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Brennstoffeinspritzvorrichtung für Dieselmaschinen mit Gemischeinspritzpumpe
Die Erfindung betrifft eine vornehmlich für Dieselmaschinen geeignete Brennstoffeinspritzvorrichtung
mit Gemischeinspritzpumpe, in deren Arbeitsraum beim Auswärtshube des Pumpenkolbens
ein Gemisch aus Brennstoff und aus dem Arbeitszylinder entnommener verdichteter
Luft gebildet, beim Rückhube des Pumpenkolbens weiter verdichtet und schließlich
in den Arbeitszylinder eingespritzt wird.
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Der Hauptzweck der Erfindung ist, die Zerstäubung des Brennstoffes
bei der Bildung der Ladung und dadurch seine Verteilung und Verbrennung im Arbeitszylinder
zu verbessern. Erfindungsgemäß wird zur Steuerung der zwischen dem Pumpen- und Arbeitszylinder
befindlichen Verbindungsöffnung ein Ventil mit einem Drosselgliede vorgesehen, welches
den Durchgangsquerschnitt der Verbindungsöffnung verengt, solange sich der Pumpenkolben
nicht in einer seiner beiden Endstellungen befindet, den Durchgangsquerschnitt aber
am Anfang und Ende der beiden Hübe des Pumpenkolbens oder nur am Ende des Auswärtshubes
und am Anfang des Rückhubes freiläßt. Es kann nun das mit dem Drosselgliede verbundene
Ventil erfindungsgemäß ganz unabhängig vom Gemischpumpenkolben gesteuert und hierbei
mit einem tellerartigen Sprühkopf versehen werden, der durch einen Zapfen möglichst
geringen Durchmessers mit dem erwähnten Ventil fest verbunden wird, oder es kann
das Ventil nebst dem Drosselglied im ganzen mit dem Pumpenkolben verbunden sein.
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Die Zuführung der verdichteten Luft aus dem Arbeitszylinder in den
Pumpenzylinder geschieht über einen von der Verbindungsöffnung ausgehenden Nebenkanal,
der so angeordnet wird, daß er in den Pumpenzylinder ganz in der Nähe des Brennstoffeinlasses
einmündet. Die beim Auswärtsgange des Pumpenkolbens sofort nach Eröffnung des Ventils
vom Arbeitszylinder in den Pumpenzylinder einströmende Druckluft muß also den zufließenden
Brennstoff erfassen, so daß eine innige Vermischung sichergestellt ist.
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Obgleich es in den weitaus meisten Fällen vorteilhafter ist, den Pumpenkolben
und das mit dem Drosselglied versehene Ventil unabhängig voneinander zu steuern,
ist es gemäß Erfindung nach Obigem jedoch auch möglich, das Ventil und das Drosselglied
mif dem Pumpenkolben fest zu verbinden; dabei kann das Drosselglied nur aus einem
zylindrischen Zapfen bestehen, so daß der Durchgangsquerschnitt der zwischen dem
Arbeitszylinder und dem Pumpenzylinder befindlichen öffnung nur am Ende des Auswärtshubes
und zu Beginn des Rückhubes des Pumpenkolbens freigelassen wird.
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Zum Unterschied von den bisher bekannten Brennstoffeinspritzvorrichtungen
ist besonders hervorzuheben, daß ein Vorgemisch, bestehend
aus
der gesamten für einen Arbeitshub erforderlichen Brennstoffmenge und einem Teil
der aus dem Arbeitszylinder entnommenen verdichteten Ladeluft, in der neuen Einspritzvorrichtung
bereits fertiggestellt wird, noch während es im Pumpenzylinder enthalten ist, und
beim Vorwärtsgange des Pumpenkolbens durch weitere Verdichtung (wie beim Dieselprinzip)
zur Zündung und teilweisen Verbrennung gebracht wird, um mit Überdruck in den Arbeitszylinder
bereits im brennenden Zustande einzutreten.
