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Gerät zum Einspritzen schlecht schmierender Kraftstoffe in
Verbrennungsmotore
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Einspritzen schlecht schmierender Kraftstoffe in Verbrennungs- motore, mit einer vom Motor angetriebenen, als Kolbenpumpe mit der Anzahl der Motorzylinder ent- sprechender Kolbenzahl ausgebildeten, mit Öl beaufschlagten Förderpumpe, an deren Zylinder förder- seitig je ein weiterer Zylinder anschliesst, in dem ein diesen Zylinder in zwei Räume unterteilender Kol- ben verschiebbar lagert, der an der einen Seite von der Förderpumpe mit Öl und an der andern Seite über eine Zuflussöffnung des zugehörigen Zylinderraumes mit Treibstoff beaufschlagbar ist, wobei eine zum zugehörigen Motorzylinder gehörende Einspritzleitung an den mit Treibstoff beaufschlagten Zylinder- raum über ein Ventil angeschlossen ist.
Geräte dieser Art wurden vorgesehen, um die Nachteile von den
Kraftstoff direkt fördernden Pumpen zu beseitigen. Bei der direkten Förderung schlecht schmierender
Kraftstoffe durch Pumpen wird bei modernen Einspritzpumpen wohl eine genaue Dosierung der eingespritz- ten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der jeweiligen Motorbelastung möglich, doch haben derartige
Pumpen den Nachteil, dass Kolben und Zylinder mit äusserster Präzision hinsichtlich ihrer Passung und der
Oberflächengüte gefertigt werden müssen, wenn die Pumpe einwandfrei arbeiten soll und ferner dass nur mit relativ niedrigen Einspritzdrücken gearbeitet werden kann.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass der mit dem Kraftstoff (insbesondere Benzin) in Berührung kommende Teil des Pumpenkolbens praktisch nicht geschmiert ist, da der Kraftstoff jeden am Kolben vorhandenen Ölfilm sofort auflöst. Der Kolben arbeitet daher in diesem Bereich praktisch ebenso wie wenn er trocken laufen würde. Es ist dabei, wie erwähnt, eine äusserst hohe Oberflächengüte erforderlich, wenn der Kolben nicht heisslaufen oder sich im Extrem- fall sogar festfressen soll. Um einigermassen tragbare Betriebsverhältnisse zu schaffen, wird der ungeschmierte Bereich des Kolbens so kurz als möglich dimensioniert, was anderseits aber wieder zur Folge hat, dass der erzielbare Druck im Kraftstoff nur relativ niedrig bleiben kann. Trotzdem sind derartige Pumpen äusserst empfindlich, insbesondere gegen schon geringste Verunreinigungen des Kraftstoffes.
Die aufgezeigten Nachteile sollten nun durch Pumpen der eingangs genannten Art beseitigt werden. Bei einer dieser Pumpen fördert die Pumpe über eine Leitung das Drucköl in den Zylinder, so dass bei jedem Kolbenhub der Druckölpumpe ein im Zylinder geführter Kolben beaufschlagt wird und bei seiner Verstellung den ihn auf der andern Seite beaufschlagenden Kraftstoff in die Einspritzleitung fördert. Der Kraftstoff kann dabei entweder in einem Zylinder oder in einem Hohlraum angeordnet sein, der jeweils Zu- und Ableitung aufweist, wobei der Kolben im einen Fall im Zylinder geführt ist, im andern Fall plungerartig in den Hohlraum eintaucht.
Wegen der räumlichen Trennung des Förderpumpenkolbens und des mit Öl und Kraftstoff beaufschlagten Kolbens lässt sich keine präzise Steuerung der Kraftstoffeinspritzung erzielen, da zufolge unterschiedlicher Leitungswiderstände in den von den einzelnen Förderpumpenkolben zu den nachgeschalteten Zylindern führenden Leitungen die Drücke variieren können, so dass auch die Einspritzdrücke in den verschiedenen Zylindern des Motors wechseln, was zu einer unterschiedlichen Zylinderbelastung führt. Ferner können Einspritzgeräte der beschriebenen Art wegen der immerhin vorhandenen geringen Zusammendrückbarkeit jeder Flüssigkeit bei höheren Drücken zufolge des langen Leitungsweges zwischen Ölpumpe und Förderkolben für den Kraftstoff nie völlig exakt arbeiten, so dass sie für Motoren mit höherer Drehzahl unbrauchbar sind.
