DE4127032C2 - Kraftstoffeinspritzpume für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe für Brenn­ kraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Eine sol­ che Kraftstoffeinspritzpumpe ist bereits aus der US-A-47 37 086 be­ kannt. Bei derartigen schiebergesteuerten Kraftstoffeinspritzpumpen wird die Einspritzmenge und/oder der Spritzbeginn durch die axiale Lage des Steuerschiebers bestimmt. Die Verstellung mehrerer solcher Steuerschieber wird bei einer Reihenpumpenanordung in bekannter Weise, über eine gemeinsame Verstellwelle, an der für jedes Pumpen­ element ein Übertragungselement (Hebel) angeordnet ist, vorgenommen. Diese Welle befindet sich in einem quer zur Pumpenachse verlaufenden Kanal und ist an dessen beiden gehäuseseitigen Enden drehbar gela­ gert. Damit das Übertragungselement auf der Verstellwelle in eine Nut des Steuerschiebers eingreifen kann, ist an jedem Zylinder eine Durchgangsöffnung von dem Querkanal zur Aufnahmebohrung des Pumpen­ elements, bestehend aus Pumpenkolben und Pumpenzylinder erforder­ lich. Diese Öffnung dient gleichzeitig auch der Kraftstoffleitung zwischen den einzelnen Pumpenelementen und dem Querkanal, der somit als Rücklaufsammelkanal wirkt. Der Förderbeginn wird über das Ver­ schließen des Füll- und Entlastungskanals des Pumpenkolbens durch die Stellung der unteren Kante des Steuerschiebers geregelt. Das En­ de der Hochdruckeinspritzung (einerseits zeitlich gesehen als Spritzende, andererseits als einspritzmengenbestimmendes Ende der Hochdruckförderung) wird dadurch bestimmt, daß die Mündung des Füll- und Entlastungskanals auf dem Pumpenkolben vom Steuerschieber freigegeben wird, so daß der unter sehr hohem Druck stehende Kraft­ stoff aus dem Pumpenarbeitsraum über den Entlastungskanal in die Ausnehmung der Zylinderbüchse abgesteuert wird. Der abgesteuerte Kraftstoffstrahl weist eine sehr hohe kinetische Energie auf, die zu einer hohen Belastung der Werkstoffe führt, auf die der Strahl trifft. Bei der bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art ist im Steuerschieber eine radiale Absteuerbohrung angeordnet, die durch eine als Steueröffnung auf dem Pumpenkolben angeordnete schräge Steuerkante nach Zurücklegen des effektiven Einspritzhubes aufge­ steuert wird. Der Absteuerstrahl trifft beim Aufsteuern durch die Absteuerbohrung zunächst auf die Wand der Ausnehmung der Zylinder­ büchse, wo er reflektiert wird und von dort mit hoher kinetischer Energie in den oben genannten Rücklaufsammelkanal der Steuerschie­ berverstellwelle abströmt. Diese Art des Abströmens hat den Nach­ teil, daß der noch unter sehr hoher kinetischer Energie stehende ab­ gelenkte Strahl die Wand des Saugraumes trifft und mit hoher Ge­ schwindigkeit an den Kanten vorbei in den Rücklaufsammelkanal strömt. Dabei wirkt der Strahl auf das Pumpengehäuse, das aus wei­ cherem Material besteht, als es Pumpenzylinderbüchse und Steuer­ schieber sind, die aus gehärtetem Stahl bestehen. Die Folge sind Kavitations- und Erosionsschäden an der Saugraumwand des Pumpen­ gehäuses und an den umströmten Kanten des Pumpengehäuses. Diese Schäden treten vor allem an dem Übergang zwischen Ausnehmung und Querkanal auf, da konstruktionsbedingt ein nur relativ kleiner Über­ gangsquerschnitt zwischen beiden vorliegt, der aus der Verschneidung beider Bohrungen gebildet wird und dort scharfe Kanten bildet.

