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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe zur Hochdruckeinspritzung
von Brennstoff in Verbrennungskammern eines Motors und insbesondere
auf eine Hochdruckeinspritzpumpe mit variabler Durchflussmenge zur
Druckerzeugung, Abmessung von Brennstoff/Kraftstoff und Lieferung
des bemessenen Kraftstoffs zu den Verbrennungskammern.
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Bei
der Hochdruckkraftstoffpumpe mit variabler Durchflussmenge sind
allgemein zwei Typen von Pumpen entwickelt worden, eine davon ist
eine Hochdruckkraftstoffpumpe 80, die am Eingangsanschluss
ein Eingangsdosierventil entsprechend 9 aufweist.
Es ist ein Einlassanschlussventil 81 zur Regulierung einer
Zuflussrate von Kraftstoff in einen Zylinder auf zur Überwachung
eines abgemessenen Betrages an Kraftstoff, der abgegeben wird. Der
andere Typ besteht in einer Hochdruckbrennstoffpumpe 90,
des System, welches als Vorhubsteuerung bezeichnet wird und entsprechend 10 funktioniert,
worin ein Zufuhranschlussventil 91 entsprechend dem Vorhubweg
gesteuert wird.
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Die
Hochdruckkraftstoffpumpe 80 nach 9 ist vom
Typ der Kraftstoffpumpen, die einen unter Druck stehenden Kraftstoff
mit Hochdruck in die Verbrennungskammern des Motors versprühen, wobei
der über
einen Kraftstoffeinlassdurchgang 82 eingeführte Kraftstoff,
wenn das Einlassanschlussventil 81 offen gehalten wird,
in einer Pumpkammer 85 unter Druck gesetzt wird mittels
der Betätigung
eines sich hin und her bewegenden Pumpenkolbens 84, der
mittels eines exzentrischen Nockens 83 bewegt wird, welcher über eine
Kraftabtriebswelle des Motors angetrieben wird. Der unter Druck
stehende Kraftstoff wird dann zu entweder einer Kraftstoffspeicherleiste/Common
Rail oder zu Injektoren durch einen Brennstoffabgabedurchgang 86 geliefert.
Entsprechend dem Typ, wie oben beschrieben, wird der abgemessene
Betrag an abzugebendem Kraftstoff in Abhängigkeit von der Durchflussrate
des Kraftstoffes bestimmt, der durch einen Ventilsitz für eine vorausgewählte Zeitdauer
durchfließt,
in der das Einlassanschlussventil 81 offen gehalten wird.
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Im
Gegensatz dazu funktioniert die Kraftstoffhochdruckpumpe 90 entsprechend 10 bei einem
derartigen System so, dass das Anschlusseinlassventil nach dem unteren
Totpunkt des Pumpenkolbens für
eine kurze Verzögerungszeit
offen bleibt, bis ein Volumen, welches zwischen dem Pumpkolben und
dessen zugehörigem
Zylinder umfasst ist, einen gewünschten
Betrag an abzugebendem Brennstoff erreicht hat. Zu dem Zeitpunkt,
bei dem der geforderte Betrag an Brennstoff in der Pumpkammer erreicht
ist, wird das Einlassanschlussventil geschlossen und der abgemessene
Brennstoffbetrag, welcher in der Pumpkammer, die durch den Zylinder über dem
Kolben abgemessen ist, wird von der Pumpkammer ausgegeben. Somit
wird überschüssiger Kraftstoff
in der Pumpkammer durch das Einlassanschlussventil zurückgelassen,
bis die Pumpkammer, welche durch den Zylinder an dem Kolben bestimmt ist
im Volumen reduziert wird, auf den geforderten Betrag an Brennstoff,
der abzugeben ist.
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Bei
der Hochdruckkraftstoffpumpe 90 bewegt sich der Kolben 94 auf
und nieder, da der Nocken 93 rotiert, womit das Volumen
der Pumpkammer 95 variiert wird. Bei der Abwärtsbewegung
des Kolbens 94 wird die Pumpkammer 95 im Volumen vergrößert, während sich
der Druck vermindert, was eine Öffnung
des Einlassanschlussventils 91 eines solenoidbetätigten Ventils
ergibt, um Kraftstoff in die Pumpkammer über eine Kraftstoffeinlassleitung 92 zu
ermöglichen.
Der zufließende
Kraftstoff steht nicht unter dem hohen Druck, sondern unter einem
relativ niedrigen Druck, der durch eine Niederdruckpumpe eingebracht
wird. Die Pumpkammer ist anfänglich
im Volumen ausreichend groß,
verglichen mit dem geforderten Betrag an Brennstoff, der abzugeben
ist. Da der Nocken 93 eine Rotation beginnt, so bewegt sich
der Kolben 94 nach oben, um die Pumpkammer 95 in
ihrem Volumen zu verkleinern, während
das Einlassanschlussventil 91 geöffnet verbleibt. Somit wird
der Kraftstoff, der in die Pumpkammer 95 einfließen kann,
teilweise über
das Einlassanschlussventil 91 zu dem Kraftstoffeinlassdurchgang 92 gedrückt. Zu
dem Augenblick, in dem der Kraftstoffbetrag in der Pumpkammer 95 den
geforderten Betrag an Kraftstoff erreicht hat, wird das Einlassanschlussventil 91 geschlossen.
Danach, während
der Kolben 94 seine Aufwärtsbewegung fortsetzt, wird
der in der Pumpkammer 95 abgemessene Kraftstoff in einen
Kraftstoffzufuhranschluss 96 gedrückt.
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In
der japanischen offengelegten Patentschrift Nummer 257533/1994 wird
eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit Vorhubsteuerungssystem beschrieben,
in der eine Gegendruckkammer, welche mit einem Niedrigdruckkraftstoff
versorgt wird, hinter einem Hauptventilkörper eingesetzt, welcher teilweise Wände der
Pumpkammer darstellt. Der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer
wird über Öffnen und
Schließen
zwischen der Gegendruckkammer und einer Hilfsventilkammer über die
Betätigung
eines solenoidbetätigten
Hilfsventils gesteuert, welche in der Hilfsventilkammer zur gleitenden
Bewegung gehalten wird. Ein Kolbenbereich des Hauptventilkörpers bewegt
sich in Übereinstimmung
mit der Kombination einer Druckkraft einer Hauptventilfeder und
einer Druckdifferenz zwischen der Gegendruckkammer und einem Bereich
in einer Hauptventilkammer hin und her, wobei dies mit einem Kraftstoffdurchfluss in
Verbindung steht oder zur Pumpkammer zugänglich ist, um damit den Hauptventilkörper zu öffnen und
zu schließen
zwischen der Gegendruckkammer und der Hilfsventilkammer. Es wird
kein Kraftstoff in der Pumpkammer nach hinten zu dem Kraftstoffdurchgang
zu einem früheren
Zeitpunkt der Aufwärtsbewegung
des Kolbens abgegeben. Die Erregung des solenoidbetätigten Ventils
reguliert trotzdem den Schließzeitpunkt
des Hauptventilkörpers, der
eine Verflüchtigung
des Druckes aus der Gegendruckkammer ermöglichen kann. Dies steuert
den effektiven Hub des Kolbens, nachdem die Verbindung von der Pumpkammer
in einer druckaufbauenden Phase des Kolbens unterbrochen worden
ist.
