Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte Pumpedüse gemäß dem gattungsbildenden
Oberbegriff des Hauptanspruchs. Bei einer solchen, aus der US-PS 4 392 612 bekannten
Pumpedüse für Dieselmotoren, die direkt in den Zylinderkopf der zugehörigen Brennkraftmaschine
eingebaut wird und in einem gemeinsamen Gehäuse sowohl die mechanisch angetriebene
Kolbeneinspritzpumpe als auch die zugehörige Einspritzdüse umfaßt, wird die beim Förderhub
des Pumpenkolbens aus dem Pumpenarbeitsraum zur Einspritzdüse verdrängte Kraftstoffeinspritzmenge
durch die Einschaltdauer eines stromlos offenen, elektromagnetisch betätigten Überströmventils
bestimmt, das in einen den Pumpenarbeitsraum mit einem Niederdruckraum verbindenden
Überströmkanal eingesetzt ist. Dabei steht dann der erste, dauernd mit dem Pumpenarbeitsraum
verbundene Abschnitt des Überströmkanals unter dem vollen Einspritzdruck, wenn das
Überströmventil zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung die Verbindung zwischen den
beiden Abschnitten des Überströmkanals und damit den Abschluß des Kraftstoffes zum
Niederdruckraum sperrt. Wegen der sehr beengten Einbauverhältnisse am Zylinderkopf
der Brennkraftmaschine ist das Überströmventil an einem am Pumpengehäuse in Höhe der
Zylinderbohrung seitlich vorkragenden Gehäuseteil befestigt, und der erste, unter
Einspritzdruck setzbare Abschnitt des Überströmkanals läßt sich bei einer solchen
Anordnung nicht direkt vom Pumpenarbeitsraum zum Überströmventil durchführen, sondern
hat einen geknickten Verlauf. Dieser erste Abschnitt des Überströmkanals besteht deshalb
aus einer seitlich zur Zylinderbohrung versetzt angeordneten Stichbohrung und einem
diese Stichbohrung mit einem vom Überströmventil beherrschten Steuerkanal verbindenden
Querkanal. Bei der aus der eingangs genannten Patentschrift bekannten Pumpedüse ist
dieser Querkanal von außen, von einer Zulaufbohrung her durch das seitlich vorkragende
Gehäuseteil hindurch in die Stichbohrung mündend ausgeführt worden. Dabei durchquert
der Querkanal den bei dieser Pumpedüse einen Steuerdruckraum des Überströmventils
bildenden Steuerkanal und muß nach außen, zum Zulauf hin, von einem Dichtstopfen verschlossen
werden. Solche Dichtstopfen bilden wegen der sehr hohen, um 1000 bar liegenden Einspritzdrücke
eine ständige Leckgefahr bzw. sie werden durch die hohen Drücke zerstört oder aus
der Bohrung heraus ausgetrieben. Ziel der Erfindung ist es nun, bei Pumpedüsen der
eingangs genannten Bauart, bei denen eine direkte Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum
und dem Überströmventil aus baulichen Gründen nicht möglich ist, den unter Einspritzdruck
setzbaren ersten Abschnitt des Überströmkanals so auszubilden, daß auch ohne Dichtstopfen
eine einfach herzustellende und nach außen abgedichtete Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum
und dem Überströmventil gewährleistet ist.
Vorteile der Erfindung
[0002] Bei der erfindungsgemäßen Pumpedüse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
bildet der mit einem im Bereich von wenigen tausendstel Millimeter liegenden Spiel
in die Zylinderbohrung eingepaßte Pumpenkolben mit seiner Mantelfläche die erforderliche
Abdichtung für den die vom Pumpenarbeitsraum ausgehende Stichbohrung mit dem vom Überströmventil
beherrschten Steuerkanal verbindenden Querkanal. Für den mittels des Pumpenkolbens
abgetrennten Abschnitt des Querkanals sind also keine besonderen Dichtmittel erforderlich,
und der Querkanal kann als einfache, die Zylinderbohrung durchquerende Querbohrung
ausgeführt verden.
