DE3731817C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffein­ spritzpumpe zur Vor- und Haupteinspritzung bei Brennkraftmaschinen mit einem Pumpenkolben, der in einem Pumpenzylinder axial- und ver­ drehbeweglich angeordnet ist und bei seinem Saughub Kraftstoff über wenigstens eine Saug­ bohrung aus dem Saugraum in den von der Pumpenkolbenstirnseite begrenzten Pumpenar­ beitsraum ansaugt und der bei seinem Förderhub zunächst die Verbindung zum Saugraum hin un­ terbricht und die Förderung aus dem Pumpenarbeitsraum einleitet, die durch Öffnung eines zur Saugbohrung führenden Rückstromweges mit Hilfe einer umfangsmäßig begrenzt ausge­ bildeten schrägen Steuerkante am Pumpenkolben endet, und mit jeweils einer am Pumpenkolben und am Pumpenzylinder umfangseitig zusätzlich angeordneten Ausnehmung, die in Axialrichtung von Steuerkanten zur Steuerung der Vor- und Haupteinspritzung begrenzt sind, wobei die Voreinspritzung durch ein Zusammenwirken der dem Pumpenarbeitsraum abgewandten Steuerkante der Ausnehmung im Pumpenzylinder mit der dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Steuerkante der Ausnehmung im Pumpenkolben durch Freigabe ei­ nes Überströmweges vom Pumpenarbeitsraum zur Saugbohrung hin beendet wird, und wobei durch ein Zusammenwirken der dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Steuerkante der Ausnehmung im Pumpenzylinder mit einer Steuerkante am Pumpenkolben der Beginn der Haupteinspritzung gesteuert wird.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzpumpe ist aus der GB-PS 8 93 621 bekannt. Hier sind jedoch die die getrennte Vor- und Haupteinspritzung steuernden Ausnehmungen im Pumpenzylinder und Pumpenkolben zum Pumpenarbeitsraum hin und mit diesem eng in Verbindung stehend der Saug- bzw. Überströmbohrung sowie der schrägen Steuerkante am Pumpenkolben in Förderrichtung des letzteren vorgeschaltet. Dies ist als nachteilig anzusehen, da hierdurch ein sich zum Pumpenarbeitsraum hin öffnender Nebenraum gebildet wird, der sich im Förderbetrieb der Pumpe störend auswirken kann. Letzteres trifft auch auf die Einspritzpumpe gemäß der AT-PS 1 77 968 zu.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Kraftstoffein­ spritzpumpe der gattungsgemäßen Art eine von der Haupteinspritzung getrennte Voreinspritzung zu ermöglichen, wobei jedoch der an den Arbeitsraum angrenzende Bereich des Pumpenzylinders eine glatte Zylinderfläche ohne einen den Förderbetrieb störenden Nebenraum aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß an einer Kraftstoffeinspritzpumpe der eingangs genann­ ten Art dadurch gelöst, daß die Ausnehmung im Pumpenkolben unterhalb der schrägen Steuer­ kante in einem dem Pumpenarbeitsraum abgewand­ ten Bereich des Pumpenkolbens und die Ausneh­ mung im Pumpenzylinder unterhalb der Saugboh­ rung in einem dem Pumpenarbeitsraum abgewand­ ten Bereich des Pumpenzylinders angeordnet sind, wobei eine innerhalb des Pumpenkolbens verlaufende Bohrungsanordnung den Pumpenarbeitsraum ständig mit der Ausnehmung im Pumpenkolben verbindet und die Ausnehmung im Pumpenzylinder bei Beendigung der Vorein­ spritzung über eine axial verlaufende, als Überströmweg dienende Überströmnut im Pumpen­ kolben mit der Saugbohrung in Verbindung steht, und wobei über das Zusammenwirken einer dem Pumpenarbeitsraum abgewandten Steuerkante der Überströmnut im Pumpenkolben mit der dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Steuerkante der Ausnehmung im Pumpenzylinder letztere zur Steuerung des Haupteinspritzbeginns von der Überströmnut und der Saugbohrung getrennt ist.