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Eine
weitere herkömmliche
Hochdruckbrennstoffeinspritzpumpe mit Vorhubsteuerungssystem wird
in dem japanischen Patent Nummer 2,690,734 offenbart. Entsprechend
dieser Hochdruckbrennstoffeinspritzpumpe nach dem Stand der Technik
blockiert die elektrische Leitung eines solenoidbetätigten Ventils
einen Durchgang, welcher zwischen dem Ventilkörper und dessen Ventilsitz
zur Verbindung einer Pumpkammer mit einem Niedrigdruckdurchgang
ausgebildet ist. Der Druck des in der Pumpkammer vorhandenen Kraftstoffes
wird erhöht mittels
eines Kompressionsgliedes und dann ausgegeben zu einer gemeinsamen
Kraftstoffleiste/Common Rail, über
einen Abgabeanschluss. Die Veränderung
einer elektrischen Leitung am solenoidbetätigten Ventil ergibt eine Überwachung
des Betrages an Kraftstoff, der von der Kraftstoffspeicherleiste
geliefert wird. Das solenoidbetätigte
Ventil beinhaltet einen nach außen öffnenden
Tellerventilkörper,
der an seiner gesamten unteren Oberfläche dem Druck ausgesetzt ist,
der in der Pumpkammer erzeugt wird. Somit wirkt der in der Pumpkammer
erzeugte Druck auf den Ventilkörper
als eine Antriebskraft zur wirksamen Bewegung des Ventilkörpers gegen
seinen Ventilsitz im Schließzustand,
zusätzlich
zu der elektromagnetischen Anziehungskraft des solenoidbetätigten Ventiles,
um damit das solenoidbetätigte
Ventil in seiner Schließkraft
zu verstärken,
womit der Druck gegen jegliche Leckage nachdem das Ventil in geschlossenem
Zustand ist, aufrecht erhalten wird.
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Bei
den meisten Hochdruckkraftstoffpumpen mit Einlassanschlussmesssystem
wird jedoch ein negativer Druck vorne am Einlassanschlussventil
erzeugt, durch den ein wesentlicher Nachteil des unruhigen Betriebes
des Einlassanschlussventils entsteht, welcher auf Grund von Kavitationen
oder plötzlichen
Druckänderungen
entsteht. Somit ist es erforderlich gewesen, einen möglichen
negativen Druck am vorderen Ende des Einlassanschlussventils auszuschließen oder
den Druck am vorderen Ende des Ventils im positiven Bereich zu halten.
Dies ist jedoch mit einer sehr aufwändigen Konstruktion verbunden. Bei
herkömmlichen
Systemen mit Durchflussratensteuerung über den Vorhub zum direkten
Antrieb des Einlassanschlussventiles, welches die Pumpkammer mit
der Niederdruckseite verbindet, muss darüber hinaus das Einlassanschlussventil
gegen den Kraftstoffdruck, der in der Pumpkammer auf Hochdruck angehoben
wurde, betätigt
werden, wobei unvermeidlich eine Vergrößerung der elastischen Kraft
einer Feder und die elektromagnetische Kraft des solenoidbetätigten Ventiles
erforderlich ist um das Einlassanschlussventil zu betätigen. Dies
führt zu
einer großen
Kraft des sonenoidbetätigten
Ventiles, wodurch wesentliche Nachteile wie Geräuscherzeugung und hoher Energieverbrauch
auftreten können.
Im Gegensatz dazu wird, wenn das Einlassanschlussventil betätigt wird,
indirekt unter Verwendung des Niederdruckkraftstoffes durch Erregung
des solenoidbetätigten
Ventiles ein Steuermechanismus für
die Verwendung des Niederdruckkraftstoffes zwischen dem solenoidbetätigten Ventil
und dem Einlassanschlussventil eingerichtet. Diese Gestaltung kann
in ähnlicher
Weise eine unhandliche Hochdruckkraftstoffpumpe ergeben. Mit jedem
System, das direkt oder indirekt das Einlassanschlussventil betätigt, treten die
wie oben beschriebenen Nachteile auf: Das solenoidbetätigte Ventil
wird in der Größe unhandlich, während der
Steuermechanismus für
das Einlassanschlussventil kräftig
und kompliziert ausgelegt sein muss. Zusätzlich ist das Einlassanschlussventil
so ausgelegt, dass es im Betrieb Unstetigkeiten aufweist, wie eine
Spitze im Betrag des gelieferten Brennstoffes oder ein unvorteilhaftes
Problem tritt auf, indem Schwankungen im eingestellten Druck entsprechend
dem Betrag des Kraftstoffes, der aus der Hochdruckpumpe geliefert
wird, auftreten. Um diese Nachteile zu beheben, ist ein Dämpfungsmechanismus
erforderlich, um den Betrieb des Einlassanschlussventiles stetig
zu gestalten. Trotzdem erfordert dies eine nachteilige Erhöhung der
Herstellkosten der Hochdruckkraftstoffpumpe.
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Weiterhin
werden die Hochdruckpumpen nach dem Vorhubsteuersystem für gewöhnlich so
betrieben, dass der Kraftstoff zu der Kraftstoffförderpumpe
zurückkehren
kann und dort auf der Primärseite
berücksichtigt
wird. Entsprechend wird ein Kraftstoffförderdruck oder 3 bis 8 kg/cm2 als Pumpverlust verloren. Das solenoidbetätigte Ventil
für das Einlassanschlussventil 91 wirft
zeitweise ein Problem auf, indem das Einlassanschlussventil, wenn
es montiert ist, der Kraftstoffpumpe eine zu große Höhe verleiht, womit es weiterhin
schwierig wird, das Einlassanschlussventil am Motor zu befestigen.
Dies bedeutet, dass am Einlassanschlussventil 91 die große Anziehungs-
oder Druckkraft zu erzeugen ist, um den Kraftstoff auf Hochdruck
zu bringen. Dies führt
zu einer wesentlichen Größe von Windungen
oder Spulen mit dem Ergebnis, dass das solenoidbetätigte Ventil sehr
unhandlich wird.
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Um
das solenoidbetätigte
Ventil in der Struktur kompakt zu halten und in der Geräuschentwicklung
zu verbessern, sowie in dem Energieverbrauch, ist es vorteilhaft
für die
Hochdruckpumpen, das Einlassanschlussventil unter Verwendung des
Druckes zu betreiben, welcher im Kraftstoff vorhanden ist, ein niedrigerer
Druck von der Kraftstoffzufuhrpumpe, anstatt des direkten Betriebes
des Einlassanschlussventiles über
die Erregung des solenoidbetätigten Ventiles
für das
intermittierende Öffnen
und Schließen
des Kraftstoffdurchganges auf der Niederdruckseite zu der Pumpkammer.
Die direkte Verwendung des Niederdruckkraftstoffes für das Öffnen und Schließen des
Einlassanschlussventiles ergibt weiterhin eine soweit wie möglich kompakte
Größe des Ventilbetriebsmechanismus
für das
Einlassanschlussventil, welches zwischen dem solenoidbetätigten Ventil
und dem Einlassanschlussventil vorhanden ist, womit die Hochdruckkraftstoffpumpe
in ihrer gesamten Größe verkleinert
werden kann.
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Die
US-A-4,491,111 offenbart ein Brennstoffeinspritzgerät, beinhaltend
eine Pumparbeitskammer innerhalb eines Gehäuses, wobei diese Arbeitskammer
bestimmt wird an einem Ende eines axial bewegbaren und rotierbaren
Pumpkolbens. Die Pumparbeitskammer kann während des Einlasshubes des
Pumpkolbens in Verbindung gebracht werden mit einem Kraftstoffeinlasskanal über ein
elektromagnetisch betriebenes Zumessventil und ein Rückschlagventil.
