EP0713002A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0713002A1
EP0713002A1 EP95115120A EP95115120A EP0713002A1 EP 0713002 A1 EP0713002 A1 EP 0713002A1 EP 95115120 A EP95115120 A EP 95115120A EP 95115120 A EP95115120 A EP 95115120A EP 0713002 A1 EP0713002 A1 EP 0713002A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
control
piston
pressure
pump piston
Prior art date
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Granted
Application number
EP95115120A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0713002B1 (de
Inventor
Manfred Dipl.-Ing. Kraemer
Gottfried Dipl.-Phys. Kuehne
Uwe Dipl.-Ing. Kuhn (Fh)
Jürgen Dr.-Ing. Maschinenbau Kirschner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP0713002B1 publication Critical patent/EP0713002B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/24—Varying fuel delivery in quantity or timing with constant-length-stroke pistons having variable effective portion of stroke
    • F02M59/26—Varying fuel delivery in quantity or timing with constant-length-stroke pistons having variable effective portion of stroke caused by movements of pistons relative to their cylinders
    • F02M59/265—Varying fuel delivery in quantity or timing with constant-length-stroke pistons having variable effective portion of stroke caused by movements of pistons relative to their cylinders characterised by the arrangement or form of spill port of spill contour on the piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention is based on a high-pressure fuel pump for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • a high-pressure fuel pump known from EP 0 307 947 A2 conveys fuel from a low-pressure chamber into a high-pressure collecting chamber, from which in turn discharge a large number of injection lines to the individual injection valves protruding into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied (common rail).
  • the known high-pressure pump is designed as a piston pump with a plurality of pump pistons, the pump pistons of which are each guided in a cylinder bore in a cylinder liner and are driven axially back and forth by a common cam drive.
  • the pump pistons delimit a pump working chamber which can be filled with fuel from the low-pressure chamber via a control bore in the wall of the cylinder liner and which is connected to the high-pressure collecting chamber via a pressure line.
  • the high-pressure delivery in the pump workspace begins with the pump piston completely passing over the control bore during its delivery stroke movement, as a result of which a high fuel pressure builds up in the enclosed pump workspace during the further delivery stroke of the pump piston, which pressure valve in the pressure line starts at a certain pressure controls so that the fuel under high pressure is fed into the high-pressure plenum.
  • the high-pressure delivery volume is controlled on the known high-pressure pump by means of a pressure control valve which is used in a bypass line between the pressure line and the low-pressure chamber and is designed there as a solenoid valve and which, depending on the desired delivery volume, pumps the pump work chamber at a certain point in time during the delivery stroke movement of the pump piston Closes the low-pressure chamber and thus initiates the high-pressure delivery, which continues until the top of the pump piston stroke is reached.
  • a pressure control valve which is used in a bypass line between the pressure line and the low-pressure chamber and is designed there as a solenoid valve and which, depending on the desired delivery volume, pumps the pump work chamber at a certain point in time during the delivery stroke movement of the pump piston Closes the low-pressure chamber and thus initiates the high-pressure delivery, which continues until the top of the pump piston stroke is reached.
  • the known high pressure pump has the disadvantage that the control of the delivery rate by means of a solenoid valve provided on each pump piston is relatively complex and expensive.
  • the control of the fuel that is not required at the end of the high-pressure delivery has the disadvantage that the fuel under high pressure enters the low-pressure system, influences the suction process of the individual pump pistons and can cause damage to the walls of the high-pressure pump as a result of the sharp control jet.
  • the high-pressure fuel pump according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it is possible to deliver fuel under high pressure in a structurally simple manner, in which only the currently required delivery rate is actually promoted.
  • the delivery volume that is not required is pushed out of the pump work space into the pump work space during the delivery stroke of the pump piston before the start of high-pressure delivery, this being done advantageously via the control bore that enables the inlet takes place in the wall of the cylinder liner, so that no additional opening or line must be provided, which reduces the manufacturing effort compared to the known system.
