DE1476277B1 - Brennstoffeinspritzeinrichtung fuer eine Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents
Brennstoffeinspritzeinrichtung fuer eine KolbenbrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzeinrichtung für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einer
Brennstoflpumpe, einem Speicherraum und an diesen angeschlossenen, in den Arbeitszylindern angeordneten
Einspritzventilen, die durch eine besondere, die Einspritzdauer und den Einspritzbeginn regelnde
Einrichtung steuerbar sind.
Bei Brennstoffemspritzeinrichtungen dieser Art ist
es wie auch bei den meisten anderen bekannten Einspritzeinrichtungen nicht möglich, den Einspritzdruck
bei verschiedenen Betriebszuständen frei zu wählen.
Dieser Umstand bildet einen wesentlichen Nachteil. Beim Einspritzvorgang soll nämlich der Brennstoff
derart eingespritzt werden, daß er zwar möglichst gleichmäßig über den gesamten Brennraum der Maschine
verteilt wird, jedoch nicht gegen die verhältnismäßig kühle Wand des Zylinderkopfes stößt. Da
bei verschiedenen Betriebszuständen die im Zylinderraum komprimierte Luft eine verschiedene Dichte
und Temperatur aufweist und außerdem je nach Drehzahl verschiedene Zeiträume für den Einspritzvorgang
zur Verfügung stehen, ergibt sich, daß es erwünscht wäre, den Brennstoff mit verschiedenen
Drücken in Abhängigkeit vom Betriebszustand frei wählbar einzuspritzen. Eine derartige Wahl des
Brennstoffdruckes ist jedoch bei den heutigen bekannten Einspritzvorrichtungen nicht möglich.
Aus der USA.-Patentschrift 2053 543 ist eine Dieselmaschine bekannt, bei welcher als Brennstoffpumpe
ein Druckumsetzer verwendet wird, der die Form einer durch einen Axialschieber gesteuerten
Kolbenpumpe hat, wobei die Kolbenpumpe durch als Brennstoff dienendes Öl mit niedrigerem Druck
angetrieben wird. Im Niederdrucksystem der Brennstoffpumpe ist ein Druckregler angeordnet, welcher
die Wahl des Einspritzdruckes gestattet. Diese bekannte Anordnung ist nicht mit durch eine besondere
Steuereinrichtung gesteuerten Einspritzventilen versehen. Die Wahl des Einspritzdruckes dient daher
in diesem Fall nur der Bemessung der einzuführenden Brennstoffmenge. Dabei bestehen wieder die bereits
erwähnten Nachteile, daß man den Brennstoffdruck nicht unabhängig an die Lastzustände der Maschine
anpassen kann.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, bei einer Brennstoffeinspritzeinrichtung
einer Kolbenbrennkraftmaschine, insbesondere einem Dieselmotor, die erwähnten Nachteile zu vermeiden
und eine vom jeweiligen Betriebszustand der Maschine unabhängige Einstellung des Einspritzdruckes
bei geeigneter Wahl der Drücke zu ermöglichen.
Diese Aufgabe ist bei der eingangs geschilderten Brennstoffeinspritzeinrichtung erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß in an sich bekannter Weise die Brennstoffpumpe als Druckumsetzer ausgebildet ist,
welcher von einem Druckmittel mit niedrigerem Druck als dem Einspritzdruck angetrieben wird, wobei
an die Leitung des Druckmittels mit niedrigerem Druck ein Druckregler angeschlossen ist und eine
Vorrichtung vorgesehen ist zur Konstanthaltung des Druckes in der zu den Einspritzventilen führenden
Leitung und daß die Vorrichtung aus dem Druckregler und dem Speicherraum besteht.
Auf diese Weise wird durch eine Freiwahl des Druckes des Brennstoffes beim Einspritzvorgang eine
Anpassung dieses Druckes an verschiedene Lastzustände der Maschine möglich.
Als Druckmittel mit niedrigerem Druck dient vorzugsweise bei der erfindungsgemäßen Einrichtung das
Schmieröl aus dem Schmiersystem der Maschine. Dadurch wird der Vorteil gewonnen, daß bei großen
Motoren mit Vorschmiersystem der Druck im Einspritzsystem bereits vor dem Start des Motors aufgebaut
werden kann.
