DE19629947A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem der Spritzbeginnverstellung dienenden Spritzverstell-Kolben - Google Patents
Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem der Spritzbeginnverstellung dienenden Spritzverstell-KolbenInfo
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Description
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß
der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Durch die DE-A-35 32
719 ist eine solche Einspritzpumpe bekannt, bei der im
Pumpeninnenraum der Steuerdruck zur Spritzbeginnverstellung
ansteht und dieser Druck über den mittleren Bereich dem
Spritzverstell-Kolben und dem Steuerschieber zugeführt wird.
Dabei ist die Verbindung zwischen Spritzverstell-Kolben und
dem Nockenantrieb so gestaltet, daß mittig im Bereich der
Achse des Spritzverstell-Kolbens ein Gleitstein gelagert
ist, in den das Kupplungsteil senkrecht zur Drehbewegung des
Gleitsteins eingreifen kann. Der Steuerschieber liegt dabei
in einem sich an den Gleitstein anschließenden Bereich des
Spritzverstell-Kolbens auf der Seite einer als
Rückstellkraft dienenden, eine Stirnseite des
Spritzverstellerkolbens belassenden Feder in einer Bohrung
des Spritzverstell-Kolbens. Der vom Steuerschieber in dieser
Bohrung begrenzte Druckraum liegt innerhalb des
Spritzverstell-Kolbens und die Steuerfeder stützt sich
parallel zur den Spritzverstell-Kolben belastenden
Rückstellfeder gehäusefest ab. Diese Ausführung des
Spritzverstell-Kolbens ist von den an ihm angreifenden
Kräften symmetrisch belastet, so daß keine wesentlichen
Kippmomente auf ihn einwirken.
Bei höheren Anforderungen an den Spritzversteller ist es
erforderlich, den den Steuerschieber beaufschlagenden
Druckraum außerhalb des Spritzverstell-Kolbens
unterzubringen, was jedoch mit einem höheren Platzbedarf in
Achsrichtung des Spritzverstell-Kolbens verbunden ist. Um
dieses zu kompensieren, muß der Spritzverstell-Kolben kürzer
werden und der Steuerschieber muß in einem Bereich des
Spritzverstell-Kolbens untergebracht werden, der zugleich
der Kupplung des Spritzverstell-Kolbens mit dem
Nockenantrieb dient. Die aufgrund dieser Konstruktion nicht
mehr koaxial sondern exzentrisch am Spritzverstell-Kolben
angreifenden Rückwirkungskräfte vom Nockenantrieb her
erzeugen am Spritzverstell-Kolben Kippmomente, die die
Führung des Spritzverstell-Kolbens in seinem Zylinder
belasten. Zusätzlich bedingt diese Konstruktion eine andere
Zuführung des Steuerdruckmittels, die im mittleren Bereich
des Spritzverstell-Kolbens vorgesehen werden muß und die
zusätzlich ein Druckfeld am Spritzverstell-Kolben aufbaut,
das den Spritzverstell-Kolben wiederum radial belastet und
zum Teil die aus dem Kippmoment resultierenden Radialkräfte
zwischen Spritzverstell-Kolben und Zylinder verstärkt.
Durch die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den
Merkmalen des Kennzeichens wird bei einem Spritz
verstell-Kolben, der durch Rückwirkungskräfte vom Nockenantrieb
einseitig belastet ist und der zusätzlich eine
Druckmittelzufuhr aufweist, die die aus der einseitigen
Belastung resultierenden Kräfte verstärkt, nun eine
Möglichkeit bereitgestellt, um diese einseitige Belastung
des Spritzverstell-Kolbens und seiner Führung zu
kompensieren, derart, daß die zwischen Spritzverstell-Kolben
und Zylinder senkrecht, einseitig wirkenden Kräfte reduziert
werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung schließt gemäß Patentanspruch
4 das Kupplungsteil in der Vertiefung im Spritz
verstell-Kolben einen Druckraum ein, in dem ein zweites Druckfeld
erzeugt wird, das dem ersten Druckfeld entgegenwirkt, das
von der von der Druckmittelquelle belasteten Ausnehmung
erzeugt wird. Das Druckfeld wird auf der dem Spritz
verstell-Kolben gegenüberliegenden Seite durch den im Gehäuse der
Kraftstoffeinspritzpumpe gelagerten Kupplungsteil des
Nockensantriebs abgefangen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
besteht darin, daß gemäß Patentanspruch 6 zwischen der
Mantelfläche des Spritzverstell-Kolbens und der Wand des
Zylinders eine zusätzliche Ausnehmung vorgesehen ist in
deren Bereich das zweite Druckfeld gebildet ist, das
kompensierend auf die durch das erste Druckfeld und die vom
Nockenantrieb bewirkten Kippmomente wirkt. Diese Ausführung
bedarf eines zusätzlichen konstruktiven Aufwandes gegenüber
der vorstehend genannten Ausgestaltung, ist jedoch im Bezug
auf die bei der erstgenannten Ausgestaltung notwendige
Abdichtung des Druckraumes unproblematischer.
