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Brennstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Brennstoffpumpe zur Einspritzung von Brennstoff in den ' Zylinder
einer Brennkraftmaschine unter Benutzung einer offenen Düse. Bekanntlich wird bei
den Brennstoffpumpen mit offener (oder durch ein nur leicht belastetes Ventil verschlossener)
Einspritzdüse der Brennstoff erst im Augenblick der Einspritzung unter Druck gesetzt;
diese Anordnung hat gegenüber den Brennstoffpumpen, bei denen der bereits vor der
Einspritzung unter Druck :gespeicherte Brennstoff durch ein stark belastetes Ventil
von der Einspritzdüse zurückgehalten wird, derr Vorteil, daß Voreinspritzungen wegen
Undichtigkeit des Ventils vermieden werden.
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Nun sind Brennstoffpumpen mit offener Düse bekannt, bei denen der
Pumpenkolben durch ein Druckmittel, das von einer besonderen Pumpe geliefert wird,
zum Einspritzhub angetrieben wird und während dieses Hubes eine Feder spannt, deren
spätere Entspannung die Rückstellung des Pumpenkolbens besorgt. Mit diesen bekannten
Anordnungen ist es unmöglich, hohe Einspritzgeschwindigkeit mit großer Beschleunigung
und Verzögerung und somit kurze Einspritzdauer mit :scharfemEinspritzbeginn und
-ende zu erzielen. Denn einmal wirkt die Rückstellfeder sowohl durch ihre Gegenkraft
als auch durch ihre Masse - die bei den geforderten hohen Beschleunigungen stark
ins Gewicht fällt - verzögernd. Ferner bedingen- die langen Leitungen zwischen Druckmittelquelle
und Brennstoffpumpe infolge der Masse und der Reibung des Druckmittels eine Erhöhung
der Trägheit und infolge der Elastizität des Druckmittels die Ausbildung von Druckwellen,
die infolge Reflexion in den Verbindungsleitungen hin und her laufen und zu Nacheinspritzungen
Anlaß geben können. Alsdann führt die Forderung, insbesondere bei Luft oder wenig
viscosem Brennstoff als Druckmittel, geringe Drücke zu verwenden, zu großen Treibkolbenflächen
der Brennstoffpumpe, um die erforderlichen hohen Einspritzdrücke zu erzielen, und
damit zu schweren Kolben von großeniTrägheitswderstand.
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Die Erfindung bezweckt, eine Brennstoffpumpe zum Einspritzen mittels
offener Düse, bei welcher .der Einspritzhub des Kolbens unter Einfluß eines elastischen
Mittels erfolgt, so auszubilden, daß die geschilderten Übelstände nicht auftreten.
Die Erfindung besteht darin, daß als Treibmittel die Elastizität der von dem Kolben
beim Saughub in einem fest umschlossenen Raum zusammengedrückten Flüssigkeit dient,
und daß der Saughub des Kolbens durch Beaufschlagung eines Rückstellkolbens mit
einerDruckflüssigkeit erfolgt. Da somit bei der erfindungsgemäßen Brennstoffpumpe
keine langen Druckmittelleitungen vorhanden sind und die in dem geschlossenen
Raum
zusammengedrückte Flüssigkeit hohe Drücke aufnehmen kann, d. h. also die Aufspeicherung
-einer beträchtlichen Energie in unmittelbarer Nähe-des Kolbens bei kleinsten Abmessungen
-des letzteren möglich ist, und da ferner beim Einspritzhub keine Gegenkraft einer
Rückstellfeder entgegenwirkt, sind für eine schnelle und schärf einsetzende und
abbrechende Einspritzung die günstigsten Vorbedingungen geschaffen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung erhellen aus der machfolgenden
Beschreibung. Als Beispiel sind im folgenden zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäß
ausgeführten Pumpe beschrieben und auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellt.
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Abb. i ist ein Aufriß im Axialschnitt der Anordnung.
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Abb.2 ist ein Ouerschnitt nach der Linie X-X von Abb. i.
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Abb. 3 zeigt im Axialschnitt einen Aufriß einer zweiten Ausführungsform.
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Abb.4 ist ein Querschnitt nach der Linie A-B der Abb: 3.
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Abb. 5 zeigt im Schnitt nach der Linie C-D der Abb. 3 ,die Vorrichtung
für die Wiederauffüllung des Druckspeichers.
