DE3820707A1

DE3820707A1 - Einspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3820707A1
Application number: DE3820707A
Authority: DE
Inventors: Jaroslaw Dipl Ing Hlousek; Gerhard Dipl Ing Dr Lehner; Theodor Dipl Ing Dr Stipek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-06-18
Filing date: 1988-06-18
Publication date: 1989-12-21
Also published as: JPH0237166A; JP2721243B2; DE58903432D1; EP0347581B1; EP0347581A1; US5015160A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, mit einer Pumpenkolbenbüchse und einem in dieser geführten Pumpenkolben mit Steuerkanten zur Steuerung von Beginn und Ende eines Einspritzvorganges, welche mit in der Wand der Pumpenkolbenbüchse vorgesehenen Steuerbohrungen zusammenwirken, die in einen die Pumpen kolbenbüchse umgebenden Sammelraum münden, in welchen Brenn stoff unter Druck zuführbar ist und aus welchem über schüssiger Brennstoff bzw. bei Beendigung eines Einspritz vorganges überströmender Brennstoff ableitbar ist, wobei für die Brennstoffzuführung ein zum Sammelraum öffnendes Saug ventil an den Sammelraum angeschlossen ist und für die Brennstoffableitung ein die Strömung beeinflussendes Organ an den Sammelraum angeschlossen ist.

Beim Betrieb von Einspritzpumpen unter hohem Druck bestehen beim Absteuern an der Niederdruckseite Korrosions probleme, welche auf Kavitationserscheinungen zurückgeführt werden. Beim Absteuern des Hochdruckbrennstoffes aus dem Pumpenraum in den Saugraum der Einspritzpumpe im Augenblick des Förderendes entstehen Druckschwingungen mit hohen Spitzenwerten. Im Saugraum befindliche Hohlräume, welche vom vorhergehenden Zusteuervorgang herrühren, können dabei implodieren und zu Kavitationsschäden am Kolbenumfang, in der Steuerbohrung und im Saugraum führen. Weiters erzeugt der Absteuerstrahl in seinen Rand- und Auftreffzonen sekundäre Hohlräume, die beim anschließenden Implodieren ebenfalls Schäden an den genannten Stellen bewirken können. Aus der CH-PS 5 94 134 ist es bereits bekannt geworden, den abge steuerten Brennstoff, welcher in den Saugraum rückgeführt wird, über Drosseln abzufördern, um auf diese Weise ein gewisses Ausmaß einer Druckerhöhung zu erzielen. Das Ausmaß der erzielbaren Druckerhöhung mit derartigen Maßnahmen ist relativ gering und ein entscheidender Vorteil könnte erst dann erreicht werden, wenn ein entsprechend hoher Pumpen vordruck gewählt wird. Dies erfordert aber wiederum einen hohen Aufwand an Pumpenergie und eine entsprechend aufwendige Abdichtung der Pumpe im Saugraumbereich.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Absteuerung des Einspritzdruckes bei Förderende gegen einen möglichst hohen Druck ohne aufwendige konstruktive Maßnahmen zu erzielen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß der Sammelraum als Speicherraum mit einem vom Speicherraum weg öffnenden Druckhalteventil ausgebildet ist. Dadurch, daß der Sammelraum bzw. Saugraum nunmehr nicht wie bei den bekannten Maßnahmen zum Zulauf hin offen ist, sondern als durch Ventile abgeschlossener Speicherraum ausgebildet ist und ein Rückschlagventil als Druckhalteventil angeordnet ist, läßt sich ein vorgegebener und relativ hoher Druck als Absteuerdruck sicherstellen. Der Druck im Arbeitsraum des Kolbens sinkt in der Folge weiter ab und erst wenn der Druck insgesamt auf ein Druckniveau abgesunken ist, welches aus reicht, daß der Pumpenvordruck für eine neuerliche Füllung des Arbeitsraumes herangezogen werden kann, erfolgt die neuerliche Füllung mit dem wesentlich niedrigeren Pumpenvor druck. Es wird somit die Absteuerung nicht unmittelbar in den zum Zulauf offenen Saugraum vorgenommen, sondern in den Speicherraum und dieser Speicherraum kann mittels des vom Speicherraum weg öffnenden Rückschlagventils bzw. des Druck halteventils auf einen Druck von bis zu 50 bar oder auch höher gehalten werden, so daß der Ausbildung von Kavitations erscheinungen wirksam entgegengetreten wird. Beim Saugvorgang des Pumpenkolbens wird der Brennstoff zuerst aus diesen Speicherraum entnommen und erst in der Folge beispielsweise unter Verwendung eines Saugventils weiterer Brennstoff angesaugt.

