DE3500616C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoff-Einspritz­ pumpe für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine der durch den Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Gattung.

Bei einer aus der US-PS 42 41 714 bekannten Einspritzpumpe dieser Art sind die Pumpenkolben in einem zu der Achse einer maschinengetriebenen Antriebswelle konzentrisch verlaufenden Kreis angeordnet und werden zur Ausübung ihrer Axialbewegung in der jeweiligen Gehäusebohrung durch eine allen Pumpen­ kolben gemeinsame Nockenkurve der Antriebswelle unter Vermitt­ lung je eines Nockenfolgers gesteuert. Zu den Bohrungen der Pumpenkolben ist eine Mittelbohrung des Pumpengehäuses achs­ parallel ausgebildet, in welcher eine Führungshülse zur Auf­ nahme eines allen Pumpenkolben gemeinsamen Verteilerkolbens angeordnet ist. Der Verteilerkolben ist mit der Antriebswel­ le durch eine einen gegensinnigen Drehantrieb vermittelnde Kupplungswelle verbunden, die an ihren beiden Kupplungsenden mit konstruktiv derart ausgebildeten Kupplungseinrichtungen versehen ist, daß der Verteilerkolben relativ zu der ihn umgebenden Führungshülse gedreht werden kann. Durch diese Relativdrehung kann der für die Zuführung des Brennstoffs gemeinsam an alle Pumpenkolben vorgesehene Druckkanal unter Vermittlung des elektromagnetisch betätigbaren Überströmven­ tils über Anschlußbohrungen der Führungshülse durchgeschal­ tet werden. Die Anschlußbohrungen sind mit einer den Pumpen­ kolben entsprechenden Vielzahl vorgesehen und werden mit zwei achsparallel ausgerichteten Steuerleisten des Verteiler­ kolbens für einen Anschluß an eine ebenfalls achsparallele Steuernut aufgesteuert, über welche ein direkter Anschluß an den allen Pumpenkolben gemeinsamen Druckkanal vorliegt. Bei der bekannten Einspritzpumpe ergeben sich damit durch die unterschiedlichen Axial- und Drehbewegungen der Pumpen- und Verteilerkolben relativ komplizierte Einspritzverhältnisse für den Brennstoff, insbesondere bei einer Brennkraftmaschine mit mehr als vier Zylindern, weil es dabei dann entsprechend schwierig ist, die mit dem Überströmventil und dem Verteiler­ kolben gesteuerte Durchschaltung des gemeinsamen Druckkanals zu den einzelnen Druckkammern hin für die aufeinanderfolgen­ den Zeitabschnitte genügend präzise einzuhalten. Für jede vergrößerte Anzahl von Maschinenzylindern und damit jede ent­ sprechende vergrößerte Anzahl von Pumpenkolben ist daher das Arbeitsprinzip der bekannten Einspritzpumpe weniger geeignet, wobei schließlich noch hinzu kommt, daß durch die für die Pumpen- und Verteilerkolben vorgegebenen unterschiedlichen Antriebsverhältnisse auch verhältnismäßig komplizierte Bear­ beitungen mit engen Fertigungstoleranzen für die einzelnen Bauteile der Einspritzpumpe anfallen.

Die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung löst die Aufgabe, eine Einspritzpumpe der angegebenen Gattung derart auszubilden, daß eine vereinfachte Brennstoff­ einspritzung erhalten wird, deren für eine Grundausführung in der Anwendung bei einer Brennkraftmaschine mit nur vier Zylindern konzipiertes Funktionsprinzip auch zur Anwendung bei Brennkraftmaschinen mit mehr als vier Zylindern erweite­ rungsfähig sein soll.

