[0001] 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, wobei vor und/oder während beginnender Aufsteuerung der Saug- und Überströmbohrung
durch die das Förderende bestimmende Steuerkante Leckkraftstoff in die Saug- und Überströmbohrung
eingeführt wird und wobei im Mantel des Pumpenkolbens unterhalb der das Förderende
bestimmenden Steuerkante eine den Pumpenkolben rundum umgebende Leckkraftstoffauffangnut
angeordnet ist. Durch den plötzlichen Abschluß der Saug- und Überströmbohrung bei
Förderbeginn bilden sich Gas- oder 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 Saug- und Überströmbohrung implodieren diese Gas- oder Dampfblasen und es werden
dadurch Kavitationen und Erosionen an der Wandung der Saug- und Überströmbohrung und
auch am Kolbenmantel und an der Steuerkante verursacht.
[0002] Aus der DE-OS 28 07 808 ist es bekannt geworden, Leckkraftstoff in die Saug- und
Überströmbohrung einzuführen, um die Gas- oder Dampfblasen wegzufördern. Dieser Leckkraftstoff
wird dadurch der Saug- und Überströmbohrung zugeführt, daß das Spiel zwischen dem
Pumpenkolbenmantel und der Lauf fläche der Pumpenkolbenbüchse von der Stirnfläche
des Pumpenkolbens bis zu der das Förderende bestimmenden Förderkante vergrößert wird.
Dieser Leckkraftstoff kriecht entlang des gesamten Umfanges des Pumpenkolbens und
tritt aus dem Spalt zwischen Pumpenkolben und Pumpenkolbenbüchse in die Saug- und
Überströmbohrung ein. Er gelangt daher wohl in die Saug- und Überströmbohrung, jedoch
nicht in gerichtetem Strahl, so daß seine auf die Gasblasen ausgeübte Förderwirkung
nur einen sehr mangelhaften Effekt hat.
[0003] Aus der DE-OS 28 02 510 ist es bekannt geworden, den Leckkraftstoff in einer im Mantel
des Pumpenkolbens oder in der Bohrung der Pumpenkolbenbüchse vorgesehenen, den Pumpenkolben
rundum umgebenden Leckkraftstoffauffangnut zu sammeln und diese Leckkraftstoffauffangnut
über eine Verbindungsbohrung in der Pumpenkolbenbüchse mit der Saug- und Überströmöffnung
zu verbinden. Die Mündung dieser Verbindungsbohrung in die Saug- und Überströmbohrung
ist in Richtung zur Kolbenwandung gerichtet, und der aus dieser Mündung austretende
Leckkraftstoffstrahl unterstützt daher die Wegförderung der Gas- oder Dampfblasen
aus der Saug- und Überströmbohrung nicht, sondern wirkt eher dieser Wegförderung entgegen.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die auf die Gas- oder Dampfblasen
ausgeübte Wegförderwirkung intensiver zu gestalten und dadurch solchen Kavitationen
und Erosionen besser entgegen zu wirken.
[0005] Zur Erfüllung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß im
Pumpenkolben oberhalb der das Förderende bestimmenden Steuerkante mindestens eine
Querbohrung vorgesehen ist, welche am Kolbenmantel und einem die Saug- und Überströmbohrung
überschleifenden Bereich mündet,daß die Leckkraftstoffauffangnut über eine Bohrung
im Pumpenkolben mit der Querbohrung verbunden ist und daß die Leckkraftstoffauffangnut
unterhalb einer Nut oder Ausnehmung im Kolben angeordnet ist, welche oben durch die
das Förderende bestimmende Steuerkante begrenzt ist. Die Begriffe "unterhalb" und
"oberhalb" sind auf die obere vom Hochdruck beaufschlagte Stirnfläche des Pumpenkolbens
unabhängig von der Einbaulage des Pumpenelementes bezogen. Durch diese Querbohrung
gelangt nun Leckkraftstoff in gerichtetem Strom in die Saug- und Überströmbohrung,
bevor der unter hohem Druck abgesteuerte Kraftstoff in die Saug- und Überströmbohrung
eintritt. Der Druck dieses Leckkraftstoffstrahles ist größer als der Druck im Saugraum
