-
Brennstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungsmotoren Die Erfindung
bezieht sich auf Brennstoffeinspritzvorrichtungen für Verbrennungsmotoren. Diese
Vorrichtungen enthalten oft Organe, deren Bewegung unter bestimmten Umständen oder
zu bestimmten Zeitpunkten unter der Wirkung eines Druckmittels ausgelöst werden
sollen. Ein solches Organ ist beispielsweise der Kolben einer aus Pumpe und Düse
bestehenden Einheit, die durch den Gasdruck beim Kompressionshub im Inneren des
Motorzylinders, auf dem die Einspritzvorrichtung angebracht ist, betätigt wird,
oder die Düsennadel oder ein tTberströmauslaßventil, dessen Offnen die Einspritzung
unterbricht, welche Nadel oder welches Ventil im gewünschten Zeitpunkt durch den
Druck des einzuspritzenden. Brennstoffs vom Sitz abgehoben wird.
-
Es wurde bereits vorgeschlagen, diese Organe unter den Einfluß einer
Verriegelung zu stellen, die das Organ entgegen dem darauf einwirkenden Druckmittel
an Ort und Stelle bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Auslösung seiner Bewegung stattfinden
soll, festhält und in diesem Zeitpunkt unwirksam wird.
-
Die bisher zu diesem Zweck verwendeten Verriegelungen haben indessen
nicht befriedigt. Die mechanischen Riegel benötigen erhebliche Kräfte, um sie unwirksam
zu machen, vor allem, wenn ihre Entriegelung ohne die geringste Verzögerung eintreten
soll, und sind in Gefahr, sich zu verklemmen. Die bisher vorgeschlagenen elektromagnetischen
Verriegelungen haben den Nachteil, daß sie mit zu großer Verzögerung entriegelt
werden. Diese Verriegelungen werden nämlich so betätigt, daß ihre Spule in dem Zeitpunkt,
in welchem die Entriegelung stattfinden soll, eine Anziehung ausübt. Nun spielt
bei der Leistung einer Anziehungsarbeit durch einen Elektromagnet die Zeitkonstante
des die magnetische Kraft hervorbringenden Systems mit. Diese Zeitkonstante ist
zu groß, als daß eine solche Vorrichtung mit positiver elektromagnetischer Arbeitsleistung
bei der Entriegelung zufriedenstellende Ergebnisse liefern könnte, wenn es sich
um die Steuerung der Einspritzung eines Motors handelt.
-
Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt.
-
Nach der Erfindung wird bei einer Brennstoffeinspritzvorrichtung für
Verbrennungsmotoren mit einem durch ein Druckmittel verstellbarem Organ, auf welches
das Druckmittel entgegen der Sperrwirkung einer magnetischen Verriegelung einwirkt,
zur magnetischen Verriegelung ein Magnetkörper mit offenem Mantelkern und Mittelbutzen
und ein in der Verriegelungsstellung an beiden Polen (Mantel und Mittelbutzen) ohne
Luftspalt anliegender Anker vorgesehen, so daß der Magnetfluß in der Verriegelungsstellung
über den Anker geschlossen ist. Dabei wird der Magnet vorzugsweise durch einen Elektromagnet
gebildet, der einen Anker anzieht und ihn mit seinen Polen zu der Zeit in Berührung
hält, während welcher das Organ verriegelt sein soll, wogegen. die Entriegelung
in dem Zeitpunkt erfolgt, in dem die vom Druckmittel auf das zu verriegelnde Organ
ausgeübte Kraft im Verhältnis zur magnetischen Anziehung hinreichend groß wird,
um den Anker von den Magnetpolen zu lösen. Dieses Ablösen kann. entweder durch Erhöhung
der von dem Druckmittel auf das verriegelte Organ ausgeübten Kraft oder aber durch
Schwächung der Anziehungskraft des Magnets erreicht werden.
-
In der Vorrichtung nach der Erfindung ist der Einfluß der Zeitkonstante
praktisch Null. Denn nach der Erfindung hat der Magnet in dem Zeitpunkt, in dem
die Entriegelung eintreten soll, keine positive Anziehungsarbeit zu leisten, -sondern,
hat im Gegenteil nur den Anker loszulassen, den er vorher angezogen hatte. Wenn
das Ablösen- des Ankers dadurch zustande kommt, daß die der Magnetkraft entgegenwirkende
Kraft im gewünschten Zeitpunkt größer wird als diese; so ist es klar, daß keine
verzögernde Zeitkonstante. vorhanden ist. Aber die Wirkung ist praktisch die gleiche,
wenn man im gewünschten Zeitpunkt eine Schwächung -der Magnetkraft durch Schwächung
oder Unterbrechung des die Magnetkraft hervorbringenden Erregerstroms des Elektromagnets
erreicht. Denn um im letzteren Fall die Ablösung
herbeizuführen,
ist es durchaus nicht nötig, daß die ganze Anziehungskraft des Elektromagnets verschwindet,
ehe die Ablösung eintritt. Es genügt, daß die Anziehungskraft des Elektromagnets
eine gewisse Schwächung erfährt. Auch diese Schwächung wird praktisch ohne jede
Verzögerung erreicht, so daß man die Ablösung des Ankers ebenso ohne Verzögerung
erhält.
-
Dieses letztere Verfahren (Schwächung oder Unterbrechung des Erregerstroms)
ist allerdings nur dann anwendbar, wenn die Magnetkraft durch einen Elektromagnet
hervorgebracht wird, während das erstgenannte Verfahren (Ablösen durch Überwiegen
der entgegen der Magnetkraft wirkenden Kraft ohne Schwächung der Magnetkraft) sowohl
bei Elektromagneten als auch bei Dauermagneten anwendbar ist.