  • the control of the high-pressure delivery rate is advantageously carried out by a variable start of the high-pressure delivery at a constant end of delivery, the start and end of delivery of the high-pressure delivery being controlled by mechanical means.
  • a control recess which is permanently connected to the pump work chamber, is made in the outer surface of the pump piston, the lower edge of which, facing away from the pump work chamber, forms a control edge that controls the start of delivery of the high-pressure delivery.
  • the control edge cooperating with the control bore is arranged obliquely to the pump piston axis, so that a variable useful stroke for high-pressure delivery can be set depending on the rotational position of the pump piston.
  • the delivery end is constant at the top dead center of the pump piston, whereby an additional recess on the pump piston, which is relieved of the residual pressure of the pump work chamber and is connected to the pump work chamber and which covers the control bore in the area of the top dead center of the pump piston, can be provided.
  • Another advantage is the relatively simple adjustment of the rotational position of the pump piston by means of a control rod reached. This is particularly advantageous if a plurality of pump pistons (in-line pump design) arranged in series with one another are provided, which can then be adjusted by means of a single common control rod, wherein the individual pump piston elements can also be easily equalized by using the control sleeves on the pump pistons.
  • FIGS. 1 to 1 show a longitudinal section through the high-pressure fuel pump
  • FIGS. 2 to 6 show the upper part of the pump piston facing the pump working space with five exemplary embodiments of the shape of the control recesses on the pump piston
  • FIGS. 7 to 10 show the pump piston in different delivery stroke positions for the control bore.
  • a cylinder liner 3 is inserted into a pump housing 5, which has a cylinder bore 7 in which a pump piston 9 is guided.
  • the pump piston 9 is driven in a known manner axially back and forth by a cam drive 11 against the force of a return spring 13 and delimits one with its end face 15 facing away from the cam drive 11
  • the pump work space 17 is connected via a radially arranged control bore 19 in the wall of the cylinder liner 3 to a low-pressure space 21, which can be filled with fuel from a fuel storage tank, also not shown, via an inlet line (not shown).
  • a pressure line 25 which contains a pressure valve 23, leads off, which on the other hand opens into a high-pressure collecting chamber 27, from which a plurality of injection lines 29 corresponding to the number of injection points on the internal combustion engine to be supplied to the in FIG discharge the combustion chamber of the internal combustion engine projecting injection valves 31 (common rail system).
  • the pump piston 9 can be rotated in a known manner via a control rod 33 acted upon by an actuator, for which purpose the control rod 33 acts on a control sleeve 35 which is arranged on the pump piston 9 in a manner fixed against rotation.
  • the pump piston 9 has at its end facing the pump workspace a control recess 37 which is permanently connected to the pump workspace 17 and whose lower edge facing away from the pump workspace 17 forms a control edge 39 which, in cooperation with the control bore 19, starts the delivery of the high-pressure delivery in the pump workspace 17 controls and which is arranged obliquely to the pump piston axis, five possible design variants of the shape of the control recess 37 being shown in FIGS. 2 to 6.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the shape of the control recess 37 on the pump piston 9, which directly adjoins the end face 15 of the pump piston 9 and thus enables an unimpeded fuel flow from the pump work space 17 into the control recess 37.
  • the control edge 39 runs at an angle to the pump piston axis, the size of which depends on the size of the maximum amount of fuel to be delivered.
  • a web 43 forming a head collar is provided between the upper edge 41 of the control recess 37 facing the pump working space 17 and the end face 15 of the pump piston 9, which improves the guidance of the pump piston 9 in the cylinder bore 7 and thus counteracts a so-called "seizure" of the pump piston 9.
  • the hydraulic connection between the control recess 37 and the pump work space 17 takes place in FIG. 3 via an axial groove 45 which opens into the control recess 37 starting from the end face 15.
  • the third exemplary embodiment shown in FIG. 4 differs from the second in the design of the hydraulic connection between the pump working space 17 and the control recess 37, which is formed there by an axial blind bore 47 extending from the end face 15 of the pump piston 9, which is formed by a, in the control recess 37 opening transverse bore 49 is cut in the pump piston 9.