Mit Vorteil ist die Ausbildung hiebei so getroffen, daß der Speicherraum konzentrisch zu einem Saugraum an die Steuerbohrungen der Pumpenkolbenbüchse angeschlossen ist, wodurch sich eine konstruktiv besonders einfache Ausgestal tung ergibt.

In besonders einfacher Weise kann die Ausbildung hiebei so getroffen werden, daß das vom Speicherraum weg öffnende Druckhalteventil und das zum Speicherraum öffnende Saugventil an der vom Speicherraum abgewendeten Seite gemeinsam an den mit Brennstoff versorgten Saugraum angeschlossen sind und von Rückschlagventilen gebildet sind. Durch das zum Speicherraum öffnende, als Rückschlagventil ausgebildete Saugventil erfolgt ein neuerliches Ansaugen von Brennstoff dann, wenn der Druck im Pumpenraum unter den eingestellten Druck des Saugventils absinkt. In diesem Fall wird aus dem Nieder drucksaugraum, d.h. dem unter Vorpumpendruck stehenden Raum, Brennstoff zur Füllung der Einspritzpumpe angesaugt.

Um unerwünschte Druckspitzen beim Aufbau des Druckes im Speicherraum zu vermeiden, kann die Ausbildung mit Vorteil so getroffen sein, daß das vom Speicherraum weg öffnende Druck halteventil über eine an sich bekannte Drosselstelle an den Speicherraum angeschlossen ist. Der im Speicherraum aufrecht zuerhaltende Druck wird hiebei vom Rückschlagventil defi niert und auf einem exakt vorgegebenen Niveau gehalten, wobei derartige zusätzliche Drosselbohrungen kurzfristige Spitzen drücke abzubauen gestatten. Gegenüber der Verwendung von Drosseln ohne ein Druckhalteventil ergibt sich in jedem Fall der Vorteil, daß das Druckniveau nach Erreichen des vorgege benen Druckniveaus konstant bleibt und daß das entsprechende Druckniveau in einfacher Weise durch die Dimensionierung bzw. Einstellung des Druckhalteventils sichergestellt werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung zur Verrin gerung des Verschleißes ist die Anordnung so getroffen, daß die Achsen der speicherraumseitigen Mündungen der Rückschlag ventile bezüglich der Achsen der Steuerbohrungen versetzt angeordnet sind. Eine derartige versetzte Anordnung der Steuerbohrungen ermöglicht es, die besonders verschleißge fährdeten Bereiche, in welchen Kavitation auftreten könnte, durch geeignete Orientierung des eintretenden Strahles rasch zu spülen, so daß gegebenenfalls dennoch entstandene Blasen weggeschwemmt werden. Gegebenenfalls dennoch auftretende Korrosionserscheinungen können hiebei von besonders ge fährdeten Stellen ferngehalten werden.

