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Brennstoffpumpenanordnung bei Viertakt-Einspritzbrennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft die Anordnung der Brennstoffpumpen bei Viertakt-Brennkraftmaschinen
mit im Winkel (V-förmig) angeordneten Arbeitszylindern, denen flüssiger Brennstoff
mittels Pumpen, von denen mindestens eine j e Arbeitszylinder vorgesehen ist, zugeführt
wird. Derartige Brennkraftmaschinen können entweder mit Verdichtungszündung arbeiten
(Dieselmotoren) oder mit künstlicher Zündung des durch die Einspritzung des Brennstoffes
in die Brennluft erzeugten Brennstoff-Luft-Gemisches (Zündermotoren). Bei letzteren
kann die Einspritzung entweder in die zum Arbeitszylinder führende Brennluftzuleitung
oder in den Arbeitszylinder selbst erfolgen. Namentlich bei Motoren, die aus Gründen
geringen Platzbedarfs und möglichst kleinen Gewichts sehr gedrängt gebaut werden
sollen, wie dies namentlich bei Fahrzeugmotoren und hier insbesondere wieder bei
Flugzeugmotoren der Fall ist, bereitet die Unterbringung der Einspritzpumpen häufig
Schwierigkeiten.
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Man hat daher schon vorgeschlagen, Einspritzpumpen in Reihenbauform
in den keilförmigen.Raum zwischen den Arbeitszylindern des Motors einzubauen. Diese
Lösung konnte aber nicht befriedigen, da Reihenpumpen den insbesondere an Flugzeugmotoren
zu stellenden Forderungen hinsichtlich weitestmöglicher
Gewichtsersparnis
nicht gerecht werden und infolge ihrer großen Baulänge einen erheblichen Teil des
keilförmigen Raumes zwischen den Arbeitszylindern des Motors einnehmen, so daß dieser
Raum für die Unterbringung anderer Geräte nicht mehr in Frage kommt. Auch ist hierbei
bisweilen zu beanstanden, daß Reihenpumpen infolge ihrer verhältnismäßig großen
Bauhöhe über den durch die Motorzylinder gegebenen Umriß der Maschine weit hinausragen.
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Es sind auch schon Mehrkolbeneinspritzpumpen, bei denen die Pumpenzylinder
V-förmig in zwei Reihen untergebracht sind, vorgeschlagen und für die Verwendung
bei Einspritzmotoren verschiedener Bauart, z. B. bei Motoren mit gegenüberliegenden
Zylinderreihen oder Sternmotoren, empfohlen worden.
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Endlich hat man schon Brennstoffeinspritzpumpen vorgeschlagen, deren
Pumpenzylinder im Winkel (V-förmig) angeordnet sind und die in den V-förmigen Raum
zwischen den Zylinderreihen eines Viertakt-V-Motors eingebautwurden,wobei derV-Winkel
der Pumpe und der V-Winkel der Motorzylinder gleich groß waren. Derartige Anordnungen
ergaben aber, wie übrigens auch die vorstehend aufgeführte Anordnung von Reihenpumpen,
eine sehr verwickelte und unübersichtliche Leitungsführung der von den Einspritzpumpen
zu den Einspritzstellen an den Motorzylindern führenden Kraftstoffdruckleitungen.:Jan
hat auch bei Pumpen mit V-förmig angeordneten Zylindern schon vorgeschlagen, die
Pumpen eines Pumpenpaares vom gleichen Antriebsglied (Nocken, Kurbel od. dgl.) aus
anzutreiben, um auf diese Weise ein besonders geringes Gewicht der Pumpe zu erzielen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, für Motoren mit im Winkel (V-förmig)
angeordneten Arbeitszylindern eine zweckdienliche Anordnung von Einspritzpumpen
mit paarweise beiderseits einer mittleren Antriebswelle ebenfalls im Winkel (V-förmig)
angeordneten Pumpenzylindern zu schatten, wobei den insbesondere bei Flugmotoren
zu erbebenden Ansprüchen an niedriges Gewicht, raumsparender Unterbringung der Pumpe
und damit der Möglichkeit einer gedrängten Bauart des gesamten Motors sowie der
Möglickkeit eines einfachen An- und Ausbauens der Pumpen und der mit ihnen zusammenarbeitenden
Teile (Leitungen, Düsen) durch fachtechnisch nicht besonders geschultes Personal
infolge einfacher und übersichtlicher Anordnung und einfachen Antriebes weitgehend
Rechnung getragen ist und wobei ferner dafür Sorge getragen ist, dalß im Interesse
eines geringen Platzbedarfes die in dem keilförmigen Raum zwischen dem Arbeitszylinder
des Motors untergebrachten Pumpen nicht oder nicht wesentlich über die Umrißlinie
des 1lotors hinausragen. Geniäl3 der Erfindung werden die Pumpen eines Pumpenpaares,
deren V-Winkel sich nach der gleichen Seite hin öffnet wie der V-Winkel der Arbeitszylinder
des,-Motors und die vorn gleichen Antriebsglied (-Nocken, Kurbel od. (11-11.