Vorteilhaft werden die Ausnehmung und die zusätzliche
Ausnehmung jeweils als Längsschlitz ausgeführt und liegen in
einem gemeinsamen Ringbereich der Mantelfläche des
Spritzverstell-Kolbens.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht
gemäß Patentanspruch 11 darin, beiderseits des
Kupplungsteils Stellen an dem den Spritzverstell-Kolben
führenden Zylinder vorzusehen, die jeweils ein zweites
Druckfeld zur Kompensation des ersten Druckfeldes und der
Momente, denen der Spritzverstell-Kolben ausgesetzt ist,
erzeugen. Vorteilhaft wird dabei gemäß Patentanspruch 12 der
Spritzverstell-Kolben in einer in das Gehäuse der
Kraftstoffeinspritzpumpe eingesetzten Zylinderhülse aus
verschleißfestem Werkstoff geführt. Dies gewährt optimale
Gleiteigenschaften zwischen Spritzverstell-Kolben und der
Zylinderhülse und eine Sicherheit gegen Versagen.
Vorteilhaft und mit geringerem Herstellungsaufwand kann
dabei ferner die Verbindung zwischen den der Ausnehmung im
wesentlichen gegenüberliegenden Stellen zwischen der
Mantelfläche des Spritzverstell-Kolbens und der Wand des
Zylinders dadurch realisiert werden, daß die zu diesen
Stellen führenden Verbindungskanäle zwischen der
Zylinderhülse und dem Gehäuse als Rinnen eingearbeitet sind.
Zur Verbesserung der Abdichtung des vom Spritz
verstell-Kolben im Zylinder eingeschlossenen Arbeitsraumes weist
dieser einen metallischen, sich elastisch an die innere
Mantelfläche des Zylinders bzw. der Zylinderhülse anlegenden
Dichtring auf. Damit ist auch in den Bereichen des
Spritzverstell-Kolbens, die keinen so hohen radialen Kräften
ausgesetzt ist, die Abdichtung des Arbeitsraumes
gewährleistet.
Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein erstes
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem vom
Kupplungsteil und Spritzverstellerkolben eingeschlossenen
Druckraum zur Bereitstellung eines kompensierenden zweiten
Druckfeldes, Fig. 2 einen Längsschnitt durch das
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 entlang der Linie II-II in
Fig. 1 mit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung
unter Einsatz einer kompensierende Druckfeder, Fig. 3 ein
drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt in
Form eines Längsschnittes durch einen Spritzverstellerkolben
der Kraftstoffeinspritzpumpe, Fig. 4 einen Schnitt durch
das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 entlang der Linie
IV-IV von Fig. 3, Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand eines Längsschnittes durch einen
Spritzverstell-Kolben mit einer ersten Variante der
Führungen der Verbindungskanäle und Fig. 6 eine Abwandlung
des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 mit einer zweiten
Variante der Verbindungskanäle, gezeigt an einem Zylinder,
bei dem die Zylinderhülse gemäß Fig. 5 und der
Spritzverstellerkolben noch nicht montiert sind.
Kraftstoffeinspritzpumpen der Verteilerbauart können
entweder als Pumpen mit einem sowohl als Verteiler als auch
Pumpenkolben dienenden, axial angetriebenen Pumpenkolben
versehen werden, oder es können Radialkolben vorgesehen
werden, die radial in in einem Verteiler angeordneten
Förderkanal fördern. In beiden Fällen werden die
Pumpenkolben durch einen von der Antriebswelle der
Kraftstoffeinspritzpumpe bewegten Nockenantrieb betätigt.
Ein Teil einer solchen sogenannte Radialkolbenpumpe ist im
Schnitt in Fig. 1 dargestellt. Bei solchen Pumpen werden z. B.
