DE4006899A1 - Piston for fuel injection pump - has increased radial clearance over end region to eliminate cavitation - Google Patents

Piston for fuel injection pump - has increased radial clearance over end region to eliminate cavitation

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Abstract

The fuel injection pump has a piston (3) which operates in a cylinder with a radial clearance (5) over the main part of its length. The upper end of the piston has a helical groove with an edge (7) which controls the instant at which the inlet ports (9, 10) are closed. The upper end part of the piston in which this groove is cut is of reduced diameter so that there is a radial clearance of (25) between the piston and the cylinder bore. This increase in radial clearance allows a small quantity of fuel to flow in the direction of the arrows (20, 21) and remove any vacuum bubbles which could cause cavitation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Kavitation an einem Pumpenelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method and a Device for avoiding cavitation on one Pump element according to the preamble of claim 1.

Es sind Pumpen verschiedener Art bekannt (DE-OS 14 03 945, DE-OS 15 28 662), bei denen Maßnahmen zur Vermeidung einer Kavitation durch Umleitung des Mediums oder durch Zwischenbereiche erzielt wird.Pumps of various types are known (DE-OS 14 03 945, DE-OS 15 28 662), in which measures to avoid cavitation by redirecting the Medium or through intermediate areas is achieved.

Bei einer Einspritzpumpe zur Förderung von Kraftstoff in eine Druckleitung, an die ein Einspritzventil eines Motors angeschlossen ist, ist es aufgrund des be­ grenzten Bauraumes erforderlich, die Elemente bzw. Mittel zur Vermeidung von Kavitation kleinbauend zu halten bzw. diese in die Pumpe zu integrieren, so daß das Bauvolumen der Einspritzpumpe beibehalten werden kann.With an injection pump to deliver fuel into a pressure line to which an injector Motor is connected, it is due to the be limited space required, the elements or Medium to avoid cavitation hold or integrate them into the pump so that  the volume of the injection pump can be maintained can.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ver­ meidung einer Kavitation an einer Steuerkante des Pumpenkolbens einer Einspritzpumpe sowie eine Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens an der Einspritz­ pumpe zu schaffen.The object of the invention is to provide a method for ver Avoidance of cavitation on a control edge of the Pump piston of an injection pump and a Vorrich tion to carry out the process on the injection to create pump.

Das Mittel zur Durchführung des Verfahrens sowie das Verfahren selbst soll ohne wesentliche Abänderung der Einspritzpumpe und dessen Bauteile bei weitestgehend gleicher Baugröße ermöglicht werden.The means to carry out the process and the The procedure itself is said to be without substantial modification to the Injection pump and its components as far as possible same size are made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.This object is achieved by the kenn Drawing features of claim 1 solved. Further advantageous features include the subclaims.

Die mit der Erfindung im wesentlichen erzielten Vor­ teile bestehen darin, daß die Kavitation durch ein Wegdrücken der Vakuumblasen aus dem Bereich der Steuerkanten am Pumpenkolben erfolgt und diese somit nicht mehr beim Implodieren zerstört werden können, was eine Veränderung der Steuerdaten verursachen würde. Zudem wird der Pumpenkolben und die Zylinderlaufbuchse zerstört und der Kolben frißt.The essentially achieved with the invention parts are that the cavitation by a Pushing the vacuum bubbles away from the area Control edges on the pump piston and this occurs can no longer be destroyed when imploding what would cause a change in tax data. In addition, the pump piston and the cylinder liner destroyed and the piston eats.

Eine Vermeidung der Kavitation im Bereich der Steuer­ kanten wird durch eine, den Steuerbohrungen während der Förderung definiert zugeführte Leckmenge erreicht, die die Vakuumblasen in die Steuerbohrungen zurückdrängt. Zur Vergleichmäßigung der Leckmenge zu den beiden Steuerbohrungen kann auch zusätzlich noch eine Quer­ bohrung im Kolben vorgesehen sein. Avoiding cavitation in the tax area is edged by a control hole during the Delivery defined amount of leak reached that the vacuum bubbles pushed back into the control holes. To even out the leakage amount to the two Control holes can also have a cross bore in the piston be provided.  

