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Pumpe mit rotierender Verteilerwelle zum Einspritzen von
Brennstoff in Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf Pumpen mit rotierender Verteilerwelle zum Einspritzen von Brennstoff in Brennkraftmaschinen und betrifft im besonderen eine Pumpe dieser Art, bei welcher der Brennstoff periodisch in eine im Innern der Verteilerwelle vorgesehene Einströmleitung geliefert wird.
Diese Einströmleitung tritt während der Drehung der Welle über eine in der Umfangsfläche der Welle ausgebildete Mündungsöffnung periodisch mit wenigstens einem im Pumpengehäuse vorgesehenen Verteilungskanal in Verbindung. Die Förderkolben der Pumpe sind normalerweise einander entgegengesetzt paarweise in geeigneten Bohrungen vorgesehen und werden von einer Nockenscheibe aus betätigt, wobei entweder die Bohrungen in der umlaufenden Welle vorgesehen sind und die Kurvenscheibe im Pumpengehäuse angebracht ist, oder umgekehrt die Bohrungen im Gehäuse vorgesehen sind und die Kurvenscheibe sich in der umlaufenden Welle befindet.
Brennstoffeinspritzpumpen für Motoren können zweckmässig mit Selbstregelung der dem Motor zugeführten Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors ausgebildet werden. Zur Selbstregelung der Fördermenge kann ein Regelkolben verwendet werden, der seinen Hingang unter der hydraulischen Wirkung von Brennstoff ausführt, den die Förderkolben der Pumpe in eine Kammer unter dem Regelkolben drücken, wogegen sein Rückhub durch eine Rückholkraft bewirkt wird. Bei diesem Rückhub drückt der Regelkolben den Brennstoff aus der unteren Kammer in eine obere Kammer, aus der er den Brennstoff beim nächsten Hingang zum Motor fördert.
Der Rückhub des Regelkolbens wird durch regelbare Drosselung des aus der unteren Kammer des Regelkolbenzylinders abfliessenden Brennstoffs gebremst, wodurchbeisteigender Motordrehzahl der Rückhubweg des Regelkolbens in zunehmendem Ausmass verkürzt und die zum Motor geförderte Brennstoffmenge verringert wird.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Pumpe der eingangs beschriebenen Art als selbstregelnde Pumpe auszubilden.
Dieses Ziel wird gemäss der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, dass bei einer Pumpe der beschriebenen Art ein an sich bekannter Regelkolben in einem in der rotierenden Verteilerwelle vorzugsweise koaxial mit dieser angeordneten Zylinder unter dem Einfluss des Druckes des zugeführten Brennstoffs und der Rückstellkraft einer Feder frei hin-und herbewegbar ist und in diesem Zylinder eine mit der Einströmleitung verbundene Kammer begrenzt, die mit einem eine Drosselstelle aufweisenden Umleitkanal verbunden ist,
von dem ein Teil in der rotierenden Verteilerwelle und ein anderer Teil im feststehenden Pumpengehäuse verläuft und dessen Durchlassquerschnitt während des Zeitraums der Förderung von Brennstoff in die Einströmleitung infolge der während dieses Zeitraumes vorliegenden Versetzung des umlaufenden Teiles gegen den feststehenden Anschlussteil des Umleitkanals verschlossen ist.
Bei der erfindungsgemässen Pumpe sind die verschiedenen Leitungen für den Brennstoff in der Pumpe sehr kurz, so dass schädliche Räume vernachlässigbar klein sind und Leckstellen vermieden sind. Die Pumpe hat einfachen Aufbau und gewährleistet bei leichter Einstellmöglichkeit eine genaue, feinstufige für alle Verteilerleitungen gleichmässige Selbstregelung der Fördermenge.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf einige in der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsbeispiele der Pumpe näher erläutert. Fig. I zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Pumpe, wobei der linke und oberhalb der Linie A, B, C befindliche Teil einen Schnitt durch eine Ebene
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darstellt, die unter 45 gegen jene Ebene geneigt ist, in der die übrige Pumpe veranschaulicht ist, Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 11-11 in Fig. l und Fig. 3 zeigt eine Pumpe, deren Einbauteile gegenüber der der Pumpe nach Fig. 1 abgeändert sind.
Die Pumpe kann in ihrer Gesamtheit, mit Ausnahme des Regelsystems, in jeder beliebigen Weise aufgebaut sein, die geeignet ist, den Brennstoff periodisch in eine Leitung 1 zu fördern, die sich im Innern einer Welle 2 befindet. Diese Welle ist dabei so eingebaut, dass sie innerhalb des Pumpengehäuses 3 umlaufen und vom Motor (beispielsweise mit der Drehzahl seiner Steuerwelle), z. B. über einen Vierkant 4, angetrieben ist. Die Hauptkolben der Pumpe sind paarweise einander gegenüberliegend in geeigneten Bohrungen vorgesehen und können durch eine Nockenscheibe, die symmetrisch zur Achse der drehbaren Welle liegt, betätigt werden.
