DE4115103C2 - Hochdruckpumpe für eine Kraftstoff-Einspritzanlage - Google Patents
Hochdruckpumpe für eine Kraftstoff-EinspritzanlageInfo
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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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