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Kolbenpumpe zum Fördern von Flüssigkeit in einen Raum höheren Druckes,
insbesondere Brennstoffeinspritzpumpe für Einspritzbrennkraftmaschinen Es sind Brennstoffeinspritzpumpen
für Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen der Brennstoff über ein oder mehrere
Rückschlagventile in die zur Einspritzdüse führende Förderleitung verdrängt wird;
bei solchen Pumpen schließt sich am Ende der Förderung das Rückschlagventil unter
der Wirkung der Ventilfeder und des Brennstoffdruckes in der Förderleitung, so daß
bei einem mit einer offenen Düse arbeitenden Brennstoffeinspritzsystem der Druck
des nach Beendigung des Förderhubes in derFörderleitung befindlichen Brennstoffes
sich nur über die offene Einspritzdüse nach dem Einspritzraum (Arbeitszylinder der
Brennkraftmaschine) hin entspannen kann, was Nachspritzen (Nachtropfen) von Brennstoff
in den Zylinder und damit Unzuträglichkeiten, wie Nachbrennen, Krustenbildung an
den Brennraumwänden, Qualmen des Auspuffes u. dgl., zur Folge hat.
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Bekannt sind ferner Brennstoffeinspritzpumpen ohne Rückschlagventile
am Anfang der Düsenleitung, bei denen die Förderleitung über eine in der Wand des
Pumpenzylinders angeordnete und vom Pumpenkolben gesteuerte, d. h. zeitweise freigelegte,
im übrigen aber abgedeckte Öffnung mit dem Pumpenarbeitsraum in Verbindung steht.
Zwecks
Beendigung der Einspritzung wird der Arbeitsraum bei solchen Pumpen mit einem Raum
niedrigen Druckes, vorzugsweise mit dem Flüssigkeitszufuhrkanal in Verbindung gebracht,
so daß der Druck im Pumpenarbeitsraum sich nach dem Raum niedrigen Druckes hin entspannen
kann. Da während dieser Zeit der Pumpenarbeitsraum mit der Förderleitung in Verbindung
steht, kann sich der Druck des Brennstoffes in dieser Leitung ebenfalls nach dem
Raum niedrigen Druckes hin entspannen. Da jedoch Pumpenarbeitsraum und Düsenleitung
bei der Entlastung hintereinandergeschaltet sind, erfolgt diese Entlastung nur verhältnismäßig
langsam, so daß auch hier die obenerwähnten Nachteile, wenn auch in geringerem Ausmaße,
auftreten.
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Weiterhin ist es bei Einspritzpumpen mit einem Rückschlagventil, die
mit einer geschlossenen Einspritzdüse zusammenarbeiten, bekannt, nach Beendigung
des Förderhubes den Pumpenarbeitsraum einerseits über das Rückschlagventil der Pumpe
und die Förderleitung andererseits über einen drosselnden Widerstand mittels einer
gemeinsamen Umgehungsleitung nach einem Raum niedrigen Druckes hin zu entlasten.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine in dieser Weise ausgestaltete Entlastung von
Pumpenarbeitsraum und Förderleitung den bei schnell laufenden Hochleistungsbrennkraftmaschinen
zu stellenden Forderungen hinsichtlich der plötzlichen Beendigung der Einspritzung
nicht genügt, insbesondere wenn mit offenen Düsen gearbeitet wird.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von Brennstoffeinspritzpumpen
für Brennkraftmaschinen, bei welchen die vorstehend erwähnten Nachteile vermieden
sind und bei denen der Druck in der Förderleitung sofort nach Beendigung der Förderung
rasch absinkt.
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Erfindungsgemäß wird dies bei Einspritzpumpen, bei denen die Saug-
und Rückströmleitung durch den als Schieber wirkenden Pumpenkolben gesteuert werden
und bei denen der Pumpenarbeitsraum und die Förderleitung nach beendeter Einspritzung
nach einem Raum niedrigen Druckes hin entlastet werden, dadurch erreicht, daß die
Entlastung für den Pumpenarbeitsraum und für die Förderleitung durch getrennte Entlastungswege
erfolgt.
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Mit einer solchen Einrichtung wird ein schnelles Absinken des Druckes
im Pumpenarbeitsraum und in der Förderleitung und damit eine genau beherrschbare
Beendigung der Förderung erreicht. Ein Nachspritzen von Brennstoff in den Brennkraftzylinder
kann nicht mehr eintreten.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Übereinstimmende Teile tragen in den einzelnen Abbildungen die gleichen Bezugszeichen.