Bei dem Ausführungsbeispielnach Fig. 1 befinden sich die Hauptkolben 5 in einer Bohrung 6, die radial durch die Welle 2 geführt ist ; sie begrenzen eine übliche Druckkammer 7 und werden durch einen Nockenring 8 betätigt, der vom Gehäuse 3 aufgenommen wird, wobei sich die Kolben auf der Nockenbahn mittels ihrer Ansätze 5a abstützen. Die Welle 2 ist unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung von Lagern und Wälzkörpern, an den Wanden einer zylindrischen Kammer 9 gelagert. Diese ist im Gehäuse 3 genau ausgerichtet. Die Schmierung erfolgt durch den Brennstoff selbst, da es sich um Gasöl handelt. Die Welle 2 wird durch stirnseitig vorgesehene Platten 10 und 11 in der richtigen Lage gehalten ; deren Befestigung ist nicht dargestellt.
Durch Zwischenschaltung einer durch einen Absatz der Welle 2 gebildeten Ringnut 12 und von Längsausfräsungen 13, deren Zahl mit der Zahl der nacheinanderfolgendzu speisenden Zylinder übereinstimmt, und eines Kanals 14, der aussen an der Welle 2 beginnt und nach der Kammer 7 führt, erhält diese Kammer den Brennstoff von einer Pumpe, die beispielsweise abwechselnd fördert, wobei diese Pumpe bei der Ausführung nach Fig. 1 von einem Kolben 15 gebildet wird, der durch einen Exzenter 16 betätigbar ist (der die Innenwand der Ringnut 12 bildet), gegen den er von einer Feder 17 gedrückt wird. Der Zylinder 18, in welchem der Kolben 15 verschieblich gelagert ist, nimmt den Zuführungskanal 19 auf, in welchen ein Rückschlagsventil 20 angeordnet ist.
Der Zylinder 18 ist mit der Nut 12 durch Zwischenschaltung eines im Gehäuse 3 vorgesehenen Kanals 21 und durch Kanäle 22 verbunden, die in der Welle 2 angeordnet sind und zahlenmässig mit der Motorzylinderzahl übereinstimmen. Die verschiedenen Kanäle sind so aufeinander abgestimmt, dass die Zuführung zur Kammer 7 beginnen kann, sobald die symmetrisch vorgesehenen Nokken des Ringes 8 zulassen, dass die Kolben 5 sich voneinander entfernen, wobei die Zentrifugalkraft und der Druck der zugeführten Flüssigkeit diese Bewegung unterstützen.
Am Exzenter 16 kann eine Nockenscheibe mit mehreren Betätigungsnocken für den Förderkolben angeordnet sein ; das Vorhandensein mehrerer Nocken ist aber nicht unbedingt erforderlich, weil der Kolben 15 bei entsprechend grossem Nockenhub eine grössere, zur mehrmaligen Speisung der Kammer 43 ausreichende Brennstoffmenge ansaugt, die er anschliessend bis zum nächsten Saughub unter der Wirkung der jeweiligen Kraft in der Druckfeder 17 während der jeweiligen Vorübergänge des Kanals 22 am Kanal 21 bzw. des Kanals 14 an der Nut 13 absatzweise in die Druckkammer 7 fördert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 befinden sich die Hauptkolben 23 in Bohrungen 24, die gegenüber dem Gehäuse 3 ortsfest sind ; sie begrenzen getrennte Druckkammern 25. Die Kolben werden durch eine einzige Nockenscheibe 26 betätigt, die an der Welle 2 angebracht ist. Die Kolben stützen sich auf der Nokkenscheibe mittels ihrer Verlängerungen 23a ab.
Durch Zwischenschaltung eines im Gehäuse 3 vorgesehenen Kanals 27, einer Nut 28 und einer Vielzahl kleinerer Kanäle 29 (die trotz des kleinen Durchmessers jedes einzelnen Kanals 29 eine grosse Durchgangsmenge gewährleisten) erhält jede Kammer 25 abwechselnd den Brennstoff von einer Speisepumpe und führt ihn der Leitung 1 zu. Die Pumpe kann kontinuierlich fördern und insbesondere als Zahnradpumpe ausgebildet sein, wobei das eine Zahnrad 30 der Pumpe auf der Welle 2 angebracht ist und das andere Zahnrad 31 lose mitläuft. Die Druckkammer dieser Pumpe befindet sich zwischen der Gegenplatte 10 und einer weiteren Platte 32.
