DE10046564B4 - Injection pump for internal combustion engines - Google Patents
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Abstract
Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere mit Diesel oder Schweröl betriebene Brennkraftmaschinen, mit einem Pumpenelement (1), das einen in der Zylinderbohrung (3) eines Pumpenzylinders (2) geführten Pumpenkolben (4) und eine auf die Zylinderbohrung (3) ausmündende, mit einem Saugraum (9) in Verbindung stehende Überströmbohrung (8) aufweist und das in seinem Fördervolumen durch den Nutzhub des Pumpenkolbens (4) bestimmt ist, der – bezogen auf den Förderhub – durch den Hubweg zwischen einer die Verbindung von Zylinderbohrung (3) und Überströmbohrung (8) durch Überfahren der in Richtung des Förderhubes oberen Begrenzung des Mündungsquerschnittes (7) der Überströmbohrung (8) absteuernden, einen Druckraum (17) abgrenzenden Kolbenlage und eine Kolbenlage bestimmt ist, in der eine vom Druckraum abgewandte, einer Verbindung (12) zum Druckraum (17) zugehörige, umfangsseitige Steuerkante (13) in Überdeckungslage zum Mündungsquerschnitt (7) der Überströmbohrung (8) einfährt, wobei winklig zur Achse der Überströmbohrung (8), vom Saugraum ausgehend, auf die Zylinderbohrung hin verlaufend und nahe deren Mündung auf die Zylinderbohrung...Injection pump for internal combustion engines, in particular diesel or heavy oil powered internal combustion engines, with a pump element (1) having one in the cylinder bore (3) a pump cylinder (2) guided Pump piston (4) and one on the cylinder bore (3) opening, having a suction chamber (9) in communication overflow bore (8) and the in his funding volume is determined by the useful stroke of the pump piston (4), the - related on the delivery stroke - through the stroke between a connection of cylinder bore (3) and overflow hole (8) by driving over in the direction of the delivery stroke upper limit of the mouth cross-section (7) the overflow hole (8) absteuernden, a pressure chamber (17) delimiting the piston position and a piston position is determined, in which a remote from the pressure chamber, a connection (12) to the pressure chamber (17) associated, peripheral control edge (13) in covering position to the mouth cross-section (7) the overflow hole (8) enters, at an angle to the axis of the overflow hole (8), starting from the suction chamber, running towards the cylinder bore and near its mouth on the cylinder bore ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere für mit Diesel oder Schweröl betriebene Brennkraftmaschinen.The The invention relates to an injection pump for internal combustion engines, in particular for with Diesel or heavy fuel oil operated internal combustion engines.
Moderne Einspritzsysteme arbeiten teils auf sehr hohem Druckniveau, und insbesondere mit Speicherdruck-Einspritzsystemen werden bereits bei 2000 bar liegende Spitzendrücke erreicht. Damit wachsen die Anforderungen an die zugehörigen Pumpensysteme, und dies insbesondere bei mit Schweröl betriebenen Brennkraftmaschinen, da das Schweröl zur Sicherstellung einer ausreichenden Fließfähigkeit auf Temperaturen bis in den Bereich von 160° aufgeheizt werden muß und auch in hohem Maße korrosiv ist, so u.a. durch seinen Schwefel- und Vanadiumgehalt.modern Injection systems work partly at very high pressure levels, and especially with accumulator pressure injection systems are already peak pressures at 2000 bar reached. This increases the demands on the associated pump systems, and this in particular in fuel-powered internal combustion engines, because the heavy oil to ensure sufficient flowability to temperatures up to heated in the range of 160 ° must and must also to a great extent is corrosive, so u.a. by its sulfur and vanadium content.
