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Verteilerpumpe zur Kraftstoffeinspritzung bei Verbrennungskraftmaschinen
Um den Kraftstoff in die Zylinder von Verbrennungskraftmaschinen einzuspritzen,
bedient man sich bekanntlich neuerdings sogenannter Verteilerpumpen. Ihnen liegt
es ab, den Kraftstoff für sämtliche Zylinder der Kraftmaschine an einer zentralen
Stelle auf den für die Einspritzung erforderlichen Druck zu bringen und ihn in der
jeweils in Betracht kommenden Reihenfolge auf die einzelnen Zylinder zu verteilen.
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Für die Verteilerpumpen der geschilderten Art sind bereits mannigfache
Anordnungen bekanntgeworden. Bei einer von ihnen ist die Hubbewegung eines Paares
von Pumpenkolben durch einen Ringnocken bewirkt, der als Rahmenkulisse mit seiner
Innenfläche den Bewegungsverlauf der Pumpenkolben bestimmt. Die Pumpenkolben werden
hierbei zusammen mit dem Pumpenkörper, in welchem sie geführt sind, innerhalb der
Rahmenkulisse an deren Nocken vorbeigeführt, wodurch die Kolbenbewegung zustande
kommt. Die Kraftstoffverteilung erfolgt bei dieser bekannten Pumpe durch ein Kanalsystem
im Pumpenkörper und dessen Zusammenwirken mit einem anderen Kanalsystem, welches
sich in demjenigen Bestandteil oder Pumpe befindet, in welchem der Pumpenkörper
bewegt wird. Diese bekannte Verteilerpumpe, die z. B. in der USA-Patentschrift 2
641238 beschrieben ist, weist, abgesehen von dem @Tachteil, daß bei ihr der
gesamte Pumpenkörper einschließlich der Pumpenkolben umlaufen muß, auch noch den
Mangel auf, daß die durch das erwähnte Kanalsystem zu den einzelnen Zylindern der
Kraftmaschine jeweils geförderte Kraftstoffmenge beim gegenseitigen Passieren der
Kanalmündungen Querschnittsänderungen unterworfen ist, wobei die Querschnittszunahme
beim Beginn des gegenseitigen Mündungspassierens und die Ouerschnittsabnahme am
Ende dieses Vorgangs in ihrem Verlauf drehzahlabhängig sind.
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Andererseits ist auch schon eine Verteilerpumpe mit innerhalb eines
Ringnockens angeordneten Pumpenkolben bekanntgeworden, bei welcher ;der die Förderzylinder,der
Einspritzpumpe mit ihren Pumpenkolben aufweisende Pumpenkörper ortsfest angeordnet
ist und der die Bewegungen der Kolben herbeiführende Ringnocken umläuft. Auch bei
dieser Pumpe treten aber die erwähnten nachteiligen Querschnittsänderungen auf,
weil im Inneren des Pumpenkörpers eine mit dem Antriebsglied des Ringnockens formschlüssig
verbundene Verteilerhülse umläuft und bei ihrem Umlauf mit der Mündung einer zur
Weiterleitung des geförderten Kraftstoffes bestimmten Querbohrung die Mündungen
der im ortsfesten Pumpenkörper ausgebildeten Zuleitungsbohrungen zu den den einzelnen
Verbrennungszylindern zugeordneten Druckventilen überstreicht. Für Einspritzpumpen
mit gewöhnlichem Nockenantrieb, bei welchen sich die Pumpenzylinder also nicht innerhalb
einer als Ringnocken ausgebildeten Rahmenkulisse befinden, sind schon zur Vermeidung
der unerwünschten Querschnittsänderungen Verteilereinrichtungen entwickelt worden,
bei denen in einem Fall ein mittels einer Schrägkurbel dauernd bewegter zylindrischer
Verteilerkolben sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung hin- und
herschwingt und an den Mündungen der die Kraftstoffverteilung vermittelnden Bohrungen
Ausnehmungen aufweist, deren Größe und Gestalt der erforderlichen Einspritzdauer
entspricht, während im anderen Fall eine Verteilerscheibe mittels eines Zahnradantriebs,
bei welchem eines der beiden Zahnräder glatte Umfangsflächen zwischen einzelnen
Zähnen aufweist, absatzweise nur in denjenigen Zeitabschnitten weitergeschaltet
wird, in denen in der Druckleitung kein Druck .herrscht. Diese bekannten Verteilereinrichtungen
sind aber kostspielig und haben großen kaumbedarf. Sie sind vor allem deshalb nachteilig,
weil sie zusätzliche komplizierte Antriebsmittel erforderlich machen. Für Einspritzpumpen
der im vorstehenden beschriebenen Art, bei welchen auf eine möglichst gedrungene
Ausführung Wert gelegt wird, sind sie nicht verwendbar.