Bei bekannten Einspritzpumpenkonstruktionen ist es bekannt, den übermäßigen Verschleiß beim Absteuervorgang dadurch zu mindern, daß in die Abströmöffnungen Prallschutz einrichtungen eingebaut werden. Derartige Prallschutzringe sind nicht geeignet Kavitationserscheinungen zu verhindern, sondern dienen lediglich dazu, an der Stelle besonders hoher Abnutzung und besonders großen Verschleißes Materialien vorzusehen, welche besonders verschleißbeständig sind, und dazu, einen leicht austauschbaren Verschleißteil zu schaffen, welcher im Fall übermäßigen Verschleißes getauscht werden kann. Mit Prallschutzeinrichtungen üblicher Art kann aber insbesondere Kavitationserscheinungen an der Außenwand des Pumpenkolbens in keiner Weise begegnet werden. Wenn nun zusätzlich der lediglich auf große Strömungsgeschwindigkei ten, nicht aber auf Kavitation zurückzuführende Verschleiß weiter herabgemindert werden soll und an derartigen Stellen ein leicht austauschbarer Bauteil geschaffen werden soll, kann mit Vorteil die Ausbildung im Rahmen der vorliegenden Erfindung so getroffen werden, daß bei der speicherraumseiti gen Mündung wenigstens eines mit einer Steuerbohrung axial ausgerichteten Rückschlagventils ein Prallschutz angeordnet ist. Mit Vorteil ist die Ausbildung hiebei so getroffen, daß als Prallschutz vor einer axialen Bohrung des Rückschlagven tils eine die Bohrung verschließende Prallplatte angeordnet ist, bei deren Rückseite eine die axiale Bohrung des Rück schlagventils schneidende Querbohrung mit offenen Enden vorgesehen ist, wodurch wiederum ein Freispülen bzw. Weg spülen von gegebenenfalls entstehenden Blasen sichergestellt wird. In besonders einfacher Weise kann hiebei die Prall platte mit dem Gehäuse des Rückschlagventils einstückig ausgebildet sein, wodurch der Einbau des Rückschlagventils wesentlich vereinfacht wird.

Eine an sich bekannte Ausbildung eines derartigen Prallschutzkörper besteht darin, daß dieser im Querschnitt kegelstumpfförmig ausgebildet ist und an der der Bohrung zugewandten Seite verrundet ist. Derartige Ausbildungen von Prallschutzkörpern zeichnen sich durch besonders hohe Ver schleißbeständigkeit aus und bei einer derartigen Ausbildung ist die Anordnung des zum Speicherraum öffnenden Rückschlag ventils bzw. Druckhalteventils mit Vorteil so getroffen, daß die Steuerbohrung einen zum Speicherraum kegelstumpfförmig erweiterten Abschnitt aufweist, daß das Gehäuse des zum Speicherraum öffnenden Rückschlagventils einen in den kegel stumpfförmig erweiterten Abschnitt unter Freilassung eines Zwischenraumes hineinragenden kegeligen Endteil mit abgerun deter Spitze hat und daß der Auslaßkanal des Rückschlagven tils außermittig im Bereich des Kegelmantels des Endteiles mündet. Der sich auf diese Weise ergebende Strömungsweg führt wiederum zu einem Freispülen von besonders kritischen Stellen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu tert. In dieser zeigt: Fig. 1 einen Teilschnitt durch den Oberteil einer Einspritzpumpe für große Dieselmotoren; Fig. 2 eine Weiterbildung einer Einzelheit der Einspritzpumpe nach Fig. 1; Fig. 3 in einem Diagranm den Verlauf von Pumpenraum druck und Speicherraumdruck über dem Nockenwinkel und die Fig. 4, 5 und 6 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 Varianten der Konstruktion einer Einspritzpumpe mit unmittelbarer Zu- und Ableitung von Brennstoff in den bzw. aus dem Speicherraum sowie Ausbildung eines Prallschutzes.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Einspritzpumpe wird in einer Pumpenkolbenbüchse 1 ein Pumpenkolben 2 durch einen nicht dargestellten Nockenantrieb auf und ab bewegt. Die Pumpenkolbenbüchse 1 ist in einem Gehäuse 3 abgestützt, das einen Saugraum 4 aufweist, in welchen über eine Rohrver schraubung 5 Brennstoff zugeführt wird bzw. aus welchem überschüssiger Brennstoff abgeleitet wird. Beim Aufwärtsgang des Pumpenkolbens 2 verschließt dieser mit seiner Oberkante 6 Steuerbohrungen 7. Bereits kurz vorher baut sich wegen der Drosselung des aus dem Pumpenraum 8 durch den aufwärtsgehen den Kolben 2 verdrängten Brennstoffes im Speicherraum 9 ein Brennstoffdruck auf, weil ein Saugventil 10 mit seinem Öffnungsdruck von einigen Zehntel bar in Richtung zum Saug raum 4 geschlossen hat und ein Druckhalteventil 11 einen Druck von etwa 20 bis 50 bar im Speicherraum aufrecht hält. Durch den im Speicherraum 9 aufgebauten Druck kommen Hohl räume bzw. Dampfblasen im Brennstoff, die beim Zusteuervor gang dort und in den Steuerbohrungen 7 entstehen können, zu einem verhältnismäßig weichen und damit unschädlichen Zu sammenbrechen. Wenn der Pumpenkolben 2 bei seinem Aufwärts gang mit seinen unteren Steuerkanten 12 die Verbindung zwischen Pumpenraum 8 und Steuerbohrungen 7 wieder öffnet, dann entspannt sich der Brennstoff von einem hohen Druck von etwa 1500 bar auf den vom Druckhalteventil 11 im Speicherraum 9 gehaltenen Druck von etwa 20 bis 50 bar. Wegen des großen Sicherheitsabstandes zum Dampfdruck des Brennstoffes kommt es im Bereich der Absteuerstrahlen nicht zu Hohlraumbildungen im Brennstoff und es wird daher auch die sogenannte Strahlkavi tation im Auftreffbereich des Absteuerstrahls auf die Wand der Steuerbohrungen und des Speicherraumes vermieden. Sobald der Druck im Speicherraum 9 den Einstellwert des Druckhalte ventils 11 überschreitet, öffnet dieses und läßt den über schüssigen Brennstoff aus dem Speicherraum 9 in den Saugraum 4 abströmen. Beide Ventile 10, 11 sind als Rückschlagventile ausgebildet.

