DE4016309A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe für Brenn­ kraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs. Bei einer solchen bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe ist in dem Kraftstoff­ kanal ein in Flußrichtung zum Kraftstoffvorrat, dem Saugraum einer Verteilerkraftstoffeinspritzpumpe öffnendes Rückschlagventil strom­ abwärts des Magnetventils angeordnet. Zusätzlich ist die Rückseite des Rückschlagventils im Füllkanal mit dem Kraftstoffkanal ver­ bunden. Diese Einrichtung hat die Aufgabe, im Falle des Hängen­ bleibens des elektrisch betätigten Ventils in seiner Schließ­ stellung, was mit einer bei jedem Pumpenkolbenförderhub geförderten Kraftstoffübermenge verbunden wäre, das Öffnen des der Füllung des Pumpenarbeitsraum dienenden Rückschlagventils zu verhindern, da zwischen dem elektrisch betätigten Ventil und dem Rückschlagventil des Kraftstoffkanals ein durch den Öffnungsdruck des Rückschlag­ ventils im Kraftstoffkanal bestimmter Gegendruck vorhanden ist, der größer ist als der Öffnungsdruck, der auf das Rückschlagventil im Füllkanal wirkt. Somit wird verhindert, daß die Brennkraftmaschine infolge der Fehlfunktion des elektrisch betätigten Ventils Schaden nimmt.

Bei anderen Kraftstoffeinspritzpumpen ist es bekannt, über das elektrisch betätigte Ventil den Pumpenarbeitsraum sowohl zu füllen als auch zu entlasten. Dabei muß das elektrisch betätigte Ventil mit einem ausreichend großen Durchtrittsquerschnitt ausgestattet sein, damit die Einspritzphase schnell beendet werden kann und auch der Pumpenarbeitsraum bei seinem Füllhub auf gleichbleibendem Druck aus dem Kraftstoffvorrat gefüllt werden kann. Dieser große Querschnitt verteuert das elektrisch betätigte Ventil, das vorzugsweise als Magnetventil ausgeführt wird. Außerdem wird bei gegebener elektrisch magnetischer Kraft mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt die Betäti­ gungszeit größer, was einer exakten und schnellen Steuerung in allen Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine nachteilig entgegensteht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das elektrisch gesteuerte Ventil lediglich den Anforderungen zur Entlastung des Pumpenarbeitsraumes dienen muß. Hierzu genügt es, zur Beendigung der Einspritzung den Druck im Pumpenarbeitsraum auf ein gewisses Maß zu senken, ohne daß dieser sofort den Druck des Kraft­ stoffvorrats annehmen muß. Dagegen steht für die Füllung des Pumpen­ arbeitsraumes beim Saughub des Pumpenkolbens neben dem geöffneten Querschnitt des elektrisch betätigten Ventils auch noch der Quer­ schnitt des Rückschlagventils im Füllkanal zur Verfügung. Damit wird gewährleistet, daß der Pumpenarbeitsraum selbst bei kleinem Quer­ schnitt des elektrisch betätigten Ventils und somit kleiner Baugröße immer ausreichend auf ein gewünschtes Maß gefüllt wird. Die Schalt­ zeiten des elektrisch betätigten Ventils können dabei bei gegebener Baugröße und bei gegebenem Aufwand kürzer werden. Insgesamt ver­ bessern sich dabei Bauaufwand und Energiebedarf für die Kraftstoff­ einspritzpumpe.

