EP0757173A2 - Kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

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Publication number
EP0757173A2
EP0757173A2 EP96111819A EP96111819A EP0757173A2 EP 0757173 A2 EP0757173 A2 EP 0757173A2 EP 96111819 A EP96111819 A EP 96111819A EP 96111819 A EP96111819 A EP 96111819A EP 0757173 A2 EP0757173 A2 EP 0757173A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
chamber
pump piston
annular
injection system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP96111819A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0757173A3 (de
Inventor
Erhard Hilliger
Frank Prautzsch
Peter Teichert
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.)
WOODWARD GOVERNOR GERMANY GmbH
Original Assignee
WOODWARD GOVERNOR GERMANY GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WOODWARD GOVERNOR GERMANY GmbH filed Critical WOODWARD GOVERNOR GERMANY GmbH
Publication of EP0757173A2 publication Critical patent/EP0757173A2/de
Publication of EP0757173A3 publication Critical patent/EP0757173A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/442—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston means preventing fuel leakage around pump plunger, e.g. fluid barriers
    • 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
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/06—Pumps peculiar thereto

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection system for internal combustion engines, in particular diesel engines.
  • fuel injection systems for internal combustion engines consist of an injection pump with a pump housing, a pump cylinder and a pump piston.
  • the pump piston is axially and rotatably guided and is driven either directly via the engine camshaft or via a roller tappet.
  • the pump piston When the pump piston is in the bottom dead center position, there is a pump working chamber above the pump piston, which is connected to a fuel chamber in the pump cylinder via bores and is filled with fuel.
  • the fuel is compressed and pressed into the combustion chamber of the engine under high pressure via an injection pressure line and an injection valve with an injection nozzle.
  • a spring chamber is arranged above the camshaft chamber in the injection pump, the piston spring ensuring that the pump piston or the roller of the roller tappet is in constant contact with the injection cam of the camshaft.
  • a lubricating oil chamber is also provided in the pump cylinder, which is connected to corresponding inlet and outlet lines in order to lubricate the pump piston.
  • a leakage return is arranged between the pump element and the suction chamber of the injection pump and a groove is provided in the lower part of the pump cylinder, which groove is supplied with lubricating oil from the lubricating oil circuit of the engine.
  • Variants are also known which have a further groove in the pump cylinder which is arranged between the upper leakage groove and the lubricating oil groove in order to discharge leaked fuel and partial quantities of the sealing oil to the outside against atmospheric pressure.
  • the disadvantage of the known locking systems is that they operate unreliably in injection pumps with high injection pressures. As a result of the effort to reduce fuel consumption even further, the engine's auxiliary systems, such as the oil pumps, are also changed in their performance. These changes lower the lubricating oil pressure.
  • injection systems with a pre-injection by arranging a second injection valve with an injection nozzle.
  • the fuel under pressure is supplied either via an additional injection pump or through complex design changes when using an injection pump
  • the invention had for its object to provide a fuel injection system for internal combustion engines, in particular diesel engines, in which the disadvantages of the known systems are eliminated, which is characterized by a simple construction, ensures the use of high injection pressures and is variable in its functional performance is.
  • the object is achieved in that one or more annular chambers arranged one behind the other are formed between the pump piston and the pump cylinder in the upward direction of movement of the pump piston, each by reducing the pump piston diameter and increasing the inside diameter of the pump cylinder, the inside diameter of the pump cylinder in the area of the respective annular chamber and the outer diameter, at least of the upper section, of the pump piston section located below the annular chamber are almost identical, taking into account the required running play between the pump piston and the pump cylinder.
  • each annular chamber there is an inlet hole in the lower area and an outlet hole for lubricating oil or fuel in the upper area, the cross-sectional area of the outlet hole being smaller than the cross-sectional area of the respective smallest annular gap of the respective annular chamber.
  • the inlet bore of each annular chamber is open and during the upward movement of the pump piston, the inlet bore can be closed, pressure being built up in the individual annular chambers.
  • the height of each annular chamber is greater than the maximum stroke of the pump piston.
  • the injection pump can optionally be designed with one, two or three annular chambers in order to perform the various functions, prevention of fuel leaks and / or increasing the nozzle opening pressure in the injection valve and / or a pre-injection.
  • An injection system that works at very high pressures and is intended to ensure a pre-injection will preferably be designed with three ring chambers in the injection pump.
  • the injection system can optionally be equipped with one or more of the functions mentioned.
  • the annular gap width of the annular chambers can be varied.
  • annular grooves are arranged in the pump piston depending on the number of annular chambers, each annular chamber being assigned an annular groove which has the function of an oil or fuel collecting groove. In the bottom dead center position of the pump piston, this groove is at the same height as the inlet bore for the respective annular chamber.
  • the pump piston is designed as a step piston and the annular groove is at the beginning of a new step.
  • the Pump pistons can also have one or more sections which are equipped with a control edge.
  • the annular chamber which is provided to prevent fuel leaks on the pump piston, is connected via the inlet bore to the lubricating oil circuit of the engine via a connection to the injection pump and suitable recesses in the pump cylinder.
  • the lubricant can be supplied and removed in a closed circuit.
  • the lubricant can also be discharged into an assembly located outside the injection pump or can be discharged into the spring chamber of the injection pump for lubrication, it being possible to interpose a valve arranged in the pump cylinder.
  • a valve arranged in the pump cylinder.
  • an oil collection groove can also be incorporated.