Das Zumessventil und das Rückschlagventil
werden kombiniert in einem gemeinsamen Ventilgehäuse und positioniert in der
unmittelbaren Umgebung der Pumparbeitskammer.
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Die
US-A-4,475,513 offenbart eine Kraftstoffzumessvorrichtung für eine Kraftstoffinjektionspumpe,
worin der Betrag an einzuspritzendem Kraftstoff mittels eines Magnetventiles
abgemessen wird.
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Die
EP-A-0290797 offenbart eine Kraftstoffeinspritzpumpe, die in der
Lage ist, eine Kraftstoffvoreinspritzung und eine Kraftstoffhaupteinspritzung
bereitzustellen.
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Um
die oben angeführten
Probleme zu lösen,
besteht ein vordringliches Ziel der vorliegenden Erfindung darin,
eine Hochdruckkraftstoffpumpe bereitzustellen mit einem solenoidbetätigten Ventil
mit kleinerer gleichwertiger Größe, wobei
ein Steuerventil im Aufbau kompakt ausgeführt ist, in der Geräuschentwicklung
im Betrieb reduziert ist und dessen Energieverbrauch vermindert
ist. Insofern vereinfacht die vorliegende Erfindung die Montage
der Hochdruckkraftstoffpumpe an dem Motor.
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe
mit variabler Durchflussmenge, die folgendes aufweist: eine Pumpkammer,
deren Volumen durch einen darin hin und her bewegbaren Kolben variierbar
ist; ein Einlassanschlussventil, welches an einem Ende desselben
einen Teil der Kammerwand der Pumpkammer bildet, wobei das Einlassanschlussventil
geöffnet
ist, wenn Niederdruck-Brennstoff in die Pumpenkammer aufgenommen
wird, während
es geschlossen ist, wenn der aufgenommene Brennstoff aus der Pumpkammer geliefert
wird; eine Kammer mit einem Brennstoffeinlassanschluss, über welchen
die Kammer Brennstoff von einem Niederdruck-Brennstoff-Einlasskanal erhält; und
ein Steuerventil zur in termittierenden Öffnung und Schließung des
Einlassanschlusses zur Veränderung
der Abgabe von Brennstoff aus der Pumpkammer; wobei das Einlassanschlussventil vom
Typ Tellerventil ist, dargestellt mit einem Ventilkopf mit einer
Ventilsitzfläche,
die von einem Ventilsitz in der Pumpkammer abhebt und wieder aufsetzt, und
ein Ventilschaft ist integral mit dem Ventilkopf ausgebildet; worin
der Niederdruck-Brennstoff in die Pumpkammer aufgenommen wird durch
den Brennstoffeinlasskanal; dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer
eine Steuerkammer bildet, die dargestellt ist durch eine Bohrung,
in welcher ein Hilfskolben (60) dicht eingepaßt ist zur
gleitenden Bewegung relativ zur Bohrung (44), so dass die
obere Sitzfläche
(61) des Hilfskolbens (60) ein Ende der Steuerkammer (45)
definiert, wobei der Zwischenkolben (60) zur Anlage auf
das obere Ende des Ventilschafts (32) kommt;
worin
die obere Sitzfläche
(61) des Hilfskolbens (60) mit der Bohrung derart
zusammenwirkt, dass die Steuerkammer (45) isoliert ist
von der Pumpkammer (16), wenn das Steuerventil (50)
den Kraftstoffeinlassanschluss (47) schließt.
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Entsprechend
der Hochdruckkraftstoffpumpe, die wie oben angegeben aufgebaut ist,
wird die Steuerkammer am oberen Ende des Einlassanschlussventiles
dargestellt und in der Vorhubart überwacht, wenn das Steuerventil
an- und ausgeschaltet wird. Der Kraftstoffdruck eines unter niedrigem
Druck stehenden Kraftstoffes, der über eine Kraftstoffförderpumpe
angeboten wird, wird in die Steuerkammer eingeführt, wo der Kraftstoffdruck
hydraulisch auf das Einlassanschlussventil wirkt, sowohl direkt
als auch indirekt über
jegliche vorhandenen einfachen Mittel. Weiterhin kann die Steuerkammer,
wenn sie durch das Schließen
des Steuerventiles isoliert ist, hydraulisch steif sein. Somit verbleibt
das Einlassanschlussventil geöffnet
auf Grund der Steifheit des Steuerventiles, sogar während der
Kolben sich ein- oder auswärts
bewegt. Dies ermöglicht,
dass der Kraftstoff in der Pumpkammer zurück in den Kraftstoffzufuhrdurchgang
fließt,
so dass keinerlei Kraftstoff bei Hochdruck geliefert wird. In dem
Fall, dass der Kraftstoff in der Pumpkammer zurück in den Kraftstoffeinlassdurchgang
entsprechend der Aufwärtsbewegung des
Kolbens fließt,
wird in dem Augenblick, in dem das Steuerventil geöffnet wird,
das Einlassanschlussventil von den druckwirksamen Kräften in
der Richtung zum Öffnen
des Einlassanschlussventiles entlastet und somit in seine geschlossene
Position bewegt. Beim Schließen
des Einlassanschlussventiles wird der Druck in der Pumpkammer bis
auf Hochdruck erhöht.
Danach beginnt der Kraftstoffdruck in der Pumpkammer anzusteigen
und der Kraftstoff, der immer mehr unter Druck gesetzt wird, wird
aus der Pumpkammer abgeführt über die
Kraftstoffabfuhrleitung, während
des Versorgungshubes des Kolbens. Wenn die Zeitsteuerung des Steuerventiles
offen ist, ergibt dies eine Zeitsteuerung für die Schließung des Einlassanschlussventiles,
um damit den Betrag an aus der Pumpkammer zu lieferndem Brennstoff
zu regulieren. Der Zeitpunkt, zu dem das Einlassanschlussventil
geschlossen wird, hängt
von einem Druckgleichgewicht des Einlaufdruckes ab, von der elastischen
Kraft der Druckfeder an dem Einlassanschlussventil und dem hydraulischen
Druck in der Steuerkammer. Während
der Kolben sich in der Aufwärtsrichtung
befindet, um damit den Kraftstoffdruck in der Pumpkammer zu verstärken, verbleibt
das Einlassanschlussventil gegen den Druck auf Grund des Kraftstoffdruckes
in der Pumpkammer offen, welcher in der Richtung zum Hinaufdrücken des
Einlassanschlussventils wirkt.
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt eine Hochdruckkraftstoffpumpe mit
variabler Durchflussmenge, worin das Einlassanschlussventil durch
ein Tellerventil dargestellt ist, aufgebaut mit einem Ventilkopf
mit einer Ventildichtfläche,
welche öffnend
und setzend gegen eine Ventilsitzfläche in der Pumpkammer bewegt
wird und einen Ventilschaft mit dem integralen Ventilkopf, der sich
aus der Pumpkammer in die Steuerkammer hinein erstreckt.
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In
einer Ausgestaltung, bei der der Zwischenkolben getrennt von dem
Einlassanschlussventil ausgebildet ist und beide mit einander verbunden
sind, sollte jede Messung angepasst werden an den stirnseitig gegenüberliegenden
Treffpunkt zwischen dem Hilfskolben und dem Ventilschaft des Einlassanschlussventiles
zur Sicherung deren stetigen Betriebs bei hoher Geschwindigkeit.