Das Zuführen der Leckmenge wird entweder durch eine größere Spielgebung des oberen Steuerkolbens gegenüber dem unteren Steuerkolben im Pumpenzylinder erzielt oder, wenn der obere und untere Steuerkolben ein gleiches Spiel im Zylinder aufweisen, wird eine Kavi­ tation durch Umfangsnuten unterbunden, die mit einem Längskanal im Kolben verbunden sind und gleichfalls eine Leckmenge während der Förderung über den Längs­ kanal und die zu beiden Steuerbohrungen führenden Umfangsnuten ermöglicht.The supply of the leakage amount is either by a larger play of the upper spool opposite achieved the lower control piston in the pump cylinder or when the upper and lower spools are on have the same play in the cylinder, a Kavi tation prevented by circumferential grooves that with a Longitudinal channel in the piston are connected and likewise a leakage amount during the conveyance along the length channel and those leading to both control holes Circumferential grooves enabled.

Damit ein im Durchmesser kleinerer oberer Steuerkolben die Pumpenleistung nicht herabsetzt, können die Steuerbohrungen entsprechend verkleinert werden, so daß die ursprüngliche Pumpenleistung im wesentlichen er­ halten bleibt.So that a smaller diameter control spool the pump performance does not decrease, the Control holes are reduced accordingly, so that the original pump performance is essentially he lasts.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung schematisch dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing shown schematically. Show it:

Fig. 1 eine Darstellung einer Einspritzpumpe im Schnitt mit Pumpenzylinder und Pumpenkolben, Fig. 1 is a diagram of an injection pump in the section with the pump cylinder and pump piston,

Fig. 2 eine Einzelheit Z des Pumpenkolbens im ver­ größerten Maßstab bei einer Stellung im unte­ ren Totpunkt mit Vakuumblasen am Pumpenkolben, Fig. 2 shows a detail Z of the pump piston in the ver größerten scale at a position in unte dead center with vacuum bubbles on the pump piston,

Fig. 3 die Einzelheit Z mit dem Pumpenkolben in Stellung bei Förderbeginn mit dargestellter zurückfließender Leckmenge, Fig. 3 shows the detail Z to the pump piston in position at start of delivery with illustrated back flowing amount of leakage,

Fig. 4 die Einzelheit Z mit dem Pumpenkolben in Stellung Förderende mit dargestellten zurück­ gedrückten Vakuumblasen, Fig. 4 shows the detail Z in position with the pump piston end of delivery with pushed-back illustrated vacuum bubbles,

Fig. 5 eine Darstellung mit implodierenden Vakuum­ blasen an der Steuerkante des Pumpenkolbens, Fig. 5 is an illustration with the vacuum imploding bubbles at the control edge of the pump piston,

Fig. 6 eine Vorderansicht eines Pumpenkolbens mit einer Querbohrung, Fig. 6 is a front view of a pump piston with a transverse bore,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Pumpenkolbens mit der Querbohrung und Fig. 7 is a side view of the pump piston with the transverse bore and

Fig. 8 eine weitere Ausführung des oberen Steuer­ kolbens mit Umfangsnuten. Fig. 8 shows another embodiment of the upper control piston with circumferential grooves.