Die Zahnradpumpe 30,31 saugt den Brennstoff über den Kanal 19 an und drückt ihn über den Kanal 33, eine Ringnut 34 und einen gegabelten Kanal 35 in den axial gerichteten Zweig 35a dieses Kanals und von hier über die radial verlaufenden Kanäle 36 und die Kanäle 27 in die Kammern 25.
Der so in die Kammern 25 geförderte Brennstoff wird über die Kanäle 27 und die in der Welle 2 vorgesehenen Radialkanäle 37 in die Leitung 1 gedrückt. Die Kanäle 37 sind ausgezogen dargestellt, wogegen die Kanäle 36 gestrichelt wiedergegeben sind, um anzudeuten, dass die Kanäle sich in verschiedenen Ebenen befinden. Die Kanäle 27 und 36 kommen jeweils miteinander in Verbindung, nachdem die Kolben 23 am Ende ihrer Bewegung am äusseren Totpunkt angelangt sind. Die Zahl der Kanäle 37 und 36 stimmt mit der Zahl der Motorzylinder überein.
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Der radiale Zweig 35b des gegabelten Kanals 35 mündet in eine Ringnut 38 im Gehäuse 3, und diese Ringnut weist einen Auslasskanal 39 mit einem Überströmventil 40 auf, welches die Menge und den Druck des Brennstoffs, der von der Zahnradpumpe 30,31 kommt, begrenzt. Wie auch immer die. Ausbildung sein mag, stets wird bei jeder Umdrehung der Welle 2 periodisch in die Leitung 1 eine konstante Brennstoffmenge geliefert, wobei die Pumpe mit einer mit der Zahl der Motorzylinder übereinstimmenden Anzahl pro Umdrehung fördert.
Das Regelsystem der Pumpe wird im wesentlichen von einem Regelkolben 41 gebildet, der in einem Hilfszylinder 42 beweglich ist, mit dem zusammen er mittels einer seiner Stirnwände eine Kammer 43 veränderlichen Volumens begrenzt. In die Kammer 43 mündet die Leitung 1, in der ein Rückschlagventil 44 vorgesehen ist, und von der Kammer 43 geht ein Abströmkanal aus, in dem einerseits eine Drosselstelle und anderseits geeignete Mittel zu seinem Absperren während des Förderns in die Leitung 1 vorgesehen sind, wobei auf den Regelkolben 41 die Rückstellkraft einer Feder 45 einwirkt.
Der Kolben 41 und sein Zylinder 42 sind in der Welle 2 vorgesehen, und die erwähnten Verschlussmittel werden dadurch gebildet, dass der die Drosselstelle aufweisende Kanal 46 zum Teil in der Welle 2 und zum Teil im Pumpengehäuse 3 so geführt wird, dass der Kanal in den vorgesehenen Augenblicken durch Nichtzusammenpassen der aufeinanderfolgenden Teile versperrt wird.
Wie in Fig. l dargestellt ist, kann der fragliche Kanal durch ein Kanalstück 46a, das radial in der Welle 2 vorgesehen ist, zusammen mit Längseinfräsungen 46b, deren Zahlmitder Motorzylinderzahl über- einstimmt, eine Ringnut 46c und die Kanalteilstücke 46d, 46e und 46f gebildet werden, wobei die Teilstücke 46b bis 46f im Gehäuse 3 vorgesehen sind und die Drosselstelle 47 ebenfalls in dem im Gehäuse verlaufenden Kanalteil eingebaut ist. Vorteilhafterweise endet der Kanal 46a bis 46f in der Kammer 48, die auf der Gegenseite im Zylinder 42 durchden Kolben 41 begrenzt wird. Diese Kammer 48 erhält den Brennstoff, der von dem Kanalstück 46f über eine Ringnut 49 und einen radialen Kanal 50 kommt. Der Kanal 50 sowohl als auch die Nut 49 sind in der Welle 2 vorgesehen.
Sie führen den Brennstoff über den Kanal 52, der zur Aussenseite der Welle 2 führt und vorteilhafterweise mit einem Rückschlagventil 53 versehen ist, nach den Kanälen 51, die zu den nichtdargestellten Einspritzdüsen führen. Die Pumpe kann durch geeignete Mittel vervollkommnet werden, damit die Drosselstelle 47 als Funktion der Motordrehzahl verändert wird.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Drosselstelle 47 durch die Nut 54a eines Schiebers 54 begrenzt, in welchem das Kanalstück 46e vorgesehen ist. Der Schieber 54 wird im Sinne eines Verschlie- ssens der. Drosselstelle durch den Flüssigkeitsdruck, der auf den Kopf 54b wirkt, und im andern Sinne durch eine Feder 55 belastet, die vorteilhafterweise mit Hilfe einer Schraube 56 regelbar ist. Der Flüssigkeitsdruck wird durch eine Zahnradpumpe erzeugt, vonder ein Zahnrad 57 (Fig. l und 2) durch die Welle 2 betätigt wird, während das andere Zahnrad 58 frei beweglich ist. Die Druckkammer dieser Pumpe wird von der Gegenplatte 11 und einer Platte 59 begrenzt.
