DE3914582A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Dieselbrennkraftmaschinen, insbesondere nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte Brennstoffeinspritzpumpe, wie sie in Band 7 der Reihe: "Die Verbrennungskraftmaschine; Gemischbildung und Verbrennung im Dieselmotor", 1957 auf der Seite 164 beschrieben und in Abb. 213 dargestellt ist, arbeitet im Hochdruckteil mit Saug- und Druckventilen. Es handelt sich dabei um eine Mehrplungerpumpe mit der bekannten Schräg­ schlitz-Überströmregelung der Einspritzmenge. Saug- und Druckventil sind außerhalb des Förderraumes und in einer Achse angeordnet, die senkrecht zur Plungerachse steht und diese schneidet.

Nachteilig an dieser Brennstoffeinspritzpumpe ist der Bauaufwand für die beiden Ventile und vor allem deren erheblicher schädlicher Raum, der sich ungünstig auf den erreichbaren Spitzendruck bei der Brennstoffeinspritzung auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoff­ einspritzvorrichtung mit Saugventil zu schaffen, die sich durch kleinen schädlichen Raum im Hochdruckbereich und durch geringen Bauaufwand auszeichnet.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß eine besonders einfache Gestaltung der Brennstoffeinspritzvor­ richtung ermöglicht. Außerdem bewirkt die erfindungsgemäße Lösung einen minimalen schädlichen Raum im Hochdruckbe­ reich der Brennstoffeinspritzpumpe.

Durch eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung wird ein selbstzentrierendes Saugventil ohne besondere Führungsele­ mente verwirklicht. In besonderen Fällen kann es jedoch von Vorteil sein, unterhalb des Ventilsitzes eine zylin­ drische Führung für den Ventilkegel vorzusehen, wobei entweder in der zylindrischen Führung eine Längs- und Querbohrung oder an deren Umfang Rillen für die Weiterlei­ tung des Brennstoffes vorgesehen sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ventilkegels wird ein glatter Plungerboden erzielt, der eine wichtige Voraussetzung zur Minimierung des schädlichen Raumes im Hochdruckbereich darstellt.

Durch eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung wird erreicht, daß die Windungen der Schließfeder bei der Auf­ wärtsbewegung des Pumpenplungers ineinander geschoben werden und damit der schädliche Raum der Schließfeder im zusammengedrückten Zustand minimiert ist. Dabei kann es von Vorteil sein, die Schließfeder mit nur einer Windung auszuführen. Es sind aber auch Fälle denkbar, bei denen mehrere Federwindungen vorteilhaft sind. Dabei können die Federwindungen gleiche oder ungleiche Steigungen aufweisen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung bewirkt, daß die Schließfeder beim Aufwärtsgang des Pumpenplungers zu einer Scheibe zusammengedrückt wird. Dadurch verursacht die Schließfeder praktisch keinen zusätzlichen, schädli­ chen Raum.

Die Schließfeder ist normalerweise aus Federstahl gefer­ tigt. Es kann aber auch vorteilhaft sein, sie aus Kunst­ stoff herzustellen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung hat zur Folge, daß der Förderraum außer bei der Hochdruckförderung in dauernder Strömungsverbindung mit einem Saugraum steht.

In Verbindung mit einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung der Erfindung, bei der kein Druckventil vorgesehen ist, wird nach Abschluß der Hochdruckförderung eine rasche Entlastung des Hochdrucksystem auf den Druck des Saugrau­ mes gewährleistet und damit ein rasches Schließen des Einspritzventils ohne Nachspritzer bewirkt. Außerdem wird durch den im Hochdrucksystem herrschenden Saugraumdruck eine Hohlraumbildung und die damit verbundene Kavitation in der Brennstoffeinspritzvorrichtung sicher vermieden.