Gemäß diesem Lösungsvorschlag wird somit eine Kraft­ stoffeinspritzpumpe mit getrennter Vor- und Haupteinspritzung geschaffen, bei der insbesondere die relativ geringen Vorspritzmengen gut einstellbar sind, da auch während des Förderhubs für die Voreinspritzung ein ohne störenden Nebenraum glatter zylindrischer Pumpenarbeitsraum zur Verfügung steht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch einfaches Auswechseln des mit den Voreinspritz-Steuerkanten ausgerüsteten Kolbens gegen einen solchen ohne Voreinspritz-Steuerkanten eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit Voreinspritzung in eine solche ohne Voreinspritzung mit glatten Pumpenarbeitsräumen umgebaut werden kann, wobei alle übrigen Pumpenelemente beibehalten werden können, d. h. die umgebaute Kraftstoffeinspritzpumpe kann mit demselben Kolbenhub ohne Voreinspritzung arbeiten. Diese Möglichkeit kann bei Fertigungsverfahren für Motoren mit und ohne Voreinspritzung zu einer erheblichen Reduzierung des Fertigungsaufwands führen.

Eine Einspritzpumpe mit einer getrennten Vor- und Haupteinspritzung, die ebenfalls bereits einen glattwandigen Pumpenarbeitsraum aufweist, ist zwar aus der DE-PS 5 72 711 (Abb. 1 und 2) bekannt. In diesem Fall wird jedoch die Voreinspritzung insofern anders gesteuert, als hier, ohne daß eine Ausnehmung im Pumpenzylinder Verwendung findet, die Voreinspritzung nur über eine, im übrigen gleichfalls über eine Bohrungsanordnung ständig mit dem Pumpenarbeitsraum verbundene Ausnehmung im Pumpenkolben erfolgt, die alleine mit einer Überströmbohrung zusammenwirkt, wobei die Ausnehmung im Pumpenkolben einen an die Stirnseite des Pumpenkolbens angrenzenden Steg begrenzt, dessen axiale Breite um den Voreinspritzhub des Pumpenkolbens größer ist als der Durchmesser der Überströmbohrung.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1-4 ein erstes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt und in verschiedenen Betriebsstellungen der Pumpen- Elemente,

Fig. 5 ein Förder-Diagramm der Einspritzpumpe, und

Fig. 6-8 zwei weitere Ausführungsbeispiele, ebenfalls im Längsschnitt.

Bei Kraftstoffeinspritzpumpen ist es bekannt, die Kraftstoff-Förderung durch Pumpenkolben zu bewerkstelligen, deren jeder in einem Pumpen­ zylinder verschiebbar angeordnet ist und bei seiner Hubbewegung in einer Richtung den Kraftstoff aus der Ansaugseite in den Pumpen­ arbeitsraum ansaugt und in der entgegengesetz­ ten Bewegungsrichtung zunächst die Verbindung zur Ansaugseite unterbricht und dann die Förderung des Kraftstoffs aus dem Arbeitsraum zur Einspritzdüse einleitet.

Die nachfolgend behandelten Ausführungsbeispiele sind nur anhand der Hauptelemente einer derartigen Einspritzpumpe dargestellt, nämlich des Pumpenkolbens 10 und des Pumpenzylinders 12.

Der Pumpenkolben 10 wird im Förderhub aus sei­ ner unteren Totpunktlage durch einen (nicht gezeigten) Exzenternocken einer Antriebswelle in Richtung "F" angetrieben, während eine (nicht gezeigte) Rückstellfeder den Kolben beim Saughub aus der oberen Totpunktlage in entgegengesetzter Hubrichtung "S" bewegt.

Der Pumpenzylinder 12 sitzt mit seiner ringförmigen Schulter 12s unbeweglich an einer entsprechenden Sitzfläche des nicht dargestellten Pumpengehäuses auf und weist eine rechte und eine linke Ansaugbohrung 12a bzw. 12aa auf. Sie lassen beim Saughub den Kraftstoff aus einem den Pumpenzylinder umgebenden Saugraum in den oberhalb der Stirn­ fläche 10f des Pumpenkolbens 10 gebildeten Pumpenarbeitsraum 12b einströmen. Gegen die Stirnfläche 12f des Pumpenzylinders 12 drückt das Gehäuse eines nicht dargestellten Druck­ ventils, so daß im Förderhub des Pumpenkolbens 10 der Kraftstoff über dieses Druckventil zur Einspritzdüse gefördert wird. Im Pumpenzylin­ der 12 ist außerdem eine Ausnehmung 12i in Form einer Ringnut vorge­ sehen, die durch eine obere und eine untere Steuerkante 12io bzw. 12iu begrenzt ist.