Es zeigt Abb. i a bis i c den Mittellängsschnitt einer Pumpe, bei der der Brennstoff
über ein Rückschlagventil in die zur Einspritzdüse führende Förderleitung verdrängt
wird, - bei verschiedenen Stellungen des Pumpenkolbens, und zwar Abb. i a bei der
äußeren Totpunktstellung des Kolbens, Abb. i b im Augenblick der Beendigung der
Förderung, Abb. i c kurz nach Beendigung der Förderung, Abb. 2 a bis 2 c den Mittellängsschnitt
einer ventillosen Pumpe, bei der vom Pumpenarbeitsraum ausgehende, durch den Kolben
gesteuerte Flüssigkeitszuström- und -förderleitungen vorgesehen sind, ebenfalls
bei verschiedenen Kolbenstellungen, und zwar Abb. 2 a bei der äußeren Totpunktstellung,
Abb. 2 b im Augenblick der Beendigung der Förderung, Abb. 2 c kurz nach Beendigung
der Förderung.
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In den Abb. i a bis i c bezeichnet i den Pumpenkörper, 2 den Pumpenkolben,
3 den Zulaufkanal für die zu fördernde Flüssigkeit, 4. die Mündung dieses Kanals
in der Zylinderlauffläche. Im Pumpenkörper i sind außerdem zwei Kanäle 5 und 6 vorgesehen,
von denen der eine Kanal 5 einerseits in den Zulaufkanal 3 und andererseits in die
Zylinderlauffläche 26 ausmündet (Mündungsöffnung 7). Der andere Kanal 6 mündet einerseits
ebenfalls in die Zylinderlauffläche 26 (Mündungsöffnung 8), während er mit seinem
anderen Ende mit der das Rückschlagventil io aufnehmenden Höhlung 25 des Pumpenkörpers
i in Verbindung steht. Die Mündungsöffnungen 7 und 8 liegen in der Richtung der
Kolbenachse gesehen hintereinander. An die Höhlung 25 schließt sich die Förderleitung
g (Pumpendruckleitung) an. Am Pumpenkolben 2 sind Aussparungen 11, 12 und 18 vorgesehen,
welche beim Hinundhergang des Kolbens die in der Zylinderlauffläche 26 liegenden
Kanalmündungen vorübergehend freilegen. Die Aussparungen i i und 12, deren einander
zugekehrte Ränder 13 und 14 als Steuerkanten ausgebildet sind, arbeiten mit der
Mündung q. des Zuströmkanals 3 zusammen. Die Steuerkante 13 der Aussparung l i hat
einen schraubenlinienartigen Verlauf, so daß durch Verdrehen des Kolbens 2 um seine
Achse beim Einwärtshub ein früheres oder späteres Abschließen der Mündung 4. des
Zuströmkanals 3 erreicht werden kann; die Kante 15 verläuft quer zur Achse des Pumpenkolbens.
Die Aussparung i2 ist als Eindrehung ausgebildet; ihre Begrenzungsränder 14 und
17 erstrecken sich quer zur Kolbenachse. Die Aussparung 18 ist ebenfalls als Eindrehung
ausgebildet; ihre Ränder 23 und 2.4 erstrecken sich daher
ebenfalls
quer zur Kolbenachse. Im Kolben 2 ist ferner noch ein in Richtung der Kolbenachse
sich erstreckender Längskanal ig vorgesehen, der an der Kolbenstirnkante in den
Pumpenarbeitsraum 2o mündet. Der Längskanal ig steht über die Querkanäle 21 und
22 mit den Aussparungen i i bzw. 12 in Verbindung.
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Die Anordnung der Mündungen 4, 7, 8 der Kanäle 3, 5, 6 in der Zylinderlauffläche
26 und der Aussparungen i 1, 12 und 18 des Kolbens 2 ist so getroffen, daß diese
Kanalmündungen bzw. Aussparungen beim Hinundhergang des Kolbens in. folgender Weise
zusammenarbeiten.
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Abb. i a zeigt die Pumpe bei der äußeren Totpunktstellung des Kolbens
z. Beim Einwärtsgang des Kolbens wird zunächst Brennstoff aus dem Pumpenarbeitsraum
2o über die Längsbohrung ig, Querbohrung 2i und Aussparung ii durch die Öffnung
4 in den Zulaufkanal 3 verdrängt. Wenn beim Einwärtsgehen des Kolbens .2 die Öffnung
4 von der Steuerkante 13 abgeschlossen ist, beginnt die Förderung über das Druckventil
io in die Leitung g. Die Förderung dauert so lange an, bis die Steuerkante 14 der
Aussparung 12 die Öffnung 4 des Zulaufkanals 3 erreicht hat (Abb. i b), so daß der
Pumpenarbeitsraum 2o über die Kolbenkanäle ig und 22 und die Aussparung 12 mit dem
Zuströmkanal 3 in Verbindung kommt. Gleichzeitig wird die Mündung 8 von dem der
Kolbenstirnkante zugekehrten Rand 23 der Aussparung 18 des Kolbens freigelegt und
hierdurch über diese Aussparung und den Kanal 5 eine Verbindung zwischen der mit
der Druckleitung g in Verbindung stehenden Höhlung 25 und dem Zulaufkanal 3 geschaffen.