Bei der erfindungsgemäßen Einspritzpumpe ergibt sich durch die Vereinheitlichung des Antriebsprinzips für die Pumpen- und Verteilerkolben und durch deren Zusammenfassung zu den beiden Baugruppen ein sehr einfaches Brennstoffeinspritz­ prinzip, daß sich auch zur Erweiterung auf Brennkraftmaschi­ nen mit jeder beliebig großen Anzahl von Zylindern eignet. Bei einer Ausbildung der Einspritzpumpe zur Verwendung bei einer Brennkraftmaschine mit vier, sechs oder acht Zylindern ist nämlich herstellungsmäßig jetzt nur vorzugeben, daß da­ für zwei oder drei bzw. vier Baugruppen aus je zwei Pumpen­ kolben und einem Verteilerkolben die angegebene Zuordnung zu dem bei jeder Baugruppe vorhandenen Überströmventil erfahren, so daß mit einer im Prinzip nur unwesentlichen Erweiterung der Steuerung für die Elektromagneten der verschiedenen Überströmventile und mit einer angepaßt unterschiedlichen Ausbildung der Nockenwelle jeweils eine Einspritzpumpe be­ reitgestellt wird, die bei der vierzylindrigen Brennkraft­ maschine ebenso einfach arbeitet wie bei der Brennkraftma­ schine mit der größeren Zylinderanzahl. Das mit den beiden Baugruppen realisierte Einspritzprinzip ist dabei alternativ von der Anwendung bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zy­ lindern auf eine solche mit sechs Zylindern auch dadurch er­ weiterungsfähig, daß für jede Baugruppe ein dritter Pumpen­ kolben eingegliedert wird, womit es bei einer Verdoppelung dieser Baugruppen schließlich auch möglich ist, das gleiche einfache Einspritzprinzip selbst bei einer Brennkraftmaschine mit zwölf Zylindern zu realisieren.

Ein für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine konzipier­ tes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennstoff- Einspritzpumpe ist in der Zeichnung schematisch darge­ stellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht der Einspritz­ pumpe,

Fig. 1A und 1B Schnittansichten der Einspritz­ pumpe nach den Linien IA-IA und IB-IB in Fig. 1 und

Fig. 2 bis 4 entsprechende Schnittansichten der Einspritzpumpe zur Darstellung der unterschiedlichen axialen Stel­ lungen der einzelnen Kolben während der aufeinanderfolgenden Arbeits­ takte der Maschine.

In Fig. 1 ist das Gehäuse 10 der Einspritzpumpe ge­ zeigt, in welchem vier achsparallele Bohrungen 12 zur Auf­ nahme je eines Pumpenkolbens 16 und zwei weitere achsparal­ lele Bohrungen 14 zur Aufnahme je eines Verteilerkolbens 18 ausgebildet sind. Die oberen Enden dieser Bohrungen 12, 14 sind durch ein gemeinsames Deckelteil 20 verschlossen, in welchem an jeder Bohrung eine Aussparung 21 ausgebildet ist. Über die Aussparungen 21 an den Bohrungen 12 der Pumpenkol­ ben 16 sind zu den Maschinenzylindern führende Brennstoff­ kanäle 102 angeschlossen. Alle Pumpenkolben 16 und alle Verteilerkolben 18 sind untereinander gleich ausgebildet und werden an ihren unteren Enden durch eine gemeinsame maschinengetriebene Nockenwelle angetrieben. Dabei bildet der mit D ₁ bezeichnete eine Verteilerkolben 18 zusammen mit den mit P ₁ und P ₂ bezeichneten Pumpenkolben 16 eine erste Baugruppe, während der mit D ₂ bezeichnete zweite Verteiler­ kolben 18 mit den beiden anderen Pumpenkolben P ₃ und P ₄ eine zweite Baugruppe bildet. Die zeitverschobenen Bewegungs­ phasen der einzelnen Kolben sind bei diesen zwei Baugruppen untereinander gleich und werden daher nachfolgend nur für die erste Baugruppe mit dem Verteilerkolben D ₁ und den Pumpen­ kolben P ₁ und P ₂ näher erläutert.