In den Einlaß des Druckhalteventils 11 kann gemäß Fig. 2 eine Drossel 13 eingebaut sein, die eine mengenabhängige Erhöhung des Speicherraumdruckes bewirkt, so daß bei größeren Fördermengen und/oder höheren Drehzahlen bzw. Kolbengeschwin digkeiten eine weitere Verringerung der Gefahr der Hohlraum bildung im Brennstoff erreicht wird. Das Saugventil 10 und das Druckhalteventil 11 sind in einer Hülse 14 untergebracht, die auch den Speicherraum 9 enthält. Durch Dichtungsringe 15, 16 und 17 erfolgt eine Druckabdichtung von Speicherraum 9 und Saugraum 4. Über eine Leckölbohrung 18 wird Brennstoff, der nach unten zwischen Pumpenkolben 2 und Pumpenkolbenbüchse 1 hindurchgelangt, in den Speicherraum 9 zurückgeführt.

Es ist zweckmäßig, die beiden Ventile 10, 11 bzw. deren Durchflußöffnungen nicht in einer Schnittebene mit den Steuerbohrungen 7 im Pumpenzylinder anzuordnen, sondern sie beispielsweise um 90° verdreht anzuordnen. Weiters können bei Bedarf auch zwei oder mehr Druckhalte- bzw. Saugventile in der Hülse 14 angeordnet werden.

Es ist schließlich möglich, die Auftreffbereiche der Absteuerstrahlen im Speicherraum 9 zu härten oder mit be sonders harten Metallen zu panzern, um eine besonders hohe Standfestigkeit dieser Bereiche zu erzielen.