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Die Nachteile der erwähnten bekannten Verteilerpumpen sind bei einer
Verteilerpumpe für Kraftstoffeinspritzung bei Brennkraftmaschinen, bestehend aus
wenigstens einem Paar von Pumpenkolben, welche in einer Ebene quer zur Achse der
Pumpenantriebswelle mit gemeinsamem Pumpendruckraum in einem feststehenden Pumpenkörper
angeordnet und durch einen den Pumpenkörper umkreisenden Ringnockenkörper angetrieben
sind, erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß als Verteiler ein Kolbenschieberverteiler
dient, dessen bewegliches Steuerglied mit seiner Achse in der Ebene der Pumpenkolben
oder in einer zu dieser
parallelen Ebene liegt und gleichfalls von
dem Ringnockenkörper derart gesteuert ist, daß es die jeweilige Verbindung zu den
einzelnen Zylindern in an sich bekannter Weise stets mit ihrem vollen Querschnitt
geöffnet hat und in seiner Steuerbewegung zum Stillstand gekommen ist, bevor durch
die Verbindung eine Kraftstofförderung erfolgt, und daß das Steuerglied erst dann
weiterbewegt wird, wenn die Kraftstofförderung beendet ist.
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Im Unterschied zu den bekannten Verteilerpumpen mit Ringnockenantrieb
werden also nachteilige Querschnittseinschnürungen und infolgedessen auch die Notwendigkeit
der Verwendung einer der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine entsprechenden Anzahl
von Druckventilen vermieden, während im Unterschied zu den erwähnten, bereits bekannten
Verteilereinrichtungen ein gedrungener Aufbau erreicht wird und zusätzliche Antriebsmittel
in Wegfall kommen, weil die Steuerung des Kolbenschiebers durch den auch die Hubbewegungen
der Pumpenkolben bewirkenden Ringnockenkörper erfolgt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann bei Anordnung des Verteilers
in einer zur Ebene der Pumpenkolben parallelen .Ebene als Verteiler ein in an sich
bekannter Weise sowohl .durch axiales Verschieben als auch durch radiales V erschwenken
die Steuerung der Verteilung bewirkendes Steuerglied dienen. Andererseits können
nach der Erfindung aber auch die Druckkolben selbst nacheinander als Verteiler dienen,
indem in ihrer Mantelfläche vorgesehene Einfräsungen die angeführten Verbindungen
herstellen. Eines eigenen Verteilergliedes zur Herbeiführung der besonderen, nach
der Erfindung zu erzielenden Verteilungswirkung bedarf es also in diesem Fall nicht.
Die Pumpenkolben werden hierbei vielmehr für zwei voneinander verschiedene Funktionen
herangezogen. Sie dienen einerseits zur Herbeiführung des für die Einspritzung erforderlichen
Drucks des Kraftstoffs und andererseits zur Vermittlung der schon mehrfach erörterten
Schieberwirkung.
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Zu der dritten Funktion lassen sich die Druckkolben erfindungsgemäß
dann heranziehen, wenn sie zur Unterbrechung der Kraftstofförderung zu den Zylindern
in an sich bekannter Weise je einen an ihrem Schaft ausmündenden, mit dem Druckraum
verbundenen Kanal aufweisen, der einen Entlastungskanal steuert. Der Entlastungskanal
kann dabei vorzugsweise eine Vorspannung aufweisen, so daß der Eintritt des Druckabfalls
nicht allein durch die Stellung des Kolbens zur Mündung des betreffenden Entlastungskanals,
sondern auch noch dadurch bestimmt ist, daß die erwähnte Vorspannung überwunden
wird. Die durch die Druckentlastung zurückströmende Kraftstoffmenge kann erfindungsgemäß
in an sich bekannter Weise zur Regelung der Förderleistung dienen, indem auf ein
in an sich bekannter Weise als Regelventil ausgebildetes Druckventil oder auf ein
Verstellglied zur Hubregelung eingewirkt wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung
an Hand der Zeichnung erläutert. Darin sind zwei Ausführungsbeispiele dafür wiedergegeben,
und zwar in den Fig. 1 bis 4 ein solches Ausführungsbeispiel, bei welchem die Verteilungsfunktion
durch ein Steuerglied der bereits erörterten Art bewirkt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach den Fig. 5 und 6 wird die Verteilungsfunktion durch Druckkolben zustande gebracht,
die selbst nacheinander als Steuerschieber dienen.
