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Brennstoffeinspritzpumpe Brennstoffeinspritzpumpen üblicher Bauweise
leiden an dem Mangel, daß die Dosierung der Einspritzmenge von der Drehzahl des
Motors abhängig ist. Bei den bekannten Pumpen fördern die Kolben je Hub eine einzige
Ladung und bewegen sich dementsprechend rasch; sie bewegen sich außerdem ungleichförmig.
Bei hohen Drehzahlen treten deshalb sowohl beim Ansaugen des Brennstoffs als auch
beim Fördern große Flüssigkeitsbeschleunigungen und also Unregelmäßigkeiten der
Brennstoffzufuhr (Blasenbildung) auf.
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Nach der Erfindung wird nun das Problem gelöst, den Verbrennungsräumen
eines Verbrennungsmotors oder eines Turbinenstrahltriebwerkes unter sich gleiche
Mengen Kraftstoff zuzuführen, unter Dosierung dieser Menge unabhängig von der Drehzahl
des Motors.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinspritzpumpe für mehrzylindrige
Brennkraftmaschinen mit einem Pumpenkolben und einem Brennstoffverteiler, die von
der Brennkraftmaschine angetrieben werden, wobei der Pumpenkolben doppelt wirkend
in einem Zylinder hin- und tierbewegbar ist und die beiden Pumpenarbeitsräume über
je ein Rückschlagventil mit einer gemeinsamen Druckleitung verbunden sind, an welche
auch der Verteiler angeschlossen ist.
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Eine bekannte Brennstoff einspritzpumpe dieser Art ist ebenfalls mit
einem Kolben ausgerüstet, der sich ungleichförmig bewegt und je eine Ladung pro
Hub fördert.
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Ein anderer Vorschlag geht dahin, mittels einer Kolbenpumpe Brennstoff
unter Druck zu speichern und aus dem unter Druck stehenden Speicher den Brennstoff
durch einen in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors gesteuerten Drehschieber
zu den Verbrennungsräumen zu bringen. Auch bei dieser Konstruktion besteht die Möglichkeit
der Blasenbildung infolge der verhältnismäßig großen Überschußmenge, die über das
Überdruckventil abgeführt werden muß.
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Im Gegensatz zu dieser Art Speichereinspritzvorrichtung wird beim
Gegenstand der Erfindung versucht, einen Überschuß in der Förderung möglichst zu
vermeiden.
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Bei einer bekannten Verteilerpumpe, die ebenfalls mit Druckspeicherung
arbeitet, wird Überschußförderung dadurch vermieden, daß die Pumpe bei Erreichung
des Einspritzdruckes nicht mehr weiter fördert. Dies hat aber den Nachteil, daß
zur Sicherstellung eines plötzlichen Brennstoffmehrbedarfs mehrere verhältnismäßig
komplizierte Pumpeneinheiten mit Antrieben vorgesehen sein müssen. Die Erfindung
geht deshalb einen anderen Weg zur Vermeidung einer Überschußförderung, indem sie
zur Speicherung die Kompressibilität des Brennstoffs ausnutzt.
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Es ist nun zwar wiederum an sich bekannt, den Pumpenraum von Einspritzpumpen
zu bemessen, daß die elastische Zusammendrückung des eingeschlossenen Brennstoffs
erlaubt, den für eine Speichereinspritzung erforderlichen Druck zu speichern. Bei
diesen bekannten Pumpen handelt es sich um einfach wirkende Pumpen, deren Kolben
in der üblichen Weise durch einen Nocken bewegt werden und mittels Steuerkanten
im Pumpenzylinder vorgesehene Öffnungen steuern. Bei hohen Drehzahlen besteht demnach
auch hier die Gefahr, daß sich Blasen im Brennstoff bilden, wodurch sich die Kompressibilität
des Inhalts des Pumpenarbeitsraumes entscheidend ändern würde.
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Nach der Erfindung wird deshalb bei einer Einspritzpumpe der erstgenannten
Art des Problems dadurch gelöst, daß das Hubvolumen des Pumpenkolbens ein erhebliches
Vielfaches, z. B. das Tausendfache, des Volumens einer einzigen Einspritzung beträgt
und daß der Pumpenkolben im Zylinder über seinen ganzen Hub mit einer von der Drehzahl
der Brennkraftmaschine zwar abhängigen, jedoch konstanten Geschwindigkeit bewegt
wird, wobei der Pumpenkolben jeweils nach einer Reihe von Einspritzungen umkehrt.
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Es ist nun zwar auch eine Einspritzpumpe bekannt, bei welcher ein
einfach wirkender Kolben in einem einzigen Fördergang mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine
versorgt und danach umkehrt, um seinen Saughub auszuführen. Auch diese bekannte
Pumpe hat den Mangel der ungleichförmigen Kolbenbewegung und der Kantensteuerung.
