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Brennstoffeinspritzpumpe für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen Die
Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzpumpe für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen
mit einer rotierenden Verteilerwelle, in welcher mit in einer Querebene zur Verteilerachse
liegenden Achsen ein Paar Pumpenkolben mit gemeinsamem Pumpenarbeitsraum gleitbar
angeordnet sind, wobei die Verteilerwelle außer der zur Verteilung dienenden Drehschiebereinrichtung
auch eine solche zur Steuerung des Überströmens aufweist, welche an dem dem Antrieb
abgewandten Ende der Verteilerwelle angeordnet ist und je Motorzylinder und Arbeitsspiel
eine mit einem Überströmschlitz zusammenwirkende öffnung aufweist, wobei das Überströmen
durch eine auf dem genannten Ende der Verteilerwelle gleitbar gelagerte Muffe steuerbar
ist, die auf der Verteilerwelle zur Regelung der Einspritzmenge durch Brennstoffdruck
gegen Federkraft axial verschiebbar ist.
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Bei einer bekannten Brennstoffeinspritzpumpe dieser Art wird die Muffe
über Hebelgestänge durch einen vom Zubringerdruck drehzahlabhängig beaufschlagten
Faltenbalg bewegt. Diese verhältnismäßig aufwendige Übertragung wird gemäß der Erfindung
vereinfacht, wobei zugleich statt des Zubringerdruckes der Druck des Überströmbrennstoffes
zur Mengenregelung benutzt wird. Die Erfindung besteht darin, daß die Muffe mit
dem freien Ende der Verteilerwelle eine mit dem überströmbrennstoff beaufschlagte
Kammer bildet, welche eine zur Verteilerwellenachse gleichachsige drosselnde Auslaßöffnung
aufweist, wobei der durch die Drosselwirkung bestimmte Überdruck in der vor dem
freien Ende der rotierenden Verteilerwelle gebildeten Kammer die axiale Relativ-Bewegung
der Muffe gegenüber der Verteilerwelle bewirkt.
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Bei Einspritzpumpen mit hin- und hergehendem und zugleich rotierendem
Pump- und Verteilerglied ist es bekannt, an dem dem Antrieb abgewandten Ende des
Pump- und Verteilergliedes eine Muffe anzuordnen, welche zur selbsttätigen Regelung
der Einspritzmenge vom Überströmbrennstoff beaufschlagt ist, der nach Maßgabe eines
mit einer Drosselstelle versehenen Auslasses aufgestaut wird. In dem bekannten Fall
wird die Kammer, in welcher der Druck des überströmbrennstoffes wirksam wird, nicht
zwischen der Muffe und dem Ende des Pump-und Verteilergliedes gebildet, sondern
durch einen Zylinder, in welchem die Muffe an ihrem Außenumfang kolbenartig gleitet.
Auch ist die drosselnde Auslaßöffnung in der zylindrischen Wandfläche der Kammer
angeordnet. Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß die Muffe an zwei Durchmessern
dichtend geführt ist, was fertigungstechnisch schwierig ist. Dies vermeidet die
Erfindung, indem die Muffe lediglich auf der Verteilerwelle gleitbar geführt ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung des drosselnden Auslasses gleichachsig zur Verteilerwelle
ist zugleich Voraussetzung für eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wonach
ein Drosselstift diese Öffnung durchsetzt. Diese rotationssymmetrische Anordnung
der Drosselstelle hat neben ihrer Einfachheit den Vorteil, daß sich die Mengenregelung
leicht mit einer Regelung des Einspritzbeginns kombinieren läßt, und zwar wiederum
in einer einfacheren Form im Vergleich zu den bekannten Steuermuffen, welche die
Verteilerwelle buchsenartig umschließen, jedoch mit der Verteilerwelle keinen Raum
bilden, in welchem der überströmdruck zur Axialverschiebung der Muffe wirksam wird.
