Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen

Abstract

 Es wird eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen vorge­schlagen, bei der die Steuerung der Einspritzdauer über ein als elektrisch gesteuertes Ventil (21) ausgebildetes Steuermittel vorge­nommen und die nach Einspritzende noch vom Pumpenkolben (3) geför­derte Kraftstoffmenge einem Speicher (16) zugeführt wird, wobei eine Förderpumpe (23) der Verdrängerbauart gegen die Rückstellkraft einer Feder (18) ausgelenkt wird. Während des Saughubs des Pumpenkolbens (3) erfolgt die Entladung des Speichers (16) zur Füllung des Pumpen­arbeitsraums (5). Diese Kraftstoffzufuhr wird verstärkt durch die gleichzeitig mit der Entladung des Speichers (16) erfolgende Gegen­bewegung des Verdrängerelements (24) der Förderpume (23), welches zusätzlichen, aus dem Saugraum (20) der Kraftstoffeinspritzpumpe entnommenen Kraftstoff dem Pumpenarbeitsraum (5) zuführt. Mit einer solchen Einrichtung läßt sich vorteilhaft eine schnelle Füllung des Pumpenarbeitsraums (5) und somit eine hohe Grenzdrehzahl der Brenn­kraftmaschine darstellen.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer solchen durch die DE-OS 33 18 236 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe wird der von einem Pumpenzylinder geförderte und verdichtete Kraftstoff in dem die benötigte Einspritzmenge übersteigenden Maß einem Speicher zuge­führt, der ihn bis zum Beginn des Saughubs wieder in den Pumpenar­beitsraum zurückschieben soll. Der Speicher steht durch die unmit­telbare Aufnahme des Absteuerstoßes bis zu seiner Entleerung unter hohem Druck; dies bedingt eine massive Dimensionierung des Speichers und ruft Abdichtprobleme hervor. Je nach der Drehzahl der Brenn­kraftmaschine ergeben sich unterschiedliche Ladungszustände des Speichers und Ungenauigkeiten in der Kompressibilität des Speicher­volumens; damit ist nicht gewährleistet, daß auch bei hohen Dreh­zahlen der Brennkraftmaschine aller abgesteuerter Kraftstoff wieder in den Pumpenarbeitsraum zurückgesteuert wird. Die Steuerung der Verbindung zwischen Speicher und Pumpenarbeitsraum erfolgt über Steuerkanten, die durch im Pumpenkolben verkörperte Ring- und Längs­nuten verwirklicht sind. Die Ring- und Längsnuten übernehmen einen Teil der Kraftstofführung zwischen Speicher und Pumpenarbeitsraum. Sie haben systembedingt den Nachteil, daß das in ihnen enthaltene, nicht steuerbare Kraftstoffvolumen als Totvolumen auftritt.

[0002] Alle diese Umstände beeinträchtigen, insbesondere bei schnellen La­dungswechseln, die exakte Zumessung der einzuspritzenden Kraftstoff­menge und somit die Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine durch Anhebung des Drehzahlniveaus. Des weiteren erfordert die Herstellung der Nuten im Pumpenkolben aufwendige Arbeits- und Kontrollschritte, wobei eine Dejustierung durch Verschleiß mittelbar die Funktionser­füllung der Kraftstoffeinspritzpumpe mindert.

Vorteile

[0003] Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Steuerung der Kraftstoffversorgung des Pumpenarbeitsraums durch eine einfache Vorrichtung dargestellt werden kann, für die die Anwendung eines Pumpenkolbens in seiner Funktion als Steuerungs- und Verteilelement für den Kraftstoffluß von und zu dem Pumpenarbeitsraum nicht mehr erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im wesent­lichen gebildet durch eine einfache Förderpumpe, die nach dem Ver­drängerprinzip arbeitet und einem als Steuermittel arbeitenden elek­trisch gesteuerten Ventil. Bei der Förderpumpe handelt es sich um eine kleine Vorförderpumpe, die in der Lage ist, den Absteuerstoß bis zu einer begrenzten Druckhöhe aufzunehmen, wodurch der Dimen­sionierungsaufwand der mit der Pumpe in Wirkung stehenden Teile so­wie die Abdichtproblematik zurücktritt. Diese einfachen Komponenten sind kostengünstig herzustellen. Die wirtschaftlichen Vorteile wer­den noch unterstrichen durch die Möglichkeit, bei der Vorrichtung auf das eingebaute Ventil zu verzichten, da die Grundvorrichtung adaptabel ist an verschiedenartige Systeme, die über ein direkt ge­steuertes elektrisches Ventil verfügen. Die Kraftstoffmengensteue­ rung durch ein elektrisch gesteuertes Ventil ermöglicht eine exakte Einspritzmengenzuordnung, da der Rückfüllgrad des Pumpenarbeitsraums von der Abhängigkeit eines variablen Speicherrückstroms entbunden ist.

