DE3809700A1 - Kraftstoff-einspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen mit vor- und haupteinspritzung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritz­ pumpe für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Pumpen­ kolben, der in einer im Pumpengehäuse festsitzenden Kolben­ büchse beweglich angeordnet ist und bei seiner Hubbewegung in Ansaugrichtung den Kraftstoff durch Ansaugöffnungen in den Pumpen-Arbeitsraum ansaugt und bei seiner Bewegung in Förderrichtung zunächst die Verbindung zur Ansaugseite unter­ bricht und dann die in Vor- und Haupteinspritzung unterteilte Förderung aus dem Arbeitsraum, vorzugsweise über ein Druck­ ventil zur Einspritzdüse einleitet.

Bei derartigen Pumpen bereitet es große Schwierigkeiten, die an bzw. in den Innenflächen der Elemente verlaufenden Steuer­ mittel, wie Rillen, Schrägkanten oder Bohrungen, mit der zum präzisen Einhalten der Steuerungsphasen exakt erforderlichen Maßgenauigkeit sowohl in axialer als auch in radialer Rich­ tung zueinander zu fertigen und zu überprüfen. Die Herstellung selbst und auch die Meßkontrolle solcher Elemente ist deshalb nur unter großem wirtschaftlichen Aufwand möglich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu beseitigen und eine bei einfacher Fertigung und leichter Meßkontrolle erzielbare Ausgestaltung der Pumpe zu erreichen. Diese Auf­ gabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Kolben­ büchse nur die in ihr eingearbeiteten Ansaugbohrungen und die Innenkante ihrer Führungsbohrung an der dem Arbeitsraum zugewandten ebenen Stirnseite zur Steuerung der Phasen der Kraftstoff-Einspritzung herangezogen sind, während alle übrigen Steuermittel dem Pumpenkolben zugeordnet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstan­ des ist am Umfang des zwecks Mengen-Steuerung über einen be­ stimmten Drehwinkel um seine Längsachse verdrehbaren Kolbens eine durch schräge Steuerkante begrenzte Ausnehmung vorgese­ hen, welche durch eine dem Kolben zugeordnete Verbin­ dungsleitung mit dem Arbeitsraum in Leitungsverbindung steht und über ihre schräge Steuerkante mit einer der Ansaugbohrun­ gen zusammenarbeitet, und daß am Kolben-Umfang zwei Steuer­ ausnehmungen vorgesehen sind, die diametral gegenüberliegend sich über einen dem Drehwinkel annähernd entsprechenden Winkel­ betrag erstrecken und in Achsrichtung des Kolbens durch Radial­ kanten begrenzt sind, und daß jede Steuerausnehmung mit einer von zwei ebenfalls diametral gegenüberliegenden Ansaugöffnun­ gen in der Kolbenbüchse zusammenarbeitet. Diese Ausgestaltung mit gegeneinander diametral angeordneten Steuermitteln zwischen Kolben und Kolbenbüchse bringt den weiteren Vorteil, daß an beiden Längsseiten des Kolbens, insbesondere während der Druckphase mit sehr hohem Kraftstoff-Druck, annähernd gleiche Flächendrücke herrschen und damit die bei einseitiger Belastung durch übergroße Flächenreibung sonst entstehende sogenannte Kolben-Fressung eliminiert wird.

Nach einem anderen Erfindungsmerkmal ist der Winkelbetrag jeder Steuerausnehmung auf annähernd 120° des Kolbenumfanges bemessen, und die beiden Steuerausnehmungen sind durch etwa 60° betragende Winkelabschnitte des vollen Kolbenumfanges voneinander leitungsmäßig getrennt. Solche Winkelbemessung der Steueraufnehmungen und ihrer Radialkanten garantiert eine sichere Einhaltung im Beginn und Ende der verschiedenen Steuerphasen und damit auch die angestrebte exakte Trennung zwischen Vor- und Haupteinspritzung. Außerdem ist es leicht möglich, über den einen oder anderen vollen Winkelabschnitt des Kolbens zur Rückführung des Leck-Kraftstoffes erforder­ liche Leitung zu führen.

Die Anordnung der Steuerausnehmungen und ihrer Radialkanten ist erfindungsgemäß in verschiedener Weise am Kolben aus­ führbar. Man kann eine Steuerausnehmung an der Stirnseite des Kolbens in den Arbeitsraum ausmünden lassen, während andere Steuerausnehmung mit ihren beiden begrenzenden Ra­ dialkanten unterhalb der Kolbenstirnseite liegt. Oder man legt beide Steuerausnehmungen mit ihren Radialkanten unter­ halb der Kolbenstirnseite.