Soweit ist der Hilfskolben in einer Kavität ausgebildet, welche längsseitig
an der Endfläche
anstoßend
mit dem Ventilschaft ausgebildet ist, welcher in einer konvexen Form
längsseitig
an einem Ende desselben anstoßend
an den Hilfskolben ausgeformt ist. In diesem Fall sind weiterhin
die konkave Ausformung an dem Zwischenkolben und die konvexe Ausformung
an dem Ventilschaft Teile eines konkaven und eines konvexen kugelförmigen Gebildes
und die konkave Kugelform ist im Krümmungsradius größer ausgebildet als
die konvexe Kugelform.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine
Kraftstoffhochdruckpumpe mit variabler Fördermenge beschrieben, worin das
Steuerventil ein solenoidbetätigtes
Ventil ist. Darüber
hinaus ist in einer bevorzugten Ausgestaltung das Steuerventil ein
2-Wege-Ventil. Das solenoidbetätigte
Ventil kann den Kraftstoffdruck in der Pumpkammer steuern, wobei
eine hohe Ansprechcharakteristik in Übereinstimmung mit den Steuersignalen, die
von der elektronischen Steuereinheit ausgegeben werden, besteht.
Das Schließen
des Steuerventiles führt
zur fluiddichten Isolierung es Steuerventiles. Im Gegensatz dazu
ermöglicht
ein Öffnen
des Steuerventiles, dass die Steuerkammer in fluidischer Verbindung
mit der Niederdruckseite steht.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine
Kraftstoffhochdruckpumpe mit variabler Durchflussmenge beschrieben,
welche eine Zeitsteuerung zum Öffnen
des Steuerventiles reguliert, wenn der Kolben sich von dem unteren Totpunkt
zum oberen Totpunkt bei einem Hub bewegt, um damit einen Zeitpunkt
zum Schließen
des Einlassanschlussventiles zu steuern, wodurch ein Betrag an aus
der Pumpkammer zu lieferndem Brennstoff heraus abgemessen wird.
Wenn die Steuerung über
die Zeitsteuerung des Signals zur Erregung des Steuerventiles abgestellt
wird, so ergibt dies die Zeitsteuerung der Position des Steuerventiles,
welches zu einem Öffnen
der Steuerkammer führt,
das heißt,
der Zeitpunkt, zu dem das Einlassanschlussventil abgeschlossen ist
und zur gleichen Zeit die Kraftstofflieferung aus der Pumpkammer
beginnt. Als mögliche
Steuerung des Zeitpunktes, zu dem die Brennstofflieferung beginnt
wird ermöglicht,
den Betrag an zu lieferndem Brennstoff aus der Pumpkammer für jeden
Zufuhrzyklus der Brennstoffpumpe abzumessen.
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Die
Hochdruckkraftstoffpumpe, die entsprechend der vorliegenden Erfindung
wie oben beschrieben aufgebaut ist, bewirkt, dass das Einlassanschlussventil öffnet und
schließt
durch die Wirkung des Niederdruckkraftstoffes, der von der Brennstoffzufuhrpumpe
angeboten wird. Somit wird lediglich das Steuerventil betrieben,
um den Kraftstoffzufluss in Form von Niederdruckkraftstoff zu der
Steuerkammer und den Kraftstoffrückfluss
aus der Steuerkammer zu regulieren. Als Ergebnis entsteht eine kleinere Äquivalenzgröße des Steuerventiles
mit geringerer Geräuschentwicklung
im Betrieb und entsprechend geringem Energieverbrauch. Weiterhin
kann auf Grund der geringen Äquivalenzgröße die Kraftstoffpumpe
an dem Motor möglicherweise
einfacher angebracht werden entsprechend der Modifizierung, wie
sie bei der Anordnung der Brennstoffpumpe vorliegt.
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Weitere
Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann
bei der Betrachtung der begleitenden Figuren deutlich, wobei folgende
Spezifikationen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergeben,
die als Variationen, Modifikationen oder Eliminationen von Teilen
zu verstehen sind, die innerhalb des Rahmens der begleitenden Patentansprüche fallen.
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1 zeigt
eine allgemeine schematische Ansicht, die abschnittsweise eine Hochdruckkraftstoffpumpe
mit variabler Durchflussmenge darstellt, jedoch nicht nach der vorliegenden
Erfindung,
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2 zeigt
eine vergrößerte bruchstückartige
Ansicht in Bereichen der wesentlichen Teile der Hochdruckkraftstoffpumpe
entsprechend 1,
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3 zeigt
ein Aufbauschema mit der Darstellung von Zeitverhältnissen
verschiedener Variablen in der Hochdruckkraftstoffpumpe nach 1,
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4 zeigt
eine vergrößerte aufgebrochene Ansicht,
die abschnittsweise die wesentlichen Teile einer Ausgestaltung der
Hochdruckbrennstoffpumpe mit variabler Durchflussmenge entsprechend
der vorliegenden Erfindung wiedergibt,
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5 zeigt
einen aufgebrochenen schematischen Abschnitt, welcher unterschiedliche
Modifizierungen einer Struktur darstellt, die einen Verbindungsdurchgang
zu einer Steuerkammer in der Hochdruckkraftstoffpumpe mit variabler
Durchflussmenge öffnet
und schließt,
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6 zeigt
eine vergrößerte, in
Abschnitten aufgebrochene Ansicht, die die wesentlichen Teile einer
weiteren Anordnung der Hochdruckkraftstoffpumpe, nicht entsprechend
der Erfindung, wiedergibt, worin ein solenoidbetätigtes Ventil seitwärts von einer
Ventilkappe angeordnet ist,
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7 zeigt
eine vergrößere, in
Abschnitten aufgebrochene Darstellung, die die wesentlichen Teile
einer weiteren Anordnung der Hochdruckkraftstoffpumpe nicht entsprechend
der Erfindung angibt, worin ein Rotationsventil anstelle des solenoidbetätigten Ventiles
eingesetzt wird,
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8 zeigt
eine vergrößerte, in
Abschnitten aufgebrochene Ansicht mit der Darstellung der wesentlichen
Teile einer weiteren Anordnung der Hochdruckbrennstoffpumpe nicht
entsprechend der Erfindung, worin ein Spulenventil anstelle eines
solenoidbetätigten
Ventiles eingesetzt wird,
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9 zeigt
eine allgemeine schematische Ansicht, die abschnittsweise eine herkömmliche Hochdruckkraftstoffpumpe
für ein
Einlassanschlussmesssystem wiedergibt, und
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10 zeigt
eine schematische Ansicht, die teilweise in Abschnitten eine herkömmliche
Hochdruckkraftstoffpumpe mit Vorhubsteuersystem darstellt.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen einer Hochdruckkraftstoffpumpe mit variabler Durchflussmenge entsprechend
der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezug auf
die begleitenden Figuren beschrieben.
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Die 1 zeigt
schematisch eine Hochdruckkraftstoffpumpe 1 mit variabler
Durchflussmenge, nicht entsprechend der Erfindung, wobei die Hochdruckkraftstoffpumpe 1 ein
Pumpgehäuse 2 aufweist,
in dem eine Kurbelwelle 3 zur Rotation abgestützt ist.
Die Kurbelwelle 3 wird von einer Kurbelwelle eines Motors
getrieben über
geeignete Kraftübertragungselemente
wie Riementriebe. Die Kurbelwelle 3 weist einen Nocken 4 auf
an einer Peripherie, an der ein rotierender Ring 6 zur
Drehung durch die Lager 5 befestigt ist. Der Nocken 4,
die Lager 5 und der Drehring 6 sind sämtlichst
in einer Nockenkammer 7 in dem Pumpgehäuse 2 untergebracht.
