Verfahren zum selbsttätigen Regeln der Brennstoffzufuhr bei schwungmassenarmen oder sehwungradlosen Brennkraftmaschinen, und Brennstoffpumpe zur Durchführung des Verfahrens. Erfolgt bei einer Brennkraftmaschine die Anpassung der je Arbeitshub zuzuführenden Brennstoffmenge an die Belastung der Ma schine mittels eines selbsttätigen Reglers,
so Erteilt dieser bei einer schnell erfolgenden starken Belastungsabnahme dem Brennstoff regelglied zunächst eine so starke Verstellung im Sinne der Brennstoffmengen-Verringe- rung, dass diese Brennstoffmenge gleich Null oder zumindest erheblich kleiner ist als die Menge, die der neuen Belastung der Maschine entspricht. Erst nach und nach gleicht der Regler diese "Überregelung" wieder aus und passt die Brennstoffmenge der neuen Be lastung der Maschine an.
Während der Zeit spanne, in der die Brennstoffmenge je Ar beitshub gleich Null oder zumindest kleiner als die der neuen Belastung entsprechende Brennstoffmenge ist, muss die Maschine vom Sehwungrad oder einer andern Schwungmasse in Gang gehalten werden. Für scbwungm.as- senarme oder schwungradlose 17aschinen (zum Beispiel für Freiflugkolbenmaschinen) .
ist diese Einrichtung zur Regelung der Brenn stoffzufuhr daher wenig geeignet, da hierbei die Gefahr besteht, dass die Maschine bei einer plötzlichen Belastungsabnahme infolge Ausbleibens oder zu weitgehender Verrin gerung der Brennstoffzufuhr stehen bleibt.
Nach der Erfindung wird diese Gefahr vermindert oder behoben, indem bei schwung- massenarmen oder schwungradlosen Brenn- kraftmaschinen die bei einer Änderung der Maschinenbelastung durch den Regler vorzu nehmende Änderung der der Maschine je Ar beitshub zuzuführenden Brennstoffmenge in der Weise erfolgt, dass die einem bestimmten Bruchteil des Gesamtreglerausschlages ent sprechende Brennstoffmengenänderung über wenigstens ein Teil des Regelbereiches sich mit abnehmender Maschinenbelastung immer mehr vermindert,
und zwar bis zu einem Wenigstens angenähert der Grösse Null ent sprechenden Endwert, und dass sie diesen Endwert dann erreicht, wenn' die der Ma schine je Arbeitshub zugeführte Brennstoff menge auf den für den Leerlauf der Maschine erforderlichen Betrag abgesunken ist, so dass der Regler keine kleinere als die wenigstens angenähert demLeerlaufbedarf entsprechende Brennstoffmenge einstellen kann.
Eine solche Regelungsweise hat die Wir kung, dass sich im Bereich stärk#@rer Be lastung der Maschine die Regelung der Brennstoffzufuhr in der üblichen Art voll zieht, dass aber bei einem mit einer erheb lichen Belastungsabnahme verbundenen. uni Sinne einer Verminderung der Brennstoffzu fuhr erfolgenden starken Reglerausschla@g diese Brennstoffzufuhr nicht - wie bei den üblichen Regelungseinrichtungen - etwa verhältnisgleich dem Reglerausschlag, son dern mit zunehmendem Ausschlag immer langsamer, und zwar nur bis auf etwa die dem Leerlaufbedarf entsprechende Menge ab nimmt.
Diese Regelungsart bietet daher für schwungmassenarme oder schwungradlose Brennkraftmaschinen den besonderen Vorteil, dass infolge des immer langsameren Absin kens der Brennstoffzufuhr mit zunehmender Entlastung der Maschine das Überregeln weitgehend abgeschwächt ist und dass der Regler auch bei einem starken und schnellen Absinken der Maschinenbelastung keine klei nere als etwa die dem Leerlaufbedarf entspre chende Brennstoffzufuhr je Arbeitshub ein stellen kann, so dass demzufolge die bei sol chen 1Taschinen bei starkem Überregeln vor liegende Gefahr des Stehenbleibens vermin dert oder beseitigt ist.
Die Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemässen Regelungsart gestaltet sich besonders einfach bei Einspritz-Brenn- kraftmaschinen, bei welchen die je Arbeits hub zuzuführende Menge flüssigen Brenn stoffes mittels einer Pumpe abgemessen und der Maschine zugeführt wird.
