DE3719253A1 - Einspritzpumpe mit voreinspritzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzpumpe für Brennkraft­ maschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei modernen Dieselbrennkraftmaschinen, insbesondere sol­ chen mit Direkteinspritz-Verfahren und Abgas-Turboaufla­ dung, erreichen die Verbrennungsgeräusche im Bereich von ca. 30% der Vollast Höchstwerte.

Das Verhältnis der Kraftstoffmenge bei Vollast und Leer­ lauf ist bei Auflademotoren besonders groß. Die Auslegung der Einspritzvorrichtung erfolgt primär für den hohen Lastbereich. Daraus folgt auch für den unteren Lastbereich eine relativ hohe Einspritzrate, und damit eine für die in diesem Bereich herrschende große Zündverzugszeit zu große Einspritzmenge. Die Folge ist ein Verbrennungsbeginn mit sehr steilem Verbrennungsdruck-Gradienten und ein entspre­ chend hohes Verbrennungsgeräusch. Um eine weiche Verbren­ nung zu erzielen, darf innerhalb der Zündverzugszeit nur eine bestimmte Brennstoffmenge eingebracht werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß im kritischen Lastbe­ reich die Einspritzung der Gesamtkraftstoffmenge in zwei Teilmengen erfolgt, die in einem gewissen zeitlichen Ab­ stand eingespritzt werden. Aus Verbrauchs- und Emissions­ gründen ist es erwünscht, die Einspritzung im oberen Last­ bereich unverändert zu lassen. Außerdem ist es wichtig, den bei hohen und niedrigen Drehzahlen unterschiedlichen Zündverzugszeiten durch Wahl passender Unterteilung der Einspritzung Rechnung zu tragen.

Aus der US-PS 25 65 681 ist eine gattungsgemäße Einspritz­ pumpe bekannt, die allgemein eine zweite Entlastungsnut im Pumpenplunger vorschlägt. In Versuchen hat sich jedoch gezeigt, daß die mit einer derartigen Einspritzpumpe be­ triebenen Motoren insbesondere im unteren Teillastbereich eine hohe Lärmemission zeigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachsten Mitteln die Lärmemission von mit Einspritzpumpen betriebe­ nen Brennkraftmaschinen, insbesondere im Leerlauf und unteren Teillastbereich zu senken, ohne nachteilige Folgen für den Vollastbereich.

Die Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 gelöst. Aus hydraulischen Gründen ist für glei­ chen geometrischen Einspritzhub die Einspritzmenge bei niedrigen Drehzahlen geringer als bei hohen Drehzahlen. Deshalb erfordert eine bestimmte Einspritzmenge bei nie­ driger Drehzahl einen größeren geometrischen Einspritzhub, d. h. eine stärkere Verdrehung des Pumpenplungers, als bei höherer Drehzahl. Dieser Zusammenhang gilt in gleicher Weise auch für die Voreinspritzmenge. Deshalb muß die Oberkante der zweiten Entlastungsnut im gleichen Sinne wie die Oberkante der ersten Enlastungsnut geneigt sein. Eine optimale Anpassung an die für eine weiche Verbrennung notwendige Gestaltung des Einspritzverlaufes wird erfin­ dungsgemäß dadurch erreicht, daß die Neigung der zweiten Entlastungsnut gegenüber der Pumpenplungeroberkante um einen Winkel, der zwischen dem halben Neigungswinkel der ersten Entlastungsnut und einem um 6° größeren Winkel liegt.

Durch die Ausbildung der Entlastungsnut nach Anspruch 2 wird erfindungsgemäß ein allmählicher Übergang der bei Teillast unterbrochenen Einspritzung zur nicht unterbro­ chenen Einspritzung bei Vollast erreicht, und damit eine gutes Regelverhalten sichergestellt.

Die Form des Auslaufs der zweiten Entlastungsnut nach Anspruch 3 bietet den Vorteil der einfachen Fertigung, während die Variante nach Anspruch 4 eine besonders fein­ fühlige Abstimmung des Regelverhaltens des Motors ermög­ licht.