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Der Kolben nach der Erfindung bewegt sich dem gegenüber gleichförmig
in dem Dosierzylinder, was trotz der kurzzeitig geschlossenen Austrittleitung durch
die Kompressibilität des Kraftstoffes ermöglicht wird. In den Schließperioden wird
durch die Vorwärtsbewegung des Kolbens, deren Strecke sehr klein ist, da der Inhalt
des Zylinders erfindungsgemäß ein erhebliches Vielfaches, z. B. das Tausendfache,
der einzelnen
Einspritzmenge beträgt, jeweils ein Überdruck geschaffen.
Die Größe dieses Überdrucks ist auf dem gesamten Wege des Kolbens zwar nicht gleich,
sondern im Sinne des Fortschreitens größer werdend; für die meisten Fälle ist der
Druck im Mittel ausreichend gleich.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Pumpenarbeitsräume
über je ein weiteres Rückschlagventil mit einer gemeinsamen Einlaßleitung verbunden,
welche einerseits über ein Rückschlagventil mit dem Brennstoffzulauf und andererseits
über eine Rückführungsleitung und ein in an sich bekannter Weise in derselben angeordnetes
Überdruckventil mit einstellbarer Federvorspannung mit der den Verteiler speisenden
Druckleitung verbunden ist.
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Für eine sehr genaue Dosierung ist der Druck, den der Dosier- und
Förderkolben bei seinem Wege während der Schließperioden erzeugt, genau gleichzuhalten.
Nach der genannten bevorzugten Ausführungsform wird deshalb dem Zylinder ein Überdruckventil
zugeordnet, bei dem die Größe des Druckes so eingestellt werden kann, daß es bei
dem gemäß dem Fortschreiten des Kolbens auf seinem Wege größer werdenden Druck öffnet
und Treibstoff zu der Saugseite zurückführt. Ein solches Überdruckventil ist in
vielen Fällen notwendig, um das Entstehen sehr hoher Überdrücke zu verhindern, z.
B. wenn ein mit hoher Last und Drehzahl laufender Motor plötzlich auf Leerlauf geschaltet
wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Einspritzpumpe
gemäß der Erfindung eine bei Pumpen mit anderen Verwendungszwecken an sich bekannte,
in dem Antrieb des Pumpenkolbens vorgesehene Wendespindel bzw. Kreuzgewindespindel
auf.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Verteiler
in an sich bekannter Weise durch einen allen Einspritzleitungen gemeinsamen Verteilungsdrehschieber
gebildet.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Verteiler
in an sich bekannter Weise durch jeder Einspritzleitung zugeordnete gesteuerte Ventile,
z. B. Schieberventile, gebildet.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist eine solche
Einspritzpumpe eine entsprechend dem Motor umlaufende Steuerwalze mit einem willlcürlich,
z. B. entsprechend der Stellung des Gashebels im Sinne der Änderung der Öffnungszeiten
steuerbaren Glied auf, das nacheinander die den Einspritzleitungen zugeordneten
Ventile mit unter sich gleichen Zeiten betätigt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform -weist eine solche
Pumpe einen längs der Achse der Steuerwalze verschiebbaren, die ringförmig um die
Steuerwalze angeordneten Ventile mit einer Berührungsfläche, deren Größe durch die
Verschiebung änderbar ist, betätigenden Nocken bzw. eine an sich bekannte, mit einem
solchen Nocken versehene, insgesamt gegenüber den Ventilstößeln axial verschiebbare
Walze auf.
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Die Pumpe gemäß der Erfindung führt in von der Drehzahl des Verbrennungsmotors
abhängigen Momenten jedem Verbrennungsraum in dem korrekten Zeitpunkt eine genau
gleiche Menge zu, deren Größe beliebig, unabhängig von der Drehzahl des Motors,
z. B. abhängig von der Stellung des Gashebels des Verbrennungsmotors, geändert werden
kann.
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Die Betätigungsfläche der Steuerwalze kann in der Abwickelung dreieckig
geformt sein, d. h. gerade Begrenzungslinien haben. Falls eine unstetige Änderung
durch die Axialverschiebung der Steuerwalze bewirkt werden soll, werden die Begrenzungslinien
der Detätigungsfläche entsprechend gebogen.
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Die Zeichnung zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,
und zwar zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch eine Einspritzpumpe gemäß der Erfindung,
während Fig.2 in Aufsicht eine Ausführungsform einer Steuerwalze und Fig. 3 ein
Schema der Arbeitsweise der Einspritzpumpe darstellt.
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Der Pumpenraum 1 führt den Förderkolben 5, der über eine Wendespindel
2 über die Zahnräder 3 mit dem Nocken- oder Motorwellenantrieb 6 in einem festen
Antriebsverhältnis steht. Die Wendespindel 2 (Kreuzgewinde) verleiht dem Kolben
5 eine über den ganzen Hub bis zum Wendepunkt konstante Geschwindigkeit in beiden
Richtungen. Jeder Umdrehung des Motors entspricht ein ganz bestimmter, von der Stellung
des Kolbens unabhängiger, durch die Festlegung der Spindelsteigung und des Zahnradübersetzungsverhältnisses
3 beliebig zu wählender Kolbenvorschub und damit eine pro Motorumdrehung konstant
bleibende Volumenveränderung im Pumpenraum 1.