Ein Kolben 10 ist in einer Bohrung 8 in dem Pumpgehäuse 2 angeordnet
zur linearen Hin- und
Herbewegung und wird gegen den Drehring 6 durch die elastische Aktion
einer Kolbenrückholfeder 9 gedrückt. Der
Kolben 10 endet an seinem einen Ende in einem Ventilstößel 11,
der mit seiner einen Oberfläche
mit einem Ende der Kolbenrückholfeder 9 zusammenwirkt, während er
an der gegenüberliegenden
Oberfläche mit
dem Drehring 6 aneinander stößt. Somit drückt die
Kolbenrückholfeder 9 den
Ventilstößel 11 gegen den
Drehring 6 in elastischer Weise.
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Eine
Büchse 12 ist
an der oberen Oberfläche des
Pumpgehäuses 2 angebracht
und mit einer Büchsenbohrung 13 versehen,
in welcher der Kolben 10 zur gleitenden Bewegung untergebracht
ist. Die Büchse 12 ist
weiterhin an einem oberen Bereich mit einem Abgabeanschluss 14 ausgestaltet,
welcher sich seitwärts
erstreckt und wo ein Abgabeventil 15 als ein Rückschlagventil
angeordnet ist. Der Kolben 10 ist zur Hin- und Herbewegung
in dem Büchsengehäuse 13 der
Büchse 12 derart
untergebracht, dass eine Pumpkammer 16 dargestellt ist,
welche bestimmt wird durch den oberen Bereich der Büchsenbohrung 13 an
der Oberseite des Kolbens 10.
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Der
Kraftstoff wird mit niedrigem Druck zu einer Kraftstoffleitung 20 von
einer Kraftstoffzufuhrpumpe 17 geliefert und dann in einen
Kraftstoffbehälter 24,
welcher an der oberen Oberfläche
des Pumpgehäuses 2 ausgebildet
ist, eingeleitet, durch einen Kraftstoffdurchgang 21, welcher
im Pumpgehäuse 2 ausgebildet
ist, einen ringförmigen
Kanal 22, welcher an dem Übergang des Pumpgehäuses 2 zu
der Büchse 12 dargestellt
ist und einen Kraftstoffeinlassdurchgang 23 der sich aufwärts durch
das Pumpgehäuse 2 von
dem ringförmigen
Kanal 22 erstreckt. Die Kraftstoffleitung 20 verzweigt
sich zu einer Bypassleitung, in welcher ein Entspannungsventil 18 angeordnet
ist, so dass der Brennstoffdruck über einem vorausgewählten Brennstoffniveau
zu einem Kraftstofftank 19 über das Entspannungsventil 18 zurückgeführt werden
kann. Der Kraftstoffbehälter 24 steht
in Verbindung mit der Pumpkammer 16 über ein Einlassanschlussventil 30,
wie es in Einzelheiten später
beschrieben wird.
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Der
Abgabeanschluss 14 ist mit Gewinde bei 25 ausgestattet,
wo eine Kraftstoffzufuhrleitung 25 angeschlossen ist, um
zugeführten
Kraftstoff zu einer gemeinsamen Kraftstoffleiste 27 zu
leiten. Der Kraftstoff wird in der Pumpkammer 16 bis auf
Hochdruck im Druck erhöht,
wo der unter Druck stehende Kraftstoff auf das Zufuhrventil 15 drückt, womit
dies öffnet, um
damit die gemeinsame Kraftstoffleiste 27 über die Kraftstoffzufuhrleitung 26 zu
erreichen. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff kann in Injektoren 28 aus
der gemeinsamen Kraftstoffleiste 27 verwendet werden. Die
Kraftstoffleckage aus der Pumpkammer 30 im Bereich des
Kolbens 10 wird wieder aufgefangen über einen Drainageanschluss 29 und
getrennt von dem Schmieröl
gehandhabt.
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Die
Büchse 12 ist
ausgestattet mit dem Einlassanschlussventil 30 zur intermittierenden Öffnung und
Schließung
einer Fluidverbindung zwischen der Pumpkammer 16 und dem
Kraftstoffbehälter 24 und einem
Steuerventil 15 zur Bedienung des Einlassanschlussventiles 30.
Die Kombination des Einlassanschlussventiles 30 mit dem
Steuerventil 50 wird im Folgenden unter Bezug auf 2 beschrieben.
Das Einlassanschlussventil 30 weist einen Ventilkopf 31 auf,
welcher in der Pumpkammer 16 angeordnet ist und an einen
Ventilschaft 32, welcher sich aus der Büchse 12 her in das
Steuerventil 50 erstreckt. Im Falle des Schließens des
Einlassanschlussventiles 30 kommt ein Ventildichtsitz 33 des
Ventilkopfes 31 in Anlage mit einem Ventilsitz 34,
um die Pumpkammer 16 zum Brennstoffbehälter 24 zu blockieren.
Der Ventilschaft 32 erstreckt sich durch eine Öffnung 35 in
die Büchse 12,
wobei ein ringförmiger
Abstand 36 um den Ventilschaft 32 herum frei bleibt.
Weiterhin ist der Ventilschaft 32 gleitend bewegbar in
einer Führungsöffnung 38 eines
zylindrischen Büchsenringes 37 angebracht.
Es ist anzumerken, dass der Büchsenring 37 ebenso
die Funktion eines unteren Dichtsitzes zum Tragen einer Rückstellfeder 41 für das Einlassanschlussventil 30 übernehmen
kann.
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Ein
Schnappring 39 ist um das obere Teil des Ventilschaftes 32 befestigt,
während
eine Federführung 40,
die ebenso als eine Federlagerung dient, an dem Ventilschaft 32 befestigt
ist. Somit kommt der Schnappring 39 in Eingriff mit der
Federführung 40, um
diesen gegen lineare Bewegung relativ zu dem Ventilschaft 32 zu
bewahren. Eine Druckfeder 41, welche auf das Einlassanschlussventil 30 wirkt,
ist zwischen dem Büchsenring 31 und
der Druckfeder 41 unter Druckbedingungen angeordnet. Als
Folge drückt
die Druckfeder 41 das Einlassanschlussventil 30 in
Richtung auf dessen Schließposition,
wo der Ventilkopf 31 in fluiddichtem Kontakt mit dessen
Ventilsitz 34 kommt, um die Pumpkammer 16 zuverlässig zu
isolieren. Eine Ventilkappe 42 ist an der Büchse 12 befestigt,
um fluiddicht den Kraftstoffbehälter 24 durch
einen Dichtring abzuschirmen. Die Ventilkappe 42 ist mit
einer zentralen Ausspa rung 43 versehen, mit der der Ventilschaft 32 im
oberen Bereich desselben aufgenommen wird. Der Ventilschaft 32 passt eng
mit dessen oberem Ende 48 in eine Bohrung 44 in
der Ventilkappe 42, gefolgt von der Passung durch die Führungsöffnung 38 in
dem Büchsenring 37,
wobei der Ventilschaft 32 gesichert wird gegen außerzentrische
oder exzentrische Lagen, welche anderenfalls auftreten könnten auf
Grund der hydraulischen verstärkten
Drücke
in der Pumpkammer 16, wenn der Kolben 10 sich
nach oben oder nach unten bewegt.