Die erfindungsgemäße Anordnung führt zu einer besonders einfachen Konstruktion, mit geringem Fertigungs- und War­ tungsaufwand, außerdem zeichnet sie sich durch kleines schädliches Volumen und dadurch bedingt, hohe hydraulische Steifigkeit aus, was hohe Einspritzdrücke ermöglicht, wie sie moderne Dieselmotoren aus Verbrennungs- und Emissions­ gründen benötigen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der fol­ genden Beschreibung und der Zeichnung, in der Ausführungs­ beispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.

Die Fig. zeigt: einen Querschnitt durch ein erfindungsge­ mäßes Pumpenelement mit dem Pumpenplunger im unteren Totpunkt.

Die Brennstoffeinspritzvorrichtung besteht unter anderem aus einer Plungerbüchse 2, in der ein Pumpenplunger 1 dichtend geführt ist. Die Plungerbüchse 2 ist am hoch­ druckseitigen Ende durch einen Förderraumboden 4 abge­ schlossen, von dem aus eine Hochdruckleitung 18 zum Druck­ anschluß 19 führt. Im Bereich des unteren Totpunktes des Pumpenplungers 1 befindet sich in der Plungerbüchse 2 die Saug- bzw. Absteuerbohrung 16, von der eine in der Plun­ gerbüchse 2 befindliche, schräg in Richtung Pumpenplunger verlaufende Verbindungsleitung 15 abzweigt.

Die Saug- bzw. Absteuerbohrung 16 mündet in einen Saugraum 21, der von einer nicht dargestellten Niederdruckpumpe über ein Druckventil 23 mit Brennstoff versorgt wird und durch ein Druckhalteventil 22 auf einem bestimmten Vor­ druck gehalten wird. Das Druckventil 23 und das Druckhal­ teventil 22 sind besonders dichtschließend ausgeführt, um ein Leerlaufen der Brennstoffeinspritzvorrichtung während des Stillstandes der Brennkraftmaschine und die daraus folgenden Startschwierigkeiten zu vermeiden.

Der Pumpenplunger 1 weist einen Pumpenplungerboden 3 auf, in den der konische Ventilsitz 25 eines Saugventilkegels 10 eingearbeitet ist. Der Saugventilkegel 10 besitzt einen Saugventilkegelboden 11, der bei geschlossenem Saugventil 6 zusammen mit dem Plungerbogen 3 eine glatte Fläche bil­ det.

Vom Ventilkegelsitz 25 des Saugventils 6 geht eine Plun­ gerbohrung 12 aus, von deren Ende eine Querbohrung 13 abzweigt. Die Querbohrung 13 mündet in einem am Umfang des Pumpenplungers 1 angeordneten Ringraum 14, der mit der Verbindungsleitung 15 zumindest in dem Hubbereich des Pumpenplungers 1 in Strömungsverbindung steht, in dem die Hochdruckförderung stattfindet.

Zwischen der Ringnut und dem Pumpenplungerboden 3 befindet sich eine mit diesem über eine Verbindungsnut 20 in Strö­ mungsverbindung stehende Schrägsteuernut 17, die durch Verdrehen des Pumpenplungers 1 im Zusammenwirken mit der Saug- bzw. Absteuerbohrung 16 in bekannter Weise zur Steu­ erung der Einspritzmenge dient.

Der Pumpenplunger 1 und die Plungerbüchse 2 begrenzen einen Förderraum 5. Im Förderraum 5 ist eine kegelförmige Schließfeder 7 mit rechteckigem oder quadratischen Feder­ drahtquerschnitt angeordnet. Die erste Windung der Schließfeder 7, die in etwa den Innendurchmesser der Plun­ gerbüchse 2 aufweist, liegt auf dem Förderraumboden 4 auf. Die letzte Windung der Schließfeder 7 drückt auf den Saug­ ventilkegelboden 11.

