DE4323683A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Solche Kraftstoffeinspritzpumpen mit nach innen öffnendem Schaltventil (I-Ventil), d. h. mit beim Ventilöffnen gegen den Kraftstofffluß zu verschiebenden Ventilglied, haben gegenüber Kraftstoffeinspritzpumpen mit nach außen öffnendem Schaltventil (A-Ventil), bei welchem die Öffnungsrichtung des Ventilglieds und die Strömungsrichtung des beim Ventilöffnen einsetzenden Kraftstoffflusses gleichgerichtet sind, den Vorteil der höheren Betriebsstabilität, da beim Öffnungsvorgang auftretende, der Kraftstoffflußrichtung entgegengesetzt gerichtete hydraulische Impulskräfte anders als beim A-Ventil öffnungsunterstützend wirken, so daß kurzzeitige Schließphasen beim Öffnungsvorgang und eine damit verbundene Instabilität des Schaltventils im Grundsatz unterbunden werden.

Dennoch hat man beim Schließ- und Öffnungsvorgang solcher I-Ventile während der Einspritzphase weiterhin ein instabiles Verhalten festgestellt. Diese Instabilität hat folgende Ursachen: Vor Beginn des Einspritzvorgangs fördert der Pumpenkolben Kraftstoff vom Pumpenarbeitsraum zum ersten Ventilraum über die vom Ventilglied freigegebene Ventilöffnung zu dem im Niederdruckbereich liegenden zweiten Ventilraum. Diese Förderung ist kontinuierlich, so daß von einer bewegten Kraftstoffsäule gesprochen werden kann. Zur Einleitung des Einspritzvorgangs wird das Schaltventil geschlossen, wodurch die Kraftstoffsäule abgerissen wird. Da diese Kraftstoffsäule eine eigene Dynamik besitzt, bleibt sie in Bewegung und wird später durch den im Niederdruckbereich herrschenden Druck abgebremst. Zuvor erzeugt sie jedoch im zweiten Ventilraum unterhalb des geschlossenen Ventilglieds einen Hohlraum. Danach wird die abgebremste Kraftstoffsäule durch den Druck im Niederdruckbereich in die entgegengesetzte Richtung, d. h. in den zuvor erzeugten Hohlraum, beschleunigt und letzterer wird erneut gefüllt. Dabei entsteht ein Füllstoß, der die Stirnfläche des Ventilglieds trifft. Befindet sich dabei das Ventilglied noch in Bewegung, wird die Bewegung des Ventilglieds unkontrollierbar, was zu einem instabilen Einspritzvorgang führt. In ähnlicher Weise entstehen Instabilitäten während des Absteuerns durch Öffnen des Ventilglieds, wenn in dem Kraftstoff zu diesem Zeitpunkt Druckpulsationen auftreten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch den im Niederdruckbereich angeordneten Niederdruckkolben das Ventilglied auf die beschriebenen Druckpulsationen weitgehend neutral reagiert, von diesen also nicht beeinflußt wird und dadurch eine stabile Hydraulik sowohl beim Einleiten des Einspritzvorgangs durch Schließen des Schaltventils als auch beim Absteuern des Einspritzvorgangs durch Öffnen des Schaltventils gewährleistet wird. Durch den Niederdruckkolben wird die Angriffsfläche am Ventilglied für die Druckpulsationen stark reduziert, da nunmehr nicht mehr der gesamte, vom Ventilsitzdurchmesser bestimmte Querschnitt des Ventilglieds als Angrifffläche zur Verfügung steht, sondern nur noch die ringförmige Querschnittsfläche, die sich aus der Differenz zwischen Sitzdurchmesser des Ventilglieds und Durchmesser des Niederdruckkolbens ergibt. Nähert man den Durchmesser des Niederdruckkolbens an den Sitzdurchmesser an, so ist der Einfluß der Druckpulsation eliminiert und die Ventilgliedbewegung beim Öffnen und Schließen stabil.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Kraftstoffeinspritzpumpe möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung ausschnittweise einen Längsschnitt einer Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart für eine Dieselbrennkraftmaschine.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in der Zeichnung im Längsschnitt ausschnittweise dargestellte Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart weist ein hier nicht zu sehendes Gehäuse auf, das von einem Gehäusedeckel 10 flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. Im Gehäuse 10 ist eine Verteilerwelle 11 drehbar gelagert. Im Gehäusedeckel 10 sind an mehreren Pumpenauslässen Anschlußrohrstutzen 13 angeordnet, die über nicht dargestellte Druckleitungen und Einspritzdüsen einen mehrzylindrigen Dieselmotor versorgen. Von den Anschlußrohrstutzen 13 ist nur einer dargestellt. Die Anschlußrohrstutzen 13 werden nacheinander über die rotierende Verteilerwelle 11 mit einer zugemessenen Kraftstoffmenge versorgt, die unter Einspritzdruck steht und über den jeweiligen Anschlußrohrstutzen 13 und die daran angeschlossene Druckleitung und Einspritzdüse in den Brennraum des jeweiligen Zylinders des Dieselmotors eingespritzt wird. Die Verteilerwelle 11 ist in einer Hülse 14 drehbar gelagert, die in einer Bohrung 15 im Gehäusedeckel 10 eingesetzt ist. Die Bohrung 15 ist stirnseitig mit einem Elektromagneten 16 abgeschlossen. Die Verteilerwelle 11 ist mittels eines Mitnehmers 12 drehfest mit einer weiter nicht dargestellten Antriebswelle verbunden, deren Achse mit der der Verteilerwelle 11 fluchtet.