Die Pumpe fördert die Flüssigkeit in einen Raum 66 und von hier in einen Kanal 60, in welchem eine Drosselstelle 61 vorgesehen ist, die durch einen Schieber 62 geregelt werden kann, der seinerseits dem Druck einer Feder und dem Druck ausgesetzt ist, der in dem Kanal 60 stromaufwärts von der Drosselstelle herrscht, wobei dieser Druck über den Kanal 63 auf den Kopf 54b des Schiebers 54 einwirkt.
Um den Verdrängungsweg des Kolbens 41 zu begrenzen, kann in den Zylinder 42 ein radialer Ablasskanal 64 einmünden, der über eine Ringnut 65 und einen Kanal 67 nach aussen führt.
Die Wirkungsweise der Pumpe wird nachfolgend beschrieben. Wenn der Brennstoff in die Leitung 1 gefördert ist, sei es durch die Kolben 5 (Fig. l), sei es durch die Kolben 23 (Fig. 3), dann befindet sich das äussere Ende des Kanales 46a vor einer Wand des Gehäuses 3, so dass der Kanal abgesperrt ist. Die geförderte Flüssigkeit dringt in die Kammer 43 ein und hebt den Regelkolben 41 an, wobei die Feder 45 zusammengedrückt wird. Der Kraftstoff, der sich in der Kammer 48 befindet, hebt das Ventil 43 an und gelangt nach einer der Einspritzdüsen über die Kanäle 52 und 51. Sobald der Dosierkolben 41 den Kanal 64 freigibt, entweicht Flüssigkeit über den Kanal 64, die Nut 65 und den Kanal 67, was das Anhalten des Regelkolbens und das Ende der Einspritzung bewirkt.
Wird schliesslich kein Brennstoff mehr in die Leitung 1 gefördert, dann ist der Kanal 46a mit der Ausfräsung 46b und von da über die Kanalteile 46d, 46e, 46f und über die Nut 49 sowie den Kanal 59 mit der Kammer 48 verbunden. Unter der Wirkung der Feder 45 senkt sich der Kolben 41 und drückt die Flüssigkeit aus der Kammer 43 in die Kammer 48, wobei seine Abwärtsbewegung durch die Drosselstelle 47 gebremst wird.
In einem bestimmten Augenblick steigt die Geschwindigkeit des Motors noch an, aber der Kolben 41 hat nicht mehr die Zeit, seinen gesamten Rückhubweg zurückzulegen, ehe die Flüssigkeit, die von der Leitung 1 kommt, zu ihm gelangt. Die Amplitude dieser Bewegung nimmt demnach entsprechend einer
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Gesetzmässigkeit ab, die eine Funktion der Pumpengeschwindigkeit darstellt und hauptsächlich von der Änderung der Drosselstelle 47 abhängt. Die von der Kammer 43 in die Kammer 48 geförderte Menge nimmt also ab, und somit wird während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 41 aus der Kammer 48 nach der jeweiligen Einspritzdüse eine geringere Menge Brennstoff geliefert.
Wie es sich von selbst versteht und wie es sich im übrigen auch aus vorstehendem ergibt, ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele oder auf die Ausführungsformen der verschiedenen Einzelteile beschränkt, die im einzelnen näher angegeben wurden. Sie umfasst vielmehr alle Abwandlungen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Pumpe mit rotierender Verteilerwelle zum Einspritzen von Brennstoff in Brennkraftmaschinen, bei welcher der Brennstoff periodisch in eine im Innern der Verteilerwelle vorgesehene Einströmleitung geliefert wird, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten Regelkolben (41), der in einem in der rotierenden Verteilerwelle (2), vorzugsweise koaxial mit dieser angeordneten Zylinder (42) unter dem Einfluss des Druckes des zugeführten Brennstoffs und der Rückstellkraft einer Feder (45) frei hin-und herbewegbar ist und in diesem Zylinder (42) eine mit der Einströmleitung (1) verbundene Kammer (43) begrenzt, die mit einem eine Drosselstelle (47) aufweisenden Umleitkanal verbunden ist, von dem ein Teil (46a) in der rotierenden Verteilerwelle (2) und ein anderer Teil (46b, 46d, 46e, 46f)
im feststehenden Pumpengehäuse (3)
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strömleitung (1) infolge der während dieses Zeitraumes vorliegenden Versetzung des umlaufenden Teils (46a) gegen den feststehenden Anschlussteil (46b) des Umleitkanals verschlossen ist.