  • one of the annular chambers is connected to the fuel chamber of the injection pump via the inlet bore and lockable channels or lines.
  • the drain hole of this annular chamber is connected to the spring chamber of the injection valve via channels or lines.
  • the pressure to be applied by the springs of the injection valve is simultaneously supported by an additional pressure, so that the opening pressure of the injection valve can be increased and the injection system can thus be operated at higher pressures.
  • this pressure is reduced again after the end of the injection, in accordance with the speed reduction of the pump piston.
  • one of the annular chambers is connected to the fuel chamber of the injection pump via the inlet bore and lockable channels or lines.
  • the drain hole of the annular chamber is connected via a channel and a pressure line to a second injection valve with an injection nozzle for a pre-injection. This enables two injections to be carried out via separate valves with just one injection pump. The necessary changes to the injection nozzle require little effort.
  • the injection system according to the invention is shown in FIG. It consists of the modules injection pump 1, injection valve 2 with injection nozzle 3 and an injection valve 4 with pre-injection nozzle 5.
  • the injection pump 1 consists of a pump housing 6 in which a pump cylinder 7 is arranged.
  • the pump cylinder 7 has an axial bore in which the pump piston 8 is guided so that it can move axially and rotatably.
  • the fuel is fed into the fuel chamber 11 via pipelines which are connected to a fuel reservoir, which is not shown in detail.
  • the pump piston 8 is provided in its upper region 12 with a helical control edge 13 for realizing different useful strokes.
  • a helical groove 14 and a vertically extending groove 15 are incorporated, via which a connection between the pump working chamber 9 and the fuel chamber 11 can be established via the inlet bores 10 after the injection has taken place.
  • a spring-loaded pressure valve 16 which is connected to the injection valve 2 via a bore 18 arranged in the valve carrier 17 and an injection pressure line 19.
  • three annular chambers 20, 21, 22 are arranged one behind the other in the upward movement direction of the pump piston 8.
  • the annular chambers 20, 21, 22 are between the pump piston 8 and the pump cylinder 7 in each case by a reduction in the pump piston diameter and a Enlargement of the inner diameter of the pump cylinder 7 is formed. Between the lower region 23 of the pump piston with the diameter d 1 and the upper region 12 of the pump piston with the diameter d 5 , the pump piston 8 has three stages of different diameters d 2 , d 3 , d 4 .
  • the design of the annular chambers 20, 21, 22 is shown enlarged in FIG. 2, the pump piston in FIGS. 1 and 2 each being in the bottom dead center position.
  • the inner contour of the pump cylinder 7 is analogously stepped.
  • step-shaped pump piston 8 The coordination between the step-shaped pump piston 8 and the step-shaped pump cylinder 7 is such that when the pump piston 8 moves upward from the bottom dead center position - the area of the pump piston located immediately below each annular chamber 20, 21, 22 has the same outside diameter as the inside diameter of the relevant annular chamber taking into account the required running play - the volume of the individual annular chambers 20, 21, 22 is reduced.
  • an inlet bore 24, 25, 26 is arranged in the lower region and an outlet bore 27, 28, 29 in the upper region.
  • each annular chamber 20, 21, 22 has a smaller cross-sectional area than the cross-sectional area of the respective smallest annular gap of the respective annular chamber 20, 21, 22 in order to generate the required pressure of the medium during the upward movement of the pump piston 8 .
  • the height of each of the annular chambers 20, 21, 22 is greater than the maximum stroke of the pump piston 8.
  • Each of the annular chambers is intended for a different purpose within the injection system.
  • the lower annular chamber 20 is connected to the lubricating oil circuit of the engine via the inlet bore 24 and the channel 30 in the pump cylinder 7.
  • the drain hole 27 in this annular chamber 20 can be connected to the channel 30 via a shut-off valve 32.
  • the shut-off valve 32 is closed and the annular chamber 20 is filled with lubricating oil.
  • the annular chamber 20 filled with lubricating oil prevents fuel leaks from occurring at the pump element during the operation of the injection system. The corresponding mode of operation of this fuel leakage barrier will be discussed separately.
  • the middle annular chamber 21 is connected to the fuel chamber 11 in the pump housing 6 via the inlet bore 25 and a channel 33 via a shut-off valve 34.
  • the drain hole 28 of this annular chamber 21 is connected to the spring chamber 36 of the injection valve 2 via a line or a channel 35. This makes it possible to increase the nozzle opening pressure of the injection valve 2, which is otherwise only applied via the compression spring system.
  • the bottom dead center position of the Pump piston 8 located in the area of the annular chamber 21 is provided with a control edge 37, via which the pressure for a pre-injection in the engine is controlled during the upward movement of the pump piston 8.
  • the upper annular chamber 22 is provided for realizing a pre-injection, which according to the invention takes place without an additional pump, that is to say exclusively via the injection pump 1.
  • the inlet bore 26 is connected to the fuel chamber 11 in the pump housing 6 via a channel 38 and a valve 39.
  • the drain hole 29 is connected via a channel 40 and a channel or a line 41 to the injection valve 4 for the pre-injection.
  • the piston / cylinder unit of the injection pump 1 can optionally be equipped with one, two or three annular chambers.
  • the injection pump 1 shown in FIGS. 3 to 7 only one annular chamber 20 is arranged in order to prevent fuel leaks on the pump element.
  • the construction of the injection pump 1 shown in FIG. 3 essentially corresponds to the injection pump 1 shown in FIG. 1, so that reference will now be made only to a few components of the injection pump that have not yet been explained in detail.