Die hohen Drücke, das relativ hohe Temperaturniveau des Arbeitsmediums und dessen Korrosivität bedingen bei Kolbeneinspritzpumpen mit im Pumpenzylinder geführtem Pumpenkolben und vom Kolben auf dessen Hubweg übersteuerter, den Pumpenzylinder durchsetzender Überströmbohrung insbesondere im Bereich des Kolbenkopfes mit den zugehörigen Steuerkanten und den Steuerkanten der Überströmbohrung oder Überströmbohrungen einen erhöhten Verschleiß, zumal wenn die Mengensteuerung durch Relativverdrehung des Kolbens zum Pumpenzylinder vorgenommen wird und dementsprechend die jeweilige Überschussmenge über die Überströmbohrung auf die Saugseite zurückgefordert wird, wobei in Abhängigkeit von der jeweiligen Fördermenge sowohl beim Zulauf auf den Druckraum wie auch bei der Rückförderung auf die Saugseite teils hohe Durchflussgeschwindigkeiten erreicht wer den, die im Bereich der Steuerkanten sowohl zylinder- wie auch kolbenseitig zu Erosionen führen, die die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der entsprechenden Pumpenelemente beeinträchtigen.The high pressures, the relatively high temperature level of the working medium and its corrosivity condition in piston injection pumps with pump piston guided in the pump cylinder and overdriven by the piston on its stroke, the pump cylinder passing overflow hole in particular in the region of the piston head with the associated control edges and the control edges of the overflow hole or overflow holes an elevated one Wear, especially if the quantity control by relative rotation of the piston to the pump cylinder is made and accordingly the respective excess amount via the overflow reclaimed to the suction side being, depending on from the respective delivery rate both at the inlet to the pressure chamber as well as in the return conveyor On the suction side partly high flow speeds reached the who, in the area of the control edges both cylinder and piston side lead to erosion, the reliability and affect the life of the corresponding pump elements.
Bei
einer bekannten Einspritzpumpe der eingangs genannten Art (
In
Abwandlung einer derartigen Ausgestaltung ist es aus der
Bei
einer weiteren bekannten Hochdruck-Einspritzpumpe (
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Einspritzpumpen der eingangs genannten Art eine weitere Lösung aufzuzeigen, mit der kavitationsbedingte Verschleißerscheinungen zu reduzieren und somit Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Pumpenelemente zu verbessern sind.Of the Invention is based on the object with injection pumps of the above mentioned type another solution show, with the cavitation-related signs of wear to reduce and thus life and reliability of the pump elements to be improved.
Erreicht wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1, bei dem davon ausgegangen wird, dass ein den Erosionsangriff beeinflussender Effekt darin besteht, dass Arbeitsmedium, das im Saugtakt aus dem Saugraum über die Überströmbohrung in die Zylinderbohrung angesaugt wurde, während des Förderhubes solange aus der Zylinderbohrung über die Überströmbohrung in den Saugraum unter Bildung eines Absteuerstrahles zurückgedrängt wird, bis der Mündungsquerschnitt der Überströmbohrung auf die Zylinderbohrung durch den Pumpenkolben übersteuert und damit abgesperrt wird.Reached this is due to the features of claim 1, in the assumed becomes that an effect influencing the erosion attack in it exists that working medium, which in the suction cycle from the suction chamber via the overflow was sucked into the cylinder bore, during the delivery stroke as long as the cylinder bore through the overflow is pushed back into the suction chamber to form a Absteuerstrahles until the mouth cross-section the overflow hole on the cylinder bore overruled by the pump piston and thus shut off becomes.
Dem beim Überfahren zunehmend kleiner werdenden, geöffneten Anteil des Mündungsquerschnittes der Überströmbohrung auf die Zylinderbohrung entspricht eine im Mündungsbereich zunehmend höher werdende Strömungsgeschwindigkeit des zurückfließenden Arbeitsmediums, so dass sich ein scharfer Absteuerstrahl ergibt. Mit dem Absteuern des Mündungsquerschnittes in der Endphase ist eine praktisch schlagartige Unterbrechung des Zulaufes auf die Überströmbohrung verbunden ist, so dass sich infolge der vorab herausgebildeten Strömung in Richtung auf den Saugraum ein Druckabfall im Bereich des Mündungsquerschnittes, also am Ende der sich in Richtung auf den Saugraum bewegenden Flüssigkeitssäule ergibt, der die Blasenbildung begünstigt. Da die Flüssigkeitssäule letztlich zur Ruhe kommt und sich infolge des im Saugraum herrschenden, wenn auch vergleichsweise geringen Druckes in Richtung auf den Mündungsquerschnitt zurückbewegt, kommt es im Bereich des Mündungsquerschnittes zu einer Konzentration der Bläschen, die bei Implosion zu Kavitation in den angrenzenden Wandbereichen führen können.the when driving over increasingly smaller, opened Share of the mouth cross-section the overflow hole on the cylinder bore corresponds to an increasingly higher in the mouth area Flow velocity of the returning working medium, so that a sharp Absteuerstrahl results. With the tax deduction the mouth cross-section In the final phase is a virtually sudden interruption of the Inlet to the overflow hole is connected, so that as a result of the previously formed flow in Direction of the suction chamber, a pressure drop in the region of the mouth cross-section, that is, at the end of the liquid column moving in the direction of the suction space, which promotes blistering. Since the liquid column ultimately to Rest comes and is due to the prevailing in the suction room, though moved back relatively small pressure in the direction of the mouth cross-section, it comes in the area of the mouth cross-section to a concentration of bubbles that In case of implosion cavitation may occur in the adjacent wall areas.
