DE4018535A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraft­ maschinen mit einem von einem Pumpenkolben beaufschlagten Pumpenraum, einem damit verbundenen Druckventil und einem Voreinspritzkolben, der über einen Verbindungskanal vom Pumpenraum beaufschlagt ist, und der durch Kraftstoffdruck gegen Federdruck unter Förderung eines Vorein­ spritzvolumens von seinem Dichtsitz bewegbar ist, und mit einem fe­ derkraftbeaufschlagten Verzögerungskolben im Strömungsweg zwischen Pumpenraum und Druckventil.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzpumpe ist aus der EP 01 41 044 bekannt geworden. Diese Anordnung hat zum einen den Nachteil, daß Druckwellen, die vom Voreinspritzkolben auf den Kraftstoff einwirken können, das Druckventil vorzeitig zumindest kurzzeitig öffnen können, und hierdurch unklare Einspritz- und damit Brennverhältnisse in der Brennkraftmaschine einhergehen, was zu einem verminderten Wirkungs­ grad führt.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe derart zu verbessern, daß eine vorgegebene Verzögerung zwischen Vor- und Haupteinspritzung unter allen Betriebs­ bedingungen sichergestellt ist, und daß diese Verzögerung auch nicht durch Druckwellen unterbrochen bzw. verkürzt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verzöge­ rungskolben mit seinem Kolbensitz einen vom Voreinspritzkolben gesteuerten Zuströmkanal stirnseitig verschließt, durch welchen er vom Kraftstoffdruck gegen einen Anschlag bewegbar ist und daß seit­ lich von der Verzögerungskolbenführung ein mit dem Druckventil ver­ bundener Abströmkanal abzweigt.

Die wesentlichsten Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß eine klare Trennung der Voreinspritzung von der Haupteinspritzung erziel­ bar ist, wodurch Wechsel- und Rückwirkungen zwischen beiden Einspritzsystemen weitestgehend vermeidbar sind. Gleichzeitig werden vorteilhafterweise trotz dieser Trennung beide Einspritzsysteme vom gleichen Pumpenkolben betätigt, was zu einem minimierten Bauteil- und damit Fertigungsaufwand führt. Dadurch, daß der Dichtsitz des Ver­ zögerungskolbens einen geringeren Querschnitt als der Verzögerungs­ kolben selbst aufweist, ist ein relativ großer Druck erforderlich, um den Verzögerungskolben von seinem Dichtsitz abzuheben. Anschließend muß sich der Verzögerungskolben bei erweitertem Querschnitt eine wesentliche Strecke zurückbewegen, bis der zum Druckventil führende Abströmkanal freigelegt wird.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist ferner darin zu sehen, daß der Strömungsweg vom Pumpenraum zum Druckventil zweifach verschlossen ist. Nämlich zum ersten dadurch, daß im drucklosen Zustand der Voreinspritzkolben unter Federkraft den Zuströmkanal verschließt, und zum zweiten der ebenfalls unter Federkraft gegen seinen Dichtsitz gedrückte Verzögerungskolben den Zuströmkanal vom Abströmkanal und somit vom Druckventil abklemmt. Hierdurch wird das Durchschlagen von Druckwellen aus dem Pumpenraum zum Druckventil wirksam verhindert. Auch möglicherweise bei der Betätigung des Voreinspritzkolbens ent­ stehende Druckwellen werden durch die zweite Verriegelung vom Durch­ schlagen auf das Druckventil abgehalten, so daß keine Gefahr der Auslösung einer vorzeitigen Haupteinspritzung durch Druckwellen mehr gegeben ist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung verläuft eine mit einem Rückschlagventil versehene Rückströmleitung von der Stirnfläche der Verzögerungskolbenführung zum Pumpenraum. Dies hat den Vorteil, daß der Verzögerungsraum unabhängig von der Bewegung des Voreinspritzkol­ bens, bzw. vom Verschließen des Zuströmkanals vollständig von Kraft­ stoff leerbar ist. Durch die vorgeschlagene Ausbildung wird dabei bewirkt, daß der im Verzögerungsraum befindliche Kraftstoff unter Beaufschlagung der Federkraft des Verzögerungskolbens über die Rück­ strömleitung direkt wieder in den Pumpenraum fließen kann. Das Rückschlagventil verhindert dabei, daß bei druckbeaufschlagtem Pumpenraum der Kraftstoff direkt auf den Verzögerungskolben wirkt.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung sieht vor, daß der Anschlag zur Veränderung der Verzögerungszeit verstellbar ist. Hierdurch ist es möglich, die Verzögerung zwischen Vor- und Haupteinspritzung ge­ zielt zu verändern. Die Verstellung kann dabei durch Austausch von entsprechend dimensionierten Bauteilen, oder durch eine direkte Ver­ stellung beispielsweise über eine Stellschraube erfolgen.

