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Brennstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine für Brennkraftmaschinen bestimmte Brennstoffeinspritzpumpe mit selbsttätig erfolgender Regelung der Förderleistung, die ausser einem Hauptkolben, der mit der die Regelgrösse bildenden Geschwindigkeit angetrieben wird, einen Hilfskolben aufweist, der das eigentliche Regelglied bildet und der bei seinem zugleich mit dem Hingang (Druckhub) des Hauptkolbens erfolgenden Hingang hydraulisch angetrieben wird, wogegen sein Rückhub durch eine beispielsweise von einer Feder erzeugte Rückstellkraft herbeigeführt wird. Der Hilfskolben fördert bei seinem Rückhub die Flüssigkeit durch einen mit einer Drosselstelle versehenen und durch ein periodisch arbeitendes Absperrglied verschliessbaren Bremskanal hindurch und wird dadurch gebremst.
Derartige Pumpen sind in der nicht vorveröffentlichten österr. Patentschrift Nr. 2 07621 beschrieben.
Bei den Pumpen nach diesem älteren Vorschlag hängt die Rückhubgeschwindigkeit des Hilfskolbens praktisch nur von der auf ihn wirkenden Rückstellkraft und von der auf einen bestimmten Wert eingestellten Drosselung ab. Bei unveränderter Drosseleinstellung hat daher die für einen vollen Rückhub des Hilfskolbens erforderliche Zeit einen festen, von der Antriebsgeschwindigkeit des Hauptkolbens der Pumpe unabhängigen Wert T. Die Wirkung der Einstellung gemäss dem älteren Vorschlag hört dann auf, wenn die für einen Rückhub des Hauptkolbens erforderliche, von der Antriebsgeschwindigkeit der Pumpe abhängige Zeit e kleiner als die nach vorgenommener Einstellung praktisch konstante Rückhubzeit T des Hilfskolbens wird.
In diesem Augenblick bildet sich unter dem Hilfskolben ein Flüssigkeitsanschlag, der umso höher wird und den Rückhubweg des Hilfskolbens umso mehr verkürzt, je kleiner die Zeit e gegenüber der Zeit T wird.
Nach einem andern, nicht vorveröffentlichten Vorschlag wird zwecks weiterer Verbesserung der Selbstregelung eine Brennstoffeinspritzpumpe der eingangs beschriebenen Art mit einer vorzugsweise hydraulisch arbeitenden Bremsvorrichtung ausgestattet, die auf das Absperrglied wenigstens während eines Teiles seines die Öffnung des Biemskanales herbeiführenden Rückhubes wirkt, wobei vorzugsweise als Bremsvorrichtung in einem Kanal, durch den das Absperrglied bei seiner Rückhubbewegung Flüssigkeit hindurchfördert, eine zweckmässigerweise einstellbare Drosselöffnung zur Verlangsamung der Rückhubbewegung des Absperrgliedes angeordnet ist.
Bei dieser Pumpe wird beim Aufwärtshub (Hingang) des Hauptkolbens durch diesen Flüssigkeit aus dem Hauptzylinder in den Hilfskolbenzylinder unter den Hilfskolben gefördert, wodurch dieser gegen den Druck seiner Rückstellfeder bis in seine obere Endlage gehoben wird. Hiebei drückt dieser Hilfskolben die im oberen Teil des Hilfskolbenzylinders befindliche Flüssigkeit in die zur Einspritzdüse führende Förderleitung.
Bei seinem während des Rückhubes des Förderkolbens erfolgenden, durch die Drosselstelle gebremsten Rückhub fördert der Hilfskolben die im unteren Teil seines Zylinders befindliche Flüssigkeit durch einen an der genannten Drosselstelle verengten Leitungskanal in den oberen, den Dosierraum der Pumpe bildenden Teil des Hilfskolbenzylinders, aus dem diese Flüssigkeit beim nächsten Druckhub in die Einsprltzlei- tung gedrückt wird.