  • a spring chamber 42 in which a pump spring 43 is arranged, which ensures that the roller 44 of the roller plunger 45 attached to the pump piston 8 is in constant contact with the injection cam, not shown, of the camshaft.
  • the pump piston 8 is rotated relative to the pump cylinder 7. The rotational movement is transmitted via a regulating sleeve 46, which is actuated via a regulating shaft of the motor and a regulating rod.
  • the operation of the annular chamber 20 in its function as a leakage fuel barrier is explained below.
  • the inlet bore 24 in the annular chamber 20 is opened, the shut-off valve 32 in the channel 31 being closed, and the annular chamber 20 is filled with lubricating oil.
  • the inlet bore 24 is closed and in the annular chamber 20 there is an increase in pressure of the lubricating oil due to the reduction in the annular chamber volume and the fact that the cross-sectional area of the outlet bore 24 is smaller than the cross-sectional area of the annular gap in the annular chamber 20.
  • the shut-off valve 32 is opened at the same time.
  • the lubricating oil can be discharged via a channel 47 to an assembly located outside the injection pump (FIG. 4).
  • the lubricating oil can also be passed via a channel 48 directly into the spring chamber 42 of the injection pump (FIG. 5).
  • the lubricating oil can be discharged into the spring chamber 42 via a valve 49, which is arranged in the pump cylinder 7 (FIG. 6).
  • FIG. 8 shows an embodiment variant in which the lower part of the pump piston 8, which lies in the bottom dead center position of the pump piston 8 below the inlet bore 24 of the annular chamber 20, is provided with a control edge 52 in order to enable pressure to be built up as a function of the load.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren. Ausgehend von den Nachteilen der bekannten Lösungen soll ein Einspritzsystem geschaffen werden, das sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet, die Anwendung hoher Einspritzdrücke gewährleistet und in seiner funktionalen Leistungsfähigkeit variabel ausgebildet ist. Es wird vorgeschlagen, daß zwischen dem Pumpenkolben (8) und dem Pumpenzylinder (7) in Aufwärtsbewegungsrichtung des Pumpenkolbens eine oder mehrere, hintereinander angeordnete Ringkammern (20, 21, 22) gebildet sind, jeweils durch eine Verringerung des Pumpenkolbendurchmessers und eine Vergrößerung des Innendurchmessers des Pumpenzylinders (7), wobei der Innendurchmesser des Pumpenzylinders (7) im Bereich der betreffenden Ringkammer (20, 21, 22) und der Außendurchmesser, zumindest des oberen Teilstückes, des sich unterhalb der jeweiligen Ringkammer befindlichen Pumpenkolbenabschnittes nahezu identisch sind, unter Berücksichtigung des erforderlichen Laufspiels zwischen Pumpenkolben (8) und Pumpenzylinder (7). Je nach Auslegung des Einspritzsystems kann die Einspritzpumpe wahlweise mit einer, zwei oder drei Ringkammern ausgebildet sein, um die verschiedenen Funktionen, Verhinderung von Kraftstoffleckagen und/oder Erhöhung des Düsenöffnungsdruckes im Einspritzventil und/oder Voreinspritzung zu erfüllen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren.
  • In der Praxis sind Kraftstoffeinspritzsysteme für Verbrennungsmotoren bekannt, die aus einer Einspritzpumpe mit einem Pumpengehäuse, einem Pumpenzylinder und einem Pumpenkolben bestehen. Der Pumpenkolben ist axial- und drehbeweglich geführt und wird entweder direkt über die Nockenwelle des Motors oder einen Rollenstößel angetrieben. Wenn sich der Pumpenkolben in unterer Totpunktlage befindet, so ist oberhalb des Pumpenkolbens ein Pumpenarbeitsraum, der über Bohrungen mit einem Kraftstoffraum im Pumpenzylinder verbunden ist und mit Kraftstoff gefüllt ist.
    Während der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens wird der Kraftstoff verdichtet und unter hohem Druck über eine Einspritzdruckleitung und ein Einspritzventil mit Einspritzdüse in den Verbrennungsraum des Motors gedrückt. Oberhalb des Nockenwellenraumes ist in der Einspritzpumpe ein Federnraum angeordnet, wobei die Kolbenfeder dafür sorgt, daß der Pumpenkolben oder die Rolle des Rollenstößels ständig in Berührungskontakt mit dem Einspritznocken der Nockenwelle steht. Außerdem ist im Pumpenzylinder noch eine Schmierölkammer vorgesehen, die mit entsprechenden Zu- und Ablaufleitungen verbunden ist, um den Pumpenkolben zu schmieren.
    Diese aus der Praxis bekannten Einspritzsysteme haben verschiedene Nachteile.
    Das Einspritzventil ist eine hydraulisch gesteuerte Ventileinheit, bestehend aus Düsenhalter und Einspritzdüse. Die Düsenbohrung der Einspritzdüse wird durch die Düsennadel über einen federbelasteten Druckbolzen geschlossen, wobei im Düsenhalter ein Federnraum angeordnet ist. Ein wesentlicher Parameter für die Funktion des Einspritzsystems ist der Düsenöffnungsdruck. Bei hohen Einspritzdrücken ist auch ein entsprechend hoher Düsenöffnungsdruck erforderlich, der jedoch nicht in ausreichendem Maße von dem Druckfedernsystem aufgebracht werden kann.