[0004] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzpumpe möglich. Dabei ist das Verdrän­gerelement der Förderpumpe als Stufenkolben so ausgebildet, daß es möglich ist, dem Pumpenarbeitsraum während des Füllvorgangs mehr Kraftstoff zuzuführen, als während des vorangegangenen Bewegungsab­schnitts zwischen Förderende und dem Umkehrpunkt in der obersten Be­wegungslage des Pumpenkolbens von diesem verdrängt und zur Vorrich­tung hin abgesteuert wurde, was zu einer rascheren Füllung des Pum­penarbeitsraums führt und schnellere Betriebsdrehzahlen der Brenn­kraftmaschine ermöglicht.

Zeichnung

[0005] Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren darge­stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen partiellen Längsschnitt durch eine Radialkol­benpume, Figur 2 ein Ausführungsbeispiel in schematischer Darstel­lung und Figur 3 den Bewegungsplan des Pumpenkolbens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0006] In einem Gehäuse einer Radialkolbeneinspritzpumpe der Verteilerbau­art befindet sich ein rotierender Verteiler 2, dem durch mehrere ra­dial zu dem Verteiler 2 stehenden, in ortsfesten Lagern geführten Pumpenkolben unter Druck gesetzter Kraftstoff zugeliefert wird. Bei­spielhaft wird hier ein Pumpenkolben 3 näher beschrieben. In der Be­wegungsebene des Pumpenkolbens 3 ist auf dem Verteiler 2 eine Ring­nut 4 vorgesehen. Sie steht in Verbindung mit einem Pumpenarbeits­raum 5, dessen Volumen durch den axial bewegten Pumpenkolben 3 peri­odisch verändert wird. Der Pumpenkolben 3 ist dichtend und ver­schiebbar gelagert in einer radial zum Verteiler 2 verlaufenden Boh­rung 6 eines ortsfesten Kolbenträgers 7. In dem dem Pumpenarbeits­raum 5 abgewandten Bereich des Pumpenkolbens 3 greift in eine Ring­nut 8 ein gekröpfter Federteller 9 ein. Auf den Boden des Federtel­lers 9 wirkt eine Kolbenrückholfeder 10, deren anderes Ende sich in einer Ringnut 11 des Kolbenträgers 7 abstützt. Konzentrisch die Kol­benrückfeder 10 umgebend und mit seinem zylindrischen Mantel eben­falls in die Ringnut 11 eingreifend bildet ein topfförmig ausgebil­deter Rollenstößel 12 mit seiner inneren Bodenfläche die Auflage­fläche für die der Kolbenrückholfeder 10 abgewandten Seite des Bodens des Federtellers 9.

[0007] Die äußere Bodenfläche des Rollenstößels 12 steht durch die Spannung der Kolbenrückholfeder 10 im Kraftschluß mit einer Rolle 13, die sich in einem synchron mit dem Verteiler 2 angetriebenen Nockenring 14 abstützt, durch dessen einwärts gerichtete Nocken der Pumpenkol­ben 3 eine, entgegen der Auslenkung der Kolbenrückholfeder gerichte­te, den Pumpenarbeitsraum 5 verkleinernde Hubbewegung ausführt.