Eine weitere zweckmäßige Anordnung der Elemente ergibt sich, wenn nach einem anderen Erfindungsmerkmal auf der Kolben­ stirnseite ein zylindrisches, eine Innenbohrung aufweisendes Zwischenglied aufsitzt, wobei der Durchmesser seiner Innen­ bohrung größer ist als der Innendurchmesser der Kolben­ büchsen-Führungsbohrung, wobei die Innenbohrung des Zwischen­ gliedes als Begrenzung des Pumpen-Arbeitsraumes dient. Dabei kann das Zwischenglied im Pumpengehäuse zwischen Kolbenbüchse und Druckventil-Gehäuse eingefügt sein.

In der nachstehenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine einzylindrige Einspritzpumpe im teilweisen Längsschnitt,

Fig. 2-5 Einzelheiten der Pumpe nach Fig. 1 im größeren Maßstab und in verschiedenen Betriebsstellungen,

Fig. 6 den Kolben-Umfang in Abwicklung, und

Fig. 7 und 8 eine Variante der Einzelheiten nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt die Einspritzpumpe mit ihrem Gehäuse 10 und Kolben 12, der in einer im Pumpengehäuse festsitzenden Kolbenbüchse 14 geführt ist. Der Kolben wird im Förderhub aus seiner unteren Totpunktlage durch einen Exzenternocken einer Antriebswelle in Richtung F angetrieben, während eine Rückstell­ feder den Kolben beim Saughub S aus der oberen Totpunktlage nach unten bewegt. Der Kolben ist um seine Längsachse dreh­ bar, um seine schräge Steuerkante 12 a in einer Ausnehmung 12 aa in verschiedene Relativstellungen zu einer Saugbohrung 14 a in der Kolbenbüchse 14 einstellen und die einzuspritzende Kraftstoff-Menge regeln zu können. Die Einzelheiten eines derartigen Pumpen-Antriebes samt Mengenregelung sind bekannt (vgl. z. B. DE-PS 34 16 355) und hier deshalb nicht dargestellt.

Der die Kolbenbüchse 14 umgebende Saugraum 10 a im Gehäuse 10 steht mit einer Saugleitung in Verbindung, deren Anschluß­ nippel in eine Gewindebohrung 10 b des Gehäuses 10 einschraub­ bar ist. Die zur Einspritzdüse führende Druckleitung ist mit einem Anschlußnippel 16 kuppelbar, wobei der vom Kolben 12 geförderte Kraftstoff über ein Druckventil 18 geleitet wird, das im Druckventil-Gehäuse 20 geführt ist und durch den Kraftstoff-Druck entgegen einer Rückstellfeder 22 geöffnet wird. Die zur Einspritzdüse führende Bohrung des Nippels 16 ist mit 16 b bezeichnet. Der Nippel selbst ist unter Zwischen­ schaltung eines Dichtungsringes 24 im Gehäuse 10 eingeschraubt.

Die in der vorstehend genannten Patentschrift dargestellte Einspritzmenge dient nur zur Haupteinspritzung des Kraft­ stoffes. Um bei derartigen Pumpen auch eine Voreinspritzung erreichen zu können, werden neben den erwähnten, bekannten Aufbau-Elementen nachstehende Steuerelemente angewendet:

In die das Druckventil-Gehäuse 20 aufnehmende Innenbohrung 16 a des Nippels 16 werden auch eine Ringscheibe 26 und ein Zwischen­ glied 28 derart eingesetzt, daß beim Festspannen des Nippels 16 im Gehäuse 10 das Zwischenglied 28 auf der Stirnseite der Kolbenbüchse 14 aufsitzt. Die Innenfläche 28 b des Zwischen­ gliedes 28 begrenzt einen Ringraum 28 a, der als Arbeitsraum der Pumpe fungiert.