    Ein weiteres Problem besteht darin, daS an den Einspritzelementen der Einspritzpumpe trotz sehr kleiner Laufspiele Kraftstoffleckagen auftreten, die dazu führen, daß Kraftstoff über den Federnraum der Einspritzpumpe in den Nockenwellenraum gelangen kann. Bei Motoren mit Einzelaufsatzpumpen gelangt somit z.B. Kraftstoff direkt in den Motorölkreislauf und führt insbesondere bei Verwendung von Schweröl als Kraftstoff zu einer Verschmutzung des Schmieröls. Eine Verschmutzung des Schmieröls des Motors kann erhebliche nachteilige Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit der schmierölbeaufschlagten Bauteile haben. In der Praxis wurden bereits Sperrsysteme zur Reduzierung der Kraftstoffleckagemenge entwickelt. Eines dieser Systeme besteht darin, daß zwischen dem Pumpenelement und dem Saugraum der Einspritzpumpe ein Leckagerücklauf angeordnet ist und im unteren Teil des Pumpenzylinders eine Nut vorgesehen ist, die mit Schmieröl aus dem Schmierölkreislauf des Motors versorgt wird.
    Es sind noch Varianten bekannt, die im Pumpenzylinder eine weitere Nut aufweisen, die zwischen der oberen Leckagenut und der Schmierölnut angeordnet ist, um Leckkraftstoff und Teilmengen des Sperröls gegen den Atmosphärendruck nach außen abzuführen.
    Der Nachteil der bekannten Sperrsysteme besteht darin, daß diese bei Einspritzpumpen mit hohen Einspritzdrücken unzuverlässig arbeiten. Bedingt durch das Bestreben, den Kraftstoffverbrauch immer weiter zu senken, werden auch die Hilfssysteme des Motors, wie z.B. die Ölpumpen in ihrer Leistung verändert. Diese Veränderungen bewirken eine Absenkung des Schmieröldruckes. Bei einem zu geringen Schmieröldruck sind die bekannten Sperrsysteme nicht mehr voll funktionsfähig.
    Außerdem gibt es Einspritzsysteme mit einer Voreinspritzung durch Anordnung eines zweiten Einspritzventils mit Einspritzdüse. Die Zuführung des unter Druck stehenden Kraftstoffes erfolgt entweder über eine zusätzliche Einspritzpumpe oder durch aufwendige konstruktive Veränderungen bei Anwendung einer Einspritzpumpe
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile der bekannten Systeme beseitigt sind, das sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet, die Anwendung hoher Einspritzdrücke gewährleistet und in seiner funktionalen Leistungsfähigkeit variabel ausgebildet ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpenzylinder in Aufwärtsbewegungsrichtung des Pumpenkolbens eine oder mehrere, hintereinander angeordnete Ringkammern gebildet sind, jeweils durch eine Verringerung des Pumpenkolbendurchmessers und eine Vergrößerung des Innendurchmessers des Pumpenzylinders, wobei der Innendurchmesser des Pumpenzylinders im Bereich der betreffenden Ringkammer und der Außendurchmesser, zumindest des oberen Teilstückes, des sich unterhalb der Ringkammer befindlichen Pumpenkolbenabschnittes nahezu identisch sind, unter Berücksichtigung des erforderlichen Laufspiels zwischen Pumpenkolben und Pumpenzylinder. In jeder Ringkammer sind im unteren Bereich eine Zulaufbohrung und im oberen Bereich ein Ablaufbohrung für Schmieröl oder Kraftstoff angeordnet, wobei die Querschnittsfläche der Ablaufbohrung kleiner ist als die Querschnittsfläche des jeweiligen kleinsten Ringspaltes der betreffenden Ringkammer. In unterer Totpunktlage des Pumpenkolbens ist die Zulaufbohrung jeder Ringkammer geöffnet und während der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens ist die Zulaufbohrung verschließbar, wobei in den einzelnen Ringkammern ein Druckaufbau erfolgt. Die Höhe jeder Ringkammer ist größer als der maximale Hub des Pumpenkolbens.
    Je nach Auslegung des Einspritzsystems kann die Einspritzpumpe wahlweise mit einer, zwei oder drei Ringkammern ausgebildet sein, um die verschiedenen Funktionen, Verhinderung von Kraftstoffleckagen und /oder Erhöhung des Düsenöffnungsdruckes im Einspritzventil und/oder einer Voreinspritzung zu erfüllen.
    Ein Einspritzsystem, das mit sehr hohen Drücken arbeitet und eine Voreinspritzung gewährleisten soll, wird vorzugsweise mit drei Ringkammern in der Einspritzpumpe ausgebildet sein. Bei einer solchen Ausführungsvariante ist es vorteilhaft, über die unterste Ringkammer die Verhinderung einer Kraftstoffleckage zu realisieren. Sollte aus den beiden darüberliegenden Ringkammern, die mit Kraftstoff gefüllt sind, ausnahmsweise Kraftstoff in die unterste Ringkammer gelangen, so wird wirksam verhindert, daß dieser in den Nockenwellenraum gelangen kann. Der Vorteil des neuen Einspritzsystems besteht vor allem darin, daß mit relativ einfachen konstruktiven Veränderungen der Einspritzpumpe wichtige funktionale Aufgaben des Einspritzsystems hervorragend und mit einer hohen Betriebssicherheit gelöst werden. Je nach den Erfordernissen in der Praxis kann das Einspritzsystem wahlweise mit einer oder mehreren der genannten Funktionen ausgestattet sein.
