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Brennstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit Selbstregelung
der Förderleistung in Abhängigkeit von der Drehzahl Die Erfindung betrifft eine
Brennstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit Selbstregelung der Förderleistung
in Abhängigkeit von der Drehzahl.
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Es ist bereits eine Brennstoffeinspritzpumpe mit Selbstregelung der
Förderleistung in Abhängigkeit von der Drehzahl bekannt, bei welcher der Pumpenkolben
dessen Hubzahl der Brennkraftmaschinendrehzahl proportional ist, während seines
Förderhubes hydraulisch durch unter Druck stehenden Brennstoff angetrieben wird,
der auf sein dem Pumpenraum abgewendetes Ende einwirkt, und während seines unter
der Wirkung einer Rückholkraft, z.B. Federkraft, erfolgenden Rückhubes wenigstens
einen Teil des Brennstoffs, der seinen Hingang bewirkt hat, durch einen Kanal, in
dem eine eine Bremsung des Kolbenrückgangs bewirkende Drosselstelle eingeschaltet
ist, in den Pumpenraum drückt, an den die Druckleitung der Pumpe angeschlossen ist.
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Bei dieser bekannten Pumpe ist ein Rückschlagventil in der Leitung
vorgesehen, welche den Raum, in dem das dem Pumpenraum abgewendete Kolbenende arbeitet,
mit dem Inneren eines Zylinders verbindet, aus dem während des Pumpenförderhubes
Brennstoff in den genannten Raum hineingedrückt wird, und es ist in der die Drosselstelle
enthaltenden Leitung ein hydraulisch gesteuerter Schieber vorgesehen, der die letztgenannte
Leitung während der Förderhübe verschließt.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, die bekannte Pumpe zu vereinfachen
und ihr Arbeiten noch betriebssicherer zu gestalten, indem gemäß der Erfindung die
bei der bekannten Pumpe vorgesehenen beiden voneinander unabhängigen Steuerglieder
(Rückschlagventil und hydraulisch betätigter Schieber) zu einem mechanisch angetriebenen
Steuerkörper zusammengefaßt werden.
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Gemäß der Erfindung ist in die Leitung, die den unter Druck stehenden
Brennstoff dem Raum zuführt, in dem das dem Pumpenraum abgewendete Kolbenende arbeitet,
und in die die Drosselstelle enthaltende Leitung, welche die zu beiden Seiten des
Pumpenkolbens liegenden Räume miteinander verbindet, ein als Drehschieber ausgebildetes
Steuerglied eingeschaltet, das mit einer der Motordrehzahl proportionalen Drehzahl
umläuft und abwechselnd die eine und die andere der genannten Leitungen öffnet.
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Es sei noch bemerkt, daß es schon bei einer Pumpdüse, deren Pumpenstempel
durch einen im Durchmesser größeren Servokolben betätigt wird, bekannt ist, die
Zu- und Abfuhr der Druckflüssigkeit zu und aus dem Servozylinder durch einen Drehschieber
entsprechend dem Takt der Brennkraftmaschine zu steuern, wobei zur Regelung der
Einspritzmenge die Länge des Rückhubes des Servokolbens und des Pumpenstempels durch
ein die Geschwindigkeit des Abströmens der Flüssigkeit aus dem Servozylinder in
eine Niederdruckzone beeinflussendes Drosselorgan veränderlich ist. Dort handelt
es sich aber um eine schon gattungsmäßig von dem Erfindungsgegenstand wesentlich
verschiedene Einrichtung, und von der Zusammenfassung zweier verschiedener Steuerorgane
zu einem einzigen Körper ist dort keine Rede.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber
erläutert, deren Fig. 1 und 2 in schematischen Schnittansichten zwei Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzpumpe zeigen.
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Die Pumpe enthält einen Kolben 1, welcher Hin-und Herbewegungen in
einem Zylinder 2 ausführt, den er in zwei Kammern 2 a, 2 b unterteilt.
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Die Aufwärtsbewegung wird dem Kolben 1 durch den Impuls von unter
Druck stehendem Brennstoff erteilt, welcher periodisch durch weiter unten erläuterte
Einrichtungen
in die Kammer 2 a des Zylinders 2 eingeführt wird, während die Abwärtsbewegung (Rückgang)
durch eine in der Kammer 2 b des Zylinders 2 angeordnete Rückholfeder 3 bewirkt
wird.
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Die tiefste Stellung des Kolbens 1 in seinem Zylinder 2 wird dadurch
bestimmt, daß sich der Kolben gegen einen Anschlag 4 legt, während die höchste Stellung
durch die Lage einer Öffnung 5 bestimmt wird, über welche eine Auslaßleitung 6 in
den Zylinder 2 mündet.
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Bei seinem Aufwärtshub drückt der Kolben l in der Kammer 2 b nies.
