DE4304084C2

DE4304084C2 - Injection pump element with sloping control edges

Info

Publication number: DE4304084C2
Application number: DE19934304084
Authority: DE
Inventors: Helmut Nieth
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 1993-02-11
Filing date: 1993-02-11
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2013-02-12
Also published as: DE4304084A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzpumpe für Dieselbrenn kraftmaschinen mit einer Pumpenkolbenbüchse, welche mindestens eine im Druckraum der Pumpenkolbenbüchse mündende Steuerbohrung aufweist und mit einem Pumpenkolben, dessen druckraumseitig gelegener Kolben kopf eine obere, druckraumseitig gelegene Steuerkante und eine un tere, schräge Steuerkante aufweist, welche durch Überstreichen der Überströmbohrung(en) Förderbeginn bzw. -ende bestimmen, wobei der Kolbenmantel des Kolbenkopfes zwischen oberer und unterer Steuerkante in einem die Steuerbohrung überstreichenden Bereich eine Einsenkung aufweist, die an ihren zu den Druckseiten des Kolbenkopfes liegenden Grenzkanten durch Beabstandung vom Hochdruckbereich abgedichtet ist und der Abstand quer von der unteren Steuerkante zur benachbarten Grenzkante kleiner als der Mündungsdurchmesser der überstrichenen Steuerbohrung ist.The invention relates to an injection pump for diesel fuel engines with a pump piston liner, which at least one has control bore opening in the pressure chamber of the pump piston liner and with a pump piston, the piston on the pressure chamber side head an upper control edge on the pressure chamber side and an un tere, oblique control edge, which by sweeping the Determine the overflow bore (s) at the beginning or end of the delivery, with the Piston jacket of the piston head between the upper and lower control edge in a region sweeping over the control bore has, which lie on their to the pressure sides of the piston head Border edges are sealed by spacing from the high pressure area and the distance across from the lower control edge to the adjacent one Border edge smaller than the mouth diameter of the swept Control hole is.

Derartige Einspritzpumpen werden in Kraftstoffeinspritzpumpen verwendet, um Kraftstoff unter hohem Druck, der bis 150 MPa erreichen kann, in die Brennräume von Dieselmotoren einzuspritzen. Zur Vermin derung des Kraftstoffverbrauchs und zur Verbesserung der Abgaswerte werden heute zunehmend höhere Einspritzdrücke verwirklicht. Diese hohen Drücke führen häufig zu Kavitationsschäden an Pumpenkolben und Überströmbohrung. Kolbenfresser bzw. verfälschte Steuerzeiten verur sachen dann den vorzeitigen Ausfall der Einspritzpumpe. Such injection pumps are used in fuel injection pumps used to fuel under high pressure that can reach 150 MPa can inject into the combustion chambers of diesel engines. For min to reduce fuel consumption and improve emissions increasingly higher injection pressures are being realized today. These high pressures often lead to cavitation damage to the pump piston and Overflow hole. Piston eaters or falsified timing times then cause the premature failure of the injection pump.

Ursache von Kavitationsschäden sind bei Förderende implodierende Kavitationsbläschen im kolbenseitigen Mündungsbereich der Steuerboh rungen, wobei die Kavitationsbläschen bei Förderbeginn, d. h. beim schlagartigen Überstreichen der Steuerbohrungen durch die obere Steu erkante des Pumpenkolbens entstehen.The cause of cavitation damage is imploding at the end of delivery Cavitation bubbles in the piston-side mouth area of the Steuerboh stanchions, the cavitation bubbles at the start of delivery, d. H. at the abrupt sweep of the control holes through the top tax edge of the pump piston.

