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Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft
eine ein- oder mehrzylindrige, als Kolbenpumpe ausgebildete Kraftstoffeinspritzpumpe
für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem hin- und hergehenden Kolben in einem
Arbeitsraum, der mit einem ein zwischen Anschlägen bewegliches Ausweichglied aufweisenden
Hohlraum veränderlichen Inhalts in Verbindung steht, wobei die eine Seite des Ausweichgliedes
mit dem Arbeitsraum in Verbindung steht und die andere Seite durch den auf der Einlaufseite
der Pumpe herrschenden Kraftstofförderdruck unter Zwischenschaltung eines federbelasteten
Steuergliedes beaufschlagbar ist.
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Durch diese Ausbildung ist die Möglichkeit geschaffen, daß die Pumpe
beim Anlassen der Maschine eine die normale Fördermenge bei Vollast übersteigende
Fördermenge beim Anlaßvorgang liefert. Es ist bereits Gegenstand eines älteren Patents,
das Ausweichglied, dessen Ausweichweg einstellbar ist, bei seiner Ausweichbewegung
in einen mit Kraftstoff gefüllten Ausweichraum eintauchen zu lassen, so daß der
Kraftstoff aus diesem dem Pumpenraum abgewendeten Ausweichraum über eine von einem
Steuerglied beherrschte Öffnung verdrängt wird, wobei entsprechend diesem Vorschlag
die Steueröffnung mit steigender Maschinendrehzahl vergrößert, bei fallender Maschinendrehzahl
aber verkleinert wird. Die Steuerung des Durchtrittsquerschnittes dieser Öffnung
geschieht in Abhängigkeit vom Druck einer Kraftstofförderpumpe entgegen der Kraft
einer Feder mittels eines in einem Steuerzylinder unter der Wirkung dieser Druckfeder
in der einen Richtung und unter der Wirkung des Kraftstofförderdruckes in der anderen
Richtung beweglichen Steuerkolbens, der je nach seiner Stellung einen senkrecht
zu seiner Bewegungsrichtung in den Steuerzylinder mündenden Kanal (Steueröffnung)
mit einer Steuerkante mehr oder weniger abschließt, so daß das Ausströmen des Kraftstoffes
aus dem dem Arbeitsraum der Pumpe abge-,vendeten Ausweichraum entsprechend dem jeweils
herrschenden, von der Drehzahl der Maschine abhängigen Kraftstofförderdruck mehr
oder weniger gedrosselt oder - bei kleinen Drehzahlen -- vollständig unterbunden
wird. Hierdurch wird die Bewegung des Ausweichgliedes beim Anlaßvorgang blockiert,
bei steigender Drehzahl aber in zunehmendem Maße freigegeben, wodurch die Pumpe
in der gewünschten Weise beim Anlassen eine Übermenge an Kraftstoff liefert, mit
steigender Drehzahl aber die Fördermenge automatisch reduziert. Bei dieser Ausbildung
ergibt sich der Nachteil, daß das Ausweichglied bei durch den Steuerkolben ganz
oder teilweise geschlossener Steueröffnung durch ein Kraftstoffpolster blockiert
oder an der freien Beweglichkeit gehindert wird und daß das als Steuerkolben ausgebildete,
in einem Steuerzylinder längs bewegliche federbelastete Steuerglied senkrecht zu
seiner Bewegungsrichtung mit dem vollen Kraftstoffeinspritzdruck, der mehrere Hundert
Atmosphären betragen kann, oder zumindest - bei teilweise geöffneter Steueröffnung
-mit einem sehr erheblichen Kraftstoffdruck belastet wird, wodurch ein Verklemmen
des Steuerkolbens eintreten kann. Zumindest wird seine Leichtgängigkeit und damit
die Ansprechempfindlichkeit der Steuerung herabgesetzt. Steuerkolben und Steuerzylinder
sind außerdem infolge des einseitig wirkenden Kraftstoffdruckes einem erhöhten einseitigen
Verschleiß ausgesetzt, wodurch die Lebensdauer bei einwandfreier Funktionstüchtigkeit
herabgesetzt ist.
