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Fremdgezündete Einspritz-Brennkraftmaschine mit Aussetzerregelung
Das Hauptpatent betrifft eine fremdgezündete Einspritzbrennkraftmaschine mit Aussetzerregelung
durch Offenhaltung eines jedem Einspritzkolben zugeordneten Ventils während des
Förderhubes, bei welcher den einzelnen Zylindern nur entweder die volle Kraftstoffmenge
oder gar kein Kraftstoff zugeführt wird und zur Steuerung der Pumpenventile eine
von der Brennkraftmaschine angetriebene umlaufende, vom Bedienenden oder vom Maschinenregler
axial verschiebbare Steuertrommel vorgesehen ist, auf welcher die Aussetzer auslösende
Steuerelemente in axialer Richtung derart aneinandergereiht sind, daß die einzelnen
Zylinder der Maschine bzw. Zylindergruppen innerhalb einer bestimmten Anzahl von
Kurbelwellenumdrehungen die gleiche Anzahl von Aussetzern aufweisen, und zur Einstellung
der Maschinenbelastung die innerhalb der bestimmten Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen
erfolgende Aussetzeranzahl durch axiales Verschieben der Steuertrommel geändert
wird und zur Erreichung eines periodischen gleichmäßigen Wechsels der ausgesetzten
Zylinder die bestimmte Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen keinen gemeinsamen Teiler
mit der Zahl der Zylinder aufweist.
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Über die Art der verwendeten Einspritzpumpe ist zum Hauptpatent nichts
zu sagen. Es ist nur vorausgesetzt, daß es sich um eine volumetrische Pumpe handelt.
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Andererseits ist eine Einspritzpumpe mit um eine zentrale Antriebswelle
angeordneten Pumpenkolben, Einspritz- und Ansaugventilen bekannt, bei der die parallel
zur Antriebswelle angeordneten Pumpenkolben von der Antriebswelle aus betätigt und
die Ansaugventile über Kipphebel von einer zur Antriebswelle koaxial angeordneten,
axial verschiebbaren Steuertrommel gesteuert werden, über deren Umfang Steuerausnehmungen
verteilt sind.
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Erfindungsgemäß wird nun eine solche Einspritzpumpe bei einer Brennkraftmaschine
nach dem Hauptpatent verwendet. Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß sämtliche
Ventile parallel oder annähernd parallel zur Antriebswelle um eine zentrale gemeinsame
Brennstoffzuführungskammer angeordnet sind und die Steuertrommel als Hohlzylinder
ausgebildet ist, auf dessen äußerer Mantelfläche die Steuerausnehmungen in mehreren
die Wellenachse rechtwinklig schneidenden Ebenen verteilt angeordnet sind, wobei
das eine Ende der Steuertrommel auf der Antriebswelle und das andere Ende um eine
zylindrische Gehäuseverlängerung frei gelagert sind, die eine die Pumpenkolben in
bekannter Weise antreibende Taumelscheibe umgibt.
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Durch diese erfindungsgemäße Anordnung der Ventile und der Pumpenkolben
wird eine erhebliche Platzersparnis erzielt, wobei trotzdem eine leichte und billige
Herstellung ermöglicht ist und alle Teile gut zugängig sind. Im Gegensatz zu der
bekannten Einspritzpumpe liegt die Steuertrommel bis auf die Kipphebel völlig frei,
so daß eine Verstellung der Steuertrommel sowohl in axialer wie in Winkelrichtung
möglich ist. Vorzugsweise wird durch die winkelmäßige Verdrehung der Steuertrommel
im Verhältnis zur Antriebswelle eine Einstellung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte
der Ansaugventile in bezug auf die jeweilige Stellung der Pumpenkolben durchgeführt,
während die axiale Verschiebung der Steuertrommel zur Änderung der Gesamtmenge des
eingespritzten Brennstoffes vom Gaspedal aus erfolgt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Hierbei ist angenommen, daß
die
Anzahl der Zylinder sechs und die bestimmte Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen sieben
beträgt. In der Zeichnung ist Fig. 1. ein Längsschnitt der Pumpe; Fig. 2 zeigt zwei
Querschnittshälften, und zwar ist der linke Teil der Fig. 2 ein Schnitt nach der
Linie A-A und der rechte Teil ein Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 1; Fig. 3
ist ein weiterer Längsschnitt -Teilschnitt-und zeigt insbesondere die Vorrichtung
für die anfängliche Einstellung der Fördermenge; Fig. 4 ist eine Außenansicht der
alleinigen Steuertrommel; Fig. 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 und 1.2 sind die verschiedenen
Schnitte durch das Steuerorgan nach den Linien V, VI, VII, VIII, IX, X, XI und XII
der Fig. 4; sie entsprechen dem Leerlauf des Motors sowie den Teillasten 1/7, `/7,
3/7, '1/7. '/7, 6/7 und der Vollast.