Es ist deshalb in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Brennstoffdruck
einen tangential zur Muffe angeordneten und diese über einen in ihr befestigten
Stift bewegenden federbelasteten Regelkolben beaufschlagt, und daß in der vom Druck
beaufschlagten Stirnseite des die Verdrehung bewirkenden federbelasteten Regelkolbens
eine von einem feststehenden Drosselstift durchsetzte Abflußöffnung vorgesehen ist.
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In den Zeichnungen ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt.
Fig.1
zeigt einen Längsschnitt durch die ganze Einheit mit Einschluß der Regelung der
Einspritzbeginnsteuerung von Hand; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Pumpenkolben,
um die Kipphebel klarer darzustellen, und zeigt Füllventile als Alternative für
von dem Pumpenkolben gesteuerte Füllöffnungen; Fig. 3 und 3 A zeigen eine abgewandelte
Anordnung, bei der zwei Nocken verwendet werden, die gleiche Formen haben, aber
unsymmetrisch in Bezug zueinander verschoben sind; Fig.4 zeigt eine weitere Abwandlung,
bei der ein Kipphebel axialer Form verwendet wird; Fig. 5 zeigt einen Querschnitt
durch den Verteilerblock, wobei ein Satz Verteilerkanäle und die Vorrichtungen zur
Regelung der Einspritzbeginnsteuerung als Funktion der Drehzahl dargestellt ist.
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Nach Fig.1 ist das Gehäuse 1 mit Lagern 2 versehen, die die von der
Maschine angetriebene Welle 3 tragen. Eine Brennstoffspeisepumpe 4 ist zwischen
den Lagern angdordnet und saugt Brennstoff über das Einlaßverbindungsstück 5 an
und fördert ihn in die Kammer 6 des Hauptgehäuses 1. Das innere Ende der Welle 3
ist mit einem Querteil 7 versehen, in dem ein axial gelegener Drehzapfen 8 an jedem
Ende angeordnet ist; dieser bildet den Drehpunkt eines Kipphebels 9 (Fig. 2). Jeder
Kipphebel ist mit einer drehbaren Nockenrolle 10 und Druckstücken 11 versehen. Jedes
Druckstück drückt auf das äußere Ende eines Pumpenkolbens 12, der mit einem Federteller
13 und einer Rückholfeder 14 versehen ist. Die Kolben bewegen sich in einer gemeinsamen
Bohrung 15, während die von der Maschine angetriebene Welle 3 sich dreht und bewirkt,
daß die Nockenrollen sich auf den Nocken 16 bewegen.
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Die Kolbenbohrung 15 ist mit zwei Füllöffnungen 17 versehen und ist
quer in einem Ende der Verteilerwelle 18 ausgebildet, die sich innerhalb des Verteilerblockes
19 dreht und mittels einer selbsteinstellenden Kupplung 20 von der Welle 3 angetrieben
wird. Der Verteilerblock 19 ist mit der erforderlichen Anzahl Verbindungsstücke
21 versehen, die jeweils durch eine Rohrleitung zu einer nicht dargestellten Einspritzdüse
führen und ebenso mit Kanälen 22 (Fig.1 b) zu Mündungen innerhalb einer axialen
Bohrung 24. Der Pumpenraum 23 ist mittels der mittleren Bohrung
24 mit zwei einander gegenüberliegenden radialen Bohrungen 25 verbunden;
er ist auch mit der entsprechenden Anzahl radialer Überlauföffnungen 26 verbunden.
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Die Überlauföffnungen 26 sind durch eine axial bewegbare Muffe oder
Meßbuchse 27 überdeckt, die mit einem kegeligen Schlitz 28 und einem federbelasteten
Rückschlagventi129 versehen ist. An der Drehung mit der Verteilerwelle 18 wird die
Buchse 27 durch eine exzentrische Spindel 30 gehindert, die in eine Gabel
31 der Buchse eingreift. Die Spindel 30
kann von außerhalb des Gehäuses
mittels eines Hebels 32 zur Handregelung der Einspritzbeginnsteuerung verstellt
werden.