Der Förderraum 5 steht mit einem Einspritzventil 9 über die Hochdruckleitung 18, den Druckanschluß 19 und die Einspritzleitung 8 in dauernder, mit einem Saugraum 21 über die Saugbohrung 16 bzw. die Verbindungsleitung 15 nur in zeitweiser Strömungsverbindung, nämlich außerhalb des Hubbereichs des Pumpenplungers 1, in dem die Hochdruckför­ derung stattfindet.

Die Brennstoffeinspritzvorrichtung funktioniert folgender­ maßen:

Beim Beginn des Aufwärtsganges des Pumpenplungers 1 ist das Saugventil 6 geschlossen. Nach Abschluß der Saugboh­ rung 16 durch den Pumpenplunger 1 beginnt die Hochdruck­ förderung. Der Brennstoff wird aus dem Förderraum 5 ver­ drängt und gelangt zwischen den Windungen der Schließfeder 7 hindurch über die Hochdruckleitung 18, die Einspritzlei­ tung 8, das Einspritzventil 9 in den nicht abgebildeten Brennraum.

Während der Aufwärtsbewegung des Pumpenplungers 1 wird die Schließfeder 7 so zusammengedrückt, daß sie im oberen Totpunkt des Pumpenplungers 1 eine Scheibe bildet. Die Federwindungen sind so gestaltet, daß zwischen ihnen im zusammengedrückten Zustand sich nur ein minimaler Abstand und damit ein nur minimaler schädlicher Raum befindet.

Die Hochdruckförderung dauert so lange, bis die obere Kante der Schrägsteuernut 17 die Saug- bzw. Absteuerboh­ rung 16 überläuft. Durch die damit über die Verbindungsnut 20 hergestellte Strömungsverbindung zwischen Förderraum 5 und Saugraum 21 wird der Hochdruckbereich der Brennstoff­ einspritzvorrichtung in den Saugraum 21 entlastet. Der nach Beendigung der Einspritzung bis zum Erreichen des oberen Totpunktes des Pumpenplungers 1 noch geförderte Brennstoff gelangt auf demselben Wege zurück in den Saug­ raum 21.

Beim Abwärtsgang des Pumpenplungers 1 saugt dieser zu­ nächst über die Verbindungsnut 20, die Schrägsteuernut 17 und die Saugbohrung 16 Brennstoff aus dem Saugraum 21.

Nach erneutem Abschluß der Saugbohrung 16 durch die obere Steuerkante der Schrägsteuernut 17 öffnet das Saugventil 6 aufgrund des Überdrucks im Saugraum 21 und versorgt den Förderraum 5 über die Verbindungsleitung 15, den Ringraum 14, die Querbohrung 13 und die Plungerbohrung 12 mit Brennstoff.

Nach Überlaufen des Saugloches 16 durch die Steuerkante des Pumpenplungerbodens 3 steht der Förderraum 5 wieder in direkter Verbindung mit dem Saugraum 21, so daß aufgrund des fehlenden Differenzdruckes am Saugventil 6 dieses sanft schließt. Das Saugventil 6 ist demnach nur solange geöffnet, wie beim Abwärtsgang des Pumpenplungers 1 das Saugloch 16 verschlossen ist.

Daraus folgt ein weiterer wichtiger Vorteil der erfin­ dungsgemäßen Lösung, nämlich der, daß die Hochdruckförde­ rung bei geschlossenem Saugventil 6 beginnt. Damit ist ein exakter und konstant bleibender Beginn der Einspritzung durch den Abschluß des Saugloches 16 gegeben. Außerdem ist das Saugventil 6 nur der statischen Beanspruchung durch den Förderdruck ausgesetzt.

Da das Saugventil 6 nur mit geringem Differenzdruck ge­ öffnet und geschlossen wird, ist es keiner nennenswerten Beanspruchung und damit keinem Verschleiß ausgesetzt.

