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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Kraftstoffeinspritzpumpvorrichtung mit einem in einer Bohrung hin- und her
beweglichen Pumpenplungerkolben, einem Auslaß von der Bohrung,
durch den Kraftstoff während der Einwärtsbewegung des
Plungerkolbens unter der Wirkung von Nockeneinrichtungen
verdrängt werden kann, und einem Überströmventil, das während
der Einwärtsbewegung des Plungerkolbens Kraftstoff aus der
Bohrung abgegeben kann, um auf diese Weise die durch den
Auslaß zugeführte Kraftstoffmenge festzulegen. Das
Überströmventil besitzt ein Ventilelement, das mit einem Sitz in
Eingriff bringbar ist, wobei der Sitz einen Überströmkanal
von der Bohrung umgibt, elastische Einrichtungen, die das
Ventilelement in Eingriff mit dem Sitz vorspannen, einen
Betätigungskolben, der mit dem Ventilelement gekoppelt und in
einem Zylinder gleitbar ist, in den die Überströmöffnung
mündet, wobei der Betätigungskolben eine Fläche bildet,
gegen die der Strömungsmitteldruck im Zylinder wirken kann, um
das Ventil vom Sitz abzuheben, und ein Steuerventil zum
Steuern der Aufbringung von Strömungsmitteldruck auf die
Fläche des Betätigungskolbens, wobei die Anordnung derart
ausgebildet ist, daß bei einer Betätigung des Steuerventils
zur Aufbringung eines Strömungsmitteldrucks auf den
Betätigungskolben das Ventilelement vom Sitz abgehoben wird und
der Kraftstoff von der Bohrung in den Zylinder strömt.
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Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Vorrichtung ist in
der EP-A-0343759 beschrieben, wobei hier ein Paar von
Plungerkolben vorgesehen ist. Die Plungerkolben sind so
ausgebildet, daß sie das Steuerventil bilden, das in einer
vorgegebenen Relativlage der Kolben während ihrer
Einwärtsbewegung geöffnet wird, wobei das Ventil im geöffneten Zustand
ermöglicht, daß Kraftstoff unter Druck von der Bohrung in
den Zylinder fließen und auf den Betätigungskolben einwirken
kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung dieser Art in
einer einfachen und zweckmäßigen Ausführungsform zu
schaffen.
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Erfindungsgemäß umfaßt eine Vorrichtung der angegebenen Art
einen weiteren Zylinder mit größerem Durchmesser als der
zuerst erwähnte Zylinder, in den sich der zuerst erwähnte
Zylinder öffnet, und einen Speicherkolben, der im weiteren
Zylinder gleitbar ist, wobei der Kraftstoff vom zuerst
erwähnten Zylinder nach einer vorgegebenen Bewegung des
Betätigungskolbens in den weiteren Zylinder strömt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt die
Vorrichtung des weiteren einen Hilf skolben, der in einer
weiteren Bohrung gleitbar ist und durch die Nockeneinrichtungen
betätigt wird. Die weitere Bohrung steht mit dem zuerst
erwähnten Zylinder in Verbindung, und das Steuerventil umfaßt
ein EIN/AUS-Ventil, durch das Strömungsmittel aus der
weiteren Bohrung entweichen kann, bis das Steuerventil
geschlossen ist, um einen Druck im zuerst erwähnten Zylinder zu
erzeugen, der ausreicht, um das Ventilelement gegen die
Wirkung der elastischen Einrichtungen zu bewegen.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffpumpvorrichtung wird nunmehr in Verbindung mit der
beigefügten schematischen Zeichnung erläutert.
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Wie man der Zeichnung entnehmen kann, umf aßt die Vorrichtung
ein rotationszylindrisches Verteilerelement 10, das in einem
umgebenden Gehäuse 11 angeordnet ist. Im Verteilerelement
ist eine Querbohrung 12 ausgebildet, in der ein Paar von
Pumpenplungerkolben 13 angeordnet ist. Die Plungerkolben 13
sind so angeordnet, daß sie sich durch die Wirkung von auf
der inneren Umfangsfläche eines umgebenden Nockenrings 14
ausgebildeten Nockenkurven einwärts bewegen, wenn sich das
Verteilerelement dreht. In der Praxis sind Nockenfolger
zwischen den äußeren Enden der Plungerkolben und dem
Nockenring angeordnet.
