Die Erfindung betrifft eine Pumpedüse zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Einzylinder-Dieselmotor, die einen Kolbenfuß, einen Pumpenzylinder, einen Pumpenkolben, eine Zwischenscheibe und eine Einspritzdüse mit Druckfeder, Druckfederplatte und Düsennadel aufweist.
Konventionelle Einspritzsysteme bestehen aus einer Einspritzpumpe, deren Auslässe über Druckleitungen mit mehreren Einspritzdüsen verbunden sind. Die Druckleitungen haben physikalische Eigenschaften, die leistungsbegrenzend wirken, da der Kraftstoff unter den in Hochdruckeinspritzsystemen herrschenden Bedingungen nicht mehr als starre, inkompressible Flüssigkeit zu betrachten ist und die Vorgänge während der Einspritzungen nach Gesetzen ablaufen, die ähnlich denen der Akustik sind. So wirkt die Druckleitung als "schädliches" Volumen im System, da es die erreichbaren Spitzendruckwerte begrenzt, und die Dynamik der Druckleitung die Beherrschung der Einspritzvorgänge erschwert (Nachspritzer, Kavitation).
Um diese durch die Leitung bewirkten Nachteile zu vermeiden werden schon seit längerer Zeit Pumpedüsen verwendet. Bei dieser Konstruktion bilden Einspritzpumpe und Einspritzdüse eine Einheit. Pro Zylinder wird eine Pumpedüse in den Zylinderkopf eingebaut und entweder direkt über einen Kolbenfuß oder indirekt über Kipphebel von der Nockenwelle angetrieben. Die Regelung kann entweder über eine gemeinsame Regelstange im Zylinderkopf ähnlich einer Reiheneinspritzpumpe oder durch eine alternative Niederdruckzumeßpumpe erfolgen. Aber auch direkt gesteuerte Pumpedüsen sind bereits bekannt. Bei dieser Konstruktion wird die Überströmbohrung, die bei Reiheneinspritzpumpen zur Mengenregelung mit der Schrägkante gesteuert wird, über ein schnell schaltendes Hochdruck-Magnetventil bedient. Solange das Magnetventil geschlossen ist, fördert die Pumpedüse.
Die DE 4127003 A1 offenbart eine gattungsgemäße elektrisch gesteuerte Pumpedüse für Kraftstoffeinspritzvorrichtungen in Brennkraftmaschinen. Die dort beschriebene Pumpedüse weist ein Pumpengehäuse auf, das einen Pumpenzylinder enthält, in dem ein einen Pumpenarbeitsraum begrenzender, mit konstantem Hub angetriebener Pumpenkolben geführt wird. In Verlängerung seiner Mittelachse ist ein Haltekörper angeordnet, an den sich ein Düsenkörper über eine Zwischenplatte anschließt.
Bei einer aus GB-A-2226078 bekannten Pumpedüse ist zwar die Druckfeder zur Betätigung der Düsennadel seitlich der Achse der Düsennadel angeordnet; damit soll das Kippen einer Zwischenscheibe um definierte Endanschläge ermöglicht werden. Die Druckfeder ist dabei, in axialer Richtung gesehen, zwischen Düsennadel und Pumpenzylinder angeordnet.
Dieser wie anderen bekannten Pumpedüse-Varianten ist die große Baulänge gemeinsam. Aus diesem Grund findet die Pumpedüse bisher vor allem bei Motoren mit sehr großen Abmessungen Verwendung.
Zwar schlägt die DE-AS 1126678 eine Pumpedüse vor, bei welcher zur Verringerung der durch die Brenngase beheizten Fläche des Einspritzgehäuses sowie zur Verkleinerung des Gehäusedurchmessers eine Tellerfeder als Druckventilfeder vorgesehen ist. Jedoch hat diese Lösung den Nachteil, daß der Federdruck nicht einstellbar ist und eine Verwendung von handelsüblichen Pumpenbauteilen zur Verringerung der Kosten ausgeschlossen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kostengünstig herstellbare Pumpedüse zu schaffen, die eine kurze Baulänge aufweist und dadurch auch für Kleindieselmotoren geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Pumpedüse ist dabei derart aufgebaut, daß ein Pumpenkolbenfuß mit einem Pumpenkolben verbunden ist, der in einem Pumpenzylinder aufgenommen ist. Eine Zwischenscheibe und eine daran anschließende Düsennadel bilden mit einem Düsenkörper die Düse. Seitlich zur Düsennadelachse versetzt ist neben dem Pumpenzylinder eine Druckfeder als Düsennadelschließfeder angeordnet. Hierdurch wird eine kompakte Bauweise mit sehr kurzer Baulänge erzielt. Die Druckfeder kann dabei vorteilhaft in an sich bekannter Weise als Schraubenfeder ausgebildet sein, deren Achse parallel zur Düsennadelachse verläuft.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Düsennadel über einen Umlenkhebel mit dem Federdruck der vorgespannten Druckfeder beaufschlagt wird. Vorteilhafterweise weist der Umlenkhebel dabei jeweils ein Gelenk bzw. einen Hebelauflagepunkt an der Zwischenscheibe, der Düsennadel und der Druckfederplatte auf.
