DE4041503C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoffeinspritzpumpe für BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine
Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Jeder Pumpenzylinder dieser Art Kraftstoffeinspritz
pumpen muß zur Aufnahme des Steuerschiebers eine
Ausnehmung oder Nische aufweisen, die den
Pumpenzylinder in seiner Gesamtstabilität schwächt und
insofern Nachteile mit sich bringt, wenn es bei der
Montage des Pumpenzylinders im Pumpengehäuse zwischen
Flansch und unterer Abstützung durch Toleranzfehler zu
Verformungen oder leichten Veränderungen kommt und der
beiderseits dieser Nische im Pumpenzylinder geführte
Pumpenkolben dadurch nicht mehr exakt fluchtend
gleitet. Besonders tritt das bei solchen
Kraftstoffeinspritzpumpen auf, bei der die Nische als
eine den Pumpenzylinder durchdringende Öffnung oder
Fenster ausgestaltet ist (DE 34 28 174 A1). Zur
Aufnahme der axialen Kräfte bleiben dabei seitlich nur
zwei Verbindungsstützen stehen, wobei die Axialkräfte
nur über diese Verbindungsstützen übertragen werden
können und Verspannungen oder Verwindungen nicht immer
auszuschließen sind.
Es gibt jedoch auch Kraftstoffeinspritzpumpen der
gattungsgemäßen Art (EP 0 181 402 B1 Fig. 4), bei denen
der Pumpenzylinder aus zwei Teilen besteht und die
Nische durch axiale spanabhebende Formgebung
hergestellt wird. Beide Teile werden danach durch
geeignete Verfahren wie Schrumpfen oder Hartlöten
wieder miteinander verbunden, so daß die Nische durch
den anderen Teil des Pumpenzylinders axial wieder
verschlossen wird. Dadurch entsteht eine an drei Seiten
geschlossene Nische, wobei die offene Seite zum
Angreifen einer geeigneten Verstelleinrichtung am
Steuerschieber zu seiner axialen Verstellung auf dem
Pumpenkolben notwendig ist. Diese konstruktive
Gestaltung der Nische weist eine verhältnismäßig hohe
Stabilität gegen Verspannung und Verwindung des
Pumpenzylinders bei der Montage auf, ist jedoch
fertigungstechnisch sehr aufwendig und mit erhöhten
Kosten verbunden.
Bei einer älteren Patentanmeldung DE 40 40 865 A1, die
nachveröffentlicht wurde, ist ein Pumpenzylinder vorgesehen,
der eine Nische hat, die durch Ausfräsen mittels eines
Fingerfräsers erzeugt und den Steuerschieber aufnimmt, der
sich auf dem Pumpenkolben zur Steuerung des Einspritzbeginns
axial verschieben läßt. Es ist weiterhin durch die
DE 36 30 562 A1 eine Kraftstoffeinspritzpumpe bekannt mit
einem Pumpenzylinder, der zur Aufnahme eines die
Einspritzmenge steuernden und auf dem Pumpenkolben
verschiebbaren Schiebers eine Nische aufweist, die im
wesentlichen u-förmig ausgebildet ist, mit einer auf der
einen Seite großen Öffnung und mit einem Längsschlitz im
Nischenboden zur Führung des Schiebers gegen Verdrehung. Die
Nische ist dabei wie bei der älteren obenstehenden Anmeldung
durch eine spanabhebende Bearbeitung erzeugt worden unter
Einsatz eines Fingerfräsers, wodurch sich eine von einem
ebenen Nischenboden ausgehend, stufenförmige Kontur im
Radialschnitt durch den Pumpenzylinder ergibt. Diese Stufen
stellen dabei scharfkantige Übergänge dar, die bei
Wechselbeanspruchung dieses hoch belasteten Bauteils leicht
zur Rissbildung führen können. Im übrigen stellt eine
feinere Bearbeitung, bei der die genannten Stufen geglättet
werden, einen erheblichen Bearbeitungsaufwand dar.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den
Merkmalen des Hauptanspruchs hat
demgegenüber den Vorteil, daß trotz eines einfachen und
billigen Fertigungsverfahrens für die Verstellung des
Pumpenzylinders eine hohe Stabilität erreicht wird, die
sich auf die Erhöhung der Lebensdauer positiv auswirkt.