Der Kolben 12 trägt - wie die Umfangsabwicklung nach Fig. 6 klar zeigt - am Umfang eine Steuerausnehmung 12 s und eine Steuerausnehmung 12 t. Diese Ausnehmungen sind diametral gegenüberliegend angeordnet und erstrecken sich etwa über einen Winkelbereich von 120° des Kolbenumfanges. Die Steuer­ ausnehmung 12 s arbeitet mit der Saugbohrung 14 a zusammen, während die Steuerausnehmung 12 t mit einer zu 14 a diametral gegenüberliegenden Saugbohrung 14 aa zusammenspielt. Die Steuerausnehmung 12 s mündet in den Arbeitsraum 28 ein und ist mit einer Radialkante 12 su axial nach unten begrenzt. Die Steuerausnehmung 12 t ist durch zwei Radialkanten 12 to und 12 tu axial begrenzt. Eine Verbindungsbohrung 12 v ver­ bindet den Arbeitsraum 28 a mit der Ausnehmung 12 aa. Zur Lei­ tungsverbindung zwischen 28 a + 12 aa könnte auch eine axiale Nute am Kolbenumfang dienen.

Die Förderung des Kraftstoffes geschieht bei dieser Ausge­ staltung der Elemente in folgender Weise:

Wenn sich der Kolben 12 im Saughub S aus OT nach UT bewegt und seine Steuerausnehmung 2 s die Saugöffnung 14 a überschleift und freigibt, dann wird aus dem Saugraum 10 a über 14 a und 12 s in den Arbeitsraum 28 a der Kraftstoff angesaugt. Sobald sich der Kolben 12 im Förderhub F aus UT nach OT bewegt und die Radialkante 12 su der Steuerausnehmung 12 s die Saugöffnung 14 a schließt (Fig. 2), dann beginnt - da ein Kraftstoff-Rückfluß durch die andere Saugöffnung 14 aa infolge ihrer Überdeckung durch die Steuerausnehmung 12 t verhindert ist - die Förderung aus dem Arbeitsraum 28 a zur Einspritzdüse, und zwar über dem kurzen Hubweg V. Diese geringe Menge wird für die Vorein­ spritzung verwendet. Die Voreinspritzung wird beendet, sobald im weiteren Kolben-Hub in Richtung F die obere Radialkante 12 to der Steuerausnehmung 12 t die Ringkante 14 s an der Stirnseite der Kolbenbüchse 14 überschleift und dann den Rückströmweg aus dem Arbeitsraum 28 a über 12 t und 14 aa zur Saugseite 10 a öffnet (Fig. 3).

Bestimmte Zeitspanne nach dem Ende der Voreinspritzung über­ schleift die untere Radialkante 12 tu voll die Saugöffnung 14 aa, so daß der Rückströmweg des Kraftstoffes unterbunden wird (Fig. 4). Nun beginnt die Haupteinspritzung des Kraftstoffes aus dem Arbeitsraum 28 a zur Einspritzdüse, wobei diese Haupt­ einspritzung bei weiterem Kolben-Hub in Richtung F solange dauert, bis die Steuerkante 12 a der Ausnehmung 12 aa nach einem Hubweg H die Saugöffnung 14 a überschleift und den Rückströmweg 12 v, 12 aa, 14 a aus dem Arbeitsraum 28 a zur Saug­ seite 10 a erneut öffnet (Fig. 5), womit die Haupteinspritzung beendet wird.

In Fig. 7 und 8 ist eine Variante gezeigt. Hier sind sowohl die Steuerausnehmung 12 t als auch die Steuerausnehmung 112 s unterhalb der Stirnseite des Kolbens 112 angeordnet und mit ihren Radialkanten 12 to, 12 tu sowie 112 so, 112 su begrenzt. Eine Querbohrung 112 v stellt die Leitungsverbindung zwischen 12 v und 112 s her. Die Arbeitsweise dieser Variante ist an­ sonsten die gleiche wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2-5. Fig. 8 zeigt, daß man die Saugöffnungen 114 a und 114 aa auch mit viereckigem Querschnitt ausführen kann. Dies bringt den Vorteil, daß ein abruptes Öffnen bzw. Schließen des Kraftstoff- Flusses durch die Steuerausnehmungen erreicht wird. Es sei noch angemerkt, daß man derartige Viereck-Ausführung auch bei den Saugöffnungen nach Fig. 1-5 anwenden kann.