und es werden daher die Gas- oder Dampfblasen von der kritischen Stelle in der Saug-
und Überströmbohrung weg zum Saugraum gefördert. Da dieser durch die Querbohrung austretende
Brennstoffstrahl in Richtung der Achse der Saug- und Überströmbohrung gerichtet ist,
übt er eine intensive Förderwirkung auf die Gas- oder Dampfblasen aus. Da es sich
aber bei diesem durch die Querbohrung eintretenden Kraftstoff um Leckkraftstoff handelt,
ist der Druck wesentlich geringer als der Druck des bei Förderende in die Saug- und
Überströmbohrung eintretenden Kraftstoffes und es werden daher die Gasblasen nicht
zum Implodieren gebracht. Die Gas- oder Dampfblasen werden nur von der kritischen
Stelle weggefördert, bevor sie durch den hohen Überströmdruck bei Förderende zum Implodieren
gebracht werden können. Der Leckölkraftstoff muß aus der Leckkraftstoffauffangnut
abgefördert werden. Dies erfordert bei bekannten Ausführungen eine Abflußbohrung
in der Pumpenkolbenbüchse, welche die Pumpenkolbenbüchse schwächt und eine Bruchgefahr
darstellt. Dadurch, daß der Leckkraftstoff als Spülkraftstoff ausgenützt wird, entfällt
eine solche Leckölabführbohrung in der Pumpenkolbenbüchse. Dadurch, daß sich die
Leckkraftstoffauffangnut als Ringnut über den gesamten Umfang des Kolbens erstreckt,
wird der Leckkraftstoff über den gesamten Kolbenumfang in gleicher Weise aufgefangen
und als Spülkraftstoff nutzbar gemacht. Unterhalb der das Förderende bestimmenden
Steuerkante im Bereich der Saug- und Überströmbohrung steht der Kraftstoff auch unter
Hochdruck und dadurch, daß die Leckkraftstoffauffangnut unterhalb einer Nut oder
Ausnehmung im Kolben angeordnet ist, welche oben durch die das Förderende bestimmende
Steuerkante begrenzt ist, gelangt der gesamte Leckkraftstoff in die Leckkraftstoffauffangnut
und wird für die Spülung nutzbar gemacht.
[0006] Gemäß der Erfindung ist bei Anordnung von zwei gegenüberliegenden Saug- und Überströmbohrungen
in der Pumpenkolbenbüchse die Querbohrung durchgehend, so daß beide Saug- und Überströmbohrungen
gespült werden. Hiebei ist die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß der Mittelbereich
der durchgehenden Querbohrung über eine schräge Bohrung mit der Leckkraftstoffauffangnut
in Verbindung steht. Hiedurch wird eine gleichmäßige Spülung beider Saug- und Überströmbohrungen
gewährleistet.
[0007] Gemäß der Erfindung mündet zweckmäßig die Querbohrung in eine Ausnehmung, beispielsweise
eine Nut oder einen Anschliff, des Kolbenmantels, welche sich ungefähr parallel zu
der das Förderende bestimmenden Steuerkante erstreckt. Auf diese Weise wird die Spülung
auch bei einer Verdrehung des Kolbens aufrecht erhalten. Gemäß der Erfindung kann
sich aber auch die Ausnehmung nur über einen Bogenbereich erstrecken, welcher einem
Teil des maximalen Verdrehwinkels des Kolbens entspricht. Es kann vorteilhaft sein,
die Spülung nur bei bestimmten Einspritzmengen intensiv zu gestalten. Die Einspritzmengen
werden durch den Verdrehwinkel des Kolbens bestimmt und wenn sich die Ausnehmung
nur über einen Bogenbereich erstreckt, kann die Spülung auf gewisse Füllungs- und
Leistungsbereiche beschränkt werden.
[0008] Gemäß der Erfindung liegt zweckmäßig die Querbohrung so knapp über der das Förderende
bestimmenden Steuerkante, daß sie noch mit der Saug- und Überströmbohrung, vorzugsweise
zur Gänze, in Verbindung steht, wenn die das Förderende bestimmende Steuerkante die
Saug- und Überströmbohrung aufsteuert. Auf diese Weise wird die Spülung noch zu Beginn
der Überströmung bei Förderende aufrecht erhalten.