  • the fourth exemplary embodiment shown in FIG. 5 of the shape of the control recess 37 on the pump piston 9 essentially corresponds to the second exemplary embodiment shown in FIG. 3 and in addition to this has a second recess 51 arranged on the side facing away from the pump working space 17 below the control recess 37 , which is designed there as a rectangular pocket, alternatively a transverse groove is also possible.
  • This recess 51 is arranged on the pump piston 9 in such a way that it comes into overlap with the control bore 19 in the upper dead position of the pump piston 9, ie at the end of the conveying stroke movement, the second recess 51 in FIG. 5 being hydraulic via an extension of the axial groove 45 is connected to the control recess 37 and further to the pump work space 17.
  • the third exemplary embodiment shown in FIG. 4 is expanded analogously to FIG. 5 by the second recess 51, which was likewise introduced into the outer surface of the pump piston 9 at the top dead center position of the pump piston 9 and is connected by the axial extension of the blind bore 47 and a second transverse bore 53 opening into the second recess 51 to the pump work chamber 17 adjoining the end face 15 of the pump piston 9.
  • the recesses 37, 53 shown in FIGS. 2 to 6 can be provided in pairs, the recesses 37, 53 then being diametrically opposed and interacting with an associated control bore 19.
  • FIGS. 7 to 10 represents the position of the pump piston 9 with the control recess 37 according to FIG. 2 in different positions relative to the control bore 19 in the wall of the cylinder liner 3.
  • the pump piston 9 in FIG. 7 is in its lower dead position, in which an overflow cross section between the control bore 19 and the pump working space 17 is released along the recess 37. It is also possible to arrange the control bore 19 so that it opens into the pump working space 17 in this stroke position of the pump piston 9 directly above the end face 15 of the pump piston 9. In this piston position at the end of the downward suction stroke movement, the pump work chamber 17 is filled with fuel from the low pressure chamber 21 that is under low pressure.
  • the useful stroke of the pump piston 9 for high-pressure delivery continues up to the top dead center shown in FIG. 10, in which case the high-pressure fuel has completely flowed into the high-pressure collection chamber and the pressure valve 23 closes from a certain drop in the pressure in the pump work chamber 17, so that the end of delivery the high-pressure delivery is the same in every rotational position of the pump piston.
  • the recess 51 can be opened at the top dead center to reduce a possible residual pressure in the pump work space 17, which results in a pressure relief of the pump work space 17, which also has a favorable effect on refilling the pump work space 17.
  • the high-pressure fuel pump according to the invention can represent a variable start of delivery and a fixed end of delivery in a structurally simple manner and thus to limit the high-pressure delivery to the required amount of fuel.

Landscapes

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Abstract

Kraftstoffhochdruckpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Zylinderbohrung (7) einer Zylinderbüchse (3) axial hin- und hergehend angetriebenen Pumpenkolben (9), der mit seiner einen Stirnfläche (15) einen Pumpenarbeitsraum (17) begrenzt, der über eine in der Zylinderbüchse (3) vorgesehene Steuerbohrung (19) mit einem kraftstoffgefüllten Niederdruckraum (21) und über eine Druckleitung (25) mit einem Hochdrucksammelraum (27) verbunden ist, von dem Einspritzleitungen (29) zu den einzelnen Einspritzventilen (31) an der Brennkraftmaschine abführen. Dabei weist der Pumpenkolben (9) auf seiner Mantelfläche eine mit dem Pumpenarbeitsraum (17) verbundene, mit der Steuerbohrung (19) zusammenwirkende Steuerausnehmung (37) auf, deren untere schräg angeordnete Kante eine Steuerkante (39) bildet, die beim Überfahren über die Steuerbohrung (19) während des Förderhubs des Pumpenkolbens (9) den Förderbeginn der Hochdruckförderung steuert, wobei der Pumpenkolben (9) zur Verstellung des Förderbeginns verdrehbar ist. <IMAGE>

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht von einer Kraftstoffhochdruckpumpe für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Eine derartige aus der EP 0 307 947 A2 bekannte Kraftstoffhochdruckpumpe fördert Kraftstoff aus einem Niederdruckraum in einen Hochdrucksammelraum, von dem seinerseits eine Vielzahl von Einspritzleitungen zu den einzelnen in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen abführen (Common Rail). Dabei ist die bekannte Hochdruckpumpe als Kolbenpumpe mit mehreren Pumpenkolben ausgebildet, deren in je einer Zylinderbohrung einer Zylinderbüchse geführte Pumpenkolben von einem gemeinsamen Nockenantrieb axial hin- und hergehend angetrieben werden.