)
aus angetrieben werden. so angeordnet, dalß die Zylinder eines Pumpenpaares
einen Winkel miteinander einschließen. der halb, so groß ist wie der kleinere Zündfolgewinkel
des zugehörigen Arbeitszylinderpaares. Eine solche Pumpenanordnung gemäß der Erfindung
hat den Vorteil, daß insbesondere in den Fällen, wo es sich darum handelt, außer
der Einspritzpumpe noch andere Geräte. z. B. Pumpenregler. Luftleitungen, einen
Schullkanal u. d g1., im V-förmigen Raum zwischen den Arbeitszylindern des 1-lotors
unterzubringen. stets eine besonders geringe Bauhöhe der Pumpe erzielt werden kann,
indem der von den PttmpeiizyIiiidern eingeschlossene Winkel größer ist als der V-Winkel
der Motorzylinder, so dalß die Pumpe in der Außenzone des V-iörniigen I\>,aunies
zwischen den 1lotorzvlindern, ohne über den llotorumriß hinauszuragen, eingebaut
werden kann, während die nach innen liegenden Zonen dieses Raumes durch andere Einbauten
in Anspruch genommen werden können. Gleichzeitig ergibt diese Anordnung aber auch
ein besonders geringes Gewicht nicht nur des Einspritzpumpensatzes, sondern der
gesamten Breniikraftmaschine, dadurch die Pumpenanordnung eine besonders gedrängte
Bauart der- \laschiiie möglichist. SchließlichaberbildetdiePumpenanordnung gemäß
der Erfindung die Voraussetzung für eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, durch
die eine besonders übersichtliche Leitungsführung und geringe Längen der Einspritzleitungen
erhalten «-erden können und die darin besteht, daß die Drehrichtung der mit der
halben 1iurlielwellendrehzahl umlaufenden Pumpenantriebswelle so gewählt wird, daß
jeder Pumpe eines Pumpenpaares ein Arbeitszylinder zugeordnet ist, der auf der gleichen
Seite der --\laschinenmittelebene wie die betreffende Pumpe liegt. Durch diese weitere
Ausgestaltung der Erfindung kann sogar erreicht werden, daß die von den Einspritzpumpen
zu den Einspritzstellen an den Arbeitszylindern des Motors führenden Kraftstoffdruckleitungen
weder die Maschinenmittelebene noch sich gegenseitig kreuzen. Bei einer solchen
Anordnung stimmen dann die Reihenfolge der Motorzylinder und die Reihenfolge der
Pumpenzylinder überein, so daß Leitungsverwechselungen oder Fehlanschlüsse der Druckleitungen
an der Pumpe oder an den Motorzylindern bei Instandsetzungsarbeiten ausgeschlossen
sind.
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Die Festlegung der Pumpen am Motor erfolgt dabei zweckmäßig niit Hilfe
eines vorn
Grund des keilförmigen Raumes zwischen den Motorzylindern
vorragenden Stützbockes od. dgl., an den der den Brennstoffpumpenpaaren gemeinsame
Mittelteil angeschlossen wird, und zwar vorteilhaft so, daß zwischen den Motorzylindern
bzw. bei sog. Blockmotoren zwischen den Motorzylinderblöcken und den Enden der Pumpenzylinder
ein Spalt verbleibt. Durch diesen Spalt und durch den mit Durchbrechungen versehenen
oder in einzelne Pfeiler aufgelösten Stützbock hindurch können dann sowohl Werkzeuge
zum Ein- und Ausbau von an den Arbeitszylindern im Bereich des keilförmigen Raumes
sitzenden Armaturen (Einspritzdüsen, Zündkerzen u. dgl.) als auch die ein- und auszubauenden
Teile selbst hindurchgeführt werden.