Da der Feinheitsgrad der Selbstregelung mit abnehmendem Drosselquerschnitt zunimmt, kann bei dieser Ausbildung der Brennstoffzuführung zu dem mit der Einspritzleitung verbundenen Zylinderraum über dem Hilfskolben bei einem Motor mit relativ hoher Normaldrehzahl ein hoher Feinheitsgrad der Selbstregelung nur dann erzielt werden, wenn an der unteren Drehzahlgrenze bzw. bei Vollast, also bei vollem
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Rückhub des Hilfskolbens, die je Hub zu fördernde maximale Brennstoffmenge relativ klein ist, weil die
Drosselstelle bei der für einen hohen Feinheitsgrad der Regelung erforderlichen engen Einstellung in der bei rasch laufenden Motoren kurzen Zeit zwischen zwei Förderhüben nur eine beschränkte Brennstoffmen- ge in den zu füllenden Raum eintreten lässt.
Um auch bei einem Motor mit relativ hoher unterer Grenzdrehzahl, d. h. auch bei voller Füllmenge schnell nacheinander erfolgenden Förderhüben trotz enger Drosseleinstellung in der für einen einzelnen
Hub verfügbaren Zeit eine grössere Brennstoffmenge in den mit der Einspritzleitung verbundenen, oberen
Teil des Hilfskolbenzylinders einführen zu können, wird bei einer andern Ausführung der nach dem er- wähnten weiteren Vorschlag ausgebildeten Pumpe die vom Hilfskolben bei seinem Rückhub verdrängte
Flüssigkeit durch einen mit der Drosselstelle für die Bremsung der Rückhubgeschwindigkeit des Hilfskol- bens versehenen Kanal in den Vorratsbehälter zurückgefördert, wogegen die in die Einspritzleitung zu för- dernde,
durch den Hilfskolben dosierte Brennstoffmenge durch den Hauptkolben bei seinem Aufwärtsgang über einen aus dem Hauptzylinder zu dem mit der Einspritzleitung verbundenen oberen Teil des Hilfs- kolbenzylinders gefördert wird.
Bei dieser Ausbildung der Brennstoffeinführung ist zwar die in gleich kurzer Zeit maximal zuführbare
Brennstoffmenge je Hub grösser als bei einer Pumpe der erstbeschriebenen Art mit gleich hohem Feinheits- grad der Selbstregelung, die Verbindungsleitung zwischen dem Hauptzylinder und dem oberen Teil des
Hilfskolbenzylinders (Dosierraum) muss aber ebenfalls eine Drosselstelle enthalten, um den durch den
Brennstoff auf die obere Fläche des Hilfskolbens ausgeübten Druck unter einem bestimmten Wert zu hal- ten, bei dessen Überschreitung der Rückhub des Hilfskolbens in einer die Regelwirkung verfälschenden
Weise beschleunigt würde.
Diese in der Verbindungsleitung erforderliche Drosselstelle begrenzt natürli- cherweise ebenfalls in einem bestimmten, wenn auch geringeren Ausmass die während eines bestimmten kurzen Zeitraumes in den Dosierraum maximal einführbare Brennstoffmenge, so dass auch bei der zuletzt beschriebenen Ausbildung des Brennstoffzuführungskanales bei einem Motor mit relativ hoher unterer
Grenzdrehzahl die Zufuhr der maximal erforderlichen Brennstoffmenge je Hub bei unverändert hohem
Feinheitsgrad der Selbstregelung nur bis zu einem nicht sehr grossen Hubvolumen der einzelnen Zylinder des Motors, bei grossem Hubvolumen der einzelnen Zylinder aber nur bei Herabsetzung des Teinheitsgra- des der Selbstregelung gewährleistet ist.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Pumpe der vorstehend erläuterten Art so auszubilden, dass auch bei einem Motor mit grossem Hubvolumen der einzelnen Zylinder mit relativ hoher unterer Grenz- drehzahl des Regelbereiches, bei dem also für einen Hub auch bei maximal erforderlicher Brennstoffen- ge nur ein relativ kurzer Zeitabschnitt zur Verfügung steht, unter Aufrechterhaltung eines hohen Fein- heitsgrades der Selbstregelung über den ganzen Regelbereich im unteren Grenzbereich eine vollständige
Füllung mit der maximal erforderlichen Brennstoffmenge je Hub gewährleistet wird.
