DE3428176C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Bei einer aus der GB-OS 2 076 074 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe dieser Art wird ein in einem Pumpenzylinder geführter Pumpenkolben von ei­ nem Nockenantrieb axial hin- und hergehend angetrieben. Der Pum­ penkolben begrenzt dabei mit seiner dem Nockenantrieb abgewandten Stirnseite einen Pumpenarbeitsraum, der mittels ei­ ner von seiner Stirnseite ausgehenden Sackbohrung und einer von dieser abführenden Radialbohrung mit einem Saugraum verbindbar ist. Zur Steuerung der Kraftstoffhochdruckförderung ist ein Steuerschieber axial verschiebbar auf dem Pumpenkolben angeord­ net, der eine fensterartige Ausnehmung aufweist, dessen dem Pum­ penarbeitsraum ferne Kante als schräge Steuerkante ausgebildet ist, die mit der Radialbohrung im Pumpenkolben zum Zweck der Steuerung des Förderendes und damit des Einspritzendes zusammen­ wirkt. Der Beginn der Hochdruckförderung im Pumpenarbeitsraum wird dabei bei der bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe durch das Eintauchen der eine Steuerbohrung bildenden Radialbohrung in den Steuerschieber während des Förderhubs des Pumpenkolbens einge­ leitet, wobei die untere dem Pumpenarbeitsraum ferne Stirnfläche des Steuerschiebers dabei eine mit der Steuerbohrung im Pumpen­ kolben zusammenwirkende Steuerkante bildet. Dabei hat die be­ kannte Kraftstoffeinspritzpumpe jedoch den Nachteil, daß der Steuerschieber für die Verstellung des Förderbeginns einen rela­ tiv großen axialen Verstellweg zurücklegen muß, was die Bauhöhe der gesamten Pumpe vergrößert. Zudem kommt es infolge des ein­ seitigen Absteuerstrahls zu einer ungleichmäßigen Krafteinlei­ tung auf den Steuerschieber, der sich relativ zum Pumpenkolben verkanten kann und dann keine reibungsarme Verstellung des Steu­ erschiebers auf dem Pumpenkolben mehr ermöglicht. Nachteilig für die Pumpenarbeitsraumauffüllung während des Saughubes ist auch, daß nur gegen UT die Steuerbohrung aufgesteuert sein kann, was bei dem verhältnismäßig niederen Auffülldrücken bei hohen Dreh­ zahlen entweder zu mangelnder Pumpenarbeitsraumfüllung führen kann oder verhältnismäßig große Querschnitte der Steuerbohrungen erfordert, mit dem Nachteil eines erhöhten schädlichen Raumes und dem Nachteil einer Abhängigkeit der Steuerqualität von der Drehzahl infolge des unterschiedlichen Zeitquerschnitts aufgrund des verhältnismäßig großen Querschnitts der Steuerbohrung. Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine hubschie­ bergesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe mit schneller Pumpenar­ beitsraumfüllung und verbesserter Steuerqualität sowie einer reibungsarmen Verstellbarkeit des Steuerschiebers unter Berück­ sichtigung einer möglichst niedrigen Gesamtbauhöhe der Pumpe be­ reitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Kennzei­ chen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Auf diese Weise erzielt die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritz­ pumpe den Vorteil, daß der Steuerschieber und die Höhe des den Steuerschieber aufnehmenden Durchbruchs verhältnismäßig kurz zu­ gunsten der gesamten Bauhöhe der Einspritzpumpe ausgebildet wer­ den kann. Aufgrund der verhältnismäßig großen verbleibenden Gleitflächen zwischen Steuerschieber und Pumpenkolben sowie zur Vermeidung einer ungleichmäßigen Krafteinleitung auf den Steuer­ schieber durch Abströmung des abgesteuerten Kraftstoffes über zwei fensterartige Ausnehmungen, wodurch kein Verkanten des Steuerschiebers eintritt, werden die Reibkräfte reduziert und die Verstellung des Steuerschiebers erleichtert. Auch werden die Steuerqualität sowie die Füllung des Pumpenarbeitsraumes durch die Anordnung von zwei Steuerbohrungen verbessert.