-
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
-
Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Pumpe-Düse-Aggregat, dessen Kolben, auf
den der im Motorzylinder herrschende Druck wirkt, durch eine elektromagnetische
Verriegelung gemäß der Erfindung verriegelt ist; Fig. 2 zeigt schematisch eine für
einen Vierzylindermotor bestimmte Abwandlung; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie
III-III in Fig. 2; Fig.4 zeigt eine andere Abwandlung, in der die Düsennadel durch
eine elektromagnetische Verriegelung verriegelt wird; Fig. 5 zeigt eine Einspritzvorrichtung,
bei der mehrere Organe durch eine elektromagnetische Verriegelung verriegelt werden;
Fig.6 stellt schematisch die Steueranordnung der elektromagnetischen Verriegelungen
nach Fig. 5 dar; Fig.7 endlich zeigt eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen
elektromagnetischen Verriegelung. Das in Fig.1 dargestellte Pumpe-Düse-Aggregat
ist am Zylinderkopf 1 eines Verbrennungsmotors, z. B. eines Dieselmotors, befestigt
und enthält einen Antriebskolben 2, auf dessen untere Fläche 2a die im Zylinder
herrschenden Drücke einwirken.
-
Der Kolben 2 hängt mit einem Pumpenkolben. 3 zusammen, und die beiden
Kolben 2 und 3 sind in einem Gehäuse4 gelagert, dessen Unterteil einen Zylinder4a
für den Kolben 2 bildet und dessen Oberteil einen Teil 4 b enthält, der den Zylinder
der Einspritzpumpe bildet, in dem der Kolben 3 arbeitet. Die unterste Stellung der
Kolben 2 und 3 ist durch einen Anschlag 5 bestimmt, gegen den sich die untere Fläche
2 a des Kolbens 2 anlegt, wenn dieser sich in seiner Ruhestellung befindet, während
die oberste Stellung der Kolben 2 und 3 durch einen Anschlag 6 bestimmt ist, der
zugleich den Boden des Einspritzpumpenzylinders bildet und dessen axiale Stellung
im Inneren des Zylinders dieser Pumpe z. B. mit Hilfe eines Schraubengewindes 6a.
und eines mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Zahnstange zusammenarbeitenden
Zahnrades 6 b verstellbar ist. In seiner untersten Stellung gibt der Pumpenkolben
3 die in den Pumpenzylinder 4 b führende Eintrittsöffnung einer Zuleitung 7 frei,
die den Brennstoff beispielsweise von einer nicht dargestellten Förderpumpe empfängt.
-
Das Gehäuse 4 ist an dem Zylinderkopf 1 durch irgendein geeignetes
Mittel, z. B. mit Hilfe einer Pratze 8 und Schraubenbolzen 9, befestigt.
-
Das Innere des Zylinders 4 b der Einspritzpumpe ist durch eine geeignete
Leitungsführung, z. B. durch einen. in den gemeinsamen Kolbenkörper 2, 3 -ebohrten
axialen Kanal 10, mit einer Einspritzdüse 11 verbunden, die innerhalb
des Kolbens 2 angeordnet ist und deren Einspritzöffnung oder -öffnungen in den Motorzylinder
münden, auf dem die beschriebene Einspritzvorrichtung angebracht ist.
-
Bei der in der Zeichnung dargestellten unteren Stellung der Kolben
2 und 3 füllt sich der freie Raum im Inneren des Pumpenzylinders 4 b mit Brennstoff,
der diesem Raum mittels der erwähnten. Förderpumpe über die Leitung 7 zugeführt
wird. Werden die Kolben 2 und 3 infolge der im Inneren des Motorzylinders herrschenden
und auf den Antriebskolben 2 wirkenden Drücke nach oben verschoben, so wird der
im Zylinder 4b eingeschlossene Brennstoff nach Verschließen der Eintrittsöffnung
der Leitung 7 durch den Kolben 3 durch den Kanal 10 zur Düse 11 gedrückt und von
dieser in feinzerstäubtem Zustand in den Motorzylinder eingespritzt. Die Bewegung
der Kolben 2 und 3 nach oben wird durch das Anstoßen der Stirnfläche des Kolbens
3 gegen die Innenfläche des Bodens 6 des Zylinders 4 b beendet. Dadurch erhält man
eine plötzliche Unterbrechung der Brennstoffverdrängung und der Einspritzung. Es
ist auch ersichtlich, daß die bei dieser Bewegung der Kolben 2 oder 3 eingespritzte
Brennstoffmenge von der Stellung abhängt, die der Boden 6 im Inneren des Zylinders
4 b einnimmt. Man kann daher diese Menge regeln, in dem man die erwähnte Stellung
verändert.
-
Um die Kolben 2 und 3 bis zu denn Zeitpunkt, in welchem die Einspritzung
des Brennstoffs stattfinden soll, in ihrer unteren Stellung, d. h. in ihrer unwirksamen
Stellung, zu halten, läßt man auf die Kolben eine magnetische Verriegelung einwirken,
deren Verriegelungswirkung in dem erwähnten Zeitpunkt beseitigt wird.
-
Eine solche Verriegelung nach der Erfindung ist durch Fig. 1 dargestellt;
nach dieser ist im oberen Teil des Gehäuses 4, das aus einem magnetischen Werkstoff
von geringer Remanenz - z. B. aus sehr weichem Stahl - besteht, eine durch einen
elektrischen Strom zu speisende Spule 12 so angebracht, daß dieser obere Teil des
Gehäuses einen Magnetkörper mit Mantelkern 4e und Mittelbutzen 4 f bildet, dessen
Polflächen durch die obere gemeinsame Fläche 4c und 4g des Mantels 4 e und des Mittelbutzens
4 f gebildet wird; diese Fläche ist eben und senkrecht zur Achse der Zylinder 4a
und 4b. Mit diesem Elektromagnet arbeitet eine ebenfalls aus magnetischem Werkstoff
bestehende Platte 13 zusammen, die zugleich den Anker des Elektromagnets Ad das
eigentliche Verriegelungsorgan der Kolben 2 und 3 bildet. Die Platte 13 ist auf
das obere Ende des mit dem Gehäuse 4 zusammenhängenden Zylinders 4b aufgeschoben,
wodurch die Führung der Platte in der Achsenrichtung der Konstruktion gesichert
ist. Zwischen die Platte 13 und dieses obere Ende des Zylinders 4 b ist eine Buchse
14 aus nichtmagnetischem Werkstoff eingeschoben, deren Aufgabe es ist, das Haften:
oder Kleben der Platte 13 bei vorhandener Remanenz des durch den-Oberteil des Gehäuses
4 gebildeten Elektromagnets zu verhindern:. Endlich sind zwischen der Unterseite
der Platte 13 und der Oberseite des Kolbens 2 eine oder mehrere Stangen 15
angeordnet, die zu diesem Zweck im Körper des Gehäuses 4 angebrachte Löcher durchsetzen
und deren Länge so gewählt ist, daß bei durch den Elektromagnet angezogener Platte
13 der Kolben 2 in seiner unteren Stellung gehalten wird, in der seine Unterseite
mit dem Anschlag 5 in Berührung ist.