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Die
Ventilkappe 42 weist in ihrem Zentrum die Bohrung 44 auf,
in welcher das obere Ende 48 des Ventilschaftes 32 eingepasst
ist, um in Kombination mit inneren Wänden der Bohrung 44 eine
Steuerkammer 45 an dem Ventilschaft 32 zu bestimmen. Weiterhin
ist die Ventilkappe 42 dargestellt mit einem Pfad 46,
der an einem Ende zu dem Kraftstoffbehälter 24 geöffnet ist.
Der Pfad 26 ermöglicht
die selektive Verbindung mit der Steuerkammer 45 durch
einen schmalen Durchgang 47, welcher in einer oberen Wand
der Bohrung 44 vorhanden ist, so dass der Kraftstoffdruck,
der im niedrigen Bereich ist und von der Kraftstoffversorgungspumpe 14 aufgebracht wird,
die Steuerkammer 45 erreichen kann. Das Steuerventil 50,
welches fluiddicht auf der oberen Fläche der Ventilkappe 42 befestigt
ist, soll eine fluidische Verbindung zwischen dem Pfad 46 und
dem engen Durchgang 47 erzeugen und gleichzeitig intermittierend
ein offenes Ende des schmalen Durchganges 47 öffnen und
schließen.
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Das
Steuerventil weist ein Ventilgehäuse 51 auf,
welches an der oberen Seite der Ventilkappe 42 über einen
Dichtring befestigt ist. Das Steuerventil 50 beinhaltet
ein solenoidbetätigtes
Ventil, welches hauptsächlich
zusammengesetzt ist aus einem Solenoid 52, welches erregt
wird über
Signale, die von einer Steuereinheit ausgegeben werden, einem Anker 53,
welcher entsprechend der Erregung/Deserregung des Solenoides 52 betätigt wird
und einer Rückstellfeder 54,
die den Anker 53 vorspannt. Der Anker 53 endet
an dem äußersten
Ende in ei nem Ventilabschnitt 55, der als Zwei-Wege-Ventil
funktioniert, welches das offene Ende des offenen Durchganges 47 öffnet oder
schließt,
wodurch die Steuerkammer 45 verbunden ist wird oder isoliert
wird fluiddicht von der Niederdruckseite. Auf die Erregung des Solenoides 52 wird
der Anker 53 nach unten gegen die elastische Kraft der
Rückstellfeder 54 gedrückt, so
dass das Ventilteil 55 das offene Ende des engen Durchganges 47 blockiert,
wodurch sich ergibt, dass die Steuerkammer 45 in einer
fluiddichten, isolierten Betriebsbedingung verweilt. Im Gegensatz
dazu wird, wenn das Solenoid 52 nicht erregt ist, der Anker 53 durch die
Betätigung
der Rückstellfeder 54 angehoben,
um den engen Durchgang 47 zu öffnen, durch welchen die Steuerkammer 45 eine
Verbindung mit der Niederdruckseite bekommt.
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Die
Funktion der Ausgestaltung der Kraftstoffpumpe nach 1 und 2 wird
im Folgenden in Verbindung mit 3 beispielhaft
dargestellt, wobei die zeitlichen Verhältnisse an einer gemeinsamen Zeitbasis
auf der Abszisse mit verschiedenen Variablen in der Hochdruckkraftstoffpumpe
nach 1 und 2 angetragen sind.
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3(A) zeigt die „Ein/Aus" Funktion eines Signales, um das Steuerventil
oder das solenoidbetätigte
Ventil zu betätigen.
Die 3(B) zeigt eine grafische Darstellung
mit den Positionen des Steuerventiles im Betrieb entsprechend der
Signale nach 3(A). Die 3(C) zeigt, wie das Einlassanschlussventil
einen Hub vollzieht, wenn das Steuerventil betätigt wird, entsprechend 3(B), während 3(D) eine
Kurve mit Positionen zeigt, die der Kolben in der Hochdruckkraftstoffpumpe
einnehmen kann. Schließlich
zeigt 3(E) eine grafische Darstellung,
worin der Betrag an Kraftstoff ersichtlich ist, der aus der Hochdruckkraftstoffpumpe
zu liefern ist.
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Der
Niederdruckkraftstoff, welcher über
die Kraftstoffversorgungspumpe 17 zugeführt wird, fließt über den
Kraftstoff durchgang 21, den ringförmigen Kanal 22 und
den Brennstoffeinlassdurchgang 23 und wird dann in den
Brennstoffbehälter 24 geleitet. Wie
den 3(A) bis 3(E) zu
entnehmen ist, wird, wenn das Steuerventil 50 in „eingeschalteter
Stellung" verbleit,
der Anker 43 durch die Betätigung der Rückstellfeder 54 bis
zu seiner Ruheposition gedrückt,
in der das Ventilteil 55 den engen Durchgang 47 öffnet, um
sicherzustellen, dass die fluidische Verbindung, durch welche die
Steuerkammer 45 mit der Niederdruckseite verbunden werden
kann, mit zu sichern. Somit ermöglicht
die Steuerkammer 45 den Zufluss und Abfluss von Niederdruckkraftstoff.
Wenn der Kolben 10 sich abwärts bewegt, so wird der Druck
in der Pumpkammer 16 reduziert. Als Ergebnis wird das Einlassanschlussventil 30 gegen
die elastische Kraft der Druckfeder 41 geöffnet in
Abhängigkeit
von der Gleichgewichtskraft der hydraulischen Drücke, welche auf das Einlassanschlussventil 30 ausgeübt werden.
Somit wird zugelassen, dass Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 24 in
die Pumpkammer 16 gelangt über die Ventildichtfläche 33 des
Ventilkopfes 31, welcher abgehoben ist von der Ventildichtung 34,
nachdem diese durch einen Schlitz 37a am Boden der Buchse 37 und
an dem ringförmigen
Abstand 36, welcher um den Ventilschaft 32 innerhalb der Öffnung 35 vorhanden
ist, durchgeflossen ist. Dies bedeutet, dass das Einlassanschlussventil 30 sich
in der Richtung bewegt, wo die Ventildichtfläche vom Ventilsitz 34 abhebt,
um Kraftstoff in die Pumpkammer 16 fließen zu lassen. Zum Zeitpunkt
t1 beginnt der Kolben 10, sich
in die negative Richtung, weg von seinem Referenzpunkt oder von
der neutralen Position zu bewegen, wobei das Betätigungssignal angelegt wird,
um das Steuerventil 50 zu erregen. Somit fängt das
Steuerventil 50 zum Zeitpunkt t1 an, sich
in Richtung des geschlossenen Zustandes zu verschieben und behält dann
diese Position bei, bis zum Zeitpunkt t2,
wenn das Ventilteil 55 vollständig den engen Durchgang 47 gesperrt
hat, um die Steuerkammer 45 zu isolieren. Deshalb beendet
das Einlassanschlussventil 30 den Hub in Richtung seines Öffnungszustandes
am Zeitpunkt t2, wenn das Einlassanschlussventil 30 vollständig geöffnet ist.
Auf diese Weise fährt
der Kraftstoff fort, in die Pumpkammer 16 zu gelangen über ein
weiterhin abgehobenes oder weiterhin geöffnetes Einlassanschlussventil 30 für eine Zeitdauer
bis zum Zeitpunkt t3, zu dem der Kolben 10 den
unteren Totpunkt erreicht.