Aus der US-PS 2 147 390 ist zwar im Pumpenkolben bereits eine doppelte, durch eine Axialbohrung verbundene und den Pumpenkol­ ben durchsetzende Steuerbohrungsanordnung bekannt, die durch ei­ nen Steuerschieber gesteuert wird, jedoch treten auch bei dieser Kraftstoffeinspritzpumpe die Nachteile einer sehr großen Bauhöhe und der Füllung des Pumpenarbeitsraumes über nur eine Steuerboh­ rung auf.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 2) verläuft die pumpenarbeitsraumnahe Steuerkante ebenfalls schräg mit einer der pumpenarbeitsraumfernen, schrägen Steuer­ kante entgegengesetzten Steigung, so daß der Förderbeginn mit zunehmender Fördermenge früher erfolgt. Durch entsprechendes Zu­ ordnen der Steigungen kann der üblicherweise mit zunehmender Last, also zunehmender Einspritzmenge gewünschte, frühere Spritzbeginn (Förderbeginn) erreicht werden, ohne daß der Steu­ erschieber axial verschoben werden muß. Eine Axialverschiebung wird somit nur dann vorgenommen, wenn dies das Kennfeld der Ein­ spritzung, das bei verschiedenen Motoren voneinander abweichen kann, erfordert. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 3) ist der Abstand zwischen den Steuerbohrungen größer als die größte Stegbreite des Steuerschiebers zwischen der pum­ penarbeitsraumnahen Steuerkante und der dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Stirnkante des Steuerschiebers, aber kleiner als der kleinste Abstand zwischen der pumpenarbeitsraumfernen Steuerkan­ te und der genannten pumpenarbeitsraumseitigen Stirnkante am Steuerschieber. Hierdurch wird erreicht, daß beim Aufsteuern der oberen Steuerbohrung durch die pumpenarbeitsraumseitige Stirn­ kante des Steuerschiebers die untere Steuerbohrung zu den fen­ sterartigen Ausnehmungen hin bereits geöffnet ist, so daß beim weiteren Druckhub des Pumpenkolbens der abgesteuerte Kraftstoff über zwei Bohrungen entweichen kann, was eine wesentlich schnel­ lere Druckentlastung zur Folge hat, und daß außerdem beim dar­ auffolgenden Saughub mindestens zeitweise zwei Steuerbohrungen zur Auffüllung des Pumpenarbeitsraumes zur Verfügung stehen. Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 4) kann der Steuerschieber trotz Führung durch eine enge Anlage an den gegenüberliegenden Wänden des Durchbruchs im Pumpenzylinder bezüglich seiner Drehlage für die Justierung, d. h. eine Grund­ einstellung des jeweiligen Pumpenzylinders, geringfügig verdreht werden. Hierdurch ist das Zuordnen der Stellgrößen für die För­ dermenge und den Förderbeginn getrennt und sehr exakt durchführ­ bar. Eine relativ enge Führung des Steuerschiebers im Durchbruch eines Pumpenzylinders ist im übrigen ebenfalls aus der GB-OS 2 016 074 bekannt.

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

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einzylinder-Kraft­ stoffeinspritzpumpe,

Fig. 2 und 3 Längsschnitte durch einen Teil der Pumpe nach Linie II-II in Fig. 1, mit vergrößerter Darstellung des Pumpenkolbens in verschiedenen Hubstellungen, und die

Fig. 4, 5 und 6 zwei Längsschnitte und eine Drauf­ sicht vom Steuerschieber ebenfalls in vergrößerter Darstellung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine durch eine Motornockenwelle fremd angetriebene und in das Motorgehäuse eingesetzte Kraftstoffeinspritzpumpe. Natür­ lich kann die Erfindung auch an anderen geeigneten Kraftstoff­ einspritzpumpen verwirklicht werden, wie beispielsweise an Rei­ henpumpen.