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Durch die Erfindung werden die geschilderten Nachteile einer solchen,
durch das ältere Patent geschützten Pumpe bei gleicher Aufgabestellung, nämlich
bei geringen Drehzahlen der Maschine eine Übermenge an Kraftstoff einstellen zu
können, in überraschend einfacher Weise beseitigt. Dies gelingt erfindungsgemäß
dadurch, daß das federbelastete Steuerglied als Steuerventil ausgebildet und derart
angeordnet ist, daß es das Einströmen des Kraftstoffes von der Einlaufseite der
Pumpe zu dem dem Arbeitsraum der Pumpe abgewendeten Ausweichhohlraum steuert, ohne
daß das Ausströmen des Kraftstoffes aus diesem Hohlraum durch das Steuerventil v:rhindert
wird.
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Bei kleinen Maschinendrehzahlen wird durch das vorzugsweise als Kegelventil
ausgebildete und durch
eine Feder belastete Steuerventil der Zutritt
von Kraftstoff zu dem dem Pumpenzylinder abgewendeten Ausweichhohlraum abgesperrt.
Beim ersten Druckhub des Pumpenkolbens kann sich der vorteilhaft und in an sich
bekannter Weise als frei beweglicher Cirleitkolben ausgebildete Ausweichkolben im
Ausweichhohlraum unter dem Einspritzdruck bis zu einem vorzugsweise einstellbaren
Anschlag bewegen, wobei er aus dem dem Pumpenraum abgewendeten Ausweichhohlraum
unter Abheben des federbelasteten Steuerventils von seinem Sitz den Kraftstoff verdrängt
und zur Einlaufseite der Pumpe zurückbefördert. Beim nächstfolgenden Ansaughub der
Pumpe kann jedoch der Ausweichkolben dem Ansaugunterdruck im Pumpenzylinder nicht
folgen, weil das Steuerventil den Zutritt von Kraftstoff in den dein Arbeitsraum
der Pumpe abgewendeten Ausweichhohlraum verhindert. Bei den dann folgenden Druckhüben
fördert die Pumpe infolgedessen eine Übermenge an Kraftstoff. Das Steuerventil wird
hierbei aber nicht belastet. Bei steigender Maschinendrehzahl wird von Hand oder
unter der Wirkung des steigenden Kraftstofförderdruckes das federbelastete Steuerventil
von seinem Sitz abgehoben, so daß nunmehr der Kraftstoff frei in den dem Arbeitsraum
der Pumpe abgewendeten Ausweichhohlraum eintreten und aus ihm austreten kann. Deswegen
kann der Ausweichkolben ungehindert beim Saug- und Druckhub der Pumpe hin- und hergehende
Bewegungen ausführen, so daß die Pumpe nur die normale Kraftstoffmenge liefern kann.