Der Pumpenkolben 10 weist auf seinem Umfang eine unterhalb seiner Stirnfläche 10f vorgese­ hene schräge Steuerkante 10s auf.

Eine am Umfang des Pumpenkolbens 10 achspa­ rallel verlaufende Längsnut 10r stellt eine ständige Leitungsverbindung zwischen dem Pumpenarbeits­ raum 12b und der schrägen Steuerkante 10s dar. Der Pumpenkolben 10 ist auch um seine Achse verdrehbar, so daß die schräge Steuerkante 10s ihre Relativlage zur zugeordneten Saugbohrung 12aa verändern kann. Auf diese Weise kann in bekannter Weise die Dauer der Hauptein­ spritzung und somit die Fördermenge verändert werden.

Der Pumpenkolben 10 weist außerdem eine Aus­ nehmung 10u in Form einer Ringnut auf, der in axialer Richtung durch zwei Steuerkanten 10uo, 10uu begrenzt ist. Eine Axialbohrung 10g und eine Querbohrung 10h im Pumpenkolben 10 stellen eine ständige Leitungsver­ bindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum 12b und der Ausnehmung 10u her. Darüber hinaus weist der Pumpenkolben 10 noch eine mit der linken Saugbohrung 12a zusammenarbeitende axial verlaufende seitliche Überströmnut 10x mit einer oberen und einer unteren Steuerkante 10xo bzw. 10xu auf.

Die zueinander parallelen Steuerkanten 12io, 12iu der Ausnehmung 12i im Pumpenzylinder 12 liegen in Ebenen, die senkrecht zur Längsachse des Pumpenkolbens 10 verlaufen und einen definierten Abstand zueinander aufweisen. Auch die Steuerkanten 10uo, 10uu der Ausnehmung 10u im Pumpenkolben 10 verlaufen parallel zueinan­ der und liegen in Ebenen, die senkrecht zur Längsachse des Pumpenkolbens 10 verlaufen. Die untere Steuerkante 10xu der Überströmnut 10x und die obere Steuerkante 10uo der Ausnehmung 10u im Pumpenkolben 10 sind ebenfalls in definiertem Abstand am Pumpenkolben 10 ange­ bracht.

Sobald der Pumpenkolben 10 im Saughub bei sei­ ner Bewegung in Richtung "S" mit seiner Stirn­ fläche 10f die Saugbohrungen 12a, 12aa frei­ stellt, strömt der Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 12b ein, bis der Pumpenkol­ ben seine untere Totpunktlage erreicht. Im anschließenden Förderhub in Richtung "F" wird zunächst der überschüssige Kraftstoff durch die beiden Saugbohrungen 12a, 12aa in den den Pumpenzylinder umgebenden Saugraum solange überströmen, bis die Stirnfläche 10f des Pumpenkolbens 10 die beiden Saugbohrungen 12a, 12aa überschleift und schließt (Fig. 1). Nun beginnt aus dem geschlossenen Pumpenarbeits­ raum 12b die Förderung des Kraftstoffs über einen kurzen Hubweg "V" des Pumpenkolbens 10. Das Ende dieser Förderung tritt abrupt ein, sobald die Steuerkante 10uo der Ausnehmung 10u im Pumpenkolben die untere Steuerkante 12iu der Ausnehmung 12i im Pumpenzylinder 12 über­ schleift und am gesamten Kolbenumfang ein Rückströmen des Kraftstoffs aus dem Pumpenarbeitsraum 12b zur Saugseite ermöglicht (Fig. 2). Dieses Rückströmen erfolgt auf dem Leitungsweg gemäß den Bezugszeichen 10g, 10h 10u, 12i, 10x, 12a. Die Förderung während des Kolbenhubs "V" dient zur Voreinspritzung des Kraftstoffs.

