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Emspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen.
Brennkraftmaschinen mit unmittelbarer Einspritzung des Brennstoffes leiden im allgemeinen an dem Umstand, dass die zur Einspritzung des Brennstoffes notwendige Brennstoffpumpe sowohl bezüg- lich der Bauart wie auch hinsichtlich der Handhabung umständlich und verwickelt ist. Die Überwachung einer Einspritzpumpe und deren Instandhaltung ist um so schwieriger, je kleiner das bei jedem Hub zu fördernde Brennstoffvolumen und je grösser die Drehzahl der Maschine ist. Infolge der Verwendung von Pumpenventile kann eine solche Pumpe mit Zubehör nicht von jedermann bedient werden.
Um bei allen Belastungen und Drehzahlen eine gute Verbrennung zu erreichen, muss die einzuspritzende Brennstoffmenge unter hohem Druck möglichst rasch in den Zylinder hineingeschleudert werden, wofür man schon sogenannte Akkumulierpumpen vorschlug. Diese sind noch verwickelterer Bauart als die gewöhnlichen Einspritzpumpe und deshalb für ungeschultes Bedienungspersonal ganz ungeeignet. Die bekannten Pumpen haben weiterhin noch den Nachteil, dass der Einspritzdruck am Anfang der Einspritzung am höchsten ist und während der Einspritzung infolge der Entspannung der Feder des Akkumulators und des Brennstoffes selbst sinkt.
Ein Hineinschleudern einer grossen Brennstoffmenge gleich bei Beginn der Einspritzung hat jedoch den grossen Nachteil, dass infolge des Zündverzuges die Verbrennung explosionsartig einsetzt, wobei die Maschine leicht zum Klopfen neigt. Dieser Nachteil haftet übrigens auch Einspritzvorrichtungen an, die lange Brennstoffleitungen haben und mit veränderlicher Drehzahl laufen müssen.
Es ist also von grosser Wichtigkeit, beim Beginn der Einspritzung den Einsplitzdruck gerade so hoch zu wählen, dass er noch zur Zerstäubung einer kleineren Menge Brennstoff genügt, und den Hauptbrennstoff alsdann mit hohem Druck durch den entstandenen Verbrennungsherd hindurch zur Verbrennungsluft zu treiben, wobei das Nachtropfen nach Möglichkeit verhindert werden muss.
Sind bei Brennstoffpumpen bekannter Art Ventile undicht geworden, so müssen diese eingeschliffen und die Steuervorrichtungen nachgestellt werden, was auch nur von geschultem Personal ausgeführt werden kann. Es wurden deshalb schon Pumpen mit Saugschlitz gebaut, deren Pumpenkolben als Steuerschieber wirkten, oder es wurden besondere Schieber eingebaut, um das Einschleifen von Ventilen zu umgehen.
Solche Anordnungen sind für Pumpen, die bis auf mehrere hundert Atmosphären zu fördern haben, nicht brauchbar. Es ist zu berücksichtigen, dass bei kleinen Maschinen für eine einmalige Einspritzung oft ein Kolbenhub genügt, der nur Bruchteile eines Millimeters beträgt ; es ist daher ausserordentlich schwierig, einen so hohen Druck bei einer Abdeckung, die nur Bruchteile eines Millimeters beträgt, eine Abdichtung zwischen Kolbenkante und Saugschlitz zu erreichen, und so auf die Dauer eine genaue Einspritzung zu erhalten.
Bei schlitzgesteuerten Brennstoffpumpen genannter Art wird die Einspritzung ganz unbrauchbar, wenn lange Brennstoffleitungen notwendig sind und Leckverluste des Pumpenkolbens sowie der Brennstoffnadel entstanden sind. weil dann infolge der Zusammendrückbarkeit des Brennstoffes und der Elektrizität der Brennstoffleitung zwischenDüse und Pumpe leicht Fehlzündungen entstehen, die nachher wieder eine plötzliche grosse Füllung erzeugen, wenn die Brennstoffleitung so stark aufgepumpt ist, dass der entstandene Druck die Nadel zum Heben bringt.