vier, hier nicht gezeigte Pumpenkolben vorgesehen, die in
im gleichen Winkelabstand zueinander gemeinsam radial zur
Achse des Verteilers hin verlaufenden Radialbohrungen im
Verteiler dicht verschiebbar gelagert sind. Auf ihrer einen
Stirnseite schließen sie einen gemeinsamen Pumpenarbeitsraum
ein, der in bekannter Weise beim Radialauswärtshub der
Pumpenkolben mit Kraftstoff gefüllt wird und beim
Radialeinwärtshub der Pumpenkolben über eine Druckleitung
mit einer Verteileröffnung an der Mantelfläche des
Verteilers verbunden wird, wobei die Verteileröffnung am
Umfang des Verteilers abgehende Einspritzleitungen
ansteuert, von denen jeweils eine beim Einwärtsbewegen der
Pumpenkolben mit auf Einspritzdruck gebrachtem Kraftstoff
versorgt wird. Der Verteiler wird von einer Antriebswelle
rotierend angetrieben derart, daß einerseits die
Verteileröffnung ihre Steuerfunktion ausführen kann und
andererseits die Pumpenkolben in Umfangsrichtung entlang
einer Nockenbahn bewegt werden. Diese Konstruktion ist hier
nicht näher gezeigt, da sie als allgemein bekannt
vorausgesetzt wird. Gezeigt ist ein Teil der Nockenbahn 2,
die auf der Innenseite eines Nockenrings 3 angeordnet ist
und der die Pumpenkolben folgen. Der Nockenring 3 stellt den
im wesentlichen stillstehenden Teil des Nockenantriebs der
Pumpenkolben dar. Während die die Pumpenkolben bewegende
Einrichtung, die z. B. der die Rollenstößel führende Ring
oder Verteiler sein kann, der mit der Antriebswelle
gekoppelt ist, den bewegten Teil des Nockenantriebs
darstellt. Der Nockenring ist mit seinem Außenumfang in
einer zylindrischen Ausnehmung 5 im Gehäuse 6 der
Kraftstoffeinspritzpumpe gelagert und kann in einer Ebene
senkrecht zur Antriebsachse der Kraftstoffeinspritzpumpe
verdreht werden. Durch die Drehstellung des Nockenrings läßt
sich nun bezogen auf die Antriebsbewegung des Verteilers der
Zeitpunkt des jeweiligen Förderhubbeginns der Pumpenkolben
verändern. Zur Verdrehung weist der Nockenring 3 ein
Kupplungsteil in Form eines einstückig von diesem radial
nach außen abstehenden Zapfens 7 auf, der in eine Vertiefung
9 eines Spritzverstell-Kolbens 10 eintaucht.
Der Spritzverstell-Kolben ist in einem Zylinder 11 dicht
verschiebbar und schließt mit seiner einen Stirnseite 12 mit
dem geschlossenen Ende des Zylinders 11 einen Arbeitsraum 14
ein und mit seiner anderen Stirnfläche im dort ebenfalls
verschlossenen Zylinder 11 einen Federraum 15 ein. In diesem
ist eine Rückstellfeder 16 angeordnet, die sich einerseits
an einem dem Zylinder verschließenden Verschlußteil 17 und
andererseits an der Stirnseite 19 des Spritzverstell-Kolbens
10 abstützt und so eingespannt bestrebt ist, den
Spritzverstell-Kolben mit seiner einen Stirnseite 12 in
Anlage an die den Zylinder 11 gegenüberliegend
verschließende Wand 20 oder einen dort angeordneten Anschlag
zu bringen.
Im Spritzverstell-Kolben 10 ist ferner eine Zylinderbohrung
22 vorgesehen, in Form einer axialen Sackbohrung, die von
der Stirnseite 19 ausgeht. Ein dort eingesetzter
Steuerschieber 24 schließt mit seiner einen Stirnseite 25
mit dem geschlossenen Ende der Sackbohrung einen
druckentlasteten Endraum ein, in dem eine Druckfeder 27
eingespannt ist, die den Steuerschieber 24 auf dieser
Stirnseite 25 belastet und ihm mit seinem anderen Ende in
Anlage an einem Stößel 28 hält, der in den Federraum 15
eintaucht. Dieser Stößel weist dort einen Federteller 29
auf, an dem sich eine Steuerfeder 30 abstützt, die sich
andererseits am Verschlußteil 17 abstützt. Der Stößel ist in
einer Bohrung 31 des Verschlußteils 17 geführt und ragt in
einen Zylinder 32, der innerhalb des Verschlußteils 17
angeordnet ist. Dort geht der Stößel in einen Kolben 33
über, der dicht in dem Zylinder gleitet und federraumseitig
zusammen mit dem Stößel einen Arbeitsraum 34 einschließt,
der über eine Bohrung 35 mit Druckmittel versorgt wird.
Dieses Druckmittel wird auf einen Steuerdruck gehalten, der
im wesentlichen drehzahlabhängig ist, aber auch in
Abhängigkeit von anderen Parametern der Brennkraftmaschine
variiert werden kann, wie z. B. in Abhängigkeit von der
Last. Der Druck wird in einer Steuerdruckquelle, die hier
nicht weiter dargestellt ist, in bekannter Weise
bereitgestellt. Bei Druckerhöhung im Arbeitsraum 34 wird der
Stößel zusammen mit dem Kolben 33 gegen die Kraft der
Steuerfeder 30 verschoben. Dieser Verschiebung folgt
gestützt durch die Druckfeder 27 der Steuerschieber 24.