Das Überströmen des Kraftstoffs nach Beendi­ gung der Voreinspritzung, also eine Unterbre­ chung der Förderung, dauert solange, bis die un­ tere Steuerkante 10xu der Überströmnut 10x im Pumpenkolben 10 die obere Steuerkante 12io der Ausnehmung 12i im Pumpenzylinder 12 über­ schleift und den Rückströmweg aus dem Pumpenarbeitsraum 12b zur Saugseite unter­ bricht (Fig. 3).

Nun setzt während des weiteren Kolbenhubs eine zweite Förderphase ein, die zur Hauptein­ spritzung des Kraftstoffs in den Zylinder führt. Da die Unterbrechung des Rückströmvor­ ganges durch die genannten Steuerkanten 10xu/12io plötzlich erfolgt, setzt auch die Haupteinspritzung sofort voll ein.

Die Haupteinspritzung dauert solange, bis durch die schräge Steuerkante 10s am Pumpen­ kolben eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums 12b zur rechten Saugbohrung 12aa hergestellt und eine Rückströmung des Kraftstoffs zur Saugseite freigegeben wird (Fig. 4). Da die Relativlage der schrägen Steuerkante 10s zur rechten Saugbohrung 12aa durch Verdrehen des Pumpenkolbens 10 veränderbar ist, kann die Haupteinspritzmenge beliebig geregelt werden.

Im Diagramm nach Fig. 5 sind die während eines Kolbenhubs erreichten Einspritzmengen Q über der Zeit T schematisch dargestellt. Die Vor­ einspritzung setzt im Zeitpunkt t1 ein und dauert solange, bis im Zeitpunkt t2 ein abrup­ tes Voreinspritz-Ende eintritt. Die Hauptein­ spritzung setzt später im Zeitpunkt t3 ein und dauert bis zum Zeitpunkt t4. Zwischen t2 und t3 entsteht somit eine klare Förderpause. Wäh­ rend dieser Pause wird durch Verbrennung des voreingespritzten Kraftstoffes die Luftladung im Maschinen-Zylinder stark erhitzt, so daß die nachfolgende Verbrennung der Haupteinspritzmenge bereits bei erhöhter Tem­ peratur einsetzt und dadurch der Zündverzug (Zeitabstand zwischen Einspritzbeginn und Selbstzündung) außerordentlich klein wird. Man erreicht so bei der Gesamt-Verbrennung einen gleichmäßigen, langsamen Druckanstieg im Zylinder und dadurch auch eine erhebliche Herabsetzung des Verbrennungsgeräusches.

Im zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7 sind in den Pumpenzylinder 12 anstelle runder Saugbohrungen zwei eckige Saugbohrungen 112a eingearbeitet. Die Kolbenstirnfläche 10f schließt somit plötzlich die Saugbohrungen 112a, so daß man einen abrupten, von der Ma­ schinen-Drehzahl unabhängigen Beginn der Vor­ einspritzung erreicht, wie der im Diagramm nach Fig. 5 im Zeitpunkt t1 gestrichelt einge­ tragene steile Beginn zeigt.

Außerdem sind beim gleichen Ausführungsbei­ spiel die obere Steuerkante 110uo der Ausneh­ mung 110u im Pumpenkolben 10 und die untere Steuerkante 112iu der Ausnehmung 112i im Pumpenzylinder 12 im gleichen Neigungswinkel zur Kolbenachse nach Art einer Schraubenlinie schräg angeordnet. Während der Kolbenverdre­ hung nehmen diese Kanten verschiedene Relativ- Stellungen ein, so daß das Ende der Vorein­ spritzung in lastabhängiger Weise, d. h. in Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Haupteinspritzmenge während des Betriebes regelbar ist. Der Zeitpunkt t2 wird hierbei entlang der Zeitgeraden T verstellt.

Schließlich ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7 die Ausnehmung 110u im Pumpenkolben 10 nur über einen Teilbereich des Kolben-Umfangs geführt. Eine ähnliche Begren­ zung könnte man auch bei der Ausnehmung 112i im Pumpenzylinder 12 vornehmen. Im solchen Falle könnte man über den sich zwischen den Ausnehmungen ergebenden freien Umfangsbereich beispielsweise eine Lecköl-Rückführung zur Saugseite legen.

Bei dem in Fig. 8 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel ist die mit der rechten Saugbohrung 112a zusammenarbeitende Stirn­ fläche 10f des Pumpenkolbens 10 mit einer teilweisen Abschrägung 10ff versehen.