Zur Vermeidung von Kavitationsschäden ist eine Vielzahl von Spülkon zepten bekannt geworden, mit welchen die Kavitationsbläschen bei Förderbeginn vom kolbenseitigen Mündungsbereich durch Spülkanäle weggefördert werden sollen. So ist es aus der EP 263 807 B1 bekannt, eine Sacklochbohrung mit einer Steuerbohrung über Leitungsver bindungen im Pumpenkolben bei Förderende zu verbinden, wobei die Sacklochbohrung früher geöffnet wird als die in den Saugraum mündende Steuerbohrung. Auf diese Weise tritt der in der Sacklochbohrung umge lenkte Kraftstoffstrahl über die Leitungsverbindung in die Steuerboh rung. Dieser Kraftstoffstrahl soll die Kavitationsblasen noch vor der Implosion zum Saugraum fördern. Auch dieses Konzept kann Kavitations schäden am Pumpenkolben nicht vermeiden da u. U. gerade der Kraft stoffstrahl vorzeitig die Kavitationsblasen zum Implodieren bringt und Kavitationsschäden verursacht. Zudem bedeutet die Leitungsverbin dung und die Sacklochbohrung eine Schwächung von Pumpenkolben bzw. Kolbenbüchse.To avoid cavitation damage, a variety of rinsing cones became known with which the cavitation bubbles Start of delivery from the piston-side mouth area through rinsing channels should be promoted away. It is known from EP 263 807 B1 a blind hole with a control hole via line ver Connect connections in the pump piston at the end of the delivery, the The blind hole is opened earlier than the one opening into the suction chamber Control bore. In this way, the reverse occurs in the blind hole directed the jet of fuel over the line connection into the tax boom tion. This fuel jet is supposed to blow the cavitation bubbles before the Promote implosion to the suction space. This concept can also be used for cavitation Do not avoid damage to the pump piston because u. U. just the strength material jet prematurely causes the cavitation bubbles to implode and causes cavitation damage. In addition, the management association means dung and the blind hole a weakening of pump pistons or Piston liner.

