Die Erfindung bezieht sich auf ein Pumpenelement einer Brennstoffeinspritzpumpe für Einspritzbrennkraftmaschinen, bei welchem die Pumpenkolbenbüchse wenigstens eine Saug- und Überströmbohrung aufweist, die durch Steuerkanten des Pumpenkolbens überschliffen wird und das Förderende durch Aufsteuern der Saug- und Überströmbohrung bestimmt wird, wobei eine im Bereich der Kolbenstirnfläche angeordnete Steuerkante den Förderbeginn und eine am Kolbenmantel angeordnete, insbesondere schräge, Steuerkante das Förderende bestimmt.
Durch den plötzlichen Abschluß der Saug- und Überströmbohrung bei Förderbeginn bilden sich Dampfblasen in der Saug- und Überströmbohrung. Durch den Pumpenkolben wird der Kraftstoff im Arbeitsraum der Pumpe auf sehr hohe Drücke von beispielsweise 1000 bar und auch mehr gebracht und bei Förderende strömt dieser hochkomprimierte Kraftstoff in die Saug- und Überströmbohrung. Durch die Drucksteigerung in der Saug- und Überströmbohrung implodieren diese Dampfblasen und es werden dadurch Kavitationen und Erosionen an der Wandung der Saugund Überströmbohrung und auch am Kolbenmantel und an der Steuerkante verursacht. Aus der DE-OS 28 07 808 ist es bekannt geworden, Kraftstoff, der im Pumpenarbeitsraum unter Druck gesetzt wurde, über eine Drosselbohrung abzuzweigen und vor dem Aufsteuern der Überströmbohrung in die Überströmbohrung einzuführen, um Dampfblasen aus dieser Überströmbohrung wegzufördern. Die abgezweigte Kraftstoffmenge ist von der Toleranz der Drosselbohrung und von dem im Arbeitsraum des Pumpenkolbens auftretenden Druck abhängig. Diese nicht genau bestimmte abgezweigte Kraftstoffmenge verringert die Fördermenge des Pumpenkolbens und es ergeben sich daher Unterschiede in der Fördermenge der verschiedenen Pumpenelemente, was zu Ungleichmäßigkeiten im Motorlauf führt.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, solchen Kavitationen und Erosionen entgegenzuwirken. Zur Erfüllung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß der Pumpenkolben eine gegen seinen Arbeitsraum abgeschlossene axiale Bohrung aufweist, von welcher im Bereich ihres der Kolbenstirnfläche zugewendeten Endes wenigstens eine Radialbohrung ausgeht, welche am Kolbenmantel in dem die Saug- und Überströmbohrung überschleifenden Bereich zwischen der das Förderende bestimmenden Steuerkante und der den Förderbeginn bestimmenden Steuerkante mündet, und von welcher im Bereich ihres von der Kolbenstirnfläche abgewendeten Endes wenigstens eine am Kolbenmantel mündende Radialbohrung ausgeht, welche zumindest während eines Teiles des Kolbenhubes mit einer in der Pumpenkolbenbüchse vorgesehenen Spülölzuführungsbohrung in Verbindung steht, durch welche Kraftstoff unabhängig von der Förderung des Pumpenelementes unter einem den Druck im Saugraum übersteigenden Druck der axialen Bohrung zugeführt wird. Von dieser Spülölzuführungsbohrung in der Pumpenkolbenbüchse gelangt Kraftstoff in die axiale Bohrung des Pumpenkolbens und von dieser wieder durch die radiale Bohrung in die Saug- und Überströmbohrung der Pumpenkolbenbüchse. Da der Druck dieses zum Spülen verwendeten Kraftstoffes über dem Druck im Saugraum liegt, tritt der Kraftstoff in die Saugund Überströmbohrung ein und verdrängt die Dampfblasen vom Pumpenkolben weg in Richtung zum Saugraum. Da die von der axialen Bohrung ausgehende radiale Bohrung zwischen der das Förderwende bestimmenden Steuerkante und der den Förderbeginn bestimmenden Steuerkante liegt, erfolgt somit die Wegspülung der Dampfblasen aus der Saug- und Überströmbohrung knapp bevor die das Förderende bestimmende Steuerkante die Saugund Überströmbohrung freigibt. Wenn nun der eine große Energie aufweisende Absteuerstrahl in die Saug- und Überströmbohrung eintritt, sind die Dampfblasen bereits weitgehend von der kritischen Stelle, nämlich vom Pumpenkolben, abgedrängt. Da der Druck des Spülkr aftstoffstrahles wesentlich geringer ist als der Druck des bei Förderende abgesteuerten Brennstoff strahles, kann auch kein hartes Implodieren der Dampfblasen durch den Spülkraftstoffstrahl erfolgen. Der Spülkraftstoffstrahl tritt in die Saug- und Überströmbohrung der Pumpenkolbenbüchse ein, sobald die Mündung der radialen Bohrung die Saug- und Überströmbohrung zu überschleifen beginnt, und dieser Spülkraftstoffstrahl drängt daher bevorzugt an der Oberseite der Saug- und Überströmbohrung die Gasblasen ab und gerade diese Oberseite ist die kritische Stelle, an welcher der Absteuerstrahl auftrifft. Es wird daher auf diese Weise Kavitation und Erosion durch ein hartes Implodieren der Dampfblasen weitgehend vermieden. Da die zum Spülen dienende Kraftstoffmenge gesondert zugeführt wird und nicht von der zu fördernden Kraftstoffmenge abgezweigt wird, sind Unregelmäßigkeiten in der Kraftstofförderung vermieden. Es ist auch möglich, den Spülkraftstoff erst ab einer bestimmten Fördermenge und/oder Motordrehzahl zuzuführen, bei welcher die Kavitation unangenehm zu werden beginnt und die Spülkraftstoffzufuhr im Teillast- oder Teildrehzahlbereich zu unterlassen.