Hierbei ist es bekannt, zum Zweck der Veränderung der von der Pumpe je Arbeitsspiel geförderten Brennstoffmenge (Pumpenfördermenge) den Pumpenkolben hin lind her drehbar anzuord nen und in dessen Mantelfläche eine Ausspa rung vorzusehen, welche niit;
dein Pumpen- arbeitsraum in ständiger @'erbin(lung steht und welche eine schräg zur Kolbenachse ver laufende Begrenzungskante (Steuerkante) aufweist, die mit einem die Zylinderwand durchsetzenden und zii (einem Raiun b(@rinben Druckes führenden Kanal (Steuerkanal) zu ammenwirkt.
Dabei ist die Anordnung in der Regel entweder so getroffen, dass der heim Förderhub zunächst offene Steuerkanal w * ä hrend dieses Hubes von der an die Steuer- k-,
inte angrenzenden Kolhenniantelfläche nach einer von der Winkelstellung des Kolbens ab hängigen kürzeren oder längeren Hubstrecke abgeschlossen wird (veränderlicher Beginn der Einspritzung). oder so.
dass der Steuer kanal stets schon iiii Anfangsteil des Förder- hubes abgeschlossen und von der Steuerkante nach einer kürzeren oder längeren Hubstrecke wieder eröffnet wird (veränderliches Ende der Einspritzung-').
In der Regel schliesst ,jede Stelle der Sleuerkanl-e mit der Kolbenachse wenigstens @ingenäherl. den gleichen -Winkel ein, so dass auch die auf die Einheit der Winkeldrehung des Kolbens entfallend(. Ände ring der ge förderten Brennstoffmenge über den ganzen Re-elbereich angenähert bleich bleibt.
Es ist aber auch bekannt, diese Steuerkante so gekrümmt auszuführen, dass der spitze Win kel, den sie am einen Ende mit der Kolben achse einschliesst, vom entsprechenden spitzen Winkel am andern Ende verschieden ist.
Es ist- jedoch bei. diesen bekannten Vorrich tungen nicht vorgesehen, dass die voni Regler einstellbare Dliiidest-Brennstoffziifuhr nicht bis auf den Wert Null absinken kann, son dern wenigstens angenähert dein Leerlauf bedarf der Maschine entsprechen soll.
Erfindungsgemäss wird bei einer der artigen Punipe, deren Steuerkante so ge krümmt isl:, dass der spitze Winkel, den sie mit der liolbeiiaelise umschliesst, in dem Be reich der Steuerkante, der bei grosser Pum- penförderunb wirksam ist. am kleinsten ist und uni Überbang anf den Bereich kleinerer Fördermenge allmählich grösser wird,
die Vergrösserung des genannten Winkels so weit geführt, bis dieser Winkel wenigstens an genähert die Grösse eines rechten Winkels er reicht hat; diese Steuerkante erhält dabei eine solche Lage, dass diejenige Stelle derselben, in welcher dieser wenigstens angenähert rechte Winkel erreicht ist, eine Förderung er gibt, welche wenigstens angenähert dem Leerlaufbedarf der Maschine entspricht.
Die Steuerkante kann sich von der Stelle an, an welcher ihr Winkel mit der Kolben achse wenigstens angenähert die Grösse eines rechten Winkels erreicht hat, noch weiterhin über einen erheblichen Teil des Kolbenum fanges im wenigstens angenähert rechten Winkel zur Kolbenachse erstrecken. Bei einer solchen Ausgestaltung kann der Regler auch dann, wenn sein auf Verminderung der Brennstoffzufuhr hinwirkender Ausschlag noch grösser ist als es die Erreichung der Leerlaufmenge erfordert, keine diesen Leer laufbedarf unterschreitende Brennstoffzufuhr einstellen.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 bis 7 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Pumpe. Die Fig. 8 bis 10 zeigen als Gegen beispiel eine bekannte Ausführungsform.
Fig.1 zeigt eine Brennstoffpumpe im Mit tellängsschnitt.
Fig. ja zeigt den Kolben dieser Pumpe in einer andern Stellung relativ zum Zylinder. Fig. 2 zeigt in grösserem Massstabe das dem Pumpenarbeitsraum zugekehrte Ende eines Pumpenkolbens gemäss Fig. 1 in An sicht, Fig. 3 im Grundriss.