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Abb. i zeigt, teilweise im Schnitt, eine für Dieselmaschinen bestimmte
Einspritzvorrichtung.
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Abb. 2 bringt eine Einzelheit zur Abb. i. Abb. 3 bis 7 stellen in
schematischer Form die Einspritzvorrichtung in verschiedenen Arbeitsstellungen dar.
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Abb. 8 bringt eine für Zweitaktmaschinen gebräuchliche Ausführung.
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In Abb. i bezeichnet a den Zylinderkopf, b den Zylinder der Einspritzvorrichtung
und c den Gemischeinspritzkolben. Der Zylinder b der Einspritzvorrichtung ist fest
in den Zylinderkopf a eingesetzt. Mitten durch den Einspritzkolben c ist die Spindel
d des unabhängig gesteuerten Ventils e geführt.
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Am unteren Ende des Ventils e sitzt ein kegeliger Sprühkopf f, welcher
die Pumpenladung bei Einführung in den mit g (Abb. 6) bezeichneten Verbrennungsraum
allseitig fein verteilen soll. Der Sprühkopf sitzt auf einem kurzen Zäpfchen f1
in der Mitte des Ventils e. Gegebenenfalls kann der Sprühkopf bzw. das ihn tragende
Zäpfchen f 1 mit Rippen oder sonstigen Vorsprüngen versehen werden, um die Zerstäubung
noch feiner zu gestalten.
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Das Innere des Gemischpumpenzylinders b steht mit dem Arbeitszylinder
a über einen Kanal h in Verbindung. Kanal h sitzt in Mitte der auf
den Zylinder b unten aufgeschraubten Kappe b1.
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Kanal h läßt zwei verschieden große Bohrungen unterscheiden. In dem
weit gebohrten Abschnitte des Kanals la findet das Ventile seinen Sitz h2, während
der enger gebohrte Abschnitt den Sprühkopf f aufnimmt und durch diesen mehr oder
weniger abgedrosselt wird. Der Einspritzquerschnitt, das ist die Stelle, an welcher
die Pumpenladung aus dem Kanal lt aus- und in den Arbeitszylinder eintritt, ist
mit hl bezeichnet.
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An einer Stelle des Ventilsitzes h2 mündet der schräg und tangential
geführte Kanal i ein (Abb. 2). Die obere Mündung dieses Kanals liegt nahe dem mit
k1 bezeichneten Auslaß des bzw. der Kanäle k, durch weiche der Brennstoff unter
Druck, z. B. mittels einer Vorpumpe, eingeführt wird. Die durch den Kanal i eintretende
Luft wird also unmittelbar auf den eintretenden Brennstoff gerichtet und diesen
bereits wirksam vorzerstäuben.
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Die Ventilspindel d geht axial durch den Einspritzkolben c hindurch.
Beide Teile sind einstellbar und werden getrennt voneinander durch die mit d' und
& bezeichneten He'@el gesteuert. Das Zurückziehen des Einspritzkolbens bzw.
der Ventilspindel geschieht durch Nocken, der Arbeitshub wird dagegen durch Federn
ausgeführt. Die Nocken und Federn sind nicht dargestellt, da ihre Wirkung und Anordnung
als bekannt zu betrachten ist.
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Die gesteuerten Teile sind so eingestellt, daß, wenn der Kolben c
am Ende seines Arbeitshubes steht, sich auch das -Ventil e in seiner tiefsten Stellung
befindet und der kegelige Sprühkopf f dann gerade noch in den Arbeitszylinder hineinragt.
a1 bezeichnet den Arbeitskolben (Abb.3).
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Das Ventil e und der Sprühkopf f bleiben in dieser Stellung, während
sich der Kolben c allmählich zurückbewegt (Abb. q.) und eine entsprechende Brennstoffmenge
durch den Einlaßkanal h in den Gemischpumpenzylinder eintreten läßt.