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Die Zeichnung zeigt einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands.
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Abb. i zeigt einen Viertaktzündmotor im Schnitt quer zur Kurbelwelle;
Abb. 2 und 3 veranschaulichen die Einspritzfolge bei zwei mit verschiedenen Zündfolgewinkeln
arbeitenden Viertaktmotoren.
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Bei dem Viertaktmotor nach Abb. i sind die Arbeitszylinder i und i'
am Kurbelgehäuse 2 nach unten hängend so angeordnet, daß ihre Achsen einen spitzen
Winkel miteinander einschließen. Flüssiger Brennstoff wird durch Düsen 3, 3', die
seitlich in der Zylinderwand sitzen, unmittelbar in den Brennraum 4 bzw. 4' der
Arbeitszylinder, zweckmäßig noch während des Motorsaughubes, eingespritzt, und das
so entstehende Gemisch wird nach erfolgter Verdichtung mittels Zündkerzen 5, 5'
entzündet, worauf bei dem betreffenden Motorzylinder der Arbeitshub erfolgt. Die
den Arbeitszylindern i und i' zugeordneten Pumpen 6 und 6' zur Unterdrucksetzung
und Förderung des flüssigen Brennstoffes sind in einem gemeinsamen Gehäuse 8 so
angeordnet, daß die Kolben 7 und 7' beider Pumpen von dem gleichen Nocken io einer
gemeinsamen Pumpenantriebswelle g aus angetrieben werden können. Diese Pumpenantriebswelle
g wird über ein Untersetzungsgetriebe von der Motorkurbelwelle 12 aus so angetrieben,
daß sie mit der halben Drehzahl der letzteren umläuft, so daß auf jeden in einem
Arbeitszylinder erfolgenden Arbeitshub (bzw. auf jede Brennstoffeinspritzung bei
diesem Arbeitszylinder) ein Förderhub der zugeordneten, einfach wirkenden Pumpe
entfällt.. Die Achsen der Pumpenzylinder 6 und 6' teilen den Vollkreis in zwei Winkel,
die je gleich der Hälfte der Zündfolgewinkel der beiden in V-Form stehenden Motorzylinder
sind, die von diesen Pumpen beschickt werden. Diese Zündfolgewinkel, denen naturgemäß
die Winkel gleich sind, in welchen die Einspritzungen aufeinanderfolgen, unterscheiden
sich um den Betrag von 2 a voneinander, ihre Summe ergibt immer den Wert von 2 -
36o° = 4 JE-Bei dieser Anordnung der Pumpe erfolgt die Einspritzung bei jedem der
beiden Motorzylinder der V-Form an derselben Stelle des zwei Umdrehungen umfassenden
Arbeitsspiels.
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Bezüglich der Zündfolgewinkel lassen sich zwei Fälle unterscheiden;
im einen Fall sind diese Winkel y = 36o°-a und Ü = 36o° -I- a; im anderen Fall sind
sie y = a und d = 720'-a.
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Der erste Fall ist in dem Diagramm gemäß Abb. 2 veranschaulicht. Auf
einer waagerechten Achse m ist die Zeit t bzw. der der Zeit verhältnisgleiche
Drehwinkel des Motors und auf der Achse p das gleiche für die Pumpe aufgetragen.
Der Anfang des Diagramms liegt beim Beginn einer Einspritzung im Arbeitszylinder
i (Punkt A,); die nächste Einspritzung erfolgt nach Durchlaufen des Winkels
y im Arbeitszylinder i' (Punkt Bi). hTach einer weiteren Drehung um den Winkel ö
erfolgt die nächste - Einspritzung im Arbeitszylinder i (Punkt A2) , nach dem Winkel
y wieder im Arbeitszylinder i' (Punkt B2) usf. Die Winkelsumme ö+y ergibt jedesmal
2 36o°.