[0009] Wenn eine intensive Spülung gewünscht wird, kann gemäß der Erfindung der Spalt zwischen
Pumpenkolben und Pumpenkolbenbüchse im Bereich zwischen der Leckkraftstoffauffangnut
und der das Förderende bestimmenden Steuerkante größer sein als im Bereich unterhalb
derselben. Die Ausbildung kann gemäß der Erfindung so getroffen sein , daß der Spalt
im Bereich oberhalb der Leckkraftstoffauffangnut um ungefähr fünf Zehntausendstel
bis etwa ein Tausendstel des Kolbendurchmessers größer ist als im Bereich unterhalb
derselben.
Figurenbeschreibung:
[0010] In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
[0011] Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch Pumpenkolben und Pumpenkolbenbüchse bei einer
Ausführungsform mit zwei einander gegenüberliegenden Saug- und Überströmbohrungen
in der Pumpenkolbenbüchse. Fig. 2 deutet schematisch die Erweiterung der Pumpenkolbenbüchse
unter dem Förderdruck und die Strömungsrichtungen an.
[0012] Der Pumpenkolben 1 ist in der Pumpenkolbenbüchse 2 zu auf- und abgehender Bewegung
geführt. Die obere Stirnfläche 3 des Pumpenkolbens 1 ist vom Hochdruck in seinem
Arbeitsraum 4 beaufschlagt. Die Pumpenkolbenbüchse weist einander gegenüberliegende
Saug- und Überströmbohrungen 5 und 6 auf, welche in den Saugraum münden. Der Pumpenkolben
1 bewegt sich bei seinem Förderhub nach oben. Die Kante 7 der oberen Stirnfläche 3
bestimmt durch Überschleifen der Saug- und Überströmbohrungen 5, 6 den Förderbeginn.
Die schrägen Steuerkanten 8 des Pumpenkolbens 1 bestimmen durch Überschleifen der
Saug- und Überströmbohrungen 5, 6 das Förderende. Über eine Axialnut 9 steht der Arbeitsraum
4 des Pumpenkolbens 1 mit einer Ausnehmung 10 im Pumpenkolben in Verbindung, welche
oben durch die das Förderende bestimmende Steuerkante 8 und unten durch eine Kante
11 begrenzt wird, unterhalb welcher der Kolben 1 im Bereich 12 seinen vollen Durchmesser
aufweist.
[0013] Unterhalb der Ausnehmung 10 ist eine Leckkraftstoffauffangnut 13 am Kolbenmantel
14 angeordnet, welche als Ringnut rundum den Kolbenmantel verläuft. Im Kolben 1 ist
eine Querbohrung 15 vorgesehen, welche über eine Schrägbohrung 16 im Kolben 1 mit
der Leckkraftstoffauffangnut 13 in Verbindung steht. Diese Schrägbohrung 16 mündet
in die Querbohrung 15 in einem Mittelbereich 17 derselben. Die Mündungen 18 der Querbohrung
15 liegen in denjenigen Bereichen des Kolbenmantels 14, welche die Saug- und Überströmbohrungen
5, 6 der Pumpenkolbenbüchse 2 überschleifen. Über diese Querbohrung 15 gelangt somit
der sich in der Leckkraftstoffauffangnut ansammelnde Kraftstoff in die Saug- und
Überströmbohrungen 5, 6.
[0014] Die Querbohrung 15 mündet in Ausnehmungen 19 des Kolbenmantels 14, welche von Nuten
oder Anschliffen gebildet sind, welche parallel zu den das Förderende bestimmenden
Steuerkante 8 verlaufen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung erstrecken sich
diese Ausnehmungen 19 über den gesamten Bogenbereich, welcher dem maximalen Verdrehwinkel
des Kolbens entspricht. Sie können aber auch nur auf einen Teil dieses Bogenbereiches
beschränkt sein, wodurch der Eintritt des Leckkraftstoffes in die Saug- und Überströmbohrungen
auf gewisse Verdrehbereiche des Kolbens oder Förderbereiche beschränkt wird. Zur Verbindung
der Ausnehmungen 19 im Kolben 1 können günstig auch mehrere diametral angeordnete
Querbohrungen 15 angeordnet werden.
[0015] Die Mündungen 18 der Querbohrung 15 überschleifen die Saug- und Überströmbohrungen
5, 6, bevor die das Förderende bestimmenden Steuerkanten 8 diese Saug- und Überströmbohrungen
5, 6 überschleifen und der durch die Querbohrung 15 austretende Leckkraftstoffstrahl
fördert daher die Gas- und Dampfblasen in Richtung zum Saugraum 20, bevor sie durch
den hochgespannten über die Steuerkanten 8 austretenden Kraftstoff implodieren können.