Jeder Pumpenkolben 16 ist mit drei axial beabstandeten Steuerbünden 22, 24 und 26 versehen, mit denen zwei Steu­ ernuten 32 und 34 an den dazwischen verlaufenden Abschnitten 28 und 30 ausgebildet sind. An die eine Steuernut 34 ist über eine radiale Bohrung ein axialer Verbindungskanal 42 zu einer Druckkammer 40 angeschlossen, die an der Stirnfläche 36 jedes Pumpenkolbens 16 durch die zugeordnete Aussparung 21 des Deckelteils 20 erweitert ist. Auch der Verteilerkolben 18 ist mit drei axial beabstandeten Steuerbünden 44, 46 und 48 versehen, mit denen ebenfalls zwei Steuer­ nuten 54 und 54′ an den dazwischen verlaufenden Abschnitten 50 und 52 ausgebildet sind. Die eine Steuernut 54′ ist über eine Radialboh­ rung an einen axialen Verbindungskanal 64 mit einer Brenn­ stoffkammer 62 angeschlossen, die an der Stirnfläche 58 des Verteilerkolbens 18 gleich wie die Druckkammern 40 der Pumpenkolben 16 ausgebildet ist. An dem Steuerbund 48 des Verteilerkolbens 18 ist eine dritte Steuernut 56 ausgebildet, die über zwei Ver­ teilerkanäle 66 und 68 des Pumpengehäuses 10 einen abwech­ selnden Anschluß an die beiden Druckkammern 40 der Pumpen­ kolben P ₁ und P ₂ erfährt. Die Steuernut 54′ erfährt anderer­ seits über zwei Verbindungskanäle 70 und 72 des Pumpen­ gehäuses 10 einen zeitverschobenen Anschluß an die Steuernuten 34 derselben Pumpenkolben P ₁ und P ₂. Diese zeitverschobenen Anschlußverhältnisse der Steuernut 56 an die Druckkammern 40 und der Steuernut 54′ an die Steu­ ernuten 34 sind aus den für die beiden Verteilerkolben D ₁ und D ₂ unterschiedlich dargestellten axialen Stellungen ableitbar, die bei den mit Richtungspfeilen verdeutlichten unterschiedlichen Bewegungsphasen der Pumpenkolben P ₃ und P ₄ stattfinden.

Aus den Schnittdarstellungen der Fig. 1A und 1B ist weiter ersichtlich, daß die Brennstoffkammern 62 der beiden Verteilerkolben 18 über in den Aussparun­ gen 21 des Deckelteils 20 mündende Anschlußkanäle 74 an einen gemeinsamen Druckkanal 76 angeschlossen sind, über den der Brennstoff angeliefert wird. Die Steuer­ nuten 56 der beiden Verteilerkolben 18 sind an diesen Druckkanal 76 abwechselnd über einen zu einem Überströmventil 80 geführten Verteilerkanal 90 ange­ schlossen, der unter Vermittlung eines an jedem Vertei­ lerkolben zur Umschaltung des Überströmventils 80 zwi­ schen der in Fig. 1A dargestellten Schließstellung und der in Fig. 1B dargestellten Offenstellung vor­ gesehenen Elektromagneten 82 zu einer Anschlußbohrung 78 an die Steuernuten 56 hin willkürlich durchschaltbar ist. Jedes Überströmventil 80 weist eine herkömm­ liche Ausbildung mit einem durch eine Öffnungsfeder 88 vorgespannten Ventilstößel 85 auf, an dessen Ende der ringförmig ausgebildete Anker 86 des zugeordneten Elektro­ magneten 82 ausgebildet ist, der durch die innerhalb einer Kammer 94 abgestützte Öffnungsfeder 88 von der Stirnfläche eines Gehäuses 92 weggedrückt wird, in wel­ chem die Magnetspule 84 des Elektromagneten angeordnet ist. Die Kammer 94 ist über eine Anschlußbohrung 98 an den Verteilerkanal 90 und über eine den Ventilsitz für den Ventilstößel 85 bildende Anschlußbohrung 96 an die Anschlußbohrung 78 der Steuernut 56 angeschlossen. Wenn entsprechend der Darstellung in Fig. 1B die Offen­ stellung des Überströmventils 80 durch den zugeordneten Elektromagneten 82 gesteuert ist, dann ist der Druck­ kanal 76 über den Verteilerkanal 90, die Anschlußboh­ rung 98, die Kammer 94 und die Anschlußbohrungen 96 und 78 an die Steuernut 56 angeschlossen, so daß der aus dem Druckkanal 76 zugeleitete Brennstoff dann in Ab­ hängigkeit von der axialen Stellung der Verteilerkolben 18 aus dieser Steuernut 56 jeweils während des Förder­ hubes des einen der beiden zugeordneten Pumpenkolben 16 entweder über den einen Verteilerkanal 66 oder den ande­ ren Verteilerkanal 68 in dessen Druckkammer 40 weiterge­ leitet werden kann. Dieser abwechselnde Anschluß der bei­ den Verteilerkanäle 66 und 68 ist in Fig. 1 für die Pum­ penkolben P ₁ und P ₄ verdeutlicht. Während des Förderhubes dieser Pumpenkolben P ₁ und P ₄ befindet sich der je­ dem Verteilerkolben 18 zugeordnete zweite Pumpen­ kolben P ₂ bzw. P ₃ in einem Saughub. Während des Saughubes dieser Pumpenkolben ist die Steuernut 54′ der Verteilerkol­ ben 18 über die Steuernut 34 der Pumpenkolben 16 und deren axialen Verbindungskanal 42 an die Druckkammern 40 ange­ schlossen, um aus dem Druckkanal 76 über die Anschluß­ kanäle 74, die Aussparungen 21, die Brennstoffkammern 62 und die axialen Verbindungskanäle 64 die Zuleitung von Brennstoff zu erhalten. Wenn von der in Fig. 1B darge­ stellten Offenstellung des Überströmventils 80 auf die in Fig. 1A dargestellte Schließstellung während des För­ derhubes der Pumpenkolben P ₁ und P ₄ umgeschaltet wird, wird dadurch der Anschluß des Druckkanals 76 über den Verteilerkanal 90 an deren Druckkammer 40 bloc­ kiert, so daß dann nur die bis dahin an die Druckkammern 40 zur Verteilung gekommene Brennstoffmenge wegen einer dann kurz vor dem maßgeblichen Einspritzzeitpunkt auch vorhande­ nen Blockierung des einen Verbindungskanals 70 durch den Steuerbund 48 der Verteilerkolben 18 zur Einspritzung an den zugeordneten Maschinenzylinder über den angeschlosse­ nen Brennstoffkanal 102 gelangt. Mit einer für die Elektro­ magneten 82 der Überströmventile 80 verwirklichten willkür­ lichen Steuerung ist es daher möglich, die am Ende jedes Förderhubes der Pumpenkolben 16 über die angeschlossenen Brennstoffkanäle 102 in die einzelnen Maschinenzylinder zur Einspritzung kommende Brennstoffmenge sowohl im Volu­ men als auch im Einspritzzeitpunkt zu verändern, wobei zweckmäßig in jedem Brennstoffkanal noch stromabwärts von den Druckkammern 40 des zugeordneten Pumpenkolbens 16 ein beim Schließen den Spritzdruck abbauendes Rückschlagventil anzuordnen ist, um bei dieser Arbeitsweise der Pumpenkolben 16 und der Verteilerkolben 18 ein Nachspritzen zu ver­ meiden.

