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Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff für Brennkraftmaschinen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff für Brennkraftmaschinen, bei welcher die Düse von einem federbelasteten Ventil gesteuert wird, das mit zwei unter dem Druck des Brennstoffes stehenden Kolben ausgestattet ist, von denen der eine das Öffnen und der andere das Schliessen des Ventils bewirkt. Gemäss der Erfindung wird der auf den Öffnungskolben wirkende Druck des Brennstoffes während der ganzen Dauer der Einspritzperiode aufrechterhalten und das Ventil am Ende dieser Periode unter Überwindung dieses Druckes durch den auf den Schliesskolben wirkenden Druck der Flüssigkeit geschlossen. Auf diese Weise fliesst der Brennstoff auch während der Schliessbewegung des Ventils unter Druck aus der Düse aus und wird daher bis auf den letzten Rest fein zerstäubt.
Dieser Vorteil ist mit den bekannten Vorrichtungen nicht erreichbar, weil der Brennstoffzufluss während der Schliessbewegung des federbelasteten Ventils unterbunden wird. Während des Ab- sehliessens sinkt daher der Druck in der Düse, so dass der Brennstoff nicht zerstäubt wird, sondern in Form grosser Tropfen in den Zylinder gelangt und unvollkommen verbrennt, was Rauchentwicklung und Verstopfung der Düse zur Folge hat.
Weitere Merkmale der Erfindung seien an Hand der Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 einen Schnitt durch die Brennstoffpumpe und Düse, Fig. 2 den Antrieb für die Vorrichtung, Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform in Ansicht, teilweise im Schnitt, und Fig. 4 den Antriebsmechanismus für die Vorrichtung gemäss Fig. 3 zeigt.
Im Pumpenzylinder 11 befindet sich ein Kolben 12, dessen ausserhalb des Zylinders liegender
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betätigt wird. Der Daumen schiebt den Kolben einwärts, während die Auswärtsbewegung durch eine Feder 17 bewirkt wird. Zwecks Verdeutlichung der Darstellung sind in den Figuren Dichtungsmittel und ähnliche allgemein bekannte Konstruktionselemente fortgelassen. Der Pumpenzylinder stellt durch einen Kanal 18 mit einem Einlassventil in Verbindung, das z. B. ein federbelastetes Kugelventil sein kann, wie solche für Pumpen kleinen Fassungsraumes üblich sind. Ein zweiter ständig offener Kanal 19 verbindet den Pumpenzylinder mit einer Brennstoffdüse.
Diese Düse besteht aus dem eigentlichen Düsenkörper 20 mit der Einspritzöffnung : 21 und einer Führung 22 für ein Nadelventil 2. 3. Das Nadelventil weist einen kegelförmigen Kopf 24 auf, der das hintere Ende des Düsenkanals abschliesst, und ist mit einer Schulter 2'5 versehen, die einen Ringkolben darstellt. Mit 26 ist ein zweiter Kolben auf der Ventilstange bezeichnet, der sich am hinteren Ende des Teiles 22 befindet. Die Ventilstange ist über diesen Kolben hinaus verlängert. Die Verlängerung 27 trägt an ihrem aus dem Gehäuse vorragenden Ende einen Kopf 28, an dem sich eine in einer aufgeschraubten Kappe 30 untergebrachte Feder : 29 abstützt.
Durch Verdrehung der Kappe.' ? kann die Spannung der Feder 29 geändert werden. 130 ist eine Scheibe zur Sicherung der Kappe gegen unbeabsichtigte Verdrehung. In die Haube.' ? ist ferner ein Anschlag ; 31 eingeschraubt, der mittels des vierkantigen Kopfes 32 einstellbar ist. Durch den Anschlag.' wird der Hub des Nadelventils 2 ; J begrenzt. Dieser Hub ist sehr klein, so dass der kegelige Kopf : 24 nur um ein kleines Stück von seinem
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befindet sich ein erweiterter Kanal
Von dem Kanal 19, der den Pumpenzylinder 11 mit der Düse verbindet, zweigt ein Kanal ab, der von einem Überdruckventil 35 abgeschlossen wird, das eine Feder. 36 auf seinen Sitz. 37 niederhält.
Die Spannung der Feder ist mittels einer aufgeschraubten Kappe 38 einstellbar.