    Je nach den zu erzielenden Druckverhältnissen in den einzelnen Ringkammern kann die Ringspaltbreite der Ringkammern variiert werden. Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen, wenn im Pumpenkolben je nach Anzahl der Ringkammern eine oder mehrere Ringnuten angeordnet sind, wobei jeder Ringkammer eine Ringnut zugeordnet ist, die die Funktion als Öl- oder Kraftstoffsammelnut hat. In unterer Totpunktlage des Pumpenkolbens befindet sich diese Nut in gleicher Höhe wie die Zulaufbohrung für die jeweilige Ringkammer. Der Pumpenkolben ist als Stufenkolben ausgebildet und die Ringnut befindet sich jeweils am Anfang einer neuen Stufe. Der Pumpenkolben kann auch einen oder mehrere Abschnitte aufweisen, die mit einer Steuerkante ausgerüstet sind.
    Die Ringkammer, die zur Verhinderung von Kraftstoffleckagen am Pumpenkolbens vorgesehen ist, ist über die Zulaufbohrung mit dem Schmierölkreislauf des Motors über einen Anschluß an der Einspritzpumpe und geeigneten Ausnehmungen im Pumpenzylinder verbunden. Die Zu- und Abführung des Schmiermittels kann in einem geschlossenen Kreislauf erfolgen. Das Schmiermittel kann auch in ein außerhalb der Einspritzpumpe befindliches Aggregat abgeführt werden oder in den Federnraum der Einspritzpumpe zur Schmierung abgeleitet werden, wobei ein im Pumpenzylinder angeordnetes Ventil zwischengeschaltet werden kann. Im Bereich der Ringkammer des Pumpenkolbens kann auch noch zusätzlich eine Ölsammelnut eingearbeitet sein.
    Zur Erzeugung eines zusätzlichen Druckes im Federnraum des Einspritzventils ist eine der Ringkammern über die Zulaufbohrung und absperrbare Kanäle oder Leitungen mit dem Kraftstoffraum der Einspritzpumpe verbunden. Die Ablaufbohrung dieser Ringkammer ist über Kanäle oder Leitungen mit dem Federnraum des Einspritzventils verbunden.
    Analog mit dem Druckaufbau in der Einspritzpumpe wird gleichzeitig der von den Federn des Einspritzventils aufzubringende Druck durch einen zusätzlichen Druck unterstützt, so daß der Öffnungsdruck des Einspritzventils erhöht werden kann und dadurch das Einspritzsystem mit höheren Drücken gefahren werden kann. Am Ende des Nockenhubes wird dieser Druck nach Beendigung der Einspritzung wieder abgebaut, entsprechend der Geschwindigkeitsverringerung des Pumpenkolbens. Zur Durchführung einer Voreinspritzung ist eine der Ringkammern über die Zulaufbohrung und absperrbare Kanäle oder Leitungen mit dem Kraftstoffraum der Einspritzpumpe verbunden. Die Ablaufbohrung der Ringkammer ist über einen Kanal und eine Druckleitung mit einem zweiten Einspritzventil mit Einspritzdüse für eine Voreinspritzung verbunden. Dadurch wird ermöglicht, daß lediglich mit einer Einspritzpumpe zwei Einspritzungen über getrennte Ventile erfolgen können. Die dazu erforderlichen Veränderungen an der Einspritzdüse erfordern nur einen geringen Aufwand.
  • Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen
    • Fig.1
    das Einspritzsystem in schematischer Darstellung,
    Fig. 2
    die Kolben/Zylindereinheit der Einspritzpumpe gemäß Figur 1 in vergrößerter Darstellung,
    Fig. 3
    eine Einspritzpumpe mit einer Ringkammer zur Verhinderung von Kraftstoffleckagen in Schnittdarstellung,
    Fig. 4
    einen Teilausschnitt der Einspritzpumpe gemäß Figur 3 mit einer Abführung des Schmieröls nach außen,
    Fig. 5
    einen Teilausschnitt gemäß Figur 4 mit einer Ableitung des Schmieröls in den Federnraum,
    Fig. 6
    einen Teilausschnitt gemäß Figur 5 mit der Anordnung eines zusätzlichen Ventils,
    Fig. 7
    einen Teilausschnitt gemäß Figur 4 mit der Anordnung einer Ölsammelnut und
    Fig. 8
    einen Teilausschnitt gemäß Figur 4 mit einer Steuerkante am unteren Teil des Pumpenkolbens.
  • In der Figur 1 ist das erfindungsgemäße Einspritzsystem dargestellt. Es besteht aus den Baugruppen Einspritzpumpe 1, Einspritzventil 2 mit Einspritzdüse 3 und einem Einspritzventil 4 mit Voreinspritzdüse 5. Die Einspritzpumpe 1 besteht aus einem Pumpengehäuse 6, in dem ein Pumpenzylinder 7 angeordnet ist. Der Pumpenzylinder 7 weist ein axiale Bohrung auf, in der der Pumpenkolben 8 axial- und drehbeweglich geführt ist. Oberhalb des Pumpenkolbens 8 befindet sich ein Pumpenarbeitsraum 9, der über Zulaufbohrungen 10 mit dem im Pumpengehäuse 6 eingearbeiteten Kraftstoffraum 11 verbunden ist, wenn sich der Pumpenkolben in unterer Totpunktlage befindet. Die Zuführung des Kraftstoffes in den Kraftstoffraum 11 erfolgt über Rohrleitungen, die mit einem Kraftstoffvorratsbehälter verbunden sind, der nicht näher dargestellt ist. Der Pumpenkolben 8 ist in seinem oberen Bereich 12 mit einer wendelförmigen Steuerkante 13 versehen, zur Realisierung unterschiedlicher Nutzhübe. In dem oberen Bereich 12 des Pumpenkolbens 8 sind eine wendelförmige Nut 14 und eine senkrecht verlaufende Nut 15 eingearbeitet, über die nach erfolgter Einspritzung eine Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum 9 und dem Kraftstoffraum 11 über die Zulaufbohrungen 10 herstellbar ist. Am oberen Ende des Pumpenarbeitsraumes 9 ist ein federbelastetes Druckventil 16 angeordnet, das über eine im Ventilträger 17 angeordnete Bohrung 18 und eine Einspritzdruckleitung 19 mit dem Einspritzventil 2 in Verbindung steht.