  • Die Pumpenkolben begrenzen dabei mit ihrer dem Nockenantrieb abgewandten Stirnseite einen Pumpenarbeitsraum, der über eine Steuerbohrung in der Wand der Zylinderbüchse aus dem Niederdruckraum mit Kraftstoff befüllbar ist und der über eine Druckleitung mit dem Hochdrucksammelraum verbunden ist. Die Hochdruckförderung im Pumpenarbeitsraum beginnt dabei mit dem vollständigen Überfahren der Steuerbohrung durch den Pumpenkolben während seiner Förderhubbewegung, wodurch sich im eingeschlossenen Pumpenarbeitsraum beim weiteren Förderhub des Pumpenkolbens ein Kraftstoffhochdruck aufbaut, der ab einem bestimmten Druck ein Druckventil in der Druckleitung aufsteuert, so daß der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in den Hochdrucksammelraum gefördert wird. Die Steuerung der Hochdruckfördermenge erfolgt dabei an der bekannten Hochdruckpumpe mittels eines, in eine Bypassleitung zwischen Druckleitung und Niederdruckraum eingesetzten Drucksteuerventils, das dort als Magnetventil ausgeführt ist und das in Abhängigkeit von der gewünschten Fördermenge den Pumpenarbeitsraum zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Förderhubbewegung des Pumpenkolbens gegenüber dem Niederdruckraum verschließt und so die Hochdruckförderung einleitet, die sich bis zum Erreichen des oberen Totpunktes der Pumpenkolbenhubbewegung fortsetzt.
  • Dabei weist die bekannte Hochdruckpumpe jedoch den Nachteil auf, daß die Steuerung der Fördermenge mittels eines an jedem Pumpenkolben vorgesehenen Magnetventils relativ aufwendig und teuer ist. Zudem hat die Absteuerung des nicht benötigten Kraftstoffes am Ende der Hochdruckförderung den Nachteil, daß der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in das Niederdrucksystem gelangt, dort den Ansaugvorgang der einzelnen Pumpenkolben beeinflußt und infolge des scharfen Absteuerstrahls Beschädigungen an den Wänden der Hochdruckpumpe verursachen kann.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß in konstruktiv einfacher Weise eine Förderung von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff möglich ist, bei der nur die derzeitig benötigte Fördermenge tatsächlich gefördert wird. Die nicht benötigte Fördermenge wird dabei während des Förderhubs des Pumpenkolbens vor Beginn der Hochdruckförderung mit dem Druck des Niederdruckraums aus dem Pumpenarbeitsraum in diesen ausgeschoben, wobei dies in vorteilhafter Weise über die den Zulauf ermöglichende Steuerbohrung in der Wand der Zylinderbüchse erfolgt, so daß keine zusätzliche Öffnung, bzw. Leitung vorgesehen werden muß, was den Fertigungsaufwand gegenüber dem bekannten System verringert.
  • Die Steuerung der Hochdruckfördermenge wird dabei in vorteilhafter Weise durch einen variablen Beginn der Hochdruckförderung bei konstantem Förderende vorgenommen, wobei Förderbeginn und -ende der Hochdruckförderung mit mechanischen Mitteln gesteuert werden. Dazu ist eine ständig mit dem Pumpenarbeitsraum verbundene Steuerausnehmung in die Mantelfläche des Pumpenkolbens eingebracht, deren untere, pumpenarbeitsraumabgewandte Kante eine den Förderbeginn der Hochdruckförderung steuernde Steuerkante bildet. Die mit der Steuerbohrung zusammenwirkende Steuerkante ist dabei schräg zur Pumpenkolbenachse angeordnet, so daß sich in Abhängigkeit von der Drehlage des Pumpenkolbens ein variabler Nutzhub zur Hochdruckförderung einstellen läßt.