Die koaxial und parallel zur Rückstellfeder 16 im Federraum
15 angeordnete Steuerfeder 30 ist von Kraftstoff umspült,
der als Leckmenge oder Absteuermenge aus dem Federraum 15
einem Entlastungsraum zugeführt wird. Mit dem Federraum 15
ist auch der andererseits des Kolbens 33, im Zylinders 32
eingeschlossene Raum 38 verbunden und zwar über eine
Axialbohrung 36 im Stößel 28, die über eine Radialbohrung 37
ihren Austritt am Stößel innerhalb des Federraums 15 hat.
Der Steuerschieber 24 weist drei dicht nebeneinander
liegende Ringbünde auf, von denen ein erster Ringbund 39,
der federraumseitig liegt eine federraumseitige Steuerkante
40 aufweist, über die ein hier in der Zeichnung nicht
gezeigter, von der axialen Sackbohrung 22 zum Arbeitsraum 14
führender Entlastungskanal 41 bei einer bestimmten
Relativstellung von Steuerschieber 24 und Spritz
verstell-Kolben 10 zueinander zum Federraum 15 hin geöffnet wird.
Dieser Entlastungskanal 41 ist in der Fig. 2 gezeigt.
Zur Seite des Arbeitsraumes 14 folgt dem ersten Ringbund 39
ein zweiter Ringbund 43, der der Führung des Steuerschiebers
dient und zugleich der Milderung eines Druckentlastungs
stoßes. Diesem Ringbund 43 folgt dann ein dritter Ringbund
45, der zur Seite des Arbeitsraumes 14 eine Steuerkante 46
aufweist, über die ein von der axialen Sackbohrung
ausgehender Füllkanal 48, der über ein Rückschlagventil 49
in den Arbeitsraum 14 mündet, gesteuert wird. Stellt diese
Steuerkante die Verbindung zwischen dem Austritt 50 des
Füllkanals 48 mit einer sich zur Seite des Arbeitsraumes 14
an die Steuerkante anschließenden Ringnut 51 her, so wird
dadurch aus dieser Ringnut Kraftstoff unter Steuerdruck, der
zugleich auch Betätigungsdruck ist, über den Füllkanal in
den Arbeitsraum 14 gleitet. Die Ringnut ist ständig über
einen Zuflußkanal 53 mit einer Ausnehmung 54 in der
Mantelfläche des Spritzverstell-Kolbens verbunden. Die als
Längsnut längs einer Mantellinie des Spritzverstell-Kolbens
ausgebildete Ausnehmung ist in ständiger Verbindung mit
einem Druckmittelzulauf 55, der vorzugsweise von der
Steuerdruckquelle herführt, die auch den Arbeitsraum 34
versorgt. Die Zuordnung dieser Längsnut zur Einmündung des
Druckmittelzulaufes 55 in den Zylinder ist durch die
Koppelung des Spritzverstell-Kolbens 10 mit dem Zapfen 7 des
Nockenringes gewährleistet. In Fig. 2 ist die Lage dieser
Längsnut 54 entnehmbar, die symbolisch in Fig. 1 nur
gestrichelt eingezeichnet ist.
Diese Ausführung des Spritzbeginnverstellers mit dem
Spritzverstell-Kolben 10 arbeitet so, daß bei einer Erhöhung
des Steuerdrucks der Kolben 33 gegen die Kraft der
Steuerfeder 30 nach rechts verschoben wird und sich der
Steuerschieber 24 demzufolge auch nach rechts bewegt.
Ausgehend von der gezeigten Position in Fig. 1 öffnet dann
der Steuerschieber mit der Steuerkante 46 die Verbindung
zwischen Füllkanal 48 und Ringnut 51 bzw. Druckmittelzulauf
55. Es fließt zusätzliches Druckmittel über das
Rückschlagventil 49 in den Arbeitsraum 14, was wiederum
bewirkt, daß der Spritzverstell-Kolben 10 gegen die Kraft
der Rückstellfeder 16 nach rechts verschoben wird so lange,
bis die Mündung 50 des Füllkanals 48 durch die Steuerkante
46 wieder verschlossen ist. Im dazwischenliegenden Bereich
kann der Spritzverstell-Kolben 10 weiter nach rechts
verschoben werden, ohne daß eine Verbindung zwischen
Arbeitsraum 14 und Druckmittelzulauf 55 bzw. Federraum 15
und Entlastungsraum auftritt. Die Mündung 15 wird vielmehr
bei Erreichen des zweiten Ringbundes nochmals abgedichtet
und erst wenn sich dann der Steuerschieber nach links
aufgrund einer Druckentlastung im Arbeitsraum 34 bewegt,
wird dann der hier nicht gezeigte Entlastungskanal geöffnet.
Der Federraum 15 und der Endraum der axialen Sackbohrung
sind über eine Leitung 56 miteinander verbunden, so daß der
Steuerschieber beidseitig hydraulisch druckausgeglichen ist.