Ferner erhält bei der beschriebenen Ausführung das gesamte Einspritzgerät einen komplizierten Aufbau. Es ist auch bereits bekannt, einen abgesetzten Kolben vorzusehen, der mit seinem den kleineren Durchmesser aufweisenden Teil in einem Kraftstoffzylinder arbeitet, während der den grösseren Durchmesser aufweisende Teil in einem benachbarten, mit Öl beaufschlagten Zylinder arbeitet und dieses Öl gegen die Wirkung eines federbelasteten Ventiles oder über eine
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Drosselstelle wieder in den Ölkreislauf zurückpumpt, so dass jeweils der Öldruck grösser als der Druck im
Kraftstoff gehalten wird und das durchleckende Öl den in den Kraftstoff tauchenden Teil des Zylinders schmiert.
Eine derartige Ausführung hat wohl theoretisch besondere Vorteile, kann sich aber in der Praxis nicht bewähren, da einerseits zur Erzielung des notwendigen Öldruckes ein bedeutender Kraftaufwand er- 5 förderlich ist (das Öl fliesst ja in beiden Richtungen über die Drosselstelle) und anderseits trotz des im Öl vorhandenen Überdruckes beim Saughub des Kolbens dieser Überdruck aufgehoben wird, so dass Kraftstoff in den Ölkreislauf durchlecken kann, so dass die Schmiereigenschaften des Öles herabgesetzt werden.
Die Erfindung betrifft nun ein Einspritzgerät der eingangs genannten Art und besteht im wesentlichen darin, dass jeweils ein Förderpumpenzylinder an den zugeordneten, mit Öl bzw. Kraftstoff beaufschlag- 'baren Zylinder koaxial anschliessend angeordnet und die Ölfördermenge in an sich bekannter Weise in Ab- hängigkeit von der Motorbelastung selbsttätig einstellbar ist. Durch die koaxiale Anordnung der beiden über die Ölsäule sozusagen miteinander gekuppelten Zylinder und dadurch, dass die Zylinder aneinander anschliessen, wird erreicht, dass der an der einen Seite mit Öl und an der andern Seite mit Kraftstoff be- aufschlagte Zylinder praktisch so arbeitet, wie wenn er mit dem Kolben der Ölförderpumpe zumindest i während des Förderhubes gekuppelt wäre.
Der Druck im Öl wird jeweils grösser als der maximale Druck des Kraftstoffes gehalten. Es kann daher praktisch nur Öl in Richtung auf den Kraftstoff niemals aber Kraft- stoff in Richtung auf den Ölkreislauf durchlecken. Wegen der exakten Übertragung der Bewegungen des bzw. jedes Förderpumpenkolbens auf den mit Kraftstoff und Öl beaufschlagten Kolben ist auch eine exak- te Regelung der jeweils eingespritzten Kraftstoffmenge durch Änderung der Ölförderlänge möglich. Vor- ) zugsweise wird eine Ölförderpumpe mit verdrehbaren, sogenannte schräge Steuerkanten zur Einstellung der Fördermenge bei gleichbleibendem Hub aufweisenden Kolben für das Öl verwendet. Der zweite Kol- ben kann dagegen äusserst einfach aufgebaut sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der Förderpumpenzylinder und der anschliessende Zylin- der-in dem der an der einen Seite mit Öl und an der andern Seite mit Kraftstoff beaufschlagte Kolben geführt ist - durch eine Drosselstelle getrennt und der den Kraftstoff fördernde, als Entlastungskolben wir- kende Trennkolben trägt an seiner mit Öl beaufschlagbaren Seite einen dornartigen Fortsatz, mit dem er in seiner Ruhestellung bei Beendigung des Saughubes in die Drosselstelle eingreift. Dadurch wird erreicht, dass der Entlastungskolben nach Beendigung seines Hubes weich auf seiner Sitzfläche aufrastet. Ferner ist vorteilhaft eine den Trennkolben an seiner mit Kraftstoff beaufschlagten Seite belastende, der Ölbeauf- schlagung entgegenwirkende Druckfeder vorgesehen.
Durch die Anordnung dieser Druckfeder wird er- reicht, dass der Trennkolben trotz der Anordnung der Drosselstelle dauernd unter einem höher als der
Kraftstoffdruck liegenden Öldruck gehalten wird und bei unter Druck befindlichem Öl in die Ruhestellung zurückkehrt. Erfindungsgemäss ist weiter der den Trennkolben führende Zylinder innenseitig mit einem bis zum Kolben reichenden Bund versehen, der den Kraftstoff- vom Ölraum trennt, in welchen beiden Räu- men der Kolben mit Spiel geführt ist.