In der in Fig. 1 unteren, mit größerem Durchmesser geformten Bundpartie der Verteilerwelle 11 sind Pumpenkolben 17, deren Anzahl zwei, drei oder vier sein kann, vorgesehen, die jeweils in einem quer zur Verteilerwellenachse, d. h. radial, ausgerichteten, mit der Verteilerwelle 11 vorzugsweise einstückigen Pumpenzylinder axial verschieblich geführt sind. Von den Pumpenkolben 17 sind in der Zeichnung nur zwei Pumpenkolben 17 angedeutet. Die mit der Verteilerwelle 11 umlaufenden Pumpenkolben 17 werden jeweils über einen Stößel, der sich an einem feststehenden Nockenring mit daran ausgebildeter Nockenbahn abstützt, zu einer im Pumpenzylinder hin- und hergehenden Hubbewegung angetrieben. Wie für einen Pumpenkolben 17 in der Zeichnung dargestellt ist, begrenzt jeder Pumpenkolben 17 einen Pumpenarbeitsraum 18, der über einen bestimmten Drehwinkelbereich der Verteilerwelle 11 mit einer in der Verteilerwelle 11 eingebrachten Verteilerbohrung 19 in Verbindung steht. Die Verteilerbohrung 19 mündet in einem Ringnutabschnitt 20 am Umfang der Verteilerwelle 11, der während dieses Drehwinkelbereichs der Verteilerwelle 11 mit der Mündung einer zu dem Anschlußrohrstutzen 13 führenden Einspritzbohrung 21 an der Hülseninnenwand in Verbindung steht.