Vorteilhaft ist ferner, daß der Dichtsitz des Verzögerungskolbens als Ringlippe mit einem definierten, gegenüber dem Durchmesser des Verzögerungskolbens verminderten Innendurchmessers ausgebildet ist. Diese Ausbildung gewährleistet definierte Kraftverhältnisse, und sichert so ein exakt steuerbares Abheben des Verzögerungskolbens von seinem Dichtsitz.

Noch eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist darin zu sehen, daß Mittel vorgesehen sind, die bei Klemmen des Verzöge­ rungskolbens eine verzögerte Haupteinspritzung dadurch bewirken, daß der Pumpenraum zeitweilig mit dem Saugraum verbunden ist. Diese Mit­ tel sind vorzugsweise als vom Verzögerungskolben betätigtes Schließ­ ventil ausgebildet, das einen Notabflußkanal zwischen Pumpenraum und einem den Pumpenraum versorgenden Saugraum freigibt, wenn sich der Verzögerungskolben an seinem Anschlag befindet. Dabei ist vorteil­ hafterweise am Verzögerungskolben eine mit einer Ringnut versehene Ventilstange axial angebracht, und ein erster mit dem Pumpenraum kommunizierender Notabflußkanal und ein zweiter mit dem Saugraum kommunizierender Notabflußkanal münden in die Ventilstangenführung, und sind miteinander über die Ringnut verbindbar.

Diese erfindungsgemäße Weiterbildung bewirkt den wesentlichen Vorteil daß bei Versagen des Verzögerungskolbens ein eingeschränkter Weiter­ betrieb der Kraftstoffeinspritzpumpe mit Voreinspritzung und Haupt­ einspritzung möglich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. Die Figur zeigt einen Schnitt durch eine Kraft­ stoffeinspritzpumpe.

Die Kraftstoffeinspritzpumpe 1 besteht im wesentlichen aus einem Pumpenkolben 2, der in einem Pumpenraum 3 oszillierende über nicht gezeigte Betätigungsmittel, beispielsweise in Form eines Nockens, angetrieben wird. Der Pumpenraum 3 kommuniziert über Füllbohrungen 4a und 4b mit einem ringförmigen Saugraum 5, der von einem Kraftstoff­ behälter mit Kraftstoff gefüllt ist. Nach Freigabe der Füllbohrungen 4a und 4b füllt sich durch Unterdruck der Pumpenraum 3 mit Kraftstoff aus dem Saugraum 5. Auf seinem Aufwärtshub schiebt der Pumpenkolben 2 so lange Kraftstoff zurück in den Saugraum 5, bis die Steuerkante 6 des Pumpenkolbens 3 die Füllbohrungen 4a und 4b verschließt.

Dabei steigt schlagartig der Druck im Pumpenraum 3 an, und beauf­ schlagt über den Verbindungskanal 7 die Stirnfläche 8 des auf seinem Dichtsitz 9 mittels der Kraft einer Druckfeder 10 gepreßten Vorein­ spritzkolben 11. Übersteigt die vom weiter anwachsenden Pumpendruck auf den Voreinspritzkolben 11 ausgeübte Kraft die Federkraft, so springt der Voreinspritzkolben 11 auf, und fördert den in seinem rückwärtigen Voreinspritzraum 12 befindlichen Kraftstoff über eine Voreinspritzleitung 13 zu einem nicht gezeigten Voreinspritzventil. Der im Voreinspritzraum 12 befindliche Kraftstoff ist vorher mittels einer Fülleitung 14, die mit einem Rückschlagventil 15 versehen ist, aus dem dem Saugraum 5 eingeströmt.

Wenn der Voreinspritzkolben 11 soweit zurückbewegt ist, daß das in der Voreinspritzkolbenführung 16 seitlich einmündende Zuströmkanal 17 von dessen Stirnfläche 8 freigegeben wird, so wird dieser Zuströmkanal 17 und hierüber der Dichtsitz 18 des Verzögerungskolbens 19 vom Druck des Pumpenraumes 3 beaufschlagt. Dieser Druck steigt so lange nicht weiter an, bis der Voreinspritzkolben 11 an einen rückwärtigen An­ schlag 20 anlangt, und die Voreinspritzung somit abgeschlossen ist.