[0003] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen und Merkmale sind vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Pumpedüse erzielbar.
So kann bei einer erfindungsgemäßen Pumpedüse, die gemäß Anspruch 2, wie aus der eingangs
genannten Patentschrift bekannt, mit einer am seitlich vorkragenden Gehäuseteil befindlichen
und der Befestigung eines Stellgliedes des Überströmventils dienenden Flanschfläche
versehen ist, gegen die eine Stirnfläche am Überströmventil druckdicht verspannbar
ist, der Steuerkanal zur Vermeidung unzulässig großer Toträume als Sacklochbohrung
von der Flanschfläche ausgehend in den seitlich vorkragenden Gehäuseteil bis zu einer
Verbindungsstelle mit dem Querkanal gebohrt werden.
[0004] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ergibt sich
aus den im Kennzeichenteil des Anspruchs 3 angegebenen Merkmalen. So kann das als
eine alle Ventilbauteile umfassende Baueinheit ausgebildete Überströmventil für sich
allein gefertigt und geprüft und danach an dem vorkragenden Gehäuseteil der Pumpedüse
angeflanscht werden. Die beiden, einen sehr hohen Druckunterschied aufweisenden Abschnitte
des Überströmkanals werden durch die auf einfache Weise plan zu schleifenden, einen
Dichtspalt bildenden Flächen, der Flanschfläche am vorkragenden Gehäuseteil und der
Stirnfläche des Überströmventils, einwandfrei gegeneinander abgedichtet.
[0005] Um die von dem unter Einspritzdruck stehenden und von der Mantelfläche des Pumpenkolbens
abgedichteten Querkanal ausgehenden, den Pumpenkolben einseitig gegen die Wand der
Zylinderbohrung andrückenden Seitenkräfte zu kompensieren, können gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen der Ansprüche 4 oder 5 ausgebildete Druckausgleichsnuten in die Mantelfläche
des Pumpenkolbens oder in die Wand der Zylinderbohrung eingebracht werden.
Zeichnung
[0006] Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäß ausgestal
- teten Pumpedüse sind in der Zeichnung dargestellt und werden anschließend näher beschrieben.
Es zeigt Figur 1 einen Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel und Figur
2 einen Teilquerschnitt längs der Linie II-II in Figur 1, jedoch durch das zweite,
Druckausgleichsnuten in der Zylinderbohrung aufweisende Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0007] Das in Figur 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, elektrisch
gesteuerten Pumpedüse 10 besteht aus einer in nicht näher dargestellter, jedoch bekannter
Weise von einer Nockenwelle mechanisch angetriebenen Kolbeneinspritzpumpe 9, deren
mit 11 bezeichnetes Pumpengehäuse einen mit konstantem Hub angetriebenen und in einer
Zylinderbohrung 12 geführten Pumpenkolben 13 aufnimmt und stirnseitig eine mittels
einer Schraubhülse 14 unter Zwischenschaltung eines Druckventils 15 befestigte Einspritzdüse
16 bekannter und deshalb nicht näher dargestellter Bauart trägt, Der Pumpenkolben
13 wird von bekannten, deshalb nur durch einen Pfeil A angedeuten Antriebsmitteln
über einen Pumpenstößel 17 entgegen der Rückstellkraft einer Stößelfeder 18 angetrieben.
Er begrenzt mit seiner Stirnfläche 19 einen in der Zylinderbohrung 12 befindlichen
Pumpenarbeitsraum 21, der einspritzdüsenseitig vom Druckventil 15 abgeschlossen und
über einen Druckkanal 53 mit der Einspritzdüse 16 verbindbar ist.
