DE4115103C2 - Hochdruckpumpe für eine Kraftstoff-Einspritzanlage - Google Patents

Hochdruckpumpe für eine Kraftstoff-Einspritzanlage

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Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoff-Einspritzanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wie sie aus der DE-OS 30 19 716 bekannt ist.
Bei solchen Hochdruckpumpen besteht die Gefahr, daß eine Verlustleistung infolge von Kraftstoffleckagen entsteht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Verlustleistung des Kraftstoff-Versorgungssystems infolge der Kraftstoff-Leckagen der Hochdruckpumpe und der Einspritzdüsen zu verringern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung soll erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 schaubildlich eine Kraftstoff-Einspritzanlage;
Fig. 2 im Schnitt die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe;
Fig. 3A-G Schnittdarstellungen der Pumpe in sechs aufeinanderfolgenden Zuständen innerhalb des Arbeitszyklus.
Die Kraftstoff-Einspritzanlage nach Fig. 1 weist ein Steuerelektronikmodul ECM auf, das Signale an einen elektronischen Verteiler 10 (EDU) schickt. Es handelt sich um Niederspannungssignale geringer Leistung, die den elektronischen Verteiler ansteuern, der seinerseits mit einer Leitung 16 an einen 12V-Fahrzeugsammler 14 angeschlossen ist. Das Steuerelektronik­ modul ECM hat mindestens zwei Eingänge, von denen der Eingang A die Winkelposition der Kurbelwelle als Zeit- bzw. Bezugswert aufnimmt. Der andere Eingang B erhält die Position der Drosselklappe als Lastbezugsgröße. Die optionalen Eingänge C, D, E und F gelten für die Turbobooster-Schaltung, die Öltemperatur, den Kühlmittelstand bzw. den Öldruck. Weiterhin enthält das Steuerelektronikmodul ECM einen PROM-Speicher 18, in den eine durch Prüfen und Ausmessen der Maschine aufgenommene Kraftstoffmengentabelle einprogrammiert ist.
Die Anlage enthält weiterhin eine Kraftstoff-Einspritzpumpenanordnung 20, der der Kraftstoff von einer Versorgungspumpe 22 zugeführt wird, die mit einer Leitung 21 an den Kraftstofftank 23 angeschlossen ist. Die Pumpenanordnung 20 weist zwei Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpen 24, 26 auf, die über die Ausgabe-Leitungen 32 bzw. 34 die gemeinsamen Hochdruckleitungen 28 und 30 speisen. Die Leitungen 36, 38 führen Kraftstoff mit konstantem Druck von der Pumpe 22 den Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpen 24, 26 zu. Die Hochdruckleitung 28 führt den Kraftstoff den Einspritzdüsen 40, 42, 44 über die Leitungen 46, 48 bzw. 50 und die Hochdruckleitung 30 den Kraftstoff den Einspritzdüsen 52, 54, 56 über die Leitungen 58, 69 bzw. 62 zu.
An den Düsen entsteht eine Leckströmung, die von den Lecköl-Rückführleitungen 66, 68, 70 aufgefangen und in die Rückführleitung 72 gegeben wird, während die Rückführleitungen 74, 76, 78 die Rückführleitung 80 speisen. Die Pumpen haben die Magnete 82 bzw. 84, die mit den Leitungen 86 bzw. 88 an den elektronischen Verteiler 10 (EDU) angeschlossen sind und über die Leitungen 86′ bzw. 88′ von Signalen aus dem Steuerelektronik­ modul ECM betätigt werden. Die Elektromagnete 100, 102, 104, 106, 108, 110 der Einspritzdüsen werden aus dem elektronischen Verteiler EDU über die Leitungen 112, 114, 116, 118, 120, 122 angesteuert, die ihrerseits die Signale aus dem Steuerelektronikmodul ECM auf den Leitungen 112′, 114′, 116′, 118′, 120′ bzw. 122′ übernehmen.
Die Hochdruckpumpe 24 nach Fig. 2 ist identisch mit der Pumpe 26. Das Pumpengehäuse 130 enthält einen Pumpenzylinder 132, in dem ein Pumpenkolben 134 zwischen einer oberen und einer unteren Totpunktlage läuft, wie unter Bezug auf Fig. 3 erläutert wird. Der Kraftstoff wird der Zulauföffnung 135 über die Leitung 36 zugeführt. Das Zulaufventil 136 steuert die Kraftstoffströmung in den Pumpenzylinder 132. Das Zulaufventil 136 weist einen Schaft 140 auf, der den Anker 142 des Elektromagneten 82 trägt. Der Anker wird im Ruhezustand von einer Druckfeder 145 in den Stator 144 eingezogen und beim Erregen des Stators 144 über die Leitung 86 ausgefahren, um den Zulauf 135 des Ventils zu öffnen. Die geförderte Kraftstoffmenge hängt von der Dauer der Erregung des Elektromagneten 82 und damit des Öffnens des Zulaufventils 136 ab, was sehr präzise zu steuern ist.