Die Querbohrung 15 ist aber so knapp über den das Förderende bestimmenden Steuerkanten
8 angeordnet, daß ihre Mündungen 18 bzw. die Ausnehmungen 19 noch mit den Saug- und
Überströmbohrungen 5, 6 in Verbindung stehen, wenn die Hauptausströmung über die Steuerkanten
8 bereits beginnt.
[0016] Im Bereich a oberhalb der Leckkraftstoffauffangnut 13 bis zur oberen Stirnfläche
3 des Kolbens 1 ist der Spalt 21 zwischen Pumpenkolben 1 und Pumpenkolbenbüchse 2
größer als im Bereich b unterhalb der Leckkraftstoffauffangnut 13, wo der Spalt die
bei Pumpenelementen übliche Größe aufweist. Unterhalb der Leckkraftstoffauffangnut
13 ist der Kraftstoff entlastet, so daß unterhalb der Leckkraftstoffauffangnut 13
kein Leckkraftstoff mehr auftritt.
[0017] Unter dem Förderdruck des Kraftstoffes vergrößert sich der Durchmesser der Pumpenkolbenbüchse
2 und damit die Größe des Spaltes 21 geringfügig, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.
Die strichlierte Linie 22 deutet schematisch die Aufweitung der Bohrung bzw. der Kolbenlauffläche
der Pumpenkolbenbüchse 2 an. Diese Aufweitung ist im oberen Bereich 22′ geringer,
da in diesem oberen Bereich die Pumpenkolbenbüchse 2 gegen den nicht dargestellten
Druckventilkörper abgestützt ist und dadurch in ihrer radialen Dehnung behindert wird.
Im unteren Bereich 22˝ wird diese Aufweitung auch wieder geringer, da dieser Bereich
durch die Leckkraftstoffauffangnut 13 druckentlastet ist. Im mittleren Bereich kann
diese Aufweitung beispielsweise 10 µm betragen. Auch der Außenumfang der Pumpenkolbenbüchse
2 kann sich geringfügig aufweiten und dies ist mit der strichlierten Linie 25 angedeutet.
[0018] Die Spaltlänge c ist maßgebend für die durchströmende Leckkraftstoffmenge. Diese
Spaltlänge c kann in Abhängigkeit vom Spitzendruck und der Fördermenge der Pumpe so
gewählt werden, daß die durchströmende Leckkraftstoffmenge den gewünschten Wert erreicht.
[0019] Beispielsweise beträgt das Elementspiel bei Elementen mit Durchmesser 20 bis 30 mm
in unbelastetem Zustand etwa 4 bis 6 µm und vergrößert sich unter einem Pumpenraumdruck
von 1000 bar auf ca. 14 bis 16 µm, bezogen auf den Durchmesser. Durch eine Vergrößerung
des gegebenen Ausgangsspiels im Bereich zwischen Ringnut 10 und Leckkraftstoffauffangnut
13 um etwa 2 mal 10 µm, bezogen auf die Durchmesserdifferenz, kann eine günstige Vergrößerung
der Leckmenge und damit Spülmenge bei Elementdurchmesser 20 mm erreicht werden. Allgemeingültig
kann die Durchmesserdifferenz etwa ein Tausendstel bis zwei Tausendstel des Kolbendurchmessers
betragen.
[0020] Der Pfeil 23 deutet den Beginn der Überströmung an, wenn die Steuerkante 8 die Saug-
und Überströmbohrungen 5 und 6 überschleifen. Der Pfeil 24 deutet die Richtung des
durch die Querbohrung austretenden Leckkraftstoffstrahles an.