Zylinders 2 befindlichen Brennstoff über ein Rückschlagventil7 in die Förderleitung
8, welche mit der oder den Einspritzdüsen verbunden ist. Während seines Abwärtshubes
bewirkt der Kolben 1 das Eintreten von frischem Brennstoff in die Kammer 2 b über
einen Kanal 9 mit Hilfe von weiter unten näher erläuterten Einrichtungen.
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Die Einrichtungen zur periodischen Erzeugung der Impulse, welche dem
Kolben 1 seine Aufwärtshübe in dem Zylinder 2 erteilen, enthalten einen Speicher
zur Speicherung von Brennstoff unter Druck und ein drehbares Steuerglied, welches
mit einer Drehzahl angetrieben wird, welche zu der des Motors, an welchem die Einspritzpumpe
angebracht ist, proportional ist. Das Steuerglied unterbricht periodisch die Verbindung
zwischen dem Speicher und der Kammer 2 a des Zylinders 2.
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Der Speicher kann auf verschiedene Weise ausgebildet werden, z. B.
mit einer Luftglocke. Eine zweckmäßigere Ausführungsform ist in Fig. 1 dargestellt,
bei welcher der Speicher einen Zylinder 10 aufweist, in welchem ein Kolben 11 entgegen
einer Rückholfeder 12 verschieblich ist. In den Zylinder 10 mündet unter dem Kolben
11 die Förderleitung 1.3 einer Pumpe 14, welche vorzugsweise eine
rotierende volumetrische Pumpe ist, z. B. eine Zahnradpumpe, welche in dem Speicher
eine genügende Brennstoffmenge unter einem Druck hält, welcher wenigstens gleich
dem höchsten Einspritzdruck ist.
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Das sich drehende Steuerglied hat die Form einer Welle 15, welche
gleichzeitig die Antriebswelle der Zahnradpumpe 14 bildet. In der Oberfläche der
Welle 1.5 sind Nuten 16 angebracht, deren jede die Verbindung zwischen dem Zylinder
10 des Speichers und der Kammer 2 a des Zylinders 2 herstellt, wenn sie gerade den
Öffnungen 17, 18 gegenüberliegt, über welche der mit dem Zylinder 10 in Verbindung
stehende Kanal 19 bzw. der mit der Kammer 2 a des Zylinders 2 in Verbindung stehende
Kanal 20 in die die Welle 15 aufnehmende Bohrung münden.
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Ein Sicherheitsventil 21 ist an den Kanal 19 angeschlossen,
welches sich öffnet, wenn der Druck in dem Zylinder 10 des Speichers einen zulässigen
Höchstwert übersteigt.
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In Fig. 1 weist die Welle 15 vier gleichmäßig auf ihren Umfang verteilte
Nuten 16 auf. Infolgedessen wird bei jeder Umdrehung der Weile die Verbindung zwischen
dem Zylinder 10 und der Kammer 2 a viermal hergestellt und viermal unterbrochen.
Die Winkelstellung der Welle 15 in bezug auf die Welle des Motors. und die Winkellage
der Längskanten der Nuten 16 auf der Welle 15 müssen so gewählt sein, daß die Verbindung
zwischen dem Zylinder 10 und der Kammer 2 a stets in dem Augenblick beginnt, in
welchem die Einspritzung des Brennstoffs beginnen muß; diese Verbindung muß so lange
andauern, daß der Kolben 1 seinen vollständigen Aufwärtshub ausführen kann. Durch
eine Regelung der Winkelstellung der Welle 15 in bezug auf die Welle des Motors
kann der Beginn der Einspritzung eingestellt werden.
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In den Zeiträumen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Perioden, während
welcher die Verbindung zwischen dem Zylinder 10 und der Kammer 2a durch eine der
Nuten 16 hergestellt ist, muß der Kolben 1 die Möglichkeit haben, in seinem Zylinder
2 unter der Einwirkung der Feder 3 abwärts zu gehen. In die Kammer 2 a mündet daher
noch ein anderer Kanal 22, welcher jedoch eine Drosselstelle aufweist, damit der
Rückgang (Abwärtsbewegung) des Kolbens 1 durch den Widerstand gebremst wird, welchen
diese Drosselstelle dem von dem Kolben l während dieser letzteren Bewegung geförderten
Brennstoff entgegensetzt.
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Dieser Kanal 22 muß natürlich so gesteuert werden, daß er nur während
der Zeiträume offen ist, während welcher die Verbindung zwischen dem Zylinder 10
des Speichers und der Kammer 2 a unterbrochen ist.