In Fig. 1 ist der schematische Aufbau einer Verteilerkraftstoff­ einspritzpumpe der Hubkolbenbauart dargestellt. Dabei bewegt sich ein Pumpenkolben 1 in einem Pumpenzylinder 2 angetrieben durch eine auf einem Rollenring 4 (hier um 90° geschwenkt und versetzt gezeich­ net dargestellt) ablaufenden Nockenscheibe 6 hin- und hergehend und zugleich rotierend. Bei der rotierenden Bewegung dient der Pumpen­ kolben zugleich als Verteiler, wobei er im Wechsel im Laufe seiner Umdrehung jeweils eine von mehreren um den Pumpenzylinder 2 herum verteilt angeordneten Einspritzleitungen 7 über eine Verteilernut 8 ansteuert. Die Verteilernut ist über einen Längskanal 9 im Pumpen­ kolben mit einem vom Pumpenkolben im Pumpenzylinder 2 einge­ schlossenen Pumpenarbeitsraum 10 ständig verbunden. Die Einspritz­ leitungen führen jeweils über ein Druckventil 12 zu einem Einspritz­ ventil 13. Bei dem Saughub des Pumpenkolbens - der Pumpenkolben wird dabei über eine hier nicht gezeigte Feder an der Nockenscheibe und diese auf den Rollen des Rollenrings gehalten - wird Kraftstoff über einen Füllkanal 15, in dem ein in Richtung Pumpenarbeitsraum öffnen­ des Rückschlagventil 16 angeordnet ist, mit einem Pumpensaugraum 17, der als Kraftstoffvorrat dient, verbunden. Der Pumpensaugraum wird dabei von einer Kraftstofförderpumpe 18 aus einem Kraftstoffbehälter 19 mit Kraftstoff versorgt und über ein Drucksteuerventil 20 auf einen bestimmten Druck gehalten. Außer mit dem Füllkanal 15 ist der Pumpensaugraum noch über eine Spüldrossel 22 mit dem Kraftstoff­ behälter bzw. mit der Saugseite der Kraftstofförderpumpe 18 ver­ bunden und über eine Abkoppeldrossel 23 mit einem Arbeitsraum 24 vor einem Spritzbeginnverstellkolben 25 verbunden. Der Arbeitsraum 24 ist dabei getaktet oder analog über ein Elektromagnetventil 27 und eine nachgeschaltete Drossel 28 zum Vorratsbehälter 19 hin entlast­ bar, so daß bei entsprechender Ansteuerung des Elektromagneten der Druck im Arbeitsraum unabhängig vom Druck im Saugraum 17 modifiziert werden kann. Der Spritzbeginnverstellkolben ist vom Druck im Arbeitsraum 24, der in dieser entsprechenden Weise eingestellt wird, gegen die Kraft einer Rückstellfeder 29 verstellbar und verstellt dabei die Drehstellung des Rollenrings 4. Diese Drehstellung bestimmt den Hubbeginn des Pumpenkolbens bei jedem Pumpenkolbenhub im Laufe seiner Drehung. Damit wird eine Veränderung des Spritz­ beginns erzielt. Die Drehstellung des Rollenrings kann durch einen Geber 30 erfaßt werden und zu einer Steuereinrichtung 31 rückge­ meldet werden, die wiederum das Elektromagnetventil 27 steuert.

Mit beginnendem Pumpenkolbenförderhub kann der vom Pumpenkolben ver­ drängte Kraftstoff über einen Kraftstoffkanal 33, der einen strom­ aufwärts des Rückschlagventils 16 liegenden Teil des Füllkanals 15 mit diesem gemeinsam hat, so lange ohne wesentlichen Druckaufbau im Pumpenarbeitsraum 10 verdrängt werden solange ein im Kraftstoffkanal 33 eingesetztes elektrisch gesteuertes Ventil 34 geöffnet ist. Der Kraftstoffkanal 33 stromabwärts des elektrisch gesteuerten Ventils ist mit dem Füllkanal 15 stromabwärts des Rückschlagventils 16 ver­ bunden.