Durch diese Ausführung wird erreicht, dass einerseits nur im Bereich desBundes eine genaue Passung zwischen Zylinder und Kolben erforderlich ist und anderseits das Schmier- öl sicher bis zu den dort reibenden Flächen gelangt, so dass im Bereich der gesamten Kolbenverstellung eine ausreichende Schmierung der aufeinandergleitenden Kolben- und Zylinderflächen gewährleistet ist.
Ferner kann die Kraftstoffzuführungsöffnung in dem Bund vorgesehen sein, wobei der Kolben einen Absatz aufweist, der in der Ruhestellung des Entlastungskolbens vor dieser Zuführungsöffnung liegt, wobei dann im Ölraum des Zylinders neben dem Bund eine über Kanäle, Nuten der Zylinderwandung od. dgl. mit Öl beschickte Ringnut vorgesehen ist.
Bei dieser Ausführung ist der Trennkolben im Bereich der ganzen mit Öl beschickten Zylinderlänge geführt, wobei aber zufolge der Nuten od. dgl. der Zylinderwandung und der Ringnut eine ausreichende Schmierung gewährleistet ist.
Erfindungsgemäss ist noch das den Zylinder des Trennkolbens von der Einspritzleitung trennende Ven- til als Kugelventil ausgebildet, dessen Kugel in einer etwa vertikalen Führungsbohrung zwischen zwei an deren beiden Enden vorgesehenen, der Kugelform angepassten Sitzflächen frei verstellbar lagert, so dass die Kugel beim Aufsitzen auf der unteren Fläche durch ihr Eigengewicht die dort vorgesehene Austritts- öffnung des Zylinders abschliesst, beimüberschreiten eines durch ihr Eigengewicht und die Grösse der Aus- trittsöffnung vorherbestimmbaren Kraftstoffüberdruckes im Zylinder aber von der Sitzfläche abhebbar und bis zur Anlage an der oberen Sitzfläche verstellbar ist, wobei sie zur Einspritzleitung führende Kanäle od. dgl. freigibt. Bisher werden an dieser Stelle ausschliesslich federbelastete Ventile verwendet.
Die Federn drücken die Kugeln aber nie genau senkrecht zu der Hauptachse der Austrittsöffnung an, so dass das Ventil oft nicht völlig dicht schliesst. Ferner wird das Ventil durch die Federanordnung störungsanfällig, während ein erfindungsgemässes Ventil völlig wartungsfrei arbeitet.
Bisher ist es üblich, den Kraftstoff - wenn er nicht selbst angesaugt wird-über eine eigene Auflade-
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pumpe der Einspritzpumpe zuzuführen. Ebenso wird das erforderliche Schmieröl über eine eigene Pumpe zugeführt, wobei lediglich in manchen Fällen für diese beiden Zuführpumpen ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen wird. Erfindungsgemäss ist nun zur Zuführung des Kraftstoffes und des Öles zu der Einspritz- bzw. Förderpumpe eine Aufladepumpe vorgesehen, die zwei koaxial miteinander verbundene, vom Mo- tor gemeinsam antreibbare Kolben aufweist, die in ebenfalls koaxial angeordneten, durch einen an dem zur Kraftstofförderung dienenden Kolben anliegenden Bund voneinander getrennten Zylindern laufen, von denen jeder Einlässe und durch federbelastete Ventile periodisch absperrbare, mit dem Kraftstoff- bzw.
Ölzylinder der Förderpumpe verbundene Auslässe aufweist, wobei die Feder des die Ölleitung absperren- den Ventiles stärker als die Feder des andern Ventiles gehalten ist, so dass der ausgangsseitige Öldruck grösser als der Kraftstoffdruck ist. Auch bei dieser Aufladepumpe ist eine dauernde Schmierung des den
Kraftstoff fördernden Kolbens gewährleistet. Ferner wird durch die Ventileinstellung erreicht, dass bei der
Füllung der Einspritzpumpe schon von vornherein ein Druckgefälle zwischen Öl und Kraftstoff herrscht.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 ein er- findungsgemässes Einspritzgerät im Schnitt und die Fig. 2 und 3 zwei Schnitte durch eine Aufladepumpe.