Es sind schon Pumpen vorgeschlagen worden, bei welchen die Ventile fehlten und durch eine genügend grosse Abdeckung der Kanäle durch die Kolben Verluste, d. h. ein Zurückfliessen des Brenn-
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stoffes in die Saugleitung, vermieden werden sollten. Diese Pumpen hatten jedoch den Nachteil, dass sofort nach Schluss des Saugkanals die Akkumulierfeder unter Spannung steht. Bei hohem Druck des Brennstoffes, wie er für Einspritzmaschinen notwendig ist, treten auch die Undichtheiten, wie sie bei allen schlitzgesteuerten Pumpen sich ergeben, wieder auf.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei diesen Pumpen der Einspritzdruck am Ende des Einspritzens ganz allmählich abnimmt, so dass die letzten Teilchen des Brennstoffes mit bis auf Null sinkender : Geschwindigkeit in den Arbeitszylinder hineingedrückt werden, wodurch ein Nachtropfen entstsht und die Pumpe völlig unbrauchbar wird.
Den bekannten Einspritzvorrichtungen haftet der gemeinsame Nachteil an, dass die Einspritzzeit und der Einspritzdruck durch die Steuerung festgelegt sind, weil letzterer ja nur eine Funktion der Pumpenkolbengeschwindigkeit und des Düsenquerschnittes ist. Verstopft sich die Düse, so muss durch ein Sicherheitsventil dafür gesorgt werden, dass der Brennstoff entweichen kann. Diese Sicherheit, ventile sind eine weitere Quelle von Betriebsstörungen, da dieselben öfters undicht werden.
Bei rasch laufenden Fahrzeugmotoren mit veränderlicher Drehzahl ist es unbedingt erforderlich, sowohl die Einspritzzeit, den Einspritzdruck sowie den Zeitpunkt des Einspritzens während des Betriebes verändern zu können.
Eine Einspritzvorrichtung, bei der die oben genannten Nachteile vermieden sind und die den angestellten Anforderungen fürraschlauf ende Maschinen genügt, bildet den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Der Pumpenzylinder ist in bekannter Weise mit Saug-und Druekschlitzen, einem Arbeitskolben und einem belasteten Gegenkolben versehen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass der Brennstoff, welcher zwischen den Kolben eingeschlossen ist und unmittelbar in denArbeitszylinder eingespritzt wird, erst kurz vor Beginn der Einspritzung auf einen solchen Druck gebracht wird, dass eine gute Zerstäubung entsteht, worauf die Einspritzung unter gleichbleibendem oder steigendem Druck erfolgt.
Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt. Fig. 1 ist ein mittlerer Längsschnitt durch eine Ausführungsform mit Akkumulierfeder. Fig. 2 ist ein Teilschnitt durch'eine AusführungsfÏrm, bei der an Stelle der Akkumulierfeder ein Gas-oder Flüssigkeitsdruck verwendet wird. Fig. 3 zeigt ein Diagramm des erzeugten Brennstoffdruckes bei der Ausführungsform nach Fig. l.
In dem Pumpenzylinder 1 (Fig. 1) bewegen'sich zwei Kolben 2 und 3. Der Pumpenzylinder 1 besitzt unten einen Saugschlitz 4 und oben einen oder mehrere übereinander gelagerte Druckschlitze 5, je nach dem mit der Pumpe eine oder mehrere Düsen der Einspritzvorrichtung gespeist werden sollen.
Der untere Kolben wird auf irgendeine Art auf und ab bewegt, nach der Zeichnung beispielsweise durch eine Kurbel 6. Der Kolben 2 hat unten eine kreuzkopfmtige Führung 2'. Der Kolben. 3 wird auf irgendeine Art von oben her belastet, beispielsweise durch eine Feder 7, welche sich auf den Bund 3'einerseits und den Federteller 8 anderseits abstützt und so den Kolben 3 immer in seine tiefste Lage drückt. Der Kolben 3 besitzt einen Anschlag 9, der je nach dem Hub des Kolbens 3 auf einen Anschlag 10 trifft.
Dieser Anschlag 10 ist einstellbar, indem der Fedelte ler 8 mittels des Nockens 11 gehoben oder gesenktwird.
Der Kolben 3, der durch die Feder 7 niedergedrückt wird, liegt in der unteren Ruhestellung auf einem in seiner Höhe regelbaren Anschlag 12 auf. Die Höhe dieses Anschlages wird durch den Regler oder von Hand während des Betriebes eingestellt, sie bestimmt den Abstand der beiden Kolben 2 und. 3 in ihrer untersten Lage, also auch die von den Kolben eingeschlossene Brennstoffmenge. Der mit dem Anschlag 10 versehene Federteller 8 ist zu einer Büchse ausgebildet, in der eine Feder 18 sich befindet. Diese stützt sich gegen einen regelbaren Anschlag M, so dass durch die Einstellvorrichtung 15 die
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getretenem Spiel ein Klopfen ZU verhindern, indem die Feder stets in der gleichen Richtung einen Druck ausübt und so einen Druckwechsel verhindert.
