DE3924127A1 - Kraftstoffeinspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte Pumpedüse gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer solchen, aus der US-PS 46 69 659 bekannten Pumpedüse für Dieselmotoren, die direkt in den Zylinderkopf der zugehörigen Brenn­ kraftmaschine eingebaut wird und in einem gemeinsamen Gehäuse sowohl die mechanisch angetriebene Kolbeneinspritzpumpe als auch die zuge­ hörige Einspritzdüse umfaßt, wird die beim Förderdruck des Pumpen­ kolbens aus dem Pumpenarbeitsraum zur Einspritzdüse verdrängte Kraftstoffeinspritzmenge durch die Einschaltdauer eines stromlos offenen, elektromagnetisch betätigten Steuerventils 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 vollem Einspritzdruck, wenn das Steuerventil zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung die Verbindung zwischen den beiden Ab­ schnitten des Überströmkanals und damit den Abschluß des Kraft­ stoffes zum Niederdruckraum sperrt.

In seltenen Fällen kann es vorkommen, daß das Steuerventil bloc­ kiert, d.h. daß es in dieser Schaltstellung hängenbleibt. Dann be­ steht die Möglichkeit, daß durch Rücksaugen von Kraftstoff mittels des Pumpenkolbens weiterhin Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum ge­ führt wird. Dies kann beispielsweise über ein nicht mehr völlig schließendes Rückschlagventil erfolgen, das den Pumpenarbeitsraum zum Tank hin entkoppeln soll oder über eine dauernd offene Drossel in der Rücklaufleitung. Wenn sich der Einspritzvorgang so ungewollt fortsetzt, besteht die Gefahr, daß das durch die Brennkraftmaschine betriebene Kraftfahrzeug außer Kontrolle gerät. Dies muß verhindert werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Pumpedüse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das beim Stand der Technik auftretende Problem auf sichere Weise gelöst wird. Gemäß der Erfindung setzt die als Strahlpumpe arbeitende Venturi-Pumpe den Pumpenarbeitsraum unter Unterdruck, wodurch dem Pumpenarbeitsraum Kraftstoff entzogen und damit eine ungewollte Einspritzung sicher unterbunden wird.

Als weitere Vorteile ergeben sich bei geschlossenem Überströmventil eine durch die Saugwirkung der Venturi-Pumpe erzwungene Spülung des Pumpenarbeitsraums, wobei dieser entlüftet und gasblasenfrei gehal­ ten wird. Infolge der raschen Kraftstoffüllung des Pumpenarbeits­ raums durch die von der Venturi-Pumpe hervorgerufene Zwangsspülung, ergibt sich, nach einem zuvor entleerten Pumpenarbeitsraum, ein ver­ bessertes Wiederstartverhalten der Brennkraftmaschine. Durch die in den Ansprüchen 2 bis 4 aufgeführten Maßnahmen und Merkmale sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Pumpedüse möglich. So ergibt sich durch die vorgeschla­ genen Verbesserungen gemäß Anspruch 2 eine äußerst einfache und störungsunanfällige Bauweise der Venturi-Pumpe, mittels der die Pumpedüse ohne Funktionsverlust sicher betreibbar ist.

Durch die Merkmale des Anspruchs 3 wird zusätzlich eine Kühlung des Steuerventils sichergestellt, ohne die Wirkungsweise der Venturi- Pumpe zu stören, und zwar bei gleichzeitiger Abkopplung der Absteu­ erstöße vom Steuerventil.

Gemäß der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4 wird eine Dämp­ fung der Stellgliedbewegung des Steuerventils erreicht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgestalteten Pumpedüse ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert; dazu zeigt die einzige Figur die wichtigsten Bauteile in einer die Strömungswege hervorhebenden schematisierten Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen, elektrisch gesteuerten Pumpedüse besteht aus einer, in nicht näher dargestellten, jedoch in bekannter Weise von einer Nockenwelle mechanisch angetriebenen Kolbeneinspritzpumpe 10, deren Pumpengehäuse einer mit konstantem Hub angetriebenen und in einer Zylinderbohrung 11 geführten Pumpenkolben 12 aufnimmt und stirn­ seitig eine mittels einer strichpunktiert angedeuteten Schraubhülse 19 unter Zwischenschaltung eines Druckventils 13 befestigte Ein­ spritzdüse 14 bekannter und deshalb nicht näher dargestellter Bauart trägt.