Eine Einspritzpumpe 1 umfaßt im wesentlichen einen Pumpenzylinder 2, in dem ein Pumpenkolben 3 verstellbar angeordnet ist. Der Pumpenkolben 3 weist eine Längsnut 4 und eine anschließende schraubenlinienförmige Aus­ fräsung 5 auf. Die an der Kolbenwand entstehende Kante 6 bildet eine Steuerkante 7. Sie dient zur Regelung der Fördermenge. In der Zylinderwand 8 sind zwei gegen­ überliegende radiale Stuerbohrungen 9 und 10 vorge­ sehen. Durch diese gelangt Kraftstoff aus einem Saug­ raum in einen Druckraum 11 und kann beim Absteuervor­ gang wieder zurückfließen. In der untersten Kolben­ stellung ist der Druckraum 11 über den Kolben 3 mit Kraftstoff gefüllt. Beim Aufwärtsgehen schließt der Kolben 3 die Steuerbohrungen 9 und 10 und drückt den Kraftstoff durch ein nicht gezeigtes Druckventil in eine Druckleitung. Die Förderung hört auf, sobald die Steuerkante 7 die Steuerbohrungen 9, 10 freigibt.An injection pump 1 essentially comprises a pump cylinder 2 , in which a pump piston 3 is adjustably arranged. The pump piston 3 has a longitudinal groove 4 and a subsequent helical milling 5 . The edge 6 formed on the piston wall forms a control edge 7 . It serves to regulate the flow rate. In the cylinder wall 8 two opposite radial control holes 9 and 10 are easily seen. This passes fuel from a suction chamber into a pressure chamber 11 and can flow back again during the Absteuervor. In the lowest piston position, the pressure chamber 11 is filled with fuel via the piston 3 . When going up, the piston 3 closes the control bores 9 and 10 and presses the fuel through a pressure valve, not shown, into a pressure line. The funding stops as soon as the control edge 7 clears the control holes 9 , 10 .

Zur Vermeidung einer Kavitation, was in Fig. 5 näher dargestellt ist, wird während des Fördervorgangs, d. h. wenn der Pumpenkolben 3 sich in Pfeilrichtung 12 be­ wegt, eine gewisse Leckmenge gemäß Pfeilrichtung 20 aus dem Druckraum 11 in die Steuerbohrungen 9, 10 geleitet, so daß die an der Einmündung 13 (Fig. 2) stehenden Vakuumblasen 14 in die Steuerbohrungen 9, 10 in Pfeil­ richtung 15 somit zurückgedrängt werden (Fig. 4), so daß keine Beschädigung am Pumpenkolben 3 durch Im­ plodieren erfolgen kann.To avoid cavitation, which is shown in Fig. 5, during the delivery process, ie when the pump piston 3 moves in the direction of arrow 12 be, a certain amount of leak according to arrow direction 20 from the pressure chamber 11 into the control holes 9 , 10 , so that the standing at the mouth 13 ( Fig. 2) vacuum bubbles 14 in the control holes 9 , 10 in the direction of arrow 15 are thus pushed back ( Fig. 4), so that no damage to the pump piston 3 can be done by im ploding.

Wie die Fig. 3 und 4 näher zeigen, wird die Leck­ menge gemäß den gezeigten Pfeilrichtungen 20, 21 vom Druckraum 11 sowie über die Ausfräsung 15 im Kolben 3 den Steuerbohrungen 9, 10 zugeführt. Hierdurch können die Vakuumblasen relativ weit in die Steuerbohrungen 9, 10 zurückdrängt werden.As shown in FIGS. 3 and 4 in more detail, the leakage amount is supplied in accordance with the arrow directions shown 20, 21 from the pressure chamber 11 as well as the cutout 15 in the piston 3 the control bores 9, 10. As a result, the vacuum bubbles can be pushed back relatively far into the control bores 9 , 10 .

Nach einer ersten Ausführung gemäß Fig. 1 ist der obere Steuerkolben 3a mit dem Durchmesser D mit einem größeren Spiel 2s als der anschließende untere Steuer­ kolben 3b mit einem Spiel s und einem Durchmesser D1 im Pumpenzylinder 2 angeordnet. Die Leckmenge kann somit im Spalt zwischen Kolben 3a und Zylinder 2 während der Kraftstofförderung den Steuerbohrungen 9, 10 zufließen und die sich gebildeten Vakuumblasen 14 am Pumpenkolben 3a in die Steuerbohrungen 9, 10 zurückdrängen, wie die Fig. 2 bis 4 näher zeigen.According to a first embodiment according to FIG. 1, the upper control piston 3 a with the diameter D with a larger clearance 2 s than the subsequent lower control piston 3 b with a clearance s and a diameter D 1 is arranged in the pump cylinder 2 . The amount of leakage can thus flow into the control bores 9 , 10 in the gap between the piston 3 a and cylinder 2 during fuel delivery and push the vacuum bubbles 14 formed on the pump piston 3 a back into the control bores 9 , 10 , as shown in FIGS. 2 to 4.