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Der Kolben c bewegt sich noch weiter zurück, in Abb. g z. B. noch
weiter nach rechts, Um den vielleicht noch vorhandenen rückständigen: Druck im Gemischpumpenzylinder
vollkommen aufzuheben, worauf das Ventil e sich voll öffnet und verdichtete heiße
Luft aus dem Maschinenzylinder über den Kanal i in den Getnischpumpenzylinder b
treten läßt. Die durch den Kanal i tretende verdichtete Luft trifft auf den bei
h eintretenden Brennstoff und wird diesen vorzerstäuben bzw. verdampfen. ° Damit
wäre die erste Stufe in der Bildung der Ladung beendet.
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Das -Ventil e wird sich jetzt zur Hälfte schließen, d. h. die in Abb.
6 gezeigte Stellung einnehmen, so daß der Sprühkopf gerade in Mitte der Einspritzöffnung
hl liegt und diese teilweise abdrosselt. Zu gleicher Zeit geht der Einspritzkolben
c vor, um die erst teilweise fertiggestellte Ladung über den Nebenkanal i. und dann
über die Einspritzöffnung hl in den Arbeitszylinder treten zu lassen. Hierbei wird
die Zerstäubung erst richtig beendet, da die Ladung zufolge der tangentialen Führung
des Nebenkanals i ringsum und an dem Sprühl<opf f vorbeiwirbeln muß.
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Die zweite Stufe in der Bildung der Ladung ist damit beendet. Sobald
die Ladung in den Arbeitszylinder gelangt, wird die Verbrennung wie üblich durch
die Verdichtungswärme der Ladeluft eingeleitet. Das Ventil e. schließt sich jetzt
vollständig, begibt sich also in die mit Abb. 7 gegebene Stellung, so daß zwischen
Gemischpumpenzylinder und Arbeitszylinder überhaupt. keine Verbindung
mehr
besteht. Der Einspritzkolben und das Ventil bleiben bis zum Ende des Arbeitshubes
des Maschinenkolbens in Ruhe. Der Einspritzkolben beginnt danach wieder sich zurückzuziehen,
und die übrigen Arbeitsgänge wiederholen sich, so wie es eben beschrieben wurde.
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Die Ladung der Maschine wird also in zwei Stufen gebildet, erst wird
ein Vorgemisch während der Einführung einer gewissen Teilluftmenge aus dem Maschinenzylinder
und von Brennstoff in dem Gemischpumpenzylinder hergestellt, dann wird die Ladung
endgültig fertiggestellt, indem das Vorgemisch durch den Einspritzkolben in den
mit dem Reste der verdichteten Luft gefüllten Arbeitszylinder gedrückt wird.
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Nach Abb. 8 läßt der Zylinder b zwei Räume, einen Raum oberhalb und
einen Raum unterhalb des Kolbens c, unterscheiden. Beide Räume sind an der Gemischbildung
beteiligt. Der Einspritzkolben ist in diesem Falle nicht mit einem unabhängig gesteuerten
Ventil kombiniert. Die Kolbenmenge beträgt etwa mehr als die halbe Laufflächenlänge
des Einspritzzylinders b. Der Kolben bewegt sich leicht im Zylinder. Die Kolbenstange
c2 ist durch einen Deckel b2 nach außen geführt, zur Abdichtung kann eine Stopfbüchse
dienen. Für den Arbeitshub ist eine Feder c3 vorgesehen. Den Rückwärtshub entgegen
der Federwirkung übernimmt der von einem Nocken gesteuerte Hebel cl.