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Abb. i ist ein Gesamtschnitt der ersten dieser beiden ähnlichen Ausführungsformen.
Der Pumpenkörper enthält drei achsengleiche Zylinder, den eigentlichenPumpenzylinder45,
den Rückstellzylinder 46, den Druckspeicher-oder Pufferzylinder-47. Der Pumpenzylinder
45 steht durch die mit dem Rückschlagventil 48' versehene Bohrung 48 mit- der Saugleitung
und durch die mit dem Rückschlagventil 49' versehene Bohrung 49 mit der Einspritzleitung
So in Verbindung. Die linke Seite des Rückstellzylinders 46 steht über einen Schieber
51 (Abb. 2) mit dem Einlaß und dem Auslaß in Verbindung. Die rechte Seite steht
durch den Kanal 52, der in die Auslaßkammer des Schiebers 51 einmündet, in ständiger
Verbindung mit dem Auslaß: Der Pufferzylinder 47 steht mit dem Behälter 53 in Verbindung.
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Abb. 2 ist ein Schnitt längs X-Y der Abb. 3, also durch die Achse
des Schiebers'5i. Das Schiehergehäuse besteht aus drei achsengleichen Kammern 54,
55, 56. Die mittlere Kammer 55 steht durch den Kanal 55' in ständiger Verbindung
mit dem Auslaß; die äußeren Kammern 54 und 56 stehen in ständiger Verbindung mit
,dem Zylinder 46 durch die Bohrungen 57 und 58, die in der unmittelbaren Nähe des
Bodens in die Zylinderwand einmünden. In der in Abb.2 dargestellten Stellung ruhen
die Kolbenflächen 59 und 6o des Schiebers in den Zylinderführungen 59' und 6o',
die die drei Kammern 54, 55, 56 voneinander trennen, so daß in dieser Stellung der
Zylinder 46 vom Auslaß abgeschlossen ist. Dagegen steht in dieser Stellung der Zylinder
46 über die Kammer 56 und die Eindrehung 6i des Schiebers mit der Ringnut,
62
in Verbindung, in welche die Ölzuführungsleitung 62' einmündet. Die Verbindung
mit dem Auslaß erfolgt durch eine Längsverschiebung des Schiebers im Sinne des Pfeils
5i'. Bei dieser Längsverschiebung wird zunächst der Öleinlaß abgedeckt, indem der
Hals,6i' des Schiebers die Zylinderbohrung zwischen ,der Kammer 56 und der Ringnut
62 schließt. Danach treten die Kolben 59 und 6o aus ihren Zylinderführungen aus,
wodurch die Kammern 54 und 56 mit der Kammer 55 in Verbindung treten.
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Die Wirkungsweise der Pumpe ist folgende: Im Zeitraum zwischen zwei
Einspritzungen befindet sich der Schieber 51 in der Einlaßstellung. Die linke Seite
des Rückstellkolbens 64 wird durch eine enge Öffnung 61 hindurch mit Öl beaufschlagt.
Diese Öffnung ist so berechnet, daß die Geschwindigkeit des Kolbens so begrenzt
wird, daß der Rückstellhub sich fast über die Zeitdauer zwischen zwei Einspritzungen
erstreckt. Das bewegliche Kolbenaggregat 63, 64, 65 verstellt sich alsdann von links
nach rechts, wobei der Kolben- 63 durch die Öffnung 48 den Brennstoff 'ansaugt und
der Pufferkolben das im Pufferbehälter 53 enthaltene Öl zusammendrückt. Das bewegliche
Aggregat kommt zum Stillstand, wenn der Druck auf den mit dem Frischöl beaufschlagten
Rückstellkolben..64 mit dem Druck des Öls im Behälter 53 -auf den Pufferkolben im
Gleichgewicht ist. Die Regelung der Einspritzmenge erfolgt durch Änderung des Öldrucks
des zugeführten Öls, wodurch der Rückstellhub verändert wird. Das in der rechten
Zylinderseite des Rückstellzylinders 64 befindliche Öl wird während des Rückstellhubes
durch den Kanal 52 herausgedrückt.