Aus der Schrift DE 35 40 052 C2 ist eine weitere gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen bekannt, die zur Steuerung der Kraftstoffhochdruckförderung einen axial auf dem Pumpenkolben verschiebbaren Steuerschieber aufweist. Desweiteren ist bei dieser Kraftstoffeinspritzpumpe eine Verstellwelle zum Verschieben des Steuerschiebers vorgesehen, die in einem quer zum Pumpenkolben verlaufenden Querkanal im Pumpengehäuse geführt ist, der die den Steuerschieber aufnehmende Bohrung unter Bildung einer Durchgangsöffnung seitlich anschneidet. Dabei weist diese bekannte Kraftstoffeinspritzpumpe jedoch den Nachteil auf, daß der Übergang vom Querkanal in die, in diesem Bereich einen Teilsaugraum bildende Zylinderbohrung scharfkantig ausgebildet ist. Dieser scharfkantige Querschnittsübergang hat jedoch den Nachteil, daß es an dieser Übergangskante verstärkt zu Erosionsschäden, insbesondere infolge Kavitation kommt, wobei sich Teilchen von der Kante ablösen können, die zum einen die Haltbarkeit des gesamten Aggregats beeinträchtigen und die zudem auch zu einem Verstopfen des Pumpenaggregates und somit zu dessen Zerstörung führen können.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß unter Vermeidung der genannten Nachteile ein bei Beibehaltung der Pumpenabmessungen vergrößerter Querschnitt bereitgestellt wird, über den der am Pumpenkolben austretende Kraftstoff zwischen Ausneh­ mung und Steuerschieber mit möglichst geringer Behinderung abströmen kann, wobei scharfkantig hervorstehende und durch Kavitationsschäden gefährdete Gehäusewandteile vermieden werden. Durch eine Anpassung der Form des Steuerschiebers an die bearbeitete Gehäuseform ist eine optimale Gesamtquerschnittsauslegung des Durchgangskanals möglich. Zusätzlich kommt es durch die verbesserte Kraftstoffabfuhr zu einer günstigeren Temperaturverteilung in der Kraftstoffeinspritzpumpe, da der durch die Kompression stark erhitzte Kraftstoff besser abgeführt werden kann. Durch die Bearbeitung des Gehäuses von innen kann dabei auf eine Bearbeitungsöffnung, mit der damit verbundenen Quer­ schnittsschwächung und dem Aufwand des Abdichtens verzichtet werden. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Zeichnungen und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele ent­ nehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine erfindungs­ gemäße Kraftstoffeinspritzpumpe, wobei sich der Steuerschieber auf dem Pumpenkolben in seiner oberen Lage befindet, die

Fig. 2 das Ausführungsbeispiel analog der Fig. 1 mit in unterer Lage befind­ lichem Steuerschieber, die

Fig. 3 einen Querschnitt durch den er­ findungsgemäßen Teil der Kraftstoffeinspritzpumpe nach Fig. 2 und die

Fig. 4 bis 6 Prinzipskizzen der Bearbeitung mit einem in die Elementbohrung eingebrachten Werkzeug.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In einem durch die Fig. 1 teilweise gezeigten Pumpengehäuse 1 einer Kraftstoffeinspritzpumpe ist eine Zylinderbüchse 2 in eine Längsboh­ rung 3 eingesetzt, in der ein Pumpenkolben 4 von einem nicht darge­ stellten Antrieb hin- und herbewegt wird. In der Zylinderbüchse 2 ist eine in Form einer Sacköffnung gebildete Ausnehmung, die einen Teilsaugraum 11 bildet, derart angeordnet, das sie einen auf dem, den Teilsaugraum 11 durchdringenden, Pumpenkolben 4 axial verschieb­ baren Steuerschieber 5 aufnimmt. Die axiale Betätigung des Steuer­ schiebers 5 erfolgt über eine, in einem quer zur Achse der Längsboh­ rung 3 im Pumpengehäuse 1 befindlichen Querkanal 6, der dabei die Längsbohrung 3 im Bereich des Teilsaugraums 11 unter Bildung einer Durchgangsöffnung 16 schneidet, angeordnete Verstellwelle 7, auf der ein Hebel 8 mit einer Schraube 9 festspannbar und damit in seiner Drehlage verstellbar angeordnet ist, wobei das andere Ende des Hebels 8 durch die Durchgangsöffnung 16 in eine Nut 10 des Steuer­ schiebers 5 greift. Auf seinem, dem Antrieb abgewandten Ende, bildet der Pumpenkolben 4 in der Zylinderbüchse 2 einen hier nicht darge­ stellten Pumpenarbeitsraum. Um diesen mit Kraftstoff zu versorgen, weist der Pumpenkolben 4 eine axiale Bohrung 17 auf, die vom Pumpen­ arbeitsraum ausgehend in eine Querbohrung 21 mündet und den Pumpen­ arbeitsraum mit dem Teilsaugraum 11 verbindet. Die Kraftstoffzufuhr in den Teilsaugraum 11 erfolgt dabei über einen Zuströmkanal 23 im Pumpengehäuse 1, einen darin befindlichen mit einer Drosselbohrung 24 versehenen Drosseleinsatz 25 und einen davon abzweigenden, in den Teilsaugraum 11 mündenden Verbindungskanal 26. In der Mantelfläche des Pumpenkolbens 4 sind weiterhin zwei Schrägnuten angeordnet, die zwei Steuerkanten 22 bilden und daran anschließend je eine Ausneh­ mung 20 aufweisen, die als Steueröffnungen paarweise diametral ge­ genüberliegend auf dem Pumpenkolben 4 angeordnet, über eine Querboh­ rung 27 miteinander verbunden sind, die ebenfalls in die Axialboh­ rung 17 mündet. Die Lage der Steuerkante 22 kann dabei durch ein Verdrehen des Pumpenkolbens 4 verändert werden, indem eine Regel­ stange 19 über eine nicht näher dargestellte Regelhülse den Pumpen­ kolben 4 verdreht. Die Steueröffnungen, mit den Steuerkanten 22 und den Ausnehmungen 20 wirken dabei mit zwei als Absteuerbohrung 18 dienenden Radialbohrungen im Steuerschieber 5 zusammen, wobei die Kanten dieser Absteuerbohrungen 18 als Steuerkanten dienen und ihre Mündungen auf die Seitenwände des Teilsaugraumes 11 etwa parallel zum Querkanal 6 gerichtet sind. Vorzugsweise sind bei einer Kraft­ stoffeinspritzpumpe dieser Art, mehrere Pumpenelemente 2, 4 mit Steuerschiebern 5 in Reihe im Pumpengehäuse 1 angeordnet, die dann durch die gemeinsame Verstellwelle 7 betätigt werden, deren Mit­ nahmeglieder in Form von Hebeln 8 der Zahl der Pumpenelemente 2, 4 entsprechen. Diese Verstellwelle 7 befindet sich, wie bereits er­ wähnt, in dem Querkanal 6 im Pumpengehäuse 1 und ist an dessen bei­ den gehäuseseitigen Enden drehbar gelagert. Damit der Hebel 8 auf der Verstellwelle 7 in die Nut 10 des Steuerschiebers 5 eingreifen kann, ist in jeder Zylinderbüchse 2 die Durchgangsöffnung 16 vom Querkanal 6 zur Längsbohrung 3 des Pumpenelements 2, 4 erforderlich. Diese Durchgangsöffnung 16 dient daneben auch der Durchführung des Kraftstoffes aus dem Teilsaugraum 11 in den auch als Rücklaufsammel­ kanal dienenden Querkanal 6. Dabei ist diese Durchgangsöffnung 16 in bekannten Kraftstoffeinspritzpumpen so ausgeführt, daß durch die geometrische Zuordnung des Querkanals 6 zur Pumpenelementachse eine bestimmte Öffnungsgröße aus der Verschneidung beider Bohrungen 3, 6 entsteht, die aus konstruktiven Gründen bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten kann. Um einen günstigen Kraftstoffrücklauf zu ermög­ lichen, wird deshalb die Durchgangsöffnung 16 wannenförmig erwei­ tert. So weist das Innere des Pumpengehäuses 1 an der Durchgangsöff­ nung 16 zum Querkanal 6 eine an der pumpenarbeitsraumseitigen Be­ grenzung 15 des Teilsaugraumes 11 beginnende, sich zum Querkanal 6 reduzierende Gehäuseanschrägung 13 auf, die durch das Abtragen der strömungshinderlichen Kanten am Pumpengehäuse 1 gebildet ist. Ergän­ zend dazu weist der Steuerschieber 5 auf der dem Pumpenarbeitsraum und dem Querkanal 6 zugewandten Seite eine Anschrägung 12 auf, die im Bereich der Symmetrieebene des Teilsaugraumes 11 durch die Pum­ penkolbenachse liegt. Diese Anschrägung 12, deren Steigung ferti­ gungsbedingt ist, ergibt bei kleiner Baugröße der Kraftstoffein­ spritzpumpe und geringer axialer Erstreckung des Teilsaugraumes 11 einen strömungstechnisch günstigen großen Querschnitt der Durch­ gangsöffnung 16. Bei der oben beschriebenen konstruktiven Auslegung ist es möglich, die Bearbeitung des Pumpengehäuses 1 in einfacher Weise von der Längsbohrung 3 des Pumpenelements 2, 4 aus durchzufüh­ ren. Einige Bearbeitungsmöglichkeiten sind dabei in den Fig. 4 bis 6 dargestellt. In der Fig. 4 ist das Werkzeug 40, ein Walzen­ fräser mit einer der wannenförmigen Ausfräsung entsprechenden Größe mit konischen Flanken 44 axial in die Längsbohrung 3 eingeführt und in Höhe des Querkanals 6 radial gegen die Kanten des Gehäuses 1 am Querkanal 6 geschoben. In der Fig. 5 ist das Werkzeug 40, ein Fin­ gerfräser, der zur Herstellung der Ausfräsung versetzt zur Pumpen­ elementachse und dazu gekippt eingeführt wird. Seine kegelförmige Spitze 43 bildet dann die konischen Seitenwände. Auch bei dem Werk­ zeug 40 nach Fig. 6 ist nur ein axialer Vorschub des Werkzeuges 40 zur Bearbeitung erforderlich. Hier wird mit dem Werkzeug 40 in die Längsbohrung 3 eingefahren und in Höhe des Querkanals 6 wird eine verstellbare konische Schneide 41 aus der Hauptspindel 42 des Werk­ zeuges 40 ausgefahren. Die Fig. 2 und 3 zeigen den Gegenstand der Erfindung analog des in Fig. 1 beschriebenen Aufbaus, wobei die Fig. 2 den Steuerschieber 5 in einer unteren Lage zeigt und die Fig. 3 einen Querschnitt durch die Fig. 2 zeigt, in der zwei seitliche Anschrägungen 30 am Steuerschieber 5 auf der der Verstellwelle 7 zu­ gewandten Seite in der Radialebene des Pumpenkolbens 4 angeordnet sind, durch die sich der Steuerschieber 5 zur Verstellwelle 7 hin verjüngt.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt. In der in Fig. 1 dargestellten Lage des Pumpenkolbens 4 und des Steuerschie­ bers 5 wird der Pumpenarbeitsraum über die zum Teilsaugraum 11 offe­ nen Querbohrungen 21 und die Axialbohrung 17 sowie über die Ausneh­ mungen 20 der Steuernuten, die in die in die Axialbohrung 17 ragende Querbohrung 27 münden, mit Kraftstoff aufgefüllt. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 4 wird zuerst über die Axialbohrung 17 und die Quer­ bohrung 21 ein Teil des Kraftstoffes aus dem Pumpenarbeitsraum wie­ der zurück in den Teilsaugraum 11 verdrängt, bis die Steuerkanten 22, Ausnehmungen 20 und Querbohrungen 21, 27 durch den Steuerschie­ ber 5 verdeckt sind. Ab dieser Förderhubstellung kann sich im Pum­ penarbeitsraum der Hochdruck entwickeln und die Einspritzung zur Brennkraftmaschine beginnen. Diese Einspritzung wird beendet, wenn die Steuerkanten 22 mit der Absteuerbohrung 18 des Steuerschiebers 5 in Überdeckung gelangen. Der unter sehr hohem Druck stehende Kraft­ stoff wird nun aus dem Pumpenarbeitsraum über die Axialbohrung 17 und die Absteuerbohrung 18 in den Teilsaugraum 11 abgeleitet und trifft dort mit großer kinetischer Energie auf dessen Wand. In vor­ teilhafter Weise wirkt nun die Vergrößerung des Querschnittes der Durchgangsöffnung 16, denn der unter hohem Druck und hoher Tempera­ tur stehende Kraftstoff kann nun über den vergrößerten Querschnitt schnell in den Querkanal 6 abströmen, ohne auf Strömungshindernisse zu stoßen. Dies hat eine rasche Absenkung der örtlichen Temperatur im Teilsaugraum 11, geringe Kavitationseinwirkungen auf die nicht gehärteten Pumpengehäusewände und somit einen geringeren Material­ verschleiß zur Folge, was eine höhere Lebensdauer der gesamten Kraftstoffeinspritzpumpe fördert.

Claims (3)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einer in einer Bohrung (3) angeordneten Zylinderbüchse (2), in der ein hin- und herbewegbarer Pumpenkolben (4) einen Pumpenarbeitsraum begrenzt, mit einer im wesentlichen zylinderförmigen Ausnehmung in der Zylinderbüchse (2), die einen Teilsaugraum (11) bildet und wobei der Teilsaugraum (11) mit einem Zuströmkanal (23) für Kraftstoff verbunden ist, mit einem in den Teilsaugraum (11) auf dem Pumpenkolben (2) angeordneten, auf dem Pumpenkolben (2) axial zum Pumpenkolben (2) verstellbaren Steuerschieber (5), mit einem Füll- und Entlastungskanal (17, 20, 21) im Pumpenkolben (2) zur Steuerung der Kraftstoffhochdruckförderung, der einerseits im Pumpenarbeitsraum mündet und der andererseits am Pumpenkolbenumfang mündend mit dem Steuerschieber (5) zusammenwirkt, mit einem quer zur Bohrung (3) verlaufenden Querkanal (6) im Pumpengehäuse (1), der die Bohrung (3) und die Zylinderbüchse (2) im Bereich des Teilsaugraumes (11) unter Bildung einer Durchgangsöffnung (16) seitlich schneidet, mit einer im Querkanal (6) angeordneten Verstellwelle (7) mit einem Hebel (8), der durch die Durchgangsöffnung (16) in die Zylinderbüchse (2) im Bereich des Teilsaugraumes (11) ragt und den Steuerschieber (5) bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Querkanals (6) kleiner ist als die auf die Pumpenkolbenachse bezogene axiale Erstreckung des Teilsaugraumes (11), und daß durch eine Gehäuseanschrägung (13) ein sich reduzierender Querschnittsübergang von der Bohrung (3) zu dem Querkanal (6) hin gebildet wird, und daß am Steuerschieber (5) eine pumpenarbeitsraumseitige Anschrägung (12) vorgesehen ist, deren Steigung dem pumpenarbeitsraumseitigen, schrägen, zur Bohrung (3) ansteigenden Verlauf des Querschnittsüberganges der Durchgangsöffnung (16) im wesentlichen entspricht.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (5) sich in einer Radialebene des Pumpenkol­ bens (4) auf der der Verstellwelle (7) zugewandten Seite über seit­ liche Anschrägungen (30) verjüngt (Fig. 3).

3. Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnittsübergang an der Durchgangsöffnung (16) zwischen der Bohrung (3) und dem Querkanal (6) vorzugsweise durch einen Walzenfräser mit konischen Flanken (44) hergestellt wird, der über die Bohrung (3) in das Pumpengehäuse (1) eingeführt wird.