Die Erfindung geht hiebei von einer Brennstoffeinspritzpumpe der eingangs erläuterten Art aus, bei welcher der Hilfskolben seinen Zylinder in zwei Abteile unterteilt, von denen das eine mit dem mit einer
Einlassleitung für Brennstoff verbundenen Hauptzylinder, in dem der Hauptkolben arbeitet, durch einen mit einem Rückschlagventil versehenen Kanal verbunden ist, wogegen an das andere Abteil die zur Einspritz- düse führende, vorzugsweise mit einem Rückschlagventil versehene Förderleitung der Pumpe angeschlos- sen ist.
Das angestrebte Ziel wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass bei einer Pumpe dieser Art eine Einlassleitung für den zu fördernden Brennstoff über ein Einlassventil unmittelbar in das zweite Abteil mündet, an das die zur Einspritzdüse führende Förderleitung anschliesst, wobei die Einlassleitung für den
Brennstoff in dieses zweite Abteil von der Einlassleitung für den Brennstoff in dem Hauptzylindervorihrer
Einmündung in diesen abgezweigt ist.
Bei der erfindungsgemässen Ausbildung der Brennstoffpumpe kann die vom Hauptkolben bei seinem
Aufwärtshub verdrängte Flüssigkeit nur auf die Unterseite des Hilfskolbens einwirken und diesen nach oben. verschieben. Der Rückhub des Hilfskolbens kann durch aus dem Hauptzylinder verdrängte Flüssigkeit in keiner Weise beschleunigt werden.
Die Füllung des oberhalb des Hilfskolbens gelegenen, mit der Förder- leitung zur Einspritzdüse verbundenen Zylinderraumes erfolgt beim Rückhub des Hilfskolbens durch von keiner Drosselung behindertes Ansaugen, wodurch auch bei kurzer Füllzeit und grosser Füllmenge, also auch bei Motoren mit grossem Hubvolumen der einzelnen Zylinder mit relativ hoher Drehzahl an der un- teren Grenze des Regelbereiches, die vollständige Zuführung der maximal erforderlichen Brennstoffmenge je Hub gewährleistet wird, ohne dass der Feinheitsgrad der Selbstregelung herabgesetzt werden muss.
Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung veranschaulichtes Ausi führungsbeispiel einer Pumpe näher erläutert werden.
Die erfindungsgemässe Pumpe hat einen Hauptzylinder 1, in welchem ein Hauptkolben 2 arbeitet, der durch ein nicht dargestelltes Antriebsmittel, z. B. durch einen von der Motorwelle aus angetriebenen
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Nocken und eine Rückführfeder, in hin-und hergehende Bewegung versetzt wird. Der Hauptkolben 2 steuert einen Schlitz 3, durch welchen eine Brennstoffeinlassleitung 4 in den Hauptzylinder 1 mündet. Die Leitung 4 wird durch eine nicht gezeigte Zuführungspumpe gespeist, die den Brennstoff aus einem Vorratsbehälter entnimmt.
Der Hauptzylinder 1 ist durch einen mit einem Rückschlagventil 11 versehenen Kanal 10 mit dem unteren Ende eines Zylinders 7 verbunden, in welchem ein Hilfskolben 5 axial verschiebbar ist, der den Zylinder 7 in zwei Abteile, nämlich einen unteren Zylinderraum 7a und einen oberen Zylinderraum 7b, der die Dosierkammer bildet, unterteilt. Im oberen Zylinderraum oder Abteil 7b befindet sich eine Druckfeder 6, die den Hilfskolben nach unten drückt. An das obere Abteil 7b des Hilfskolbenzylinders 7 schliesst ein mit einem Rückschlagventil 16 versehener Kanal 15 an, von dem eine nicht gezeigte Rohrleitung zur zugeordneten Einspritzdüse des Motorzylinders führt.
Von der Brennstoffeinströmleitung 4 zweigt vor ihrer Einmündung 3 in den Hauptzylinder l ein Kanal 36 ab, der in das obere Abteil 7b des Hilfskolbenzylinders 7 mündet und mit einem Rückschlagven- til 37 ausgestattet ist.