[0008] Dem Pumpenarbeitsraum 21 wird in der gezeichneten äußeren Totpunktlage des Pumpenkolbens
13 von einer Förderpumpe 22 unter niedrigem Zulaufdruck von z.B. 4 bar stehender Kraftstoff
zugeführt. Dieser Kraftstoff gelangt dabei von der Förderpumpe 22 über eine Förderleitung
23 und mindestens eine Öffnung 24 in der Wand der Schraubhülse 14 in einen das Druckventil
15 umgebenden Niederdruckraum 25 innerhalb der Schraubhülse 14 und von dort über einen
Zulaufkanal 26 in den Pumpenarbeitsraum 21. Der Niederdruckraum 25 und der Pumpenarbeitsraum
21 sind außerdem über einen von einem Überströmventil 27 steuerbaren Überströmkanal
28 in der gezeichneten Offenstellung dieses Ventils miteinander verbunden.
[0009] Der Zulaufdruck des dem Niederdruckraum 25 von der Förderpumpe 22 über die Förderleitung
23 zugeführten Kraftstoffes ist durch ein Druckbegrenzungsventil 29 bestimmt, das
in eine Rücklaufleitung 31 eingesetzt ist. Diese Rücklaufleitung 31 ist als Teil einer
zu den weiteren Pumpedüsen der gleichen Brennkraftmaschine führenden Ringleitung unterbrochen
gezeichnet und führt letztlich den überschüssigen Kraftstoff zu einem Tank 32 zurück.
[0010] Das als 2/2-Wegeventil arbeitende Überströmventil 27 ist ein Magnetventil, das in
Figur 1 zur Darstellung seiner Steuerfunktion nur teilweise geschnitten eingezeichnet
und bezüglich seiner speziellen Ausgestaltung Gegenstand einer Parallelanmeldung ist.
[0011] Das Überströmventil 27 ist als Nadelventil ausgebildet, dessen Ventilglied 33 durch
ein von einem Elektromagneten gebildetes elektrisches Stellglied 34 betätigt wird
und im Bereich seines dem Stellglied 34 abgewandten Endabschnittes von einem Druckraum
35 umgeben ist. Dieser Druckraum 35 ist einerseits über einen ersten Abschnitt 28a
des Überströmkanals 28 dauernd mit dem Pumpenarbeitsraum 21 verbunden und andererseits
über einen gestrichelt in Figur 1 eingezeichneten zweiten Abschnitt 28b des Überströmkanals
28 mit dem Niederdruckraum 25 verbindbar. Die in Figur 1 offene Verbindung vom Druckraum
35 zum Niederdruckraum 25 trägt am Übergang vom Druckraum 35 zu dem zweiten Abschnitt
28b des Überströmkanals 28 einen von einer konischen Schließfläche 33a am Ventilglied
33 verschließbaren konischen Ventilsitz 36,
[0012] Damit die Pumpedüse 10 ohne größere Schwierigkeiten am Zylinderkopf der Dieselbrennkraftmaschine
untergebracht werden kann, ist das Überströmventil 27 an einem am Pumpengehäuse 11
in Höhe der Zylinderbohrung 12 seitlich vorkragenden Gehäuseteil 11a befestigt. In
dieses Gehäuseteil 11a hinein erstreckt sich der vom Pumpenarbeitsraum 21 ausgehende
erste Abschnitt 28a des Überströmkanals, der zur Erzielung der erfindungsgemäß wichtigen
gedrängten Bauweise aus einer an den Pumpenarbeitsraum 21 angeschlossenen, zum ÜberstrÖmventil
27 hin seitlich zur Zylinderbohrung 12 versetzt angeordneten Stichbohrung 37, einem
vom Überströmventil 27 beherrschten Steuerkanal 38 und einem diese Stichbohrung 37
mit dem Steuerkanal 38 verbindenden Querkanal 32 besteht.