Bei dem Beispiel ist in einem Pumpengehäuse 10, welches an ein nicht dargestelltes Motorgehäuse geflanscht wird, ein Pumpenzy­ linder 11 eingesetzt, in dem ein Pumpenkolben 12 axial ver­ schiebbar und verdrehbar geführt ist. In einem Durchbruch 13 des Pumpenzylinders 11 arbeitet auf dem Pumpenkolben 12 axial ver­ schiebbar und verdrehbar ein Steuerschieber 14. Der Pumpenkolben 12 begrenzt mit seiner oberen Stirnfläche 15 einen Pumpenar­ beitsraum 16, der durch eine Abdeckplatte 17 verschlossen ist, in welcher eine Druckleitung 18 verläuft, die zu einem nicht dargestellten Einspritzventil über eine mit einem Motorzylinder verbundene Druckleitung führt.

Der Pumpenkolben 12 wird in bekannter Weise über einen im Pum­ pengehäuse 10 geführten und entgegen der Kraft von zwei Stößel­ federn 19 bewegbaren Stößel 20 angetrieben. Die Federn 19 stützen sich oben über einen Federteller 21 am Pumpengehäuse 10 ab und unten über einen zweiten Federteller 22 am Stößel 20. Der im Stößel 20 geführte untere Teil des Kolbens 12 weist Abflachungen 23 für den Eingriff einer Verdrehvorrichtung auf, so daß der Pumpenkolben 12 unabhängig vom Stößel 20 verdrehbar ist. Das Pumpengehäuse 10 ist nach unten durch einen flanschartigen Deckel 24 verschlossen, in dem der Stößel 20 geführt ist.

Im Bereich um den Steuerschieber 14 ist das Gehäuse 10 zur Bil­ dung eines Saugraumes 25 leicht erweitert, der über eine Bohrung 26 mit Kraftstoff unter geringem vorbestimmtem Druck versorgt wird. Im Pumpenkolben 12 ist eine Sackbohrung 27 angeordnet, die einerseits auf der Stirnfläche 15 in dem Pumpenarbeitsraum 16 endet und zwei Querbohrungen aufweist, eine obere Steuerbohrung 28 und eine untere Steuerbohrung 29. Durch die einen Kanal für den Zu- und Rückfluß des Kraftstoffs bildende Sackbohrung 27 und die Steuerbohrungen 28 und 29 sind der Pumpenarbeitsraum 16 und der Saugraum 25 miteinander verbindbar. Diese Verbindung wird durch den Steuerschieber 14 gesteuert, der in seinem Mantel zwei achssymmetrisch gegenüberliegende, fensterartige Ausnehmungen 30, 30′ aufweist. Diese Ausnehmungen 30, 30′ enthalten je eine pumpenarbeitsraumferne Steuerkante 31, 31′ und eine pumpenar­ beitsraumnahe Steuerkante 32, 32′ als Begrenzung. Die beiden Steuerkanten 31, 31′ und 32, 32′ weisen im Beispiel eine gegen­ läufige Neigung auf, wobei die Neigung der pumpenarbeitsraumfer­ nen Steuerkante 31, 31′ verhältnismäßig steil, hingegen die pum­ penarbeitsraumnahe Steuerkante 32, 32′ flacher verläuft. Die pumpenarbeitsraumzugewandte Stirnfläche 33 des Steuerschiebers 14 bildet eine mit der oberen Steuerbohrung 28 zusammenwirkende Stirnkante 34.

Der Steuerschieber 14 wird für seine Grundeinstellung in Dreh­ richtung über einen Exzenter 35 justiert, der im Gehäuse 10 ver­ drehbar geführt ist und über einen Stift 36 in eine Längsnut 37 des Steuerschiebers 14 greift. Die Axialverschiebung des Steuer­ schiebers 14 wird über einen Spritzbeginnversteller 38 vorgenom­ men, bei dem auf einer gehäusegelagerten Welle 39 ein Betäti­ gungshebel 40 mit Mitnahmezapfen 41 befestigt ist. Der Mitnahme­ zapfen 41 greift in eine Quernut 42 auf der Mantelfläche des Steuerschiebers 14. Um die Grundeinstellung des Steuerschiebers 14 innerhalb des Durchbruchs 13 vornehmen zu können, sind die den Durchbruchwänden 43 gegenüberliegenden Mantelflächen 44 des Steuerschiebers 14, wie aus Fig. 6 entnehmbar, dachförmig abge­ schrägt.

