DE3644150C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs aus. Bei einer solchen durch die DE-OS 25 22 374 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe sind als drosselnde Verbindungsquerschnitte Ausnehmungen in die Mantel­ fläche des Pumpenkolbens eingearbeitet, die von den Austritts­ öffnungen des Entlastungskanals ausgehend sich auf Seite des Pumpenarbeitsraumes hin erstrecken. Unter anderem sind rechteck­ förmige Ausnehmungen vorgeschlagen worden, die eine voneinander abweichende Breite in Umfangsrichtung des Pumpenkolbens aufweisen und sich ferner auch noch in ihrer axialen Erstreckung, ihrer Länge, unterscheiden. Mit einer solchen Anordnung soll ein ab­ knickender Querschnittsverlauf im Laufe des Öffnungshubes des Pumpenkolbens erzielt werden derart, daß nach anfänglich gedros­ selter Entlastung über eine der Verbindungsöffnungen der Entla­ stungsquerschnitt durch das Hinzukommen der zweiten, ebenfalls drosselnden Verbindungsöffnung vergrößert wird. Bei den hier vorgesehenen Verbindungsquerschnitten ist insbesondere auf die bei unterschiedlichen Drehzahlen der Kraftstoffeinspritzpumpe sich einstellende Drosselwirkung abgehoben. Diese Absteuerquer­ schnitte sind insbesondere für die Angleichung der Kraftstoff­ einspritzmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl vorgesehen. Da­ bei ist regelmäßig der Verbindungsquerschnitt in der Art eines Drosselschlitzes ausgeführt.

Bei mit Selbstzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen besteht für den Niedriglastbereich, insbesondere dem Leerlaufbereich, die Forderung, daß der Kraftstoff exakt zeitgesteuert, aber mit langer Spritzdauer in den Brennraum eingebracht wird, damit das sich in diesem Bereich besonders bemerkbare sogenannte Nageln der Brennkraftmaschine verhindert wird. Über die lange Spritz­ dauer wird erreicht, daß die während des Zündverzugs einge­ brachte Kraftstoffmenge nicht zu groß wird, was zu einem stei­ len, das Nageln auslösenden Druckanstieg führen würde. Die Wir­ kung des drosselnden Verbindungsquerschnitts bei der bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe erstreckt sich aber über den gesamten Drehzahlbereich.

Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl zur Verlänge­ rung der Spritzdauer eine Drehzahlabhängigkeit des Beginns der Absteuerung als auch ein definiertes Ende der Einspritzphase zu erzielen.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dabei den Vorteil, daß mit einer sehr einfachen Maßnahme, durch Gestaltung eines Ver­ bindungsquerschnitts, der vor dem Wirksamwerden der eigentlichen Austrittsöffnung und endgültiger Beendigung der Hochdruckförder­ phase durch Entlastung des Pumpenarbeitsraumes über den anderen der Verbindungsquerschnitt bei jedem Pumpenkolbenhub etwas von unter Hochdruck geförderten Kraftstoff abströmen läßt, eine Spritzdauerverlängerung erzielt wird. Dies ist im unteren Dreh­ zahlbereich, dem Leerlaufbereich bis in den Niedriglastbetriebs­ bereich wirksam. Zu hohen Drehzahlen und zum Vollastbetrieb hin nimmt die Steuerwirksamkeit dieses drosselnd wirkenden Verbin­ dungsquerschnitts ab, so daß eine ausreichend kurze Spritzdauer in diesem Betriebsbereich zur Verfügung steht. Die Kraftstoff­ einspritzpumpe bedarf dabei nur einer geringfügigen Änderung im Bereich der Austrittsöffnungen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Zeichnung

Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart, Fig. 2 eine Abwick­ lung der Pumpenkolbenmantelfläche im Bereich des Mengenverstell­ organs der Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß Fig. 1 mit einer ersten Ausführungsform von Austrittsöffnungen und Verbindungsöffnungen, Fig. 3 die Abwicklung der Pumpenkolbenmantelfläche mit einer zweiten Ausführungsform der Austrittsöffnungen und Verbindungsquerschnitte, Fig. 4 die Abwicklung der Mantelfläche des Pumpenkolbens mit einer dritten Ausführungsform der Verbindungsquerschnitte und Fig. 5 einen Schnitt durch ein als Mengenverstellorgan ausgebildeten Ring­ schiebers in Abwandlung des Ringschiebers von Fig. 1 als viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beschreibung

In einem Gehäuse 1 einer Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet in einer als Pumpenzylinder 2 dienenden Bohrung einer in das Pumpengehäuse eingesetzten Zylinderbüchse 3 ein Pumpenkolben 4, der durch nicht dargestellte Mittel entgegen der Kraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder in eine hin- und hergehende und zugleich rotierende Bewegung versetzt wird. In dem Pumpenzylinder 2 schließt der Pumpen­ kolben stirnseitig einen Pumpenarbeitsraum 6 ein, der über in der Mantelfläche dem Pumpenkolbens angeordnete, stirnseitig in den Pum­ penarbeitsraum 6 mündende Längsnuten 7 und einen durch die Zylinder­ büchse 3 im Gehäuse 1 verlaufenden Kanal 8 aus einem Saugraum 9 innerhalb der Kraftstoffeinspritzpumpe mit Kraftstoff versorgt wird, solange der Pumpenkolben seinen Saughub ausführt bzw. seine untere Totpunktlage einnimmt. Der Saugraum 9 wird über eine Förderpumpe 11 aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 12 mit Kraftstoff versorgt. Durch ein Drucksteuerventil 13 wird der Druck im Saugraum 9 in be­ kannter Weise drehzahlabhängig gesteuert, so daß mit steigender Drehzahl der Druck im Saugraum zunimmt. Dies gilt insbesondere dann, wenn mit Hilfe des drehzahlabhängigen Saugraumdruckes z. B. eine Spritzverstelleinrichtung zur Steuerung des Einspritzbeginnes betä­ tigt werden soll.

Vom Pumpenarbeitsraum 6 führt im Pumpenkolben als Entlastungskanal 15 eine koaxiale Sackbohrung ab, die im unteren, aus dem Pumpenzylinder 2 herausragenden Pumpenkolbenteil über eine Querbohrung 16 in den Pumpensaugraum 9 mündet. Die Austrittsöffnungen 14 der Querbohrung 16 werden durch einen mit dem Pumpenkolben zusammenarbeitenden Ring­ schieber 17 gesteuert. Vom Entlastungskanal 15 zweigt ferner in dem im Bereich des Pumpenzylinders 2 liegenden Teil des Pumpenkolbens eine Radialbohrung 18 ab, die in eine als Längsnut ausgebildete Ver­ teileröffnung 19 in der Mantelflache des Pumpenkolbens mündet. Über den Entlastungskanal 15, die Radialbohrung 18 und die Verteileröff­ nung 19 wird jeweils beim Förderhub des Pumpenkolbens, nachdem dieser durch seine Verdrehung die Verbindung zwischen Kanal 8 und Längsnuten 7 verschlossen hat eine von mehreren Druckleitungen 20 mit dem Pumpenarbeitsraum 6 verbunden. Die Druckleitungen 20 führen jeweils über ein Rückschlagventil 21 zu einzelnen Kraftstoffein­ spritzdüse der Zylinder einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine und sind entsprechend der Zahl der zu versorgenden Zylinder am Um­ fang des Pumpenzylinders 2 verteilt angeordnet. Während des Förder­ hubes des Pumpenkolbens wird somit Kraftstoff über den Entlastungs­ kanal 15 zu den Einspritzdüsen gefördert, solange die Austrittsöff­ nungen 14 der Querbohrung 16 durch den Ringschieber 17 verschlossen bleiben.

