DE4006899A1 - Verfahren und vorrichtung zur vermeidung einer kavitation an einem pumpenelement einer einspritzpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Kavitation an einem Pumpenelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Pumpen verschiedener Art bekannt (DE-OS 14 03 945, DE-OS 15 28 662), bei denen Maßnahmen zur Vermeidung einer Kavitation durch Umleitung des Mediums oder durch Zwischenbereiche erzielt wird.

Bei einer Einspritzpumpe zur Förderung von Kraftstoff in eine Druckleitung, an die ein Einspritzventil eines Motors angeschlossen ist, ist es aufgrund des be­ grenzten Bauraumes erforderlich, die Elemente bzw. Mittel zur Vermeidung von Kavitation kleinbauend zu halten bzw. diese in die Pumpe zu integrieren, so daß das Bauvolumen der Einspritzpumpe beibehalten werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ver­ meidung einer Kavitation an einer Steuerkante des Pumpenkolbens einer Einspritzpumpe sowie eine Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens an der Einspritz­ pumpe zu schaffen.

Das Mittel zur Durchführung des Verfahrens sowie das Verfahren selbst soll ohne wesentliche Abänderung der Einspritzpumpe und dessen Bauteile bei weitestgehend gleicher Baugröße ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.

Die mit der Erfindung im wesentlichen erzielten Vor­ teile bestehen darin, daß die Kavitation durch ein Wegdrücken der Vakuumblasen aus dem Bereich der Steuerkanten am Pumpenkolben erfolgt und diese somit nicht mehr beim Implodieren zerstört werden können, was eine Veränderung der Steuerdaten verursachen würde. Zudem wird der Pumpenkolben und die Zylinderlaufbuchse zerstört und der Kolben frißt.

Eine Vermeidung der Kavitation im Bereich der Steuer­ kanten wird durch eine, den Steuerbohrungen während der Förderung definiert zugeführte Leckmenge erreicht, die die Vakuumblasen in die Steuerbohrungen zurückdrängt. Zur Vergleichmäßigung der Leckmenge zu den beiden Steuerbohrungen kann auch zusätzlich noch eine Quer­ bohrung im Kolben vorgesehen sein.

Das Zuführen der Leckmenge wird entweder durch eine größere Spielgebung des oberen Steuerkolbens gegenüber dem unteren Steuerkolben im Pumpenzylinder erzielt oder, wenn der obere und untere Steuerkolben ein gleiches Spiel im Zylinder aufweisen, wird eine Kavi­ tation durch Umfangsnuten unterbunden, die mit einem Längskanal im Kolben verbunden sind und gleichfalls eine Leckmenge während der Förderung über den Längs­ kanal und die zu beiden Steuerbohrungen führenden Umfangsnuten ermöglicht.

Damit ein im Durchmesser kleinerer oberer Steuerkolben die Pumpenleistung nicht herabsetzt, können die Steuerbohrungen entsprechend verkleinert werden, so daß die ursprüngliche Pumpenleistung im wesentlichen er­ halten bleibt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung einer Einspritzpumpe im Schnitt mit Pumpenzylinder und Pumpenkolben,

Fig. 2 eine Einzelheit Z des Pumpenkolbens im ver­ größerten Maßstab bei einer Stellung im unte­ ren Totpunkt mit Vakuumblasen am Pumpenkolben,

Fig. 3 die Einzelheit Z mit dem Pumpenkolben in Stellung bei Förderbeginn mit dargestellter zurückfließender Leckmenge,

Fig. 4 die Einzelheit Z mit dem Pumpenkolben in Stellung Förderende mit dargestellten zurück­ gedrückten Vakuumblasen,

Fig. 5 eine Darstellung mit implodierenden Vakuum­ blasen an der Steuerkante des Pumpenkolbens,

Fig. 6 eine Vorderansicht eines Pumpenkolbens mit einer Querbohrung,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Pumpenkolbens mit der Querbohrung und

Fig. 8 eine weitere Ausführung des oberen Steuer­ kolbens mit Umfangsnuten.

Eine Einspritzpumpe 1 umfaßt im wesentlichen einen Pumpenzylinder 2, in dem ein Pumpenkolben 3 verstellbar angeordnet ist. Der Pumpenkolben 3 weist eine Längsnut 4 und eine anschließende schraubenlinienförmige Aus­ fräsung 5 auf. Die an der Kolbenwand entstehende Kante 6 bildet eine Steuerkante 7. Sie dient zur Regelung der Fördermenge. In der Zylinderwand 8 sind zwei gegen­ überliegende radiale Stuerbohrungen 9 und 10 vorge­ sehen. Durch diese gelangt Kraftstoff aus einem Saug­ raum in einen Druckraum 11 und kann beim Absteuervor­ gang wieder zurückfließen. In der untersten Kolben­ stellung ist der Druckraum 11 über den Kolben 3 mit Kraftstoff gefüllt. Beim Aufwärtsgehen schließt der Kolben 3 die Steuerbohrungen 9 und 10 und drückt den Kraftstoff durch ein nicht gezeigtes Druckventil in eine Druckleitung. Die Förderung hört auf, sobald die Steuerkante 7 die Steuerbohrungen 9, 10 freigibt.

Zur Vermeidung einer Kavitation, was in Fig. 5 näher dargestellt ist, wird während des Fördervorgangs, d. h. wenn der Pumpenkolben 3 sich in Pfeilrichtung 12 be­ wegt, eine gewisse Leckmenge gemäß Pfeilrichtung 20 aus dem Druckraum 11 in die Steuerbohrungen 9, 10 geleitet, so daß die an der Einmündung 13 (Fig. 2) stehenden Vakuumblasen 14 in die Steuerbohrungen 9, 10 in Pfeil­ richtung 15 somit zurückgedrängt werden (Fig. 4), so daß keine Beschädigung am Pumpenkolben 3 durch Im­ plodieren erfolgen kann.