    Wie in der Figur 1 zu sehen ist, sind in Aufwärtsbewegungsrichtung des Pumpenkolbens 8 drei hintereinander angeordnete Ringkammern 20, 21, 22 angeordnet. Die Ringkammern 20, 21, 22 sind zwischen dem Pumpenkolben 8 und dem Pumpenzylinder 7 jeweils durch eine Verringerung des Pumpenkolbendurchmessers und eine Vergrößerung des Innendurchmessers des Pumpenzylinders 7 gebildet. Zwischen dem unteren Bereich 23 des Pumpenkolbens mit dem Durchmesser d1 und dem oberen Bereich 12 des Pumpenkolbens mit dem Durchmesser d5 weist der Pumpenkolben 8 drei Stufen unterschiedlicher Durchmesser d2, d3, d4 auf. Die Ausbildung der Ringkammern 20, 21, 22 ist in Figur 2 vergrößert dargestellt, wobei sich in den Figuren 1 und 2 der Pumpenkolben jeweils in unterer Totpunktlage befindet. Die Innenkontur des Pumpenzylinders 7 ist analog stufenförmig ausgebildet. Die Abstimmung zwischen dem stufenförmigen Pumpenkolben 8 und dem stufenförmigen Pumpenzylinder 7 ist so, daß bei Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 8 aus der unteren Totpunktlage - der unmittelbar unterhalb einer jeden Ringkammer 20, 21, 22 befindliche Bereich des Pumpenkolbens weist den gleichen Außendurchmesser auf wie der Innendurchmesser der betreffenden Ringkammer unter Berücksichtigung des erforderlichen Laufspiels - das Volumen der einzelnen Ringkammern 20, 21, 22 verringert wird. In jeder Ringkammer 20, 21, 22 sind im unteren Bereich eine Zulaufbohrung 24, 25, 26 und im oberen Bereich eine Ablaufbohrung 27, 28, 29 angeordnet.
    Die Ablaufbohrung 27, 28, 29 einer jeden Ringkammer 20, 21, 22 weist eine kleinere Querschnittsfläche auf als die Querschnittsfläche des jeweiligen kleinsten Ringspaltes der betreffenden Ringkammer 20, 21, 22, um den erforderlichen Druck des Mediums während der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 8 zu erzeugen. Die Höhe jeder der Ringkammern 20, 21, 22 ist größer als der maximale Hub des Pumpenkolbens 8.
    Jede der Ringkammern ist innerhalb des Einspritzsystems für einen unterschiedlichen Zweck bestimmt. Die untere Ringkammer 20 ist über die Zulaufbohrung 24 und den Kanal 30 im Pumpenzylinder 7 mit dem Schmierölkreislauf des Motors verbunden. Die Ablaufbohrung 27 in dieser Ringkammer 20 ist über ein Absperrventil 32 mit dem Kanal 30 verbindbar. In unterer Totpunktlage des Pumpenkolbens 8 ist das Absperrventil 32 geschlossen und die Ringkammer 20 wird mit Schmieröl gefüllt. Die mit Schmieröl gefüllte Ringkammer 20 bewirkt während der Arbeitsweise des Einspritzsystems eine Verhinderung von Kraftstoffleckagen am Pumpenelement. Auf die entsprechende Wirkungsweise dieser Kraftstoffleckagesperre wird noch gesondert eingegangen.
    Die mittlere Ringkammer 21 ist über die Zulaufbohrung 25 und einen Kanal 33 über ein Absperrventil 34 mit dem Kraftstoffraum 11 im Pumpengehäuse 6 verbunden. Die Ablaufbohrung 28 dieser Ringkammer 21 ist über eine Leitung bzw. einen Kanal 35 mit dem Federnraum 36 des Einspritzventils 2 verbunden. Dadurch ist es möglich, den Düsenöffnungsdruck des Einspritzventils 2 zu erhöhen, der ansonsten ausschließlich über das Druckfedernsystem aufgebracht wird. Der in unterer Totpunktlage des Pumpenkolbens 8 im Bereich der Ringkammer 21 befindliche Pumpenkolbenabschnitt ist mit einer Steuerkante 37 versehen, über die während der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 8 der Druck für eine Voreinspritzung im Motor gesteuert wird.
    Die obere Ringkammer 22 ist zur Realisierung einer Voreinspritzung vorgesehen, die erfindungsgemäß ohne zusätzliche Pumpe, also ausschließlich über die Einspritzpumpe 1 erfolgt. Die Zulaufbohrung 26 ist über einen Kanal 38 und ein Ventil 39 mit dem Kraftstoffraum 11 im Pumpengehäuse 6 verbunden. Die Ablaufbohrung 29 steht über einen Kanal 40 und einen Kanal bzw. eine Leitung 41 mit dem Einspritzventil 4 für die Voreinspritzung in Verbindung.