[0013] Der Querkanal 39 erstreckt sich in Form einer schräg verlaufenden Stichbohrung von
der mit 11c bezeichneten, dem seitlichen vorkragenden Gehäuseteil 11a abgewandten
Gehäuseseite her durch die Zylinderbohrung 12 hindurch bis zum Steuerkanal 38, schneidet
dabei die Stichbohrung 37 an und bildet an dieser Stelle eine Mündungsstelle 37a mit
der Stichbohrung 37. Der Querkanal 39 ist so gelegt, daß er die Zylinderbohrung 12
in einem Bereich durchquert, der in jeder Hublage des Pumpenkolbens 13 von dessen
Mantelfläche 13a abgedeckt ist. Damit wird ohne zusätzliche Dichtmittel der bei gesperrtem
Überströmventil 27 unter Einspritzdruck stehende erste, aus der Stichbohrung 37, dem
Steuerkanal 38 und dem Querkanal 39 bestehende Abschnitt 28a des Überströmkanals 28
mittels der Mantelfläche 13a des Pumpenkolbens 13 abgedichtet.
[0014] Am seitlich vorkragenden Gehäuseteil 11a befindet sich eine rechtwinklig zur Längsachse
des Pumpenkolbens 13 angeordnete, der Befestigung des Überströmventils 27 dienende
Flanschfläche 11b gegen die eine Stirnfläche 27a des Überströmventils 27 druckdicht
verspannt ist.
[0015] Das Überströmventil 27 ist als eine sowohl das Stellglied 35 als auch alle Ventilbauteile,
z. B. Ventilglied 33, Druckraum 35 und Ventilsitz 36, umfassende Baueinheit ausgebildet
und weist außerdem in seiner Stirnfläche 27a mündende Anschlußkanäle 41a und 41b für
die beiden Abschnitt 28a und 28b des Überströmkanals 28 auf. Durch den zwischen der
Flanschfläche 11b am vorkragenden Gehäuseteil 11a und der Stirnfläche 27a des Überströmventils
eine metallische Abdichtung sicherstellenden Dichtspalt ist der Steuerkanal 38 im
ersten Abschnitt 28a des Überströmkanals 28 gegenüber einem ebenfalls von der Flanschfläche
11b ausgehend in den seitlich vorkragenden Geh.äuseteil 11a gebohrten Teilabschnitt
des zweiten Abschnittes 28b des Überströmkanals 28 einwandfrei abgedichtet, Damit
ergeben sich an allen Bauteilen einfach herzustellende Dichtflächen und Bohrungen,
die eine einwandfreie Funktion der vom Überströmventil 27 bewirkten Steuerung des
Einspritzbeginns und der Fördermenge sicherstellen.
[0016] Zum Ausgleich der während der Einspritzung von der unter Einspritzdruck stehenden
Querbohrung 39 auf den Pumpenkolben 13 einwirkenden Seitenkraft ist die Mantelfläche
13a des Pumpenkolbens J3 mit zwei dauernd mit dem Pumpenarbeitsraum 21 verbundenen,
als Längsnuten ausgebildeten Druckausgleichsnuten 42 versehen. Diese Druckausgleichsnuten
42 sind symmetrisch zur Längsachse des Querkanals 3Q mit seitlichem Abstand zueinander
und zu der den vorkragenden Gehäuseteil 11a abgewandten Gehäuseseite 11c hinweisend
in die Mantelfläche 13a des Pumpenkolbens 13 eingearbeitet, Dieser Abstand entspricht
dem in Figur 2 zum zweiten Ausführungsbeispiel dargestellten Abstand a.