Wie die Fig. 3 und 4 näher zeigen, wird die Leck­ menge gemäß den gezeigten Pfeilrichtungen 20, 21 vom Druckraum 11 sowie über die Ausfräsung 15 im Kolben 3 den Steuerbohrungen 9, 10 zugeführt. Hierdurch können die Vakuumblasen relativ weit in die Steuerbohrungen 9, 10 zurückdrängt werden.

Nach einer ersten Ausführung gemäß Fig. 1 ist der obere Steuerkolben 3a mit dem Durchmesser D mit einem größeren Spiel 2s als der anschließende untere Steuer­ kolben 3b mit einem Spiel s und einem Durchmesser D₁ im Pumpenzylinder 2 angeordnet. Die Leckmenge kann somit im Spalt zwischen Kolben 3a und Zylinder 2 während der Kraftstofförderung den Steuerbohrungen 9, 10 zufließen und die sich gebildeten Vakuumblasen 14 am Pumpenkolben 3a in die Steuerbohrungen 9, 10 zurückdrängen, wie die Fig. 2 bis 4 näher zeigen.

Der Leckverlust kann durch eine geringe Verkleinerung der Durchmesser der Steuerbohrungen 9, 10 kompensiert werden, weil mit der Durchmesserverringerung die wirk­ same Hubhöhe der Förderung wächst. So bringt zum Bei­ spiel eine Durchmesserverkleinerung der Steuerbohrungen 9, 10 von 10 mm Durchmesser auf 9 mm Durchmesser bei einem Kolbendurchmesser von 47 mm Durchmesser 1 mm Hub, so daß die Vakuumblasen ca. 13 mm von der Steuerkante weggedrückt werden können.

Zur Vergleichmäßigung der Leckmenge auf beide Steuer­ bohrungen 9 und 10 ist eine Querbohrung 17 im oberen Steuerkolben 3a vorgesehen. Diese ist vorzugsweise in einer horizontalen Ebene X-X angeordnet, welche in Höhe der auslaufenden schrägen Steuerkante 7 verläuft, wie die Fig. 6 und 7 zeigen.

Nach einer weiteren Ausführung gemäß Fig. 8 kann der obere und untere Steuerkolben 3a und 3b auch jeweils einen gleichen Durchmesser D₁ mit einem kleinen Spiel s aufweisen. Zur Führung der Leckmenge zu den Steuer­ bohrungen 9, 10 sind dann relativ schmale Umfangsnuten 18, 19 im Steuerkolben 3a in einer horizontalen Ebene Z-Z vorgesehen. Diese sind ausgehend von der Längsnut 4 bis in den Steuerbereich, zum Beispiel von 30% bis 50% der Last geführt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Vermeidung einer Kavitation an einem Pumpenelement einer Einspritzpumpe für eine Kraft­ stofförderung in einem Motor, wobei das Pumpen­ element einen in einem Pumpenzylinder verstellbaren Pumpenkolben umfaßt, der eine Längsnut sowie eine durch eine schraubenlinienförmige Ausfräsung ge­ bildete schräge Steuerkante aufweist und dem min­ destens zwei Steuerbohrungen im Zylinder zur Kraftstofförderung zugeordnet sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während eines Fördervorganges des Kraftstoffes eine Leckmenge aus dem Druckraum (11) des Zylinders (2) zu den Steuerbohrungen (9, 10) geleitet wird und in den Bohrungen (9, 10) be­ stehende Vakuumblasen (14) in Strömungsrichtung (Pfeilrichtungen 20, 21) der Leckmenge mitgerissen und von der Steuerkante (7) des Pumpenkolbens (3a) weggedrückt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (3) einen oberen, die Steuerkante (7) und den Längskanal (4) aufweisenden Steuerkopf (3a) mit einem geringfügig größeren Spiel im Zylinder (2) aufweist als der untere anschließende Steuer­ kopf (3b).

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel (2s) des oberen Steuerkopfes (3a) im Zylinder (2) etwa doppelt so groß ist wie das Spiel (s) des unteren Steuerkolbens (3b) im Zylinder (2).

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Steuerbohrungen (9, 10) im Pumpenzylinder (2) zum Spiel (2s) des oberen Steuerkopfes (3a) in einem definierten Zusammenhang derart stehen, daß bei einem großen Spiel (2s) die Steuerbohrungen (9, 10) im Durchmesser kleiner aus­ geführt sind als bei einem kleineren Spiel (s).

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Steuerkopf (3a) eine Querbohrung (17) angeordnet ist, die in einer horizontalen Ebene (X-X) in Höhe der in der Längsnut (4) auslaufenden schrägen Steuerkante (7) verläuft.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Steuerkopf (3a) und der untere Steuerkopf (3b) mit einem gleichen Spiel (s) im Pumpenzylinder (2) angeordnet sind und der obere Steuerkopf (3a) zwei Umfangs­ nuten (18, 19) aufweist, die mit der Längsnut (4) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Umfangsnuten (18, 19) in einer hori­ zontalen Ebene (Z-Z) jeweils zu beiden Seiten der Längsnut (4) angeordnet sind und jeweils in einer senkrechten Fräskante der Längsnut (4) einmündend und in einer Wirkstellung korrespondierend mit den Steuerbohrungen (9, 10) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsnuten (18, 19) aus­ gehend von der Längsnut (4) in einem Steuerbereich von etwa 30% bis 50% der Last verlaufen.