Der Pumpenkolben 12 wird von bekannten, deshalb nur durch einen Pfeil 15 angedeuteten Antriebsmitteln über einen Pumpenstößel ent­ gegen der Rückstellkraft einer Stößelfeder angetrieben. Der Pumpen­ kolben 12 begrenzt mit seiner Stirnfläche 16 einen in der Zylinder­ bohrung 11 befindlichen Pumpenarbeitsraum 17 der einspritzdüsen­ seitig vom Druckventil 13 abgeschlossen und über einen Druckkanal 18 mit der Einspritzdüse 14 verbindbar ist. Dieses Druckventil 13 kann aber auch wegen der kurzen Länge des Druckkanals 18 zwischen Pumpen­ arbeitsraum 17 und Einspritzdüse 14 entfallen.

Dem Pumpenarbeitsraum 17 wird in der bezeichneten unteren Totpunkt­ lage UT des Pumpenkolbens 12 von einer Förderpumpe 20 unter niedri­ gem Zulaufdruck von z. B. 4 bar stehender Kraftstoff zugeführt. Der Kraftstoff gelangt dabei, von der Förderpumpe 20 ausgehend, über einen als Teil einer Durchströmleitung 21 ausgebildeten Durchström­ abschnitt 22 mit einem darin enthaltenden Niederdruckraum 23 zu einem Steuerventil 24, das in der gezeichneten Offenstellung den Kraftstoff über einen weiteren Teil der Durchströmleitung 21, einen Durchströmkanal 25, zum Pumpenarbeitsraum 17 durchläßt. Ein Teil­ strom des von der Förderpumpe 20 geförderten Kraftstoffes gelangt über einen von dem Durchströmabschnitt 22 abzweigenden Verbindungs­ abschnitt 26 zu einer Venturi-Pumpe 28 mit einer in Strömungsrich­ tung liegenden Durchströmdrossel 29, die abströmseitig in eine zu einem Tank 30 führende Rücklaufleitung 31 mündet. An die Durchström­ drossel 29 ist eine im Querschnitt kleinere Saugdrossel 32, vorzugs­ weise in rechtwinkliger Stellung, angeschlossen, die über einen Ver­ bindungskanal 33 mit einer in die Wand der Zylinderbohrung 11 ein­ gearbeiteten Ringnut 34 verbunden ist. In der gezeichneten UT-Lage des Pumpenkolbens 12 ist diese soweit zurückgewichen, daß ein Kraft­ stofffluß aus dem Pumpenarbeitsraum 17 über die Ringnut 34 zum Ver­ bindungskanal 33 erfolgen kann. Das als 2/2-Wegeventil arbeitende Steuerventil 24 ist ein Magnetventil, dessen Stellglied 35 eine Of­ fen- und eine Schließstellung schaltet. Das Stellglied 35 ist von einem Spülraum 36 umgeben, der einerseits über eine Spülleitung 37 mit dem Durchströmabschnitt 22 und andererseits über einen Ablauf­ kanal 38 mit der Rücklaufleitung 31 verbunden ist. Die durch den Spülraum 36 fließende Spülmenge wird begrenzt durch eine in die Spülleitung 37 eingeführte Dosierdrossel 39 und kann über eine in dem Ablaufkanal 38 befindliche, gestrichelt dargestellte Ablauf­ drossel 40, deren Durchströmquerschnitt gleich oder kleiner ist, als jener der Dosierdrossel 39, zusätzlich beeinflußt werden. Die Do­ sierdrossel 39 und die Ablaufdrossel 40 können auch durch eine ent­ sprechende Wahl des Strömungsquerschnitts der sie aufnehmenden Lei­ tungen ersetzt werden.

Über die permanente Durchspülung des Spülraums 36 wird die Verlust­ wärme des Stellgliedes 35 abgeführt und über die Dimensionierung der Strömungsquerschnitte der Dosierdrossel 39 einerseits und der Ab­ laufdrossel 40 andererseits ein geringer Rückstau im Spülraum 36 er­ zeugt, der zu einem gedämpften Schaltverhalten des Steuerventils führt. Desweiteren bewirkt die Dosierdrossel 39 eine Abschwächung der Absteuerdruckstöße, die beim Umsteuern des Steuerventils 24 durch die Entlastung des Pumpenarbeitsraums 17 auftreten, wodurch die Betriebssicherheit des Steuerventils 24 erhöht wird.

Die beschriebene Anordnung ergibt nun folgenden Funktions- und Wir­ kungsablauf: Beginnt der Pumpenkolben 12, ausgehend von seiner dar­ gestellten unteren Totpunktlage UT seinen Druckhub, dann wird der von der Förderpumpe 20 im Pumpenarbeitsraum 17 zugeführte Kraftstoff beim ersten Hubteil sowohl über die noch offenliegende Ringnut 34 in den Verbindungskanal 33 und weiter über die Saugdrossel 32, die Durchströmdrossel 29, die Durchlaufleitung 31 und letztlich zum Tank 30 als auch über den Durchströmkanal 25 und das offene Steuerventil 24 zum Niederdruckraum 23, der als Speicher wirkt, zurückgedrückt.