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Das eine Ende der Bohrung in der Buchse 27 ist teilweise durch einen
Flansch 33 geschlossen, der mit einer Öffnung 34 versehen ist, in die eine Nadel
35 eingreift; die letztere ist zur Einstellung der gewünschten Drehzahl von außen
verschiebbar. Eine Feder 36 bildet eine Vorspannungskraft an der Buchse 27 und drückt
diese zum Verteilerblock 19 hin. Eine Kammer 41 ist mit der stromab gelegenen Seite
des Ventils 29 durch einen Kanal 42 verbunden.
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Die Kammer 6 in dem Hauptgehäuse 1 ist mit der Kammer 37 am entgegengesetzten
Ende des Gehäuses durch einen Kanal 38 verbunden. Ein Druckventil 39 ist auf seiner
stromauf gelegenen Seite auch mit der Kammer 37 verbunden und ist auf seiner stromab
gelegenen Seite mit einem Mündungsstück 40 versehen. Die Pumpe arbeitet auf folgende
Weise: Brennstoff wird durch die Einlaßverbindung 5 angesaugt und durch die Pumpe
4 im Überschuß in die Kammer 6 geliefert, die mit der Kammer 37 durch den Kanal
38 in Verbindung steht. Der überschüssige Brennstoff, der nicht eingespritzt wird,
fließt aus dem Hauptgehäuse 1 durch das Ventil 39 und das Verbindungsstück
40 ab, das entweder mit dem Hauptbehälter oder mit der Einlaßverbindung 5
verbunden ist. In beiden Fällen hält das Ventil 39 in den beiden Kammern
6 und 37 einen vorbestimmten Druck. Dieser Druck bewirkt, daß Brennstoff in den
Pumpenraum 23 eintritt, wenn die Kolben in ihrer voneinander entfernten Stellung
und die Füllöffnungen offen sind.
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Während sich die Antriebswelle dreht und die Kolben durch die Wirkung
des Nockens und der Kipphebel einwärts gedrückt werden, sind die Füllöffnungen geschlossen,
und der Brennstoff wird durch den mittleren Kanal 24 in der Verteilerwelle 18 gedrückt.
Zu dieser Zeit steht einer der radialen Kanäle 25 mit einem der Kanäle 22 und daher
mit einer der Einspritzdüsen in Verbindung; gleichzeitig steht eine der überlauföffnungen
26 mit dem Meßschlitz 28 und daher mit dem Rückschlagventil 29 in Verbindung. Das
Rückschlagventil29 hat einen Öffnungsdruck, der wesentlich niedriger liegt als derjenige,
der zur Öffnung eines Einspritzventils erforderlich ist. Während daher die Pumpe
sich weiterdreht, steigt der Brennstoffdruck, bis sich das Ventil 29 öffnet und
einen vorbestimmten Druck in dem System aufrechterhält. Gleich nachdem dieses geschehen
ist, bewirkt die fortgesetzte Drehung der Verteilerwelle, daß die überlauföffnung
26, die mit dem Meßschlitz 28 in Verbindung war, durch eine Kante des Schlitzes
abgedeckt wird. Ein weiteres Entweichen von Brennstoff durch das Ventil 29 wird
dadurch verhindert, und die weitere Drehung der Pumpe bewirkt, daß das Einspritzen
in den entsprechenden Maschinenzylinder stattfindet, bis die nächste Überlauföffnung
26 durch den Meßschlitz 28 geöffnet wird. In diesem Augenblick kann sich der verdichtete
Brennstoff durch das Ventil 29 entspannen, so daß der Druck in der Rohrleitung
schnell abfällt, bis er wieder den Öffnungsdruck des Ventils 29 erreicht, der niedriger
ist als der Schließdruck der Einspritzventile. Das Einspritzen wird also während
des Restes der einwärts gerichteten Bewegung der Kolben unterbrochen, und der Brennstoff,
der von ihnen weiter verdrängt wird, fließt durch das Ventil 29, durch den Kanal
42 in die Kammer 41 und durch die Öffnung 34 in die Gehäusekammer 37. Gleichzeitig
ist die Verbindung des Kanals 25 mit dem erwähnten Kanal 22 unterbrochen, und Kanal
25 nähert sich dem nächsten Kanal 22. Während des ganzen Restes des Arbeitsspieles
der Pumpe ist keiner der Kanäle 25 mit einem Kanal 22 in Verbindung, so daß während
dieser Periode außer einem Leckverlust zwischen der Verteilerwelle und ihrer Bohrung,
welcher eine leichte
Druckänderung ermöglichen kann, kein wesentlicher
Brennstofffluß stattfindet, bis das nächste Arbeitsspiel beginnt und der Restdruck
sich wieder einstellt.