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Die Bohrung 12 steht mit einem Längskanal 15 in Verbindung,
der an einem Punkt mit einem sich nach außen erstreckenden
Zuführkanal 16 in Verbindung steht, der sich bis zum Umfang
des Verteilerelementes erstreckt und so angeordnet ist, daß
er nacheinander mit einer Vielzahl von Auslaßöffnungen 17,
von denen nur eine gezeigt ist, im Gehäuseteil 11 in Deckung
tritt. Die Auslaßöffnungen stehen im Betrieb mit den
Einspritzdüsen des zugehörigen Motors in Verbindung. Der Kanal
15 steht ferner mit einer Vielzahl von sich nach außen
erstreckenden Einlaßkanälen 18 in Verbindung, die nacheinander
mit einer Einlaßöffnung oder Einlaßöffnungen 19 im
Gehäuseteil in Verbindung treten können, wobei die Einlaßöffnung
mit dem Auslaß einer Niederdruckkraftstoffversorgungspumpe
20 in Verbindung steht.
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Wenn sich im Betrieb das Verteilerelement dreht, wird der
Zuführkanal 16 mit einem Auslaß 17 in Deckung gebracht,
woraufhin die Kolben 13 einwärts bewegt werden, um
Kraftstoff
durch die Auslaßöffnung 17 zu einer der Einspritzdüsen
des Motors zu verdrängen. Während der Einwärtsbewegung der
Plungerkolben sind die Einlaßkanäle 18 nicht in Deckung mit
der Einlaßöffnung oder den Öffnungen 19. Während einer
fortgesetzten Drehung des Verteilerelementes nach maximaler
Einwärtsbewegung der Plungerkolben wird der Zuführkanal 16 aus
seiner Deckung mit einer Auslaßöffnung 17 heraus bewegt, und
die Einlaßkanäle 18 werden in Deckung mit der Einlaßöffnung
oder den Einlaßöffnungen 19 gebracht. Während eine derartige
Verbindung aufgebaut wird, kann Kraftstoff vom Auslaß der
Niederdruckpumpe in die Bohrung 12 strömen, um eine
Auswärtsbewegung der Plungerkolben 13 bis zu ihrem maximalen
Ausmaß, wie dies durch das Profil des Nockenrings oder durch
nicht gezeigte Anschläge ermöglicht wird, zu bewirken.
Danach wird der Zyklus wiederholt.
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Um die Kraftstoffmenge zu steuern, die dem zugehörigen Motor
zugeführt wird, ist die Vorrichtung so angeordnet, daß sie
nach dem Start der Einwärtsbewegung der Plungerkolben 13
Kraftstoff von der Bohrung 12 abgibt.
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Ein allgemein mit 21 bezeichnetes Überströmventil ist
vorgesehen und umfaßt ein Ventilelement 22, das mit einem Sitz
zusammenwirkt, der um einen Überströmkanal 23 herum
ausgebildet ist, welcher mit der Bohrung 12 in Verbindung steht.
Der Überströmkanal mündet in einen ersten Zylinder 24, und
dieser mündet wiederum in einen zweiten Zylinder 25 mit
größerem Durchmesser. In den Zylindern gleitbar ist ein
abgestuftes Kolbenelement 26, das einen kleineren
Betätigungskolben 27, der im Zylinder 24 angeordnet ist, und einen
größeren Speicherkolben 28 umf aßt, der im Zylinder 25
angeordnet ist. In diesem Beispiel ist das Ventilelement 22
einstückig mit dem Kolbenelement ausgebildet. Zu
Produktionszwecken kann jedoch das Kolbenelement auch zweistückig
ausgebildet
sein. Das Kolbenelement wird durch eine Feder 29
vorgespannt, so daß das Ventilelement 22 mit dem Sitz in
Eingriff steht. In dieser Position dringt der
Betätigungskolben 27 gerade in den Zylinder 24 ein.