    Je nach der gewünschten Funktionsweise des Einspritzsystems kann die Kolben/Zylindereinheit der Einspritzpumpe 1 wahlweise mit einer, zwei oder drei Ringkammern ausgerüstet sein.
    Bei den in den Figuren 3 bis 7 dargestellten Ausführungsvarianten der Einspritzpumpe 1 ist nur eine Ringkammer 20 angeordnet, um Kraftstoffleckagen am Pumpenelement zu verhindern. Ansonsten entspricht der Aufbau der in Figur 3 gezeigten Einspritzpumpe 1 im wesentlichen der in Figur 1 gezeigten Einspritzpumpe 1, so daß im folgenden nur noch auf einige bisher noch nicht näher erläuterte Bauteile der Einspritzpumpe Bezug genommen wird.
    An dem Pumpenzylinder 7 schließt sich nach unten ein Federnraum 42 an, in dem eine Pumpenfeder 43 angeordnet ist, die dafür sorgt, daß die Rolle 44 des am Pumpenkolben 8 befestigten Rollenstößels 45 ständig in Berührungskontakt mit dem nicht näher dargestellten Einspritznocken der Nockenwelle steht. Zur stufenlosen Änderung der Einspritzmenge wird der Pumpenkolben 8 relativ zum Pumpenzylinder 7 gedreht.
    Die Drehbewegung wird über eine Regelhülse 46, die über eine Regulierwelle des Motors und eine Regelstange betätigt wird, übertragen.
    Im folgenden wird die Wirkungsweise der Ringkammer 20 in ihrer Funktion als Leckagekraftstoffsperre erläutert. In der unteren Totpunktlage des Pumpenkolbens 8 ist die Zulaufbohrung 24 in der Ringkammer 20 geöffnet, wobei das Absperrventil 32 im Kanal 31 geschlossen ist, und die Ringkammer 20 wird mit Schmieröl gefüllt.
    Während der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 8 wird die Zulaufbohrung 24 verschlossen und in der Ringkammer 20 erfolgt eine Druckerhöhung des Schmieröls durch die Verringerung des Ringkammervolumens und die Tatsache, daß die Querschnittsfläche der Ablaufbohrung 24 kleiner ist als die Querschnittsfläche des Ringspaltes in der Ringkammer 20. Mit dem Verschließen der Zulaufbohrung 24 wird gleichzeitig das Absperrventil 32 geöffnet. Infolge der Druckerhöhung in der Ringkammer 20 wird eine Teilmenge des Schmieröls in das Spiel des Pumpenkolbens 8 unter erhöhtem Druck geschoben. Dadurch wird ein Abfließen von Leckagekraftstoff aus dem unteren Bereich des Pumpenelementes in den Federnraum 42 der Einspritzpumpe verhindert. Am Ende des Nockenhubes wird der Öldruck in der Ringkammer entsprechend der Nockengeschwindigkeitsverringerung über die Ablaufbohrung 27 abgebaut. Wenn der Pumpenkolben 8 die obere Totpunktlage erreicht hat, entspricht der Öldruck in der Ringkammer 20 wieder dem Ölzulaufdruck aus dem Motorkreislauf und das Absperrventil 32 wird wieder geschlossen. Der im Spiel des Pumpenkolbens aufgebaute Öldruck verhindert eine Leckage des unter Kraftstoffzulaufdruck stehenden Kraftstoffes. Zur Abführung des Schmieröls über die Ablaufbohrung 27 der Ringkammer 27 gibt es verschiedene Möglichkeiten.
    Außer der Rückführung des Schmieröls aus der Ringkammer in die Ölzulaufleitung (geschlossener Kreislauf), wie bisher gezeigt, kann das Schmieröl über einen Kanal 47 nach außen in ein außerhalb der Einspritzpumpe befindliches Aggregat abgeführt werden (Figur 4).
    Das Schmieröl kann auch über einen Kanal 48 direkt in den Federnraum 42 der Einspritzpumpe geleitet werden (Figur 5). Zusätzlich kann die Schmierölabführung in den Federnraum 42 noch über ein Ventil 49, das im Pumpenzylinder 7 angeordnet ist, erfolgen (Figur 6). Für bestimmte Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn der Pumpenkolben 8 neben der Ringnut 50, die in einer Ebene mit der Zulaufbohrung 24 liegt, mit einer Ölsammelnut 51 ausgestattet ist, die oberhalb der Ringnut 50 liegt (Figur 7).
    In der Figur 8 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der der untere Teil des Pumpenkolbens 8, der in unterer Totpunktlage des Pumpenkolbens 8 unterhalb der Zulaufbohrung 24 der Ringkammer 20 liegt, mit einer Steuerkante 52 versehen ist, um einen lastabhängigen Druckaufbau zu ermöglichen.