Die Vertiefung 9 in der Mantelfläche des Spritz
verstell-Kolbens ist im Querschnitt jeweils kreisförmig, so daß der
Zapfen 7 in dieser Vertiefung einen Druckraum 57
einschließt. Dieser Druckraum steht über eine kurze Bohrung
58 in ständiger Verbindung mit der Ringnut 51 und ist dem
Steuerdruck ausgesetzt.
Im Bereich des Eintritts des Zapfens 7 in die Vertiefung
besitzt das Gehäuse 6 eine den Innenraum 4 der
Kraftstoffeinspritzpumpe mit dem Zylinder 11 verbindende
Ausnehmung 60 derart, daß der Zapfen 7 den
Verstellbewegungen des Spritzverstell-Kolbens 10 ungehindert
folgen kann. In diesem Bereich ist die Mantelfläche des
Spritzverstell-Kolbens 10 einem niedrigen Innenraumdruck der
Kraftstoffpumpe ausgesetzt, der in der Größenordnung des
Entlastungsdruckes liegt, den Spritzverstell-Kolben also
nicht wesentlich radial belastet.
Damit der Spritzverstell-Kolben bei den hohen auf ihn
wirkenden Kräften möglichst verschleißarm geführt werden
kann unter Berücksichtigung der Tatsache, daß das Gehäuse 6
der Einspritzpumpe beispielsweise aus Aluminiumdruckguß
besteht, ist als Zylinder eine Zylinderhülse 61 vorgesehen,
die aus hochwertigem Stahl besteht und in eine entsprechende
zylindrische Bohrung des Gehäuses eingesetzt bzw. eingepreßt
ist. Der Spritzverstell-Kolben selber besteht ebenfalls aus
hochwertigem Stahl, der dazu noch eine entsprechende
Oberflächenvergütung zur Anhebung der Verschleißfestigkeit
aufweisen kann. Weiterhin ist für eine dichte Führung des
Spritzverstell-Kolbens insbesondere auf der Seite des
Arbeitsraumes 14 in die Mantelfläche des Spritz
verstell-Kolbens 10 eine Ringnut 63 eingearbeitet, in die ein
metallischer Kolbenring 64 gesetzt ist, der eine hochwertige
Abdichtung gewährleistet.
Der Spritzverstell-Kolben 10 und der Kolben 33 nebst Stößel
28 und Federn 16 und 30 benötigen einen bestimmten Bauraum.
Dabei beansprucht der außerhalb des Spritzverstell-Kolbens
10 liegende Stellkolben bestehend aus Stößel und Kolben 33
gegenüber anderen Ausführungen eines Spritzverstellers einen
zusätzlichen Raum. Der Spritzverstell-Kolben ist auf der
Seite des Federraumes 15 aus diesem ′Grunde kürzer gehalten,
damit gewisse vorgegebene Baumaße des Spritzverstellers
beibehalten werden können. Der Steuerschieber erstreckt sich
deshalb aus Platzersparnisgründen insbesondere auch über den
Bereich, an dem der Nockenring 3 über den Zapfen 7 mit dem
Spritzverstell-Kolben 10 gekoppelt ist. Dies bedingt
wiederum einen exzentrischer Angriff des Zapfens 7 am
Spritzverstell-Kolben und unter Belastung einer axial
anzusetzenden Längskraft, resultierend aus dem Druck im
Arbeitsraum 14 und einer vom Nockenring 3 übertragenen
Rückstellkraft, ergibt sich zwischen dem Angriffspunkt des
Zapfens 7 am Spritzverstell-Kolben 10 und der Achse des
Spritzverstell-Kolbens 10 ein Hebelarm, der zusammen mit
diesen Kräften ein Kippmoment auf den Spritzverstell-Kolben
ausübt. Diesem müssen durch Auflagekräfte Rückhaltemomente
entgegengesetzt werden. Zudem ist der Spritzverstell-Kolben
durch das in der Zeichnung unten liegende bzw. bezogen auf
Fig. 2 im wesentlichen unten liegende, Druckfeld belastet,
was die Auflagekräfte FA und FB, die hier repräsentativ
punktförmig eingezeichnet wurden, erhöhen. Das Druckfeld,
das als erstes Druckfeld von der Längsnut 54 ausgeht, ist in
der Fig. 2 als erstes Druckfeld 66 schematisch dargestellt.
Es erhöht zusammen mit den Auflagekräften, die aus dem
Kippmoment resultieren, die Flächenpressung auf der Seite
des Nockenrings zwischen Spritzverstell-Kolben 10 und
Zylinder 11. Erhöhte Kräfte in Verbindung mit
Materialeigenschaften und Rauhigkeiten der Materialpaarungen
können zum Versagen des Bauteils führen.