Dabei
ist die Nische im Pumpenzylinder in ihrer Innenform so
gestaltet, daß in Anpassung an die äußere
Pumpenzylinderform eine annhähernd gleichbleibende
Wandstärke erzielt wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung sind die Stirnseite der Nische, die einmal
dem Antriebsnocken des Pumpenkolbens und zum anderen
dem Pumpenarbeitsraum zugewandt sind, aus
fertigungstechnischen Gründen leicht gewölbt bzw.
gerundet geformt.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
ist mit den Merkmalen des Anspruchs 3 erzielbar, eine
fertigungsgünstige Gestaltung von Pumpenzylinder und
Steuerschieber als auch eine Verbesserung der Kraft
stoffdurchströmung und des Schutzes gegen Kavitation,
d. h. des sogenannten "Prallschutzes" erreichbar. Durch
diese vorteilhafte Ausgestaltung wird die Nische gerade
nur so groß gestaltet, wie es für den Steuerschieber
erforderlich ist, so daß die verbleibende Wand optimal
Stützkräfte übernehmen kann und ein Spalt für den
abgesteuerten Kraftstoffstrahl entsteht, der den
Steuer- und Füllvorgängen innerhalb der Nische zwischen
Steuerschieber und Pumpenkolben genügt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der
Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen
Teillängsschnitt durch die erfindungsgemäße
Kraftstoffeinspritzpumpe, Fig. 2 und 2a bis 2c eine
Seitenansicht und mehrere Schnitte durch den
erfindungsgemäßen Pumpenzylinder, Fig. 3 einen Schnitt
durch den erfindungsgemäßen Pumpenzylinder mit in ihm
angeordnetem Steuerschieber und Fig. 4 sowie
Fig. 4a bis 4c eine Draufsicht, zwei Schnitte und
eine Seitenansicht des Steuerschiebers.
Bei der in Fig. 1 dargestellten
Kraftstoffeinspritzpumpe ist in einem nur als
Ausschnitt gezeigten Pumpengehäuse 1 ein
Pumpenzylinder 2 eingesetzt, in der ein Pumpenkolben 3
durch in der Fig. 1 nicht dargestellte Mittel in eine
hin- und hergehende Bewegung versetzt wird. Im
Pumpenzylinder 2 ist eine umformtechnisch hergestellte
Nische 4 zur Aufnahme eines Steuerschiebers 5
angeordnet, der sich zur Einspritzbeginnsteuerung auf
dem Pumpenkolben 3 verschieben läßt. Die
Axialverschiebung des Steuerschiebers 5 auf dem Pumpen
kolben 3 erfolgt beispielsweise über einen
kugelförmigen Zapfen 6, der an einem Reiter 7
angeordnet ist, der wiederum auf einer Regelstange 8
sitzt und durch eine Schraube 9 justierbar befestigt
ist, wobei der Zapfen 6 in einen Schlitz 10 des
Steuerschiebers 5 angreift. Bei Reihenpumpen sind ent
sprechend der Anzahl der Pumpenelemente 2 und 3 mehrere
solcher Reiter 7 auf der Regelstange 8 befestigt, die
die Steuerschieber 5 betätigen.
Die Regelstange 8 mit den Reitern 7 ist in einem
Pumpensaugraum 11 angeordnet, der durch eine am unteren
Ende der Nische 4 im Pumpenzylinder 2 vorgesehenen
Durchtrittsbohrung 12 durch eine Förderpumpe von einem
Kraftstoffbehälter aus mit Kraftstoff versorgt wird. Es
ist jedoch auch möglich, den Pumpensaugraum 11 auf
andere Art und Weise mit Kraftstoff zu versorgen.