Die Ausbildung der zweiten Entlastungsnut nach Anspruch 5 bietet den Vorteil, daß aufgrund der konstanten Breite der zweiten Entlastungsnut die Unterbrechungszeit der Ein­ spritzung mit steigender Drehzahl abnimmt und sich in vorteilhafterweise dem mit steigender Motordrehzahl ab­ nehmenden Zündverzug anpaßt. Die an den Plungerdurchmesser gekoppelte Dimensionierung der Breite der zweiten Entla­ stungsnut berücksichtigt die bei schärferer Einspritzung erforderliche längere Unterbrechung der Einspritzung bei Teillast und Leerlauf.

Die in Anspruch 6 beschriebene Ausbildung sichert den erforderlichen Strömungsquerschnitt für ein rasches Entla­ sten des Pumpenraumes und die damit verbundene Unterbre­ chung der Einspritzung.

Bei der Anordnung nach Anspruch 7 wird erfindungsgemäß erreicht, daß sich auch die Unterbrechungszeit der Ein­ spritzung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl bzw. der Drehstellung des Pumpenplungers ändert und damit ein wei­ terer Parameter zur Abstimmung der Einspritzung zur Verfü­ gung steht.

Die Anordnung nach Anspruch 8 gestattet erfindungsgemäß die Fertigung von Entlastungsschlitz und zweiter Entla­ stungsnut mit ein- und demselben Werkzeug was besonders vorteilhaft ist bei der Nacharbeit vorhandener Serienpum­ penplunger und Serienpumpenplungerbüchsen.

Die Anordnung nach Anspruch 9 bietet ebenfalls den Vorteil einer einfachen Nacharbeit einer Serienpumpenplunger­ büchse, da der abgesteuerte Kraftstoff über den Entla­ stungsschlitz in die ohnedies vorhandene Ansaugöffnung abfließen kann und somit eine Änderung des Einspritzpum­ pengehäuses entfällt.

Die Ausbildung nach Anspruch 10 bietet den Vorteil, daß der Förderbeginn der Einspritzpumpe nach der bekannten Überlaufmethode exakt eingestellt werden kann und keine diesbezüglichen Sondermaßnahmen erforderlich sind.

Die Anordnung nach Anspruch 11 bietet die Möglichkeit, Entlastungsschlitz und zweite Entlastungsnut mit ein- und demselben Werkzeug in vorhandene Serienbauteile einarbei­ ten zu können.

Durch die Anordnung nach Anspruch 12 wird erfindungsgemäß erreicht, daß bei der Pumpenplungerstellung "Vollast" keine Unterbrechung der Einspritzung stattfindet. Damit werden optimaler Kraftstoffverbrauch und niedrige Schad­ stoffemission bei Vollast erzielt.

Die Ausbildung nach Anspruch 13 stellt erfindungsgemäß die erforderliche Voreinspritzmenge in der Drehstellung "nie­ driger Leerlauf" des Pumpenplungers sicher. Dadurch wird vorteilhafterweise das Leerlaufnageln des Dieselmotors unterbunden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der fol­ genden Beschreibung und der Zeichnung, in der Ausführungs­ beispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Pumpenplungerbüchse, bei dem die beiden Entlastungsnuten über eine axiale Nut mit dem Pumpenraum in Verbindung stehen.

Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Pumpenplungerbüchse, bei der die Entla­ stungsnuten im Pumpenkolben über eine zentrale Bohrung mit dem Pumpenraum verbunden sind.

Fig. 3 eine Abwicklung eines Pumpenplungers mit Entlastungsnuten und Axialnut.

Fig. 4 eine Abwicklung der Pumpenplungerbüchse mit Ansaugöffnung und Entlastungsschlitz.

Fig. 4a einen Teilschnitt durch die Pumpenplunger­ büchse an der Stelle von Saugöffnung und Entlastungsschlitz.

Fig. 5 eine Zuordnung von Pumpenplunger und Pumpen­ plungerbüchse in der Verdrehstellung des Pumpenplungers für niedrigen Leerlauf.