Ein weiteres Anwachsen des Kraftstoffdruckes im Pumpenraum 3 bewirkt sodann ein schlagartiges Abheben des Verzögerungskolbens 19 von sei­ nem Dichtsitz 18. Hierzu trägt insbesondere die nach dem Abheben plötzlich vergrößerte Angriffsfläche des Pumpenraumdruckes auf die Stirnfläche 21 des Verzögerungskolbens 19 bei. Der Verzögerungskolben 19 bewegt sich nun gegen die Kraft einer Verzögerungskolbenfeder 22 in Richtung eines rückwärtigen Anschlages 23, und gibt dabei den seitlich in die Verzögerungskolbenführung 24 einmündenden Abströmka­ nal 25 frei, d. h. beaufschlagt diesen bzw. das damit verbundene Druckventil 26 mit dem Pumpendruck. Dabei ist der Öffnungsdruck des Druckventils 26 jedoch derart eingestellt, das der bei der Freigabe des Abströmkanals 25 herrschende Kraftstoffdruck noch nicht zur Öff­ nung des Druckventiles 26 ausreicht.

Ein Anwachsen dieses Kraftstoffdruckes ab dem Abheben des Verzöge­ rungskolbens 19 von seinem Dichtsitz 18 wird durch das Ausweichen des Verzögerungskolbens 19 so lange verhindert, bis dieser am rückwärtigen Anschlag 23 anschlägt. Dabei füllt sich der vom Verzögerungskolben 19 freigegebene, in der gezeigten Stellung noch nicht vorhandene Ver­ zögerungsraum mit Kraftstoff.

Nach dem Anschlag des Verzögerungskolbens 19 am Anschlag 23 steigt der Kraftstoffdruck wiederum sprunghaft an, überwindet den Öffnungs­ druck des Druckventils 26 und es beginnt somit die Haupteinspritzung über nicht gezeigtes Haupteinspritzventil.

Die Haupteinspritzung wird auf herkömmlich bekannte Weite über hier nicht näher beschriebene Absteuerkanten 27 am Pumpenkolben 2 bewirkt. Hierbei wird der Druckraum 3 und alle mit diesem kommunizierenden Leitungen schlagartig drucklos. Dies wiederum bewirkt, daß nun die Federkraft der Verzögerungskolbenfeder 24 eine Rückbewegung des Ver­ zögerungskolbens 19 einleitet, wobei der im Verzögerungsraum be­ findliche Kraftstoff über den Zuströmkanal 17 und den Verbindungs­ kanal 7 in den Pumpenraum 3 zurückgefördert wird. Sollte der Vorein­ spritzkolben 11, getrieben durch die Kraft seiner Druckfeder 10 wie­ der den Zuströmkanal 17 versperren, bevor aller Kraftstoff aus dem Verzögerungsraum entwichen ist, so kann der verbleibende Kraftstoff über eine Rückflußleitung 28 mit Rückschlagventil 29 wieder direkt in den Pumpenraum 3 zurückfließen.

Bei der Zurückbewegung des Voreinspritzkolbens 10 entsteht im Vorein­ spritzraum 12 ein Unterdruck, wodurch Kraftstoff aus dem Saugraum 5 über die Fülleitung 14 nachfließen kann.

Am Verzögerungskolben 19 ist eine Ventilstange 30 axial ausgerichtet befestigt, die in einer Ventilstangenführung 31 verschiebbar ist. In die Ventilstange 30 ist eine Ringnut 32 eingelassen, die so ausge­ bildet ist, daß sie zwei in die Ventilstangenführung 31 mündende Not­ abflußkanäle 33 und 34 miteinander verbindet, wenn sich der Ver­ zögerungskolben 19 in seiner hinteren, am Anschlag 23 anliegenden Endstellung befindet. Der erste Notabflußkanal 33 kommuniziert mit dem Pumpenraum 3, während der zweite Notabflußkanal 34 mit dem Saug­ raum 5 kommuniziert, so daß in der beschriebenen Stellung der Pumpen­ raum 3 mit dem Saugraum 5 verbunden wäre, wenn nicht bereits die Steuerkante 6 des Pumpenkolbens 2 diesen bereits verschlossen hätte. Somit ist in der hinteren Endstellung des Verzögerungskolbens 19 tatsächlich keine Verbindung zwischen Pumpenraum 3 und Saugraum 5 vorhanden.