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Aus dem Vorhergehenden geht hervor, daß das Einspritzen nur stattfindet,
wenn alle überlauföffnungen 26 von der Meßbuchse 27 verdeckt sind. Der Zeitraum,
während dessen alle Öffnungen geschlossen sind, wird durch die axiale Stellung der
Meßbuchse infolge der geneigten Kanten des Meßschlitzes 28 geregelt. Diese Kanten
können zu dem von dem Verteilerblock 19 entfernt liegenden Ende der Buchse zusammenlaufen,
so daß die Brennstofflieferung vergrößert wird, wenn die Meßbuchse 27 auf den Verteilerblock
19 zu verschoben wird, :in welcher Richtung sie durch die Feder 36 vorgespannt ist.
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Das durch die mittlere Bohrung 24 von den Kolben verdrängte Brennstoffvolumen
ist im wesentlichen proportional zu der Maschinendrehzahl, und dieser ganze Brennstoff
wird entweder in die Maschine eingespritzt oder fließt durch die Öffnung 34. Wenn
die Pumpe sich zu drehen beginnt, wird die Meßbuchse 27 durch die Feder 36 in einer
festen Axialstellung größter Pumpenleistung gehalten. Während sich die Pumpendrehzahl
erhöht, wird daher sowohl das eingespritzte Volumen als auch das durch die Öffnung
34 fließende Volumen proportional vergrößert. Dies ergibt eine Erhöhung des
Druckes in der Kammer 41, der auf den Flansch 33 einen Druck entgegengesetzt
zu der Vorspannungskraft der Feder 36 ausübt, bis bei einer vorbestimmten Drehzahl,
je nach der axialen Einstellung der Nadel, die hydraulische Belastung des Flansches
33 die Federkraft zu überwinden beginnt und die Meßbuchse 27 so verschoben wird,
daß die Brennstoffmenge verringert wird. Dadurch wird seinerseits die durch die
Öffnung 34 strömende Menge erhöht, da weniger Brennstoff eingespritzt wird
und mehr davon durch das Ventil 29 strömt. Die Verjüngung der Nadel 35 und
die Kraft der Feder 36 sind daher so aufeinander abgeglichen, daß sie die erforderliche
Brennstoffverminderung bei steigender Drehzahl bewirken.
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Vorkehrungen können getroffen werden, die Kraft der Vorspannungsfeder
von außen einzustellen (in der Zeichnung nicht dargestellt). Auf diese Weise kann
die gegebene Kraft der Vorspannungsfeder verstellt werden, was eine Änderung der
Stellung der Nadel 35 erfordert und was wiederum eine Änderung der Brennstoffverminderung
mit der Drehzahl bewirkt.
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In Fig.2 sind als Alternative für Füllöffnungen Einlaßventile dargestellt.
Diese haben den Vorteil, daß die Füllung während der ganzen Dauer des nach außen
gerichteten Hubes der Kolben stattfindet, und gleichzeitig wird der Sickerverlust
erheblich verringert.