  • Durch das Abströmen von lediglich unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum sind zudem Rückschlagventile bzw. Saugdrosseln in der Absaugleitung von einem Vorratstank zur Hochdruckpumpe unnötig, so daß nahezu keine Verlustleistung in diesen auftritt, was den Wirkungsgrad des gesamten Systems erhöht.
  • Das Förderende liegt konstant im oberen Totpunkt des Pumpenkolbens, wobei ggf. eine den Pumpenarbeitsraum von seinem Restdruck entlastene zusätzliche, mit dem Pumpenarbeitsraum verbundene Ausnehmung am Pumpenkolben vorsehbar ist, die im Bereich des oberen Totpunktes des Pumpenkolbens die Steuerbohrung überdeckt.
  • Dabei ist es für eine symmetrische Druckverteilung am Pumpenkolben alternativ auch möglich mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Steuerausnehmungen vorzusehen, die jeweils mit einer zugeordneten Steuerbohrung zusammenwirken.
  • Ein weiterer Vorteil wird durch die relativ einfache Verstellung der Verdrehlage des Pumpenkolbens mittels einer Regelstange erreicht. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn mehrere in Reihe zueinander angeordnete Pumpenkolben (Reihenpumpenbauweise) vorgesehen sind, die dann mittels einer einzigen gemeinsamen Regelstange verstellbar sind, wobei hier zudem durch die Verwendung der Regelhülsen an den Pumpenkolben eine einfache Mengengleichstellung der einzelnen Pumpenkolbenelemente möglich ist.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnung
  • Fünf Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
  • Es zeigen die Figur 1 einen Längsschnitt durch die Kraftstoffhochdruckpumpe, die Figuren 2 bis 6 den oberen, pumpenarbeitsraumzugewandten Teil des Pumpenkolbens mit fünf Ausführungsbeispielen der Form der Steuerausnehmungen am Pumpenkolben und die Figuren 7 bis 10 den Pumpenkolben in verschiedenen Förderhubstellungen zur Steuerbohrung.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Bei der in der Figur 1 dargestellten, auf die Beschreibung der erfindungswesentlichen Bauteile beschränkten Kraftstoffhochdruckpumpe 1 für Brennkraftmaschinen ist eine Zylinderbüchse 3 in ein Pumpengehäuse 5 eingesetzt, die eine Zylinderbohrung 7 aufweist, in der ein Pumpenkolben 9 geführt ist. Der Pumpenkolben 9 wird dabei in bekannter Weise von einem Nockenantrieb 11 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 13 axial hin- und hergehend angetrieben und begrenzt mit seiner dem Nockenantrieb 11 abgewandten Stirnfläche 15 einen Pumpenarbeitsraum 17 in der Zylinderbüchse 3. Der Pumpenarbeitsraum 17 ist über eine radial angeordnete Steuerbohrung 19 in der Wand der Zylinderbüchse 3 mit einem Niederdruckraum 21 verbunden, der über eine nicht näher dargestellte Zulaufleitung mit Kraftstoff aus einem ebenfalls nicht gezeigten Kraftstoffvorratstank befüllbar ist. Zudem führt vom oberen, dem Pumpenkolben 9 abgewandten Ende des Pumpenarbeitsraumes 17 eine, ein Druckventil 23 enthaltene Druckleitung 25 ab, die andererseits in einen Hochdrucksammelraum 27 mündet, von dem mehrere, der Anzahl der Einspritzstellen an der zu versorgenden Brennkraftmaschine entsprechende Einspritzleitungen 29 zu den in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen 31 abführen(Common Rail System).