Bei Erreichen des Öffnungsdrucks drückt der Kraftstoff auf die Düsennadel und hebt diese und damit gleichzeitig den Umlenkhebel an. Der Öffnungsdruck muß dabei so groß sein, daß er den durch die Druckfeder über den Umlenkhebel auf die Düsennadel aufgebrachten Federdruck überwindet und diesen entgegenwirkt. Je weiter die Düsennadel aus ihrem Düsensitz abhebt, desto mehr wird die Druckfeder zusammengedrückt. Umgekehrt wird bei Erreichen des Schließdrucks die Düsennadel durch die Druckfeder über den Umlenkhebel dichtend in die Düsenöffnung gedrückt und die Einspritzdüse somit verschlossen.
Vorteilhafterweise weist die Zwischenscheibe eine Längsnut zur Aufnahme des Umlenkhebels auf. Hierdurch kann die Baulänge weiter verkürzt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß zur mechanischen Regelung der Einspritzmenge eine Kolbenfahne zwischen Kolbenfuß und Pumpenkolben und eine Regelhülse vorgesehen ist. Die Kraftstoffzumessung erfolgt in diesem Fall nach dem Überströmprinzip mit Schrägkanten, wobei der Nutzhub des Pumpenelements durch Verdrehen variiert wird. Im Pumpenzylinder befinden sich Zulaufbohrungen, die mit dem Saugraum der Einspritzpumpe verbunden sind.
Die Regelhülse ist vorteilhafterweise als profilierte Blechhülse mit einem Regellenker ausgebildet. So kann die Regelhülse beispielsweise aus einem Mehrkantprofil bestehen, welches der Kolbenfahne genügend Spiel zur axialen Auf- und Abbewegung gibt, welches aber über den angenieteten bzw. punktgeschweißten Regellenker für die Verdrehung des Pumpenkolbens und somit der Längsnut sorgt. Hierdurch kann auf eine teure und aufwendige Regelzahnstange, die in ein dichtendes, am Kolben angebrachtes Zahnrad eingreift, verzichtet werden.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß zur elektronischen Einspritz-Regelung ein vorgeschaltetes Magnetventil angeordnet ist. Dadurch können auf einfache Weise Einspritzmenge und Spritzbeginn durch ein Bauteil geregelt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Kolbenfuß durch einen Mitnehmer mit einem Antriebselement verbunden ist. Durch die Befestigung des Mitnehmers auf Seiten des Antriebselements, z.B. einem Antriebsnocken oder Kipphebel, und durch die Möglichkeit, eine Verbindung des Mitnehmers mit dem Kolbenende durch einfaches Verschwenken des Mitnehmers herzustellen, ergibt sich eine besonders einfache Montage der Einspritzpumpe am Motor. Nachdem der Kolbenfuß mit seiner verbreiterten Fußplatte in die Anlagestellung am Antriebselement gebracht ist, wird der Mitnehmer einfach über die Fußplatte geschwenkt, so daß er über die Rückseite der Fußplatte greift und deren Abheben vom Antriebselement bei Betrieb des Motors unterbindet. Hierdurch kann die bei konventionellen Einspritzpumpen übliche teure Kolbenfeder vollständig ersetzt werden.
Des weiteren sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, daß der Druckfederraum als Kraftstoffzuführung ausgebildet ist. Durch diese Mehrfachfunktion wird ebenfalls eine kostensparende, kompakte Bauweise erreicht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer vorteilhaften Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpedüse 1 mit einem Mitnehmer 2. Dieser ist mit einem Kolbenfuß 3 eines Pumpenkolbens 7 mit einem nicht gezeigten Antriebselement verbunden. Am Kolbenfuß 3 befindet sich eine Kolbenfahne 4, die in einer profilierten Regelhülse 5 mit einem Regellenker 6 axial frei beweglich aufgenommen ist. Der Pumpenkolben 7 ist in einem Pumpenzylinder 8 angeordnet, der wiederum in einem Pumpedüsegehäuse 9 aufgenommen ist. Das Pumpedüsegehäuse 9 ist an einer Seite durch einen Deckel 10, eine Dichtschnur 11 und Schrauben 12 dichtend verschlossen. Das Pumpedüsegehäuse 9 weist weiterhin einen Druckfederraum 13 mit einer Druckfeder 14 sowie einer Druckfederplatte 15 auf. Im Anschluß an den Pumpenzylinder 8 ist im Pumpedüsegehäuse 9 eine Zwischenscheibe 16 angeordnet, die eine Nut zur Aufnahme eines Umlenkhebels 17 aufweist. Der Umlenkhebel 17 stützt sich an einem als Auflagepunkt dienenden Gelenk 18 an der Zwischenscheibe 16 ab und liegt mit einem weiteren Gelenk 19 auf der Düsennadel 20 auf. Ein drittes Gelenk 21 dient als Auflagepunkt gegenüber der Druckfederplatte 15 der Druckfeder 14. Die Düsennadel 20 ist im Düsenkörper 22 geführt. Des weiteren ist der Druckkanal 23 dargestellt, der durch die Zwischenscheibe in den Düsenkörper 22 führt. Weiterhin ist ein Paßstift 24 dargestellt, der dem Positionieren der Zwischenscheibe 16 auf dem Düsenkörper 22 dient. Das Pumpedüsegehäuse 9 weist eine Ausdrehung 25 auf, die zum einen in den Druckfederraum 13 mündet und zum anderen über die Bohrungen 26, 27 mit dem Innenraum des Pumpenzylinders 8 verbunden ist. Ein Justierexzenter 50 dient zum Verdrehen des Elementzylinders gegenüber dem Pumpedüsegehäuse 9 und damit zur Feinkalibrierung der Einspritzmenge. Eine Ringdichtung 51 sorgt für die Hochdruckabdichtung des Pumpenzylinders 8 gegenüber der Zwischenscheibe 16.