-
Was nun die Steuermittel betrifft, welche die Entriegelung der Kolben
2 und 3 im gewünschten Zeitpunkt
herbeiführen, so kann man sie
auf verschiedene Arten vorsehen. Diese Entriegelungsmittel können z. B, in Abhängigkeit
von dem Kompressionsdruck arbeiten, der im Inneren des Motorzylinders herrscht,
an welchem das Pumpe-Düse-Aggregat angebracht ist.
-
So kann man. durch die Spule 12 einen im wesentlichen gleichbleibenden
Strom schicken. Die Stärke dieses Stromes wird derart geregelt, daß die die Platte
13 an die Polfläche 4c, 4g anliegend haltende elektromagnetische Kraft, zu der noch
die Kraft einer später zu besprechenden Gegenfeder 16 hinzukommt, in dem Zeitpunkt
überwunden wird, in welchem die Kompression im Inneren des Zylinders und daher die
auf die Unterseite 2a des Kolbens 2 wirkende Kraft eine bestimmte Größe erreicht.
In diesem Augenblick wird die Platte 13 unter dem Druck des Kolbens 2 und der Stangen
15 von der Polfläche 4c, 4g losgelöst. Hat einmal die Loslösung begonnen,
so nimmt die magnetische Kraft; welche die Platte 13 an die Polfläche 4 c, 4 g anzulegen
sucht, sehr schnell ab, da die Kraft des Elektromagnets umgekehrt proportional dem
Quadrat des Luftspaltes zwischen der den Anker bildenden Platte 13 und der Polfläche
des Elektromagnets ist. Ist einmal die Bewegung der Kolben 2 und 3 nach oben eingeleitet,
so wird daher die magnetische Kraft, die sie vorher in ihrer unteren Stellung -
d. h. in ihrer Ruhelage - hielt, schnell vernachlässigbar klein, so daß praktisch
die ganze Kraft der komprimierten Gase, die auf die Fläche2d des Kolbens 2 wirkt,
für die Verstellung der Kolben 2 und 3 nach oben und für die Brennstoffeinspritzung
nutzbar wird, bis die Bewegung durch den Anschlag selbst aufgehalten wird. Es wirkt
zwar die Rückführfeder 16, die zwischen die Oberseite der Platte 13 und einen mit
dem Gehäuse 4 zusammenhängenden Bund 4 d eingeschaltet ist, dieser Bewegung entgegen.
Jedoch ist der Einfluß dieser Feder vernachlässigbar, da diese Feder schwach sein
kann und nur auszureichen braucht, um die Platte 13 sowie mit deren Hilfe und mit
Hilfe der Stangen 15 auch die Kolben 2 und 3 in ihre untere Stellung zurückzuführen,
wenn der Druck im Inneren des Motorzylinders z. B. bis in die Nähe des Ladedruckes
dieses Zylinders abgenommen hat.
-
Wünscht man die Einspritzvoreilung zu regeln, d. h. den Punkt des
Einspritzbeginns im Zeit-Druck-Diagramm des Motorzylinders, so genügt es, die Kraft
des Elektromagnets durch Regelung seiner Erregerstromstärke zu regeln. Je mehr die
Kraft des Elektromagnets verringert wird; desto größer ist die Voreilung, und umgekehrt,
da das Ablösen des Ankers 13 unter der Wirkung der im Motorzylinder herrschenden
Kompression vor sich geht, Diese Regelung der Elektromagneterregung kann mit Hilfe
eines in den Speisestromkreis 18 der Spule 12 eingeschalteten Widerstandes 17 erreicht
werden.
-
Ist der Motor ein Mehrzylindermotor, kann man alle Verriegelungselektrömagnete
der verschiedenen Aggregate, von denen jeder Zylinder eines besitzt, in Reihe speisen.
Ein einziger Widerstand, der willkürlich oder durch irgendeinen Regler, z, B. durch
einen Fliehkraftregler, gesteuert wird, erlaubt dann, die Voreilung der Gesamtheit
dieser Zylinder zu verändern. Man kann auch die Speisung .,der Elektromagnete durch
einen mit dem Motor gekuppelten Generator mit einer einem gegebenen Gesetz folgenden
Kennlinie bewirken, Bei einer anderen Ausführung de Erfindung kann der beschriebene
Elektromagnet durch einen Dauermagnet ersetzt werden. In diesem Fall wäre es
offen-
bar nicht mehr möglich, die Einspritzvoreilung zu regeln, aber gewisse
Motoren können dies entbehren, und zwar um so eher, als bei einer Einrichtung, wie
sie eben beschrieben wurde, der wirkliche Punkt des Einspritzbeginns sich viel weniger
mit der Geschwindigkeit ändert als im klassischen Fall der mechanisch gesteuerten
und durch verhältnismäßig lange Rohr= leitungen mit ihrer Düse verbundenen Einspritzpumpen.