Bei Pumpen, die ohne Akkumuliervorrichtung arbeiten, tritt an die Stelle der Feder 13, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ein als Anschlag dienender belasteter Kolben 20. Derselbe bewegt sieh in dem Zylinder 21, dessen unterster Teil als Ventilsitz 22 ausgebildet ist. Oberhalb des Kolbens 20 in dem Raum 23 herrscht ein regelbarer Flüssigkeits-oder Gasdruck.
In den Fig. 1 und 2 sind die untersten Kolbenstellungen mit u bei Vollast und M'bei Leerlauf eingetragen, während die obersten Stellungen mit 0 bezeichnet sind, gleichgültig, wie die Belastung ist.
Die Wirkungsweise ist folgende :
Die Pumpe nach Fig. 1 zeigt die beiden Kolben 2 und 3 in ihrer untersten Lage. Der Kolben 2 wurde durch die gekröpfte Welle 6 in seine unterste Lage gezogen, der Kolben. 3 folgte ihm, unter Wirkung der Feder 7, bis er auf den Anschlag 12 trifft. Je kleiner die Menge ist, die die Pumpe zu fördern hat, desto tiefer steht der Anschlag 12, d. h. desto später kommt der Kolben 3 beim Abwärtsgang zum Aufsetzen.
Der untere Kolben 2 hat in seiner untersten Lage den Saugschlitz 4 geöffnet, so dass der Raum zwischen beiden Kolben mit Brennstoff sich auffüllt. Dieser fliesst der Pumpe vorteilhafterweise unter Druck zu. Bewegt sich der Kolben 2 unter der Wirkung der Kurbel nach oben, so schliesst er den Saugschlitz 4 ab. Die zwischen den Kolben 2 und. 3 eingeschlossene Brennstoffmenge wird noch ganz wenig
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mehr verdichtet, bis der auf den Kolben : 3 wirkende Fltissigkeitbdrt ek d-e Spanmung der Feder 7 iiberwindet, so dass auch der Kolben.'3 sich nach oben bewegt. Der Kolben 2 überdeckt so den Saugkanal 4 ohne wesentliche Drucksteigerung auf eine beliebig zu wählende Länge, so dass ein sicheres Abdichten der eingeschlossenen Flüssigkeit gegen den Saugkanal hin stattfindet.
Gleichzeitig bewegt sich der
Kolben 2 in der Gegend grösster Kolbengeschwindigkeit, d. h. in derjenigen Zone, wo bei einem gegebenen
Kurbelwinkel die grösste Brennstoffmenge verdrängt werden kann. Sobald der Kolben 3 mit dem Ansatz 9 an den Anschlag 10 anstösst, wird er an seiner Weiterbewegung verhindert, da die starke Spannung der Feder 13 zu überwinden ist. Erst wenn der Flüssigkeitsdruck zwischen den beiden Kolben so weit gestiegen ist, dass der Federdruck überwunden wird, kann der Kolben 3 sich weiter nach oben bewegen. Gleichzeitig öffnet derselbe einen oder mehrere Druckschlitze 5 nacheinander, so dass die hochgespannte Flüssigkeit nach der Einspritzdüse bzw. den Einspritzdüsen abströmen kann. Man kann das Öffnen der Druckschlitze auch kurz vor dem Anhalten der Kolbenbewegung vom Kolben : J erfolgen lassen.
Vorteilhafterweise wählt man die Kolbengeschwindigkeit des Kolbens 2 so gross, dass sie noch genügt, bei dem gewünschten Einspritzdruck die kleinste Brennstoffmenge in der gewünschten kurzen Zeit so einzuspritzen, dass noch eine gute Zerstäubung erfolgt. Ist die einzuspritzende Brennstoffmenge grösser, so dass zu deren Einspritzung ein grösserer Kurbelwinkel notwendig wird, so bewegt sich anfänglich der Kolben 3 ebenfalls nach oben, indem er den Federdruck der Feder 1 : 3 weiter überwindet und so den Einspritzdruck der Charakteristik der Feder entsprechend weiter steigert.