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Nach den Fig. 1 und 2, die einerseits den Längsschnitt (Fig. 1) durch
eine Verteilerpumpe der bereits bezeichneten Art nach Linie 1-1 der Fig. 2 und andererseits
einen Querschnitt (Fig. 2) nach Linie 2-2 der Fig. 1 zeigen, besteht der Pumpenkörper
aus dem Aufnahmeteil 1 für die Anschlußstutzen 2 bis 4 zu den aus der Zeichnung
nicht ersichtlichen Einspritzdüsen, dem Zylinderblock 5 für die beiden Pumpenkolben
6 und 7 und der Bodenplatte B. Zwischen dem Aufnahmeteil 1 und der Bodenplatte 8
sind die Gleitfassungen 9 und 10 für die Kolbenfüße 11 und 12 hin und her bewegbar.
Nach außen schließen sich an diese Fassungen die Rollkörper 13 und 14 an, die mit
den Einstichen 15 und 16 versehen sind. In die Einstiche hinein erstreckt sich der
Regelring 17, dem eine später zu erörternde Aufgabe zufällt.
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Der Regelring, der vom Zylinderblock 5 abgestützt wird (Fig.2), erstreckt
sich nach der anderen Seite hin in den Pumpenrotor 18 hinein, dessen zylinderförmiger
Bestandteil die bereits erwähnte Kulissenbahn bildet und mit seinen Ringnocken die
Betätigung der Pumpenkolben 6 und 7, und zwar über die Rollkörper 13 und 14 sowie
die Gleitfassungen 9 und 10 bewirkt. Darüber hinaus bringt die Kulissenbahn des
Pumpenrotors 18 aber auch die axiale und radiale Bewegung des Steuergliedes 19 zustande,
von dem aus der vor ihm in der Druckleitung 20 anstehende Druck des Pumpenraumes
21 auf die Zuleitungen 22 bis 24 zu den Anschlußstutzen 2 bis 4 verteilt wird.
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Wie die Kulissenbahn des Pumpenrotors 18 und ihre inneren Ringnocken
im einzelnen ausgebildet sind, ergibt sich aus Fig. 3. Das Steuerglied 19 ist in
Fig. 4 in vergrößertem Maßstab und perspektivisch herausgezeichnet. Der Pumpenrotor
18 bestimmt mit der Steuerbahn seiner Innenfläche 25 die jeweilige axiale Lage des
Steuergliedes 19 zu dessen Führung im Aufnahmeteil 1 des Pumpenkörpers. Die in der
Darstellung nur schwach hervortretenden Nocken26 und 27 lassen dabei Steuerwirkungen
zustande kommen. Die Randkulisse 82 (vgl. auch die Fig. 1 und 2) steuert die radialen
Verschwenkungen des Steuergliedes 19 in seiner schon erwähnten Führung. Die somit
durch zwei Parameter bestimmte jeweilige Lage des Steuergliedes 19 stellt jeweils
zu einem der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine die Verbindung her. Die Nockenbahnen
29 und 30 weisen eine völlig gleiche Gestalt auf. Zwischen ihnen ist die Aussparung
3.1 vorgesehen. Während die Bahnen 29 und 30 zur Steuerung der Rollkörper 13 und
14 dienen, nimmt die Aussparung 31 den Regelring 17 auf. Jeder Winkellage des Pumpenrotors
18 entspricht deshalb einerseits eine bestimmte axiale und radiale Lage des Steuergliedes
19 und andererseits eine bestimmte Betriebsstellung des Kolbenpaares 6, 7. Im einzelnen
ist die Anordnung so getroffen, daß das Steuerglied 19 seine jeweilige Verteilerstellung,
d. h. die Verbindung zwischen der Druckleitung 20 und einer Zuführungsleitung (z.