Begünstigt werden solche Implosionen durch Strömungseinflüsse, die sich beim Förderhub bei Bewegung des Pumpenkolbens über das jeweilige Förderende hinaus ergeben, und zwar dadurch, dass das im Druckraum befindliche, zwischen Förderende und oberem Totpunkt verdrängte Volumen über die Überströmbohrung auf den Saugraum unter Bildung eines Absteuerstrahles zurückgefördert wird. Dabei vergrößert sich der Öffnungsquerschnitt beim Verfahren des Pumpenkolbens in Förderrichtung zwischen der entsprechenden Kante des Pumpenkolbens und des Mündungsquerschnitts der Überströmbohrung auf diesen Querschnitt. Zunächst ist der Öffnungsquerschnitt aber verhältnismäßig klein, so dass sich ein scharfer er Absteuerstrahl ergibt, der zur Implosion der genannten Gasblasen begünstigend beiträgt. Hierdurch ergibt sich im Mündungsbereich der Überströmbohrung die Gefahr der Kavitationserrosion.Be favored Such implosions by flow influences, the at the delivery stroke on movement of the pump piston via the respective end of funding addition, by the fact that the pressure in the space located, between the end of funding and top dead center displaced Volume over the overflow hole is fed back to the suction chamber to form a Absteuerstrahles. This increases the opening cross-section when moving the pump piston in the conveying direction between the corresponding Edge of the pump piston and the mouth cross-section of the overflow bore on this cross-section. First is the opening cross section but relatively small, so that a sharp he Absteuerstrahl results, the implosion favoring said gas bubbles contributes. hereby results in the mouth area the overflow hole the danger of cavitation erosion.
Dieser wird dadurch begegnet, dass über die durch die Saugbohrung gebildete Parallelverbindung zur Überströmbohrung in deren Mündungsbereich auf die Zylinderbohrung der Druckabfall reduziert wird, wobei die hohe Strömungsgeschwindigkeit des vor Beginn des Nutzhubes in Richtung auf den Saugraum verdrängten Arbeitsmediums, also des Absteuerstrahles, bereits einen Ejektoreffekt auslöst, bevor der Nutzhub beendet und der Druckraum gegen den Saugraum wieder geöffnet wird. Dementsprechend ergibt sich in der Saugbohrung eine Strömung in Richtung auf den Mündungsquerschnitt der Überströmbohrung, die einer Unterdruckbildung in der Überströmbohrung bis hin zum Abreißen der Flüssigkeitssäule bei Rückförderung auf den Saugraum entgegenwirkt.This is countered by that over the formed by the suction hole parallel connection to the overflow in the mouth area the cylinder bore reduces the pressure drop, the high flow rate of the working medium displaced towards the suction chamber before the start of the useful stroke, So the Absteuerstrahles already triggers an ejector effect before the Nutzhub ended and the pressure chamber against the suction again open becomes. Accordingly, there is a flow in the suction hole Direction to the mouth cross-section the overflow hole, the formation of a negative pressure in the overflow bore up to the tearing of the liquid column at back promotion counteracts the suction chamber.