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Neben dem Pumpenzylinder befindet sich eine FÜhrung : 39 fÜr ein Kolbenventil 40, dessen Stange zu einem Lagerkörper 41 für eine Rolle 42 ausgebildet ist, die mit einem Daumen auf der Welle 43 zusammenwirkt. Auf der Welle 43 sitzt ein Zahnrad 44, das von einem Zahnrad 45 auf der Welle 16 angetrieben wird. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht, kann der Zeitpunkt, zu dem das Kolbenventil in Tätigkeit tritt, mit Bezug auf den Zeitpunkt, zu welchem der Pumpenkolben betätigt wird, geändert werden. Das Kolbenventil 40 stellt das Steuerungselement dar, durch das das Eröffnen und Schliessen, gegebenenfalls nur das Schliessen des Nadelventils 23 geregelt wird.
Die Rolle 42 des Kolbenventils wird durch eine Feder 46 mit der Daumenwelle 43 in Eingriff gehalten. In die Seitenwand der Führung des Kolbenventils mündet ein Kanal 47, der vom Pumpenzylinder 11 ausgeht, ferner ein Kanal 48, der an einen Kanal 49 anschliesst, welcher in die Kammer in der Führung 22 des Nadelventils mündet, in der der Schliesskolben 26 arbeitet. Ein dritter Kanal- ? in der Fiihrung 39 führt ins Freie. Wenn das Kolbenventil aus der in Fig. 1 dargestellten Stellung ein wenig gesenkt wird, so wird eine Verbindung zwischen dem Kanal 49 und dem Kanal-50 hergestellt und der erstere auf diese Weise mit der Atmosphäre verbunden.
In der Hoehstellung des Kolbenventils ist diese Verbindung gesperrt und der Kanal 48, 49 mit dem Kanal 47, der zum Pumpenzylinder führt, verbunden.
Der Daumen 15 wird von der Brennkraftmaschine so angetrieben, dass einer Einspritzung von
Brennstoff durch die Düse 21 ein Hin-und Hergang des Pumpenkolbens entspricht. Während des
Niederganges oder Saughubes des Kolbens wird durch den Kanal 18 Brennstoff angesaugt. Der
Daumen 15 ist auf der Welle 16 so aufgekeilt, dass die Aufwärtsbewegung des Kolbens zu dem Zeitpunkt einsetzt, wo die Einspritzung erfolgen soll. Sowie sich der Pumpenkolben aufwärts bewegt, wird der Druck im Kanal 19 erhöht, weil der Kanal 47 vom Kolbenventil 40, das sich in der Tief- stellung befindet, abgesperrt ist. Wenn der Druck eine entsprechende Höhe erreicht hat, ist die auf die Ringfläche 25 des Einspritzventils wirkende Kraft ausreichend, das Ventil 24 unter Überwindung des Druckes der Feder 29 zu öffnen, und es beginnt die Einspritzung.
Da der Spalt zwischen dem angehobenen Ventil 24 und dem Sitz im Düsenkörper 20 sehr eng ist, findet an dieser Stelle eine erste Zerstäubung des Brennstoffes statt. Im Kanal 3. 3, der vor der Düsenmündung liegt, geht eine zweite Zerstäubung unter Entspannung vor sich. Eine weitere Entspannung ergibt sich beim Austritt aus der Düsenmündung 21. Der Brennstoff tritt also im Zustand feinster Zerstäubung in die Verbrennungkammer der Maschine, die eine Kolbenmaschine oder eine Turbine sein kann.
Da sieh der Kolben während des Einspritzens aufwärts bewegt, wird der Druck in dieser Periode aufrechterhalten. Er kann indessen nicht über ein vorbestimmtes Mass, das durch die Belastung des Überdruckventils Ja gegeben ist, ansteigen. Die untere Grenze des Druckes wird durch die Feder 29 bestimmt. Die Einspritzung vollzieht sich daher unter einem Druck, der zwischen den durch die Federn. 36 und 29 bestimmten Grenzen liegt. Wenn der Zeitpunkt, zu dem der Daumen auf der Welled das Kolbenventil 40 betätigt, entsprechend gewählt wird, so langt der Brennstoffkolben am Ende seines Hubes an, bevor dieses Ventil in Tätigkeit tritt. Sodann setzt die Abwärtsbewegung des Kolbens ein. Dabei fällt der Druck des Brennstoffes in der Brennstoffdüse und der Brennstoff fliesst in den Pumpenzylinder zurück.
Das Nadelventil wird daher durch die Feder 29 auf seinen Sitz gepresst. Die Steuerung des Nadelventils wird also nur durch die Druckänderungen im Pumpenzylinder bewerkstelligt, ohne dass eine Vorrichtung dafür zur Anwendung kommen müsste. Diese Wirkungsweise ergibt sich indessen nur bei der Einspritzperiode grösstmöglicher Dauer. Andernfalls wirkt der Daumen auf der Welle 43 auf das Kolbenventil 40 ein, bevor der Druckhub des Pumpenkolbens beendet ist. Dabei wird das Kolbenventil 40 gehoben und der unter Druck stehende Brennstoff kann durch die Kanäle dz 49 zum Ringkolben 26 gelangen.
