DE4110010A1

DE4110010A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4110010A1
Application number: DE19914110010
Authority: DE
Inventors: Anton Prof Dipl Ing Pischinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1992-10-01
Also published as: JPH0587012A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Bekannt sind verschiedene Arten von Kraftstoffeinspritzpum pen, so z.B solche, bei denen neben der axialen Verschiebung des Steuerschiebers auf dem Pumpenkolben durch eine Regelein richtung auch eine Verdrehung des Steuerschiebers auf dem nicht verdrehbaren Pumpenkolben vorgenommen werden kann. Dadurch wird mit dem axial verschiebbaren und gleichfalls ver drehbaren Steuerschieber der Einspritzbeginn und die Ein spritzdauer des Kraftstoffs gesteuert. Den gleichen Effekt erreicht man jedoch auch mit einer nur axialen Verschiebung des Steuerschiebers auf dem Pumpenkolben zur Festlegung des Einspritzsbeginns und mit der durch eine Regeleinrichtung er möglichten Verdrehung des Pumpenkolbens mittels einer Steuer hülse. Bei der letzten (aus der US-PS 47 37 086) bekannten Art der Steuerung ist der Steuerschieber im Pumpenzylinder durch geeignete Funktionsteile gegen Verdrehen gesichert. Bei bei den Varianten weisen die Pumpenkolben im Bereich ihrer Quer bohrung zur Axialbohrung Schrägnuten auf, die zur Mengensteue rung, d. h. zur Steuerung der Einspritzdauer vorgesehen sind.

Die Beendigung der Steuerdruckeinspritzung des Kraftstoffs in die Brennkraftmaschine wird in jedem Falle dadurch bestimmt, daß die auf dem Pumpenkolben vorhandene Steueröffnung mit ihren zugeordneten Schrägnuten von Absteuerbohrungen im Steuerschieber freigelegt wird. Damit kann der unter sehr hohem Druck im Pumpenarbeitsraum anstehende Kraftstoff (man hat Spitzendrücke von 1300 bar festgestellt), über die Absteu erbohrungen in die Ausnehmung des Pumpenzylinders und danach in den Pumpensaugraum abströmen. Der abgesteuerte Kraftstoff strahl weist demzufolge eine sehr hohe kinetische Energie auf, die wiederum zu einer hohen Belastung der Werkstoffe führt, auf die der abgesteuerte Kraftstoffstrahl auftrifft. Der Druck überträgt sich auch über den Zugang zum Pumpen saugraum und auf die in ihm arbeitenden Steuerungsteile. Es kommt durch die dem Kraftstoffstrahl noch innenwohnende kine tische Energie zu sogenannter Kavitations- bzw. Erosionser scheinungen im Innern der Pumpe, was zu einem übermäßigen Verschleiß führt.

Bekannt ist weiterhin eine Bauart der Kraftstoffeinspritzpum pe (DE OS 36 33 899), bei der am Steuerschieber beiderseits zwei seitliche, als Prallschürzen dienenden Stege angeordnet sind, die den abgesteuerten Kraftstoffstrahl ein weiteres Mal reflektieren und ihm einen Teil seiner kinetischen Energie nehmen. Die am Steuerschieber angeordneten Prallschürzen decken dabei den Raumspalt zwischen der Zylinderbüchse und dem Steuerschieber in Richtung Zugang zum Pumpensaugraum ab, so daß der zurückfließende Kraftstoff oberhalb bzw. unterhalb der Schürze zum Pumpensaugraum abfließen muß.

Weiterhin ist eine Kraftstoffpumpe bekannt (DE-PS 35 40 052), bei der ebenfalls im Steuerschieber eine radiale Absteuerboh rung vorhanden ist, die durch den Pumpenkolben mit der an ihm angeordneten Schrägnut und Querbohrung aufgesteuert wird, so daß der abgesteuerte Kraftstoffstrahl ungehindert auf die Wand der Ausnehmung des Pumpenzylinders trifft. Dabei wird, hervorgerufen durch eine sehr geringe Spaltbreite zwischen der Wand der Ausnehmung und der Mündung der Absteuerbohrung im Steuerschieber, der Kraftstoffstrahl in den Spalt hineinre flektiert, welcher dann mit seiner hohen Energie in den Pum pensaugraum gelangt. Da das Pumpengehäuse aus weichem Materi al, z. B. Aluminium besteht, werden auch bei dieser Lösung Kavitations- bzw. Erosionsschäden verursacht.