Die Nische 4 wird durch Zugänge 13 mit dem
Pumpensaugraum 11 verbunden, so daß hier immer eine
offene Verbindung vorhanden und die Nische 4 immer mit
Kraftstoff gefüllt ist. Im Steuerschieber 5, der in den
Fig. 4, 4a, 4b und 4c im Detail dargestellt ist, ist
eine die Bohrung für den Pumpenkolben kreuzende
Absteuerbohrung 14 angeordnet, die beidseitig an ebenen
Freimachungen 15 endet. Die Freimachungen 15 gehen in
einen radialen Teil 16 über, der wiederum zur inneren
Form der Nische 4 einen Spalt 18 ergibt. Am
Steuerschieber 5 sind beidseitig oberhalb der
Freimachungen 15 Gleitkufen 19 angeordnet, die mit
ihrer der Nische 4 zugewandten Seite 20 als
Prallschürze 21 fungieren.
In den Fig. 2 und 2a bis 2c, die die Nische 4 im
Detail zeigen, ist zu erkennen, daß am oberen Teil der
geraden Nischenwände 22 Gleitbahnen 23 angeordnet sind,
die breiter ausgebildet sind als die Breite der
Gleitkufen 19 am Steuerschieber 5. Die beidseitigen
Gleitbahnen 23 gehen in Richtung Nischenboden 17 in
Schrägen 24 über, die wiederum in die geraden
Nischenwände 22 übergehen und die zusammen mit den
schrägen Nischenwänden 25 und dem Nischenboden 17 sowie
dem radialen Teil 16 des Steuerschiebers 5 den oben
erwähnten Spalt 18 ergeben (Fig. 3).
An den beiden Enden der Gleitbahnen 23 sind etwa bis
zum Übergang der schrägen Nischenwände 25 zu den
geraden Nischenwänden 22 radiale Freimachungen 26
angeordnet, die die Länge der Gleitbahnen 23 bestimmen
und deren genaue maßliche Feinbearbeitung ermöglichen.
Die beiden Stirnwände 27 der Nische 4 sind aus
fertigungstechnischen Gründen bis zum Nischenboden 17
leicht radial geformt.
Der Steuerschieber 5 wird mit seinen Gleitkufen 19 in
den Gleitbahnen 23 der Nische 4 geführt und damit gegen
Verdrehung gesichert, läßt sich jedoch axial auf dem
Pumpenkolben 3 bewegen. Dabei ist die Passungsauswahl
im Bereich der Schieberführung so gewählt, daß
gegenüber dem herkömmlichen Steuerschieber mit Nase
oder Nut das Spiel nicht vergrößert und ein Klemmen des
Steuerschiebers 5 in der Nische 4 vermieden wird.
Im Pumpenkolben 3 ist eine Axialbohrung 28 vorgesehen,
die durch eine Querbohrung 29 mit sich
gegenüberliegenden Schrägnuten 30, an denen
Ausnehmungen 31 angreifen, gekreuzt wird. Unterhalb der
Querbohrung 29 ist eine weitere Querbohrung 32
vorgesehen, die gleichfalls die Axialbohrung 28 kreuzt.
Somit steht ein Pumpenarbeitsraum 33 über die
Axialbohrung 28, die Querbohrung 29 mit seinen
Schrägnuten 30 und seinen Ausnehmungen 31, der
Querbohrung 31, der Absteuerbohrung 14 über den
Spalt 18 und der Nische 4 sowie durch die Zugänge 13
mit dem Pumpensaugraum 11 in Verbindung.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet wie
folgt: Eine in den Figuren nicht dargestellte
Nockenwelle versetzt den Pumpenkolben 3 entgegen der
Kraft einer Feder in eine hin- und hergehende Bewegung.