Fig. 3 zeigt die Verläufe von Pumpenraumdruck p _P und Speicherraumdruck p _S über dem Nockenwinkel, wobei der Förderbeginn der Einspritzpumpe mit FB und das Förderende mit FE bezeichnet sind. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß bereits bei Förderbeginn der Druck p _S im Speicherraum 9 den Haltewert des Ventils 11 erreicht und daß unmittelbar nach dem Förderende durch den aus den Steuerbohrungen 7 heraus schießenden abgesteuerten Brennstoff eine kurzzeitige dyna mische Drucküberhöhung im Speicherraum 9 auftritt, wonach bei der Füllung des Pumpenraumes 8 der Druck zunächst bis auf den Förderdruck der Vorpumpe absinkt, um dann nach Beginn des Aufwärtsganges des Pumpenkolbens 2 neuerlich anzusteigen. Durch eine Drosselbohrung vor dem Druckhalteventil kann auch noch eine Abhängigkeit des Speicherraumdruckes von der Fördermenge und der Drehzahl der Pumpe erzielt werden, wobei verschiedene Durchmesser der Drossel 13 unterschiedliche Druckverläufe im Bereich der Drucküberhöhung ergeben, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist.

Bei den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Varianten ist kein eigener Saugraum vorgesehen, sondern Zuführung 19 und Ableitung 20 des Brennstoffes erfolgen unmittelbar in den bzw. aus dem Speicherraum 9, u.zw. über das Saugventil 10 bzw. das Druckhalteventil 11, so daß sich im Speicherraum 9 während des Zusteuervorganges unmittelbar vor dem geometri schen Förderbeginn ein höheres Druckniveau - bestimmt durch den eingestellten Druck des Druckhalteventils 11 - aufbauen kann. Beim Absteuern der Steuerbohrungen 7 stößt der Hoch druckstrahl in ein Brennstoffvolumen ohne Resthohlräume vom vorhergehenden Zusteuern. Auch die Strahlkavitation wird auf Grund des hohen Druckniveaus vermieden.

Zweckmäßig erscheint es, in die Brennstoffleitung von der Förderpumpe einen Druckspeicher (Windkessel) einzubauen, dessen Volumen etwa das 5- bis 20fache des Speicherraumvo lumens betragen sollte. Dadurch wird eine zuverlässige Füllung des Speicherraumes und des Pumpenraumes erreicht.

Die Achsen der speicherraumseitigen Bohrungen zu den Ventilen 10 und 11 sind gegenüber den Steuerbohrungen 7 versetzt, so daß im Brennstoff gegebenenfalls gebildete Hohlräume von dem aus der Steuerbohrung 7 austretenden Strahl rasch weggespült werden können und eine allenfalls auftre tende Korrosion von gefährdeten Bereichen ferngehalten wird.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 liegen Zuführung 19 und Ableitung 20 des Brennstoffes gleichachsig mit den Steuer bohrungen 7, jedoch ist der der Steuerbohrung 7 zugewendeten Bohrung eines jeden der Ventile 10, 11 als Prallschutz eine Prallplatte 21 bzw. 22 vorgeschaltet, deren jede mit der Armatur des zugeordneten Ventils einstückig ausgebildet ist.

In einer weiteren Variante nach Fig. 6 ist das Saugventil 10 auf beiden Seiten in einen Prallschutz eingebaut, der eine kegelige Form aufweist und weit in die Steuerbohrung 7 hineinragt. Der Brennstoff wird durch eine Bohrung 23 vom Saugventil 10 kommend in den Spalt zwischen dem Kegel 24 des Prallschutzes und der konischen Erweiterung 25 der Steuer bohrung gefördert. Die Bohrung 23 ist dabei derart positio niert, daß sie den Brennstoff am höchstgelegenen Teil des Spaltes austreten läßt, so daß die dort befindlichen Hohl räume im Brennstoff direkt vom Spülstrom getroffen und in den Speicherraum 9 befördert werden. Ein nicht dargestelltes Druckhalteventil sorgt für die Aufrechterhaltung eines erhöhten Standdruckes im Speicherraum 9 nach dem Ende des Zusteuervorganges bis zum Wiederansaugen. Die Brennstoffzu führung erfolgt zweckmäßig mit einem Druck von 5 bis 20 bar, um eine ausreichende Spülwirkung in den Steuerbohrungen 7 zu erzielen. Auch hier erscheint zur Vergleichmäßigung des Zulaufdruckes ein Druckspeicher in der Brennstoffleitung zwischen Förderpumpe und Saugventil 10 zweckmäßig.