Hiervon ausgehend, ist es Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Pumpenkolben anzugeben, welcher mit einfachen Mitteln das Betriebsverhalten beeinträchtigende Kavitationsschäden am Kolben mantel und an den Steuerbohrungen vermeidet. Auf festigkeitsmindernde Leitungsverbindungen im Pumpenkörper und Kolbenbüchse ist zu ver zichten.Proceeding from this, it is an object of the invention to provide a generic one Pump piston specify which the simple Cavitation damage to the piston affecting operating behavior jacket and at the control holes avoided. On strength-reducing Cable connections in the pump body and piston sleeve must be ver to breed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Tiefe der Einsenkung 14 maximal 1/50 des Kolbendurchmessers beträgt. According to the invention the object is achieved in that the depth of the depression 14 is at most 1/50 of the piston diameter.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einsenkung, die beim Überstrei chen der Steuerbohrungsminderung die Steuerbohrung sacklochartig abschließt, gelingt es, ohne festigkeitsmindernde Zerklüftung und Durchdringung von Pumpenkolben und Pumpenkolbenbüchse Kavitations schäden an kritischen Bereichen des Einspritzpumpenelementes mit geringem Aufwand zu vermeiden. Insbesondere bei Einspritzpumpen elementen für extrem hohe Einspritzdrücke ist es für eine ausdauernde Betriebssicherheit erforderlich, den Pumpenkolben weitgehend frei von Zerklüftungen wie z. B. Querbohrungen zu halten, um eine hohe Festig keit und Steifigkeit des Pumpenkolbens bei hohem Druck zu erzielen. Die Gefahr von Verformungen des Pumpenkolbens wird hierdurch weitge hend reduziert. Darüber hinaus kann auf zusätzliche Bohrungen oder Sacklochbohrungen in der Pumpenkolbenbüchse verzichtet werden. Eine weitere Schwächung der Büchse wird somit vermieden. Da die Kavita tionsbläschen bei Förderbeginn vorwiegend nur im oberen Abschnitt der Bohrungsmündung entstehen, verbleiben diese im Laufe der Pumpbewegung dort, bis bei Förderende der obere Abschnitt der Bohrungsmündung der Einsenkung gegenüberliegt. Die Kavitationsbläschen stehen nun nicht mehr in unmittelbarem Kontakt zum Kolbenmantel. Kavitationsbläschen werden im Gegensatz zu bisher vorgeschlagenen Lösungen nicht bei Förderende durch aufwendige Spülkanäle von der Mündung weggespült, sondern lösen sich dort, ohne Kavitationsschäden zu verursachen, auf, da der Mündung bei Förderende kolbenkopfseitig die erfindungsgemäße Einsenkung im Kolbenmantel gegenüber liegt.With the help of the depression according to the invention, which is when spreading Chen the control hole reduction, the control hole blind hole finishes, it succeeds without fissuring and Penetration of pump piston and pump piston liner cavitation damage to critical areas of the injection pump element to avoid little effort. Especially with injection pumps elements for extremely high injection pressures it is for a long-lasting Operational safety required, the pump piston largely free of Fissures such as B. to hold cross holes to a high strength to achieve the speed and rigidity of the pump piston at high pressure. This increases the risk of deformation of the pump piston reduced. In addition, additional holes or Blind holes in the pump piston liner can be dispensed with. A further weakening of the sleeve is thus avoided. Because the Kavita vesicles at the start of funding mainly only in the upper section of the Bore mouth arise, these remain in the course of the pumping movement there until the upper section of the bore mouth of the Countersink. The cavitation bubbles are not standing now more in direct contact with the piston skirt. Cavitation vesicles are not in contrast to previously proposed solutions End of conveyor flushed away from the mouth through complex rinsing channels, but dissolve there without causing cavitation damage, since the mouth at the delivery end on the piston head side is the inventive one Countersink in the piston skirt is opposite.