Die Kraftstoffausgabe der Pumpe 24 wird vom Ablaufventil 146 gesteuert, das sich zum Ablaufkanal 148 öffnet, der durch eine Druckfeder 150 im Ruhezustand des Ablaufventils 146 geschlossen bleibt. Beim Öffnen verbindet das Ablauf-Ventil 146 den Ablauf-Kanal 148 mit der Ablauföffnung 152, so daß Kraftstoff unter Druck in die Ausgabeleitung 32 gelangt.
Der Pumpenkolben 134 wird in dem Pumpenzylinder 132 von einer umlaufenden Nockenscheibe 154 zwischen einer oberen und einer unteren Totpunktlage hin- und herbewegt, so daß die Pumpe ein konstantes Volumen pumpt. Eine zwischen den Flansch 156 des Pumpenkolbens 134 und die Innenfläche 160 des Pumpengehäuses eingespannte Druckfeder 158 drückt den Flansch 156 auf die Nockenscheibe 154.
Die Lecköl-Rückführleitung 80 ist an eine Lecköl-Zulaufleitung 162 im Pumpengehäuse 130 angeschlossen, über die das Lecköl einer Leckkraftstoff-Sammelkammer 164 zugeführt wird. In dieser befindet sich ein Kolben 166, den eine Druckfeder 168 in Richtung zum Pumpenkolben 134 beaufschlagt. Das während eines Pumpzyklus sich ansammelnde Lecköl wird über den Ablaufkanal 170 dem Pumpenzylinder 132 zugeführt. Am Pumpenkolben 134 vorbei entweichender Kraftstoff wird von einer Sammelnut 172 aufgefangen.
Die Arbeitsweise der Hochdruckpumpe 24 wird unter Bezug auf die Fig. 3A bis 3D beschrieben.
Die in Fig. 2 gezeigte Hochdruckpumpe befindet sich im gleichen Zustand wie in Fig. 3A gezeigt. Der Arbeitszyklus beginnt, wenn der Kolben gerade den oberen Totpunkt durchlaufen hat, der Elektromagnet 82 stromlos ist und die Federn 145, 150 das Zu- und das Ablaufventil 136 bzw. 146 schließen.
Wenn nun, wie in Fig. 3B gezeigt, die sich nach rechts drehende Nockenscheibe 154 der Feder 158 erlaubt, den Saughub des Pumpenkolbens 134 zu beginnen, öffnet der Elektromagnet 82 das Zulaufventil 136, so daß Kraftstoff in den Pumpenzylinder 132 strömen kann. Mit dem Weiterdrehen der Nockenscheibe 154 schließt nach einer gewissen Zeitspanne (Fig. 3C) der Elektromagnet 82 das Zulaufventil 136 und sperrt so die Kraftstoffzufuhr zum Pumpenzylinder 132. Die Dauer der Öffnung des Zulaufventils 136 bestimmt die dem Pumpenzylinder 132 zugeführte Kraftstoffmenge.
Nach Fig. 3D wird bei weiterer Drehung der Nockenscheibe 154 der Pumpenkolben 134 (weiter) zurückgezogen und dem Pumpenzylinder 132 kein weiterer Kraftstoff zugeführt. Dadurch entsteht in dem Pumpenzylinder 132 ein Unterdruck.
Nach der vorliegenden Erfindung wird das Lecköl der Einspritz-Düse und/oder des Pumpenkolbens 134 zur Hochdruckpumpe zurückgeführt, ohne das Zulaufventil 136 zu durchlaufen. Hat die Nockenscheibe ihre dem unteren Totpunkt entsprechende Stellung (Fig. 3E) erreicht, wird mit dem Ende des Saughubes des Pumpenkolbens 134 der Ablaufkanal 170 geöffnet und so die Leckkraftstoff-Sammelkammer 164 mit dem Pumpenzylinder 132 verbunden. Das hintere Ende der Leckkraftstoff-Sammelkammer 164 wird auf Atmosphärendruck gehalten, damit der vor dem Kolben 166 liegende Kammerteil bei der Druckbeaufschlagung des Lecköls expandieren und als Sammler wirken kann. Die Kraft der den Kolben 166 beaufschlagenden Feder 168 und der Unterdruck in der Leckkraftstoff-Sammelkammer 164 bringen gemeinsam das Lecköl aus dem vorgehenden Maschinenzyklus (d. h. seit dem letzten Hub der Pumpe 24) in den Pumpenzylinder 132.
Beim Vorbeilauf der Nockenscheibe 154 am unseren Totpunkt (Fig. 3F) wird der Pumpenkolben 134 nach oben bewegt, so daß der Ablauf-Kanal 170 geschlossen und der Pumpenzylinder 132 vom Unter- auf einen Überdruck beaufschlagt wird. Mit steigendem Druck in dem Pumpenzylinder 132 sammelt sich der am Pumpenkolben 134 vorbeiströmende Kraftstoff in der umlaufenden Sammelnut 172 und strömt über den Ablaufkanal 170 in die Leckkraftstoff-Sammelkammer 164. Nach dem Schließen des Ablaufkanals 170 durch den Pumpenkolben 134 (Fig. 3G) erhöht sich bei weiterem Druckhub des Pumpenkolbens 134 der Druck des Kraftstoffs, bis das Ablaufventil 146 öffnet. Es bleibt offen, bis der Pumpenkolben 134 den oberen Totpunkt erreicht hat und einen neuen Saughub und damit einen Arbeitszyklus beginnt.