[0008] Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Kraftstoffversorgung und die Ableitung der nicht zur Einspritzung gelangten überschüssigen Kraftstoffmenge des Pumpenarbeitsraums 5 über einen Kraftstoffkanal 15, der in einen Speicher 16 mündet. Die­ser weist eine bewegliche Wand 17 auf, die gegen die Kraft einer Fe­der 18 verstellbar ist und ab einem vorgesehenen Hub eine in Form einer Ringnut ausgebildete Entlastungsöffnung 19 aufsteuert, die mit einem, in der Kraftstoffeinspritzpumpe enthaltenen Saugraum 20 in Verbindung steht, welcher über eine nicht mehr dargestellte Vorför­derpumpe auf niedrigem Druck gehalten wird. In den Kraftstoffkanal 15 ist ein elektrisch gesteuertes Ventil 21 eingesetzt. Die beweg­liche Wand 17 des Speichers 16 verlagert bei ihrem Hub einen im Durchmesser kleineren Teil eines Stufenkolbens 22, der gegenüber dem Speicher 16 dichtend in einem Teil einer Stufenbohrung 51 verschieb­bar gelagert ist. Der im Durchmesser größere Teil des Stufenkolbens 22 bildet in einer Förderpumpe 23 ein Verdrängungselement 24 mit einer aus der Ringfläche zwischen großem Durchmesser und kleinem Durchmesser des Stufenkolbens 22 gebildeten Verdrängerfläche 25, die zusammen mit dem anderen Teil der Stufenbohrung 51 einen Verdrän­gungsraum 26, der als Kraftstoffvorratsraum ausgebildet ist, be­grenzt. Der Verdrängungsraum 26 weist eine in den Saugraum 20 enden­de Saugleitung 27 auf. In diese ist ein erstes Rückschlagventil 28 derart eingesetzt, daß ein Rückfluß aus dem Verdrängungsraum 26 zum Saugraum 20 unterbunden wird. Vom Verdrängungsraum 26 führt ein Kraftstoffversorgungskanal 29 ab. Dieser weist ein zweites Rück­schlagventil 30 auf, das den Kraftstofffluß vom Verdrängungsraum 26 zur Einmündungsstelle des Kraftstoffversorgungskanals 29 in den Kraftstoffkanal 15 zwischen Speicher 16 und dem Ventil 21 freigibt. Vom Pumpenarbeitsraum 5 führt des weiteren eine an der Mantelfläche des Verteilers 2 verlaufende Verteilernut 31 ab, durch die bei der Drehung des Verteilers 2 nacheinander Förderleitungen 32 mit dem Pumpenarbeitsraum 5 beim Förderhub des Pumpenkolbens 3 verbunden werden. Die Förderleitungen 32, von denen hier nur eine gezeigt ist, sind entsprechend der Zahl der zu versorgenden Zylinder der zugehö­rigen Brennkraftmaschine am Umfang der den Verteiler 2 führenden Bohrung 34 verteilt angeordnet und enthalten je ein hier nicht dargestelltes Entlastungsventil und je ein Einspritzventil 33.

[0009] Anhand der Figuren 2 und 3 soll nun die Arbeitsweise der in Figur 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzpumpe erläutert werden. Figur 3 zeigt dabei die Erhebungskurve des Pumpenkolbens 3 über dem Drehwinkel  . Ausgehend von der untersten Bewegungslage des Pumpenkolbens 3 im Punkt UT beginnt dieser nach einem Vorhub h_V und dem Schließen des Kraftstoffkanals 15 durch das Ventil 21 im Punkt FB, der den Förder­beginn kennzeichnet, seine Hochdruckförderung, die im Punkt FE, wo­durch das Förderende beschrieben ist, nach einem Hub h_N dadurch beendet wird, daß das Ventil 21, das sich nur während der Einspritz­zeit vom Punkt FB bis Punkt FE in Schließstellung befindet und damit den Kraftstoffkanal 15 sperrt, öffnet, woduch der unter Hochdruck stehende Pumpenarbeitsraum 5 über den Kraftstoffkanal 15 hin zu nie­drigem Druckniveau entlastet wird und daduch der Druck im Pumpenar­beitsraum 5 unter den für die Einspritzung notwendigen Offenhal­tungsdruck des Einspritzventils 33 fällt. Vom Punkt FE an wird die vom Pumpenkolben 3 bis zu seiner Bewegungsumkehr im oberen Totpunkt OT geförderte, nicht zur Einspritzung gelangte, unter hohem Druck stehende Kraftstoffmenge durch den Kraftstoffkanal 15 in den Spei­cher 16 übergeschoben, dessen Füllung schon mit dem Vorhub h_V be­gonnen hat und während der Schließstellung des Ventils 21 unterbro­chen wurde. Die Auslenkung der den Speicher 16 begrenzenden beweg­lichen Wand 17 erfolgt bis zum Kräftegleichgewicht zwischen der auf die bewegliche Wand 17 wirkende Druckkraft und der durch den Hub der beweglichen Wand 17 hervorgerufene Rückstellkraft der Feder 18. Überschreitet die dem Speicher 16 zugeführte Kraftstoffmenge ein ge­wisses Maß, so erreicht die bewegliche Wand 17 die Entlastungsöff­nung 19, die die Verbindung aufsteuert von dem Pumpenarbeitsraum 5 zu einem in der Kraftstoffeinspritzpumpe enthaltenen Saugraum 20, dessen Druckniveau vergleichsweise gering ist. Dadurch wird der Druckanstieg im Speicher 16 begrenzt. Zugleich mit der Hubbewegung der beweglichen Wand 17 wird der Stufenkolben 22 ausgelenkt. Dessen Verdrängerfläche 25 vergrößert dabei das Volumen in dem Verdrän­gungsraum 26, dessen Druckniveau unter jenes im Saugraum 20 absinkt. Diese Druckdifferenz gleicht sich aus durch Öffnen des ersten Rück­schlagventils 28 und Kraftstofffluß vom von einer Vorförderungpumpe unter geringen Druck gesetzten Speicher 20 durch das erste Rück­schlagventil 28 in den Verdrängungsraum 26. Mit dem Saughub des Pumpenkolbens 3 zwischen OT und UT und geöffnetem Ventil 21 setzt, unterstützt durch die Rückstellkraft der Feder 18, die Umkehrbewe­gung der beweglichen Wand 17 ein, wodurch sie das im Speicher 16 enthaltene Kraftstoffvolumen wiederum über den Kraftstoffkanal 15 zum Pumpenarbeitsraum 5 zu dessen Füllung für die nach OT beginnende Verdichtungsphase verschiebt. Zugleich mit der Entleerung des Spei­chers 16 wird die Kraftstoffüllung des Pumpenarbeitsraums 5 ergän­zend durch die Umkehrbewegung des Stufenkolbens 22 bewirkt, wobei dessen Verdrängungsfläche 25 zusätzlichen Kraftstoff gegen das nun geschlossene erste Rückschlagventil 28 über das im Kraftstoffversor­gungskanal 29 nun in Flußrichtung liegende geöffnete zweite Rück­schlagventil 30 in den Kraftstoffkanal 15 zum Pumpenarbeitsraum 5 überführt, bis dieser komplett gefüllt ist.