  • Der Pumpenkolben 9 ist in bekannter Weise über eine, von einem Stellglied beaufschlagte Regelstange 33 verdrehbar, wozu die Regelstange 33 an einer verdrehfest auf dem Pumpenkolben 9 angeordneten Regelhülse 35 angreift.
  • Zur Steuerung der Hochdruckförderung weist der Pumpenkolben 9 an seinem pumpenarbeitsraumzugewandten Ende eine ständig mit dem Pumpenarbeitsraum 17 verbundene Steuerausnehmung 37 auf, deren untere, dem Pumpenarbeitsraum 17 abgewandte Kante eine Steuerkante 39 bildet, die im Zusammenwirken mit der Steuerbohrung 19 den Förderbeginn der Hochdruckförderung im Pumpenarbeitsraum 17 steuert und die schräg zur Pumpenkolbenachse angeordnet ist, wobei fünf mögliche Ausführungsvarianten der Form der Steuerausnehmung 37 in den Figuren 2 bis 6 dargestellt sind.
  • Die Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Form der Steuerausnehmung 37 am Pumpenkolben 9, die sich dabei direkt an die Stirnfläche 15 des Pumpenkolbens 9 anschließt und so einen ungehinderten Kraftstoffdurchfluß vom Pumpenarbeitsraum 17 in die Steuerausnehmung 37 ermöglicht. Die Steuerkante 39 verläuft in einem Winkel zur Pumpenkolbenachse, dessen Größe von der Größe der maximal zu fördernden Kraftstoffmenge abhängig ist.
  • Bei dem in der Figur 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist zwischen der oberen, dem Pumpenarbeitsraum 17 zugewandten Kante 41 der Steuerausnehmung 37 und der Stirnfläche 15 des Pumpenkolbens 9 ein, einen Kopfbund bildender Steg 43 vorgesehen, der die Führung des Pumpenkolbens 9 in der Zylinderbohrung 7 verbessert und somit einem sogenannten "Fressen" des Pumpenkolbens 9 entgegenwirkt. Die hydraulische Verbindung zwischen der Steuerausnehmung 37 und dem Pumpenarbeitsraum 17 erfolgt dabei in der Figur 3 über eine Axialnut 45, die von der Stirnfläche 15 ausgehend in die Steuerausnehmung 37 mündet.
  • Das in der Figur 4 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum zweiten in der Ausgestaltung der hydraulischen Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum 17 und der Steuerausnehmung 37, die dort durch eine von der Stirnfläche 15 des Pumpenkolbens 9 ausgehende axiale Sackbohrung 47 gebildet wird, die von einer, in die Steuerausnehmung 37 mündenden Querbohrung 49 im Pumpenkolben 9 geschnitten wird.
  • Das in der Figur 5 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel der Form der Steuerausnehmung 37 am Pumpenkolben 9 entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel und weist zusätzlich zu diesem eine zweite, auf der dem Pumpenarbeitsraum 17 abgewandten Seite unterhalb der Steuerausnehmung 37 angeordnete Ausnehmung 51 auf, die dort als rechteckige Tasche ausgebildet ist, wobei alternativ auch eine Quernut möglich ist. Diese Ausnehmung 51 ist dabei so am Pumpenkolben 9 angeordnet, daß sie in der oberen Totlage des Pumpenkolbens 9, d.h. am Ende der Förderhubbewegung in Überdeckung mit der Steuerbohrung 19 gelangt, wobei die zweite Ausnehmung 51 in der Figur 5 über eine Verlängerung der Axialnut 45 hydraulisch mit der Steuerausnehmung 37 und weiter mit dem Pumpenarbeitsraum 17 verbunden ist.
  • Bei dem in der Figur 6 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel ist das in der Figur 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel analog zur Figur 5 um die zweite Ausnehmung 51 erweitert, die ebenfalls in Höhe der Überdeckung mit der Steuerbohrung 19 bei oberer Totpunktlage des Pumpenkolbens 9 in dessen Mantelfläche eingebracht wurde und die durch die axiale Verlängerung der Sackbohrung 47 und eine zweite in die zweite Ausnehmung 51 mündende Querbohrung 53 mit dem sich an die Stirnfläche 15 des Pumpenkolbens 9 anschließenden Pumpenarbeitsraum 17 verbunden ist.