Eine nicht dargestellte Regeleinrichtung verdreht den
Pumpenkolben 3 zur Spritzmengensteuerung im
Pumpenzylinder 2 und im Steuerschieber 5. Entsprechend
der Verdrehung des Pumpenkolbens 3 mit der
Querbohrung 29, an die die Schrägnuten 30 mit den
Ausnehmungen 31 angreifen, im Steuerschieber 5, ist der
dadurch bestimmte Abstand der Schrägnuten 30 mit den
Ausnehmungen 31 von der im Steuerschieber 5
angeordneten Absteuerbohrung 14 unterschiedlich, was
demzufolgen einem unterschiedlich langen Einspritzhub
entspricht. Die im Pumpensaugraum 11 angeordnete
Regelstange 8 greift mit ihrem Reiter 7 und dem
kugelförmigen Zapfen 6 in den Schlitz 10 des
Steuerschiebers 5 ein und bewegt damit den
Steuerschieber 5 axial auf dem Pumpenkolben 3, womit
der Spritzbeginn bestimmt wird. Vom Pumpensaugraum 11
aus wird über die Zugänge 13 und die Nische 4, die den
Steuerschieber 5 umgibt und über die Querbohrung 23
sowie über die Axialbohrung 28 des Pumpenkolbens 3 der
Pumpenarbeitsraum 23 mit Kraftstoff gefüllt. Beim
Druckhub des Pumpenkolbens 3 strömt über die
Axialbohrung 28 und die Querbohrung 32 solange
Kraftstoff in die Nische 4 und über die Zugänge 13 in
den Pumpensaugraum 11 zurück, bis die Querbohrung 32 in
den Steuerschieber 5 eingetaucht ist. In diesem
Augenblick beginnt die Hochdruckeinspritzung des
Kraftstoffes zur Brennkraftmaschine. Der Beginn der
Hochdruckeinspritzung ist also von der jeweiligen
Hublage des Steuerschiebers 5 auf dem Pumpenkolben 3
abhängig.
Wenn die Schrägnuten 30 mit ihren Ausnehmungen 31 durch
die Absteuerbohrung 14 im Steuerschieber 5 aufgesteuert
werden, wird die Hochdruckeinspritzung unterbrochen,
und der unter hohem Druck im Pumpenarbeitsraum 33
stehende Kraftstoff schießt über die Axialbohrung 28,
die Querbohrung 29 und die Schrägnuten 30 sowie durch
die Absteuerbohrung 14 in den Spalt 18. Der
Steuerschieber 5, der mit seinem Gleitkufen 19 in den
Gleitbahnen 23 der Nische 4 exakt gegen Verdrehung
geführt wird, dichtet mit seinen Prallschürzen 21 den
direkten Zugang zum Pumpensaugraum 11 ab und bildet mit
dem Nischenboden 17, den schrägen Nischenwänden 25
sowie den Schrägen 24 und den geraden Nischenwänden 22
gemeinsam mit den Freimachungen 15 und dem dem
Nischenboden 17 zugewandten radialen Teil 16 des
Steuerschiebers 5 den oben erwähnten Spalt 18. In
diesem Spalt 18 wird der Kraftstoffstrahl reflektiert,
bevor er ober- bzw. unterhalb des Steuerschiebers 5
über die Zugänge 13 wieder um Pumpensaugraum 11 strömt.
Die am Steuerschieber 5 angeordneten Gleitkufen 19
haben also zwei Funktionen. Erstens dienen sie der
Führung des Steuerschiebers 5 und zweitens dienen sie
als Prallschürze 21 gegen den unter hohem Druck aus der
Absteuerbohrung 14 herausschießenden Kraftstoff. Damit
wird der ungebremste Zugang des Kraftstoffstrahls zum
Pumpensaugraum 11 verhindert, in dem die im
Kraftstoffstrahl vorhandene Energie abgebaut und
Kavitations- bzw. Erosionsschäden im Innern der
Kraftstoffpumpe vermieden werden.