Fig. 5a dieselbe Darstellung wie in Fig. 5, jedoch in der Verdrehstellung des Pumpenplungers für volle Leistung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Pumpenplunger 1 in einer Pumpenplunger­ büchse 2 axial verschiebbar geführt. Der Pumpenplunger 1 wird von einem nicht dargestellten Nocken aus angetrieben, saugt Kraftstoff aus einer Ansaugöffnung 3 und fördert Kraftstoff aus einem Pumpenraum 4 über ein nicht darge­ stelltes Entlastungsventil zu einem ebenfalls nicht darge­ stellten Einspritzventil. Am druckraumseitigen Ende des Pumpenplungers 1 sind eine erste Entlastungsnut 5 mit einer Absteuerkante 6, eine zweite Entlastungsnut 7 und eine Axialnut 9 angeordnet. Die Axialnut 9 verbindet den Pum­ penraum 4 mit einer Ringnut 10 und den Entlastungsnuten 5 und 7.

In der Pumpenplungerbüchse 2 ist ein rechteckiger Entla­ stungsschlitz 11 senkrecht zur Bewegungsrichtung des Pum­ penplungers 1 angeordnet, der mit der Ansaugöffnung 3 in Verbindung steht.

In Fig. 2 ist eine Variante dargestellt, bei der die Ver­ bindung zwischen dem Pumpenraum 4 und der ersten Entla­ stungsnut 5 bzw. der zweiten Entlastungsnut 7 über eine zentrale Bohrung 12 erfolgt.

Aus Fig. 3 gehen die genauen Abmessungen der zweiten Ent­ lastungsnut 7 hervor. Diese hat gegenüber der Plungerober­ kante 13 eine Neigung, die zwischen dem halben Neigungs­ winkel ( ) der Absteuerkante 6 gegenüber der Plunger­ oberkante 13 und einem um 6° größeren Winkel liegt. Die Breite der zweiten Entlastungsnut 7 beträgt "c" mm, wobei "c" eine Größe zwischen 5 und 7% des Durchmessers von Pumpenplunger 1 angibt.

Die zweite Entlastungsnut 7 besitzt einen Auslauf 8, der sich als Schräge unter einem Winkel von 40° ±5° von der Ober- zur Unterkante der zweiten Entlastungsnut 7 er­ streckt.

Varianten des schrägen Auslaufs 8 sind die Auslaufsformen 8 a und 8 b, die die Gestalt einer in Annäherung gekrümmten Kurve besitzen.

Die Variante 19 a der unteren Steuerkante 19 der zweiten Entlastungsnut läuft parallel oder annähernd parallel zur Pumpenplungeroberkante 13.

Die Länge "1" der oberen Steuerkante 14 der zweiten Entla­ stungsnut 5 ist gleich der Länge der oberen Steuerkante 15 des Entlastungsschlitzes 11. In Fig. 4 und Fig. 4a sind die Ansaugöffnung 3 und der mit dieser verbundene Entla­ stungsschlitz 11 dargestellt. Der Entlastungsschlitz 11 hat die Breite "c" mm, die der Breite der zweiten Entla­ stungsnut 7 entspricht.

Um das gleiche Maß "c" liegt der Entlastungsschlitz 11 unter dem Scheitelpunkt 16 der Ansaugöffnung 3.

Die Größe der Länge "l" und der Abstand des Punktes 17 der zweiten Entlastungsnut 7 von der Plungeroberkante 13 ist durch die in Fig. 5 und 5a gezeigte Zuordnung der Winkel- und Höhenlage des Pumpenplungers 1 mit der zweiten Entlastungsnut 7 und der Ansaugöffnung 3 in der Pumpen­ plungerbüchse 2 mit dem Entlastungsschlitz 11 gegeben. In Fig. 5 ist die Verdrehlage des Pumpenplunger 1 beim nie­ drigen Leerlauf des Motors und dessen axiale Lage beim Verschließen der Ansaugöffnung 3 durch den Pumpenplunger 1 dargestellt. Die Länge "l" der oberen Steuerkante 15 des Entlastungsschlitzes 11 und der Abstand zwischen der Pum­ penplungeroberkante 13 und dem Punkt 17 der zweiten Ent­ lastungsnut 7 sind so festgelegt, daß der Eckpunkt 18 des Entlastungsschlitzes 11 im niedrigen Leerlauf des Motors gerade dann die obere Steuerkante 14 der zweiten Entla­ stungsnut 7 berührt, wenn der Scheitelpunkt 16 der Ansaug­ öffnung 3 von der Pumpenplungeroberkante 13 überlaufen wird.