B. 22) zu einem Anschlußstutzen (z. B. 2) bereits hergestellt hat, wenn das noch
zu erläuternde, im Steuerglied 19 vorgesehene Druckventil infolge des bis dahin
durch die Kolben 6 und 7 zustande gebrachten Drucks in der Kammer 21 dieses Ventil
öffnet. Die Kurvenbahn 28 ist weiterhin so gestaltet, daß sie die erwähnte Verbindung
dann weiterhin bis zu dem Zeitpunkt aufrechterhält, in welchem durch Nachlassen
des Drucks in der Kammer 21 das Druckventil in seine Schließstellung zurückkehrt.
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Im Fall einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine führt das Steuerglied
19 unter dem Einfluß der Kurvenbahnen 25 und 28 nacheinander während einer Umdrehung
des Pumpenrotors 18 die in Fig. 4 schematisch
angedeuteten und
mit den Ziffern 1 bis 6 bezeichneten Verbindungen zu den Verbrennungszylindern herbei.
Es bringt also seine Längsrille 47 zunächst durch von der Kurvenbahn 28 verursachtes
@'erschwenken in Umfangsrichtung mit den Zuleitungen für die Zylinder 1, 2, 3 in
Verbindung, verschiebt sich dann, der Kurvenbahn 25 folgend, in axialer Richtung
zur Stellung 4 und schwenkt nunmehr wiederum in Umfangsrichtung, jedoch in umgekehrtem
Drehsinn, über die Stellung 5 zur Stellung 6, worauf es in Achsrichtung zur Stellung
1 zurückgeschoben wird.
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Das Steuerglied 19 gleitet mit den Stegteilen 32 und 33 seiner Einfräsungen
auf der Kurvenbahn 28 des Pumpenrotors 18. Mit seinen freien Enden 34 und 35 legt
es sich, wie schon angedeutet, an die Innenfläche 25 des Rotors 18 an. In der litte
der Längsbohrung 36 durch das Steuerglied 19 befindet sich der Sitz des Druckventils
37, das durch eine Feder 38 belastet ist. Diese ist an ihrem anderen freien Ende
auf dem in der Bohrung 36 des Steuergliedes 19 fest angebrachten Füllstück 39 abgestützt.
Durch den in diesem Füllstück festsitzenden Stift 40 wird :der Hub des Druckventils
37 in seiner Offenstellung begrenzt.
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Von der Druckleitung 20 (Fig. 1) aus gelangt der Kraftstoff über die
Eintrittsausnehmung 41 in die Rille 42 und von hier zu der Radialbohrung 43 im Steuerglied
19. Er tritt dadurch an der Stelle 44 (Fig. 2) und über die Bohrung45 zum Druckventil
37, nach dessen Öffnung er über den Federraum 46 zur Längsrille 47 abströmt. Das
Druckventil 37, das im Inneren des Steuergliedes 19 vorgesehen ist, begrenzt die
Druckkammer 21 nach der einen Seite hin. Nach der anderen Seite ist sie durch das
Saugventil 48 begrenzt. Zu letzterem führt die nur durch eine gestrichelte Linie
49 angedeutete Kraftstoffspeiseleitung.
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Der Regelring 17 ist mit Hilfe des Ritzels 50 einstellbar. Der Eingriff
kann dabei in einer aus der Zeichnung nicht ersichtlichen Weise von außen her auf
die Pumpe vorgenommen werden. -Nach Maßgabe seiner Größe wird die äußere Totpunktlage
der Kolben 6 und 7 verlagert, so daß auf diese Weise die Leistung der Pumpe geregelt
werden kann.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel für eine Verteilerpumpe nach der
Erfindung, das sich im Längsschnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 6 aus der Fig.
5 und in einem Querschnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 5 aus der Fig. 6 ergibt,
besteht der Pumpenkörper aus dem Aufnahmeteil 51, dem Zylinderblock 52 für die Pumpenkolben
53 bis 56 und aus dem Tragstück 57 der aus den Zahnrädern 58 und 59 bestehenden
Zubringerpumpe. In dem Aufnahmeteil 51 sind die Anschlußstutzen 60 und 61
vorgesehen. Mit dem Aufnahmeteil 51 ist das Pumpengehäuse 62 fest verbunden, durch
das die Antriebswelle 63 des Pumpenrotors 64 hirndurchragt. Die Glocke des Pumpenrotors
ist an ihrem inneren freien Ende mit der Nockenbahn 65 versehen. Durch diese werden
jeweils drei Kolben, und zwar bei der Betriebsstellung nach Fig. 6 die Kolben 54
bis 56, einwärts in Richtung auf die Druckkammer 66 bewegt, während ein Kolben 53
in seiner äußeren Endlage verbleibt. Diese Steuerungen vollziehen sich von der Bahn
65 aus über die Rollstücke 67 bis 70, die über die Gleitfassungen 71 bis 74 den
Antrieb der Kolben 53 bis 56 vermitteln.