-
Statt die magnetische Verriegelung der Kolben 2 und 3 in Abhängigkeit
von dem Innendruck des die Einspritzvorrichtung tragenden Motorzylinders aufzuheben,
kann man ihre Steuerung ebenso in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Motorwelle
oder der Nockenwelle des Motors bewirken, indem man von dieser einen. Umschalter
antreibt, der für jeden Motorzylinder die Speisung der Erregerspule des Verriegelungselektromagnets
in dem Zeitpunkt unterbricht, in welchem die Einspritzung beginnen soll, und die
Erregung wieder einschaltet, sobald die Einspritzperiode beendet ist. Die Wiedereinschaltung
der Erregung des Elektromagnets kann dazu benutzt werden, die Kolben 2 und 3 in
ihre. Ruhestellung (untere Stellung) so zurückzuführen, daß man gegebenenfalls jede
Gegenfeder entbehren kann. Eine solche Anordnung kann offenbar auch mit Mitteln
kombiniert werden, die eine Veränderung des Beginns der Einspritzung gestatten.
-
Eine Ausführungsform der letztgenannten Steuermittel für die magnetische
Verriegelung ist in den Fig. 2 und 3 -dargestellt. Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung
enthält vier Einspritzpumpen-Düsen-Aggregate I, II, I I I und !V, von denen jedes
an einem der Zylinder eines Vierzylindermotors anzubringen ist. Jedes Aggregat kann
entsprechend der Fig. 1 ausgeführt sein, Was die elektrischen Verbindungen zur Stromversorgung
der Spulen 12 jedes Aggregats betrifft, so werden sie gemäß Fig. 1 durch einen Umschalter
19 gesteuert, der als Walzenschalter mit auf einem Kern 19b aus Isoliermaterial
angebrachtem rohrförmigem Metallbelag 13a ausgebildet ist; dieser Kern ist auf der
Nockenwelle 20 oder einer mit dieser gekuppelten Welle angeordnet, wobei der umlaufende
Antrieb des Umschalters 19 durch die Welle 20 z. B. durch Reibung erfolgt, so daß
man die Winkelstellung des Umschalters gegenüber dieser Welle verändern kann.
-
In dem Rohrbelag 19 a. des Umschalters sind ebenso viele mit
191, 1911,-19,I, bzw. 19,v bezeichnete Öffnungen angebracht, wie Einspritzpumpen-Düsen-Aggregate
vorhanden sind, und in der zur Welle 20 senkrechten Mittelebene jeder dieser Öffnung
sitzen mit 21" 21,1, 2111I b'zw. 21,v bezeichnete Bürsten, von denen jede mit einer
der Spulen 12 der Aggregate I, II, III bzw. IV verbunden. ist. Endlich ist der Rohrbelag
19a elektrisch durch eine Bürste 22 mit dem einen Pol einer Stromquelle 23 verbunden,
deren anderer Pol an Masse-gelegt ist, was ebenso bei den nicht mit den erwähnten
Bürsten verbundenem Wicklungsenden der Spulen 12 der Fall ist.
-
Beim Umlauf des Umschalters 19 wird der jede der Spulen 12 durchfließende
Strom in dem Zeitpunkt unterbrochen, in welchem. die entsprechende Bürste sich vor
einer der in dem Rohrbelag 19,a angebrachten Öffnungen befindet, Die Dauer dieser
Unterbrechung ist eine Funktion der Länge dieser Öffnungen in der Umfangsrichtung
des Umschalters. Die magnetische Verriegelung jedes der Aggregate wird daher während
des Zeitraums unwirlzsam gemacht, während welchem sich die entsprechende Bürste
über der entsprechenden
Öffnung des Umschalters befindet, und die
Brennstoffeinspritzung kann, während eben dieses Zeitraums vor sich gehen. Die Versetzung
der in dem Rohrbelag 19a angebrachten Öffnungen entspricht der Staffelung der Einspritzzeitpunkte
der verschiedenen Zylinder des Motors. Durch Veränderung der Winkelstellung des
Umschalters gegenüber der ihn antreibenden Welle kann die Voreilung der Einspritzung
in den verschiedenen Zylindern. geregelt werden.
-
Es ist noch zu bemerken, daß der dem Elektromagnet der Verriegelungseinrichtung
angehörende Oberteil des Gehäuses 4 nicht notwendig aus besonders weichem Stahl
sein muß, sondern aus einem magnetischen Werkstoff mit einer gewissen Remanenz bestehen
kann; denn diese Remanenz ist nicht sehr nachteilig, solange die auf die Unterseite
des Antriebskolbens wirkende, von der Kompression im Inneren des Motorzylinders
herrührende Kraft wegen der vorgesehenen Höchstvoreilung noch wesentlich größer
ist als die von der erwähnten Rernanenz herrührende Anziehung.
-
Fig. 4 zeigt die Anwendung einer elektromagnetischen Verriegelung
gemäß der Erfindung auf die Sperrung der die Einspritz- und Zerstäubungsöffnung
einer Düse steuernden Nadel, die sich unter der Wirkung des Druckes der einzuspritzenden
Flüssigkeit von ihrem Sitz abhebt, sobald die Anziehungskraft der magnetischen Verriegelung
geschwächt oder aufgehoben wird.
-
In der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform bildet diese Nadel einen
Teil eines Einspritzpumpe-Düse-Aggregats, aber es ist klar, daß die durch eine elektromagnetische
Verriegelung verriegelte Nadel auch einer gewöhnlichen Düse angehören könnte.
-
Nach Fig. 4 enthält das im Zylinderkopf 101 angeordnete Aggregat einen
Antriebskolben 102, der in einem Zylinder 103 so gelagert ist, daß er darin unter
der Wirkung der im Inneren des Motorzylinders komprimierten und auf die Unterseite
des Kolbens 102 wirkenden Gase gleiten kann. In seiner untersten Stellung, welche
die Ruhestellung des Kolbens 102 ist, stützt sich dieser auf eine Schulter 104 des
Zylinderkopfes. Im mittleren Teil des Kolbens 102 ist durchVerschraubung eineEinspritzdüse105
befestigt, deren Austrittsöffnung durch eine Nadel 106 gesteuert wird, die
in ihrem unteren Teil in einem Konus 107 und einem Zerstäuberkopf 108 endet.