In Fig. 5a ist die Verdrehlage des Pumpenplungers 1 bei voller Leistung des Motors dargestellt. Die Neigung der Schräge des Auslaufs 8 ist so gewählt, daß sich in Verbin­ dung mit der Länge "l" der oberen Steuerkante 14 der zwei­ ten Entlastungsnut 7 der Entlastungsschlitz 11 und die zweite Entlastungsnut 7 gerade nicht mehr überschneiden.

Die Einspritzpumpe funktioniert folgendermaßen: bei der Aufwärtsbewegung des Pumpenplungers 1 in der Pum­ penplungerbüchse 2 werden zuerst die Ansaugöffnung 3 und der Entlastungsschlitz 11 geschlossen. Nach Abschluß der Ansaugöffnung 3 beginnt die Kraftstofförderung. Deren Ende tritt ein, wenn die Absteuerkante 6 der ersten Entla­ stungsnut 5 die Ansaugöffnung 3 überläuft.

Durch Verdrehen des Pumpenplungers 1 ergeben sich in Ver­ bindung mit der schrägen Absteuerkante 6 unterschiedliche Nutzhübe und damit unterschiedliche Einspritzmengen.

In der Verdrehlage des Pumpenplungers, die der Einspritz­ menge des niedrigen Leerlaufs des Motors entspricht, be­ ginnt nach Abschluß der Ansaugöffnung 3 die Überdeckung der zweiten Entlastungsnut 7 und des Entlastungsschlitzes 11. Aufgrund des nur allmählichen Wachsens des Über­ deckungsquerschnitts wird noch die kleine Leerlaufmenge gefördert, bis es bei hinreichender Größe des Über­ deckungsquerschnittes zur Unterbrechung der Einspritzung kommt. Nachdem die Entlastungsnut 7 den Entlastungsschlitz 11 überlaufen hat, beginnt der zweite Abschnitt der Ein­ spritzung. Die Voreinspritzmenge ist so bemessen, daß bei ihrer Verbrennung kein störendes Verbrennungsgeräusch auftritt.

Eine optimale Anpassung an die für eine weiche Verbrennung notwendige Gestaltung des Einspritzverlaufes wird dadurch erreicht, daß die zweite Entlastungsnut 7 unter dem halben Winkel der Neigung der Absteuerkante 6 zur Plungerober­ kante 13 ausgeführt wird. Da aus hydraulischen Gründen für gleiche geometrische Voreinspritzhübe sich bei niedrigen Drehzahlen geringere Einspritzmengen als bei hohen Dreh­ zahlen einstellen, wird mit der Neigung der zweiten Ent­ lastungsnut 7 erreicht, daß für die bei kleinen Drehzahlen notwendigen größeren Regelwege bzw. Förderhübe auch ein größerer Voreinspritzhub realisiert wird.

Die Gestaltung des Auslaufs 8 der zweiten Entlastungsnut 7 ist für einen allmählichen Übergang der unterbrochenen in die nicht unterbrochene Einspritzung wichtig. Dadurch werden Sprünge im Verlauf der Einspritzmenge vermieden, die zu unstabilem Regelverhalten führen können.

Der in Fig. 3 dargestellte Auslauf 8 der zweiten Entla­ stungsnut 7 bietet den Vorteil einer einfachen Fertigung. Demgegenüber gestatten die Varianten 8 a und 8 b eine beson­ ders genaue Abstimmung des Einspritzverlaufs über der Regelstangenstellung und eine genaue Anpassung an das Regelverhalten des jeweiligen Motors.