In die Verteilerwelle 11 ist eine koaxiale Sackbohrung 22 eingebracht, in welcher mehrere Bohrungsabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet sind. Der am Grund der Sackbohrung 22 befindliche Bohrungsabschnitt bildet eine Leckflüssigkeit-Sammelkammer 23 und der sich daran anschließende Bohrungsabschnitt einen zweiten Ventilraum 24 für ein Schaltventil 25. Die Leckflüssigkeit- Sammelkammer 23 und der zweite Ventilraum 24 sind durch einen zylindrischen Wandabschnitt 26 voneinander getrennt, dessen lichter Durchmesser etwas reduziert ist. Die Leckflüssigkeit-Sammelkammer 23 ist an einer hier nicht zu sehende Kraftstoff-Rücklaufleitung angeschlossen. Der zweite Ventilraum 24 ist über eine in der Verteilerwelle 11 nach außen verlaufende Entlastungsbohrung 27 und eine am Umfang der Verteilerwelle 11 eingebrachte Axialnut 28 mit einer am Umfang der Verteilerwelle 11 angeordneten Ringnut 29 verbunden, die ständig mit der Mündung einer Radialbohrung 30 in der Hülse 14 in Verbindung steht. Die Radialbohrung 30 steht über eine Bohrung 31 im Gehäusedeckel 10 mit dem Innenraum 45 der Kraftstoffeinspritzpumpe in Verbindung, der mittels einer hier nicht dargestellten, auf der Antriebswelle sitzenden Kraftstofförderpumpe mit Kraftstoff gefüllt ist und aus dem bei jedem Pumpenkolbenhub Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 18 gefördert wird. Anschließend an den zweiten Ventilraum 24 ist in der Sackbohrung 22 ein radial vorspringender Ringsteg 32 ausgebildet, der eine Ventilöffnung 33 des Schaltventils 25 begrenzt und auf dessen vom zweiten Ventilraum 24 abgekehrten Ringfläche ein Ventilsitz 34 für ein Ventilglied 35 ausgebildet ist. Der der Ventilöffnung 33 in der Sackbohrung 22 vorgelagerte Bohrungsabschnitt mit größerem lichten Durchmesser bildet einen ersten Ventilraum 36 des Schaltventils 25, in dem das mit dem Ventilsitz 34 zum Öffnen und Schließen der Ventilöffnung 33 zusammenwirkende Ventilglied 35 angeordnet ist. Der erste Ventilraum 36 ist über eine in der Verteilerwelle 11 nach außen führende Verbindungsbohrung 46 an dem Ringnutabschnitt 20 angeschlossen und steht somit während des definierten Drehwinkelbereichs der Verteilerwelle 11 sowohl mit dem Pumpenarbeitsraum 18 als auch mit der Einspritzbohrung 21 in Verbindung.

Das Ventilglied 35 ist einstückig mit einem Führungskolben 37 ausgebildet, der in einem dem ersten Ventilraum 36 vorgelagerten, demgegenüber im Durchmesser reduzierten Führungsabschnitt 38 axial verschieblich geführt ist. Der Führungskolben 37 liegt mit seinem vom Ventilglied 35 abgekehrten Ende an einem Anschlag 39 an, der von einer auf die Stirnseite der Hülse 14 aufgesetzten Kappe 40 mit zentraler Durchgangsbohrung 41 gebildet ist. Die Kappe 40 ist mittels in die Stirnseite der Verteilerwelle 11 eingeschraubter Schrauben 42 befestigt. An der vom Führungskolben 37 abgekehrten Seite des Ventilglieds 35 setzt sich ein kegelförmiger Zapfen 56 einstückig fort, dessen Durchmesser mit wachsendem Abstand vom Ventilglied 35 zunimmt und an dessen Ende ein Niederdruckkolben 43 einstückig ausgebildet ist. Der Niederdruckkolben 43 liegt in dem zwischen dem zweiten Ventilraum 24 und der Leckflüssigkeit-Sammelkammer 23 ausgebildeten zylindrischen Wandabschnitt 26 ein und wird in diesem mit geringem Radialspiel geführt. Der Außendurchmesser des Niederdruckkolbens 43 ist dabei in etwa so groß bemessen, wie der Sitzdurchmesser des Ventilglieds 35, mit dem das Ventilglied 35 auf dem Ventilsitz 34 aufsitzt. Dieser Sitzdurchmesser entspricht bei der dargestellten zylinderförmigen Ausbildung des Ventilglieds 35 angenähert dem lichten Durchmesser der Ventilöffnung 33. In der Leckflüssigkeit-Sammelkammer 23 ist eine als zylindrische Schraubendruckfeder ausgebildete Ventilfeder 44 aufgenommen, die sich am Grund der Sackbohrung 22 und an der Stirnseite des Niederdruckkolbens 43 abstützt. Die Ventilfeder 44 wirkt in Öffnungsrichtung des Schaltventils 25 und ist bestrebt, das Ventilglied 35 vom Ventilsitz 34 unter Freigabe der Ventilöffnung 33 abzuheben. In Ventiloffenstellung liegt der Führungskolben 37 unter der Wirkung der Ventilfeder 44 am Anschlag 39 an der Kappe 40 an.

Der eingangs erwähnte Elektromagnet 16 dient zum Schließen des Schaltventils 25 gegen die Rückstellkraft der Ventilfeder 44.