Die während der Haupteinspritzung geförderte Menge kann bei den beschriebenen Ausführungsformen durch Verdrehen des Pumpenkolbens 12; 112 und seiner schrägen Steuerkante 12 a relativ zur Saugöffnung 14 a; 114 a beliebig geregelt werden. Die Voreinspritz-Menge bleibt dagegen stets konstant, was bei meisten Brennkraftmaschinen zum Erreichen einer optimalen Zündung mit nachfolgender Verbrennung ausreicht. Man könnte jedoch verschiedene Kolben mit unterschiedlicher geometrischer Festlegung der Lage der Steuerausnehmungen bereithalten, den gegebenen Betriebsbedingungen entsprechend auswählen und in die Pumpe einsetzen, um auf diese Weise die Steuerphasen variieren und so die gewünschte Voreinspritz-Menge erhalten zu können.

Es sei noch abschließend erwähnt, daß mit Hilfe der auf etwa 120° begrenzten Radialkanten in den Steuerausnehmungen die Steuerphasen sowohl bei Vor- als auch Haupteinspritzung im Beginn und Ende scharf begrenzt sind, was vor allem eine klare Trennung zwischen Vor- und Haupteinspritzung über dem gesamten Last- und Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine sicherstellt.

Claims (7)

1. Kraftstoff-Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Pumpenkolben, der in einer im Pumpengehäuse festsitzenden Kolbenbüchse beweglich angeordnet ist und bei seiner Hubbewegung in Ansaugrichtung den Kraftstoff durch An­ saugöffnungen in den Pumpen-Arbeitsraum ansaugt und bei seiner Hubbewegung in Förderrichtung zunächst die Verbindung zur An­ saugseite unterbricht und dann die in Vor- und Haupteinspritzung unterteilte Förderung aus dem Arbeitsraum, vorzugsweise über ein Druckventil zur Einspritzdüse einleitet, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Kolbenbüchse (14) nur die in ihr eingearbeiteten Ansaugöffnungen (14 a, 14 aa; 11 a, 114 aa) und die Innenkante (14 s) ihrer Führungsbohrung an der dem Arbeitsraum (28 a) zugewandten ebenen Stirnseite zur Steuerung der Einspritz-Phasen herange­ zogen sind, während alle übrigen Steuermittel (12 aa, 12 s, 12 t; 112 s) dem Pumpenkolben (12; 112) zugeordnet sind.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Um­ fang des zwecks Mengen-Steuerung über einen bestimmten Dreh­ winkel um seine Längsachse verdrehbaren Kolbens (12 a) begrenzte Ausnehmung (12 aa) vorgesehen ist, die durch eine dem Kolben zugeordnete Verbindungsleitung (12 v) mit dem Arbeitsraum (28 a) in Leitungsverbindung steht und über ihre schräge Steuerkante (12 a) mit einer von zwei Ansaugöffnungen (14 a, 14 aa; 114 a, 114 aa) in der Kolbenbüchse (14) zusammenarbeitet, und daß am Kolben- Umfang zwei Steuerausnehmungen (12 s, 12 t; 112 s) vorgesehen sind, die diametral gegenüberliegend sich über einen dem Drehwinkel annähernd entsprechenden Winkelbetrag erstrecken und in Achs­ richtung des Kolbens (12) durch Radialkanten (12 su, 12 to, 12 tu; 112 so, 112 su) begrenzt sind, und daß jede Steuerausnehmung mit einer der beiden ebenfalls diametral gegenüberliegenden An­ saugöffnungen in der Kolbenbüchse zusammenarbeitet.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbetrag jeder Steuerausnehmung (12 s, 12 t; 112 s) auf annä­ hernd 120° des Kolbenumfanges bemessen ist, und daß die beiden Steuerausnehmungen durch etwa 60° betragende Winkelabschnitte des vollen Kolbenumfanges voneinander leitungsmäßig getrennt sind.

4. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerausnehmung (12 s) an der Stirnseite des Kolbens in den Arbeitsraum (28 a) mündet, während andere Steuerausnehmung (12 t) mit ihren beiden begrenzenden Radialkanten unterhalb der Kolbenstirnseite liegt.

5. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steuerausnehmungen (112 s, 12 t) mit ihren Radialkanten unterhalb der Kolbenstirnseite liegen.

6. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der Kolbenstirnseite ein zylindrisches, eine Innenbohrung (28 b) aufweisendes Zwischenglied (28) aufsitzt, wobei der Durchmesser seiner Innenbohrung größer ist als der Innendurchmesser der Kolbenbüchsen-Führungsbohrung, und daß die Innenbohrung des Zwischengliedes den Arbeitsraum (28 a) bildet.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (28) im Pumpengehäuse (10) zwischen Kolben­ büchse (14) und Druckventil-Gehäuse (20) eingefügt ist.