Bekannt sind weiterhin Kraftstoffeinspritzpumpen (wie z. B. in DE-OS 31 36 751 beschrieben), bei denen zur Vermeidung von Ka vitations- bzw. Erosionsschäden zwischen dem Pumpengehäuse und der Absteuerbohrung im Pumpenzylinder ein sogenannter Prallschutzring aus gehärtetem Stahl auf dem Pumpenzylinder angeordnet wurde. Diese Art eines Prallschutzes ist jedoch auf schiebergesteuerte Pumpen konstruktiv nicht übertragbar.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den Merkma len der Patentansprüche hat gegenüber den bekannten Kraft stoffeinspritzpumpen den Vorteil, daß der beim Aufsteuern durch die Absteuerbohrung im Steuerschieber mit hoher Energie aus dem Pumpenarbeitsraum abströmende Kraftstoffstrahl nicht mehr direkt die Wandung der Ausnehmung im Pumpenzylinder trifft, sondern durch die Anordnung einer durch Oberdruck gegen die Kraft einer Feder abhebende Buchse, die im Bereich der Absteuerbohrung im Steuerschieber sitzt, reflektiert und die im Kraftstoffstrahl vorhandene Energie aufgebraucht wird. Dabei ist die Kraft der Feder so bemessen, daß in dem Prallraum zwischen Steuerschieber und Buchse beim Absteuervorgang ein Druck entsteht, der das Entstehen von Kavitationsblasen weitgehend unterbindet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Feder durch eine am oberen Rand des Steuerschiebers durch einen Siche rungsring in seiner Lage gehaltene Federabdeckscheibe, die einen Bund für den Sicherungsring aufweist, abgestützt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der unteren Seite der Buchse und der unteren Stufe der stufenförmigen Abdeckung am Steuerschieber ein Ringspalt angeordnet, der gewährleistet, daß durch die Kraft der Feder eine Buchse mit ihrem oberen Rand immer dichtend auf der ersten Stufe der stufenförmigen Abdrehung des Steuerschiebers aufsitzt und damit den Prallraum abdichtet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Buchse an ihrer Außenfläche ebenfalls eine stufenförmige Abdeckung auf, die einmal die Feder an ihrem Ende in ihrer Lage auf der Buchse fixiert, während sich im oberen Teil der Buchse zur Vermeidung von Reibung zwischen Feder und Buchse ein Spiel raum ergibt.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die Buchse an ihrer oberen Anschlagfläche eine oder mehrere Nuten auf, die ein Abströmen des Kraftstoffes auch in der oberen Anschlagstel lung der Buchse erlauben.

Die gemäß der Erfindung geschaffene Kraftstoffeinspritzpumpe gewährleistet bei Verwendung an sich bekannter technischer Mittel wie Drehteile, Feder, Sicherungsring usw. einen wirksa men Schutz gegen Kavitation bzw. Erosion im Innern des Pumpge häuses und an seinen Steuerteilen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin dung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Die Fig. zeigt einen Teilschnitt durch die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei der in der Fig. dargestellten Variante ist in einen nur zum Teil dargestellten Pumpengehäuse 1 ein Pumpenzylinder 2 eingesetzt, in dem ein Pumpenkolben 3 durch in der Fig. nicht näher dargestellte Mittel in eine hin- und hergehende Bewe gung versetzt wird. Im Pumpenzylinder 2 ist eine in Art einer Nische ausgebildete Ausnehmung 4 angeordnet, die einen Steuer schieber 5 aufnimmt, der sich auf dem Pumpenkolben 3 axial verschieben läßt. In der Seitenwand der Ausnehmung 4 im Pum penzylinder 2 ist ein Führungsstift 6 angebracht, der in eine Nut 7 am Steuerschieber 5 eingreift und denselben gegen Ver drehung sichert, aber seine axiale Bewegung auf dem Steuer schieber 5 gestattet. Die axiale Bewegung des Steuerschie bers 5 erfolgt durch eine Regelstange 8, die mittels eines ku gelförmigen Zapfens 9, der an einer Verstellschraube 10 ange bracht ist, in einem Schlitz 11 des Steuerschiebers 5 ein greift und diesen je nach gewünschtem Einspritzbeginn auf dem Pumpenkolben 3 axial bewegt.

Bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe sind meistens mehrere sol cher Pumpenelemente 2 und 3 mit Steuerschieber 5 in Reihe im Pumpengehäuse 1 angeordnet und werden gemeinsam durch die Re gelstange 8 bedient, deren Verstellschrauben 10 der Zahl der Pumpelemente entsprechen und diesen jeweils zugeordnet sind. Die Regelstange 8 mit den Verstellschrauben 10 ist in einem Pumpensaugraum 12 angeordnet, der über eine Förderpumpe von einem Kraftstoffbehälter aus unter niedrigem Druck mit Kraft stoff versorgt wird. Ein Zugang 13 verbindet die Ausnehmung 4 mit dem Pumpensaugraum 12, so daß hier immer eine offene Verbindung vorhanden ist. Im Steuerschieber 5 sind zwei sich in einer Achse rechtwinklig kreuzende Absteuerbohrungen 14 angeordnet, in deren Bereich mittig eine Buchse 15 auf einer aus drei Stufen bestehenden stufenförmigen Abdrehung 16 ange ordneten ist. Ein oberer Rand 17 der Buchse 15 sitzt dichtend auf einer ersten Stufe 18 der Abdrehung 16 auf. Durch eine zweite Stufe 19 der Abdrehung 16, die im Bereich der Absteuer bohrungen 14 liegt, entsteht zur inneren Wandung 20 der Buch se 15 ein Prallraum 21. Zwischen einer unteren Seite 22 der Buchse 15 und einer dritten Stufe 23 der Abdrehung 16 ist ein Ringspalt 24 vorgesehen der gewährleistet, daß die Buchse 15 mit ihrem oberen Rand 17 immer dicht und auf der ersten Stufe 18 aufliegt. Die Buchse 15 weist an ihrer Außenfläche eben falls eine aus zwei Stufen gebildete stufenförmige Abdrehung 25 auf, die mit ihrer unteren Stufe 26 eine Feder 27 in ihrer Lage auf der Buchse 15 fixiert und zum anderen mit ihrer oberen Stufe 28 einen Spielraum 29 zwischen der Feder 27 und der Außenfläche der Buchse 15 gewährleistet. Die Feder 27 stützt sich mit ihrem anderen Ende an einem Bund 30 einer Federdeckscheibe 31 ab, die wiederum mit einem Bund 32 und einem Sicherungsring 33, der in einer Eindrehung 34 des Steu erschiebers 5 sitzt, in seiner Lage gehalten wird.

Im Pumpenkolben 3 ist eine Axialbohrung 35 vorgesehen, die durch eine Querbohrung 36 mit gegenüberliegenden Schrägnuten 37 durchdrungen wird. Am unteren Ende der Axialbohrung 35 durchdringt eine weitere Querbohrung 38 der Pumpenkolben 3. Ein Pumpenarbeitsraum 39 steht somit über die Axialbohrung 35, die Querbohrung 36 mit Schrägnuten 37, der Querbohrung 38 den Absteuerbohrungen 14, dem Prallraum 21 über die Ausneh mung 4 und dem Zugang 13 mit dem Pumpensaugraum 12 in Verbin dung.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt:
Eine in der Figur nicht dargestellte Nockenwelle versetzt den Pumpenkolben 3 entgegen der Kraft einer Feder in eine hin- und hergehende Bewegung. Der Pumpenkolben 3 wird zur Spritz mengensteuerung, d. h. zur Steuerung der Dauer der Ein spritzung mittels einer bekannten Regeleinrichtung im Pumpen zylinder 2 verdreht. Je nach der Drehlage des Pumpenkolbens 3 mit der Querbohrung 36, an der die Schrägnuten 37 angrei fen, ist im Steuerschieber 5 der dadurch bestimmte Abstand der Schrägnuten 37 von der Absteuerbohrung 14 unterschied lich, was demzufolge einem unterschiedlich langen Einpritzhub entspricht und damit die Dauer der Einspritzung steuert. Eine weitere, der Kraftstoffsteuerung (nämlich des Einspritzbe ginns) dienende Einrichtung ist die im Pumpensaugraum 12 ange ordnete Regelstange 8, mit der Verstellscheibe 10 und dem ku gelförmigen Zapfen 9, der zur axialen Verschiebung des Steuer schiebers 5 in einem Schlitz 11 eingreift und damit den Steu erschieber 5 auf dem Pumpenkolben 3 bewegt. Der Pumpenarbeits raum 39 wird durch die Querbohrung 38 und die Axialbohrung 35 des Pumpenkolbens 3 aus dem Pumpensaugraum 12, der durch den Zugang 13 mit der Ausnehmung 4, die den Steuerschieber 5 um gibt, in Verbindung steht, mit Kraftstoff gefüllt.