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Fig. 3 und 3 A zeigen eine andere Ausführungsform des Nockenmechanismus,
wobei getrennte Nockenbahnen 16, 16' für jeden Kipphebel 9, 9' vorgesehen sind.
Diese Anordnung ist dort erwünscht, wo die Maschinen ungleiche Zündabstände haben,
wie etwa 90° bei 6-Zylinder-V-Maschinen oder 60° bei 8-Zylinder-V-Maschinen. Es
ist hierbei erforderlich, daß der Brennstoff nur durch einen der beiden Kolben gefördert
wird, diese Maßnahme ermöglicht es, bei niedrigeren Belastungen mit relativ hoher
Kolbengeschwindigkeit einzuspritzen. Sie ist auch dort vorteilhaft, wo eine große
Zahl Zylinder gespeist werden muß, und zwar infolge der Tatsache, daß die einzelnen
Verdrängungsdiagramme der Kolben einander überlappen können.
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Fig.4 zeigt eine Abwandlung des Kipphebelmechanismus, bei dem die
Hebel so angeordnet sind, daß sie in einer axialen Ebene schwingen.
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Fig. 5, 5 a und 5 b zeigen Schnitte durch den Verteilerblock und eine
Vorrichtung zur Regelung des Einspritzbeginns als Funktion der Drehzahl. In diesem
Fall entfallen die von Hand verstellbare Exzenterspindel und der Kanal 38.
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In dem Verteilerblock 19 ist eine Querbohrung 43 vorgesehen, in der
ein axial gleitbarer Kolben 44 angeordnet ist, welcher mit der Meßbuchse durch einen
Stift 45 so gekuppelt ist, daß eine Verschiebung des Kolbens 44 in der einen oder
anderen Richtung eine Verdrehung der Meßbuchse 27 bewirkt. Der Kolben ist auf der
einen Seite durch eine Feder 46 belastet, so daß er um seine linke Stellung geschoben
wird, in welcher die Nadel 47 in die Öffnung 48 eintritt, die an ihrem entgegengesetzten
Ende mit der Kammer 37 in Verbindung steht, während der Raum 49 vor dem Kolben 44
mit der Kammer 6 in Verbindung steht.
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Der in die Kammer 6 durch die Pumpe 4 über das, was aus der Kammer
6 durch die Kolben 12 abgesaugt wird, hinaus geförderte überschuß an Brennstoff
ändert sich in Abhängigkeit von der Drehzahl. Dieser überschüssige Brennstoff wird
aus der Kammer 6 durch den Kanal 50 in den Raum 49 geleitet, von wo er durch die
Öffnung 48 in den Raum 37 und schließlich durch das Ventil 39 und das Verbindungsstück
40 entweicht.
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Wenn sich die Drehzahl erhöht, steigt der Druck in dem Raum 49 und
bewirkt die Verschiebung des Kolbens 44, der die Meßbuchse 27 mit bewegt.
Gleichzeitig wird die Nadel 47 aus der Öffnung herausgezogen, deren Querschnittsfläche
dadurch geändert wird. Es ist offensichtlich, daß durch geeignete Wahl der Federbelastung,
der Federkraft und der Nadelform die Steuercharakteristik geändert werden kann.
Der Raum 49 kann auch in direkter Verbindung mit der Kammer 37 stehen, und die Kammer
6 und die stromab gelegene Seite der Öffnung 48 kann direkt mit dem Ventil 39 und
dem Verbindungsstück 40 verbunden sein. Dies ermöglicht eine weitere Regelung des
Einspritzzeitpunktes in Abhängigkeit von der Menge des eingespritzten Brennstoffes,
da das Volumen des durch die Öffnung 48 fließenden Brennstoffes nunmehr eine Funktion
der Drehzahl und des eingespritzten Brennstoffvolumens ist und nicht nur der ersteren.
In letzterem Falle kann das Ventil 39 vollständig fortgelassen werden, da
der Gehäusedruck durch den Kolben 44 und die Feder 46 selbsttätig aufrechterhalten
wird.