  • Dabei können die in den Figuren 2 bis 6 dargestellten Ausnehmungen 37, 53 paarweise vorgesehen werden, wobei sich die Ausnehmungen 37, 53 dann jeweils diametral gegenüberliegen und mit je einer zugeordneten Steuerbohrung 19 zusammenwirken.
  • Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 1 soll im Folgenden anhand der Figuren 7 bis 10 erläutert werden, die die Stellung des Pumpenkolbens 9 mit der Steuerausnehmung 37 gemäß Figur 2 in verschiedenen Lagen zur Steuerbohrung 19 in der Wand der Zylinderbüchse 3 darstellt.
  • Dabei befindet sich der Pumpenkolben 9 in der Figur 7 in seiner unteren Totlage, in der ein Überströmquerschnitt zwischen der Steuerbohrung 19 und dem Pumpenarbeitsraum 17 entlang der Ausnehmung 37 freigegeben ist. Es ist dabei auch möglich, die Steuerbohrung 19 so anzuordnen, daß sie in dieser Hublage des Pumpenkolbens 9 direkt oberhalb der Stirnfläche 15 des Pumpenkolbens 9 in den Pumpenarbeitsraum 17 mündet. In dieser Kolbenlage am Ende der abwärts gerichteten Saughubbewegung erfolgt das Befüllen des Pumpenarbeitsraumes 17 mit unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff aus dem Niederdruckraum 21.
  • Nach Durchfahren der unteren Totpunktlage wird der Pumpenkolben 9 vom Nockenantrieb 11 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 13 in Richtung oberer Totpunkt bewegt, wobei bei dieser Förderhubbewegung des Pumpenkolbens 9 das Volumen im Pumpenarbeitsraum 17 stetig verringert wird. Dabei wird die nicht zur Hochdruckförderung benötigte Kraftstoffmenge zunächst mit dem niedrigen Druck aus dem Pumpenarbeitsraum 17 über die Steuerbohrung 19 in den Niederdruckraum 21 ausgeschoben. Diese Leerhubbewegung erfolgt dabei bis zum in der Figur 8 dargestellten vollständigen Überfahren der Steuerkante 39 über die Steuerbohrung 19. Ab diesem Zeitpunkt, der über die Verdrehlage des Pumpenkolbens 9 einstellbar ist, beginnt die Hochdruckförderung im nunmehr eingeschlossenen Pumpenarbeitsraum, dessen Volumen sich während der Förderhubbewegung des Pumpenkolbens, Figur 9, weiter verringert, was in bekannter Weise einen Druckanstieg des Kraftstoffes im Pumpenarbeitsraum 17 zur Folge hat. Mit Erreichen eines bestimmten Grenzdruckes wird das Druckventil 23 geöffnet und der unter hohem Druck stehende Kraftstoff strömt über die Druckleitung 25 in den Hochdrucksammelraum 27, aus dem er über die Einspritzleitungen 29 den Einspritzventilen 31 zugeführt wird, deren Öffnungszeitpunkte über Magnetventile an den Einspritzventilen 31 steuerbar sind.
  • Der Nutzhub des Pumpenkolbens 9 zur Hochdruckförderung setzt sich dabei bis zum in der Figur 10 dargestellten oberen Totpunkt fort, wobei dann der Kraftstoffhochdruck vollständig in den Hochdrucksammelraum abgeströmt ist und das Druckventil 23 ab einem bestimmten Abfall des Druckes im Pumpenarbeitsraum 17 schließt, so daß das Förderende der Hochdruckförderung in jeder Verdrehlage des Pumpenkolbens gleich ist.
  • Dabei kann im oberen Totpunkt zum Abbau eines möglichen Restdruckes im Pumpenarbeitsraum 17 die Ausnehmung 51 aufgesteuert werden, was eine Druckentlastung des Pumpenarbeitsraumes 17 zur Folge hat, die sich auch günstig auf eine erneute Befüllung des Pumpenarbeitsraumes 17 auswirkt.