Sowohl der die Druckleitung g erfüllende Brennstoff als auch der im Pumpenarbeitsraum
befindliche Brennstoff kann sich also in den Zulaufkanal entspannen. Beim weiteren
Einwärtsgang des Kolbens wird der Brennstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 2o auf dem
angegebenen Wege nach dem Zulaufkanal 3 verdrängt, bis der Kolben 2 seine innere
Totpunktstellung erreicht hat.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Abb. 2 a bis 2 c besteht die
Pumpe aus dem Pumpenkörper i und dem in diesem verschieblichen Kolben 2. Im Pumpenkörper
ist ein Zulaufkanal3 zur Zuleitung des Brennstoffes zum Pumpenarbeitsraum, ferner
ein mit dem Zulaufkanal 3 in Verbindung stehender Rücklaufkanal 16 und schließlich
die mit der Düsenleitung in Verbindung stehende Förderleitung g vorgesehen. Alle
diese Kanäle 3, 16, g münden in die Zylinderlauffläche 26 des Pumpenkörpers i (Mündungsöffnungen
4, 36, 37). Der Pumpenkolben 2 ist mit Aussparungen 11, 12, 18 versehen, die -einander
zugekehrten Ränder 13, 14 der Aussparungen ii und 12 sind als Steuerkanten ausgebildet
und arbeiten mit der Mündung 4 des Zuströmkanals 3' zusammen. Die Steuerkante 13
der Aussparung i i verläuft nach Art einer Schraubenlinie. Die Kante 15 dieser Aussparung
erstreckt sich quer zur Achse des Pumpenkolbens. Die Aussparungen 12 und 18 sind
als Eindrehungen ausgebildet. Ihre Ränder 14, 17 bzw. 23, 24 verlaufen daher ebenfalls
quer zur Kolbenachse.
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In den Kolben 2 ist ein Längskanal ig eingearbeitet, welcher an der
Kolbenstirnseite in den Pumpenarbeitsraum 2o mündet und über den Querkanal 21 mit
der Aussparung i i sowie über den OQuerkana122 mit der Ausnehmung 12 in Verbindung
steht.
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Die Anordnung der Mündungen 4, 36, 37 der Kanäle 3; 16, g in der Zylinderlauffläche
einerseits und der Aussparungen 11, 12, 18 am Kolben andererseits ist derart, daß
diese Kanalmündungen bzw. Aussparungen beim Bewegen des Kolbens in folgender Weise
zusammenarbeiten Abb. 2 a zeigt die Pumpe bei der äußeren Totpunktstellung des Kolbens
z. Beim Einwärtsgang des Kolbens wird zunächst Brennstoff aus dem Pumpenarbeitsraum
2o durch die Öffnung 36 und den Kanal 16 einerseits und über die Kanäle 19
und 21 sowie die Aussparung i i des Kolbens andererseits durch die Öffnung 4 in
den Zulaufkanal 3 verdrängt. Nach Abschluß der Mündung 36 des Kanals 16 erfolgt
die Rückförderung allein über die Kanäle 1g, 21 und die Aussparung i i des Kolbens
2. Sie dauert so lange an, bis die Öffnung 4 des Zulaufkanals 3 von der Steuerkante
13 der Aussparung ii abgeschlossen wird. Es beginnt jetzt die Förderung von Brennstoff
aus dem Pumpenarbeitsraum 2o direkt in die Förderleitung g. Diese dauert so lange
an, bis die Kolbenstirnkante die Mündung der Förderleitung g abgeschlossen hat (vgl.
Abb. 2 b). Pumpenarbeitsraum 20 und Förderleitung g haben nun keine Verbindung mehr
miteinander, da die Mündung 37 von dem am inneren Ende des Kolbens :2 befindlichen,
nicht eingetieften Teil 32 abgedeckt wird. Beim weiteren Einwärtsgang des
Kolbens wird aber unmittelbar darauf die Mündung 37 von dem der Kolbenstirnkante
38 benachbarten Rand 23 der Eindrehung 18 freigelegt (vgl. Abb. 2c). Es besteht
also jetzt eine unmittelbare Verbindung zwischen der Förderleitung g über die Aussparung
18 des Kolbens 2 nach dem Rücklaufkanal 16 hin. Gleichzeitig oder kurz vorher wird
durch die Steuerkante 14 der Aussparung 12 die Mündung 4 des Zulaufkanals 3 freigelegt,
so daß der Pumpenarbeitsraum 2o über die Kolbenkanäle ig und 22 und die Aussparung
12 mit
dem Zulaufkanal 3 in Verbindung steht. Der im Pumpenarbeitsraum
2o befindliche Brennstoff kann sich also in den Zulaufkanal 3 entspannen. Beim weiteren
Einwärtsgehen des Kolbens wird Brennstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 2o auf dem angegebenen
Wege nach dem Zulaufkanal3 hin verdrängt, bis der Kolben :z seine innere Totpunktstellung
erreicht hat.