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Pumpen kolbenbüchse zwei diametral gegenüberliegende Steuerbohrungen auf, wobei der Kolbenmantel je Steuerbohrung mit einer separaten Einsen kung versehen ist. Hierdurch werden beide der den Mündungsbereichen der Steuerbohrungen gegenüberliegenden Seiten des Kolbenkopfes vor Kavitationserscheinungen geschützt. Vorteilhaft ist zudem, daß eine weitgehend symmetrische Druckverteilung auf beiden Seiten des Kolbens erzielt wird und daher einseitiger Verschleiß von Kolben und Büchse vermieden wird.In a preferred development of the invention, the pumps piston sleeve on two diametrically opposed control bores, the piston skirt for each control bore with a separate one kung is provided. This makes both of the mouth areas the control bores opposite sides of the piston head Protected against cavitation. It is also advantageous that a largely symmetrical pressure distribution on both sides of the piston is achieved and therefore one-sided wear of the piston and sleeve is avoided.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung schließen bei Vollaststel lung des Pumpenkolbens die die Einsenkung in Umfangsrichtung be grenzenden Grenzkanten die Bohrungsmündung zwischen sich ein, so daß die Bohrungsmündung auf voller Breite von der Einsenkung überstrichen wird. Da die Gefahr der Kavitationsschädigung bei Vollast, bei höch stem Einspritzdruck, am höchsten ist, gewährleistet diese Weiterbil dung auch bei diesem Lastfall einen ausreichenden Schutz.In a further embodiment of the invention close at full load development of the pump piston which is the depression in the circumferential direction Boundary boundary edges between the mouth of the hole, so that the hole was swept across the full width of the depression becomes. Since the risk of cavitation damage at full load, at max injection pressure, the highest, ensures this further development adequate protection even with this load case.

Um das Auftreten von Kavitationsschäden effektiv unterdrücken zu kön nen, ist eine maximale Tiefe der Einsenkung von 1/50 des Kolbendurch messers ausreichend.To effectively suppress the occurrence of cavitation damage is a maximum sink depth of 1/50 of the piston enough knife.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is described below Reference to the accompanying drawing explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Einspritzpumpe im Schnitt mit Einzelheit II, Fig. 1 shows a fuel injection pump in section with detail II,

Fig. 2a die Einzelheit II des Pumpenkolbens bei Förderbeginn mit Kavitationsblasen in vergrößerter Darstellung, Fig. 2a shows the detail II of the pump piston at commencement of delivery with cavitation bubbles in an enlarged scale;

Fig. 2b die Einzelheit II bei Förderende mit auflösenden Kavitations blasen in vergrößerter Darstellung, FIG. 2b shows the detail II at the end of delivery with resolution cavitation bubbles in an enlarged scale;