[0017] Das zweite, in Figur 2 in einem Teilquerschnitt längs der Linie II-II in Figur 1
dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten, in Figur 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel lediglich durch die abgewandelte Anordnung zweier in die Wand
der Zylinderbohrung eingebrachter Druckausgleichsnuten. Da lediglich das Pumpengehäuse
und der Pumpenkolben abweichend gestaltet sind, erhalten diese und deren abgeänderte
Bauteile eine um 100 erhöhte Bezugszahl, die anderen unveränderten Bauteile sind wie
bei Figur 1 bezeichnet,
[0018] Den beiden Druckausgleichsnuten 42 in Figur 1 entsprechen in Figur 2 die in die Wand
der Zylinderbohrung 112 eingearbeiteten Druckausgleichsnuten 142, die symmetrisch
zur Längsachse des Querkanals 39 und mit einem seitlichen Abstand a zueinander in
die Wand der Zylinderbohrung 112 in Form von Längsnuten eingearbeitet sind. Sie liegen
dabei dem unter Einspritzdruck setzbaren Teil des Querkanals 39 gegenüber, d, h. sie
weisen zu der dem seitlich vorkragenden Gehäuseteil J1a abgewandten Gehäuseseite 11c
hin. Damit diese Druckausgleichsnuten 142 immer mit dem Pumpenarbeitsraum 21 verbunden
bleiben, müssen sie bis auf die tiefste Stelle des Pumpenarbeitsraums 21 hinunter
ausgeführt werden,
[0019] Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzpumpe wird nachfolgend
anhand des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben:
Beginnt der Pumpenkolben 13, ausgehend von seiner in Figur 1 dargestellten äußeren
Totpunktlage seinen Druckhub, dann wird der von der Förderpumpe 22 dem Pumpenarbeitsraum
21 zugeführte Kraftstoff beim ersten Hubteil sowohl über den Zulaufkanal 26 als auch
über den bei stromlosem Überströmventil 27 offenen Überströmkanal 28 in den Niederdruckraum
25 zurückgedrückt, Nach Verschließen des Zulaufkanals 26 wird so lange noch Kraftstoff
über den Überströmkanal 28 verdrängt, bis zur Einleitung des wirksamen Förderbeginns
das Überströmventil 27 mittels des Ventilgliedes 33 seinen Ventilsitz 36 abschließt.
Der jetzt schlagartig sich im Pumpenarbeitsraum 21 aufbauende Kraftstoffdruck öffnet
das Druckventil 15, und der Kraftstoff wird über den Druckkanal 53 zur Einspritzdüse
16 gefördert. Von dort gelangt er in bekannter Weise in den Brennraum der Brennkraftmaschine,
[0020] Zur Beendigung der Kraftstofförderung wird die Stromzufuhr zum Stellglied 34 des
Überströmventils 27 entsprechend den in einem elektronischen Regelgerät ermittelten
Betriebsdaten abgeschaltet. Das Überströmventil 27 wird dabei in seine in Figur 1
gezeichnete Offenstellung umgeschaltet, Dadurch fällt der Druck im Pumpenarbeitsraum
21 schlagartig ab, und die Einspritzdüse 16 und das Druckventil 15 schließen, so daß
die Einspritzung beendet ist.
[0021] Der vährend der bei geschlossenem Überströmventil 27 Stattfindenden Kraftstoffeinspritzung
unter Einspritzdruck stehende erste Abschnitt 28a des Überströmkanals 28 ist durch
die erfindungsgemäß als Dichtmittel dienende Mantelfläche 13a des Pumpenkolbens 13
in seinem mittleren, vom Querkanal 39 gebildeten Bereich ohne zusätzliche Dichtmittel
abgedichtet, wodurch Pumpenausfälle vegen zu starkem Leckkraftstoffaustritt oder wegen
totalem Druckausfall bei zerstörten Dichtstellen vermieden verden.