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Der Hauptteil 1 der Pumpe enthält sechs im Kreise angeordnete Zylinder,
deren Achsen sich auf einem Kreisumfang 4 in gleichen Abständen von 60° befinden.
In jedem dieser Zylinder bewegt sich ein Kolben 2. Jeder Zylinder trägt an seinem
Ende ein Druckventil e, das mit dem Einspritzventil in Verbindung steht. Die Achsen
der sechs Einsaugventile 5 befinden sich auf einem Kreisumfang 6 verteilt, dessen
Durchmesser kleiner ist als der des Kreises 4; sie sind ebenfalls in gleichen
Abständen von 60° angeordnet, und zwar genau in der Mittelebene zwischen den Kolben
2.
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Je eines dieser Einsaugventile steht mit dem benachbarten, ihm zugeordneten
Zylinder in Verbindung, und zwar durch eine Leitung 7, die so kurz als möglich ist.
um Füllungsverluste während des Einsaugens zu vermeiden. Die sechs Kammern 8 der
Einsaugventile sind vereinigt mit einer zentralen Kammer 9, welcher der Kraftstoff
unter geringem Druck zufließt. Die Kolben 2 werden durch die Rückholfedern
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dauernd nach links gezogen. Dagegen werden die Einsaugventile
5 durch die Federn 11 dauernd geschlossen gehalten.
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Ist der Kraftstoff eine Flüssigkeit, die zu Anfressungen bzw. zum
Fressen bei den Kolben führt, insbesondere also Benzin, dann besitzt der Körper
1 einen Schmierkanal 12, aus welchem sowohl die Kolben 2 als auch die Ventile 5
geschmiert werden können.
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Der Körper 1 ist an einem ersten Gehäuse 13 angepaßt und an demselben
durch einen Gegenflansch 14 befestigt. Das Gehäuse 13 nimmt eine Reihe von sechs
Stößeln 15 auf. die dazu bestimmt sind, auf die Kolben 2 die Bewegung des Förderhubes
zu übertragen, also entgegen den Rückholfedern 10, welche den Einsaughub bzw. die
Füllung sichern. Diese Stößel 15 sind im Kreise gegenüber den Kolben 2 angeordnet.
Die Druckfedern 11 für das Schließen der Einsaugventile 5 stützen sich gleichfalls
auf dem Gehäuse 13 ab.
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Der Antrieb der Stößel 15 erfolgt durch ein großes Kugellager 16,
welches auf der geknickten Antriebswelle 17 angebracht ist. Die letztere ist in
einem Kugellager 18 in der Achse des Gehäuses 13 und in einem Kugellager 19 in der
Achse eines zweiten Gehäuses 20, das mit dem Gehäuse 13 zusammengebaut ist.
gelagert. Die Welle 1.7 hat die gleiche Drehzahl wie die Steuerwelle des
Motors.
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Der äußere Laufring des Kugellagers 16 erteilt den Stößeln 15 eine
hin- und hergehende Bewegung nach einer Sinuslinie, deren Amplitude bestimmt wird
durch den Knickungswinkel der Welle 17. Es ist zu bemerken, daß der äußere
Laufring des Kugellagers 16 sich im Prinzip nicht dreht und daß die Reibung zwischen
dem Kugellager 16 und dem Stößel 15 sehr gering ist. Es verbleibt lediglich eine
rollende Reibung zwischen den Lagerkugeln und den Laufringen.