Die Anzahl von Pumpenkolben 16, die jeweils nur mit einem zugeordneten Verteilerkolben 18 und einem Überströmventil 80 mit integriertem Elektro­ magneten 82 für die Verteilung des Brennstoffs an die einzelnen Zylinder der Maschine eingeschaltet werden können, ist abhängig von der für die Überströmventile maximal ein­ haltbaren Schließzeit und der maximalen Dauer der Vorein­ spritzung. Wenn die zum Antrieb der Pumpenkolben 16 vorge­ sehene Nockenwelle mit Steuernocken versehen ist, für die ein Nockenwinkel von 180° vorgegeben ist, dann können da­ mit bei jeder Baugruppe nur jeweils zwei Pumpenkolben 16 gemeinsam mit einem Verteilerkolben 18 angetrieben werden. Wird der Nockenwinkel der Steuernocken da­ gegen auf 120° oder 90° verringert, dann ist ein gleichzei­ tiger Antrieb von drei bzw. vier Pumpenkolben 16 gemeinsam mit dem Verteilerkolben 18 jeder Baugruppe möglich. Wenn daher die Einspritzpumpe zur Verwendung bei einer sechs- oder achtzylindrigen Brennkraftmaschine konzipiert wird, dann müssen bei den beiden Baugruppen nur jeweils ein bzw. zwei Pumpenkolben zusätzlich vorgesehen werden, um dann mit einem entsprechenden Austausch der Nockenwelle eine entsprechende Arbeitsweise der beiden Baugruppen zeitlich aufeinanderfolgend jeweils über einen Nockenwinkel von 180° zu erhalten. Hinsichtlich dieser Arbeitsweise der beiden Baugruppen ist dabei noch darauf hinzuweisen, daß die erste Baugruppe mit den Pumpenkolben P ₁ und P ₂ und dem Verteilerkolben D ₁ durch die Nockenwelle einen um einen Nockenwinkel von 90° nacheilenden Antrieb zu der durch die Pumpenkolben P ₃ und P ₄ und den Verteilerkolben D ₂ gebilde­ ten zweiten Baugruppe erfährt, wenn am Beispiel der ersten Baugrup­ pe der Verteilerkolben D ₁ bezüglich des einen zugeordneten Pumpenkolbens P ₁ über einen Nockenwinkel von 90° nacheilend und der zweite Pumpenkolben P ₂ zu diesem Verteilerkolben D ₁ über einen gleichen Nockenwinkel von 90° ebenfalls nacheilend durch eine Nockenwelle angetrieben ist, deren Steuernocken einen Nockenwinkel von 180° bei einer Verwendung der Ein­ spritzpumpe für eine vierzylindrige Maschine aufweisen. Diese Verhältnisse sind in den Darstellungen der Fig. 1 bis 4 mit den unterschiedlichen axialen Stellungen der ein­ zelnen Pumpenkolben 16 und Verteilerkolben 18 verdeutlicht, wobei die Fig. 1 die Verhältnisse bei dem Nockenwinkel zwi­ schen 0° und 90°, die Fig. 2 die Verhältnisse bei dem Nockenwinkel zwischen 90° und 180°, die Fig. 3 die Verhältnisse bei dem Nockenwinkel zwischen 180° und 270° und die Fig. 4 die Verhältnisse bei dem Nockenwinkel zwischen 270° und 360° angibt. Unter Bezugnahme auf die vorstehend zu der Fig. 1 und den Schnittdarstellungen der Fig. 1A und 1B erfolg­ ten Hinweise müssen die zeichnerischen Darstellungen der Fig. 2 bis 4 und der jeweils entsprechenden Schnittdar­ stellungen nicht näher erläutert werden.