Als Druckumsetzer wird vorzugsweise in an sich bekannter Weise eine Kolbenpumpe verwendet, die
zwei koaxiale in entgegengesetzter Richtung in entsprechenden Zylinderräumen wirkende Kolben aufweist,
die. in ihrem mittleren Bereich mit einem Antriebskolben mit größerem Durchmesser versehen
sind, zu dessen beiden Seiten sich Zylinderräume befinden, in welche das Druckmittel mit niedrigerem
Druck durch ein Steuerorgan eingeführt werden kann, welches den Zylinderraum abwechselnd an die Leitung
mit dem Druckmittel und darauf an die Leitung mit niedrigerem Druck anschließt. Auf diese Weise
wird ein zuverlässig wirkender Druckumsetzer mit einfachem Aufbau erhalten.
Das Steuerorgan kann vorzugsweise in an sich bekannter Weise ein mit einem besonderen Antrieb versehener
Drehschieber sein. Dadurch wird eine besonders im Betrieb zuverlässige Ausführung erhalten, bei
welcher ein Klemmen des Schiebers wegen Verunreinigung oder Korrosion praktisch ausgeschlossen ist.
Die Erfindung wird an Hand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsform erläutert.
Im Zylinder eines nicht dargestellten Dieselmotors ist ein Einspritzventil 1 angeordnet, in dessen Gehäuse
2 eine Ventilnadel 3 dichtend geführt ist. Die Ventilnadel 3 versperrt mit ihrem konischen Teil 4,
der mit einem Ventilsitz 5 zusammenwirkt, den Zufluß des Brennstoffes zu Einspritzbohrungen 6. Am
unteren Ende der Ventilnadel 3 befindet sich im Gehäuse 2 ein Hohlraum 7, der mit einer Bohrung 8 verbunden
ist, die an eine Leitung 9 des Einspritzsystems angeschlossen ist. Die Leitung 9 ist mit einem in der
Nähe des Einspritzventils angeordneten Speicherraum V versehen. Das obere Ende der Ventimadel 3
ist von einem im Gehäuse 2 ausgebildeten Hohlraum 10 umgeben, der durch eine Bohrung 11 an eine
Steuerleitung 12 eines hydraulischen Steuersystems angeschlossen ist. Ein verjüngtes Ende 13 der Ventilnadel
3 dient zusammen mit der entsprechenden Wand des Hohlraumes 10 der Begrenzung des Hubes
der Ventilnadel 3.
Die Leitung 9 ist zusammen mit weiteren Leitungen 9, die zu den Einspritzventilen weiterer Zylinder
führen, an eine Druckleitung 14 einer Brennstoffpumpe 15 angeschlossen. Zwischen der Steuerleitung
12 und der Druckleitung 14 befindet sich ein Steuerorgan 16, welches zur Steuerung des Einspritzvorganges
wahlweise die Steuerleitung 12 mit der Druckleitung 14 verbindet oder die Druckleitung 14 verschließt
und die Steuerleitung 12 an eine Leitung 17 anschließt, die in einen Brennstoffbehälter 18, aus
welchem die Brennstoffpumpe 15 ansaugt, zurückführt.
Das Steuerorgan 16, dessen konstruktive Ausbildung nicht Gegenstand der Erfindung ist, ist aus Anschaulichkeitsgründen
nur schematisch dargestellt. Dieses ist durch einen Antrieb A mit der Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine verbunden. Durch einen Hebel β ist ein Schieberkörper im Steuerorgan in axialer
Richtung verstellbar, wodurch die Dauer der Verbin-
dung der Steuerleitung 12 mit der Leitung 17 und damit die Öffnungszeit der Ventilnadel 3 und die zur
Einspritzung gelangende Menge des Brennstoffes verändert werden kann. Schließlich ist noch ein Einstellorgan
T vorgesehen, durch welches der gesamte Einspritzvorgang relativ zur Stellung der Kurbelwelle
verlagert werden kann.