Fig. 3a einen Ausschnitt einer Abwicklung des Kolbenmantels im Bereich eines Steuerdreiecks mit projiziertem Mündungs rand kurz vor Förderbeginn bei Vollast, Fig. 3a shows a detail of a winding of the piston skirt in the area of a triangle with control estuarine projected edge just before start of delivery at full load,

Fig. 3b einen Ausschnitt einer Abwicklung des Kolbenmantels im Bereich eines Steuerdreiecks mit projiziertem Mündungs rand kurz nach Förderende bei Vollast, FIG. 3b a detail of a processing of the skirt in the area of a triangle with control estuarine projected edge shortly after the end of delivery at full load,

Fig. 4a einen Ausschnitt einer Abwicklung des Kolbenmantels im Bereich eines Steuerdreiecks kurz vor Förderbeginn bei Teillast und Fig. 4a shows a detail of a development of the piston skirt in the area of a control triangle shortly before the start of delivery at part load and

Fig. 4b einen Ausschnitt einer Abwicklung des Kolbenmantels im Bereich eines Steuerdreiecks kurz nach Förderende bei Teillast. Fig. 4b a detail of a processing of the skirt in the region of a control triangle shortly after the end of delivery at part load.

Die in Fig. 1 gezeigte Einspritzpumpe 1 umfaßt im wesentli chen eine Pumpenkolbenbüchse 2 mit einer Sacklochbohrung und einem Pumpenkolben 3, welcher in der Sacklochbohrung axial beweglich ge führt ist. Das Ende der Bohrung bildet den Druckraum 4, in welchem der Kraftstoff mittels des Pumpenkolbens 3 gefördert wird. Der Kraft stoff gelangt bei Förderbeginn unter hohem Druck über eine im Druck raum 4 stirnseitig mündende Abflußbohrung 5 und über nicht weiter dargestellte Ventile und Leitungen zur Brennkraftmaschine.The injection pump 1 shown in Fig. 1 comprises wesentli chen a pump piston bush 2 having a blind bore and a pump piston 3, which leads axially movable ge in the blind bore. The end of the bore forms the pressure chamber 4 , in which the fuel is delivered by means of the pump piston 3 . The fuel comes at the start of delivery under high pressure via a discharge chamber 5 opening in the pressure chamber 4 at the end and via valves and lines (not shown) to the internal combustion engine.

Zwei diametral gegenüberliegende Steuerbohrungen 6 münden in der Zylinderlauffläche 7 des Druckraumes 4. Über diese Steuerbohrungen wird bis Förderbeginn dem Druckraum 4 Kraftstoff zugeführt. Sie be stimmen zudem durch Überstreichen der Steuerkanten 8 am Kolbenkopf 9 des Pumpenkolbens 3 Förderbeginn und Förderende. Hierzu weist der Kolbenkopf 9 eine obere, druckraumseitig gelegene Steuerkante 8a und zwei kolbenschaftseitig, am Kolbenmantel 10 ausgebildete, schräge Steuerkanten 8b auf. Der Ausschnitt am Kolbenmantel 10, welcher je weils zwischen einer schrägen Steuerkante 8b und der oberen Steuer kante 8a abgegrenzt wird, bildet das Steuerdreieck 11a bzw. 11b. Förderbeginn setzt bei Aufwärtsbewegung, d. h. in Richtung des Druck raumes 4 des Pumpenkolbens 3 ein, sobald die obere Steuerkante 8a den oberen Mündungsrand 12 beider Steuerbohrungen 6 überstrichen hat, so daß der übrige Saugraum 4 gegenüber den Steuerbohrungen 6 abgedichtet ist. Kraftstoff wird nun unter hohem Druck zur Brennkraftmaschine gefördert. Bei Förderende wird eine oder beide Steuerbohrungen 6 von den schrägen Steuerkanten 8b aufgesteuert. D.h., die schrägen Steuerkanten 8b überstreichen die Steuerbohrungen 6 bevor der Pumpenkolben 3 den oberen Totpunkt erreicht. Über nutartige Aus fräsungen 13 am Mantel 10 des Kolbenkopfes 9 kann nun Kraftstoff aus dem Druckraum 4 über die Steuerbohrung 6 abfließen, der Druck im Druckraum 4 fällt ab, der Kraftstofffluß zur Brennkraftmaschine ist nun unterbrochen.Two diametrically opposed control bores 6 open into the cylinder surface 7 of the pressure chamber 4 . Fuel is supplied to the pressure chamber 4 via these control bores until the start of delivery. They also agree by sweeping the control edges 8 on the piston head 9 of the pump piston 3 start of delivery and end of delivery. For this purpose, the piston head 9 has an upper control edge 8 a located on the pressure chamber side and two oblique control edges 8 b formed on the piston skirt side and formed on the piston skirt 10 . The cutout on the piston skirt 10 , which is each delimited between an oblique control edge 8 b and the upper control edge 8 a, forms the control triangle 11 a or 11 b. Start of delivery begins with upward movement, ie in the direction of the pressure chamber 4 of the pump piston 3 , as soon as the upper control edge 8 a has swept over the upper mouth 12 of both control bores 6 , so that the remaining suction chamber 4 is sealed off from the control bores 6 . Fuel is now delivered to the internal combustion engine under high pressure. At the end of delivery, one or both control bores 6 are opened by the oblique control edges 8 b. That is, the oblique control edges 8 b sweep over the control bores 6 before the pump piston 3 reaches top dead center. From groove-like millings 13 on the jacket 10 of the piston head 9 , fuel can now flow out of the pressure chamber 4 via the control bore 6 , the pressure in the pressure chamber 4 drops, the fuel flow to the internal combustion engine is now interrupted.