Die Einspritzung des Brennstoffes erfolgt nun, abhängig von dem Düsenquerschnitt durch das Weiterschreiten des Kolbens 2 und durch den Federdruck, der auf den Kolben 3 ausgeübt wird, so dass eine grössere Brennstoffmenge in einer verschieden langen Zeit in den Arbeitszylinder hineingepresst wird. Nimmt die Drehzahl der Maschine zu und soll bei annähernd gleichem Kurbelwinkel, d. h. in einer kürzeren Zeit die Einspritzung vollendet sein, so muss die Spannung der Feder 13 erhöht werden, was mit Hilfe der Vorrichtung 14 und 15 während des Betriebes möglich ist. Da die Geschwindigkeit dey Kolbens 2 mit der Drehzahl zunimmt und auch der Druck bei einer gegebenen Brennstoffmenge auf den Kolben 3 infolge erhöhter Federspannung ebenfalls grösser wird, so muss der Einspritzdruck steigen ; die absolute Einspritzzeit wird also kürzer.
Verfährt man umgekehrt, so kann bei abnehmender Drehzahl auch der Einspritzdruck vermindert und die Einspritzzeit beliebig während des Betriebes verlängert werden. Die Querschnitte der Düsen sind so zu wählen, dass bei dem entstehenden Einspritzdruck und der verfügbaren Einspritzzeit der ganze eingeschlossene Brennstoff in den Arbeitszylinder eingespritzt wird, damit die Einspritzung beendigt ist, bevor der Druckschlitz durch den fortschreitenden Kolben geschlossen wird. Man hat es also in der Hand, die Verbrennungsdiagramme durch einen äusseren
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müssen. Hiedurch wird es möglich, b bei jeder Belastung und Drehzahl den günstigsten Brennstoffverbrauch zu erreichen. Verstopft sich eine Düse teilweise oder ganz, so verlängert sieh nur die Einspritzzeit, aber es kann niemals eine die Pumpe gefährdende Drucksteigerung eintreten.
Die Regelung der Pumpe erfolgt sehr genau infolge der grossen Abdeckung, die der Kolben 2 gegenüber dem Saugschlitz aufweist. Die bisher bekannten, mit Saugschlitz versehenen Pumpen ändern bei eintretender Abnutzung ihre Reglerstellung, denn der den Saugschlitz abschliessende und dann sofort auf hohen Druck dichtende Kolben lässt bei sehr geringer Abnutzung schon relativ grosse Brennstoffmengen rückwärts in den Saugkanal fliessen. Es entsteht so auch eine Verspätung der Brennstoffeinspritzung und somit eine schlechtere Verbrennung.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird Je nach der zu fördernden Brennstoffmenge der Kolben 20 mehr oder weniger aus seiner Ruhelage von seinem Sitz gehoben, wobei er auf den Einspritzvorgang in gleicher Weise einwirkt, wie die Feder nach Fig. 1. Der auf den Kolben 20 wirkende Druck kann von der Anlassluft oder einer Flüssigkeit, die unter einem Gasdruck steht, oder durch die Verbrennungsluft ausgeübt werden.
Nach Fig. 3 ist der Einspritzdruck a im Punkt A wo der Saugschlitz 4 geschlossen wird, gleich dem Druck s. unter welchem der Brennstoff der Pumpe zufliesst ; er steigt infolge Vorwärtsschreitens des Kolbens 2 auf der Strecke J.-B und Überwindung der Feder 7 auf b an, bis der Bund 3'am Anschlag 10 liegt. Jetzt steigt der Druck infolge des Druckes der Feder 13 auf der'Strecke B-C auf c. Im Punkt C erfolgt das Öffnen des Dmckschlitzes 5. Linie c-cl zeigt den Druckverlauf bei Leerlauf. d. h. bei kleinster
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der Linie c- sowie auch der Linie c-e wird steiler bei zunehmender Geschwindigkeit der Maschine, da die eingezeichneten Linien für ungefähr die kleinste Drehzahl der Maschine gelten.
Bei stärker gespannter Feder 1.'3 setzt die Linie e'-e'bei c'ein. Bei D ist der Totpunkt des Arbeitskolbens, bei E das Ende der Einspritzung und bei F der Totpunkt der Brennstoffpumpe.
Ganz ähnlich ist der Druckverlauf bei der Anordnung nach Fig. 2.
Das Diagramm ist nur schematisch gehalten, da die entstehenden Beschleunigungsdrücke der Pumpenkolben sowie des Antriebsgestänges dieselben etwas beeinflussen können. Ebenso kann die Viskosität des Brennstoffes nebst seiner Temperatur die Drueklinien etwas verschieben.