Auf diese Weise kann bei einer Kolbenverdre­ hung die Abschrägung 10ff und die Saugbohrung 112a in verschiedene Relativ-Stellungen ge­ bracht und so der Beginn der Voreinspritzung geändert werden. Man erreicht hierbei auch eine lastabhängige Regelung der Voreinspritz­ menge.

Außerdem zeigt Fig. 8, daß die untere Steuer­ kante 210xu der Überströmnut 210x am Pumpen­ kolben 10 sowie die obere Steuerkante 212io der Ausnehmung 212i des Pumpenzylinders 12 un­ ter gleichem Neigungswinkel zur Kolbenachse leicht schräg angeordnet sind. Bei einer Kolbenverdrehung nehmen diese Steuerkanten verschiedene Relativ-Stellungen ein, so daß eine lastabhängige Regelung des Beginns der Haupteinspritzung erreicht wird.

Es sei noch erwähnt, daß bei den Ausführungs­ beispielen nach Fig. 6 bis 8 die Saug- und Förderphase in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 abläuft.

Claims (1)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe zur Vor- und Haupteinspritzung bei Brennkraftmaschinen mit einem Pumpenkolben, der in einem Pumpenzylin­ der axial- und verdrehbeweglich angeordnet ist und bei seinem Saughub Kraftstoff über wenig­ stens eine Saugbohrung aus dem Saugraum in den von der Pumpenkolbenstirnseite begrenzten Pumpenarbeitsraum ansaugt und der bei seinem Förderhub zunächst die Verbindung zum Saugraum hin unterbricht und die Förderung aus dem Pumpenarbeitsraum einleitet, die durch Öffnung eines zur Saugbohrung führenden Rückströmweges mit Hilfe einer umfangsmäßig begrenzt ausge­ bildeten schrägen Steuerkante am Pumpenkolben endet, und mit jeweils einer am Pumpenkolben und am Pumpenzylinder umfangsseitig zusätzlich angeordneten Ausnehmung, die in Axialrichtung von Steuerkanten zur Steuerung der Vor- und Haupteinspritzung begrenzt sind, wobei die Voreinspritzung durch ein Zusammenwirken der den Pumpenarbeitsraum abgewandten Steuerkante der Ausnehmung im Pumpenzylinder mit der dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Steuerkante der Ausnehmung im Pumpenkolben durch Freigabe ei­ nes Überströmweges vom Pumpenarbeitsraum zur Saugbohrung hin beendet wird, und wobei durch ein Zusammenwirken der dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Steuerkante der Ausnehmung im Pumpenzylinder mit einer Steuerkante am Pumpenkolben der Beginn der Haupteinspritzung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (10u; 110u) im Pumpenkolben (10) unterhalb der schrägen Steuerkante (10s) in einem dem Pumpenarbeitsraum (12b) abgewandten Bereich des Pumpenkolbens (10) und die Ausnehmung (12i; 112i; 212i) im Pumpenzylinder (12) unterhalb der Saugbohrung (12a) in einem dem Pumpenarbeitsraum (12b) abgewandten Bereich des Pumpenzylinders (12) angeordnet sind, wobei eine innerhalb des Pumpenkolbens verlaufende Bohrungsanordnung (10g, 10h) den Pumpenarbeitsraum (12b) ständig mit der Ausnehmung (10u; 110u) im Pumpenkolben (10) verbindet und die Ausnehmung (12i; 112i; 212i) im Pumpenzylinder (12) bei Beendigung der Voreinspritzung über eine axial verlau­ fende, als Überströmweg dienende Überströmnut (10x; 210x) im Pumpenkolben (10) mit der Saugbohrung (12a; 112a) in Verbindung steht, und wobei über das Zusammenwirken einer dem Pumpenarbeitsraum (12b) abgewandten Steuer­ kante (10xu; 210xu) der Überströmnut (10x; 210x) im Pumpenkolben (10) mit der dem Pumpenarbeitsraum (12b) zugewandten Steuerkante (12io; 112io; 212io) der Ausnehmung im Pumpenzylinder (12) letztere zur Steuerung des Haupteinspritzbeginns von der Überströmnut (10x; 210x) und der Saugbohrung (12a, 112a) getrennt ist.