Aus der Druckleitung 14 der Brennstoffpumpe 15 gelangt der geförderte Brennstoff einerseits durch die
Leitung 9 und die Bohrung 8 in den Hohlraum 7 des Einspritzventils und andererseits bei durchgehender
Verbindung durch das Steuerorgan 16 durch die Steuerleitung 12 und die Bohrung 11 in den Hohlraum
10 des Einspritzventils. Bei der dargestellten Anordnung wird bei gleichen Drücken in den Hohlräumen
7 und 10 die Ventilnadel 3 gegen den Ventilsitz 5 gedrückt und verhindert somit das Ausströmen
von Brennstoff durch die Einspritzbohrungen 6. Sobald jedoch zur Auslösung des Einspritzvorganges
durch das Steuerorgan 16 die Steuerleitung 12 und die Leitung 17 miteinander verbunden werden, sinkt
der Druck im Hohlraum 10 des Einspritzventils, und die Ventilnadel 3 wird so lange angehoben, bis durch
Verbindung der Steuerleitung 12 und der Druckleitung 14 im Hohlraum 10 wieder der Druck der
Druckleitung 14 herrscht.
Die Brennstoffpumpe 15 enthält in einem Pumpengehäuse 18' einen Doppelkolben 19, der in einer Bohrung
im Pumpengehäuse 18' geführt ist und mit dieser zwei Pumpenräume 20 und 21 bildet. Jeder der Pumpenräume
ist mit einem Saugventil 22 und einem Druckventil 23 versehen. Die Saugventile 22 sind an
eine Saugleitung 24 angeschlossen, die Druckventile 23 an die Druckleitung 14.
In der Mitte ist der Doppelkolben 19 mit einem Kolben 25 mit größerem Durchmesser versehen, der
in einer Bohrung im Pumpengehäuse 18' geführt ist und mit dieser zwei Zylinderräume 26 und 27 bildet.
Die Zylinderräume 20 und 26 bzw. 21 und 27 sind voneinander durch Dichtungen 28 getrennt, neben
denen sich seitlich Nuten 29 und 30 im Gehäuse befinden, die je an getrennte Abströmleitungen 31 bzw.
32 angeschlossen sind.
Die Zylinderräume 26 und 27 sind durch Leitungen 33 und 34 an einen Steuerschieber 35 angeschlossen,
dessen Rotor 35' diese Leitungen periodisch abwechselnd entweder mit einer Leitung 36 verbindet,
welche Drucköl aus dem Schmiersystem unter Druck führt, oder an eine Abströmleitung 37, die in den
Schmierölbehälter führt. In der Leitung 36 befindet sich ein Druckregler 38, der an eine Schmierölleitung
39 angeschlossen ist, die von einer z. B. fremdangetriebenen Schmierölpumpe 40 mit Schmieröl unter
Druck versorgt wird.
Der Rotor 35' des Steuerschiebers 35 kann seinen Antrieb von einem beliebigen rotierenden Antriebsorgan erhalten, welches rotiert, wenn die Brennkraftmaschine
in Betrieb ist. Wenn, wie dies bei größeren Kolbenbrennkraftmaschinen der Fall ist, die Schmierölpumpe
40 mit einem besonderen, von der Brennkraftmaschine unabhängigen Antriebsmotor versehen
ist, so erfolgt vorzugsweise der Antrieb des Rotors 35' von diesem Motor bzw. von der Schmierölpumpe
40. Wenn die Schmierölpumpe 40 Drucköl liefert und der Rotor 35' rotiert, so wird abwechselnd
einer der Zylinderräume 26 und 27 der Brennstoffpumpe 15 unter Druck gesetzt und der andere an die
Abströmleitung 37 des Schmieröles angeschlossen.