Der Elektromagnet 16 weist in bekannter Weise ein topfförmiges Magnetgehäuse 47 mit einem zentralen, vom Topfboden rechtwinklig wegstehenden Topfkern 48 auf. Das Magnetgehäuse 47 ist in die Stirnseite der Bohrung 15 im Gehäusedeckel 10 eingesetzt und mittels einer Ringdichtung 52 gegenüber der Bohrungswand abgedichtet. Das Magnetgehäuse 47 dient zugleich zur axial unverschieblichen Festlegung der Hülse 14 in der Bohrung 15. Im Innern des Magnetgehäuses 47 ist eine Erregerspule 49 aufgenommen, deren Bestromung über Anschlußstifte 53 vorgenommen wird. In einer koaxialen Führungsbohrung 50 im Topfkern 48 ist ein Betätigungsstößel 51 axial verschieblich geführt, der mit seinem einen Ende an einer Ankerplatte 54 des Elektromagneten 16 befestigt ist und mit seinem anderen freien Ende am Führungskolben 37 stirnseitig anliegt, und zwar dort an einem im Durchmesser reduzierten Zapfen 371 des Führungskolbens 37, der durch die Durchgangsbohrung 41 in der Kappe 40 hindurchragt.

Bei unbestromter Erregerspule 49 und damit unerregtem Elektromagneten 16 schiebt die Ventilfeder 44 über das Ventilglied 35 mit Niederdruckkolben 43 und Führungskolben 37 den Betätigungsstößel 51 mit Ankerplatte 54 gegen einen Anschlag 55 am Magnetgehäuse 47, der den maximalen Hub der Ankerplatte 54 festlegt. Das Schaltventil 25 ist geöffnet und der erste Ventilraum 36 über die Ventilöffnung 33 mit dem zweiten Ventilraum 24 verbunden. In Offenstellung des Schaltventils 25 sind sowohl der Pumpenarbeitsraum 18 über die Verteilerbohrung 19 als auch die Einspritzbohrung 21 über die Verbindungsbohrung 46 im Verteilerwelle 11 und über die Entlastungsbohrung 27, sowie Radialbohrung 30 und Bohrung 31 im Gehäusedeckel 10 mit dem kraftstoffgefüllten Innenraum 45 der Kraftstoffeinspritzpumpe verbunden. Wird die Erregerspule 49 des Elektromagneten 16 bestromt, so wird die Ankerplatte 54 in Richtung zum Topfboden des Magnetgehäuses 47 angezogen und drückt über den Betätigungsstößel 51 das Ventilglied 35 auf den die Ventilöffnung 33 umgebenden Ventilsitz 34. Die Ventilöffnung 33 ist geschlossen, und der Pumpenarbeitsraum 18 ist über die Verteilerbohrung 19 mit der Einspritzbohrung 21 verbunden, so daß der im Pumpenarbeitsraum 18 auf Einspritzdruck komprimierte Kraftstoff über den Anschlußrohrstutzen 13 und die nicht dargestellte Druckleitung und Einspritzdüse in dem Brennraum des Zylinders des Dieselmotors eingespritzt wird. Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird das Schaltventil 25 entregt, die Ankerplatte 54 fällt ab, und die Ventilfeder 44 öffnet das Schaltventil 25, wobei die Bewegungsrichtung des Ventilglieds 35 gegen die Strömungsrichtung des Kraftstoffs gerichtet ist, der bei geöffnetem Schaltventil 25 vom ersten Ventilraum 36 über die Ventilöffnung 33 zum zweiten Ventilraum 24 hin und von dort weiter in den Innenraum 45 der Kraftstoffeinspritzpumpe strömt. Der Pumpenarbeitsraum 18 ist damit in der beschriebenen Weise mit dem Niederdruckbereich im Innenraum 45 der Kraftstoffeinspritzpumpe verbunden und der Druck an der Druckleitung und Einspritzdüse fällt schlagartig ab, als dessen Folge die Einspritzdüse schließt. Der Einspritzvorgang wird damit schlagartig abgebrochen.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann der Ventilsitz 34 ebenso wie das Ventilglied 35 kegelförmig ausgebildet werden. Der Durchmesser der Sitzfläche des Ventilglieds 35 wird dann durch den Auflagekreis der Kegelfläche am Ventilglied 35 auf der Kegelfläche des Ventilsitzes 34 bestimmt. Diesem Durchmesser der kegelförmigen Sitzfläche des Ventilglieds 35 auf dem kegelförmigen Ventilsitz 34 wird der Außendurchmesser des Niederdruckkolbens 43 wieder angenähert.