Das elektrisch gesteuerte Ventil 34 wird gesteuert durch die Steuer­ einrichtung 31, während des jeweiligen Saughubes des Pumpenkolbens geöffnet, so daß der Pumpenarbeitsraum über den Kraftstoffkanal 33 und parallel dazu über den Füllkanal 15 mit Kraftstoff gefüllt werden kann. Beim beginnenden Förderhub des Pumpenkolbens kann der Kraftstoffkanal 33 zunächst noch geöffnet sein, wohingegen der Füll­ kanal durch das Rückschlagventil 16 geschlossen ist. Mit Schließen des elektrisch gesteuerten Ventils setzt dann die Hochdruckbildung im Pumpenarbeitsraum ein mit Förderung des verdrängten Kraftstoffs über den Längskanal 9, die Verteilernut 8 und die jeweils von dieser angesteuerte Kraftstoffeinspritzleitung 7 zur Kraftstoffeinspritz­ düse 13. Zur Beendigung der Kraftstoffhochdruckförderung wird dann wieder das elektrisch gesteuerte Magnetventil 34 geöffnet, so daß der Pumpenarbeitsraum über die Kraftstoffleitung 33 zum Pumpensaug­ raum 17 hin entlastet werden kann. Dies wird vorteilhaft zu einer Korrektur der Öffnungszeiten der elektrisch gesteuerten Magnet­ ventils 34 eingesetzt, um den Temperatureinfluß auf die Kraftstoff­ einspritzmenge zu kompensieren.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des elektrisch gesteuerten Ventils 34, bei dem das Rückschlagventil 16 integriert ist. Das Ventil ist als Elektromagnetventil ausgebildet und weist ein Ventil­ gehäuse 36 auf, das mit seiner Stirnseite 37 an den Pumpenarbeits­ raum 10 gemäß Fig. 1 angrenzt und diesen dicht vrschließt. In dem Ventilgehäuse ist eine Führungsbohrung 38 vorgesehen, in dem ein Schaft 39 des Ventilglieds 40 geführt ist. Die Führungsbohrung 38 mündet in einen Ringraum 41, in dem das sich an den Schaft 39 an­ schließende Schließteil 42 des Ventilglieds 40 ragt. Das Schließteil 42 weist an seiner vom Schaft 39 wegweisenden Seite eine konische Dichtfläche 43 auf, die mit einem entsprechenden konischen ring­ förmigen Ventilsitz 44 zusammenwirkt. Der Ventilsitz begrenzt eine koaxial zur Führungsbohrung 39 weiterführende Bohrung 46, in die ein Fortsatz 47 des Ventilglieds 40 ragt, an welchem sich eine Rück­ stellfeder 48 stirnseitig abstützt. Die Rückstellfeder stützt sich andererseits in einem sich verengenden Teil 49 der Bohrung 46 ab, der in eine Durchtrittsöffnung 50 zur Führungsbohrung übergeht. An die Durchtrittsöffnung schließt sich dann ein Kegelsitz 51 eine Rückschlagventils 52 an. Als Ventilschließglied 53 weist das Rück­ schlagventil 52 ein halbkugelförmiges Element auf, dessen Kugelober­ fläche 54 als Dichtfläche mit dem Kegelsitz 51 zusammenwirkt. Rück­ seitig wird das Ventilschließglied von einer Schließfeder 55 beauf­ schlagt, die sich an einer vom Kegelsitz 51 weiterführenden Bohrung 56 abstützt, die nun unmittelbar zur Führungsbohrung 38 in den Pumpenarbeitsraum mündet.

Von der Stirnseite 37 her führt parallel zur Achse der Führungs­ bohrung ein Kraftstoffkanal 133, der dem Kraftstoffkanal 33 von Fig. 1 entspricht, in das Ventilgehäuse, mündet in den Ringraum 41 und führt von diesem über den ringförmigen Ventilsitz in die Bohrung 36, von wo er als Querbohrung 58 zum Kraftstoffvorrat, dem Pumpensaugraum 17 führt.