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Für diese Steuerung des Kanals 22 wird die Welle 15 ausgenutzt, wofür
zwei Abschnitte dieses Kanals in die Oberfläche der die Welle 15 enthaltenden Bohrung
gegenüber von Nuten 23 münden, welche in der Oberfläche der Welle angebracht und
gegenüber den Nuten 16 so versetzt sind, daß sie die beiden Abschnitte des Kanals
22 in den Zeiträumen verbinden, während welcher die Nuten 16 die Verbindung zwischen
den Kanälen 19 und 20 unterbrechen.
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Die in dem Kanal 22 vorgesehene Drosselstelle ist hinter der Stelle
angeordnet, an welcher der Kanal durch die Nuten 23 der Welle 15 gesteuert
wird. Die Drosselstelle ist regelbar und wird zwischen der Kegelfläche 24 eines
axial verschieblichen Schiebers 25 und einer festen Kante 26 gebildet, welche an
einem eine Verlängerung des Kanals 9 bildenden verbreiterten Abschnitt 27 vorgesehen
ist. Der Kanal 22 steht mit der Verlängerung 27 über eine Nut 28 und einen axialen
Kanal 29 in Verbindun, welche beide in dem Schieber 25 angebracht sind"'
Der von dem Kolben 1 während seines Abwärtshubes geförderte Brennstoff wird zur
Speisung der Kammer 2 b des Zylinders 2 benutzt.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist noch angenommen,
daß die Stellung des Schiebers 25 und somit der freie Querschnitt der in dem Kanal
22 zwischen dem Kegel 24 und der Kante 26 gebildeten Drosselstelle selbsttätig in
Abhängigkeit von der Drehzahl veränderlich sind, mit welcher die Welle 15 angetrieben
wird. Hierfür wird auf das untere Ende des entgegen einer einstellbaren Druckfeder
30 verschieblichen Schiebers 25 der Förderdruck einer volumetrischen Pumpe 31, z.
B. einer Zahnradpumpe, zur Einwirkung gebracht, welche ebenfalls von der Welle 15
angetrieben wird und deren Förderleitung 32 einerseits unter dem unteren Ende des
Schiebers 25 mündet und andererseits über einen Leckkanal 33 mit dem die von der
Pumpe 31 angesaugte Flüssigkeit enthaltenden Behälter 34 in Verbindung steht. In
den Leckkanal 33 ist eine Drosselstelle 35 eingeschaltet, welche von einem Schieber
36 gesteuert wird, welcher ebenfalls einerseits unter der Einwirkung des Förderdrucks
der Pumpe 31 und andererseits unter der Wirkung einer Rückholfeder 37 steht. Die
Anordnung dieses Schiebers ist so getroffen, daß er den freien Querschnitt der Drosselstelle
35 vergrößert, wenn der Druck in der Förderleitung 32 zunimmt.
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Die in Fig. 1 dargestellte Pumpe arbeitet folgendermaßen:
Solange
die den Regelfaktor bildende Geschwindigkeit und somit die Drehzahl der Welle 15
verhältnismäßig niedrig sind, ist die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verbindungen
des Zylinders 10 des Speichers mit der Kammer 2a des Zylinders 2 verstreichende
Zeit so lang, daß der Kolben 1 aus seiner obersten Stellung, in welcher er die Öffnung
5 freizulegen beginnt, in seine tiefste Stellung zurückkehren kann, in welcher er
an der Schulter 4 anliegt, und zwar trotz des Widerstands, welchen der Brennstoff
dem Abwärtshub desKolbens entgegensetzt, welcher diesen Brennstoff bei der überführung
derselben aus der Kammer 2 a in die Kammer 2 b durch den Kanal 22
und die in diesem vorgesehene Drosselstelle verdrängen muß. Die von der Pumpe in
die Förderleitung 8 je Förderhub des Kolbens geförderte Menge hat daher ihren Höchstwert.
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Bei einer Zunahme der Drehzahl des Motors und somit der der Welle
15 tritt ein Zustand ein, bei welchem die Zeit, welche der Kolben braucht, um aus
seiner obersten Stellung bis in seine unterste Stellung abwärts zu gehen, größer
wird als die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verbindungen des Zylinders 10 mit
der Kammer 2 a verfließende Zeit. Der Kolben 1 wird dann vor Erreichung der Schulter
4 durch erneut durch den Kanal 20 ankommenden Brennstoff angehalten, welcher eine
Art »Flüssigkeitsanschlag« bildet, so daß sein Abwärtshub wie auch sein nächster
Aufwärtshub verkürzt wird. Das bei diesem nächsten Förderhub in die Förderleitung
8 geförderte Volumen nimmt daher in gleichem Maße ab. Diese Abnahme ist um so stärker,
je mehr die Drehzahl über diejenige steigt, bei welcher der »Flüssigkeitsanschlag«
aufzutreten beginnt.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung muß die Zahnradpumpe 14
den Brennstoff in den Zylinder 10 gegen einen Druck fördern, welcher gleich dem
Einspritzdruck dieses Brennstoffs ist. Dieser Druck erreicht jedoch häufig Werte
von 300 at und mehr, welche über den mit einer Zahnradpumpe erreichbaren liegen.