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Die Einspritzung wird durch das plötzliche Umlegen des Schiebers 51
in die Auslaßstellung eingeleitet. Demzufolge wird durch Aden Druck im Druckbehälter
53 das bewegliche Aggregat 63, 64, 65 stark beschleunigt nach links verstellt und
nimmt eine solche Geschwindigkeit an, daß der Widerstand des durch die Einspritzleitung
So gedrückten Brennstoffs dem Druck im Druckbehälter das Gleichgewicht hält. Am
Ende des Hwbs wird das bewegliche Aggregat durch den Widerstand gebremst, den die
Ölschicht zwischen dem Rückstellkolben 64 und dem linken Zylinderboden, gegen den
der Kolben schließlich anstößt, dem Austreiben entgegensetzt.
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Die Zeitdauer der Beschleunigung und der Verzögerung des Kolbenaggregats
ist sehr kurz, und es ist leicht, dasselbe genügend abzubremsen,
um
am Ende des Einspritzhubes selbst im Falle einer Fehlansaugung jede Erschütterung
zu vermeiden.
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Bei der Pumpe der Alb. i haben der Einspritzzylinder 45 und der Pufferzylinder
47 gleichen Durchmesser und demzufolge die Kolben 63 und 65 gleichen Querschnitt.
Dieser Umstand ist nicht Bedingung, -hat aber den Vorteil, daß das Volumen der linken
Zylinderkammer des Rückstellzylinders 46 bei der Einspritzung um dasselbe Maß abnimmt,
um das das Volumen der rechten Zylinderkammer zunimmt. Während der sehr kurzen Einspritzdauer
wird also das Öl nur durch den Schieber und den Kanal 52 von der linken zur
rechten Kolbenseite des Kolbens 64 übergehen. Nur eine sehr geringe Menge wird durch
die Auslaßl.eitung entweichen, in Anbetracht der kurzen Dauer der Einspritzung und
der Trägheit der Flüssigkeitssäule in dieser Leitung. Es ist folglich unnötig, für
den Auslaß eine Dämpfung und einen Luftbehälter vorzusehen, welch letzterer anderenfalls
notwendig wäre, um das aus dem Rückstellzylinder ausgetriebene Öl aufzunehmen.
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Diese Anordnung hat des weiteren zur Folge, daß die Drücke im Druckbehälter
53 im absoluten Werte den Einspritzdrücken des Brennstoffs gleich sind, die als
wesentlich größer als der Druck des dem Rückstellzylinder zugeführten Öls angenommen
werden. Diese Ausführungsform ist in der Tat besonders dann anwendbar, wenn man
die Pumpe mit mäßigen Öldrücken (ioo bis 200 kg/cm2), wie sie gewöhnlich für die
Pressen gebräuchlich sind, betätigen will. Die im folgenden beschriebene Pumpe der
Abb. 3 bis 5 dagegen ist für höhere Öldrücke besser geeignet (weil -bei ihr wegen
der verschiedenen: Durchmesser von Pumpen- und Speicherkolben der Pumpendruck entsprechend
höher als der Speicherdruck ist); die notwendigen Behälter zur Aufspeicherung des
Drucköls für den Kraftkolben für einen Einspritzhub werden in der Tat sehr umfangreich,
wenn der Öldruck im absoluten Wert gering ist. Aber für die Pumpe der A.bb. i ist
eine besondere Druckölquelle sehr hoher Spannung nötig, um den Druckbehälter wieder
aufzufüllen, d. h. um die Verluste auszugleichen, so daß die Spannung im Druckbehälter
am Ende des Einspritzhubes konstant gehalten wird. In der Pumpe der Abb. i erfolgt
das Wiederauffüllen des Pufferbehälters 53 in folgender Weise. An der Stelle, wo
der Pumpenzylinder 45 in den Rückstellzylinder 46 einmündet, ist der erstere etwas
im Durchmesser erweitert. In diese Erweiterung 66 dringt am Ende des Einspritzhubes
ein zwischen dem Pumpenkolben 63 und dem Rückstellkolben 64 angeordneter Kolben
67 ein. Das zurückgedrängte Öl wird so in dem Drucksammler 68 zusammengedrückt,
dessen Rauminhalt so berechnet ist, @daß am Ende des Einspritzhubes :der Druck in
diesem Sammler den Wert erreicht, den der Druck im Druckbehälter am Ende des Einspritzhubes
haben soll, d. h. also den Minimaldruck des Druckbehälters. Die Leitung 68 mündet
mit .dem durch ein Rückschlagventil io7 geschlossenen Mundstück io6 in eine Ringnut
69 des Pufferzylinders 47; das Ventil öffnet sich von der Leitung 68 zum Zylinder
47 hin. Die Ringnut 69 wird am Ende des Einspritzhubes vom Kolben 65 aufgedeckt,
so daß in diesem Augenblick Öl aus der Leitung 68 in den Druckbehälter 53 übertreten
kann, wenn sich die Spannung in letzterem nicht auf dem Sollwert befindet. Durch
dieses Mittel wird also die Spannung im Druckbehälter 53 am Ende des Einspritzhubes
genau konstant gehalten.