Die Einspritzpumpe besitzt ein Gehäuse 1, in dem Einsätze 2,3, 4,5, 6,7 vorgesehen sind, von denen sich der Einsatz 2 mit einem Bund an einem entsprechenden Bund 8 einer abgesetzten zylindrischen Boh- rung 9 des Gehäuses abstützt und die übrigen Einsätze mit Hilfe eines eingeschraubten Einsatzes 7 gegen den erwähnten Bund verspannt sind. Im Gehäuse 1 sind ferner zwei ringförmige, breite Nuten 10, 11 vor- gesehen, die über nicht dargestellte Anschlüsse an je eine zu einer im Zusammenhang mit den Fig. 2 und
3 näher beschriebenen Aufladepumpe führenden, mit Öl bzw. Kraftstoff beaufschlagten Leitung ange- schlossen sind. Es sei klargestellt, dass für jeden Kolben des Motors eine Einspritzeinrichtung gemäss Fig. 1 vorgesehen wird.
Der Einsatzteil 2 besitzt eine zylindrische Bohrung 12, die über in gleicher Höhe lie- gendenBohrungen 13 mit dem durch die Nut 10 gebildeten Ringraum verbunden ist und in der ein Steuer- kolben 14 lagert, der angetrieben wird und in bekannter Weise über eine oben an ihm vorgesehene schräge Steuerkante 15 die Fördermenge steuert. Der Kolben 14 ist gegenüber dem Zylinder 2, 12 relativ verdrehbar, zu welchem Zweck ein von einer Zahnstange 16 betätigtes Zahnrad 17 vorgesehen ist. Diese
Steuerung der Füllmenge ist an und für sich bekannt und braucht daher hier nicht näher beschrieben werden.
Das vom Kolben 14 beim Arbeitshub geförderte Öl tritt über eine Drosselstelle 18 des Einsatzteiles 3 - in die in der Ruhestellung ein dornartiger Fortsatz 19 eingreift, in einen Zylinderraum 20 des Einsatzteiles 4 ein, in dem ein den dornartigen Fortsatz 19 tragender Kolben 21 geführt ist. Der Zylinderraum 20 besitzt zwei gegenüberliegende Nuten 23, die oben in einer Ringnut 24 münden, so dass das Öl bis zu einem Bund 25 vordringt und auch in diesen Bund hinein, vom Kolben 21 mitgenommen wird. Im Bereich des Bundes mündet eine die dortige zylindrische Bohrung mit der Nut 11 verbindende Bohrung 26, über die bei der dargestellten Stellung Kraftstoff unter Druck zugeführt wird, der über einen Absatz des Kolbens 21 austritt und in einen in den Einsatzteilen 4 und 5 vorgesehenen Zylinderraum 27 gelangt.
Im Zylinderraum 27 ist ferner eine gegen den Kolben 21 drückende Feder 28 vorgesehen. Der Zylinderraum 27 ist durch ein in den Einsatzteilen 6 und 7 vorgesehenes Ventil abgeschlossen. Dieses besteht aus einem Ventilsitz 29, in dem eine Kugel 30 vertikal verschiebbar geführt ist, die bei ihrer Ruhestellung eine zum Zylinderraum 27 führende Bohrung 31 abschliesst. Beim Arbeitshub fördert der Kolben 14 die durch die Relativstellung der Teile 14 und 2 bestimmte Ölmenge, so dass der Kolben 21 um das Mass der geförderten Ölmenge gegen die Wirkung der Feder 28 verstellt wird und seinerseits zunächst die Öffnung 26 abschliesst und Kraftstoff über die Öffnung 31 fördert.
Dadurch wird die Kugel 30 angehoben, bis sie schliesslich mit einem zweiten Ventilsitz 32 in Eingriff kommt, in welcher Stellung der Kugel der Kraftstoff über Kanäle 33, 34 in die an einen Ansatz 35 des Einsatzteiles 7 anschliessende Einspritzleitung gelangt. Wie ersichtlich ist, weist der Kolben 14 einen grösseren Durchmesser als der Kolben 21 auf. Es wird daher jeweils etwas mehr Öl als Kraftstoff gefördert und das Öl weist gegenüber dem Kraftstoff einen relativen Überdruck auf, so dass niemals Kraftstoff in Richtung auf den Ölkreislauf durchlecken kann. Beim Zurückgehen des Kolbens 14 kann das Öl wieder in den Zylinderraum 12 zurückfliessen, wobei der Kolben 21 durch die Feder 28 in seine Ruhestellung gedrückt wird.