Dadurch, daß nun in dem Druckraum 57 der Steuerdruck
eingeführt wird, ergibt sich dort ein zweites Druckfeld, das
dem ersten Druckfeld und den Kippkräften zum Teil
entgegenwirkt. Auf diese Weise kann die Radialbelastung des
Spritzverstell-Kolbens wesentlich verringert werden, ohne
daß wesentliche konstruktive Änderungen am Spritz
verstell-Kolben notwendig werden. Es ist lediglich dafür zu sorgen,
daß der Zapfen 7 den Druckraum 57 relativ dicht einschließt,
dabei wirkt der Zapfen mit seiner Stirnseite in Verbindung
mit der Lagerung des Nockenrings 3 als Stützfläche. Aufgrund
der Längsbewegung des Spritzverstell-Kolbens 10 ist die
Verbindungspaarung zwischen Zapfen 7 und Vertiefung 9 derart
auszulegen, daß auch leichte Schwenkbewegungen des Zapfens
relativ zum Spritzverstell-Kolben 10 durchgeführt werden
können. Vorzugsweise ist der Zapfen an der Verbindungsstelle
zum Spritzverstell-Kolben 10 kugelig ausgebildet. Um auch
hier den Verschleiß niedrig zu halten, sind die Teile, die
hier einander berühren, gehärtet. Insbesondere ist auch der
Spritzverstell-Kolben 10 aus Verschleißgründen
einsatzgehärtet.
Statt eines hydraulisch erzeugten Druckfeldes im Bereich der
Ausnehmung 57 kann dieses zweite Druckfeld durch eine
Gegenkraft realisiert werden, die durch eine zwischen Zapfen
7 und Ausnehmung 57 eingespannte Druckfeder 76 erzeugt wird,
wie in Fig. 2 gezeigt.
In weiterer Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1
wird gemäß der Ausführung nach Fig. 3 das zweite Druckfeld,
das in dem Druckraum 57 realisiert war, in Form einer
zusätzlichen Längsnut 67 in der Mantelfläche des
Spritzverstell-Kolbens realisiert. Der Kolben und sein
Antrieb sind dabei, wie in Fig. 3 gezeigt, im wesentlichen
gleich aufgebaut, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Es kann somit auf die diesbezügliche Beschreibung dieser
Figur verwiesen werden. Der Schnitt nach Fig. 3 zeigt
jedoch eine Ansicht, die sich aus dem Schnitt 111-111 von
Fig. 4 ergibt. Der Fig. 4 entnimmt man, daß die
zusätzliche Längsnut 67 im wesentlichen diametral der
Längsnut 54 gegenüberliegt. Die Verbindung zwischen der
Ringnut 51 und dieser zusätzlichen Längsnut 67 erfolgt über
eine Verbindungsleitung 68. Das sich′ an der zusätzlichen
Längsnut 67 aufbauende zweite Druckfeld ist dabei dem sich
an der Längsnut 54 aufbauenden Druckfeld gleichwertig. Somit
heben sich die aus diesen Druckfeldern entstehende Kräfte
auf, so daß die Radialbelastung des Spritzverstell-Kolbens
10 wesentlich verringert ist.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Druckfelder eindeutig
dimensioniert werden können, um den erwünschten
Druckausgleich genau einzustellen. Dazu sind im geringen
abstand und parallel zu den Längsnute 67 und 54 auf der der
Vertiefung 9 abgewandten Seite je eine zusätzliche Rille 71
72 vorgesehen, die länger als diese Nuten 67 und 54 sind und
diese beidseitig überragend mit ihrem einen Ende in den
Federraum 15 münden. Somit wird das Druckfeld jeweils an der
Stelle der zusätzlichen Rillen zum Federraum hin entlastet
und so in Umfangsrichtung begrenzt.
Fig. 5 zeigt weiterhin ein drittes Ausführungsbeispiel für
eine Entlastung des Spritzverstell-Kolbens 10 von
schädlichen Radialkräften. Auch diese Ausführung basiert auf
der Bereitstellung eines zweiten Druckfeldes, das dem ersten
Druckfeld entgegengerichtet ist, hierbei ist dieses jedoch
in zwei zweite Druckfelder aufgeteilt, um möglichst alle am
Spritzverstell-Kolben 10 auftretenden Momente zu erfassen.