-
Der Kolben 102 hat einen im allgemeinen ringförmigen Querschnitt..
Mit seiner zylindrischen Außenwand gleitet er auf der Innenwand des Zylinders 103,
wobei er gegenüber dieser Wand durch Kolbenringe 109 dichtgehalten wird, während
er mit der Innenwand seiner Mittelbohrung 110 auf der Außenwand eines festen
und mit dem Aggregat zusammenhängenden Rohrteils 111 gleitet, der in Richtung seiner
Achse vollständig von der Nadel 106 durchdrungen wird-, die in diesem Teil in axialer
Richtung gleiten kann, wobei sie gegen ihn abgedichtet ist. Um eine gute Abdichtung
zwischen der Mittelbohrung des Kolbens 102 und dem rohrförmigen Teil 111
sicherzustellen, enthält der Kolben einen Kragen 112, der den Mittelteil des Kolbens
nach oben verlängert und in dem die. Bohrung 110 angebracht- ist.
-
Der freie Ringraum 113, der sich im unteren Teil der Mittelbohrung
110 des Kolbens zwischen den einander gegenüberstehenden Stirnflächen der
Einspritzdüse 105 und des Rohrteils 111 befindet und in Achsenrichtung
von der Nadel 106 durchquert wird, stellt .den Zylinder der Einspritzpumpe dar,
deren Kolben durch das untere Ende des Rohrteils 111 gebildet wird.
-
Die Brennstoffzufuhr zum Zylinder 113 erfolgt über einen Leitungsanschluß
114, durch den der z. B. durch eine nicht dargestellte Förderpumpe geförderte Brennstoff
zuerst in eine im Inneren des Aggregats oberhalb des Rohrteils 111 gebildete Kammer
115 eintritt. Von der Kammer 115 gelangt der Brennstoff durch einen im oberen Teil
des Rohres 111 zwischen seiner Bohrung und der Nadel 106 vorgesehenen Ringdurchlaß
116 und durch einen im Kragen 112 des Kolbens vorgesehenen und parallel zu dessen
Achse verlaufenden Kanal 117 in den Zylinder 113 der Pumpe, wenn der die Verbindung
zwischen dem Durchlaß 116 und dem Kanal 117 herstellende Querkanal 118 und der die
Verbindung zwischen dem Kanal 117 und dem Inneren 113 des Pumpenzylinders herstellende
Kanal 119 offen sind, d. h. wenn der Kolben 102 sich in seiner in Fig. 4 dargestellten.
unteren Stellung befindet.
-
Hat einmal der Brennstoff den Zylinder 113 und den diesen mit der
Zerstäuberöffnung der Düse 105 verbindenden Ringkanal 120 erfüllt, so kann der Brennstoffüberschuß
wegen der erwähnten Stellung des Kolbens 102 aus dem Zylinder 113 durch die Öffnung
121 und den Kanal 122 entweichen, der in dem Kragen 112 angebracht ist und ebenfalls
parallel zu dessen Achse verläuft. Der Brennstoffüberschuß tritt dann auf einem
verhältnismäßig hohen Niveau aus dem Kanal 122 aus und gelangt in den Zylinder 103
oberhalb des Kolbens 102, von wo er durch eine nicht dargestellte Saugpumpe durch
das Rohr 123 und den Sauganschluß 124 abgesaugt wird. Diese Absaugung und die im
oberen Teil des Zylinders 103 angebrachte Entlüftungsöffnung 125 verhindern, daß
die im Zylinder 103 befindlichen gasförmigen und flüssigen Medien wie ein Stoßdämpfer
bremsend auf den Kolben 102 wirken. Die Nadel 106 hat an einer innerhalb des Zylinders
113 oder des Kanals 120 liegenden Stelle eine Schulter 126. Der von der Druckflüssigkeit
im Zylinder 113 auf diese Schulter ausgeübten Kraft hält die Kraft einer Feder 127
das Gleichgewicht, die zwischen einem an der Nadel 106
befindlichen Bund 128
und dem Anker 129 eines Elektromagnets eingespannt ist; dieser Elektromagnet ist
Teil einer elektromagnetischen Verriegelung und wird durch das aus magnetischem
Werkstoff bestehende obere Körperende des Aggregats gebildet, in welchem Ende eine
Erregerspule 130 untergebracht ist. Die ringförmigen Pole 131 des so gebildeten
Elektromagnets arbeiten mit dem erwähnten Anker 129 zusammen, der die Form einer
von Kanälen 132 durchsetzten. Platte hat; diese Kanäle verhindern jede Dämpfungswirkung,
die sonst die Luft dem Arbeiten der durch den Elektromagnet und den Anker gebildeten
beschriebenen Verriegelung entgegensetzenkönnte.
-
Solange der Anker 129 unter der Anziehungskraft des Elektromagnets
130,131 an diesem anliegt, ist die Spannung der Feder 127 hinreichend groß,
um den Konus 107 der Nadel 106 mit seinem Sitz in der Düse 105 in
Berührung zu halten, wie groß der Einfluß des auf die Schulter 126 wirkenden Brennstoffdruckes
auch sein möge. Andererseits ist die Anziehungskraft der. magnetischen Verriegelung
dann größer als die Spannung der genannten Feder.
-
Dagegen löst sich der Anker 129 ab und kann sich die Nadel
unter dem auf die Schulter 126 wirkenden Flüssigkeitsdruck anheben, sobald man mittels,
einer Steuereinrichtung die Anziehungskraft des Elektromagnets unter die Kraft vermindert,
mit der die
Feder 127 auf den Anker drückt, z. B. indem man den
Erregerstrom unterbricht oder schwächt oder eine gewisse Anzahl von Windungen der
Wicklung 130 aus dem Stromkreis ausschaltet.