1
Pumpengehäuse
2
Pumpenzylinder
3
Pumpenkolben
4
Nische
5
Steuerschieber
6
kugelförmiger Zapfen
7
Reiter
8
Regelstange
9
Schraube
10
Schlitz
11
Pumpensaugraum
12
Durchtrittsbohrung
13
Zugänge
14
Absteuerbohrung
15
ebene Freimachungen
16
radialer Teil
17
Nischenboden
18
Spalt
19
Gleitkufen (Sicherungsvorsprünge)
20
Seite
21
Prallschürzen
22
gerade Nischenwände
23
Gleitbahnen
24
Schrägen
25
schräge Nischenwände
26
radiale Freimachungen
27
Stirnwände
28
Axialbohrung
29
Querbohrung
30
Schrägnuten
31
Ausnehmungen
32
Querbohrung
33
Pumpenarbeitsraum
Claims (4)
1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit
mindestens einem Pumpenelement, dessen als Zylinderbüchse
ausgebildeter Pumpenzylinder (2) in einer entsprechenden Bohrung
eines Pumpengehäuses (1) festgelegt ist und dessen Pumpenkolben
(3) für einen hin- und hergehenden Arbeitshub angetrieben und
zur Kraftstoffsteuerung verdrehbar ist, und mit mindestens einem
innerhalb einer Nische (4) des Pumpenzylinders (2) auf dem
Pumpenkolben (3) axial verschiebbaren Steuerschieber (5), der
zwei achsparallele Flächen (23) aufweist, die sich in
Drehrichtung des Steuerschiebers (5) an sich an zwei in
Längsrichtung des Pumpenzylinders (2) erstreckenden Gleitflächen
(23) des Pumpenzylinders abstützen, wobei die Nische in einer zur
Längserstreckung des Pumpenzylinders (2) senkrechten Schnittebene im
wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und über wenigstens einen
Verbindungskanal in ständiger Verbindung mit einen
den Pumpenzylinder (2) umgebenden Pumpensaugraum (11) ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Nische (4) umformtechnisch hergestellt ist
mit einem in Axialrichtung des Pumpenkolbens (3) verlaufenden
Nischenboden (17), der durch eine ebene Fläche gebildet wird und
in zwei schräge Nischenwände (25) übergeht, die in zwei sich
parallel gegenüber liegenden geraden Nischenwänden (22)
verlaufen, wobei die Wandstärke der Nische (4) zur zylindrischen
Außenform des Pumpenzylinders (2) annähernd gleichbleibend
gestaltet ist und mit zueinander weisenden axial verlaufenden
Gleitbahnen (23) die an der Öffnungsseite der Nische (4)
angeordnet sind, und an denen sich der Steuerschieber (5) mit an
diesem hervorragenden, Gleitkufen (19) bildenden Vorsprüngen in
Drehrichtung des Steuerschiebers (5) abstützt.
2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
Stirnwände (27) der Nische (4) eine leicht
gewölbte Form bis zum Nischenboden (17) aufweisen.
3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei Sicherungsvorsprünge (19) am
Steuerschieber (5) als Gleitkufen ausgebildet sind,
die gleichzeitig als Prallschürzen dienen und
einen Spalt (18) zwischen der Nische (4) und dem
Steuerschieber (5) zum Pumpensaugraum (11) hin
abdichten und daß die geraden Nischenwände (22)
zum Pumpensaugraum (11) hin wiederum in Schrägen (24)
übergehen, die ihrerseits in den axial verlaufenden Gleitbahnen (23) zur
Aufnahme der Gleitkufen (19) enden.
4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gleitbahnen (23) an ihren
Enden radiale Freimachungen (26) aufweisen, die in
ihrer Tiefe bis zum Übergang der schrägen
Nischenwände (25) zu den geraden Nischenwänden (22)
reichen.
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