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Das Anheben der Einsaugventile 5 erfolgt durch Schwinghebel 21, deren
beide Hebelarme im Winkel zueinander angeordnet sind, wobei der kürzere Hebelarm
in eine Gabel 22 ausläuft, welche den Ventilschaft des Ventils 5 umgibt und auf
den Bund 23 dieses Ventils drückt. Der längere Hebelarm trägt an seinem Ende ein
kleines Kugellager 24, welches die Impulse des Steuerorgans aufnimmt, wie
weiter unten noch beschrieben werden wird. Der Schwinghebel dreht sich um einen
Drehzapfen 25, der seinerseits in einem Zylinder 26 angeordnet ist; dieser Zylinder
ist mit einem Spalt versehen, um den Schwinghebel hindurchgehen zu lassen. Es ist
zu bemerken, daß der geometrische Mittelpunkt des Drehzapfens 25 sich in der Ebene
des Bundes 23 des Ventils 5 befindet, so daß die radiale Verschiebung des Zylinders
26 in dem freien Raum zwischen dem Körper 1 und dem Gehäuse 13 keine Winkelverschiebung
des kurzen Hebelarms herbeiführt. Dagegen gestattet die gleiche Verschiebung, das
Spiel zwischen der Rolle 24 und dem Steuerorgan 36 einzustellen. Diese Radialverschiebung
der Zylinder 26 wird erreicht durch eine Schraube 27, welche mit dem Zylinder 26
im Eingriff steht und mit einer Unterlagscheibe 28, die sich an eine Anpaßfläche
29 des Körpers 13 anlegt, versehen ist. Der Hin- und Hergang dieser Schraube wird
erreicht durch Drehen an einem Vierkantkopf 30. Sobald die Einstellung erfolgt ist,
wird die Schraube 27 blockiert und gleichzeitig der dichte Anschluß der Unterlagscheibe
28 bewerkstelligt, indem durch die beiden Schrauben 31 eine Gegenplatte
32 fest angezogen wird.
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Auf der Antriebswelle 17 ist ein Zahnrad mit Schraubenverzahnung 33
von verhältnismäßig großer Breite aufgekeilt. Dieses Schraubenrad 33 steht mit einem
sehr viel weniger breiten Zahnrad 34 (s. Fig. 3) im Eingriff. Das letztere
gehört zu einem Satz Schieberäder, zu welchem außerdem ein verlängertes Ritzel 35
gehört. Das Ritzel 35 nimmt das Steuerorgan 36 durch den Zahnkranz 37, welcher mit
dem Steuerorgan fest verbunden ist, mit. Sowohl das Ritzel 35 als auch der Zahnkranz
37 besitzen eine Geradverzahnung, die genau parallel zu der Achse ist. Das Steuerorgan
36 dreht sich lose auf der Welle 17, wobei es gleichfalls an einer entsprechenden
Lauffläche des Gehäuses 13 abgestützt ist. Das Steuerorgan ist also mit seinen beiden
Enden einerseits auf der Welle 17
und andererseits, d. h. also mit seinem
offenen Ende, auf einer zylindrischen Verlängerung 13' des Gehäuses 13 gelagert,
wodurch jedes Klemmen vermieden wird. An die äußere zylindrische Oberfläche des
Steuerorgans legen sich die verschiedenen Rollen 24 der Schwinghebel an. Man schneidet
direkt in die Oberfläche des Steuerorgans 36 in parallelen Ebenen die Nuten, welche
dem Schließen der Einsaugventile entsprechen, also entsprechend den vorzunehmenden
Einspritzvorgängen. Man erhält auf diese Weise eine Form des Steuerorgans entsprechend
dem Steuerorgan des Hauptpatents, gebildet durch einen Stapel einzelner Kurvenscheiben.