-
Die erwähnte Steuereinrichtung kann in einem Kontaktgeber ähnlich
dem nach Fig. 2 bestehen, der durch die Motorwelle getrieben wird und dessen Winkellage
in bezug auf diese Welle veränderbar sein kann, um die Voreilung der Einspritzung
zu ändern.
-
Rückführfedern 133 und 134 suchen die Platte 129 der magnetischen
Verriegelung und den Kolben 102 in ihre in der Zeichnung dargestellte Ruhelage zurückzubewegen.
-
Eine im Anker 129 angebrachte und gewöhnlich durch eine Schraube 136
verschlossene Mittelöffnung 135 ermöglicht den Zugang zum oberen Ende der Nadel,
die in dieser Öffnung gleiten kann. Es ist zu bemerken, daß das gesamte Nadelende
niemals gegen diese Schraube stoßen darf.
-
Wenn durch Leckverluste eine gewisse Brennstoffmenge in den Raum 137
eintreten sollte, der sich im oberen Teil des Pumpe-Düse-Aggregats befindet und
die Feder 127 sowie den Bund 128 einschließt, so würde diese Brennstoffmenge ebenso
durch den Sauganschluß 124 abgesaugt, da der Raum 137 durch einen Kanal 138 mit
dem Anschluß 124 verbunden ist.
-
Die Arbeitsweise der beschriebenen Anordnung ist die folgende: Sobald
der Kolben 102, die Düse 105 und die Nadel 106 sich in ihrer tiefsten Stellung befinden
(die in der Zeichnung angedeutet ist), die sie beispielsweise in einem Viertaktmotor
während des ersten Taktes (Saughub) einnehmen, erfüllt der durch den Speiseanschluß
114 kommende Brennstoff den Pumpenzylinder 113, und der Brennstoffüberschuß wird,
nachdem er durch den Kanal 122 in den Zylinder 103 gelangt ist, durch Absaugen durch
die Leitungen 123 und 124 abgeführt.
-
Angesichts der Tatsache, daß der Brennstoff in Überschuß in den Zylinder
113 gelangt, entsteht jedesmal zur Zeit des Ladetaktes dieses Zylinders eine gewisse
Strömung der mit der Nadel 106 und dem Kolben 102 in Berührung stehenden
Flüssigkeit, was eine Kühlung dieser Organe bewirkt.
-
Am Beginn des folgenden Hubes des Motorkolbens (des Kompressionshubes
bei Viertaktmotoren) führt die Gesamtheit der Teile 102, 105 und 106 eine kurze
Bewegung nach oben aus, die den Zylinder 113 schließt und die Spannung der Feder
127 erhöht. Diese Bewegung kommt in dem Augenblick zum Stillstand, in dem die Öffnungen
119 und 121 des Zylinders 113 geschlossen sind. Der Stillstand dauert bis zu dem
Zeitpunkt, in welchem die Anziehungskraft des Elektromagnets 129, 130, herabgesetzt
oder auf Null gebracht wird, was die Ablösung des Ankers 129 unter der Einwirkung
der Spannung der Feder 12.7 veranlaßt. Ist so die magnetische Verriegelung aufgehoben,
so wird die im Zylinder 113 befindliche Druckflüssigkeit durch ihre Wirkung auf
die Schulter 126 die Nadel 106 gegenüber der Düse 105 anheben und so die Freigabe
der Austrittsöffnung der Düse 105 herbeiführen. Der Kolben 102 verstellt sich dann
unter der Wirkung des im Motorzylinder herrschenden Gasdruckes nach oben und veranlaßt
die Verdrängung des im Zylinder 113 eingeschlossenen Flüssigkeitsinhalts durch die
Düse 105 in den Motorzylinder. Die Aufwärtsbewegung des Kolbens mit der Düse
wird dadurch beendet, daß die obere Fläche der Düse 105 gegen die untere Fläche
des Rohrteils 111 stößt.
-
Wenn sich am Ende des dritten Taktes des Viertaktzyklus das Auslaßventil
des Motorzylinders öffnet, fällt der Druck im Inneren des Motorzylinders auf einen
hinreichend niedrigen Wert, daß die Rückführfedern 133 und 134 sowie der Elektromagnet,
dessen Erregung inzwischen wiederhergestellt wurde, die verschiedenen Organe (Kolben
102, Düse 105, Nadel 106 und Anker 129) in ihre entsprechenden, in der Zeichnung
dargestellten Stellungen zurückbringen. Der durch den Anschluß 114 ankommende frische
Brennstoff erhält also neuerlich Zutritt zum Zylinder 113, von wo der Brennstoffüberschuß
durch die Öffnung 121 und den Kanal 122 austritt, um durch die Leitungen 123 und
124 abgesaugt zu werden. Der beschriebene Zyklus beginnt also von neuem.
-
Was die Regelung der Brennstoffzufuhr betrifft, so kann man hierzu
verschiedene (in Fig.4 nicht dargestellte) Mittel heranziehen, z. B. solche ähnlich
den in Fig. 1 dargestellten (Mittel zur Veränderung der axialen, Stellung des Rohrteils
111 oder wenigstens seines unteren Endes).
-
Es ist zu bemerken, daß in der in Fig. 4 dargestellten Anordnung eine
doppelte Verriegelung des Kolbens 102 verwirklicht ist, nämlich eine hydraulische
Verriegelung zufolge des Schließens der Öffnung 119 und 121 durch das untere Ende
des Rohrteils 111 und eine auf die Nadel 106 wirkende elektromagnetische Verriegelung,
deren Aufhebung die Aufhebung der hydraulischen Verriegelung nach sich zieht.
-
Infolgedessen hat die magnetische Verriegelung nur einen kleinen Bruchteil
der auf den Kolben 102 wirkenden Kraft zu tragen. Hat z. B. die auf diesen Kolben
wirkende Höchstkraft die Größenordnung von 100 kg, so braucht die Anziehungskraft
der magnetischen Verriegelung 129, 130 nicht größer als ungefähr 2 kg zu sein.