1. Elektrisch gesteuerte Pumpedüse für die Kraftstoffeinspritzung bei Dieselbrennkraftmaschinen,
- mit einem eine Kolbeneinspritzpumpe (2) aufnehmenden und eine Einspritzdüse (16)
tragenden Pumpengehäuse (11),
- mit einem mit konstantem Hub angetriebenen, in einer Zylinderbohrung (12) geführten
und einen Pumpenarbeitsraum (21) begrenzenden Pumpenkolben (13),
- mit einem elektrisch betätigbaren Überströmventil (27), das zwischen einem dauernd
mit dem Pumpenarbeitsraum (21) verbundenen ersten Abschnitt (28a) und einem zum Niederdruckraum
(25) führenden zweiten Abschnitt (28b) des Überströmkanals (28) eingesetzt ist und
mittels dessen die ansonsten offene Verbindung zwischen diesen beiden Abschnitten
zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung sperrbar ist,
- mit einem am Pumpengehäuse (11) in Höhe der Zylinderbohrung (12) seitlich vorkragenden,
das Überströmventil (27) aufnehmenden Gehäuseteil (11a), in das sich der vom Pumpenarbeitsraum
(21) ausgehende erste Abschnitt (28a) des Überströmkanals (28) hinein erstreckt, der
aus einer an den Pumpenarbeitsraum (21) angeschlossenen, zum Überströmventil (27)
hin seitlich zur Zylinderbohrung (12) versetzt angeordneten Stichbohrung (37), einen
vom Überströmventil (27) beherrschten Steuerkanal (38) und einem diese Stichbohrung
(37) mit dem Steuerkanal (38) verbindenden Querkanal (39) besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Querkanal (39) von der dem seitlich vorkragenden Gehäuseteil (11a) abgewandten
Gehäuseseite (11c) her durch die Zylinderbohrung (12, 112) hindurch, eine Mündungsstelle
(37a) der Stichbohrung (37) aufnehmend zum Steuerkanal (38) hin erstreckt und die
Zylinderbohrung (12, 112) in einem in jeder Hublage des Pumpenkolbens (13, 113) von
dessen Mantelfläche (13a) abgedeckten Bereich durchquert.
2. Pumpedüse nach Anspruch 1, mit einer am seitlich vorkragenden Gehäuseteil (11a)
befindlichen und der Befestigung des Überströmventils (27) dienenden Flanschfläche
(11b), gegen die eine Stirnfläche (27a) am Überströmventil (27) druckdicht verspannbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (38) im seitlich vorkragenden Gehäuseteil
(11a) als Sacklochbohrung von der Flanschfläche (11b) ausgehend und in den Querkanal
(39) einmündend gebohrt ist.
3. Pumpedüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmventil (27)
als eine sowohl das Stellglied (34) als auch alle Ventilbauteile umfassende und in
seiner Stirnfläche (27a) mündende Anschlußkanäle (41a, 41b) für die beiden Abschnitte
(28a, 28b) des Überströmkanals (28) aufweisende Baueinheit ausgebildet ist und daß
durch den zwischen der Flanschfläche (11b) am vorkragenden Gehäuseteil (11a) und der
Stirnfläche (27a) des Überströmventils (27) gebildeten Dichtspalt der Steuerkanal
(38) im ersten Abschnitt (28a) des Überströmkanals (28) gegenüber einem ebenfalls
von der Flanschfläche (11b) ausgehend in den seitlich vorkragenden Gehäuseteil (11a)
gebohrten Teilabschnitt des zweiten Abschnittes (28b) des Überströmkanals (28) abgedichtet
ist.
4, Pumpedüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
zwei dauernd mit dem Pumpenarbeitsraum (21) verbundene Druckausgleichsnuten (42) symmetrisch
zur Längsachse des Querkanals (39), mit seitlich.em Abstand zueinander und zu der
dem seitlich vorkragenden Gehäuseteil (11a) abgewandten Gehäuseseite (JJc) hinweisend
in die Mantelfläche (13a) des Pumpenkolbens (.13) eingearbeitet sind.
5. Pumpedüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
zwei dauernd mit dem Pumpenarbeitsraum (21) verbundene Druckausgleichsnuten (142)
symmetrisch zur Längsachse des Querkanals (39), mit seitlichem Abstand (a) zueinander
und zu der dem seitlich vorkragenden Gehäuseteil (11a) abgewandten Gehäuseseite (11c)
hinweisend in die Wand der Zylinderbohrung (1-12) eingearbeitet sind (Figur 2),