Dazu ist der Steuerschieber 14 in der Fig. 6 in einer Drauf­ sicht dargestellt, die die Lage der Längsnut 37 und der Quernut 42 sowie den Verlauf der fensterartigen Ausnehmung 30, 30′ zeigt.

Solange beide Steuerbohrungen 28 und 29 durch den Steuerschieber 14 verschlossen sind, kann die Kraftstofförderung und damit die Einspritzung in den Motor stattfinden. Solange mindestens eine der Steuerbohrungen frei ist, ist der Pumpenarbeitsraum 16 mit dem Saugraum 25 verbunden, und es kann entweder eine Auffüllung des Pumpenarbeitsraumes 16 vom Saugraum 25 her erfolgen oder ein Rückfluß des Kraftstoffes vom Pumpenarbeitsraum 16 zum Saugraum 25 zurück. In Fig. 2 und 3 sind vier verschiedene Hubstellungen des Pumpenkolbens 12 dargestellt, wobei zur Erläuterung ledig­ lich der Pumpenkolben 12, der Pumpenzylinder 11 und der Steuer­ schieber 14 dargestellt sind. Die Hubstellungen entsprechen von links nach rechts gesehen in Fig. 2 dem unteren Totpunkt (UT) und Förderbeginn (FB), in Fig. 3 dem Förderende (FE) und oberen Totpunkt (OT). In allen vier Hubstellungen des Pumpenkolbens 12 UT, FB, FE und OT nimmt der Steuerschieber 14 zum leichteren Verständnis folgender Funktionserläuterungen stets die gleiche axiale Lage ein. Während in UT-Stellung noch eine Auffüllung des Pumpenarbeitsraumes 16 aus dem Saugraum 25 und dem Durchbruch 13 bzw. die Ausnehmung 30 und von dort über die obere Steuerbohrung 28 und die Sackbohrung 27 erfolgt, sind in FB-Stellung beide Steuerbohrungen 28 und 29 gesperrt. Ab dieser FB-Stellung wird für den weiteren Druckhub des Pumpenkolbens 12 aus dem Pumpenar­ beitsraum 16 Kraftstoff zum Motor gefördert. Ab FE-Stellung wird durch die untere Steuerbohrung 29 im Zusammenwirken mit der pum­ penarbeitsraumfernen Steuerkante 31 das Förderende eingeleitet, d. h. die Einspritzung unterbrochen, indem die Mündung der unte­ ren Steuerbohrung 29 in die Ausnehmung 30 taucht, so daß der Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 16 über die Sackbohrung 27 und die Steuerbohrung 29 in die Ausnehmung 30 bzw. zurück in den Saugraum 25 strömen kann. In OT-Stellung sind dann beide Steuer­ bohrungen 28 und 29 aufgesteuert, so daß der Pumpenarbeitsraum 16 eine Verbindung mit größtmöglichem Querschnitt zum Saugraum 25 aufweist. Diese Verbindung bleibt auch während des ersten Hubabschnitts des Saughubes bestehen.

Je nach Drehlage des Pumpenkolbens 12, d. h. je nach Zuordnung der Steuerbohrungen 28, 29 in bezug auf die Ausnehmungen 30, 30′ ändert sich der Hubabschnitt zwischen FB und FE, für den beide Steuerbohrungen 28 und 29 gesperrt sind, und damit die zum Motor geförderte Menge. Durch axiales Verschieben des Steuerschiebers 14 wird lediglich bei FB die obere Steuerbohrung 28 früher oder später geschlossen und entsprechend im gleichen Verhältnis die untere Steuerbohrung 29 früher oder später geöffnet, so daß sich durch diese Spritzbeginnänderung keine Mengenänderung ergibt.