Die Fig. 2a und 2b zeigen Momentanaufnahmen des Mündungsbereiches einer Steuerbohrung 6 kurz vor Förderbeginn bzw. kurz nach Förder ende. Durch Verdrehen des Pumpenkolbens 3 setzt Förderende früher oder später in der Hubbewegung des Pumpenkolbens 3 entsprechend Teillast- bzw. Vollastbetrieb ein. FIGS. 2a and 2b show instantaneous views of the mouth portion of a control bore 6 shortly before the beginning of delivery or shortly after the end of delivery. By rotating the pump piston 3 , the end of delivery begins sooner or later in the stroke movement of the pump piston 3 in accordance with part-load or full-load operation.

Zur Vermeidung von Kavitationsschäden am Kolbenkopf 9 und an den Mündungsrändern 12 ist der Kolbenkopf 9 jeweils in einem von der Steuerbohrung 6 überfahrenen Bereich des Steuerdreiecks mit einer länglichen Einsenkung 14 konstanter, geringer Tiefe versehen.To avoid cavitation damage to the piston head 9 and at the mouth edges 12 , the piston head 9 is provided with an elongated depression 14 of constant, shallow depth in a region of the control triangle which is run over by the control bore 6 .

Die den Steuerkanten 8a bzw. 8b benachbarten Grenzkanten 15a der Einsenkung 14 verlaufen zumindest streckenweise parallel im Abstand a zu den Steuerkanten 8a bzw. 8b. Der Abstand a der Einsenkung 14 zu den druckbeaufschlagten Teilen des Kolbenkopfes 9 gewährleistet eine ausreichende Dichtigkeit während der Förderphase, so daß kein Kraftstoff zwischen Zylinderlauffläche 7 und Kolbenmantel 10 über die Einsenkung 14 in die Steuerbohrungen 6 vorzeitig abfließen kann. In Umfangsrichtung sind die Einsenkungen 14 jeweils derart in die Steuerdreiecke 11a und 11b plaziert, daß bei Vollast- Stellung der Einsenkung 14 gegenüber dem überstrichenen Mündungsrand 12 die gesamte Mündung der Steuerbohrungen 6 während des Förderhubes bestrichen wird und zumindest ein oberer Mündungsabschnitt M der Steuerbohrungen 6 bei Förderende der jeweiligen Einsenkung 14 gegen überliegt, wie in Fig. 3b im schraffierten Bereich M gezeigt. Die vollastseitige Grenzkante 15b tangiert daher den Mündungsrand 12 vollastseitig, während die teillastseitige Grenzkante 15c außerhalb des Mündungsrandes 12 liegt, so daß die vollast- und die teil lastseitige Grenzkante 15b bzw. 15c die Mündung der bestrichenen Steuerbohrung zumindest im Vollastfall zwischen sich einschließen. Die beiden Einsenkungen 14 bewirken nun folgendes (siehe Fig. 3a und 3b bzw. Fig. 4a und 4b): Die bei Förderbeginn im oberen Abschnitt des Mündungsbereiches der Steuerbohrungen 6 entstehenden Kavitations blasen K verbleiben zunächst während der Förderphase in diesem obe ren Abschnitt nahe des Kolbenmantels 10, bis bei Förderende den Kavi tationsblasen K statt des Kolbenmantels 10 ein Teil der Einsenkung 14 gegenüberliegt, so daß aufgrund des geringfügig größeren Implosions raumes die Kavitationswirkung erheblich reduziert wird. Kavitations schäden treten daher nicht auf.The control edges 8 a and 8 b adjacent boundary edges 15 a of the recess 14 extend at least in parts in parallel at a distance a to the control edges 8 a and 8 b. The distance a of the depression 14 to the pressurized parts of the piston head 9 ensures a sufficient tightness during the delivery phase, so that no fuel between the cylinder surface 7 and piston skirt 10 can flow off prematurely in the control holes 6 via the depression fourteenth In circumferential direction, the recesses 14 are each in such a manner in the control triangles 11 a and b placed 11 that the entire mouth of the control bores is coated 6 during the pumping stroke at the full load position of the recess 14 relative to the swept mouth edge 12 and at least an upper mouth portion M of the control bores 6 at the end of the conveyance opposite the respective depression 14 , as shown in the hatched area M in FIG. 3b. The full-load boundary edge 15 b therefore affects the mouth edge 12 at the full-load side, while the part-load side boundary edge 15 c lies outside the mouth edge 12 , so that the full-load and the partially load-side boundary edge 15 b or 15 c the mouth of the coated control bore, at least in the case of full load lock in. The two depressions 14 now effect the following (see FIGS . 3a and 3b or FIGS . 4a and 4b): The cavitation bubbles K which occur at the start of production in the upper section of the mouth region of the control bores 6 initially remain in this upper section near the during the production phase Piston jacket 10 until at the end of delivery the cavitation bubbles K instead of the piston jacket 10 are opposite part of the depression 14 , so that the cavitation effect is considerably reduced due to the slightly larger implosion space. Cavitation damage therefore does not occur.

Claims

1.Injection pump for internal combustion engines with a pump piston liner, which has at least one control bore opening in the pressure chamber of the pump piston liner, and with a pump piston, the piston head on the pressure chamber side of which has an upper control chamber on the pressure chamber side and at least one lower, oblique control edge, which is covered by sweeping over the control bore (en) Determine the start or end of delivery, the piston skirt of the piston head between the upper and lower control edge ( 8 a or 8 b) in a the control bore ( 6 ) over a region has a depression ( 14 ), which at their to Pressure sides of the piston head ( 9 ) lying border edges ( 15 a, b, c) is sealed by spacing from the high pressure area and the distance a transversely from the lower control edge ( 8 b) to the adjacent border edge ( 15 a) smaller than the mouth diameter of is swept control bore ( 6 ), characterized in that the depth of the recess ( 14 ) is a maximum of 1/50 of the piston diameter.

Is that the pump piston bush (2) has two diametrically opposite control bores (6) and the piston skirt (10) depending on control bore (6) with a separate recess (14) provided 2. Injection pump according to claim 1, characterized.

3. Injection pump according to claim 1 or 2, characterized in that the depression ( 14 ) in the circumferential direction be bordering boundary edges ( 15 b, c) at full load of the pump piston ( 3 ) include the bore mouth between them, so that the bore mouth at least at full load of the pump piston ( 3 ) over the full width of the depression ( 14 ) is swept.

4. Injection pump according to one of the preceding claims, characterized in that the depression ( 14 ) is uniformly deep over its base.