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Der Zylinder 24 und das Ventilelement 22 bilden einen
Ringraum, der durch eine weitere quer verlaufende Bohrung 30
gequert wird, in der ein Paar von Hilfsplungerkolben 31
angeordnet ist. Die Plungerkolben 31 werden zur gleichen
Zeit wie die Plungerkolben 13 durch die Nockeneinrichtungen
14 betätigt. Der Ringraum ist mit Hilfe eines Kanales 32,
der sich im Verteilerelement erstreckt, mit einem
Steuerkanal 33 verbunden, der nacheinander mit einer Vielzahl von
Steueröffnungen 34, von denen nur eine gezeigt ist und die
jeweils mit einem elektromagnetisch betätigbaren EIN/AUS-
Ventil 35 in Verbindung stehen, in Deckung treten kann. Des
weiteren kann der Steuerkanal 33 nacheinander mit
Zuführöffnungen 36 in Verbindung treten, die im Gehäuseteil
ausgebildet sind und mit dem Auslaß der Niederdruckpumpe 20 in
Verbindung stehen. Das EIN/AUS-Ventil wird durch ein
elektronisches Steuersystem gesteuert, das diverse
Motorbetriebsparameter, wie beispielsweise die Motordrehzahl, sowie
Operationsbefehle einer Bedienungsperson berücksichtigen
kann. Das Ventilelement kann durch irgendeine Form einer
Vorrichtung ersetzt werden, die in der beschriebenen Weise
operieren kann, um während der Einwärtsbewegung der Kolben
31 einen Kraftstoffluß von der Bohrung 30 zu verhindern.
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Während der Einwärtsbewegung der Pumpenplungerkolben 13
steht der Steuerkanal 33 in Deckung mit einer Steueröf fnung
34. Wenn das Ventil 35 offen ist, strömt, da die Hilfskolben
31 nach innen bewegt worden sind, von der Bohrung 30
ausgestoßener Kraftstoff durch das EIN/AUS-Ventil zu einer
Ableitung. Der im vorstehend erwähnten Ringraum erzeugte Druck
ist nicht ausreichend, um das Kolbenelement 26 und das
Ventilelement 22 aus der in der Zeichnung gezeigten Position
herauszubewegen. Kraftstoff wird daher dem Auslaß 17
zugeführt. Wenn während der Einwärtsbewegung der Kolben das
Ventil 35 geschlossen wird, steigt der Druck in der Bohrung 30
und in dem vorstehend erwähnten Ringraum schnell an. Dieser
Druck wirkt auf die Endfläche des Betätigungskolbens 27 und
bewirkt eine Bewegung des Kolbenelementes und ferner des
Ventilelementes 22 gegen die Wirkung der Feder 29. Sobald
das Ventilelement 22 vom Sitz abgehoben wird, strömt
Kraftstoff durch die Überströmöffnung 23 in den Ringraum. Wenn
sich das Kolbenelement gegen die Wirkung seiner Feder
bewegt, wird der Betätigungskolben 27 vom Ende des Zylinders
24 abgezogen, und der Kraftstoff kann dann in den größeren
Zylinder strömen. Sobald das Ventilelement 22 von seinem
Sitz abgehoben wird, fällt der Druck des durch den Auslaß 17
geführten Kraftstoffs ab, so daß ein rasches Schließen des
Ventilelementes der Kraftstoffeinspritzdüse ermöglicht wird
und die Kraftstoff zufuhr zum Motor gestoppt wird. Wenn die
Kolben 13 und 31 ihre Einwärtsbewegung fortsetzen, wird der
Kraftstoff in den Zylinder 25 verdrängt, um eine Bewegung
des Kolbenelementes 26 gegen die Wirkung seiner Feder zu
bewirken. Eine solche Bewegung wird fortgesetzt, bis die den
Plungerkolben zugeordneten Nockenfolger die Spitzen der
Nockenkurven überlaufen.