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Über den Füllstutzen 75 gelangt der Kraftstoff zur Speiseleitung 76
und von hier auf die Saugseite der aus den Zahnrädern 58 und 59 gebildeten Zubringerpumpe.
Sie fördert ihn in den Vorraum 77 im Tragstück 57, in welchem auch das becherförmig
ausgebildete Saugventil 78 der Verteilerpumpe vorgesehen ist. Wird das Venti178
durch den Rücklauf von drei Pumpenkolben geöffnet und dadurch der Kraftstoff in
die Kammer 66 gefördert, dann ist während dieser Zeitspanne in üblicher Weise das
Druckventil 79 geschlossen.
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In genauer Abstimmung mit dem Druckanstieg in der Druckkammer 66 gelangt
einer der Kolben (53) schon in seine aus der Zeichnung ersichtliche Stellung, bevor
das Druckventil 79 öffnet. Dieser Kolben 53 stellt dann über die Ausfräsung 80 in
seinem Mantelteil die Verbindung zwischen den Leitungen 81 und 82 her und läßt damit
die Kraftstofförderung vom Druckventil 79 zum jeweiligen Anschlußstutzen,
im vorliegenden Fall zum Stutzen 60. zustande kommen. Der Kolben 53 bleibt dann
so lange in dieser Lage, bis infolge der Druckentlastung der Kammer 66 das Druckventil
79 schließt.
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Die eben erwähnte Druckentlastung kommt durch das Sackloch 83 im Kolben
55 zustande. Vom Boden des Sacklochs mündet die Bohrung 84 zur Seite aus und kann
dadurch mit dem Entlastungskanal 85 im Zylinderblock 52 korrespondieren.
Dieser Entlastungskanal ist durch das Ventil 86 vorgespannt. Passiert also
der Kolben 54 mit der seitlichen Bohrung 84 die Mündung des Entlastungskanals 85,
dann fällt der Druck in der Kammer 66 sofort ab, und das Druckventil 79 schließt.
Der rückströmende Kraftstoff kann dabei über die Leitung 87 auf die Regeleinrichtung
88 einwirken, durch die eine Drehung des Druckventils und damit eine Veränderung
der Pufferwirkung herbeigeführt wird, die durch das Zusammenwirken der Austrittsbohrung
89 mit der schrägen Kante 90 am Aufnahmeteil 51 zustande kommt.
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Die Kolben 53 bis 56 weisen alle den gleichen Aufbau auf. Insbesondere
sind sie sämtlich mit den Einfräsungen 80 im Mantelteil versehen und von den Kanälen
83, 84 durchsetzt. Jedem Kolben ist außerdem ein Leitungspaar 81, 82 zugeordnet,
welches zu jeweils einem anderen von insgesamt vier Anschlußstutzen führt. Jedem
Kolben gehört schließlich auch ein eigener Entlastungskanal 85 an, wobei
diese Kanäle ein gemeinsames Vorspannventil86 aufweisen.
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Der über den Wellenstumpf 63 angetriebene Pumpenrotor 64, der über
die Nockenbahn 65 die Kolben 53 bis 56 so antreibt, daß jeweils drei von ihnen den
Kraftstoff in der Kammer 66 unter Druck setzen, während einer, 53, zur Verteilungssteuerung
dient, bestimmt mit seiner Tourenzahl das Tempo des Wechsels von Zylinder zu Zylinder
und muß demnach der Zündfolge der betreffenden Kraftmaschine angepaßt sein. Da der
die Verteilungssteuerung jeweils übernehmende Kolben, wie schon erwähnt, stets so
lange in seiner Ruhestellung verbleibt, wie die sich über seine Einfräsung vollziehende
Förderung des Kraftstoffs über den zugeordneten Anschlußstutzen vollzieht, kann
durch Schieberwirkung an dieser Stelle kein Einschnüren des Förderstrahls erfolgen.