Auch hier ist der Spritzverstell-Kolben mit Steuerschieber
in gleicher Weise aufgebaut wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 und 3, so daß eine diesbezügliche ergänzende
Beschreibung nicht notwendig ist. Abweichend von dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind nun zwischen der
Zylinderhülse 61 und dem angrenzenden Gehäuse 6 der
Kraftstoffeinspritzpumpe ein erster Verbindungskanal 69 und
ein zweiter Verbindungskanal 70 vorgesehen, die von dem
Druckmittelzulauf 55 ausgehend zunächst parallel zu einer
Mantellinie der Zylinderhülse 61 verlaufen und dann jeweils
in eine Halbringnut 72 bzw. 73 übergehen, die zu einer
Stelle am Umfang der Zylinderhülse 61 führen, die diametral
zum Eintritt des Druckmittelzulaufes 55 in den Zylinder 11
liegen. Dort weist die Zylinderhülse jeweils einen ersten
Durchbruch 75 und einen zweiten Durchbruch 74 auf, über die
die Verbindungskanäle 69 bzw. 70 Verbindung zum Innern des
Zylinders 11 haben im Bereich zwischen Zylinder 11 und
Mantelfläche des Spritzverstell-Kolbens. In diesem Bereich
bauen sich zweite Druckfelder auf, die in der Zeichnung
symbolisch als Fda symbolisiert sind. Diese Kräfte liegen
dabei symmetrisch zur Mittellinie des Zapfens 7 damit sie
für einen gleichmäßigen Kräfteausgleich am Spritz
verstell-Kolben 10 sorgen. Sie wirken den resultierenden
Auflagekräften FA und FB, die aus der Belastung des ersten
Druckfeldes im Bereich des Druckmittelzulaufes 55
resultieren, entgegen. Sie wirken zudem auch zumindestens
einer Kraftkomponente der vom Kippmoment auf dem Stellkolben
ausübenden Kippkräfte entgegen. Mit der Bereitstellung von
zwei zweiten Druckfeldern, die im wesentlichen der Längsnut
54 gegenüberliegen, erhält man ohne großen Aufwand eine sehr
gute Kräftekompensation, eine verbesserte Schmierung und
damit eine wesentliche Erhöhung der Standzeit und der
Belastung des Spritzverstell-Kolbens 10.
Fig. 6 zeigt eine Alternative der Kanalführung der
Verbindungskanäle, die hier als erster Verbindungskanal 69′
und zweiter Verbindungskanal 70′ wendelförmig verlaufen,
ausgehend von dem Druckmittelzulauf 55. Vorteilhaft ist
dabei die Ausarbeitung der Verbindungskanäle als Rillen, die
anschließend durch die eingepreßte Zylinderhülse
verschlossen werden, bis auf den Zulauf und die Durchtritte
75 und 74.
Claims (17)
1. Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem der Spritzbeginnver
stellung dienenden Spritzverstell-Kolben (10), der über ein
Kupplungsteil (7) mit einem einstellbaren Teil (3) eines aus
einem Nockenträgerteil und wenigstens einem den Nocken des
Nockenträgerteils folgenden Pumpenkolbenantrieb bestehenden
Nockenantriebs der Kraftstoffeinspritzpumpe gekoppelt ist
und der in einem Zylinder (11) einen Arbeitsraum (14)
begrenzt, der von einem steuerbaren Druckmittel beaufschlagt
ist, durch das der Spritzverstell-Kolben (10) entgegen einer
Rückstellkraft (16) einstellbar ist und mit einem in einer
zur Achse des Spritzverstell-Kolbens (10) koaxialen
Zylinderbohrung (22) im Spritzverstell-Kolbens (10)
angeordneten, in Achsrichtung des Spritzverstell-Kolbens
(10) verschiebbaren Steuerschiebers (24), der von einem
Steuerdruck entgegen der Kraft einer Steuerfeder (30)
verstellbar ist und in der Zylinderbohrung (22) mit
Steuerkanten (40, 46) die Verbindung zwischen dem
Arbeitsraum (14) und einem Zulauf (48, 50, 53, 55) von
Druckmittel von einer Druckmittelquelle her oder einen
Ablauf (41) von Druckmittel zu einem Entlastungsraum
steuert, wobei an der Stelle des Durchtritts des
Kupplungsteils (7) vom Nockenantrieb zum Spritz
verstell-Kolben der Zylinder (11) in seinem mittleren Bereich mit
einem Pumpeninnenraum (4) verbunden ist, in dem der
Nockenantrieb angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Spritzverstell-Kolben (10) in seiner Mantelfläche
einseitig eine Vertiefung (9) aufweist, in die das
Kupplungsteil (7) eingreift und zwischen der Mantelfläche
des Spritzverstell-Kolbens (10) und der Wand des Zylinders
(11) wenigstens eine Ausnehmung (54) vorgesehen ist, mit der
eine von der Druckmittelquelle herkommende, in den Zylinder
mündenden Leitung (55) in ständiger Verbindung ist und ein
erstes Druckfeld (66) zwischen Mantelfläche des
Spritzverstell-Kolbens (10) und der Wand des Zylinders (11)
erzeugt und an einer im wesentlichen diametral der
Ausnehmung gegenüberliegenden Stelle (57, 67, 75, 74) des
Zylinders wenigstens ein zweites Druckfeld erzeugt wird, das
dem ersten Druckfeld (66) und Kippkräften am Spritz
verstell-Kolben entgegenwirkt, die von aus dem Nockenantrieb
resultierenden Kräften herrühren.
2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zweite Druckfeld von
einer zwischen Vertiefung und Kupplungsteil eingespannten
Druckfeder erzeugt wird.