Ein weiterer wichtiger Vorteil des Saugventils 6 ist die Tatsache, daß während der Abwärtsbewegung des Pumpenplun­ gers 1 kein Unterdruck im Förderraum 5 auftritt. Deshalb kann auf ein Druck- bzw. Entlastungsventil im Hochdruckbe­ reich der Brennstoffeinspritzvorrichtung verzichtet wer­ den, ohne daß die Einspritzleitung 8 leergesaugt wird und Hohlraumbildung entsteht. Im Hochdruckbereich der Brenn­ stoffeinspritzpumpe herrscht während der Abwärtsbewegung des Pumpenplungers 1 immer praktisch der Saugraumvordruck, auf den der Hochdruckbereich entlastet wird.

Durch den Fortfall eines Druckventils im Hochdruckbereich der Brennstoffeinspritzpumpe wird in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Saugventil 6 ein minimaler, schädlicher Raum erzielt und damit ein hoher Einspritzdruck ermög­ licht, wie er bei modernen Dieselmotoren erwünscht ist.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Lö­ sung ist die Einfachheit der Konstruktion. Dies ist ge­ kennzeichnet durch einen einfachen Saugventilkegel 10, der auch in kleinen Pumpenplungern 1 unterzubringen ist, einer konventionellen Pumpenplungerausführung, bei der die Ring­ nut 14 zusammen mit der Verbindungsleitung 15 zugleich die Funktion der Leckölrückführung übernimmt und schließlich durch Wegfall des Druckventils und dessen Verschraubung, die durch einen integrierten Druckanschluß ersetzt sind. Durch all diese Maßnahmen vereinfacht und verbilligt sich die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung in Fertigung und Wartung gegenüber einer handelsüblichen Ausführung.

Claims (7)

1. Brennstoffeinspritzvorrichtung, insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen mit mindestens einem Pumpen­ plunger (1), der in einer Plungerbüchse (2) dichtend ge­ führt ist und dessen ebener, zur Plungerachse senkrecht angeordneter Plungerboden (3) zusammen mit der Plunger­ büchse (2) und einen Förderraumboden (4) einen Förderraum (5) begrenzt, wobei ein Saugventil (6) mit einer Schließ­ feder (7) vorgesehen ist und eine Hochdruckverbindung von dem Förderraum (5) über eine Einspritzleitung (8) zu einem Einspritzventil (9) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil (6) im Bereich des Plungerbodens (3) des Pumpenplungers (1) und die Schließfeder (7) im Förderraum (5) angeordnet sind.

2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil (6) einen Ven­ tilsitz (25) und einen dazu passenden Ventilkegel (10) sowie einen Ventilkegelboden (11) aufweist, wobei der Ventilkegelboden (11) mit dem Plungerboden (4) bei ge­ schlossenem Saugventil (6) eine durchgehende, glatte Flä­ che bilden.

3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder (7) als Ke­ gelfeder mit mindestens einer Windung ausgebildet ist, wobei das spitze Ende der Schließfeder (7) mit dem Ventil­ kegelboden (11) und das stumpfe Ende mit dem Plungerbüch­ senboden (4) in Wirkverbindung stehen.

4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­ ausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder (7), die einen Federdraht mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt aufweist, in der oberen Totpunktstellung des Pumpenplun­ gers (1) eine in etwa ebene Scheibe bildet, wobei der Außendurchmesser der Scheibe annähernd dem Durchmesser des Plungers (1) entspricht und die einzelnen Windungen der Schließfeder (7) mit minimalem gegenseitigem Abstand ange­ ordnet sind.

5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­ ausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder (7) aus Kunststoff besteht.

6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­ ausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringraum (14) am Umfang des Pumpenplungers (1) unterhalb einer Schrägsteuernut (17) angeordnet ist, wobei der Ringraum (14) über eine Querbohrung (13) mit einer Plungerbohrung (12) und über eine Verbindungsleitung (15) mit einer Saugbohrung (16) in Strömungsverbindung steht.

7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­ ausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Förderraum (5) und der Einspritzdüse (9) eine dauernd offene Strömungs­ verbindung mit konstantem oder in etwa konstantem Quer­ schnitt besteht.