-
Die Verkleinerung der Masse namentlich des Ankers 129 hat zur Folge,
daß die Ansprechzeit der magnetischen Verriegelung viel kürzer ist und die Verriegelung
mit viel größerer Geschwindigkeit funktioniert.
-
Man kann eine magnetische Verriegelung gemäß der Erfindung ebenso
anwenden, um ein. Ventil, namentlich ein Überström-Auslaßventil, geschlossen zu
halten, dessen Öffnen stattfindet, sobald die Anziehungskraft der magnetischen Verriegelung
geschwächt oder beseitigt wird oder sobald eine entgegen der Anziehungskraft des
Verriegelungsmagnets auf das Ventil wirkende Kraft größer wird als diese Anziehungskraft.
-
Fig. 5 zeigt ein im Zylinderkopf 206 eines Motors gelagertes Einspritzpumpe-Düse-Aggregat,
dessen Förderleistung durch ein Überström-Auslaßventil regelbar ist, das durch eine
elektromagnetische Verriegelung während eines Teils des Verdrängungshubes der Pumpe
geschlossen gehalten wird.
-
In der Einspritzvorrichtung nach Fig. 5 hängt der Kolben 203 wie bei
der Anordnung nach Fig. 4 mit der Seitenwand 204a des Pumpenzylinders zusammen,
während der Kolben 209 feststeht. Der Zeitpunkt, in welchem die Aufwärtsbewegung
des Kolbens 203 beginnt, wird wie bei der Anordnung nach Fig. 1 durch Schwächung
oder Ausschaltung der Erregung eines Elektromagnets bestimmt, dessen Spule bei 234
dargestellt ist und der mit einem Anker 235 zusammenarbeitet; dieser hängt mit dem
Aggregat 203, 204 a. zusammen, während die Feder207a nur die Wirkung einer einfachen
Rückführfeder hat. Die während des Saughubes der Gruppe 203, 204a erfolgende Beschickung
des Zylinders 204d mit Brennstoff erfolgt durch eine im Boden des festen Kolbens
209 vorgesehene und durch eir_ Ventil 237 gesteuerte Öffnung
236.
Diese Öffnung dient auch dazu, einen etwaigen Brennstoffüberschuß, der nicht an
den im Kolben 203 befestigten Zerstäuber 212 geliefert werden soll, aus dem Zylinder
204a entweichen zu lassen. Um zu ermöglichen, daß das Ventil 237 die Rolle eines
Überström-Auslaßventils spielt, das die Brennstofförderung regelt, läßt man auf
das Ventil 237 nicht nur den im Inneren des Zylinders 204a herrschenden und das
Ventil 237 zu öffnen trachtenden Druck, sondern ebenso eine in umgekehrtem
Sinn wirkende und das Ventil 237 geschlossen zu halten suchende Kraft einwirken,
die durch einen ebenso nach der Erfindung ausgeführten Elektromagnet mit einer Spule220a
ausgeübt wird. Dieser Elektromagnet arbeitet mit einem Anker 223 a zusämmen,
der durch Vermittlung einer Stange oder Spindel 238 mit dem Ventil
237
verbunden ist. Eine Gegenfeder 239 sucht ebenso das Ventil 237 auf seinem
Sitz aufliegend zu halten.
-
Die Beschickung des Zylinders 204a. mit frischem Brennstoff ebenso
wie das Ausströmen eines aus dem Zylinder 204a nach Öffnen des Ventils 237 ausgestoßenen
Brennstafffiberschusses erfolgen durch eine Leitung 210a..
-
Um das Ventil 237 während des zur Beschickung des Zylinders
204a. mit frischem Brennstoff erforderlichen Zeitraums offen zu halten, ist ein
dritter Elektromagnet 240 vorgesehen, der ebenso mit dem Anker 223 a zusammenarbeitet
und auf der dem Elektromagnet 220a gegenüberliegenden Seite dieses Ankers angeordnet
ist.
-
Die Steuerung der drei Elektromagnete 220a, 234 und 240 kann mit Hilfe
einer Vorrichtung, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, bewirkt werden. Nach der genannten
Figur ist auf einer vom Motor angetriebenen Welle 241 ein umlaufender Unterbrecher
242 angebracht, der durch Reibung mitgenommen wird, so daß seine Winkelstellung
in bezug auf die Welle 241 verstellt werden kann. Dieser Unterbrecher hat die Form
einer Trommel oder Walze, deren zylindrische Außenfläche mit Ausnahme einer aus
Isolierstoff gebildeten Zone 2'42a aus Metall besteht. Eine Bürste 243 bestreicht
die äußere Mantelfläche des Walzenunterbrechers 242 in der Ebene, in der sich die
Zone 242 a befindet; diese Bürste ist in den Stromkreis der Spule des Elektromagnets
234 eingeschaltet. Der Elektromagnet 234 ist daher erregt und hält den Kolben 203
und den Zylinder204a in ihrer unteren Stellung (s. Fig. 5), solange die Bürste 243
nicht die Zone 242 a berührt. Sobald diese Zone vor die Bürste 243 gelangt, wird
der Erregerstrom des Elektromagnets 234 unterbrochen, und der Kolben 203 sowie der
Zylinder 204a, die jetzt entriegelt sind, verschieben sich unter der Einwirkung
des im Inneren des Motorzylinders herrschenden Drucks nach aufwärts und bewirken
so die Einspritzung des Brenstoffes. Indem man die Winkelstellung der Walze 242
gegenüber der Welle 241 ändert, kann man die Voreilung der Einspritzung regeln.