Fig. 4 zeigt eine Abwicklung der Pum- penkolbenseitenwa.nd.
Die Fig. 5 und 5a zeigen einen anders ge stalteten Pumpenkolben in zwei verschie denen Stellungen relativ zum Zylinder.
Die Fig. 6 zeigt in grösserem Massstabe das obere Stirnende des Pumpenkolbens nach Fig. 5 in Ansicht.
Fig. 7 zeigt eine Abwicklung der Seiten wand dieses Kolbens.
Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht, Fig. 9 einen Grundriss, Fig. 10 eine Abwicklung eines Teils eines bekannten Pumpenkolbens.
Beim Gegenstand der Fig. 1 ist in derct im Pumpengehäuse 1 befindlichen Pumpen zylinder 2 ein Pumpenkolben 3 verschieblich angeordnet. Die Einwärtsbewegung wird dem Pumpenkolben von einem Nocken 4 erteilt, der auf einer umlaufenden oder auch hin und her schwingenden Welle 5 festsitzt und gegen den der Kolben 3 mittels einer Feder 6 unter Zwischenschaltung eines im Gehäuse 1 ver- schieblichen, mit einer Laufrolle 8 versehenen Stössels 7 ständig angedrückt wird.
An sei nem äussern Ende trägt der Kolben 3 radiale Vorsprünge 9, welche in Schlitzen 10 einer im Gehäuse 1 drehbar gelagerten Büchse 11 verschieblich sind. Diese Büchse trägt eine Verzahnung 12, die in die Verzahnung 13 einer Zahnstange 14 eingreift, welche im Pumpengehäuse 1 quer zur Kolbenachse ver- schieblich gelagert ist. Eine Verschiebung der Zahnstange 14 hat sonach eine Ver- schwenkung der Büchse 11 und des Kolbens 3 zur Folge.
Das dem Pumpenarbeitsraum 15 zugekehrte Kolbenende weist eine Ausspa rung 16 auf (Fig. 1a), die von einer ge krümmten Kante (Steuerkante) 17 begrenzt wird. In einiger Entfernung vom obern Stirn ende ist der Kolben 3 mit einer Eindrehung 18 versehen, die über im Kolben verlaufende Quer- und Längsbohrungen 19 in ständiger Verbindung mit dem Pumpenarbeitsraum 15 steht. :In der Wand des Pumpenzylinders 2 sind in einer gewissen axialen -Entfernung voneinander zwei Kanäle 21, 22 vorgesehen, die den an die Brennstoffzuleitung 23 ange schlossenen Saugraum 24 mit dem Zylinder innenraum verbinden.
Mit dem einen Kanal 22 (Steuerkanal) arbeitet die Steuerkante 17 der Aussparung 16 so zusammen, dass dieser Kanal bei einwärtsgehendem Kolben von der an diese Steuerkante anschliessenden Mantel fläche abgeschlossen wird. Sobald der Steuer kanal ganz abgeschlossen ist, setzt die För derung über das Druckventil 25 und durch die Förderleitung 26 zur Einspritzstelle ein.
Mit dem andern Kanal 21 (Rückströmkanal) arbeitet die dem Pumpenarbeitsraum 1:5 näher liegende Kante 20 der Eindrehung 1.8 so zusammen, dass dieser vorher abgedeckte Kanal im Laufe der Kolben-Einwärtsbewe- gung von der Kante 20 freibelegt wird. Hier mit ist die Förderung zur Einspritzstelle be endet.
Fig. Ja zeigt den Kolben 3 in derjenigen Stellung, bei welcher die Förderungsunter brechung erfolgt.
Die Steuerkante 17 ist so geformt (ver gleiche auch Fig. ? bis 4), dass der spitze Winkel, den sie mit der Kolbenachse ein- schliesst, sich, längs der Steuerkante betrach tet, ändert, und zwar ist dieser Winkel in dem Bereiche der Steuerkante, der im Zusam- menwirken mit dem Steuerkanal \?? eine grosse Pumpenfördermenge ergibt (in der Nähe des äussern Endes A), am kleinsten und wird im Übergang auf den Bereich kleinerer Fördermenge allmählich grösser,
derart, dass er an derjenigen Stelle (B), die im Zusam- menwirken mit dem Steuerkanal 22 den Leer laufbedarf der Maschine ergibt, zu einem rechten Winkel geworden ist. Von dieser Stelle B an erstreckt sieh die Steuerkante 17 noch weiterhin über einen beträchtlichen Teil c des Kolbenumfanges (bis zum Punkt C) im rechten Winkel zur Kolbenachse.