Fig. 2 zeigt einen weiteren Schnitt durch die Pumpedüse, betrachtet aus Pfeilrichtung A in Fig. 1. Darin sind neben den bereits in Fig. 1 dargestellten Einzelteilen zusätzlich ein weiterer Paßstift 28 zum Positionieren der Zwischenscheibe 16 auf dem Düsenkörper 22 sowie die Kraftstoffleitung 29 zu erkennen. Die Kraftstoffleitung 29 ist mit dem Deckel 10 verbunden und weist eine Überschneidung mit dem Druckfederraum 13 auf (vgl. Fig. 3).
Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Pumpedüse nach Fig. 1. Dabei sind gestrichelt drei verschiedene Regellenkerstellungen 30, 31 und 32 dargestellt. Des weiteren ist die geometrische Ausbildung des Mitnehmers 2 gezeigt. Deutlich ist die Überschneidung zwischen der gestrichelt angedeuteten Kraftstoffleitung 29 und dem ebenfalls gestrichelt angedeuteten Druckfederraum 13 zu erkennen.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 1 mit den gestrichelt angedeuteten Regellenkerstellungen 30, 31 und 32. Des weiteren sind der Umlenkhebel 17 sowie die Schnurdichtung 11 dargestellt. Deutlich ist die Position der Paßstifte 24, 28 sowie der Druckkanal 23 in der Zwischenscheibe 16 zu erkennen. Die Schnittführung der Linie IV-IV ist ein versetzter Schnitt und verläuft durch die Schnurdichtung 11, dann nach unten und schneidet dort die Zwischenscheibe 16, nicht jedoch den darin eingesetzten Umlenkhebel 17. Die Druckfeder 14 und die Druckfederplatte 15 sind der deutlicheren Darstellung wegen ausgebaut.
Der Kraftstoff gelangt unter dem Förderdruck der Kraftstoffpumpe durch die Kraftstoffleitung 29 in den auch als Saugraum wirkenden Druckfederraum 13 und dadurch in den Ringraum 25, von wo er durch die Bohrungen 26 bzw. 27 in das Innere des Pumpenzylinders 8 gelangt. Durch die Betätigung eines Antriebselementes, wie z.B. einem Nocken, wird der Kolbenfuß 3 und damit der Pumpenkolben 7 aus dem UT axial in Richtung der Zwischenplatte 16 und somit zum OT hin verschoben. Die Kolbenfahne 4 bewegt sich bei diesem Vorgang innerhalb der Regelhülse 5 axial. Sobald der Pumpenkolben 7 die Bohrung 26 vollständig verschlossen hat, erhöht sich der Druck im Druckkanal 23 soweit, bis er größer ist als der auf die Düsennadel durch den Umlenkhebel 17 ausgeübte Federdruck. Bei diesem sog. Düsen-Öffnungsdruck hebt die Düsennadel von ihrem Sitz ab und der Kraftstoff tritt durch die freigegebenen Spritzlöcher der Düsenkuppe fein zerstäubt aus. Dabei wird die Feder 14 weiter zusammengedrückt. Bei der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 7 bricht der Druck im Druckkanal 23 in dem Moment zusammen, in dem die Saugbohrung 26 durch die Steuerkante des Pumpenkolbens 7 freigegeben wird und der Kraftstoff durch den Druckfederraum in die Kraftstoffleitung entweichen kann, d.h. wenn eine Verbindung zwischen Hochdruck- und Niderdruckbereich hergestellt ist.
Der Umlenkhebel 17 ist dabei in einer Langsnut 52 geführt, die in der Zwischenscheibe 16 angeordnet ist.
Durch Verstellen des Regellenkers 6 wird die Kolbenfahne 4 durch die Regelhülse 5 in Umfangsrichtung verdreht, wodurch die nicht dargestellte Steuerkante gegenüber der Saugbohrung 26 zwecks Veränderung der Einspritzmenge mit verdreht wird.