[0010] Mit dieser Ausgestaltung erhält man eine rasche Kraftstoffüllung des Pumpenarbeitsraums 5 mit relativ hohem konstanten Fülldruck, wobei auch bei hohen Betriebsdrehzahlen der Brennkraftmaschine für die Kompressionsphasen des Pumpenkolbens 3 ausreichende Kraftstoffein­spritzmengen verfügbar sind und die Steuerung der Kraftstoffversor­gung des Pumpenarbeitsraums 5 über ein adaptables Ventil 21 erfolgt.

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzpumpe mit wenigstens einem von einem Pumpen­kolben (3) in einen Teil des Gehäuses der Kraftstoffeinspritzpumpe eingeschlossenen Pumpenarbeitsraum (5), der über einen Kraftstoff­kanal (15) mit einem Speicher (16) verbunden ist, der eine gegen die Kraft einer Feder (18) bewegliche Wand (17) aufweist, mit einem im Kraftstoffkanal (15) angeordneten Steuermittel, das so steuerbar ist, daß der Pumpenarbeitsraum (5) am Ende einer Hochdruckeinsprit­zung beim Förderhub des Pumpenkolbens (3) mit dem Speicher (16) ver­bunden ist und von diesem getrennt ist, bevor der der Einspritzung dienende Förderhub des Pumpenkolbens (3) begonnen hat und mit einem Kraftstoffversorgungskanal (29), der beim Füllhub des Pumpenkolbens (3) den Pumpenarbeitsraum (5) mit einem Kraftstoffvorratsraum ver­bindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel ein elektrisch gesteuertes Ventil (21) ist, das in den Kraftstoffkanal (15) ange­ordnet ist, in dem zwischen Ventil (21) und Speicher (16) der Kraft­stoffversorgungskanal (29) mündet, daß die bewegliche Wand (17) des Speichers (16) ab einem vorgegebenen Hub eine Entlastungsöffnung (19) aufsteuert und zugleich das Verdrängungselement (24) einer För­derpumpe (23) im Sinne eines Saughubes betätigt, von deren Verdrän­gungsraum (26) der Kraftstoffversorgungskanal (29) abzweigt.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand (17) die Stirnfläche eines im Durchmesser kleineren Teils eines in einer Stufenbohrung (51) verschiebbaren Stufenkolbens (22) ist und das Verdrängungselement (24) das im Durchmesser größere Teil des Stufenkolbens (22) ist, mit einer aus der Ringfläche zwischen großem Durchmesser und kleinem Durchmesser des Stufenkolbens (22) gebildeten Verdrängerfläche (25), die den Kraftstoffvorratsraum, der als Verdrängungsraum (26) ausgebildet ist, begrenzt.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleitung (27) der Förderpumpe (23) über ein erstes Rück­schlagventil (28) mit einem in der Kraftstoffeinspritzpumpe angeord­neten Saugraum (20) von einer Vorförderpumpe mit Kraftstoff versorgt ist und der Verdrängungsraum (26) der Förderpumpe (23) über ein zweites Rückschlagventil (30) mit dem Kraftstoffversorgungskanal (29) verbunden ist.

Zeichnung