Wie aus den Schnittzeichnungen des Steuerschiebers in Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, sind achssymmetrisch zwei Ausnehmungen 30, 30′ vorgesehen, die entsprechend jeweils mit zwei Mündungen der Steuerbohrungen 28 und 29 zusammenwirken. Hierdurch wird in bekannter Weise ein radialer Kräfteausgleich zwischen Steuer­ schieber 14 und Pumpenkolben 12 erzielt.

Claims (4)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit wenig­ stens einem einen Pumpenarbeitsraum (16) in einem Pumpenzylinder (11) begrenzenden und zur Fördermengenregelung verdrehbaren Pumpenkolben (12), der mit einer in diesem längs verlaufenden, im Pumpenarbeitsraum (16) mündenden Sackbohrung (27) versehen ist, von der quer dazu eine in der Mantelfläche des Pumpenkolbens (12) mündende Steuerbohrung (29) abgeht, die während des Druckhubs des Pumpenkolbens (12) durch einen auf diesem innerhalb eines in dem Pumpenzylinder (11) ausgebildeten Durchbruchs (13) zur Verstellung des Förderbeginns und des Einspritzendes axial verschiebbaren Steuerschieber (14) verschlossen ist, und die zur Beendigung der Einspritzung von einer schrägen, pumpenarbeitsraumfernen Steuerkante (31) einer im Steuerschieber (14) ausgebildeten fensterartigen Ausnehmung (30) aufsteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß quer zur Sackbohrung (27) im Pumpenkolben (12) und axial zur Steuerbohrung (29) sowie zum Pumpenarbeitsraum (16) hin versetzt, eine weitere, gleichfalls in der Mantelfläche des Pumpenkolbens (12) mündende, mit einer pumpenarbeitsraumnahen Steuerkante (32) der fensterartigen Ausnehmung (30) im Steuerschieber (14) zur Steuerung des Förderbeginns zu­ sammenwirkende obere Steuerbohrung (28) abgeht, und daß sowohl diese als auch die dazu untere, das Einspritzende steuernde Steuerbohrung (29), den Pumpenkolben (12) ganz durchsetzend, an einer zweiten diametral gegenüberliegenden Stelle in der Mantel­ fläche des Pumpenkolbens (12) derart münden, daß sie außer mit den beiden Steuerkanten (31, 32) der einen fensterartigen Aus­ nehmung (30) gleichzeitig mit den entsprechenden Steuerkanten (31′, 32′) einer weiteren im Steuerschieber (14) achssymmetrisch gegenüberliegend ausgebildeten fensterartigen Ausnehmung (30′) zusammenwirken.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch die jeweils pumpenarbeitsraumnahe Steuerkante (32, 32′) schräg, und zwar mit einer der Steigung der pumpenar­ beitsraumfernen schrägen Steuerkante (31, 31′) entgegengesetzten Steigung verläuft, so daß der Förderbeginn mit zunehmender Fördermenge früher erfolgt.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Steuerbohrun­ gen (28, 29) größer ist als die im Steuerbereich liegende größte Stegbreite (S) des Steuerschiebers (14) zwischen der pumpenar­ beitsraumnahen Steuerkante (32, 32′) und der pumpenarbeitsraum­ seitigen Stirnkante (34) des Steuerschiebers (14), aber kleiner ist als der kleinste Abstand zwischen dieser Stirnkante (34) des Steuerschiebers (14) und der unteren, pumpenarbeitsraum­ fernen Steuerkante (31, 31′).

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, sowie mit enger Anlage des Steuerschiebers (14) an gegen­ überliegenden Wänden des Durchbruchs (13) im Pumpenzylinder (11), dadurch gekennzeichnet, daß die den Durchbruchwänden (43) auf beiden Seiten gegenüberliegenden Mantelflächen (44) des Steuerschiebers (14) in Umfangsrichtung dachförmig so abge­ schrägt sind, daß eine Grundeinstellung des Steuerschiebers (14) innerhalb des Durchbruchs (13) durch geringfügige Verdrehung des Steuerschiebers (14) um die Längsachse des Pumpenkolbens (12) durchführbar ist.