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In Weiterbildung des ErfimdungägedanlQens ist zwischen dem Sitz des
Regelventils und dem den Gleitkolben enthaltenden Hohlraum eine feste oder selbsttätig
in ihren Durchlaßquerschnitt veränderliche Drosselstelle vorgesehen. Diese Drosselstelle
hat die Wirkung, daß bei hohen Maschinendrehzahlen dem in den Ausweichhohlraum eintretenden
bzw. aus ihm austretenden Kraftstoff ein mit wachsender Geschwindigkeit ansteigender
Widerstand durch die Drosselstelle entgegengesetzt wird. Hierdurch vermindert sich
das Ausmaß der Bewegung des Ausweichkolbens im Ausweichhohlraum, so daß mit zunehmender
Maschinendrehzahl die Fördermenge der Einspritzpumpe wieder ansteigt, wodurch eine
Anpassung an den bei sehr hohen Drehzahlen höheren spezifischen Verbrauch der Maschine
eintritt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Pumpe gemäß der Erfindung in
schematischer Darstellung in einer Betriebsstellung zur Förderung normaler Kraftstoffmengen,
Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt durch die Pumpe in einer Betriebsstellung
zur Förderung übergroßer Kraftstoffmengen, Fig.3 einen Längsschnitt durch eine geänderte
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe in einer der Fig.2 entsprechenden Betriebsstellung,
Fig.4 einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit einer geänderten Ausführungsform des Überströrnkanals,
Fig.5 einen Ausschnitt aus Fig.3 mit einer geänderten Ausführungsform des Überströrnkanals
und des Steuerventils und Fig.6 einen Längsschnitt durch eine weitere Auführungsform
einer Pumpe gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 ist eine Pumpe mit einem einzigen Pumpenkolben dargestellt,
deren Gehäuse a eine zvliiidrische Bohrung für den Arbeitskolben b und eine ringförmige
Kammer c aufweist, der Kraftstoff durch eine Kraftstofförderpumpe oder durch Schwerkraftwirkung
von einem Kraftstofftank zugeführt wird. Die Kammer c steht mit der zylindrischen
Bohrung durch Öffnungen d in Verbindung, die so angeordnet sind, daß sie durch den
Arbeitskolben freigegeben sind, wenn er sich nach Beendigung des Saughubes im unteren
Totpunkt befindet. Eine Auslaßöffnung t, ist in dem den Einlaßöffnungen d gegenüberliegenden
Ende der zylindrischen Bohrung angeordnet und durch ein federbelastetes Rückschlagv
entil f gesteuert. Der zwischen dein inneren Ende des Arbeitskolbens b und der Auslaßöffnung
c liegende Teil g der zylindrischen Bohrung wird im folgenden als Arbeitsraum bezeichnet.
Die hin- und hergehende Bewegung des Arbeitskolbens wird durch hier nicht dargestellte
übliche Mittel bewirkt.
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Die Erfindung ist nach Fig. 1 und 2 auf eine solche Pumpe in der Weise
angewandt, daß in der Nähe des Auslaßend-es des .Arbeitsraumes s ein sich seitlich
erstreckender zylindrischer Hohlraum k angeordnet ist, der an seinem einen Ende
zum Arbeitsraum hin offen ist. Das andere Ende steht mit der Einlaßseite über einen
Kanal i. in Verbindung, der einen verengten Durchgang haben kann. In dem Hohlraum
h ist ein frei beweglicher Kolben j angeordnet. dessen Bewegung dazu dient, das
Volumen desjenigen Teiles des Hohlraumes h zu verändern, der nach dein Arbeitsraum
s offen ist. Die Bewegung des Kolbens j in Richtung auf den Arbeitsraum zu wird
durch eine an dein dem Lberströmkanal i zugewendeten Ende des Kolbens j vorgesehene
Schulter i° begrenzt. Für den Fall, daß das Ausmaß der Bewegung des Kolbens j in
Richtung vom Arb-,itsrauin weg begrenzt werden soll, kann ein einstellbarer Anschlag
k1 vorgesehen werden.
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Der in die Ringkammer c: führende Kanal i wird durch ein Ventil gesteuert.
In dein in Fig. 1 gezeigten Beispiel besteht das Steuerventil aus einem zylindrischen
Bolzen nr.. der ein kegeliges Ende aufweist, das mit einem Sitz ri am Ausgang des
Kanals zusammenarbeiten kann. Der Bolzen rri ist durch einen von Hand zu betätigenden
Drücker o bewegbar, der auf eine zwischen ihm und dein Bolzen angeordnete Feder
p wirkt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Unter normalen Arbeitsgängen drückt
der hin- und hergehende Arbeitskolben b nach dem Schließen der Einlaßöffnungen d
flüssigen Kraftstoff zunächst aus dein Arbeitsraum in den veränderlichen Hohlraum
17, bevor Flüssigkeit durch das Rückschlagventil f gefördert wird, wodurch eine
Bewegung des Kolbens j erzeugt und eine entsprechende Menge Kraftstoff vorn anderen
Ende des Hohlraumes lt in die ringförmige Kammer c zurückgefördert wird,
wobei das Steuerventil ni offen ist. ',Nährend des Saughubes des Arbeitskolbens
b kehrt der frei bewegliche Kolben j
in seine Ausgangsstellung zurück.