Das Ventilglied wird durch einen Elektromagneten 60 betätigt, der im Ventilgehäuse 36 in nicht weiter dargestellter Weise integriert ist und bei Strombeaufschlagung das Ventilglied 40 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 48 auf den Ventilsitz drückt und den Kraftstoff­ kanal 33 schließt. Befindet sich der Pumpenkolben bei geschlossenem Ventil in seinem Saughub, so kann der Pumpenkolben über die Quer­ bohrung 58, die Teil des Kraftstoffkanals 33 von Fig. 1 bzw. 133 von Fig. 3 ist, und über das Rückschlagventil 52 Kraftstoff aus dem Pumpensaugraum 17 ansaugen. Die Bohrung 46, die Öffnung 50, der Kegelsitz 51 und die Bohrung 56 bilden dabei den Füllkanal, der im Audführungsbeispiel nach Fig. 1 mit 15 bezeichnet wurde. Während des Druckhubs des Pumpenkolbens ist das Rückschlagventil ver­ schlossen, insbesondere dann, wenn auch das Ventilglied 40 in Schließstellung ist, und bei nicht erregtem Magneten geht das Ventilglied 40 in Öffnungsstellung und beendet die Einspritzung analog der zu Fig. 1 beschriebenen Arbeitsweise. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß sie sehr kompakt aufgebaut ist und keine unnötigen Leitungsverbindungen, die unter anderem auch schädliche Räume darstellen, notwendig werden.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmachinen mit einem einen Pumpenarbeitsraum (10) in einem Pumpenzylinder (2) einschließenden Pumpenkolben (1) und einem die Hin- und Herbewegung des Pumpen­ kolbens steuernden Nockenantrieb (6, 4) und mit einer mit den Pumpenarbeitsraum verbindbaren, zu einem Kraftstoffeinspritzventil (13) führenden Kraftstoffeinspritzleitung (7), ferner mit einer den Pumpenarbeitsraum (10) mit einem Kraftstoffvorrat (17) verbindenden, von einem elektrisch betätigten Ventil (34) gesteuerten Kraftstoff­ kanal (33) und mit einem dem Pumpenarbeitsraum (10) mit dem Kraft­ stoffvorrat (17) verbindenden, ein in Richtung Pumpenarbeitsraum öffnendes Rückschlagventil (16) enthaltenden Füllkanal (15), dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffkanal (33) bei geöffnetem elek­ trisch gesteuerten Ventil (34) sowohl in Füll- als auch in Ent­ lastungsrichtung durchströmbar ist je nach Pumpenkolbenbewegung.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffkanal (33) zugleich den stromaufwärts des Ruckschlagventils (16) liegenden Teil des Füllkanals (15) bildet.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkanal (15) parallel zum elektrisch betätigten Ventil (34) liegt und die stromaufwärts und stromabwärts des Ventils (34) liegenden Teile des Kraftstoffkanals (33) miteinander verbindet.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch gesteuerte Ventil (34) und das Rückschlagventil (16) ein gemeinsames Ventilgehäuse haben.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch gesteuerte Ventil (34) als Sitzventil ausgebildet ist mit einem von einem Elektromagneten (60) entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (48) betätigbaren Ventilglied (40), das mit einem den durch das Ventilgehäuse geführten Kraftstoffkanal (133, 41, 46, 58) begrenzenden Ventilsitz (44) zusammenwirkt und der Füll­ kanal (46, 50, 51, 56) vom kraftstoffseitigen Teil des Kraftstoff­ kanals im Ventilgehäuse abführt und über das im Ventilgehäuse angeordnete Rückschlagventil (52) in den Pumpenarbeitsraum (10) mündet.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (36) mit seiner Stirnseite (37) an den Pumpen­ arbeitsraum (10) angrenzt und das Ventiglied (40) auf seiner dem Elektromagneten abgewandten Seite von der Rückstellfeder (48) beauf­ schlagt ist, die sich in einer zum Ventilglied (40) koaxialen Bohrung (46) im Ventilgehäuse abstützt, die über das Rückschlag­ ventil (52) axial in den Pumpenarbeitsraum mündet und in die andererseits der Kraftstoffkanal (133, 58) vom Pumpenarbeitsraum (10) her über den Ventilsitz (44) und vom Kraftstoffvorrat (17) her einmündet.

7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Pumpenkolben durch den Nockenantrieb sowohl in eine hin- und hergehende pumpende Bewegung als auch in eine drehende Bewegung versetzbar ist, wobei er als Verteiler der vom Pumpenkolben verdrängten Kraftstoffmenge in jeweils eine von mehreren Kraftstoff­ einspritzleitungen (7) dient.