Bezugszeichenliste :
[0021]
1 Pumpenkolben
2 Pumpenkolbenbüchse
3 obere Stirnfläche des Pumpenkolbens
4 Arbeitsraum
5 Saug- und Überströmbohrung
6 Saug- und Überströmbohrung
7 Oberkante des Kolbens
8 schräge Steuerkanten
9 Axialnut im Kolben
10 Ausnehmung im Kolben unterhalb der Steuerkanten 8
11 untere Begrenzung der Ausnehmung 10
12 Kolbenbereich zwischen der Ausnehmung 10 und der Leckkraftstoffauffangnut 13
13 Leckkraftstoffauffangnut
14 Kolbenmantel
15 Querbohrung im Kolben
16 Schrägbohrung im Kolben
17 Mittelbereich der Querbohrung 15
18 Mündungen der Querbohrung 15
19 Ausnehmungen im Kolbenmantel an der Mündung der Querbohrung 15
20 Saugraum
21 Spalt zwischen Pumpenkolben und Pumpenkolbenbüchse
22 Deformierung der Innenwandung der Pumpenkolbenbüchse
22′ Deformierung im oberen Bereich
22˝ Deformierung unterhalb der Leckkraftstoffauffangnut
23 Richtungspfeil der Überströmung
24 Richtungspfeil des Leckkraftstoffes
25 Deformierung des Außenumfanges der Pumpenkolbenbüchse
a Kolbenbereich zwischen Pumpenkolbenoberkante und Leckkraftstoffauffangnut
b Kolbenbereich unterhalb der Leckkraftstoffauffangnut
c Spaltlänge zwischen der Kolbenausnehmung 10 und der Leckkraftstoffauffangnut 13
1. 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
Aufsteuerung 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, wobei vor
und/oder während beginnender Aufsteuerung der Saug- und Überströmbohrung durch die
das Förderende bestimmende Steuerkante Leckkraftstoff in die Saug- und Überströmbohrung
eingeführt wird und wobei im Mantel des Pumpenkolbens unterhalb der das Förderende
bestimmenden Steuerkante eine den Pumpenkolben rundum umgebende Leckkraftstoffauffangnut
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Pumpenkolben (1) oberhalb der das
Förderende bestimmenden Steuerkante (8) mindestens eine Querbohrung (15) vorgesehen
ist, welche am Kolbenmantel (14) in einem die Saug- und Überströmbohrung (5, 6) überschleifenden
Bereich mündet, daß die Leckkraftstoffauffangnut (13) über eine Bohrung (16) im Pumpenkolben
mit der Querbohrung (15) verbunden ist und daß die Leckkraftstoffauffangnut (13)
unterhalb einer Nut oder Ausnehmung (10) im Kolben (1) angeordnet ist, welche oben
durch die das Förderende bestimmende Steuerkante (8) begrenzt ist.
2. Pumpenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von zwei
gegenüberliegenden Saug- und Überströmbohrungen (5, 6) in der Pumpenkolbenbüchse
(2) die Querbohrung (15) durchgehend ist.
3. Pumpenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelbereich (17)
der durchgehenden Querbohrung (15) über eine schräge Bohrung (16) mit der Leckkraftstoffauffangnut
(13) in Verbindung steht.
4. Pumpenelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbohrung
(15) in eine Ausnehmung (19), beispielsweise eine Nut oder einen Anschliff, des Kolbenmantels
(14) mündet, welche sich ungefähr parallel zu der das Förderende bestimmenden Steuerkante
(8) erstreckt.
5. Pumpenelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmung
(19) nur über einen Bogenbereich erstreckt, welcher einem Teil des maximalen Verdrehwinkels
des Kolbens (1) entspricht.
6. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmung (19) so knapp über der das Förderende bestimmenden Steuerkante (8) liegt,
daß sie noch mit der Saug- und Überströmbohrung (5, 6), vorzugsweise zur Gänze, in
Verbindung steht, wenn die das Förderende bestimmenden Steuerkante (8) die Saug-
und Überströmbohrung (5, 6) aufsteuert.
7. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Spalt (21) zwischen Pumpenkolben (1) und Pumpenkolbenbüchse (2) im Bereich (c) zwischen
der Leckkraftstoffauffangnut (13) und der das Förderende bestimmenden Steuerkante
(8) größer ist als im Bereich (b) unterhalb derselben.
8. Pumpenelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (21) im Bereich
(c) oberhalb der Leckkraftstoffauffangnut (13) um ungefähr fünf Zehntausendstel bis
etwa ein Tausendstel des Kolbendurchmessers größer ist als im Bereich(b) unterhalb
derselben.
9. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei
oder mehr durchgehende Querbohrungen (15) zur Verbindung der Ausnehmungen (19) im
Pumpenkolben (1) vorhanden sind.