An das untere Ende des unteren Abteils 7a des Hilfskolbenzylinders 7 ist ein Kanal 9 angeschlossen, von dem ein Kanal 9a zum Vorratsbehälter für den Brennstoff führt. Zwischen den Kanälen 9 und 9a ist quer zu deren Achse eine zylindrische Bohrung 19 angeordnet, in der ein Absperrglied in Form eines zylindrischen Schiebers 12 quer zu den Kanälen 9 und 9a verschiebbar ist, der durch eine Druckfeder 14 nach unten gedrückt wird. Im oberen Teil des Schieberzylinders 19 befindet sich ein als Führung für die Feder 14 dienender Zapfen, dessen untere Endfläche 21 einen Anschlag zur Begrenzung des Hubweges des Schiebers 12 nach oben bildet.
Der Schieber 12 weist an seiner Umfangsfläche eine Ringnut 8 auf, die den Kanal 9 mit dem Kanal 9a verbindet, wenn sich der Schieber 12 in oder nahe seiner Ruhelage am unteren Ende des Schieberzylinders 19 befindet. Statt der Ringnut kann auch eine den Schieber 12 quer durchsetzende Bohrung vorgesehen sein, die bei der untersten Schieberstellung die Kanäle 9 und 9a verbindet. In diesem Falle muss der Schieber gegen Verdrehung gesichert sein. Die Ringnut 8 des Schiebers 12 ist so bemessen, dass sie die zur Bremsung der Rückhubgeschwindigkeit des Hilfskolbens 5 erforderliche Drosselstelle im Abströmkanal 9 bildet.
Die Durchgangsweite dieser Drosselstelle bestimmt die Rückhubgeschwindigkeit des Hilfskolbens 5 ; der jeweilige Rückhubweg des Hilfskolbens hängt hiebei von der bei den einzelnen Huben vorhandenen Öffnungsdauer des Abströmkanales 9 ab.
Der Zylinder 19 für den Schieber 12 ist unten durch zwei Kanäle 13 und 44 mit dem Hauptzylinder 1 verbunden. Im Kanal 13 ist ein Rückschlagventil 42 angeordnet, das durch eine Druckfeder 43 belastet ist und sich in Richtung zum Schieberzylinder 19 öffnet. Der zweite Kanal 44 weist eine Drosselstelle 29 auf, deren Durchgangsweite durch Verstellen einer Kegelspitzschraube 22 veränderbar ist.
Vom Hilfskolbenzylinder 7 führt ein Verbindungskanal 17 zur Abströmleitung 9a. Der Kanal 17 schliesst an den Zylinder 7 in einer solchen Höhe an, dass er durch den Hilfskolben in dessen oberer Endstellung geöffnet wird, wodurch das Entstehen eines gefährlichen Überdruckes in den Zylindern verhütet wird.
Die beschriebene Pumpe arbeitet in folgender Weise : Der Hauptkolben 2 drückt bei seinem Aufwärtsgang den aus der Einströmleitung zugeführten Brennstoff aus dem Zylinder 1 in das untere Abteil 7a des Hilfskolbenzylinders 7 und diese Flüssigkeit drückt den Hilfskolben 5 gegen den Druck der Feder 6 nach oben. Hiebei drückt der Hilfskolben 5 die im oberen Abteil 7b befindliche Flüssigkeitsmenge durch den Kanal 15 und das Rückschlagventil 16 in die Leitung zur zugeordneten Einspritzdüse.
Am Beginn seines Aufwärtshubes drückt der Hauptkolben 2 eine Teilmenge von Flüssigkeit aus dem Hauptzylinder 1 über das Rückschlagventil 42 durch den Kanal 13 in den Zylinder 19 unter den Schieber 12, der hiedurch bis zum Anschlag an die Fläche 21 gehoben wird und die Verbindung zwischen den Kanälen 9 und 9a unterbricht, so dass aus dem unteren Abteil 7a des Hilfskolbenzylinders keine Flüssigkeit abströmen kann.