Claims (9)

1. Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart zur Versorgung einer Mehrzahl von Einspritzdüsen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel- Brennkraftmaschine, mit mindestens einem in einer hin- und hergehenden Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (17), der eine mit einem Kraftstoffzulauf verbindbaren Pumpenarbeitsraum (18) begrenzt und bei jedem Förderhub Kraftstoff mit Einspritzdruck zu einer der Einspritzdüsen fördert, mit einer rotierenden Verteilerwelle (11), die über eine Verteilerbohrung (19) bei ihrer Drehung eine Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum (18) und Einspritzdüse herstellt, und mit einem Schaltventil (25) zum Zumessen der Kraftstoffeinspritzmenge, das ein eine Ventilöffnung (33) zwischen einem mit der Verteilerbohrung (19) verbundenen ersten Ventilraum (36) und einem mit einer Entlastungsbohrung (27) verbundenen zweiten Ventilraum (24) steuerndes Ventilglied (35), das von einer in Ventilöffnungsrichtung wirkenden Ventilfeder (44) belastet ist und beim Ventilöffnen gegen den über die Ventilöffnung (33) abströmenden Kraftstofffluß verschoben wird, und einen Elektromagneten (16) zum Betätigen des Ventilglieds (35) in Ventilschließrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ventilglied (35) ein dazu koaxialer Niederdruckkolben (43) starr verbunden ist, der in einem am ventilgliedfernen Ende des zweiten Ventilraums (24) sich anschließenden zylindrischen Wandabschnitt (26) mit minimalem Radialspiel axial verschieblich geführt ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Niederdruckkolbens (43) annähernd gleich dem Durchmesser der Sitzfläche des Ventilglieds (35) auf einem die Ventilöffnung (33) umgebenden Ventilsitz (34) bemessen ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckkolben (43) über einen im Durchmesser reduzierten Zapfen (56) vorzugsweise einstückig mit dem Ventilglied (35) verbunden ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem zylinderförmigen Wandabschnitt (26) eine Leckflüssigkeit-Sammelkammer (23) ausgebildet ist, die an einer Kraftstoffrückführleitung angeschlossen ist.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfeder (44) in der Leckflüssigkeit-Sammelkammer (23) aufgenommen ist und sich dort am Grund der Sammelkammer (23) und an der Stirnseite des Niederdruckkolbens (43) abstützt.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (35) im ersten Ventilraum (36) angeordnet ist und mit einer Sitzfläche auf dem am Grund des ersten Ventilraums (36) ausgebildeten Ventilsitz (34) aufsitzt.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilräume (36, 24), die Ventilöffnung (33) und der zylindrische Wandabschnitt (26) sowie die Leckölflüssigkeits- Sammelkammer (23) in einer zentralen Sackbohrung (22) in der Verteilerwelle (11) ausgebildet sind.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (16) eine Erregerspule (49), einen Magnetanker (54) und einen mit dem Magnetanker (54) fest verbundenen, zur Verteilerwelle (11) koaxialen Betätigungsstößel (51) aufweist, der koaxial an der Stirnseite eines mit dem Ventilglied (35) fest verbundenen Führungskolben (37) anliegt, und daß der Führungskolben (37) in einem dem ersten Ventilraum (36) vorgelagerten zylindrischen Führungsabschnitt (38) in der Sackbohrung (22) axial verschieblich einliegt.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerwelle (11) in einer in einem Pumpengehäuse (Gehäusedeckel 10) gehaltenen Hülse (14) drehbar einliegt, daß die Verteilerwelle (11) auf ihrem Umfang eine Ringnut (29) trägt, in welche die in der Verteilerwelle (11) verlaufende Entlastungsbohrung (27) mündet, und daß die Ringnut (29) stets mit der Mündung einer in der Hülse (14) eingebrachten Radialbohrung (30) verbunden ist, die mit dem kraftstoffgefüllten Innenraum (45) des Pumpengehäuses in Verbindung steht.