Zufolge der Drosselung geht der Rückgang des Kolbens 21 etwas langsamer als jener des Kolbens 14 vor sich, wobei zufolge der Feder 28 dauernd ein Überdruck des Öles im Zylinder 20 gegenüber dem Kraftstoff aufrecht erhalten wird. Sobald der Überdruck im Kraftstoff aufhört, fällt die Kugel 30 vom Sitz 32 ab und gelangt schliesslich wieder auf den Ventilsitz 29.
Die Nut 10 ist mit einem Anschlussstück 36, die Nut 11 mit einem Anschlussstück 37 einer Speisepumpe verbunden. Diese Speisepumpe besitzt wieder ein Gehäuse 38, in dem in einem Einsatzstück 39 zwei Zylinder 40, 41 vorgesehen sind, von denen der eine (40) über eine Ringnut 42, eine Bohrung 62 und
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eine Anschlussleitung 43 mit Öl und der andere ebenfalls über eine Ringnut 44, eine Anschlussleitung 45 und Bohrungen 46 mit Kraftstoff beaufschlagt werden kann. In den beiden Zylinderräumen 40, 41 ist je ein Kolben 47,48 gelagert, welche Kolben miteinander in der Weise verbunden sind, dass der einen klei- neren Durchmesser aufweisende Kolben 48 für die Kraftstofförderung in. eine stirnseitige Bohrung des Kol- bens 47 eingreift und an diesem mittels eines Spreizringes 49 befestigt ist.
Der Zylinderraum 40 weist oben eine Erweiterung 50 auf, von der eine Querbohrung 51 zu einem durch eine Feder 52 belasteten Ku- gelventil 53 führt. Oben ist der Zylinderraum 41 durch ein ebenfalls durch eine Feder 54 belastetes Ku- gelventil 55 abgeschlossen. Die Ringräume 42, 44 besitzen eine an sie anschliessende, im Bereich ihrer höchsten Stelle vorgesehene Bohrung 56, 57, die jeweils durch'eine Schraube 58 bzw. 59 abgeschlossen ist, über welche Bohrungen nach Entfernen der Schrauben die Pumpe bei der Inbetriebnahme entlüftet wird.
Zu diesem Zweck werden ein oder mehrere Hübe bei geöffneten Bohrungen 56, 57 durchgeführt, bis dort die gesamte Luft ausgetreten ist und die Räume mit der geförderten Flüssigkeit gefüllt sind. Die Feder 52 ist stärker als die Feder 54 dimensioniert.
Beide Kolben 47, 48 werden gemeinsam über einen Stössel 60 betätigt, wobei für die Förderpumpe und die Einspritzpumpe eine gemeinsame Antriebsnockenwelle vor- gesehen sein kann. Die Rückstellung der beiden Kolben in die Ruhestellung erfolgt durch eine auf den
Stössel 60 wirkende Feder 61. BeimArbeitshub schliessen die beiden Kolben 47, 48 zunächst mit ihren Kan- ten die Öffnungen 46, 62 ab und fördern dann über die Ventile 53, 55 das Öl bzw. den Kraftstoff in die Lei- tungen 36, 37. Wegen des grösseren Durchmessers des Kolbens 47 und der stärkeren Dimensionierung der
Feder 52 ist der Öldruck jeweils grösser als der Kraftstoffdruck. Der Kolben 48 ist ebenso wie der Kol- ben 21 über in eine Ringnut 63 mündende Nuten 64 geschmiert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gerät zum Einspritzen schlecht schmierender Kraftstoffe in Verbrennungsmotore, mit einer vom
Motor angetriebenen, als Kolbenpumpe mit der Anzahl der Motorzylinder entsprechender Kolbenzahl ausgebildeten ; mit Öl beaufschlagten Förderpumpe, an deren Zylinder förderseitig je ein weiterer Zylinder anschliesst, in dem ein diesen Zylinder in zwei Räume unterteilender Kolben verschiebbar lagert, der an der einen Seite von der Förderpumpe mit Öl und an der andern Seite über eine Zuflussöffnung des zugehörigen Zylinderraumes mit Treibstoff beaufschlagbar ist, wobei eine zum zugehörigen Motorzylinder gehörende Einspritzleitung an den mit Treibstoff beaufschlagten Zylinderraum über ein Ventil angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Förderpumpenzylinder (12) an den zugeordneten, mit Öl bzw.
Kraftstoff beaufschlagbaren Zylinder (20,27) anschliessend angeordnet ist und die Ölfördermenge in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von der Motorbelastung selbsttätig einstellbar ist.