Nach Verschließen der Ringnut 34 durch den sich weiter aus der UT-Lage entfernenden Pumpenkolben 12 wird noch so lange Kraftstoff über den Durchströmkanal 25 verdrängt, bis zur Einleitung des wirk­ samen Förderbeginns das Steuerventil in seine Schließstellung um­ schaltet. Der jetzt schlagartig sich im Pumpenarbeitsraum 17 auf­ bauende Kraftstoffdruck öffnet das Druckventil 13 und der Kraftstoff wird über den Druckkanal 18 zur Einspritzdüse 14 gefördert. Von dort gelangt er in bekannter Weise in den Brennraum der Brennkraftma­ schine.

Zur Beendigung der Kraftstofförderung zum Brennraum der Brennkraft­ maschine wird die Stromzufuhr zum Stellglied 35 des Steuerventils 24 entsprechend den in einem elektronischen Regelgerät ermittelten Be­ triebsdaten abgeschaltet. Das Steuerventil 24 wird dabei in seine gezeichnete Offenstellung umgeschaltet. Dadurch entlastet sich der Pumpenarbeitsraum 17 in den Niederdruckraum 23 und der Druck im Pum­ penarbeitsraum 17 fällt schlagartig ab. Somit schließt das Druckven­ til 13 und die Einspritzdüse 14, so daß die Einspritzung beendet ist.

Unabhängig von der Schaltstellung des Steuerventils 24 fließt bei angetriebener Förderpumpe 20 über den Durchströmabschnitt 22 und den Verbindungsabschnitt 26 dauernd Kraftstoff von der Förderpumpe 20 über die Venturi-Pumpe 28 und die Rücklaufleitung 31 zum Tank 30. Durch die partielle Geschwindigkeitsanhebung über die Querschnitts­ einengung in der Durchströmdrossel 29 sinkt hier der statische Druck, wodurch im Verbindungskanal 33 eine Saugwirkung erzeugt wird. Diese führt, wenn der Pumpkolben 12 sich im Bereich seines unteren Totpunktes UT befindet und die Ringnut 34 hinsichtlich ihrer Verbin­ dung zum Pumpenarbeitsraum 17 aufgesteuert ist, zu einem Kraftstoff­ fluß von der Förderpumpe 20 entsprechend den nebengesetzten Pfeilen über den Durchströmabschnitt 22 mit dem Niederdruckraum 23, das sich in Offenstellung befindliche Steuerventil 24, den Durchströmkanal 25 zum Pumpenarbeitsraum 17 und über die Ringnut 34, den Verbindungs­ kanal 33 zur Venturi-Pumpe 28 und von hier über die Rücklaufleitung 31 zum Tank 30. Die Menge dieses Kraftstoffflusses hängt von der Stärke der über den Treibstrom durch die Durchströmdrossel 29 her­ vorgerufene Sogwirkung ab und wird zudem mitbeeinflußt von dem Strö­ mungsquerschnitt der Saugdrossel 32. Die Strömungsquerschnitte der Durchströmdrossel 29 und der Saugdrossel 32 sind so abgestimmt, daß bei einem zurückweichenden Pumpenkolben 12 in Richtung zur unteren Totpunktlage UT auch bei gleichzeitig offener Ringnut 34 eine rasche Kraftstoffüllung des Pumpenarbeitsraums 17 und danach eine Spülung des Pumpenarbeitsraums 17 zu dessen Kühlung und zur Abfuhr von Luft- und Dampfblasen erfolgt.

Dieser Vorgang wird unterbrochen, wenn der Pumpenkolben 12 zu Beginn seines Druckhubes die Ringnut 34 abdeckt, bis die Ringnut 34 durch den Pumpenkolben 12 wieder aufgesteuert wird.