Der Leckverlust kann durch eine geringe Verkleinerung der Durchmesser der Steuerbohrungen 9, 10 kompensiert werden, weil mit der Durchmesserverringerung die wirk­ same Hubhöhe der Förderung wächst. So bringt zum Bei­ spiel eine Durchmesserverkleinerung der Steuerbohrungen 9, 10 von 10 mm Durchmesser auf 9 mm Durchmesser bei einem Kolbendurchmesser von 47 mm Durchmesser 1 mm Hub, so daß die Vakuumblasen ca. 13 mm von der Steuerkante weggedrückt werden können.The leakage loss can be compensated for by a slight reduction in the diameter of the control bores 9 , 10 because the effective lifting height of the conveyance increases with the reduction in diameter. For example, a reduction in diameter of the control bores 9 , 10 from 10 mm diameter to 9 mm diameter with a piston diameter of 47 mm diameter brings a 1 mm stroke, so that the vacuum bubbles can be pushed away approx. 13 mm from the control edge.

Zur Vergleichmäßigung der Leckmenge auf beide Steuer­ bohrungen 9 und 10 ist eine Querbohrung 17 im oberen Steuerkolben 3a vorgesehen. Diese ist vorzugsweise in einer horizontalen Ebene X-X angeordnet, welche in Höhe der auslaufenden schrägen Steuerkante 7 verläuft, wie die Fig. 6 und 7 zeigen.To even out the leakage on both control holes 9 and 10 , a transverse bore 17 is provided in the upper control piston 3 a. This is preferably arranged in a horizontal plane XX, which runs at the height of the sloping control edge 7 , as shown in FIGS. 6 and 7.

Nach einer weiteren Ausführung gemäß Fig. 8 kann der obere und untere Steuerkolben 3a und 3b auch jeweils einen gleichen Durchmesser D1 mit einem kleinen Spiel s aufweisen. Zur Führung der Leckmenge zu den Steuer­ bohrungen 9, 10 sind dann relativ schmale Umfangsnuten 18, 19 im Steuerkolben 3a in einer horizontalen Ebene Z-Z vorgesehen. Diese sind ausgehend von der Längsnut 4 bis in den Steuerbereich, zum Beispiel von 30% bis 50% der Last geführt.According to a further embodiment according to FIG. 8, the upper and lower control pistons 3 a and 3 b can also each have the same diameter D 1 with a small clearance s. To guide the leakage to the control holes 9 , 10 then relatively narrow circumferential grooves 18 , 19 are provided in the control piston 3 a in a horizontal plane ZZ. These are guided from the longitudinal groove 4 to the control area, for example from 30% to 50% of the load.

Claims (8)