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Nach
dem Zeitpunkt t3 hat der Kolben den unteren
Totpunkt erreicht, wobei der Kraftstoff von der Pumpkammer 16 ausgetrieben
wird, wenn sich der Kolben 10 von dem unteren Totpunkt
seines Hubes weg bewegt. Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass
Kraftstoff aus der Steuerkammer 45 entweichen kann und
darum darf das Einlassanschlussventil 30 nicht schließen, sondern
bleibt offen. Der Durchgang 47 ist in seinem Querschnitt
sehr eng ausgelegt. Dies ermöglicht
ein kleines oder minimales Solenoid, um einen ausreichenden Widerstand für den Kraftstoffdruck
in der Steuerkammer 45 aufzubauen. Somit wird der Kraftstoff
in der Steuerkammer 45, sogar wenn dieser auf einen hohen
Druck verstärkt
ist, niemals den Anker 53 nach oben drücken gegen die Antriebskraft
des Solenoids 52. Als Ergebnis wird der unter Druck stehende
Kraftstoff in der Pumpkammer 16 nicht das Zufuhrventil 15 öffnen können, welches
zu der Brennstoffzufuhrleitung 26 führt, wird jedoch zurück fließen können zu
dem Niederdruckbereich wie dem Kraftstoffeinlassdurchgang 23,
dem Kraftstoffbehälter 24 und Ähnlichem über das
weiterhin geöffnete
Einlassanschlussventil 30. Das Entlastungsventil 18 arbeitet
derart, dass zum Behälter 19 der
Betrag an Kraftstoff zurückfließt, welcher
gleichbedeutend mit dem Kraftstoff ist, welcher zurückgeflossen
ist zur Niederdruckseite wie zu dem Kraftstoffeinlassdurchgang 23.
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Wenn
das an das Steuerventil 50 angelegte Betätigungssignal
zum Zeitpunkt t4 abgeschaltet wird, so bewegt
sich der Kolben vom unteren zum oberen Ende eines entsprechenden
Hubes, wobei der Anker 53 entlastet ist, um sich aufwärts unter
Einfluss der Rückstellkraft
der Rückstellfeder 54 zu
bewegen. Dies bewirkt, dass das Ventilteil 55 den engen
Durchgang 47 zu öffnen
beginnt. Folglich wird das Steuerventil 50 die Steuerkam mer 45 zum
Zeitpunkt t5 vollständig öffnen. Bei diesem Ereignis
bewegt sich, da die Steuerkammer 45 in fluidische Verbindung
mit der Niederdruckseite kommt und damit der Druck vermindert wird,
das Einlassanschlussventil 30 nach oben, um ein Schließen unter
dem Druck des Kraftstoffes einzuleiten, welcher in der Pumpkammer 16 aufgelsden
worden ist. Das Einlassanschlussventil 30 ist zum Zeitpunkt
t6 vollständig geschlossen. Als Folge
der Einleitung des Schließvorganges
am Einlassanschlussventil 30 beginnt der Kraftstoff in
die Pumpkammer 16 nicht weiter rückwärts zu der Niederdruckseite
zu fließen,
woraus resultiert, dass unter Druck stehender Kraftstoff in der Pumpkammer 16 geliefert
wird, anfänglich
zu der Kraftstoffdruckleitung 26 über das Druckventil 15. Der
unter Druck stehende Kraftstoff in der Pumpkammer 16 wird
weiterhin in die Brennstoffdruckleitung 26 abgegeben bis
zu dem Zeitpunkt t7, wenn der Kolben 10 den
oberen Totpunkt seines Hubes erreicht.
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Die
punktierten Linien entsprechend der 3(A) bis 3(E) stellen mögliche Zustände dar, die bei zugehörigen Variablen
möglich
sind, wenn mit Zeitverzögerung
die Schaltung des Steuerventiles 50 von „ein" auf „aus" geschaltet worden
ist. Dies bedeutet, wenn der Zeitpunkt, zu dem das Steuerventil
abgeschaltet wird, verzögert
ist bis zur Zeit t8, wo der Anker 53 des
Steuerventiles 50 ebenso in seiner Position zurückgezogen
wird. Somit werden der Zeitpunkt, zu dem das Steuerventil 50 mit
der Öffnung beginnt
und der Zeitpunkt, zu dem das Einlassanschlussventil 30 mit
dem Schließen
beginnt, beide entsprechend verzögert
bis zu der Zeit t9 und der Zeit t10. Dies verursacht unvermeidbar eine Verzögerung in
dem Zeitablauf, während
dem der unter Druck stehende Kraftstoff in der Pumpkammer 16 das
Druckventil 15 öffnet,
um mit der Befüllung
der Druckleitung 26 zu beginnen, woraus eine Reduzierung
des Betrages an Kraftstoff resultiert, der aus der Pumpkammer 16 geliefert
wird bis zum Zeitpunkt t7, wenn der Kolben 10 den
oberen Totpunkt erreicht. Im Gegensatz dazu wird das Schließen des
Steuerventiles 50 auch für den Fall, dass der Zeitpunkt,
zu dem das Steuerventil 50 im Voraus abgeschaltet wird,
ebenso vorgezogen. Somit wird der aus der Pumpkammer 16 angelieferte
Betrag von Kraftstoff erhöht
werden können.
Auf diese Art durch Verschiebung der Zeitsteuerung zum Schalten
des Steuerventiles 50 von „ein" auf „aus" kann sich eine Steuerung des Betrages
an Kraftstoff ergeben, der aus der Pumpkammer 16 geliefert
wird.
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Eine
Ausgestaltung der Kraftstoffhochdruckpumpe mit variabler Durchflussmenge
entsprechend der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf 4 beschrieben.
Mit Ausnahme des Aufbaues der Steuerkammer ist diese Ausgestaltung
der Kraftstoffhochdruckpumpe mit variabler Durchflussmenge in 4 im
Wesentlichen identisch in den meisten der Komponenten, verglichen
mit der Kraftstoffhochdruckpumpe mit variabler Durchflussmenge entsprechend 1 und 2.
Somit bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die Bauteile oder Teile,
die identisch oder gleichwertig sind mit dem Bezugszeichen, welches
in der Kraftstoffhochdruckpumpe mit variabler Durchflussmenge in
den 1 und 2 verwendet wird, so dass die
vorausgehende Beschreibung auch hier anwendbar ist.
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Die
Kraftstoffhochdruckpumpe mit variabler Durchflussmenge entsprechend
der 1 und 2 weist die Steuerkammer auf,
welche in der Bohrung 44 der Ventilkappe 42 an
dem oberen Ende 48 des Ventilschaftes 32 an dem
Einlassanschlussventil 30 bestimmt ist, welche in die Bohrung 44 eingepasst
ist, während
die zweite Ausgestaltung eine Steuerkammer 45 aufweist,
die in der Bohrung 44 der Ventilkappe 42 der oberen
Stirnfläche 61 des
Zwischenkolbens 60 bestimmt ist, welche in die Bohrung 44 passt.
Der Zwischenkolben 60 ist ein Bestandteil, welches von
dem Ventilschaft 32 des Einlassanschlussventiles 30 getrennt
ist und gegen das obere Ende des Ventilschaftes 32 des
Einlassanschlussventiles 30 anliegt.
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In
der Steuerkammer 45 ist ein Federelement 63 angeordnet,
welches mit dem Hilfskolben 60 zusammenwirkt, um den Kolben 60 in
Richtung auf den Ventilschaft 32 des Einlassanschlussventiles 30 zu
drücken.