Die in Fig. 3 dargestellte Variante mit der unteren Steu­ erkante 19 a parallel oder nahezu parallel zur Pumpenplun­ geroberkante 13 bewirkt, daß in Abhängigkeit von der Dreh­ zahl bzw. der Drehstellung des Pumpenplungers 1 auch eine Anpassung der Unterbrechungszeiten erfolgt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung be­ steht darin, daß sie gestattet, aus einem abgestimmten Pumpenplunger für nicht unterbrochene Einspritzung durch Nacharbeit einen Pumpenplunger für Voreinspritzung herzu­ stellen. Auf diese Weise können Motoren, der Verbrennungs­ geräusch beanstandet wird, nachträglich akkustisch verbes­ sert werden.

Claims (13)

1. Einspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine, insbe­ sondere Dieselbrennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, in dem ein von einem Pumpenplunger (1) begrenzter Pumpenraum (4) angeordnet ist, der über eine Saugöffnung (3) mit Kraftstoff beschickt ist und der über eine Entlastungsöff­ nung (3) in einer oberen Stellung des Pumpenkolbens über eine im Pumpenkolben vorgesehene erste Entlastungsnut (5) mit schräger Absteuerkante (6) entlastbar ist und mit einem zwischen der ersten Entlastungsnut (5) und der Pum­ penplungeroberkante angeordneten zweiten Entlastungsnut (7), die in bestimmter Dreh- und Axialstellung des Pumpen­ plungers (1) mit einem Entlastungsschlitz (11) in der Pumpenplungerbüchse (2) korrespondiert, wobei die obere Kante (14) der zweiten Entlastungsnut (7) gegenüber der Pumpenplungeroberkante (13) geneigt verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Kante (14) zwischen dem halben Neigungswinkel der Absteuerkante (6) der ersten Entlastungsnut (5) und einem um 6° größeren Winkel liegt.

2. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Entlastungsnut (7) an ihrem in axialer Richtung am vom Pumpenplunger (1) entferntesten Ende einen Auslauf (8) besitzt.

3. Einspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (8) der zweiten Entlastungsnut (7) eine Schräge ist, die sich von der Oberkante (14) zur Unterkante (19) erstreckt und zwar unter einem Winkel von 40° ±5° zur Oberkante (14) der zweiten Entlastungsnut (7).

4. Einspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (8) der zweiten Entlastungsnut (7) mindestens in Annäherung eine gekrümmte Kurve ist, die sich von der Ober- zur Unterkante der zwei­ ten Entlastungsnut (7) erstreckt.

5. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterkante der zweiten Entlastungsnut (7) parallel sind und einen Abstand von 5 bis 7% des Pumpenplungerdurchmessers haben.

6. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Tiefe und Breite der zweiten Entlastungsnut (7) gleich sind.

7. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante (19) der zwei­ ten Entlastungsnut (7) parallel oder nahezu parallel zur Plungeroberkante (13) verläuft.

8. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsschlitz (11) rechteckig ist und die gleiche Breite wie die zweite Ent­ lastungsnut (7) besitzt.

9. Einspritzpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsschlitz (11) mit der Ansaugöffnung (3) verbunden ist.

10. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsschlitz (11) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Pumpenplungers (1) angeordnet ist und sich um die Breite der zweiten Entla­ stungsnut (7) unterhalb des höchsten Punktes (16) der Ansaugöffnung (3) befindet.

11. Einspritzpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Oberkanten von zweiter Entlastungsnut (7) und Entlastungsschlitz (11) gleich sind.

12. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Oberkanten von Entlastungsnut (7) und Entlastungsschlitz (11) so groß ist, daß in der Drehstellung des Pumpenplungers (1), die der "Vollast" entspricht, Entlastungsnut (7) und Entla­ stungsschlitz (11) sich nicht berühren.

13. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Drehstellung des Pumpenplungers (1), die "niedrigem Leerlauf" entspricht, der Abstand von der Pumpenplungeroberkante (13) zur Ober­ kante (14) der zweiten Entlastungsnut (7) so groß ist, daß die zweite Entlastungnut (7) den Entlastungsschlitz (11) gerade dann trifft, wenn die Oberkante (13) des Pumpen­ plungers (1) die Ansaugöffnung (3) schließt.