Gemäß der Erfindung sind vorzugsweise im Bereich des der Kolbenstirnfläche zugewendeten Endes der axialen Bohrung mehrere radiale Bohrungen vorgesehen, deren Mündungen am Kolbenmantel in einem Abstand voneinander liegen, der kleiner ist als der Durchmesser der Saug- und Überströmbohrung. Dadurch wird bei einem Pumpenelement, dessen Fördermenge durch Verdrehen des Kolbens geregelt wird, die Gewähr geboten, daß bei allen Drehstellungen des Pumpenkolbens der zum Spülen verwendete Kraftstoff in die Saug- und Überströmöffnung gelangt. Vorzugsweise liegen gemäß der Erfindung die Mündungen der Radialbohrungen am Kolbenmantel in gleichen Abständen von der das Förderende bestimmenden Steuerkante, so daß die Bedingungen für die Zuführung des zum Spülen verwendeten Kraftstoffes nicht verändert werden. Die Anordnung mehrerer Radialbohrungen hat den Vorteil, daß der Spülkraftstoff bei allen Drehstellungen des Kolbens axial in die Saug und Überströmbohrung eintritt, wodurch die Wegförderung der Gas- oder Dampfblasen begünstigt wird. Gemäß der Erfindung kann aber auch die im Bereich des der Kolbenstirnfläche zugewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehene Radialbohrung in eine parallel zu der das Förderende bestimmenden Steuerkante verlaufende Nut am Kolbenmantel münden.
Gemäß der Erfindung kann die Anordnung so getroffen sein, daß die im Bereich des von der Kolbenstirnfläche abgewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehene Radialbohrung in eine parallel zu der das Förderende bestimmenden Steuerkante verlaufende Nut mündet, deren Axialabstand von dieser Steuerkante ungefähr dem Axialabstand der Spülölzuführungsbohrung von der Saug- und Überströmbohrung entspricht. In diesem Falle wird der Spülkraftstoff stoßweise immer dann zugeführt, wenn die Mündung der Radialbohrung die Saug- und Überströmbohrung überschleift. Es kann aber gemäß der Erfindung auch die im Bereich des von der Kolbenstirnfläche abgewendeten Endes der axialen Bohrung vorgesehene Radialbohrung in eine Ringnut münden, deren axiale Erstreckung zumindest gleich einem wesentlichen Teil des Kolbenhubes ist. In diesem Fall erfolgt die Zuführung des Spülkraftstoffes zu der axialen Bohrung kontinuierlich, wobei der Spülkraftstoff nur dann aus der Radialbohrung austritt, wenn diese die Saug- und Überströmbohrung der Pumpenkolbenbüchse überschleift.
Weiters ist es gemäß der Erfindung möglich, die Bohrungsdurchmesser der radialen Bohrungen, welche im Bereich des Kolbenkopfes münden, unterschiedlich auszuführen, so daß beispielsweise bei größeren Kraftstoffördermengen des Pumpenelementes auch größere Spülmengen vorhanden sind.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Teil-Axialschnitt durch ein Pumpenelement, Fig. 2 zeigt die Strömungsverhältnisse in der S aug-/Überströmbohrung kurz vor dem statischen Förderbeginn, Fig. 3 zeigt eine Variante zur Spülölzuführung und Fig. 4 eine Abwicklung des Pumpenkolbens mit abgewandelten radialen Bohrungen.
In Fig. 1 ist der Pumpenkolben mit 1 und die Pumpenkolbenbüchse mit 2 bezeichnet. 3 ist der Arbeitsraum des Pumpenkolbens. In der Pumpenkolbenbüchse sind diametral gegenüberliegend zwei Saug- und Überströmöffnungen 4 vorgesehen, welche in den Saugraum 5 münden, und durch schräge Absteuerkanten 6, welche das Förderende bestimmen, überschliffen werden.