Der Ringschieber 17 wird über einen Reglerhebel 23, der mit einem Kopf 24 in einer Ausnehmung 25 des Ringschiebers eingreift und um eine Achse 26 schwenkbar ist, durch einen nicht weiter dargestellten Drehzahlregler in Abhängigkeit von Last und Drehzahl auf dem Pumpen­ kolben dicht verschoben. Dabei bewirkt eine Verschiebung des Kopfes 24 nach unten, zur Antriebsseite, des Pumpenkolbens, daß die Aus­ trittsöffnungen 14 der Querbohrung 16 während des Förderhubes des Pumpenkolbens zu einem früheren Teilhub des Pumpenkolbens ab Förder­ hubbeginn aufgesteuert werden, wonach der Pumpenarbeitsraum 6 ent­ lastet wird und kein Kraftstoff mehr unter Hochdruck in die Druck­ leitungen 20 gefördert werden kann. Entsprechend wird mit der Ver­ stellung in dieser Richtung die Kraftstoffeinspritzmenge reduziert. In der obersten Stellung des Ringschiebers 17 werden die Austritts­ öffnungen 14 während des Förderhubs des Pumpenkolbens nicht mehr ge­ öffnet, so daß die gesamte vom Pumpenkolben 4 förderbare Kraftstoff­ menge zur Einspritzung gelangt. Diese Stellung kann einer Vollast­ stellung oder der Stellung entsprechen, bei der eine Kraftstoff­ übermenge für den Startvorgang der Brennkraftmaschine gefördert wer­ den soll. Im letztgenannten Fall ist die Stellung entsprechend der Vollastmenge etwas tiefer als die Vollaststellung.

In Fig. 2 ist eine Abbildung des Pumpenkolbens dargestellt mit den Austrittsöffnungen 14 des Querkanals 16. Was in der Fig. 1 zeich­ nerisch nur schlecht darstellbar ist, ist hier deutlich gezeigt. Die eine der Austrittsöffnungen 14 steht mit einem rechteckigen ersten Verbindungsquerschnitt 27 in Verbindung, der als Ausnehmung in die Mantelfläche des Pumpenkolbens hineingearbeitet ist. Der erste Ver­ bindungsquerschnitt weist dabei eine größere Breite A als Höhe a auf. Diese rechteckige Ausnehmung 27 erstreckt sich dabei zum Pum­ penarbeitsraum 6 hin und hat zum Pumpenarbeitsraum hin eine gerade Begrenzungskante 28, die parallel zur Steuerkante 29 des Ringschie­ bers 17 liegt. Diese Steuerkante wird im ausgeführten Beispiel durch die Stirnfläche des Ringschiebers gebildet und liegt in einer zur Achse des Pumpenkolbens radialen Ebene. Die andere Austrittsöffnung 14′ der Querbohrung ist mit einem zweiten Verbindungsquerschnitt 31 verbunden, der sich ebenfalls zum Pumpenarbeitsraum 6 hin erstreckt und rechteckige Form aufweist. In diesem Fall ist die in Umfangs­ richtung liegende Breite B abweichend von der Breite A des ersten Verbindungsquerschnitts 27 sehr schmal ausgebildet. Die Längser­ streckung in Richtung Pumpenarbeitsraum b des zweiten Verbindungs­ querschnittes 31 ist dabei größer als die Längserstreckung a des ersten Verbindungsquerschnitts 27. Die den zweiten Verbindungsquer­ schnitt 31 bildende Ausnehmung überragt also den ersten Verbindungs­ querschnitt 27 und ist mit ihrer Dimensionierung als Drossel ausge­ staltet. Dabei kann der drosselnde Effekt durch die geringe Breite B und/oder die geringe Tiefe der den zweiten Verbindungsquerschnitt 31 bildenden Ausnehmung erzielt werden. Während des Förderhubes des Pumpenkolbens tritt aufgrund der beschriebenen Dimensionierung der zweite Verbindungsquerschnitt 31 um den Hub hl, der Differenz zwi­ schen b und a, früher mit dem Saugraum 9 in Verbindung als der erste Verbindungsquerschnitt 27. Über die somit geschaffene Leckstrecke hl kann also vor endgültiger Entlastung des Pumpenarbeitsraumes 6 über den ersten Verbindungsquerschnitt 27 eine Teilmenge des geförderten Kraftstoffes abströmen, so daß eine geringere als die geförderte Kraftstoffmenge zur Einspritzung gelangt. Entsprechend ist die Ein­ spritzrate gering und es ist zur Einbringung einer bestimmten Kraft­ stoffmenge eine längere Förderdauer des Pumpenkolbens notwendig. Dies würde durch die Einstellung des Ringschiebers 10 mit Hilfe des Reglers korrigiert.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 ist der zweite Verbindungsquer­ schnitt 31 mit dem ersten Verbindungsquerschnitt 27 integriert wor­ den, d. h. es ist an einem Verbindungsquerschnitt 27′ gleicher Form wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der in Achsrichtung über­ ragende Teil des zweiten Verbindungsquerschnitts 31 bei Fig. 2 mit der Länge hl an die Begrenzungskante 28 angrenzend angesetzt worden.