3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zweite Druckfeld
dadurch erzeugt wird, daß die Stelle (57, 67, 75, 74) mit
der Ausnehmung (54) über einen Verbindungskanal verbunden
ist.
4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kupplungsteil (7) in der Vertiefung
(9) einen Druckraum (57) einschließt, der als im
wesentlichen der Ausnehmung (54) gegenüberliegende Stelle
ständig mit der Ausnehmung (54) verbunden ist und in dem das
wenigstens eine zweites Druckfeld erzeugt wird (Fig. 1).
5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (54) und der
Druckraum (57) durch je einen Druckkanal (53, 58) ständig
mit einer am Steuerschieber (24) vorgesehenen Ringnut (51)
verbunden sind (Fig. 1).
6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Mantelfläche des
Spritzverstell-Kolbens (10) und der Wand des Zylinders eine
zusätzliche Ausnehmung (67) vorgesehen ist, in deren Bereich
als im wesentlichen der Ausnehmung (54) gegenüberliegender
Stelle das zweite Druckfeld gebildet wird (Fig. 2).
7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (54) und die zusätzliche
Ausnehmung (67), durch je einen Druckkanal (53, 68) ständig
mit einer am Steuerschieber (24) vorgesehenen Ringnut (51)
verbunden sind.
8. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausnehmung als Längsnut (54)
ausgeführt ist.
9. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die zusätzliche Ausnehmung als Längsnut
(67) ausgeführt ist.
10. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 8 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Ausnehmung und zur zusätzlichen
Ausnehmung je eine zu der jeweiligen Ausnehmung parallele
Rille (71, 72) vorgesehen ist, die die Ausnehmungen (54, 67)
in ihren Längsrichtungen überragen und mit ihrem einen Ende
in einen Entlastungsraum (15) münden.
11. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß von der von der Ausnehmung (54) zwei
Verbindungskanäle (69, 70) zu je einem Austritt (73, 74) im
Bereich zwischen Mantelfläche des Spritzverstell-Kolbens
(10) und der Wand des Zylinders (11) führen, die
beiderseits des Kupplungsteil (7) angeordnet sind und die
als der Ausnehmung im wesentlichen gegenüberliegende Stelle
im wesentlichen in einer gemeinsamen Radialebene zusammen
mit der Ausnehmung (54) liegen (Fig. 5).
12. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritz
verstell-Kolbens (10) in einer im Bereich der Vertiefung (9) offenen
Zylinderhülse (61) aus verschleißfestem Werkstoff geführt
wird, die in das aus weniger verschleißfestem Werkstoff
bestehende Gehäuse (6) der Kraftstoffeinspritzpumpe
eingesetzt ist.
13. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spritzverstell-Kolbens (10) in einer
im Bereich der Vertiefung (9) offenen Zylinderhülse (61)
aus verschleißfestem Werkstoff geführt wird, die in das aus
weniger verschleißfestem Werkstoff bestehende Gehäuse (6)
der Kraftstoffeinspritz-pumpe eingesetzt ist und die
Verbindungskanäle (69, 70, 71, 72) als durch die
Zylinderhülse (61) verschlossene, in die Wand des Gehäuses
eingearbeitete Rinnen ausgeführt sind, an deren Enden die
Zylinderhülse (61) je eine Durchtrittsöffnung (75, 74)
aufweist, die den Austritt der Verbindungskanäle bilden.
14. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 11 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle (69, 70)
von der Ausnehmung (54) zu ihren Austritten (75, 74)
wendelförmig verlaufen.
15. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 12 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzverstell-Kolben (10)
eine Ringnut (63) aufweist, in die ein metallischer, sich
elastisch an die innere Mantelfläche der Zylinderhülse (61)
anlegender Dichtring (64) eingesetzt ist.
16. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Spritz
verstell-Kolben (10) ein erster (48) und ein zweiter Kanal (56)
vorgesehen sind, die jeweils den Arbeitsraum (14) mit
Zylinderbohrung (22) verbinden, wobei die Einmündung dieser
Kanäle jeweils durch eine von zwei Steuerkanten (40, 46) des
Steuerkolbens (24) gesteuert werden und der Spritz
verstell-Kolben (10) durch einen außerhalb des Spritzverstell-Kolbens
liegenden, vom Steuerdruck verstellbaren Stellkolben (33,
28) betätigt wird.
17. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber
(24) von einem außerhalb des Spritzverstell-Kolbens (10) und
koaxial zu diesem angeordneten Stellkolben, gegen den die
Steuerfeder wirkt, betätigt wird und die Vertiefung (9) im
Spritzverstell-Kolben (10) in einem Teil der Längserstreckung
des Spritzverstell-Kolbens (10) liegt, in welchem Teil auch
der Steuerschieber (24) angeordnet ist.
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