  • An den oberen Totpunkt der Hubbewegung des Pumpenkolbens 9 schließt sich in bekannter Weise der Saughub an, in dessen Verlauf die Steuerausnehmung 37 die Steuerbohrung 19 erneut aufsteuert und so wieder Kraftstoff aus dem Niederdruckraum 21 in den Pumpenarbeitsraum 17 strömen kann.
  • Es ist dabei vorteilhaft mehrer Pumpenkolben 9 vorzusehen, die dann wie bei Kraftstoffeinspritzpumpen der Reihenpumpenbauart in Reihe zueinander angeordnet sind.
  • Es ist somit mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe in konstruktiv einfacher Weise möglich einen variablen Förderbeginn und ein festes Förderende darzustellen und so die Hochdruckförderung auf die benötigte Kraftstoffmenge zu begrenzen.

Claims (7)

  1. Kraftstoffhochdruckpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Zylinderbohrung (7) einer Zylinderbüchse (3) axial hin- und hergehend angetriebenen Pumpenkolben (9), der mit seiner einen Stirnfläche (15) einen Pumpenarbeitsraum (17) begrenzt, der über eine in der Zylinderbüchse (3) vorgesehene Steuerbohrung (19) mit einem kraftstoffgefüllten Niederdruckraum (21) und über eine Druckleitung (25) mit einem Hochdrucksammelraum (27) verbunden ist, von dem Einspritzleitungen (29) zu den einzelnen Einspritzventilen (31) an der Brennkraftmaschine abführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (9) in seiner Mantelfläche eine ständig mit dem Pumpenarbeitsraum (17) verbundene, mit der Steuerbohrung (19) zusammenwirkende Steuerausnehmung (37) aufweist, deren untere, dem Pumpenarbeitsraum (17) abgewandte Kante eine, den Förderbeginn der Hochdruckförderung steuernde Steuerkante (39) bildet, wobei die Steuerkante (39) dabei schräg zur Pumpenkolbenachse angeordnet und der Pumpenkolben (9) zur Verstellung des Förderbeginns der Hochdruckförderung verdrehbar geführt ist.
  2. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen, dem Pumpenarbeitsraum (17) zugewandten Ende der Steuerausnehmung (37) und der, den Pumpenarbeitsraum (17) begrenzenden Stirnfläche (15) des Pumpenkolbens (9) ein Ringsteg (43) an der Mantelfläche des Pumpenkolbens (9) vorgesehen ist.
  3. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des dem Pumpenarbeitsraum (17) abgewandten Endes der Steuerausnehmung (37) eine weitere ständig mit dem Pumpenarbeitsraum (17) verbundene Ausnehmung (51) in der Mantelfläche des Pumpenkolbens (9) vorgesehen ist, die im Bereich des oberen Totpunktes des Pumpenkolbens (9) während dessen Förderhubbewegung in Überdeckung mit der Steuerbohrung (19) in der Zylinderbüchse 3 gelangt.
  4. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (37, 51) im Pumpenkolben (9) mittels einer Axialnut (45) im Pumpenkolben (9) mit dem Pumpenarbeitsraum (17) verbunden sind.
  5. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (37, 51) im Pumpenkolben (9) mittels einer von der Stirnfläche (15) ausgehenden axialen Sackbohrung (47) und in die Ausnehmungen (37, 51) mündenden, die Sackbohrung (47) schneidenden Querbohrungen (49, 53) im Pumpenkolben (9) mit dem Pumpenarbeitsraum (17) verbunden sind.
  6. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander diametral gegenüberliegende Steuerausnehmungen (37) am Pumpenkolben (9) vorgesehen sind, die mit zwei einander gegenüberliegenden Steuerbohrungen (19) in der Zylinderbüchse (3) zusammenwirken.
  7. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Drehlage des Pumpenkolbens (9) über eine, an einer am Pumpenkolben (9) befestigte Regelhülse (35) angreifende Regelstange (33) erfolgt.
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