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Da der Pumpenteil 5 doppelt wirkend ist, besitzt er je ein Paar Einlaßbohrungen
7, 8 und ein Paar Ausstoßbohrungen 9, 10, die mit selbsttätig wirkenden Kugelventilen
7 a, 8 a, 9 a, 10 a ausgerüstet sind. Den Einlaßbohrungen 7,
8 wird über ein gemeinsames, ebenfalls selbsttätig wirkendes Ventil 15 der Brennstoff
aus dem Tank in geeigneter Weise zugeführt.
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Die Ausstoßbohrungen 9, 10 stehen über ihre Ventile mit der Reglerzulaufbohrung
18 in Verbindung. Die Zulaufbohrung 18 steht in Verbindung mit dem Ringkanal 19,
der j e nach Zylinderzahl zu einem, zwei, drei oder sechs auf dem Regler verteilten,
zwangläufig vom Segmentnockenregler 4 gesteuerten Reglerventilen 20 führt. Die Ventile
20 geben die Bohrung abhängig von der Stellung des Segmentnockenreglers 4 zu den
Einspritzleitungen 21 frei.
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Der Segmentnockenregler 4 sitzt längsverschieblich über eine Längsnut
gekuppelt auf der Welle 11, die ihrerseits über das Zahnradvorgelege 3 mit Nockenwellendrehzahl
angetrieben wird.
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Der Segmentnockenregler 4 wird mittels mitumlaufender Feder 12 (Rückholfeder)
in einer bestimmten Stellung, nämlich der Leerlaufstellung, festgehalten. Die Verstellung
des Segmentnockenreglers erfolgt vom Gaspedal aus über eine Zwischenkugellagerscheibe
14 durch das Betätigungsgestänge 13.
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Die Zulaufbohrung 18 steht über eine Überstromleitung 17 in gezeichneter
Weise mit den Einlaßventilen 7 a, 8 a über ein auf einen vorbestimmten Druck eingestelltes,
federbelastetes überströmventil16 in Verbindung.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Angenommen, der Kolben
5 bewegt sich nach oben: Die Geschwindigkeit des Kolbens 5 ist stetig und abhängig
pro Zeiteinheit von der Drehzahl des Motors. Sein Weg pro Umdrehung des Motors bleibt
jedoch stets derselbe. Die im Pumpenraum 1 vorhandene Brennstoffmenge wird bei der
Konstruktion entsprechend bemessen. Das Ventil Sa ist geöffnet, da der Raum unterhalb
des Kolbens stetig vergrößert wird, über das Ventil 8a strömt daher ständig Brennstoff
zu: Oberhalb des Kolbens wird das Volumen stetig verkleinert, über das Ventil 9
a wird also mit einem vom überströmventil16 gesteuerten Druck ständig Brennstoff
über Bohrung 18 dem Ringkanal
19 zugeführt. Solange nicht eines
der Ventile 20 vom Segmentnockenregler 4 geöffnet ist und dem Brennstoff den Weg
21 zu den Einspritzdüsen freigibt, erfolgt ein Rücklauf über das druckeingestellte
Überströmventil 16 durch die Leitung 17 zu den Ventilen 7 a bzw. 8a. Da 8
a infolge der Volumenvergrößerung im Pumpenraum geöffnet ist, tritt der Brennstoff
in den Saugraum des Pumpenkörpers ein und bringt, da das Ventil 15 ein Rückströmen
in den Tank verhindert, eine Zusatzfüllung des Saugraumes mit sich (Dichtung). Wird
durch den Segmentnockenregler 4 das Regelventil 20 geöffnet, so wird während der
Öffnungszeit der Anpreßdruck des Überströmventils 16 nicht erreicht und die vorgesehene
Brennstoffmenge der Einspritzleitung 21 zugeführt.
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Die Einspritzmenge ist also unabhängig von der Drehzahl, da bei jeder
Drehzahl des Motors einem bestimmten Öffnungswinkel des Segmentnockenreglers 4 auch
eine immer gleichbleibende Volumenänderung im Pumpenraum 1 entspricht. Die Dosierung
ist demnach für jeden Zylinder gleich, da ein und dasselbe Element 1 und 4 jeden
Zylinder versorgt.
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Die Stetigkeit der Strömung ist praktisch gewährleistet, da im Verhältnis
zur Einspritzzeit größenordnungsmäßig längere Zeiten für Füllung und Ausstoßung
des Brennstoffes aus dem Pumpenraum zur Verfügung stehen.
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Die praktische Stetigkeit der Geschwindigkeit über den gesamten Pumpenhub
wird durch die Wendespindel gewährleistet (im Gegensatz zum Kurbeltrieb). Der obere
und untere Umkehrpunkt der Wendespindel (Geschwindigkeit = Null) muß in den Zeitraum
gelegt werden, in dem keine Einspritzung erfolgt.
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Der Motor wird also praktisch so versorgt, als ob der Kolben 5 im
Pumpenraum 1 stets nur in einer Richtung laufen würde.