Die Parallelverbindung, die in Form einer oder mehrerer Saugbohrungen gestaltet sein kann, welche nahe dem Mündungsquerschnitt der Überströmbohrung in diese einmünden, ist im Hinblick auf ihre Einmündung in die Überströmbohrung so gelegt, dass der sich am Ende des Nutzhubes ergebende Absteuerstrahl annähernd tangential in den Mündungsbereich der durch die Saugbohrung gebildeten Parallelverbindung einläuft und so auf vom Saugraum überströmendes, weitgehend blasenfreies Arbeitsmedium trifft. Dies wird dadurch erreicht, dass die Saugbohrung, bezogen auf den Umfang der Überströmbohrung im Bereich ihres Mündungsquerschnittes, in den bezogen auf den Förderhub oberen Querschnittsbereich der Überströmbohrung einmündet.The Parallel connection, in the form of one or more suction holes can be designed, which near the mouth cross-section of the overflow enter into this, is in terms of their confluence into the overflow hole placed so that the at the end of Nutzhubes resulting Absteuerstrahl nearly tangential to the mouth area enters the parallel connection formed by the suction hole and so on flowing from the suction, largely bubble-free working medium meets. This will be done achieved that the suction hole, based on the circumference of the overflow in the region of its mouth cross-section, in terms of the delivery stroke upper cross-sectional area of the overflow hole opens.
Zweckmäßig ist erfindungsgemäß, auch aus Fertigungsgründen, ein Verlauf der Saugbohrung unter einem Winkel von etwa 30 bis 60° zur Achse der Überströmbohrung, bevorzugt unter etwa 45°. Vorteilhaft ist es, einer Überströmbohrung zwei Saugbohrungen als Parallelverbindung zuzuordnen, die symmetrisch zur Achse der Überströmbohrung angeordnet sind. Bevorzugt liegen die Überströmbohrung und die Saugbohrungen jeweils in zur Achse der Zylinderbohrung senkrechten Ebenen, so dass sich verhältnismäßig große, elliptische Mündungsquerschnitte der Saugbohrungen auf die Überströmbohrung ergeben.Suitably according to the invention, also for manufacturing reasons, a course of the suction bore at an angle of about 30 to 60 ° to the axis of the overflow, preferably less than about 45 °. It is advantageous to assign two suction bores as a parallel connection to an overflow bore, which are arranged symmetrically to the axis of the overflow bore. Preferably, the overflow and the suction holes are each in the axis of the cylinder bore perpendicular planes, so that relatively large, elliptical mouth sections of the suction holes on the overflow bore he give.
Das Größenverhältnis zwischen dem Querschnitt der Überströmbohrung und der Saugbohrung bzw. dem Gesamtquerschnitt der als Parallelverbindung vorgesehenen Saugbohrungen kann im Rahmen der Erfindung in Abhängigkeit von den Gegebenheiten in verhältnismäßig weiten Grenzen schwanken, wobei es sich als zweckmäßig erwiesen hat, wenn die Überströmbohrung einen Querschnitt aufweist, der dem 20- bis 80-fachen, bevorzugt etwa dem 50-fachen des Gesamtquerschnittes der Parallelverbindung entspricht.The Size ratio between the cross section of the overflow hole and the suction hole or the total cross section of the parallel connection provided suction holes can in the context of the invention in dependence from the circumstances in relatively wide Limits vary, and it has proved to be useful when the overflow has a cross section of 20- to 80-fold, preferably about 50 times the total cross section of the parallel connection equivalent.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Desweiteren wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:Further Details and features of the invention will become apparent from the claims. Furthermore The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. It demonstrate:
In
der Darstellung gemäß
Im
Hinblick auf die Steuerung der jeweiligen Fördermenge sind Pumpenkolben
Entsprechend
dem Überdeckungshub
zwischen Kolbenkopf
Nahe
dem Mündungsquerschnitt
Bezüglich der Überströmbohrung
In
den
Mit
Umkehrung der Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens
Ist
die Absteuerstellung – volle Überdeckung des
Mündungsquerschnittes
Der
Kavitationsangriff, für
den der Ausgangspunkt eine solche Gasblasenbildung ist, bildet insbesondere
in Verbindung mit abströmendem,
unter vergleichsweise hohem Arbeitsdruck stehendem Arbeitsmedium
eine zusätzliche
Gefahr, wenn infolge des weiteren Förderhubes (Pfeil
Dem
wird dadurch begegnet, dass über
die Parallelverbindung – Saugbohrungen
In
den
Nicht
gezeigt und angedeutet ist in den Darstellungen die druckraumseitige
Verbindung der Zylinderbohrung
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