-
Ein zweiter Walzenunterbrecher 244 ist auf einer Buchse 245 gelagert,
die mit der Schaltwalze 242 gekuppelt ist; die Schaltwalze 244 wird mit Hilfe der
Buchse 245 durch Reibung mitgenommen, aber ihre Winkelstellung gegenüber dieser
Buchse und daher auch gegenüber der Walze 242 kann verändert werden, um die Förderleistung
der Einspritzpumpe zu regeln. Auf der Schaltwalze244 sind in zwei nebeneinanderliegenden
Ebenen zwei Zonen 244a und 244b aus Isolierstoff vorgesehen. Auf der Walze
244 schleifen in den Ebenen dieser Zonen 244 a und 244 b zwei Bürsten 246a und 246
b, wobei die erste dieser Bürsten in den Stromkreis des Elektromagnets 220a und
die zweite in den Stromkreis des Elektromagnets 240 eingeschaltet ist. Der Erregerstromkreis
des Elektromagnets 220a ist geschlossen, solange die Bürste 246a auf der metallenen
Oberfläche der Walze 244 schleift; ist aber in dem Augenblick unterbrochen, wo die
Bürste 246a mit der Isolierstoffzone244a in Berührung kommt. In diesem Zeitpunkt
wird das Ventil 237 und mit ihm der Anker 223 a durch den Druck des im Zylinder
204 a befindlichen Brennstoffes nach oben gedrückt, bis der Anker 223a sich gegen
den Elektromagnet 240 legt. Da im Augenblick der Unterbrechung des Erregerstroms
des Elektromagnets 220 a der Erregerstromkreis des Elektromagnets 240 geschlossen
worden ist, hält dieser letztere den Anker 223a und das Ventil in ihrer oberen Stellung
während des ganzen Zeitraumes, während welchem die Bürste 246 b mit der metallenen
Oberfläche der Walze 244 in Berührung ist, d. h. während eines genügenden Zeitraums,
um die Wiederbeschickung des Zylinders 204a mit Brennstoff zu sichern. Im Augenblick,
in welchem die Bürste 246 b neuerlich mit der isolierenden Zone 244 b in Berührung
tritt, läßt der Elektromagnet 244 den. Anker 223 los, und dieser wie auch das Ventil
237 werden durch die Feder 239 in ihre untere Stellung geführt, bei welcher das
Ventil 237 geschlossen und der Anker 223 a an die Pole des Elektromagnets
220a angelegt ist, dessen Erregung im selben Zeitpunkt wiederhergestellt worden
ist. Der Zeitpunkt, in welchem die Unterbrechung der Erregung des Elektromagnets
220a und infolgedessen das Aufhören der wirksamen Förderung der Einspritzpumpe zur
Düse 212 erfolgt, ist durch eine Veränderung der Winkelstellung der Walze 244 gegenüber
der Walze 242 regelbar.
-
In Fig. 6 ist die Steuereinrichtung der verschiedenen Elektromagnete
.für einen Einzylindermotor dargestellt. Bei einem Motor mit mehreren Zylindern,
wovon jeder mit einem Pumpe-Düse-Aggregat, etwa wie in Fig. 5 dargestellt, versehen
ist, besitzt jede der Schaltwalzen ein Mehrfaches von isolierenden Zonen, das der
Anzahl der Motorzylinder entspricht; die Zonen . sind hierbei winkelversetzt entsprechend
der Winkelverschiebung, mit der die verschiedenen Motorzylinder arbeiten.
-
Es ist klar, daß die magnetischen Verriegelungen nach der Erfindung
auf beliebige Arten von Brennstoffeinspritzvorrichtungen angewendet werden können
und daß ihre Anwendung keineswegs auf Einspritzpumpen-Düsen-Aggregate beschränkt
ist, deren Kolben durch den während des Kompressionshubes in dem diesen Block tragenden
Motorzylinder herrschenden Druck betätigt wird. Diese magnetischen Verriegelungen
sind mit ähnlichen Vorteilen namentlich bei Einspritzvorrichtungen mit einer nockenbetätigten
Einspritzpumpe anwendbar, die den Brennstoff zu einer Düse drückt. Auch bei diesen
Vorrichtungen können die magnetischen Verriegelungen zur Sperrung eines Auslaßventils,
einer Düsennadel usw. dienen.
-
Die Fig. 7 zeigt eine Düse 312, an deren Zuleitung 311 a ein Ventil
334 angebracht ist; dieses steuert eine Auslaßöffnung, deren Freigabe unverzüglich
die Einspritzung durch die Düse beendet, da infolge des Öffnens des Ventils 334
der Brennstoffdruck plötzlich fällt. Die Nadel wird durch den Druck des von der
(nicht in Fig.7 dargestellten) Einspritzpumpe verdrängten Brennstoffs angehoben.
-
Das Ventil 334 wird gegen den Druck des bei 311 a eintretenden Brennstoffs
auf seinem Sitz durch einen Elektromagnet niedergehalten, dessen Spule 335 in
einem
aus magnetischem Stoff bestehenden Träger 336 gelagert ist; dieser Träger bildet
zwei ringförmige konzentrische Pole 337, 338 und arbeitet mit einem Anker 339 zusammen,
welcher der Anziehung des Elektromagnets 335; 336 und außerdem der Wirkung einer
Rückführfeder 340 unterliegt. Solange die Spule 335 von einem Erregerstrom bestimmter
Stärke durchflossen wird, hält das Ventil 334 die Auslaßöffnung 341 geschlossen;
sobald aber der Strom durch die Spule 335 geschwächt oder unterbrochen wird, öffnet
sich das Ventil 334 und läßt den Brennstoff durch jene Öffnung 341 und eine hinter
dem Ventil 334 liegende Öffnung 342 entweichen.
-
Der Erregerstrom der Spule 335 kann durch irgendein geeignetes Mittel
gesteuert werden; vorteilhaft wird ein umlaufender Umschalter ähnlich dem nach Fig.
6 benutzt.
-
Der genaue Zeitpunkt, in welchem die Unterbrechung des die Spule 335
durchfließenden Erregerstromes stattfindet, und daher die Menge des durch die: Düse
eingespritzten Brennstoffs können durch Winkelverstellung des Umschalters verändert
werden; diese Winkelverstellung kann entweder selbsttätig, z. B. mit Hilfe eines
herkömmlichen Geschwindigkeitsregelsystems, oder auch von Hand bewirkt werden.