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In der abgeänderten Ausführungsform der Abb. 3, 4 .und 5 .dient der
Kolben 64 bis 65 mit seiner linken Fläche als Rückstellkolben und mit seiner rechten
Kolbenfläche als Pufferkolben. Demnach fallen der Rückstellzylinder 46 und der Pufferzylinder
47 in einen einzigen Zylinder zusammen. Die Steuerung des Einlasses und des Auslasses
ist dieselbe wie bei der Pumpe der Abb. i. Diese Anordnung hat zur Folge, daß der
Mindestdruck im Pufferbehälter 53 am Ende des Einspritzhubes unter dem Mindestdruck
der Ölverteilungsleitung liegt, die den Rückstellzylinder speist (der Mindestdruck
in der Ölverteilung ist der, welcher einer MengeNull eingespritzten Öls entspricht).
Dieser Mindestdruck muß in der Tat der Spannung im Pufferbehälter am Ende des Rückstellhubes
das Gleichgewicht halten. Zu diesem Zweck muß er höher sein als die letztere, da
die Rückstellkolbenfläche um dieKompressionskolbenfläche kleiner ist als die Pufferkolbenflache.
Am Ende jedes Einspritzhubes wird der Pufferbehälter von der Ölspeiseleitung wieder
aufgefüllt mit Hilfe eines Druckreglers (Abb. 4 und 5). Zu diesem Zweck ist eine
ringförmige Nut 35 in der Wandung des Pufferzylinders 47 vorgesehen, die am Ende
des Einspritzhubes vom Kolbea 64 bis 65 freigelegt wird und die durch die Bohrung
36 mit einer Kammer konstanten Druckes 37 in Verbindung steht. Dieser Druckraum
wird mit Drucköl gespeist, dessen Spannung durch den Druckregler 39 auf einem konstanten
Wert gehalten wird, der .unter dem Mindestdruck der Verteilungsleitung liegt. Der
Raum 37 ist von der mit der Ölverteilung durch das Rohr 62' in Verbindung stehenden
Kammer 38 durch eine zylindrische Bohrung abgetrennt, in der der Druckregler 39gleitet.
Dieser
besteht aus einem Kolben, der einerseits dem Druck ini Druckraum
37, andererseits der Gegenkraft einer Feder 41 unterworfen ist. Wenn die Federkraft
überwiegt, d. h. wenn der Druck im Raum 37 unter den Betriebswert sinkt, gleitet
der Druckregler 39 nach links, und .die Längsnuten 42 des Kolbens, die in allen
Kolbenstellungen in die Kammer 38 münden, kommen an ihrem linken Ende von der Zylinderbohrung
frei und treten in Verbindung mit dem Raum 37. Durch diese Nuten. dringt Öl aus
der Kammer 38 in den Raum 37, der Druck im Raum 37 steigt an, und der Reglerkolben
wird in die Schließstellung zurückgeführt. Im entgegengesetzten Fall, wo der Öldruck
im Raum 37 die Federspannung übersteigt, gleitet der Reglerkolben nach rechts, und
die durch die Bohrungen 44 und den Kanal 44' mit dem Raum 37 in Verbindung stehende
Bohrung 43 tritt mit der unter Atmosphärendruck stehenden Kammer 4o in Verbindung.
Auf diesem Wege entweicht Öl aus dem Druckraum 37, bis der Druck so weit gesunken
ist, daß die Feder den Reglerkolben 39 in die Schließstellung zurückführt, die in
Abb.2 dargestellt ist (in der Schließstellung sijd die Nuten 42 und die Bohrung
43 gleichzeitig abgedeckt). Wenn die Verstellung des Reglerkolbens aus dieser Grundstellung
heraus nach der einen oder anderen Seite einen kleinen Bruchteil der der Vorspannung
entsprechenden Feiderverkürzung darstellt, wird der Druck im Raum 37 sehr genau
konstant gehalten.