Da dieser grössere Fläche aufweist als die Ringfläche der Schulter : ! 6, wird das Nadelventil ungeachtet des Umstandes, dass die Sitzfläche 24 noch unter Druck steht, geschlossen.
Wenn man die Vorrichtung, die die Wellen 16 und 4. 3 verbindet, derart ausgestaltet, dass der Daumen auf der Welle 4. 3 zu einem veränderbaren Zeitpunkt zur Wirkung kommt, kann die Dauer der jäh abschliessenden Einspritzperiode verändert werden, ohne dass es erforderlich wäre, zwischen dem Pumpenzylinder 11 und der Düsenkammer Ventile anzuordnen. Solche Ventile sind bekanntlich unzulänglich, weil sie Verluste an Betriebsstoff veranlassen, und können auch schwer instand gehalten werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, die die Welle 16 mit der Daumenwelle 4 : 3 in solcher W eise
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Richtung hat zur Folge, dass der Daumen voreilt, wälirend die Verschiebung in der andern Richtung ein Nacheilen bewirkt. Die Hülse 56 ist mit einem eingedrehten Hals 60 versehen, in den die Gabel
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Um die Dauer der Einspritzperiode verändern zu können, wird die Scheibe 143 aus zwei gegeneinander verdrehbaren und einstellbaren Teilen zusammengesetzt, damit der Abstand der Kanten 120 und IM, von denen die eine den Beginn und die andere das Ende des Einspritzens bestimmt, verändert werden kann. Die Vorrichtung ist der Fig. 4 zu entnehmen, in der zwei Scheiben 142 mit den die Dauer der Einspritzung steuernden Kanten 120. 121 dargestellt sind. Die Scheiben sind auf einer
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Verschiebung der Vorgelegewelle 125 in der Achsenrichtung dient ein Hebel 127, dessen Gabel in einen eingedrehten Hals 126 einer Muffe eingreift.
Infolge der Verbindung der beiden Wellen 122, 125 durch
Schraubenräder wird durch die Verschiebung der Welle 125 ein Voreilen oder Nacheilen der Welle 72J mit Bezug auf die Welle 122 herbeigeführt.
Die Welle 125 trägt ferner noch Sehraubenräder 128, 729, 1 . 0, deren Steigung jener des Rades 1 : 21 entgegen gerichtet ist. Diese Schraubenräder kämmen mit Schraubenrädern 131, 132, 133, die um die Welle 722 leerlaufen. Alle Räder haben die gleiche Zähnezahl. Da die Steigung der Zähne des Räderpaares 128, 131 der Steigung der Zähne des Räderpaares 123, 124 entgegengesetzt gerichtet ist, hat eine Längsverschiebung der Welle 125 ein Voreilen oder Nacheilen des Rades dz mit Bezug auf die Welle 122 zur Folge, das grösser ist als das Voreilen und Nacheilen, das durch das Räderpaar 12.'1, 124 veranlasst wird.
Das gleiche gilt bezüglich der Räder 1 . 2, 7.' und etwa noch weiter vorhandener Räder, die alle gleichzeitig in demselben Masse voreilen oder nacheilen. Jedes Zahnrad trägt Scheibenabschnitte 143, 144, 145, 146 usw., die an den Scheiben 142 anliegen und mit den Kanten 120 versehen sind. Der Antrieb der Welle 722 kann so ausgestaltet sein, dass diese Welle gegen die Welle 16 um einen veränderbaren Winkel vor-bzw. nacheilt. In diesem Falle ist auch der Zeitpunkt, zu dem das Einspritzen einsetzt, regelbar.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff für Brennkraftmaschinen, bei welcher die Düse durch ein federbelastetes Ventil gesteuert wird, das mit zwei unter dem Druck des Brennstoffes stehenden Kolben ausgestattet ist, von denen der eine das Öffnen und der andere das Schliessen des Ventils herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, dass der auf den Öffnungskolben (2. 5) wirkende Druck während der ganzen Dauer der Einspritzperiode aufrechterhalten und das Ventil (23) am Ende dieser Periode unter Überwindung dieses Druckes durch den auf den Schliesskolben (26) wirkenden Druck des Brennstoffes geschlossen wird.