Beim dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Pumpenkolben mit einer Ringnut 33 versehen, die in der Mantelfläche im Bereich der Austrittsöffnung 14 eingearbeitet ist. Von dieser Ringnut 33 geht nun analog zu Fig. 2 ein erster Verbindungsquerschnitt 27′′ ab und ein zweiter Verbindungsquerschnitt 31′′ ab. Die Dimensionierung dieser Querschnitte entspricht dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Statt nun die Verbindungsquerschnitte auf der Mantelfläche des Pum­ penkolbens vorzusehen, können diese auch in den Ringschieber einge­ arbeitet werden, wie Fig. 5 zeigt. Diese Ausgestaltung setzt voraus, daß der Pumpenkolben eine Ringnut 33 aufweist, wie bereits in Fig. 4 vorgesehen. In diese Ringnut münden die Austrittsöff­ nungen 14 des Querkanals 16. Am Ringschieber ist nun in der Mantel­ fläche ein erster Verbindungsquerschnitt 27′′′ und ein zweiter Ver­ bindungsquerschnitt 31′′′ eingearbeitet. Diese Verbindungsquer­ schnitte werden durch Nuten hergestellt, die von der Stirnseite 29′ des Ringschiebers her eingearbeitet, z. B. eingeschliffen werden. Es sind also zwei sich diametral gegenüberliegende erste Nuten 34 vor­ gesehen, die z. B. in einem einzigen Arbeitsgang mit einem Fräser herstellt werden können und um 90 Grad versetzt dazu zweite Nuten 35 eingefräst. Die ersten Nuten haben dabei analog zu Fig. 2 eine Breite, die zusammen die Breite A des ersten Verbindungsquerschnitts 27 von Fig. 2 ergeben und in die zweiten Nuten 35 haben zusammen eine Breite B′, die der Breite B des zweiten Verbindungsquer­ schnittes 31 von Fig. 2 entsprechen. Die Tiefen der Nuten unter­ scheiden sich wiederum um den Betrag hl, um den der zweite Verbin­ dungsquerschnitt 31′′′ früher mit der Ringnut am Pumpenkolben in Verbindung kommt als die ersten Nuten 34. Die Arbeitsweise ist analog der zu Fig. 2 bis 4 beschriebenen.

Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 2 haben die Ausführungen gemäß Fig. 3, 4 und 5 den Vorteil, daß sie auch bei Kraftstoffein­ spritzpumpen verwendet werden können, die nur eine Austrittsöffnung 14 am Pumpenkolben haben. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn wie z. B. bei der DE-OS 34 24 883 zwei Entlastungskanäle vorgesehen sind mit jeweils nur einer Austrittsöffnung im Bereich des Ringschiebers am Pumpenkolben. Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist besonders vor­ teilhaft, daß hier eine symmetrische Druckverteilung am Pumpenkolben hergestellt werden kann, so daß bei Hochdruckbeaufschlagung der Schieber kraftausgeglichen auf dem Pumpenkolben verschoben werden kann.