Im Kolben 1 ist eine axiale Bohrung 7 vorgesehen, welche gegen den Arbeitsraum 3 durch einen Stopfen 8 abgeschlossen ist. Im Bereich des von der Kolbenstirnfläche 9 abgewendeten Endes der axialen Bohrung 7 geht eine radiale Bohrung 10 aus, die in eine schraubenlinienförmige Nut 11 am Mantel des Pumpenkolbens 1, welche parallel zu der schrägen Steuerkante 6 verläuft, mündet. In der Pumpenkolbenbüchse 2 ist eine Spülkraftstoffzuführungsbohrung 12 vorgesehen, durch welche über einen Anschluß 13 Kraftstoff unter einem höheren Druck als der Druck im Saugraum 5 zugeführt wird. Im Bereich des der Kolbenstirnfläche 9 zugewendeten Endes der axialen Bohrung 7 gehen von dieser axialen Bohrung radiale Bohrungen 14 aus, deren Mündungen 15 am Kolbenumfang in einer parallel zur Steuerkante 6 verlaufenden Reihe liegen. Die Nut 11 ist so angeordnet, daß sie die Spülkraftstoffzuführungsbohrung 12 dann überschleift, wenn die Mündungen 15 der Bohrungen 14 die Saug- und Überströmbohrungen 4 überschleifen. Hiefür ist Bedingung, daß der axiale Abstand zwischen den Mündungen 15 der Bohrungen 14 und der Bohrung 10 im Kolben ungefähr gleich ist dem Axialabstand der Bohrung 12 von der Saug- und Überströmbohrung 4.
Sobald die Mündung 15 einer solchen Bohrung 14 die Saug- und Überströmöffnung 4 überschleift, wird der Spülkraftstoff in die axiale Nut gefördert und tritt nun in Richtung des Pfeiles 16 über die Bohrungen 14 in die Saug- und Überströmbohrungen 4 der Pumpenkolbenbüchse 2 ein. Knapp nachher tritt der bei Förderende durch die schräge Steuerkante 6 abgesteuerte Brennstoffstrahl in Richtung des Pfeiles 17 in die Saug- und Überströmbohrung 4 ein.
Fig. 2 zeigt die Stellung des Kolbens 1 bei Förderbeginn. Die durch die Stirnfläche 9 gebildete Steuerkante schließt die Saug- und Überströmöffnung 4 der Pumpenkolbenbüchse 2 ab und ein Strahl des Brennstoffes tritt beim Abschließen in Richtung des Pfeiles 18 in die Saug- und Überströmbohrung 4 ein. Bei Abschluß der Saug- und Überströmöffnung durch die Stirnfläche 9 des Kolbens 1 wird der Kraftstoffstrom in die Bohrungen plötzlich unterbrochen, wodurch ein Unterdruck entsteht, der für die Dampfblasenbildung maßgeblich ist. Diese Darstellung erklärt, warum in der Saug- und Überströmbohrung 4 Dampfblasen auftreten.
Fig. 3 zeigt in einem Teilschnitt eine abgewandelte Ausführungsform. Hier mündet die von der axialen Bohrung 7 des Pumpenkolbens 1 ausgehende radiale Bohrung 10 in eine Ringnut 19 des Kolbens 1, in welche die Spülkraftstoffzuführungsbohrung 12 mündet. Die axiale Erstreckung dieser Ringnut ist zumindest gleich einem wesentlichen Teil des Hubes des Pumpenkolbens 1, so daß der Spülkraftstoff kontinuierlich in die axiale Bohrung 7 eintritt.
Fig. 4 zeigt eine Abwicklung eines abgewandelten Pumpenkolbens 1 mit je nach Drehlage des Kolbens und damit zeitlich verschiedener Absteuerung über die Absteuerkante 6 unterschiedlich groß dimensionierten Mündungen 15 der radialen Bohrungen. Die größeren Rundungen 15 entsprechen hiebei einem größeren Förder- bzw. Nutzhub, wodurch die Spülung intensiviert wird.
Da der Spülkraftstoff über einen Anschluß 13 gesondert unter Druck zuführbar ist, läßt sich in einfacher Weise die Zuführung bei geringen Drehzahlen oder geringen Fördermengen unterbinden, um Antriebsenergie für eine Pumpe zu sparen. In Fig. 1 ist zu diesem Zweck eine gesonderte Pumpe 20 angedeutet und ein über eine Steuereinheit 21 in Abhängigkeit von Drehzahl oder Fördermenge der Pumpe steuerbares Ventil 22 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Pumpe 20 durch die Steuereinheit 21 geschaltet werden.