Beim Druckhub des Pumpenkolbens 3 strömt über die Axialboh rung 35 und die Querbohrung 38 solange Kraftstoff in die Ausnehmung 4 und damit über den Zugang 13 in den Pumpensau graum 12 zurück, bis die Querbohrung 38 in den Steuerschieber 5 eingetaucht ist. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die eigentli che Hochdruckeinspritzung zur Brennkraftmaschine, wobei der Beginn der Einspritzung von der Impulslage des Steuerschie bers auf dem Pumpenkolben 3 abhängig ist. Beim Aufsteuern der Schrägnuten 37 durch die Absteuerbohrungen 14 im Steuerschie ber 5 wird die Einspritzung unterbrochen, d. h. in diesem Augenblick schießt der unter hohem Druck im Pumpenarbeitsraum stehende Kraftstoff durch die Axialbohrung 35 über die Schräg nuten 37 und die Querbohrung 36 durch die Absteuerbohrung 14 in den Prallraum 21 und wird dort reflektiert. Der unter Druck stehende Kraftstoff muß die Kraft der Feder 27 überwin den und die Buchse 15 mit ihrem oberen Rand 17 von der ersten Stufe 18 der Abdrehung 16 abheben, um in die Ausnehmung 4 und von dort über den Zugang 13 zum Pumpensaugraum 12 zu gelan gen. Durch den Aufprall des Kraftstoffstrahls aus den Absteu erbohrungen 14 im Prallraum 21 auf die innere Wandung 20 der Buchse 15, durch die Reflektion des Strahles und dem Abheben der Buchse 15 gegen die Kraft der Feder 27, wird die dem Kraftstoff innenwohnende Energie nahezu vernichtet und damit Kavitations- bzw. Erosionsschäden im Innern der Pumpe vermie den. Weiter kommt es zur Ausbildung eines Gegendruckes im Prallraum, der das Entstehen von Kavitationsblasen weitgehend verhindert.

In der oberen Anschlagfläche der Buchse 15 können eine oder mehrere Nuten 40 angeordnet sein, die bei einem Anliegen der Buchse 15 an der Federdeckscheibe 31 ein Abströmen des abge steuerten Kraftstoffs ermöglichen. Im System der Steuerung derartiger Kraftstoffeinspritzpumpen sind verschiede Variatio nen bzw. Kombinationen ihres Steuerungsmechanismus möglich, die nachstehend vorgestellt werden.

So ist beispielsweise die Anordnung der abhebenden Buchse 15 auf dem Steuerschieber 5, auch möglich beim sogenannten Dreh hubschieber. Dabei steuert die Regelstange 8 mit der Verstell schraube 10 und dem kugelförmigen Zapfen 9, der in eine Boh rung 11 des Steuerschiebers 5 eingreift, sowohl die Axialbewe gung des Steuerschiebers 5 auf dem Pumpenkolben 3 als auch die Verdrehbewegung desselben.

Bei der Anordnung dieser Art der Steuerung oder Kraftstoffein spritzung entfällt in diesem Falle der Führungsstift 6 und die Nut 7 aber auch die Regeleinrichtung zum Verdrehung des Pumpenkolbens 3 im Steuerschieber 5 und es muß eine techni sche Einrichtung vorhanden sein, die den Pumpenkolben 3 gegen die Verdrehung sichert.

Die Anordnung der Buchse 15 auf dem Steuerschieber 5 ist aber auch in der vorstehend beschriebenen Art möglich, nämlich Axialverschiebung des Steuerschiebers 5 auf dem Pumpenkolben 3, wobei der Steuerschieber gegen Verdrehung durch den Füh rungsstift 6 und der Nut 7 gesichert ist. In diesem Falle muß der Pumpenkolbens 3 durch eine geeignete Regeleinrichtung ver drehbar im Steuerschieber 5 bewegbar sein.