Claims (15)

  1. Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, bestehend aus einer Einspritzpumpe mit einem Pumpengehäuse, einem Pumpenzylinder und einem Pumpenkolben, der axial- und drehbeweglich geführt ist und direkt über die Nockenwelle des Motors oder einen Rollenstößel antreibbar ist, einem oberhalb des in unterer Totpunktlage befindlichen Pumpenkolbens angeordneten Pumpenarbeitsraum, der über Bohrungen mit einem Kraftstoffraum in Verbindung steht, und über mindestens eine Einspritzdruckleitung und mindestens ein Einspritzventil mit Einspritzdüse mit dem Verbrennungsraum des Motors verbunden ist, einem oberhalb des Nockenwellenraumes liegenden Federnraum sowie mindestens einer Schmierölkammer im Pumpenzylinder, die mit einer Schmierölzu- und Schmierölablaufleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Pumpenkolben (8) und dem Pumpenzylinder (7) in Aufwärtsbewegungsrichtung des Pumpenkolbens eine oder mehrere, hintereinander angeordnete Ringkammern (20, 21, 22) gebildet sind, jeweils durch eine Verringerung des Pumpenkolbendurchmessers und eine Vergrößerung des Innendurchmessers des Pumpenzylinders (7), wobei der Innendurchmesser des Pumpenzylinders (7) im Bereich der betreffenden Ringkammer (20, 21, 22) und der Außendurchmesser, zumindest des oberen Teilstückes, des sich unterhalb der jeweiligen Ringkammer befindlichen Pumpenkolbenabschnittes nahezu identisch sind, unter Berücksichtigung des erforderlichen Laufspiels zwischen Pumpenkolben (8) und Pumpenzylinder (7), und in jeder Ringkammer (20, 21, 22) im unteren Bereich eine Zulaufbohrung (24, 25, 26) und im oberen Bereich eine Ablaufbohrung (27, 28, 29) für Schmieröl oder Kraftstoff angeordnet sind, wobei die Querschnittsfläche der Ablaufbohrung (27, 28, 29) kleiner ist als die Querschnittsfläche des jeweiligen kleinsten Ringspaltes der betreffenden Ringkammer (20, 21, 22), und in unterer Totpunktlage des Pumpenkolbens (8) die Zulaufbohrung (24, 25, 26) jeder Ringkammer (20, 21, 22) geöffnet ist und während der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens (8) die Zulaufbohrung (24, 25, 26) verschließbar ist und in den einzelnen Ringkammern (20, 21, 22) ein Druckaufbau erfolgt, und die Höhe jeder Ringkammer (20, 21, 22) größer ist als der maximale Hub des Pumpenkolbens (8).
  2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ringkammern (20, 21, 22) eine unterschiedliche Ringspaltbreite aufweisen.
  3. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Pumpenkolben (8) eine oder mehrere Ringnuten (50) angeordnet sind, wobei jeder Ringkammer (20, 21, 22) eine Ringnut (50) zugeordnet ist, die sich in unterer Totpunktlage des Pumpenkolbens (8) in gleicher Höhe wie die Zulaufbohrung (24, 25, 26) befindet.
  4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (8) einen oder mehrere Abschnitte aufweist, die mit einer Steuerkante (13, 37, 52) ausgestattet sind.
  5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des Pumpenkolbens (8), der sich in unterer Totpunktlage unterhalb der Zulaufbohrung (24) der untersten Ringkammer (20) befindet, mit einer Steuerkante (52) versehen ist.
  6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oberste Bereich des Pumpenkolbens (8) mit einer Steuerkante (13) versehen ist.
  7. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolbenabschnitt, der sich im unterer Totpunktlage des Pumpenkolbens (8) im Bereich der mittleren Ringkammer (21) befindet, mit einer Steuerkante (37) versehen ist.
  8. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Kraftstoffleckagen am Pumpenkolben (8) eine der Ringkammern (20) über die Zulaufbohrung (24) mit dem Schmierölkreislauf des Motors über einen Anschluß an der Einspritzpumpe (1) und Kanäle (30) im Pumpenzylinder (7) verbunden ist.
  9. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle und Leitungen (24, 30) für die Zuführung des Schmiermittels in die Ringkammer (20) und die Kanäle und Leitungen (27, 30, 31, 32) für die Abführung des Schmiermittels aus der Ringkammer (20) einen geschlossenen Kreislauf bilden.
  10. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle und Leitungen (27, 30, 31, 47) für die Abführung des Schmiermittels aus der Ringkammer (20) mit einem außerhalb der Einspritzpumpe (1) befindlichen Aggregat verbunden sind.
  11. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle und Leitungen (27, 48) für die Abführung des Schmiermittels aus der Ringkammer (20) mit dem Federnraum (42) der Einspritzpumpe (1) verbunden sind.
  12. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle und Leitungen (27, 48) für die Abführung des Schmiermittels mit einem im Pumpenzylinder (7) angeordneten Ventil (49) verbunden sind.
  13. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Pumpenkolben (8) im Bereich der Ringkammer (20) eine Ölsammelnut (51) eingearbeitet ist.
  14. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Druckes im Federnraum (36) des Einspritzventils (2) eine der Ringkammern (21) über die Zulaufbohrung (25) und absperrbare Kanäle oder Leitungen (33, 34) mit dem Kraftstoffraum (11) der Einspritzpumpe (1) verbunden ist und die Ablaufbohrung (28) der Ringkammer (21) über Kanäle oder Leitungen (35) mit dem Federnraum (36) des Einspritzventils (1) verbunden ist.
  15. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung einer Voreinspritzung eine der Ringkammern (22) über die Zulaufbohrung (26) und absperrbare Kanäle oder Leitungen (38, 39) mit dem Krafstoffraum (11) der Einspritzpumpe (1) verbunden ist und die Ablaufbohrung (29) der Ringkammer (22) über einen Kanal und eine Druckleitung (40, 41) mit einem zweiten Einspritzventil (4) mit Einspritzdüse verbunden ist.
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