Bezugszeichenliste

1 Pumpenkolbenbüchse
2 Pumpenkolben
3 Gehäuse
4 Saugraum
5 Rohrverschraubung
6 Oberkante
7 Steuerbohrungen
8 Pumpenraum
9 Speicherraum
10 Saugventil
11 Druckhalteventil
12 untere Steuerkanten
13 Drossel
14 Hülse
15 Dichtungsring
16 Dichtungsring
17 Dichtungsring
18 Leckölbohrung
19 Brennstoffzuführung
20 Brennstoffableitung
21 Prallplatte
22 Prallplatte
23 Bohrung
24 Prallschutzkegel
25 konische Erweiterung

Claims

1. Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, mit einer Pumpenkolbenbüchse und einem in dieser geführten Pumpenkolben mit Steuerkanten zur Steuerung von Beginn und Ende eines Einspritzvorganges, welche mit in der Wand der Pumpenkolben büchse vorgesehenen Steuerbohrungen zusammenwirken, die in einen die Pumpenkolbenbüchse umgebenden Sammelraum münden, in welchen Brennstoff unter Druck zuführbar ist und aus welchem überschüssiger Brennstoff bzw. bei Beendigung eines Ein spritzvorganges überströmender Brennstoff ableitbar ist, wobei für die Brennstoffzuführung ein zum Sammelraum öffnen des Saugventil an den Sammelraum angeschlossen ist und für die Brennstoffableitung ein die Strömung beeinflussendes Organ an den Sammelraum angeschlossen ist, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sammelraum als Speicherraum (9) mit einem vom Speicherraum (9) weg öffnenden Druckhalteventil (11) ausgebildet ist.

2. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Speicherraum (9) konzentrisch zu einem Saugraum (4) an die Steuerbohrungen (7) der Pumpenkolbenbüchse (1) angeschlossen ist.

3. Einspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Speicherraum (9) weg öffnende Druckhalteventil (11) und das zum Speicherraum (9) öffnende Saugventil (10) an der vom Speicherraum (9) abgewendeten Seite gemeinsam an den mit Brennstoff versorgten Saugraum (4) angeschlossen sind und von Rückschlagventilen gebildet sind.

4. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Speicherraum (9) weg öffnende Druckhalteventil (11) über eine an sich bekannte Drossel stelle (13) an den Speicherraum (9) angeschlossen ist.

5. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der speicherraumseiti gen Mündungen der Rückschlagventile (10, 11) bezüglich der Achsen der Steuerbohrungen (7) versetzt angeordnet sind.

6. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der speicherraumseitigen Mündung wenigstens eines der mit einer Steuerbohrung (7) axial ausgerichteten Rückschlagventile (10, 11) ein Prall schutz angeordnet ist.

7. Einspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß als Prallschutz vor einer axialen Bohrung des Rückschlagventils (10, 11) eine die Bohrung verschließende Prallplatte (21, 22) angeordnet ist, bei deren Rückseite eine die axiale Bohrung des Rückschlagventils schneidende Quer bohrung mit offenen Enden vorgesehen ist.

8. Einspritzpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß die Prallplatte (21, 22) mit dem Gehäuse des Rück schlagventils (10, 11) einstückig ausgebildet ist.

9. Einspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Steuerbohrung (7) einen zum Speicherraum (9) kegelstumpfförmig erweiterten Abschnitt (25) aufweist, daß das Gehäuse des zum Speicherraum (9) öffnenden Rückschlag ventils (10, 11) einen in den kegelstumpfförmig erweiterten Abschnitt (25) unter Freilassung eines Zwischenraumes hinein ragenden kegeligen Endteil (24) mit abgerundeter Spitze hat und daß der Auslaßkanal (23) des Rückschlagventils (10, 11) außermittig im Bereich des Kegelmantels des Endteiles (24) mündet.