Die Steuer- kante erstreckt sieh also im Ganzen über eine I-mfangslänge a, die sich in,: dem in Um- fangsrichtung (senkrecht zur Kolbenaelise ) gemessenen Abstand<I>b</I> der Punkte 3 und T und aus der Umfangslänge e zusammensetzt.
Nimmt der Kolben 3 diejeni-,e Winkel stellung ein, bei welcher die Stelle h der Steuerkante 17 mit dem Steuerkanal ?? zu sammenwirkt, und gelangt er bei seiner Ein- wärtsbewegung in diejenige Lage, bei wel cher die Steuerkante 20 den Rücl@ströml#:
,lu ril 21 eröffnet (Fig. 1a)# so hat im bleichen @U- genblich die andere Steuerlzaiite <B>1.7</B> den Stelterkanal 22 um die Hubstrecke lr, über fahren.
Diese Strecke li, ist. so bemessen, dass die Brennstoffmenge, welche vom Kolben während der Zurücklegung dieser Strecke h, gefördert wird, dein Leerlaufbedarf der<B>Hi-</B> e, entspricht. -@Tir < l also dem Pulnpen- Kolben 3 b(4 einer Abnahme der Maschinen belastung durch den Regler eine Verschwen- kung im Sinne einer Fö rdermengenverminde- rung erteilt,
so nimmt die Fördermenge mit zunehmendem Versclnvenkungs\vinkel immer langsamer ab; ausserdem kann diese Förder menge nicht bis auf den Wert Null, sondern nur bis auf den durch die Strecke h., be stimmten -Mindestbetrag, der dem Leerlauf bedarf entspricht, absinken.
Dieser llindest- hetrag wird auch dann nicht unterschritten, wenn die Kolbenversch-vvenkung sich nicht a,uf den Bereich h zwischen den Punkten und L' beschränkt:, sondern sich über den Punkt h hinaus in den Bereich c hinein er streckt.
Es Rann also auch. bei einer plötz lichen, starken Belastungsabnahme und einer dementspreeliend durch den Regler hervor- @,
@erufenen iveil=gehenden Verschwenkung des Pumpenkolbens im Sinne einer Fördermen- "envermixiderung der dem Leerlaufbedarf der -Maschine ent-spreehende hleinstwert der Fö r- derluenge nicht unterschritten werden, so dass ein Stehenbleiben der Maschine nicht zu be- fürehten ist.
Der allrnähliehe obergang des Winkels zwischen der Steuerkante und der Kolben aehse von einem spitzen zu einem rechten Winkel kann in einfacher Weise dadurch verwirklicht werden, dass die Steuerkante 17 in ihrem Verlauf zwischen den Punkten t1 <I>und</I> B durch die Schnittlinie der zylindri- ,
#clien Kolbenfl < ielie reit einer zweiten Zylin- derfläelie 30 (Fig. '?) gebildet wird, deren Achse 31 die Kolbenachse senkrecht kreuzt.
Die Steuerkante 17 kann also in ihrem Ver_ 1 iif zwischen den Piuikten @1 und F dadurch c@rzeugi werden, dass mit Kolhen 3 mittels eines innlaufenden -Werkzeuges (Fräser oder dergleichen)
. < las eilten 110111zylinder mit der I@nifangsfläche 30 zli urzeugen vermag, in der aus Fi,-;. ? lind 3 ersichtlichen Weise eine .@.ussllarun @@ ll;
n herbestellt wird, deren Schnittlinie 1 7 mit der Kolbenmantelfläche die @teaerhante ergibt.