So lang, wie die verfügbare
Funktion des Hilfskolbens 60 gesichert ist, kann ein Federelement 63 nicht
notwendig sein. Die Druckfeder 41 oder eine Einlassventilfeder
ist unter Druck angeordnet zwischen der Büchse 37, welche als
ein unterer Federsitz dient und der Federführung 40, welche verriegelt ist
gegen Herausfallen aus dem Einlassanschlussventil 30 mittels
eines Schnappringes 39, welcher an dem unteren Bereich
des Ventilschaftes 32 befestigt ist.
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Eine
Erregung des Steuerventiles 50 treibt bei hoher Geschwindigkeit
sowohl den Hilfskolben 60 als auch den Ventilschaft 32 des
Einlassanschlussventiles 30 an. Um sowohl den Hilfskolben 60 als auch
den Ventilschaft 32 gegenseitig ausgerichtet zu belassen,
wobei beide in jeweils oberflächlichem Kontakt
zueinander stehen, ist die obere Stirnfläche 64 des Ventilschaftes 32 mit
einem konvexen Aufbau ausgebildet in Richtung auf den Hilfskolben 60,
vorzugsweise in einem Teil einer Kugel, während die untere Stirnfläche 62 des
Hilfskolbens 60, die dem Ventilschaft 32 des Einlassanschlussventiles 30 gegenüberliegt,
als ein konkaves Element, vorzugsweise als Teil einer Kugelform,
ausgebildet ist. Bei der Darstellung der gegenüberliegenden Stirnflächen des
Zwischenkolbens 60 und des Ventilschaftes 32 in
einem Teil des Kugelelementes, soll die untere Stirnfläche 62 des
Zwischenkolbens 60 im Radius der konkaven Krümmung R2 größer dargestellt
sein im Vergleich mit dem konvexen Krümmungsradius R1 der
oberen Stirnfläche 64 des
Ventilschaftes 32. Diese Ausführung mit den Krümmungsradien
der gegenüberliegenden
Stirnflächen
des Zwischenkolbens 60 und dem Ventilschaft 32 trägt zur Sicherung
der konzentrischen Ausrichtung des Ventilschaftes 32 mit
dem Hilfskolben 60 bei, mit entweder dem Vorgang, dass der
Hilfskolben 60 das Einlassanschlussventil 30 herunterdrückt entlang
seiner zentralen Achse oder dem umgekehrten Vorgang, dass das Einlassanschlussventil 30 erneut
den Zwischenkolben 60 anhebt. Somit trägt diese stirnseitig in Berührung miteinander
stehende Struktur in gegenüberliegenden Krümmungen
dazu bei, den Ventilschaft 30 gegen außerzentrische Positionierung
von dem Zwischenkolben 60 zu bewahren, womit der Ventilschaft 32 vor Wobbeln
geschützt
wird, so dass das Einlassanschlussventil stabil funktionieren kann.
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In
den 5(A) bis 5(E) sind
modifizierte Profile von Aufbauten dargestellt, in denen der Anker 53 des
Steuerventiles 50 die kleinen Öffnungen 47 der Steuerkammer öffnet und
schließt.
In dem Profil entsprechend 5(A) endet
der Anker 53 in einem Nadelventilkopf 70, der
eingepasst ist in einer Phase 71 am offenen Ende des engen
Durchganges 47. Der Aufbau entsprechend 5(B) beinhaltet
den Anker 53, welcher an seinem äußeren Ende einen runden Ventilkopf 72 aufweist,
der mit der Phase 71 an dem offenen Ende des engen Durchganges 47 zusammenpasst.
In dem Aufbau entsprechend 5(C) ist der
Anker 53 am Ende mit einer Kugel 73 versehen, welche
mit der Phase 71 an dem offenen Ende des schmalen Durchganges 47 korrespondiert.
Der Aufbau entsprechend 5(D) weist
den Anker 53 auf, welcher an einer flachen Ventildichtfläche 74 endet und
welcher mit einem erhöhten
Ende des engen Durchganges 47 zusammentrifft. Schließlich wird
in dem Aufbau entsprechend 5(E) dargestellt,
dass der Anker 53 in dem Tellerventilkopf 75 endet,
welcher in der Steuerkammer 45 angeordnet ist, um einen
Kontakt zwischen einem offenen Ende des engen Durchganges 47 innerhalb
der Steuerkammer 45 herzustellen.
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In
jedem der oben beschriebenen Aufbauten ist das Steuerventil so angeordnet,
dass es direkt über
der Steuerkammer 45 liegt. Trotzdem sind die Ausgestaltungen
der Hochdruckkraftstoffpumpen in der Gesamthöhe zu groß, um einfach als Pumpen für Brennstoffinjektion
an Motoren angebracht zu werden, da an diesen kein ausreichender
Abstand in der Höhe
vorhanden ist. Um die Gesamthöhe
der Kraftstoffpumpe zu reduzieren, um eine Befestigung der Pumpe
an dem Motor zu erleichtern, muss vorausgehen, dass die Anordnung
des Steuerventiles seitlich an der Ventilkappe liegt oder das Design
des Steuerventiles muss geändert
werden. 6 zeigt ausschnittsweise die
wesentlichen Teile der weiteren Anordnung der Hochdruckkraftstoffpumpe
mit variabler Durchflussmenge, worin das Steuerventil 50 seitlich an
der Ventilkappe 42 angeordnet ist. Unter Bezug auf 7 werden
abschnittsweise die wesentlichen Teile der weiteren Anordnung der
Hochdruckkraftstoffpumpe mit variabler Durchflussmenge dargestellt,
worin ein Drehschieber anstelle eines solenoidbetätigten Ventiles
eingesetzt wird. Weiterhin werden in 8 abschnittsweise
die wesentlichen Teile der weiteren Anteile der Hochdruckkraftstoffpumpe
mit variabler Durchflussmenge dargestellt, worin ein Ventil mit
Spule anstelle eines solenoidbetätigten Ventiles
eingesetzt wird. In der Anordnung entsprechend der 6 bis 8 bezeichnen
die gleichen Bezugsziffern die Bauelemente oder Teile, die identisch
oder äquivalent
sind in der Funktion mit denen in den Anordnungen, welche oben beschrieben
wurden, so dass die vorausgehende Beschreibung verwendbar ist. In
einer Anordnung nach 6 erstreckt sich der schmale
Durchgang 100 zur Verbindung der Steuerkammer 45 mit
der Niederdruckseite seitlich von der Steuerkammer 45.
Das Ventilteil 55 des Steuerventiles 50 bewegt
sich nach innen und nach außen,
womit intermittierend die Fluidverbindung zwischen dem Pfad 46 und
dem engen Durchgang 100 geöffnet und geschlossen wird.
Eine weitere Anordnung entsprechend 7 beinhaltet
einen Drehschieber 102, der sich zur intermittierenden Öffnung und
Schließung
der fluidischen Verbindung zwischen dem Pfad 46 und dem
engen Durchgang 100 dreht. In einer weiteren Anordnung
wird schließlich
ein Spulenventil 104 dargestellt, welches derart funktioniert, dass
die fluidische Verbindung zwischen dem Pfad 46 und dem
engen Durchgang 100 geöffnet
und geschlossen werden.
-
Diese
Erfindung kann in verschiedenen Ausgestaltungen realisiert werden,
ohne von den wesentlichen Merkmalen abzuweichen, wobei die vorliegende
Erfindung und deren Rahmen vornehmlich bestimmt werden durch die
Patentansprüche
und weiterhin durch die zugehörige
Beschreibung, so dass sämtliche Variationen,
die innerhalb des Rahmens der Patentansprüche liegen, sind deshalb durch
diese Patentansprüche
umschlossen.