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Wie aus den Fig. 4 bis 12 ersichtlich ist, bestehen die Nuten aus
zu der Achse des Steuerorgans parallelen
Ausfräsungen 49, deren
Länge verschieden ist, so daß nach den verschiedenen Schnittten V, VI, VII, VIII,
IX, X, XI und XII der Fig. 4 die verschiedenen einzelnen Steuer-Kurvenscheiben,
die den verschiedenen Teillasten entsprechen, gebildet werden. In den Fig. 6 bis
12 sind die Ausfräsungen 49 der einzelnen Kurvenscheiben angegeben, und nur in der
Fig. 12 erscheinen auch die Vorsprünge 48 und 50, welche eine solche Ausfräsung
49 einrahmen. Das Steuerorgan 36 wird zur Einstellung einer bestimmten Belastung
in der Längsrichtung durch eine Schaltgabel verschoben, welche in eine Auskehlung
39 an dem Steuerorgan eingreift. Diese Schaltgabel 38 sitzt auf einer Stange
40, welche in dem Gehäuse 20 parallel zu der Achse der Vorrichtung
unter Einwirkung eines geeigneten Betätigungsorgans gleiten kann, wobei die Länge
des Ritzels 35 gestattet, das Steuerorgan 36 mitzunehmen, welches auch immer die
Stellung des letzteren sein sollte.
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Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, kann das Zwischen-Schieberäderpaar
34, 35, dessen Zahnrad 34 im Eingriff mit dem Zahnrad 33 steht, axial so weit verschoben
werden, wie es die Länge des Ritzels 33 zuläßt, und zwar mittels der Achse 41, auf
welcher sich das Schieberäderpaar lose dreht, ohne sich doch in der Längsrichtung
auf dieser Achse verschieben zu können. Die Axialverschiebung des Schieberäderpaars
erhält man mittels einer Schraube 42, die im Eingriff mit dem Gehäuse 13
steht und eine Verlängerung der Achse 41 darstellt. Diese Schraube 42 kann in ihrer
Stellung durch die Gegenmutter 43 verriegelt werden. Da die Zahnräder 33
und 34 Schraubenverzahnung besitzen, führt die Axialverschiebung des Schieberäderpaars
(die während des Stillstands oder während des Betriebes vorgenommen werden kann)
zu einer relativen Verdrehung der Zahnräder 34 und 35 sowie des Zahnkranzes 37 gegenüber
dem Zahnrad 33, also zu einer Versetzung - im Stillstand oder im Betrieb - des Steuerorgans
36 gegenüber der Welle 17. Hieraus ergibt sich, daß man während des Förderhubes
der Pumpe das Einsaugventil früher oder später öffnen und damit die Fördermenge
ändern kann. Es ist selbstverständlich, daß diese Änderung der Fördermenge durch
ein Versetzen des Steuerorgans auf die gleiche Art und Weise bei allen Zylindern
erfolgt.
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Es empfiehlt sich, bei der anfänglichen Einregulierung der Pumpe gleiche
Fördermengen für alle Zylinder einzustellen, also bei jedem Zylinder eine individuelle
Regelung der Fördermenge vorzunehmen. Um das zu erreichen, genügt es, jede der Rollen
24
am Ende der Schwinghebel 21 ein wenig in dem Sinne der Bewegung des Steuerorgans
zu versetzen. Diese Einstellung kann in einfacher Weise vorgenommen werden, da der
Schwinghebel in einem Zylinder 26, welcher als Drehzapfen dienen kann, angebracht
ist. Das Ende des langen Hebelarms des Schwinghebels, gerade kurz vor der Rolle
24, kann an seiner Stelle festgehalten oder auch ein wenig versetzt werden, und
zwar durch einen Bügel 44, der mit einer Platte 45, die durch die beiden Schrauben
46 fest angezogen wird, fest verbunden ist. Die Platte 45 legt sich an eine entsprechendeAnpaß$äche
47 des Körpers bzw. Gehäuses 20 an und gewährleistet die öldichte Abdichtung. Die
Bohrungen für die Schrauben 46, welche durch die Platte 45 hindurchgehen,
sind etwas ovalisiert, so daß man den Schwinghebel bzw. dessen längeren Hebelarm
im Sinne der Bewegung des Steuerorgans um ein geringes Maß verschieben kann. Die
Schmierung der ganzen mechanischen Vorrichtung im Inneren der Gehäuse 13 und 20
erfolgt durch das Lecköl, welches aus den von dem Kanal 12 aus geschmierten Ventilen
und von den Kolben abläuft. Ein hier nicht dargestellter überlauf ist vorgesehen,
um einen zufriedenstellenden Ölspiegel einzuhalten.