Beim Abwärtshub des Hauptkolbens 2 drückt die Feder 14 den Schieber 12 nach unten, dessen Rückhubgeschwindigkeit durch Verzögerung der Abströmung der beim Rückhub des Schiebers 12 von diesem verdrängten Flüssigkeit an der Drosselstelle 29 in dem zum Hauptzylinder 1 führenden Kanal 44 gebremst wird. Die Rückhubdauer des Schiebers 12 hat hiebei einen nur von der Einstellung der Drosselstelle 29 abhängigen, von der durch die Motordrehzahl bestimmten Antriebsgeschwindigkeit der Pumpe jedoch vollkommen unabhängigen Wert, von dem ein Anteil t auf die Zeit vom Beginn des Rückhubes des Schiebers 12 bis zum Beginn der Öffnung des Abströmkanales 9 entfällt.
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Im unteren und mittleren Drehzahlbereich des Motors öffnet der Schieber 12 den Abströmkanal 9 stets relativ lang vor Beginn des nächsten Förderhubes. Im Augenblick der Öffnung des Kanales 9 beginnt der Hilfskolben seinen Rückhub, wobei der Hilfskolben 5 zur Zurücklegung des vollen Hubweges stets die von der Motordrehzahl, d. h. von der Antriebsgeschwindigkeit der Pumpe unabhängige, nur durch die Einstellung der Drosselstelle 8 bestimmte Zeit T benötigt.
Solange nun der Zeitabstand zwischen dem Beginn zweier aufeinanderfolgender Förderhübe des Hauptkolbens 2 gleich oder grösser als T ist, kehrt der Hilfskolben 5 jedesmal vor dem Beginn des nächsten Förderhubes bis in seine Ausgangsstellung zurück und saugt hiebei durch den Kanal 36 aus der Einströmleitung die maximal mögliche Menge von Brennstoff in den Zylinderraum 7b für den darauffolgenden Druckhub an.
Wenn bei steigender Motordrehzahl der Zeitabstand zwischen zwei Förderhüben kleiner als T wird, dann kann der Hilfskolben seine Ausgangsstellung nicht mehr erreichen, weil er bereits vorher durch die vom Hauptkolben beim nächsten Förderhub in den unteren Zylinderraum 7a geförderte Flüssigkeit angehalten wird, deren Abfluss durch den bereits wieder gehobenen Schieber 12 verhindert wird. Der Hilfskolben 5 konnte daher nur eine entsprechend geringere Menge von Brennstoff durch den Kanal 36 in den oberen Hilfskolbenzylinderraum 7b ansaugen. Die Menge des angesaugten Brennstoffes nimmt hiebei umso stärker ab, je mehr sich der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Förderhüben gegenüber der vollen Rückhubdauer des Hilfskolbens 5 verkürzt.
Wenn der Motor eine Drehzahl erreicht, bei welcher der Zeitabstand zwischen zwei Förderhüben der Pumpe gleich der Zeit t wird, dann öffnet der Schieber 12 den Abströmkanal 9 nicht mehr, weil der Schieber im Augenblick des Beginnes der Öffnung des Kanales 9 bereits wieder in die Sperrstellung verschoben wird. Der Hilfskolben 5 wird daher in seiner oberen Endlage festgehalten und saugt keinen Brennstoff aus der Leitung 36 an. Die Drehzahl des Motors kann infolgedessen nicht weiter steigen. In der Praxis wird der Regelvorgang gegebenenfalls schon etwas vor der vollständigen Absperrung der Brennstoffzufuhr zum Motor enden, nämlich dann, wenn dem Motor gerade noch die für den Weiterlauf nötige Brennstoffmindestmenge zugeführt wird.
Die erfindungsgemässe Pumpe bietet den besonderen Vorteil, dass der Feinheitsgrad der Selbstregelung der Brennstoffzufuhr zu den Motorzylindern auch bei sehr hohen unteren Grenzdrehzahlen unabhängig von der Grösse des Hubvolumens der einzelnen Zylinder eingestellt werden kann, wobei auch bei einer durch ein grosses Hubvolumen des Zylinders bedingten grossen Füllmenge je Hub stets die volle Förderung im unteren Drehzahlbereich gewährleistet wird. Dieser Vorteil wirkt sich ganz besonders bei Motoren aus, die stark wechselnder Belastung unterworfen sind, vor allem wenn häufig ein rascher Übergang von Leerlauf auf Vollast gefordert wird.