Der Ausgestaltung nach Fig. 5 hat gegenüber den vorgenannten Aus­ führungsformen den Vorteil, daß der Verbindungsquerschnitt nicht erodiert werden muß, sondern durch Tauchschleifen erzeugt werden kann. Zudem kann hier eine symmetrische Kraftverteilung am Pumpen­ kolben erzielt werden.

Claims (4)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem in einem Pumpenzylinder (2) hin- und hergehend und zugleich rotierend und dabei als Verteiler von gefördertem Kraftstoff zu mehreren Einspritzstellen dienenden Pumpenkolben (4) der im Pumpenzylinder einen Pumpenarbeitsraum (6) begrenzt, mit Änderung der vom Pumpenkolben geförderten Kraftstoffeinspritzmenge durch Steuern der Öffnung einer Austrittsöffnung (14) am Pumpenkolbenumfang eines im Pumpenkolben angeordneten, vom Pumpenarbeitsraum (6) zu einem Entlastungsraum (9) führenden Entlastungskanals (15) mittels eines auf dem Pumpenkolben durch einen Kraftstoffeinspritzmengenregler innerhalb des Entlastungsraumes axial verschiebbaren Ringschieber (17), der eine Steuerkante (29) aufweist und mit wenigstens zwei in der Form voneinander abweichenden, zur Seite des Pumpenarbeitsraumes (6) hin rechteckig ausgebildeten Verbindungsquerschnitten (27, 31) in der Verbindung zwischen Austrittsöffnung (14) und der von der Steuerkante (29) am Ringschieber (17) im Laufe des Pumpenkolbenförderhubs hergestellten Verbindung zum Entlastungsraum (9), von denen einer der Verbindungsquerschnitte (31) einen als Drossel wirkenden, reduzierten Querschnitt aufweist, der im Laufe des Pumpenkolbenförderhubes zuerst in Verbindung zum Entlastungsraum (9) kommt, dadurch gekennzeichnet, daß der andere der Verbindungsquerschnitte (27) einen größeren, der endgültigen Entlastung des Pumpenarbeitsraumes dienenden Querschnitt aufweist, der größer ist als der Eintrittsquerschnitt der Austrittsöffnung (14) des Entlastungskanals (15) in diesem Verbindungsquerschnitt (27).

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (14) in eine Ringnut (33) am Pumpenumfang mündet und von dieser Ringnut als Ausnehmung am Pumpenkolbenumfang geformt der eine und der andere Verbindungsquerschnitt (31′′, 27′′) ausgeht, wobei der eine Verbindungsquerschnitt (31′′) die Form einer schmalen Längsnut hat, die in Förderbewegungsrichtung des Pumpen­ kolbens eine, den anderen Verbindungsquerschnitt (27′′) verwirk­ lichende Nut überragt.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Verbindungsquerschnitt (31′) an dem anderen Verbindungsquerschnitt (27′) angeformt ist als eine diese in Pumpenkolbenförderrichtung überragende, drosselnde Längsnut.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (14) in eine Ringnut (33) am Pumpenkolben­ umfang mündet und von der Stirnkante des Ringschiebers (17′) an dessen inneren Mantelumfang wenigstens eine als einer der Verbin­ dungsquerschnitte dienende schmale, drosselnde Längsnut (35) zur Pumpenkolbenantriebsseite abführt, die wenigstens einen als anderen der Verbindungsquerschnitte dienende, ebenfalls von der Stirnkante (29′) des Ringschiebers (17′) an dessen innerer Mantelfläche abgehende, nicht drosselnde Längsnut (34) zur Pumpenkolbenantriebs­ seite hin um den Hubbetrag einer Leckstrecke (hl) überragt.