Geht das Steuerventil 24 in seine Schließstellung und blockiert sein Stellglied 35 in dieser Stellung, so wäre der Pumpenkolben 12 bei nicht vorhandener Venturi-Düse 28 in der Lage, mit dem Kraftstoff, der ihm beispielsweise über Leckströme infolge Teiletoleranzen, fehlerhafter Bauelemente oder über das Volumen von Leitungen oder Filtern, so auch über die Rücklaufleitung 31 und den Verbindungs­ kanal 33 zur Verfügung steht, die Einspritzung unerwünschterweise fortzusetzen. In diesem Störfall wird nun bei offengesteuerter Ringnut 34 über die Saugwirkung der Venturi-Pumpe 28 dem Pumpen­ arbeitsraum 17 Kraftstoff entzogen und ein Unterdruck erzeugt, durch den eine unkontrollierte Einspritzung unterbunden wird. Daraus ist ersichtlich, daß es vorteilhaft ist, die Ringnut 34 im Bereich des unteren Totpunktes UT zu positionieren, wodurch der Pumpenkolben 12 nahe seiner Bewegungsumkehr kaum mehr Saugwirkung entfalten kann und so keine Dominanz über die Saugwirkung der Venturi-Pumpe 28 erfolgen kann. Auch bei geschlossener Ringnut 34 wird durch den dauernd durch die Durchströmdrossel 29 fließenden Kraftstroffstrom ein so hoher Unterdruck in dem die Saugdrossel 32 enthaltenden Verbindungskanal 32 erzeugt, das bei in der Schließstellung hängengebliebenem Steuer­ ventil 24 der sich im Pumpenarbeitsraum 17 beim Saughub des Pumpen­ kolbens 12 einstellende Unterdruck immer geringer ist, als derjenige im Verbindungskanal 33. Ein Zurücksaugen von Kraftstoff aus der Rücklaufleitung 31 wird somit sicher verhindert.

Claims (4)

1. Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe (10) für Brenn­ kraftmaschinen, insbesondere Pumpedüse für die Kraftstoffeinsprit­ zung bei Dieselbrennkraftmaschinen, mit mindestens einem, mit kon­ stantem Hub angetriebenen Pumpenkolben (12), der einen Pumpenar­ beitsraum (17) begrenzt und beim Förderhub den in diesem Pumpen­ arbeitsraum (17) von einer Förderpumpe (20) unter Zulaufdruck zuge­ führten Kraftstoff unter Einspritzdruck zu einer Einspritzdüse (14) fördert, mit einem elektrisch betätigbaren Steuerventil (24), das zwischen einem einen Niederdruckraum (23) enthaltenden Durchströmab­ schnitt (22) und einem dauernd mit dem Pumpenarbeitsraum (17) ver­ bundenen Durchströmkanal (25) einer Durchströmleitung (21) einge­ setzt ist und mittels dessen die ansonsten zur Füllung des Pumpen­ arbeitsraums (17) offene Verbindung zwischen dem Durchströmabschnitt (22) und dem Durchströmkanal (25) zur Steuerung der Dauer der Kraft­ stoffeinspritzung sperrbar ist, mit einem an den Pumpenarbeitsraum (17) angeschlossenen, nur in der unteren Totpunktstellung (UT) des Pumpenkolbens (12) von diesem aufgesteuerten Verbindungskanal (33) zwischen dem Pumpenarbeitsraum (17) und einer überschüssigen Kraft­ stoff zum Tank (30) zurückführenden Rücklaufleitung (31), dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (33) und die Rücklauf­ leitung (31) über eine als Strahlpumpe wirkende Venturi-Pumpe (28) verbunden sind, die zuströmseitig über einen Verbindungsabschnitt (26) an dem Durchströmabschnitt (22) der Durchströmleitung (21), ab­ strömseitig an die Rücklaufleitung (31) und saugseitig über den Ver­ bindungskanal (33) an den Pumpenarbeitsraum (17) angeschlossen ist.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Venturi-Pumpe (28) aus einer im Querschnitt größe­ ren Durchströmdrossel (29) und einer kleineren, vorzugsweise recht­ winklig in die Durchströmdrossel (29) mündenden Saugdrossel (32) ge­ bildet ist, wobei die Durchströmdrossel (29) den Verbindungsab­ schnitt (26) mit der Rücklaufleitung (31) und die Saugdrossel (32) den Pumpenarbeitsraum (17) mit der Durchströmdrossel (29) verbindet.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem das Steuerventil (24) im Bereich seines Stellgliedes (35) umgebenden Spülraum (36), der über eine Spülleitung (37) an dem Durchströmab­ schnitt (22) der Durchströmleitung (21) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spülleitung (37) eine den Zufluß zum Spülraum (36) begrenzende Dosierdrossel (39) eingesetzt ist, deren Durchlaßquerschnitt geringer ist als derjenige der Durchströmdrossel (29) der Venturi-Pumpe (28) und daß der Spülraum (36) über einen Ab­ laufkanal (38) mit der Rücklaufleitung (31) verbunden ist.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe (10) nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Ablaufkanal (38) eine Ablaufdrossel (40) eingefügt ist, deren Durchlaßquerschnitt derart auf den Durchlaßquerschnitt der Dosierdrossel (39) abgestimmt ist, daß in dem Spülraum (36) ein Staudruck entsteht.