Bedeutung erlangt diese Steuerung als Notlaufsicherung, wenn bei­ spielsweise der Verzögerungskolben 19 nicht mehr zurückbewegbar ist, weil beispielsweise die Verzögerungskolbenfeder 22 gebrochen ist, oder er wegen des an seiner Stirnfläche 21 wirkenden hohen Druckes an seinem hinteren Anschlag klemmt. Ohne die Notabflußkanäle 33 und 34 würde sofort nach der Freigabe des Zuströmkanals 17 durch den sich zurückbewegenden Voreinspritzkolben 11 der gesamte nachfolgende Raum druckbeaufschlagt werden, und die Haupteinspritzung würde praktisch ohne Verzögerung einsetzen. 1n einem derartigen Fall wird nun erre­ icht, daß der Pumpenraum 3 so lange über die Notabflußkanäle 33 und 34 mit dem Saugraum 5 verbunden und somit drucklos bleibt, bis die Steu­ erkante 6 die Einmündung des ersten Notabflußkanals 33 in die Kolben­ führung 35 versperrt. Sodann würde die Voreinspritzung und gleich anschließend die Haupteinspritzung erfolgen. Die Voreinspritzung beginnt also nicht mit dem Verschließen der Füllbohrungen 4a und 4b, sondern erst mit dem Verschließen des ersten Notabflußkanals 33.

In einer gestrichelt eingezeichneten anderen Ausführungsform mündet der erste Notabflußkanal 33 erst weiter unten in die Kolbenführung 35, und ein entsprechend ausgebildeter Kanal 36 im Pumpenkolben 2 verhindert eine Kommunikation des Pumpenraumes 3 mit der Notab­ flußleitung 33 bzw. mit dem Saugraum 5 während die Voreinspritzung erfolgt. Wenn die Voreinspritzung in etwa abgeschlossen ist, also insbesondere bevor der Voreinspritzkolben 11 an seinem rückwärtigen Anschlag 20 ankommt, wird durch den Kanal 36 der Notabflußkanal 33 freigelegt, und der Pumpenraum 3 wird mit dem Saugraum 5 verbunden. Um eine Zurückbewegung des Voreinspritzkolbens 11 zu verhindern, sollte der Strömungsquerschnitt des Notabflußkanals 33 so bemessen sein, daß ein ausreichender Druck im Pumpenraum 3 verbleibt, der größer ist als die Kraft der Druckfeder 10.

Eine Leitung 37 verbindet den Federraum des Verzögerungskolbens 19 mit dem Saugraum 5, damit die durch die Zurückbewegung des Verzöge­ rungskolbens 19 bewirkte Volumenverkleinerung nicht zu einem An­ steigen des dortigen Gasdruckes führt.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem von einem Pumpenkolben beaufschlagten Pumpenraum, einem damit ver­ bundenen Druckventil und einem Voreinspritzkolben, der über einen Verbindungskanal vom Pumpenraum beaufschlagt ist, und der durch Kraftstoffdruck gegen Federkraft unter Förderung eines Vorein­ spritzvolumens von seinem Dichtsitz bewegbar ist, und mit einem federkraftbeaufschlagten Verzögerungskolben im Strömungsweg zwi­ schen Pumpenraum und Druckventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungskolben (19) mit seinem Kolbensitz (18) einen vom Voreinspritzkolben (11) gesteuerten Zuströmkanal (17) stirnseitig verschließt, durch welchen er vom Kraftstoffdruck gegen einen Anschlag (23) bewegbar ist, und daß seitlich von der Verzögerungs­ kolbenführung (24) eine mit dem Druckventil (26) verbundener Ab­ strömkanal (25) abzweigt.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Rückschlagventil (29) versehene Rückströmlei­ tung (28) von der Stirnfläche der Verzögerungskolbenführung (24) zum Pumpenraum (3) führt.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (23) zur Veränderung der Verzögerungszeit ver­ stellbar ist.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsitz (18) des Verzö­ gerungskolbens (19) als Ringlippe mit einem definierten, gegenüber dem Durchmesser des Verzögerungskolbens (19) verminderten Innen­ durchmessers ausgebildet ist.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die bei Klem­ men des Verzögerungskolbens (19) eine verzögerte Haupteinspritzung dadurch bewirken, daß der Pumpenraum (3) zeitweilig mit dem Saug­ raum (5) verbunden ist.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als vom Verzögerungskolben (19) betätigtes Schließ­ ventil (30, 32) ausgebildet sind, das einen Notabflußkanal (33, 34) zwischen Pumpraum (3) und einem den Pumpenraum (5) versorgenden Saugraum (5) freigibt, wenn sich der Verzögerungskolben (19) im Bereich seines Anschlags (23) befindet.

7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Verzögerungskolben (19) eine mit einer Ringnut (32) ver­ sehene Ventilstange (31) axial angebracht ist, und ein erster mit dem Pumpenraum (3) kommunizierender Notabflußkanal (33), und ein zweiter mit dem Saugraum (5) kommunizierender Notabflußkanal (34) in die Ventilstangenführung münden, und miteinander über die Ringnut (32) verbindbar sind.