1. Verfahren zur Vermeidung einer Kavitation an einem Pumpenelement einer Einspritzpumpe für eine Kraft­ stofförderung in einem Motor, wobei das Pumpen­ element einen in einem Pumpenzylinder verstellbaren Pumpenkolben umfaßt, der eine Längsnut sowie eine durch eine schraubenlinienförmige Ausfräsung ge­ bildete schräge Steuerkante aufweist und dem min­ destens zwei Steuerbohrungen im Zylinder zur Kraftstofförderung zugeordnet sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während eines Fördervorganges des Kraftstoffes eine Leckmenge aus dem Druckraum (11) des Zylinders (2) zu den Steuerbohrungen (9, 10) geleitet wird und in den Bohrungen (9, 10) be­ stehende Vakuumblasen (14) in Strömungsrichtung (Pfeilrichtungen 20, 21) der Leckmenge mitgerissen und von der Steuerkante (7) des Pumpenkolbens (3a) weggedrückt werden. 1. A method for avoiding cavitation on a pump element of an injection pump for fuel delivery in an engine, wherein the pump element comprises a pump piston adjustable in a pump cylinder, which has a longitudinal groove and a helical cutout formed by an inclined control edge and the min least two control bores are associated with the cylinder for fuel delivery, featuring characterized ge that, during a conveying operation of the fuel leakage amount from the pressure chamber (11) is passed the cylinder (2) to the control bores (9, 10) and in the bores (9, 10 ) Be existing vacuum bubbles ( 14 ) in the flow direction (arrow directions 20, 21 ) entrained in the leakage amount and pushed away from the control edge ( 7 ) of the pump piston ( 3 a). 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (3) einen oberen, die Steuerkante (7) und den Längskanal (4) aufweisenden Steuerkopf (3a) mit einem geringfügig größeren Spiel im Zylinder (2) aufweist als der untere anschließende Steuer­ kopf (3b).2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the pump piston ( 3 ) has an upper, the control edge ( 7 ) and the longitudinal channel ( 4 ) having control head ( 3 a) with a slightly larger play in the cylinder ( 2 ) has as the lower subsequent control head ( 3 b). 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel (2s) des oberen Steuerkopfes (3a) im Zylinder (2) etwa doppelt so groß ist wie das Spiel (s) des unteren Steuerkolbens (3b) im Zylinder (2).3. Device for performing the method according to claims 1 or 2, characterized in that the game ( 2 s) of the upper control head ( 3 a) in the cylinder ( 2 ) is approximately twice as large as the game (s) of the lower control piston ( 3 b) in the cylinder ( 2 ). 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Steuerbohrungen (9, 10) im Pumpenzylinder (2) zum Spiel (2s) des oberen Steuerkopfes (3a) in einem definierten Zusammenhang derart stehen, daß bei einem großen Spiel (2s) die Steuerbohrungen (9, 10) im Durchmesser kleiner aus­ geführt sind als bei einem kleineren Spiel (s).4. Device for performing the method according to claims 1 or 2, characterized in that the diameter of the control bores ( 9 , 10 ) in the pump cylinder ( 2 ) for play ( 2 s) of the upper control head ( 3 a) in a defined context in such a way stand that with a large game ( 2 s) the control holes ( 9 , 10 ) are made smaller in diameter than with a smaller game (s). 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Steuerkopf (3a) eine Querbohrung (17) angeordnet ist, die in einer horizontalen Ebene (X-X) in Höhe der in der Längsnut (4) auslaufenden schrägen Steuerkante (7) verläuft.5. A device for performing the method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in the upper control head ( 3 a) a transverse bore ( 17 ) is arranged, which in a horizontal plane (XX) at the level of in the longitudinal groove ( 4th ) running oblique control edge ( 7 ). 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Steuerkopf (3a) und der untere Steuerkopf (3b) mit einem gleichen Spiel (s) im Pumpenzylinder (2) angeordnet sind und der obere Steuerkopf (3a) zwei Umfangs­ nuten (18, 19) aufweist, die mit der Längsnut (4) verbunden sind.6. Device for performing the method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the upper control head ( 3 a) and the lower control head ( 3 b) are arranged with the same play (s) in the pump cylinder ( 2 ) and the Upper control head ( 3 a) has two circumferential grooves ( 18 , 19 ) which are connected to the longitudinal groove ( 4 ). 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Umfangsnuten (18, 19) in einer hori­ zontalen Ebene (Z-Z) jeweils zu beiden Seiten der Längsnut (4) angeordnet sind und jeweils in einer senkrechten Fräskante der Längsnut (4) einmündend und in einer Wirkstellung korrespondierend mit den Steuerbohrungen (9, 10) angeordnet sind.7. The device according to claim 6, characterized in that the circumferential grooves ( 18 , 19 ) in a hori zontal plane (ZZ) are arranged on both sides of the longitudinal groove ( 4 ) and each opening into a vertical milling edge of the longitudinal groove ( 4 ) and are arranged in an operative position corresponding to the control bores ( 9 , 10 ). 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsnuten (18, 19) aus­ gehend von der Längsnut (4) in einem Steuerbereich von etwa 30% bis 50% der Last verlaufen.8. Device according to claims 6 or 7, characterized in that the circumferential grooves ( 18 , 19 ) proceed from the longitudinal groove ( 4 ) in a control range of about 30% to 50% of the load.
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