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Das Brennstoffzuflußrohr k liegt gerade über dem oberen Rande des
Kolbens, solange letzterer sich in der untersten Stellung befindet. Diametral gegenüber
dem Oleinlaß k, jedoch in tiefer liegender Ebene, liegt die Mündung des Nebenkanals
i. Diese Mündung muß frei liegen, sobald der Kolben die punktiert eingezeichnete
obere Lage einnimmt. Um die Öffnungsweite des Brennstoffeinlasses bzw. der Mündung
des Kanals i genau regeln zu können, ist es vorteilhaft, die Stirnseite des Kolbens
etwas schräg zur Längsachse zu stellen, so daß man den Kolben bei notwendig werdender
Einstellung jener öffnungen nur etwas zu verdrehen braucht. Der Kolben c ist auf
einer Seite mit einer Nut versehen, in welcher ein mit l bezeichneter, verhältnismäßig
kurzer Keil gelagert und unter Federdruck gegen die Zylinderwand nahe dem Einlaß
k gedrückt wird. Die Federn sind mit 11 bezeichnet. Der Keilt, der sich mit dem
Kolben verschiebt und die Steuerkante für Brennstoffeinlaß trägt, soll trotz der
ziemlich leichten Führung des Kolbens einen immer sicheren Abschluß des Brennstoffeinlasses
gewährleisten.
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Falls notwendig, kann der Brennstoffzufluß mit einem Nadelventil o.
dgl. geregelt werden. In der Mitte des Zylinderbodens der Einspritzvorrichtung ist
die den Einspritzzylinder mit - dem Arbeitszylinder verbindende Offnung dal vorgesehen.
An sie schließt sich der Ventilsitz für den mit e1, f1 bezeichneten, unten am Kolben
c festsitzenden Teil an. Solange der Kolben c sich in seiner unteren Stellung befindet,
bleibt die Öffnung lal vollkommen abgeschlossen. Geht der Kolben jedoch zurück,
so zieht der Zapfen f1 allmählich aus der Öffnung heraus und kommt schließlich in
die mit punktierten Linien eingezeichnete Lage. In den Zwischenstellungen, die zwischen
den beiden hier in Abb. 8 dargestellten Lagen liegen würden, verengt der Zapfen
f1 die Öffnung hl mehr oder weniger und gewährleistet so eine gute Zerstäubung.
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Der Nebenkanal i liegt in der Zylinderwandung.
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Befindet sich der Kolben c in der unteren Stellung; so wird über den
seitlichen.Einlaß k Brennstoff in den oberen Zylinderraum eingeführt.- Wird der
Kolben zurückgezogen, so wird der Schieber l vorerst den Brennstoffeinlaß k absperren.
Der weiter zurückgehende Kolben verdrängt den Brennstoff nach und nach in den erweiterten
oberen Zylinderraum b3 und von dort in den Nebenkanal i. Der Brennstoff gelangt
dann schließlich durch den Kanal i hindurch nach der Unterseite des Kolbens c in
den inzwischen mit verdichteter Luft vom Maschinenzylinder her aufgefüllten unteren
Zylinderraum. Geht der Kolben c wieder nach unten, so drückt er die Ladung in den
Maschinenzylinder, und sie wird beim Durchgang durch die Öffnung lal gründlich zerstäubt.
Der niedergehende Einspritzkolben sperrt alsbald den Nebenkanal i, d. h. dessen
untere Mündung ab, so daß im oberen Raum ein gewisses Vakuum entsteht, durch welches
das für die nächste Einspritzung notwendige Öl vom Einlaß k her angesaugt wird.
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Hervorzuheben ist, daß der Einspritzkolben nur leicht im Zylinder
geführt zu werden braucht. Die leichte Führung ist in vielen Fällen von ganz besonderem
Vorteil. Man vermeidet im vorliegenden Falle das sonst notwendige Dichten und genaue
Einschleifen des Kolbens. Daneben hat die leichte Führung den Vorteil, daß die Abnutzung
nicht mehr in dem Maße wie früher eintritt. Der einzige Teil, welcher dicht geführt
werden muß, ist der mit l bezeichnete, den Brennstoffeinlaß steuernde Keil.