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Wenn dem Plungerkolben eine Auswärtsbewegung durch die
Nockenkurven ermöglicht wird, kehrt das Kolbenelement unter
der Wirkung der Feder 29 in Richtung auf die in der
Zeichnung dargestellte Position zurück. Während einer
derartigen Bewegung wird Kraftstoff in die Bohrungen 12 und 30
verdrängt, bis das Ventilelement wiederum mit dem Sitz in
Kontakt tritt. In der Zwischenzeit hat sich ein Einlaßkanal
18 in Deckung mit der Einlaßöffnung 19 bewegt, und der
Steuerkanal 33 hat sich in Deckung mit einer Zuführöffnung
36 bewegt. Kraftstoff kann daher von der Niederdruckpumpe zu
den Bohrungen fließen, um die Kraftstoffmenge, die dem Motor
zugeführt wurde, und darüber hinaus im Falle der Bohrung 30
jeglichen infolge Leckens verlorengegangenen Kraftstoff zu
ergänzen. Um die Bewegung des Kolbenelementes zu
unterstützen, so daß das Ventilelement mit dem Sitz in Eingriff
treten kann, ist es erforderlich, einen Leckageweg vom
Zylinder 25 vorzusehen. Dieser Leckageweg kann durch ein
Lecken durch das Arbeitsspiel des Kolbens 28 und des
Zylinders oder durch eine kleine Bohrung, die mit dem Zylinder 25
in Verbindung steht, erreicht werden.
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Durch die beschriebene Anordnung müssen die
Hilfsplungerkolben 31 nur ein vergleichsweise geringes Kraftstoffvolumen
unter Druck setzen, um den erforderlichen Druck zu
entwickeln und damit eine Bewegung des Betätigungskolbens 27 zu
bewirken. Folglich ist die Gesamtverdrängung der
Plungerkolben 31 vergleichsweise gering. Das bedeutet, daß selbst
dann, wenn die Vorrichtung so eingestellt ist, daß nur eine
geringe Kraftstoffmenge dem zugehörigen Motor zugeführt
werden soll, die Gesamtbewegung des Kolbenelementes 26 durch
die Verdrängung der Hilf splungerkolben nicht stark
vergrößert wird. Wenn der Betätigungskolben nicht vorgesehen
wäre, hätten die Plungerkolben ein wesentlich größeres
Kraftstoffvolumen unter Druck zu setzen, und, um eine rasche
Betätigung zu erreichen, müßten die Plungerkolben einen
vergrößerten Durchmesser besitzen, was zu einer größeren
Kraftstof fverdrängung in den größeren Zylinder führen würde und
eine größere Bewegung des Kolbens 28 und eine erhöhte
Spannung der Feder 29 zur Folge hätte. Darüber hinaus hat die
geringe Fläche des Betätigungskolbens 27 zur Folge, daß
Druckspitzen, die erzeugt werden, wenn die Plungerkolben 31
anfangs durch die Nockenkurven bewegt werden, keine Bewegung
des Kolbens und Ventilelementes bewirken.
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Das anfängliche Abheben des Überströmventiles 22 wird rasch
erreicht und kann dazu führen, daß ein Hohlraum im
Kraftstoff im Zylinder 25 erzeugt wird. Nachdem der Kolben 27
jedoch vom Zylinder 24 zurückgezogen worden ist, dringt der
abgegebene Kraftstoff in den Zylinder 25 ein und jeglicher
Hohlraum, der sich gebildet hatte, fällt zusammen. Da der
Kolben 28 darüber hinaus eine größere Fläche als der Kolben
27 hat, wird für einen vorgegebenen Kraftstoffdurchsatz eine
reduzierte Kolbengeschwindigkeit erreicht. Dies trägt dazu
bei, die dynamischen Spannungen in der Rückzugsfeder 29 auf
ein annehmbares Niveau zu reduzieren.