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Die Arbeitsweise der Pumpe geht aus der Beschreibung hervor. Die in
den Figuren dargestellte Stellung des Steuerorgans entspricht der Vollast. Die Pumpe
wird von der Welle 17 angetrieben, und zwar mit der Drehzahl der Nockenwelle des
Motors, wenn es sich um einen Viertaktmotor handelt, mit der Drehzahl der Kurbelwelle
des Motors, wenn es sich um einen Zweitaktmotor handelt. Das Kugellager 16 bzw.
dessen äußerer Laufring erteilt den Stößeln 15 eine hin- und hergehende Bewegung,
die auf die Kolben 2 übertragen wird, wobei die Federn 10 für die dauernde Berührung
zwischen den Organen 15 und 2 sorgen. Gleichzeitig fließt der Kraftstoff unter geringem
Druck der Kammer 9 zu und tritt in die Ventilkammern 8 ein. Gleichzeitig
treibt die Welle 17 das Steuerorgan 36 über die Zahnräder 33, 34 und 35 sowie
den Zahnkranz 37. Wenn der Kolben 2 eines Zylinders seinen Saughub ausführt, befindet
sich die Rolle 24 auf dem Vorsprung 48 des Steuerorgans (Fig. 12). Der Schwinghebel
hat also die Feder 11 zusammengedrückt und das Ventil s von seinem Sitz abgehoben,
die Verbindung zwischen der Kammer 8 und dem Kanal 7 ist geöffnet, wodurch der Kraftstoff,
der stets unter geringem Druck steht, in die Zylinderkammer hineinströmen kann.
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Gegen Ende dieses Hubes fällt die Rolle 24 in eine Ausfräsung 49 des
Steuerorgans 36. Die Feder 11 drückt das Ventil 5 wieder auf seinen Sitz. Während
des ersten Teils des Förder- bzw. Druckhubes drückt der Kolben 2 den Kraftstoff
durch das Ventil 3 nach dem Einspritzventil. In einem gewissen Augenblick dieses
Hubes läuft die Rolle 24 auf den folgenden Vorsprung 50 des Steuerorgans auf und
öffnet das Ventil s, wodurch die Einspritzung jäh unterbrochen wird. Der Kraftstoff
wird dann nicht mehr durch das Ventil 3 hindurch nach dem Einspritzventil zu gefördert,
sondern strömt in die Kammer 9 zurück. Man mißt die durch jeden der Kolben geförderte
Kraftstoffmenge. Man löst die Schrauben 46 etwas, was eine geringe Verschiebung
der einen oder anderen Rolle 24 gestattet, bis die Fördermengen gleich sind. Dann
werden die Schrauben 46 wieder angezogen. Man löst die Gegenmutter 43 und dreht
die Schraube 42. Man erhält auf diese Weise eine Axialverschiebung des Schieberäderpaares
34 und 35 und versetzt die Bewegung des Steuerorgans 36 gegenüber der Weise 17 derart,
daß die Öffnung des Ventils zu einem anderen Zeitpunkt stattfindet. Auf diese Weise
stellt man die Fördermenge der Zylinder auf den gesuchten Wert ein.
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Will man auf eine geringere Belastung übergehen, dann genügt hierzu
eine Axialverschiebung der Stange 40, welche ihrerseits dadurch das Steuerorgan
36 axial verschiebt und damit die Kurvenscheibe, welche der geringeren Teilbelastung
entspricht, zum Eingriff mit den Rollen 24 bringt. Die Axialbewegung, welche
zu einer höheren Belastung führt, erhält man bei einem Fahrzeugmotor zwangläufig
durch Treten des Gashebels, während die Axialbewegung, welche zur Verminderung der
Belastung führt, durch eine hier nicht dargestellte Feder hervorgerufen wird.
Es
ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung sich auf Verbrennungsmotoren
mit beliebiger Zylinderanzahl erstreckt.