Während der normalen Arbeitsbedingungen hat folglich die Bewegung des Kraftstoffes
aus dem Arbeitsraum g in den Hohlraum h hinein und auf der Rückseite des Kolbens
j aus ihm heraus keine Wirkung auf die normale Fördermenge der Pumpe, die nur durch
die üblichen Regelmittel für derartige Pumpen regelbar ist.
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Wenn eine Übermenge all Kraftstoff verlangt wird, z. B. beim Anlassen
des Motors, wird das Steuerventil in. durch Betätigung des Drückers o geschlossen.
wie in Fig.2 gezeigt ist. Beim nächsten Druckhub des Arbeitskolbeiib wird dann der
Ausweichkolben i bis zur Anlage am Anschlag 1,-1 bewegt, wobei er unter Abheben
des federbelasteten Ventilkörpers in den im Ausweichhohlraum befindlichen Kraftstoff
durch
den Kanal i zur Einlaufseite drückt. Beim darauffolgenden Saughub des Arbeitskolbens
b bleibt der Ausweichkolben j am Anschlag hl liegen, weil der federbelastete Ventilkörper
in den Zufluß von Kraftstoff in den Ausweichhohlraum durch den Kanal i hindurch
absperrt. Infolgedessen kann dann der Arbeitskolben b den gesamten Inhalt des Arbeitsraumes
g durch das Auslaßventil e fördern. Diese Menge übersteigt die normale maximale
Fördermenge um den Betrag, der unter normalen Bedingungen dem Hubvolumen des Kolbens
j entspricht.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten geänderten Ausführung ist das Steuerventil
in normalerweise durch den Druck einer Feder p geschlossen, öffnet sich aber selbsttätig
durch den Druck des von einer Förderpumpe dem ringförmigen Hohlraum c zugeführten
Kraftstoffes. Dazu weist das Steuerventil einen kolbenartigen Teil in' auf, der
einen größeren Durchmesser hat als das Ende, das mit dem Sitz ;z zusammenarbeitet.
In diesem Fall wird die Förderpumpe durch den Motor angetrieben und fördert den
Kraftstoff mit einem Druck, der mit der Drehzahl des Motors ansteigt. Unter normalen
Arbeitsbedingungen hält der Kraftstoffdruck das Steuerventil m offen. Bei kleinen
Drehzahlen aber, wie sie z. B. beim Anlassen der Maschine auftreten, wird das Ventil
durch die Feder p geschlossen gehalten.
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W i e - oben bereits erwäh nt, kann ein verengter Durchgang
in dem zur Einlaufseite führenden Kanal i angeordnet werden. Ein Beispiel hierfür
ist in Fig. 4 dargestellt, in der der verengte Durchgang mit r bezeichnet ist. Dabei
ist das Steuerventil nz dem in Fig. 1 dargestellten gleich. Andererseits, und besonders,
wenn ein selbsttätiges Steuerventil gemäß Fig. 3 verwendet wird, kann das Steuerventil
in derart ausgebildet sein, daß es selbst einen verengten Durchgang bildet, wie
dies in Fig.5 dargestellt ist. In diesem Fall ist der Kanal i in der Nähe
des Sitzes ii erweitert, und eine durch den Sitz it hindurchragende Verlängerung
s des Steuerventils iii ist so geformt. daß sie den Durchtrittsquerschnitt im Sitz
it bei ansteigendem, auf den Teil in' wirkendem Förderdruck in zunehmendem -Maße
verkleinert, daß aber bei geringen Drücken der Durchgang ebenfalls geschlossen ist.