Bei der Erfindung geht es um die Reduzierung bzw. Vernichtung der im abgesteuerten Kraftstoffstrahl noch enthaltenen kineti schen Energie, was durch die Anordnung der durch Oberdruck gegen die Kraft einer Feder 27 sich abhebenden Buchse 15, die auf dem Steuerschieber 5 in Höhe der Absteuerbohrung 14 sitzt, und durch die Erhöhung des Druckes im Prallraum 21 er reicht wird.

Bezugszahlenliste

1 Pumpengehäuse
2 Pumpenzylinder
3 Pumpenkolben
4 Ausnehmung
5 Steuerschieber
6 Führungsstift
7 Nut
8 Regelstange
9 kugelförmiger Zapfen
10 Verstellschrauben
11 Schlitz (bzw. Bohrung bei Drehhubschieber
12 Pumpensaugraum
13 Zugang
14 Absteuerbohrungen
15 Buchse
16 stufenförmige Abdrehung des Steuerschiebers
17 oberer Rand der Buchse
18 erste Stufe
19 zweite Stufe
20 innere Wandung
21 Prallraum
22 untere Seite der Buchse
23 dritte Stufe
24 Ringspalt
25 stufenförmige Abdrehung der Buchse
26 untere Stufe
27 Feder
28 obere Stufe
29 Spielraum
30 Bund der Feder
31 Federdeckscheibe
32 Bund für Sicherungsring
33 Sicherungsring
34 Eindrehung
35 Axialbohrung
36 Querbohrung
39 Pumpenarbeitsraum
40 Nuten

Claims

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit minde stens einem Pumpenelement dessen als Zylinderbüchse ausge bildeter Pumpenzylinder in einer entsprechenden Bohrung innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet ist und dessen Pumpenkolben für einen hin- und hergehenden Arbeitshub angetrieben und zur Kraftstoffsteuerung verdrehbar ist, und mit mindestens einem innerhalb einer Ausnehmung des Pumpen zylinders auf dem Pumpenkolben vorhandenen Steuerschieber, der eine Verdrehführung aufweist und zur Kraftstoffsteue rung auf dem Kolben axial verschiebbar ist, dadurch ge kennzeichnet, daß im Bereich der Absteuerbohrung (14) eine Buchse (15) angeordnet ist und daß der Steuerschieber (5) eine stufenförmige Abdrehung (16) aufweist auf deren erste Stufe (18) die Buchse (15) mit ihrem oberen Rand (17) unter dem Druck einer Feder (27) dichtend aufliegt.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekenn zeichnet, daß im Bereich der Absteuerbohrungen (14) eine zweite Stufe (19) der stufenförmigen Abdrehung (16) angeord net ist, wodurch zur inneren Wandung (20) der Buchse (15) hin ein Prallraum (21) gebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen unterer Seite (22) der Buchse (15) und einer dritten Stufe (23) der stufenför migen Abdrehung (16) ein Ringspalt (24) befindet.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekenn zeichnet, daß die Buchse (15) an ihrer Außenfläche eine aus zwei Stufen (26, 28) gebildete stufenförmige Abdrehung (25) aufweist.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 und/oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Buchse (15) von einer Feder (27) umgeben ist, deren Federvorspannkraft kleiner ist als die aus dem im Absteuerstrahl des Kraft stoffes vorhandenen Druck resultierende, auf den Steuer schieber (5) in dessen axialer Richtung wirkende Kraft.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 und/oder 4, da durch gekennzeichnet, daß durch die Federkraft der auf die Buchse einwirkenden Feder (27) im Prallraum ein Druck erzeugbar ist, der das Entstehen von Kavitationsblasen beim Zusteuern und Absteuern verhindert.

7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Druck im Prallraum bei Zu- und Aufsteuern um 0,5 bis 50 bar höher ist als der Druck im Pumpensaug raum.

8. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Anschlagfläche der Buchse (15) eine oder mehrere Nuten aufweist.

9. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Feder (27) einerseits an der unteren Stufe (26) der stufenförmigen Abdrehung (25) der Buchse (15) abstützt und die andere Seite an einem Bund (30) einer Federdruckscheibe (31) anliegt.

10. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Federdruckscheibe (31) einen weiteren Bund (32) aufweist und sich an einem Sicherungsring (33), der sich in einer Eindrehung (34) am oberen Ende des Steuer schiebers (5) befindet, abstützt.

11. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 5-10, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der oberen Stufe (28), der stufenförmigen Abdrehung (25) der Buchse (15) und dem Innendurchmesser der Feder (27) ein Spielraum (29) befindet.