die gleichmäßig über den Umfang des Verteilerkolbens 418 verteilt sind.

Diese Verbindungsbohrungen 454 münden in einer Querschnittsebene, in welcher auch die zweite zum Schaltventil 436 führende zweite Zulaufbohrung 442 am Innenmantel des Verteilerzylinders 421 mündet. Im übrigen stimmen Aufbau und Wirkungsweise dieser Kraftstoffeinspritzpumpe mit der in Fig. 1 dargestellten und vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzpumpe überein.

Die Erfindung ist nicht auf die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann die neuartige Trennung von Pumpenkolben und Rollenstößel und das neuartige Schließen des Schaltventils bereits während des Saughubs des Pumpenkolbens auch bei sog. Axialkolbenpumpen angewendet werden, wie diese in der DE-OS 29 03 482 beschrieben sind.

Claims (5)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen, mit mindestens einem einen Pumpenarbeitsraum begrenzenden Pumpenkolben, der über einen an einer Nockenbahn kraftschlüssig anliegenden Stößel angetrieben ist und zwischen einer oberen und unteren Totpunktlage und umgekehrt einen Saughub zum Füllen des Pumpenarbeitsraums mit Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsraum bzw. einen Förderhub zum Fördern des Kraftstoffes aus dem Pumpenarbeitsraum zu einer mit diesem verbundenen Einspritzdüse ausführt, und mit einem elektrischen Schaltventil zum Befüllen und Entlasten des Pumpenarbeitsraums, das über je eine Zulaufleitung mit dem Pumpenarbeitsraum und dem Kraftstoffvorratsraum in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (27; 427) zur Ausführung einer vom Stößel (28; 428) unabhängigen Bewegung während des Saughubs von diesem losgelöst ausgebildet ist und daß das Schaltventil (26; 426) zur Festlegung des Förderbeginns bereits während des Saughubs des Pumpenkolbens (27; 427) geschlossen wird.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zulauf­ bohrung (41; 441) zwischen Schaltventil (36; 436) und Kraftstoffvor­ ratsraum (12; 412) ein erstes Rückschlagventil (43; 443) und in einem Bohrungsbypaß hierzu (46; 446) ein zweites Rückschlagventil (47; 447) angeordnet ist und daß die Rückschlagventile (43, 47; 443, 447) einander entgegengesetzte Durchflußrichtungen und unterschied­ liche Öffnungsdrucke aufweisen.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Radialkolben ausgebildete Pumpenkolben (27) und der Pumpenarbeits­ raum (32) radial zur Achse einer Antriebswelle (13) angeordnet sind, mit welcher die Nockenbahn (15) synchron umläuft, daß mit der Antriebswelle (13) ein sich in deren Achsrichtung erstreckener, in einem Verteilerzylinder (21) gleitender Verteilerkolben (18) drehfest verbunden ist, der eine Ringnut (33), in die der in dem Verteilerzylinder (21) radial eingebrachte Pumpenarbeitsraum (32) mündet, begrenzt, daß in der Ringnut (33) ein Verteilerkanal (34) mündet, der eine Mehrzahl von im Innern des Verteilerzylinders (21) in einer Querschnittsebene mündenden, zu je einer Einspritzdüse führenden Einspritzbohrungen (26) sukzessive mit der Ringnut (33) verbindet, und daß die von dem Schaltventil (36) zu dem Pumpen­ arbeitsraum (32) führende Zulaufbohrung (42) ständig mit der Ringnut (33) verbunden ist.

4. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Radialkolben ausgebildete Pumpenkolben (427) und der Pumpenarbeits­ raum (432) radial zur Achse einer Antriebswelle (413) angeordnet sind, mit welcher die Baueinheit aus Pumpenarbeitsraum (432), Pumpenkolben (427) und Stößel (428) synchron umläuft, daß mit der Antriebswelle (413) ein sich in deren Achsrichtung erstreckender, in einem Verteilerzylinder (421) gleitender Verteilerkolben (418) drehfest verbunden ist, der eine Verteileröffnung aufweist, die ständig mit dem Pumpenarbeitsraum verbunden ist und im Wechsel diesen mit je einer von mehreren in den Verteilerzylinder mündenden, zu je einer Einspritzdüse führenden Einspritzbohrungen verbindet und der eine ständig mit dem Pumpenarbeitsraum verbundene Ringnut aufweist, von der die Zulaufleitung abführt.

5. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Pumpenkolben (27; 427) mit zugeordnetem Stößel (28; 428) vorgesehen ist.