Dies hat eine axiale Krafteinwirkung auf den Kolben 25 und damit auch auf den Doppelkolben 19 zur
Folge, welche je nach Bedarf größere oder kleinere Hübe mit einer Frequenz ausführen, die gleich der
Drehzahl des Rotors 35' ist. Durch diese Hubbewe*· gungen wird Brennstoff aus dem Behälter 18 durch
die Saugleitung 24 angesaugt und in die Druckleitung 14 gefördert. Der in der Druckleitung 14 auftretende
Druck ist durch den in den Zylinderräumen 26, 27 wirkenden Druck des primären Druckmittels, nämlich
des Schmieröles, gegeben. Dieser Druck wird am Druckregler 38 eingestellt. Die Hubbewegung der
Kolben entspricht dabei der aus der Druckleitung entnommenen Brennstoffmenge. Wird kein Brennstoff
abgenommen, so steigt der Druck in der Druckleitung 9 derart, daß die auf den Doppelkolben 19
wirkende Kraft von der auf den Kolben 25 wirkenden Kraft nicht mehr überwunden werden kann. In diesem
Falle führt trotz wechselnder Beaufschlagung mit Drucköl der Kolben 25 zusammen mit dem Doppelkolben
19 keine Hubbewegung aus. Die Brennstoffpumpe führt somit Hübe mit einer Frequenz aus,
die der Drehzahl des Rotors 35' des Steuerschiebers 35 entspricht. Die Größe dieser Hübe variiert dabei
entsprechend der abgenommenen Brennstoffmenge.
Die Nuten 29 und 30 im Pumpengehäuse 18' dienen zur Entlastung der Dichtungen 28 und tragen
dadurch zur einwandfreien Trennung der beiden wirkenden Medien, des Brennstoffes und des Schmieröles,
bei.
Ein besonderer Vorteil der Brennstoffpumpe besteht darin, daß sie unabhängig am Motor angeordnet
werden kann, da sie nur mit einigen Rohrleitungen angeschlossen wird und keines mechanischen Antriebes
vom Motor bedarf und auch keine mechanische Verbindung zwischen der Schmierölpumpe
und der Steuerung der Brennstoffpumpe benötigt.
Obwohl die Erfindung an Hand einer Kolbenpumpe beschrieben wurde, die als Druckumsetzer
wirkt, ist es prinzipiell möglich, auch andere Druckumsetzer zu verwenden. So ist z. B. eine Kombination
eines hydraulischen Motors mit einer Pumpe denkbar, die aus Zahnrädern nach der Art der Zahnradpumpe
bestehen können.
Claims (4)
1. Brennstoffeinspritzeinrichtung für eine Kolbenbrennkraftmaschine
mit einer Brennstoffpumpe, einem Speicherraum und an diesen angeschlossenen, in den Arbeitszylindern angeordneten
Einspritzventilen, die durch eine besondere, die Einspritzdauer und den Einspritzbeginn regelnde
Einrichtung steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter
Weise die Brennstoffpumpe (15) als Druckumsetzer ausgebildet ist, welcher von einem Druckmittel
mit niedrigerem Druck als dem Einspritzdruck angetrieben wird, wobei an die Leitung des
Druckmittels mit niedrigerem Druck ein Druckregler (38) angeschlossen ist und eine Vorrichtung
vorgesehen ist zur Konstanthaltung des Druckes in der zu den Einspritzventilen führenden Leitung
und daß die Vorrichtung aus dem Druckregler (38) und dem Speicherraum (V) besteht.
2. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel
mit niedrigerem Druck das Schmieröl aus dem Schmiersystem der Maschine ist.
3. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich
bekannter Weise als Druckumsetzer eine Kolbenpumpe dient, die zwei koaxiale in entgegengesetzter
Richtung in entsprechenden Zylinderräumen wirkende Kolben aufweist, die in ihrem
mittleren Bereich mit einem Antriebskolben mit größerem Durchmesser versehen sind, zu dessen
beiden Seiten sich Zylinderräume befinden, in welche das Druckmittel mit niedrigerem Druck
durch ein Steuerorgan eingeführt werden kann, welches den Zylinderraum abwechselnd an die
Leitung mit dem Druckmittel und darauf an die Leitung mit niedrigerem Druck anschließt.
4. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich
bekannter Weise das Steuerorgan ein mit einem besonderen Antrieb versehener Drehschieber ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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