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Die Achsen der Pumpenzylinder 6 und 6' schließen die Winkel y/2 und
8/2 ein. Damit nun bei gleichgerichteter Öffnung der V-Form von Motor und Pumpe
die Förderung der Pumpe 6 mit der Einspritzung in dem auf der gleichen Seite der
Maschinenmittelebene liegenden Arbeitszylinder i seitlich übereinstimmt, muß -in
diesem Fall die Pumpenantriebswelle entgegengesetzt zur Motorkurbelwelle umlaufen.
Auf die Förderung der Pumpe 6 (Punktcri) folgt dann im Winkelabstand y12 die Förderung
der Pumpe 6' (Punkt bi) und weiter im Winkelabstand ö/2 wiederum die Förderung der
Pumpe 6 (Punkt cal) usf. Wie man aus dem Diagramm ersieht, stimmen die Einspritzungen
im Arbeitszylinder i (Punkte A1, A2 ... ) mit den Förderungen der Pumpe 6
(Punkte d1, a2 ... ) und die Einspritzungen im Arbeitszylinder i' (Punkte
Bi, B2 ... ) mit den Förderungen der Pumpe 6' (Punkte bi, b2 ... )
zeitlich überein.
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Abb. 3 zeigt das Diagramm für den anderen Fall. Die Winkel, in welchen
die Einspritzungen im Arbeitszylinder i (Punkte A1, A2 ... )
und im
Arbeitszylinder i' (Punkte Bi, B2 . . .) aufeinanderfolgen,wechseln ab zwischen
den Größen y' = ä und Y = 72o° - a. Die Pumpenzylinder 6 und 6' schließen
die Winkel y12 und y'/, miteinander ein. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, stimmen
hierbei die Förderungen der Pumpe 6 (Punkte a1, a2 ... ) mit den Einspritzungen
im Arbeitszylinder i
und die Förderungen der Pumpe 6' (Punkte
bi, b2...) mit den Einspritzungen im Arbeitszylinder i' dann zeitlich überein, wenn
die Pumpenantriebswelle im gleichen Sinn wie die Motorkurbelwelle umläuft.
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In beiden betrachteten Fällen liegen also die einander zugeordneten
Arbeitszylinder und Pumpenzylinder auf der gleichen Seite der Maschinenmittelebene
I-I. Die zwischen Pumpen- und Arbeitszylindern zu verlegenden Druckleitungen 14
brauchen also die Maschinenmittelebene nicht zu kreuzen; sie erhalten deshalb die
erwünschte geringe Länge und können übersichtlich verlegt werden.
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Die Pumpen sind mit ihrem Mittelteil 8 an einem zwischen den Arbeitszylindern
vom Kurbelgehäuse 2 vorragenden Sockel 15 so gelagert, daß zwischen dem Außenmantel
16 der Motorzylinder und den Enden 17 der Pumpenzylinder noch ein Spalt verbleibt.
Durch diesen Spalt und durch Aussparungen 18 des Sockels 15 können (in Richtung
der gestrichelten Linie III) beispielsweise Werkzeuge zum Ein- und Ausbau von an
den Arbeitszylindern sitzenden Armaturen, wie z. B. die Düsen 3, 3' oder auch Zündkerzen
u. dgl., und diese Armaturen selbst hindurchgeführt werden.
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Die Anpassung der Pumpenfördermenge an die jeweils vom Motor verlangte
Leistung kann in irgendeiner der bekannten Arten der Fördermengenregelung bei Brennstoffpumpen
erfolgen, z. B. durch Hubveränderung, durch Hubverschiebung (in Verbindung mit einem
kolbengesteuerten Ansaugkanal) oder durch Verbindung der Pumpendruckseite mit der
Saugseite während eines bestimmten Teils des Druckhubes. Bei Pumpen, deren Förderung
durch einen selbsttätig wirkenden Regler, z. B. durch einen druckempfindlichen Regler,
zur Anpassung der Brennstoffmenge an den Druck der Motorladung oder durch einen
drehempfindlichen Regler zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Motordrehzahl, eingestellt
werden soll, .wird zweckmäßig auch dieser Regler in dem keilförmigen Raum zwischen
den Motorarbeitszylindern angeordnet, so daß sich kurze, leicht zugängliche und
einfache Gestänge od. dgl. zur Übertragung der Reglerverstellung auf die zu verstellenden
Pumpenglieder ergeben.