Der Vorteil, den man durch Anordnung eines verengten Durchganges mit festem oder
veränderlichem Ouerschnitt im Kanal i erreicht, ist der, daß bei laufender ':Maschine
die in dem Kanal durch die Bewegung des Kolbens j hin- und herbewegte Kraftstoffmenge
mit «-achsender Drehzahl der @faschine in zunehmendem Maße vermindert wird. Das
Ausmaß der Bewegung des frei beweglichen Kolbens j ist daher bei großen Motordrehzahlen
kleiner als bei kleinen Drehzahlen, und deshalb wächst die geförderte Kraftstoffmezige
progressiv mit wachsender Drehzahl des Motors. Auf diese Weise kann der frei bewegliche
Kolben j nicht nur zu einer kurzzeitigen Erhöhung der Kraftstoffmenge beine Anlassen
der Maschine dienen, sondern auch dazu, einen progressiven Anstieg der geförderten
Kraftstoffmenge bei größer werdender Motordrehzahl zu bewirken.
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Eine andere Form einer Kraftstoffpumpe, auf die die Erfindung angewendet
werden kann, ist in Fig. 6 dargestellt. Sie weist einen nachstehend als Verteiler
bezeichneten drehbaren Teil t auf, der in einer zv lindreschen Bohrung im Gehäuse
a der Pumpe enthalten ist. In dem Verteiler ist eine zylindrische Querbohrung tt
vorgesehen, die ein Paar Arbeitskolben v enthält. Der zwischen den einander
zugewendeten Enden der Arbeitskolben liegende Teil der Bohrung it dient als Arbeitsraum.
Die Einwärtsbewegung der Kolben wird durch ein ringförmiges Kurvenstück w bewirkt,
das in das Gehäuse eingesetzt ist und auf die äußeren Enden der Arbeitskolben v
wirkt. Der flüssige Kraftstoff wird dem Arbeitsraum von einer sich drehenden Förderpumpe
x durch geeignete Kanäle 2, 3, 4 und 5 zugeleitet und von dort durch den Kanal 5
zu einem radial angeordneten Kanal 6 gedrückt, der bei Drehung des Verteilers t
nacheinander die Verbindung mit jedem der Auslaßkanäle 7 im Gehäuse hergestellt.
Die Menge des dem Arbeitsraum u zwischen den Kolben v von der sich drehenden Förderpumpe
x zugeführten Kraftstoffes kann durch ein einstellbares Glied 8 reguliert werden.
Die Erfindung läßt sich auf die in Fig. 6 dargestellte Pumpe in der Weise anwenden,
daß ein Hohlraum la veränderlichen Inhalts, der einen frei beweglichen Kolben j
enthält, am Ende des axial verlaufenden Kanals 5 in der Nähe des radial verlaufenden
Auslaßkanals 6 im Verteiler t angeordnet ist. Hinter dem Hohlraum h ist ein weiterer
Hohlraum 9 angeordnet, der mit dem Kraftstoffeinlaßkanal 2 über das Steuerventil
verbunden ist. Dieses Steuerventil kann dem in Fig. 1 dargestellten gleich sein,
und in diesem Falle ist es durch einen Drücker zu betätigen. Andererseits kann es
auch, wie gezeichnet, dem in Fig. 3 dargestellten Ventil ml entsprechen. Das Ausmaß
der Bewegung des Kolbens j ist durch einen einstellbaren Anschlag k1 veränderlich.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt, sie kann vielmehr in ähnlicher Weise auf andere Ausführungsformen von
Kraftstoffpumpen mit hin- und hergehenden Arbeitskolben angewendet werden. Für den
Fall der Anwendung auf mehrzylindrige Pumpen, die in ihrer Bauart den in Fig.1 und
3 dargestellten Pumpen entsprechen, kann entweder ein Arbeitsraum oder auch jeder
der Arbeitsräume mit einem Hohlraum h veränderlichen Inhalts und frei beweglichem
Kolben j versehen werden. `'Fenn jeder der Arbeitsräume diese Ausbildung aufweist,
führen alle Kanäle i zu einem gemeinsamen Kraftstoffeinlaß über ein einziges Steuerventil
in, das von Hand oder auch selbsttätig, wie oben beschrieben. betätigt werden kaiiii.