Claims (11)

1. Hochdruckpumpe für eine Kraftstoff-Einspritzanlage mit
  • - einem Pumpengehäuse, das einen Pumpenzylinder
enthält,
  • - einem mechanisch angetriebenen, geradlinig hin- und hergehenden Kolben in dem Pumpenzylinder, der durch eine Federeinrichtung in Richtung seiner unteren Totpunktlage auf den mechanischen Antrieb gedrückt wird und mit dem Pumpengehäuse und dem Pumpenzylinder einen Pumpenarbeitsraum bildet,
  • - einer Zulaufvorrichtung, die Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum einläßt,
  • - einer Ablaufvorrichtung zum Abgeben von verdichtetem Kraftstoff zu den Einspritzdüsen und
  • - einer Vorrichtung zum Auffangen (172) des vom Pumpenarbeitsraum durch den Spalt zwischen Pumpenkolben und Pumpenzylinder fließenden Leckkraftstoffes und zum Rückführen dieses aufgefangenen Leckkraftstoffes in den Pumpenarbeitsraum innerhalb des Pumpengehäuses,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Pumpengehäuse (130) eine Leckkraftstoff-Sammelkammer (164) aufweist, in welcher der aus dem Pumpenzylinder (132) aufgefangene Leckkraftstoff und der in einer Rücklaufleitung (72, 80) von den Einspritzdüsen (40, 42, 44) geführte Leckkraftstoff der Einspritzdüsen eingeleitet wird, und daß
  • - der in der Leckkraftstoff-Sammelkammer (164) gesammelte Kraftstoff dem Pumpenarbeitsraum zugeführt wird, wenn der Pumpenkolben (134) in seiner unteren Totpunktlage die Verbindung zwischen Leckkraftstoff-Sammelkammer (164) und Pumpenarbeitsraum freigibt.
2. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sammelnut (172) zur Aufnahme und Zuführung von Leckkraftstoff, die als umlaufende Nut auf der Innenseite des Pumpenzylinders (132) derart am unteren Ende des Pumpenarbeitsraumes angebracht ist, daß der Pumpenkolben (134) sie freigibt, wenn er sich in der unteren Totpunktlage befindet.
3. Hochdruckpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolben (166) in der Leckkraftstoff-Sammelkammer (164) gleitend angeordnet ist, der die Leckkraftstoff-Sammelkammer (164) in einen vorderen und einen hinteren Teil unterteilt, wobei eine Feder (168) vorgesehen ist, die den Kolben (166) elastisch zum Pumpenkolben (134) hin vorspannt, wobei angesammelter Leckkraftstoff aus dem Pumpenzylinder (132) sowie bei der oberen Totpunktlage des Pumpenkolbens (134) aufgefangener Kraftstoff aus den Kraftstoff-Einspritzdüsen (40, 42, 44, 52, 54, 56) durch einen Ablaufkanal (170) aus der Leckkraftstoff-Sammelkammer (164) dem Pumpenzylinder (132) zugeführt wird, wenn sich der Pumpenkolben (134) in der unteren Totpunktlage befindet.
4. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zulauföffnung (135) ein Zulaufventil (136) angeordnet ist, das dem Pumpenzylinder (132) Kraftstoff zuführt.
5. Hochdruckpumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Ventilfeder, die das Zulaufventil (136) in eine geschlossene Stellung elastisch vorspannt.
6. Hochdruckpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zulaufventil (136) von einem Elektromagneten (82) geöffnet wird, wenn sich der Pumpenkolben (134) in Ansaugrichtung bewegt.
7. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Antrieb eine rotierende Nockenscheibe (154) umfaßt.
8. Hochdruckpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (82) des Zulaufventils (136) durch Signale aus einer elektronischen Steuerung (10) betätigt wird.
9. Einfach oder mehrfach angeordnete Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Verwendung in einer Kraftstoff-Einspritzanlage, die aufweist: mindestens eine gemeinsame Druckleitung (28, 30), eine Vielzahl elektromagnetisch betätigter Kraftstoff-Einspritzdüsen (40, 42, 44, 52, 54, 56), die an die gemeinsame Druckleitung (28, 30) angeschlossen sind, um aus ihr Kraftstoff mit im wesentlichen konstantem Druck zu übernehmen, eine elektronische Steuerung (10) zur Steuerung jeder der Kraftstoff-Einspritzdüsen (40, 42, 44, 52, 54, 56), eine Kraftstoff-Versorgungs­ einrichtung (21, 22, 23) zur Zufuhr von Kraftstoff mit im wesentlichen konstantem Druck und Drucksteuermitteln (10, 82, 84) zum Steuern des Druckes in der gemeinsamen Hochdruckleitung (28, 30).
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