Claims (3)

1. Brennstoff-Einspritzpumpe für eine mehrzylindrige Brenn­ kraftmaschine, mit einer den Maschinenzylindern entspre­ chenden Anzahl von Pumpenkolben, die in achsparallelen Bohrungen des Pumpengehäuses je einen nockengesteuerten Saughub und einen Förderhub für eine Förderung von Brenn­ stoff in einen an eine Druckkammer jeder Bohrung ange­ schlossenen Brennstoffkanal ausüben, wobei die Förderung des über einen gemeinsamen Druckkanal zugeführten Brenn­ stoffs mit einem elektromagnetisch betätigbaren Überström­ ventil beeinflußt wird und an einem gemeinsam mit den Pumpenkolben bewegten Verteilerkolben eine zeitlich auf­ einanderfolgende Durchschaltung hin zu den Druckkammern jeweils im Saughub der Pumpenkolben erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkolben (16) wenigstens paarweise zusammen mit je einem Verteiler­ kolben (18) zu einer ersten Baugruppe (D ₁, P ₁, P ₂) und einer zweiten Baugruppe (D ₂, P ₃, P ₄) zusammengefaßt sind, deren jeweiligem Verteilerkolben je ein Überströmventil (80) zugeordnet ist, wobei jeder Verteilerkolben für eine abwechselnde Durchschaltung des Druckkanals (76) hin zu den Druckkammern (40) der beiden Pumpenkolben der zugeord­ neten Baugruppe nockengesteuerte Axialbewegungen ausführt, die zu den Axialbewegungen der Pumpenkolben zeitverschoben sind.

2. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Bau­ gruppe (D ₁, P ₁, P ₂; D ₂, P ₃, P ₄) die Axialbewegung des Vertei­ lerkolbens (18) zeitlich zwischen den Axialbewegungen der beiden Pumpenkolben (16) gesteuert ist.

3. Einspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Bau­ gruppe (D ₁, P ₁, P ₂; D ₂, P ₃, P ₄) die beiden Pumpenkolben (16) und der Verteilerkolben (18) jeweils mit axial beabstande­ ten Steuerbünden (22, 24, 26; 44, 46, 48) zur Ausbildung von Steuernuten (32, 34; 54, 56) zwischen den Steuerbünden ver­ sehen sind, welche über axiale Verbindungskanäle (42, 64) der Kolben (16, 18) und Verbindungskanäle (66, 68; 70, 72) des Pumpengehäuses (10) die mit dem zugeordneten Überström­ ventil (80) aus einem angeschlossenen Zweigkanal (90, 98, 94, 86, 78) des Druckkanals (76) abwechselnd gesteuerte Zulei­ tung des Brennstoffes an die Druckkammern (40) vermitteln.