Bei der iii den Fi-. 1. bis 4 vorgesehenen Anordnung der Steuerkante 17 und des Si-euerLinals ?? er@,@ibt sieh ein veränderlicher Einspritzbeginn, das heisst je nach der Win kelstellung des Pumpenkolbens 3 beginnt die Einspritzung nach einem kleineren oder grö sseren Drehwinkel der Pumpenantriebswelle gerechnet von der (in der Fig. 1 gezeich neten) Stellung dieser Welle ab, von der ab die Einwärtsbewegung des Pumpenkolbens 3 beginnt.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen eine Einspritz pumpe, bei welcher das Ende der Einsprit zung veränderlich ist. Am Pumpenkolben 3 ist eine Steuerkante 27 so angeordnet, dass sie einen bis an die Kolbenstirnkante 33 rei chenden Teil der Kolbenmantelfläche von einer Aussparung 34 abgrenzt, die über im Kolben verlaufende Kanäle 19 mit dem Pum penarbeitsraum 15 dauernd verbunden ist. Der an die Brennstoffzuleitung 23 ange schlossene Saugraum 24 steht über. einen Steuerkanal 32 mit dem Innenraum des Zy linders 2 in Verbindung.
Die Steuerkante 27 hat bei diesem Beispiel (vergleiche Fig. 6 und 7) einen solchen Verlauf, dass sie in ihrem von der Kolbenstirnkante 33 am wei testen entfernten Teil zwischen den Punkten D und E mit der Kolbenachse einen etwa gleichbleibenden spitzen Winkel einschliesst, dass dieser Winkel im weiteren Verlauf zwi schen den Punkten E und F sich allmählich bis zu einem rechten Winkel vergrössert, und dass in dem hieran sich anschliessenden Teil zwischen den Punkten F und G der Winkel weiterhin ein rechter Winkel ist.
Die Anordnung ist so getroffen, dass, wenn die Stirnkante 33 des auf kleine För dermenge eingestellten Pumpenkolbens 3 den Kanal 32 beim Kolbeneinwärtsgang ab schliesst (Fig. 5a und 7), der Kolben die Strecke lz, zurückzulegen hat, ehe der zwi schen den Punkten F und G liegende Teil der Steuerkante 27 diesen Kanal wieder freilegt. Diese Strecke lz, ist wiederum so bemessen, dass die während ihres Durchlaufens vom Pumpenkolben geförderte Menge dem Leer laufbedarf der Maschine entspricht.
Die Fig. 8 bis 10 veranschaulichen eine bekannte, einen veränderlichen Einspritz- beginn ergebende Ausgestaltung des Pumpen- kolbens. Dieser Kolben unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 dadurch, dass seine an den: Pumpenarbeitsraum angrenzende Aussparung von einer an der Kolbenstirnkante im Punkte K beginnenden und in einiger Entfernung von dieser Stirnkante im Punkte L endigen den Steuerkante 37 begrenzt wird, die über;
ihren ganzen Verlauf mit der Kolbenachse einen etwa gleichbleibenden Winkel ein schliesst. Bei der in Fig. 10 mit vollen Linien dargestellten Lage des sich einwärtsbewegen- den, auf Förderung des Leerlaufbedarfes ein gestellten Pumpenkolbens hat eine mittlere Stelle M der Steuerkante 37 den Steuerkanal 22 um die dem Leerlaufbedarf entsprechende Hubstrecke h, überfahren, während die steuernde Kante 20 der Kolbeneindrehung 18 den Rückströmkanal 21 soeben eröffnet.
Bei dieser bekannten Ausgestaltung der schräg zur Kolbenachse verlaufenden Steuer kante 37 haben bei jeder Pumpenkolben-Ein- stellung schon kleine Änderungen derselben einen relativ grossen Einfluss auf die Förder menge.
Infolgedessen bedarf es nur eines kleinen Verschwenkweges e im Sinne einer Fördermengenverringerung, um den Kolben aus der in Fig. 10 mit vollen Strichen ge zeichneten Einstellung auf den Leerlauf bedarf in die gestrichelt gezeichnete Einstel lung zu verschwenken, welche der Förder menge Null entspricht, bei welcher also im gleichen Augenblick, in welchem der Steuer kanal 22 abgeschlossen wird, der Rückström- kanal 21 eröffnet wird. Ebenso ist bei jeder über den Betrag e hinausgehenden Pumpen- kolbenverschwenkung die Fördermenge gleich Null.
Bei Benutzung einer Brennstoffpumpe mit dieser üblichen Steuerkantenausbildung zur Speisung einer schwungmassenarmen oder schwungradlosen Maschine ist also damit zu rechnen, dass schon bei einem ganz geringen Überregeln im Sinne einer Fördermengenver- riegelung die Maschine zu wenig Brennstoff erhält und stehen bleibt.