Aus diesem Grund ist in der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung zwischen die Förderleitung
13 der Pumpe 14 oder den an diese angeschlossenen und in Fig. 2 schematisch dargestellten
Druckspeicher 10 a und den Zylinder 2, in welchem der Kolben 1 entgegen dem dem
Einspritzdruck gleichen Druck arbeitet, ein Druckverstärker eingeschaltet, welcher
gestattet, z. B. mit einem von der Zahnradpumpe erzeugten Höchstdruck von 100 at
Drücke von 300 at und mehr in dem Zylinder 2 zu erzeugen.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ist die Förderleitung
13 der Zahnradpumpe 14 nicht nur an den Druckspeicher 10 a, sondern auch an die
beiden Stufen eines doppeltwirkenden Druckverstärkers angeschlossen. Dieser wird
durch einen Zylinder 38 mit großem Durchmesser gebildet, welcher durch einen Kolben
großen Durchmessers 39 in zwei Kammern 38 a, 38 b unterteilt wird.
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Beiderseits des Kolbens 39 sind an diesem zwei Kolben 40a, 40b mit
kleinerem Durchmesser befestigt, welche in zu dem Zylinder 38 gleichachsigen Zylindern
41 a, 41 b entsprechenden Durchmessers arbeiten. Die Förderleitung 13 ist durch
Leitungen 42, 43 mit der Kammer 38 a bzw. mit der Kammer 38 b
des Zylinders
38 und durch Leitungen 44, 45 mit dem Zylinder 41 a bzw. dem Zylinder 41 b verbunden.
Diese Leitungen werden durch die das eine Zahnrad der Zahnradpumpe tragende Welle
15 bzw. die das andere Zahnrad dieser Pumpe tragende Welle 15 a
gesteuert.
Hierfür enthält die Welle 15 zwei Kanäle 46, 47, welche in der in Fig. 2 dargestellten
Stellung der Welle 15 die Verbindung zwischen der Förderleitung 13 und dem Zylinder
41 a bzw. der Kammer 38 a herstellen. Ferner ist in der Oberfläche der Welle 15
eine Nut 48 vorgesehen, welche nach einer Drehung der Welle um 90' die Kammer
38 a mit einer Auslaßleitung 49 in Verbindung setzt. Außerdem enthält die Welle
15 a einen Kanal 50, welcher in der in Fig. 2 dargestellten Stellung die
Kammer 38 b mit einer Auslaßleitung 51 in Verbindung setzt, während ein ebenfalls
die Welle 15a durchdringender Kanal 52 die Förderleitung 13 mit dem
Zylinder 41 b in einer Stellung der Welle 15 a in Verbindung setzt,
welche um 90° gegen die in Fig. 2 dargestellte verschoben ist. In dieser letzteren
Stellung der Welle 15a setzt noch eine in der Oberfläche der Welle
15 a vorgesehene Nut 53 die Förderleitung 13, 43 mit der Kammer 38 b in Verbindung.
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In der in Fig.2 dargestellten Stellung wirkt der Förderdruck der Pumpe
14 gleichzeitig in der Kammer 38 a des Zylinders 38 und in dem Zylinder 41
a.
Dieser Druck verschiebt die durch die Kolben 39, 40 a und 40 b gebildete
Anordnung nach rechts und fördert in dem Zylinder 41 b enthaltenen Brennstoff in
die Kammer 2a des Zylinders 2 über die Leitung 45, eine Leitung 19 b, eine Öffnung
17 b, eine Nut 16 b, eine Öffnung 18 b, eine Leitung 20 b und eine Leitung 20. Gleichzeitig
wird die Kammer 38 b mit der Auslaßleitung 51 über den Kanal 50 verbunden, und der
an den Zylinder 41 a angeschlossene Kanal 19 a ist an der Stelle seiner
Mündung 17 a verschlossen.
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Da die Summe der auf der linken Seite der Kolbenanordnung 39,
40 a, 40 b liegenden Oberflächen, auf welche der Druck
des Druckspeichers 10 a wirkt, ein Vielfaches der Vorderfläche des in dem Zylinder
41 b arbeitenden Kolbens 40 b ist, kann der Druck, mit welchem der Brennstoff in
den Zylinder 2 gefördert wird, ein Vielfaches des Drucks sein, mit welchem die Pumpe
14 den Brennstoff in die Kammer 38 a und den Zylinder 41 a fördert.
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Nach einer Drehung der Wellen 15 und 15 a um 90° wird der Förderdruck
der Zahnradpumpe 14, welcher gleich dem Druck des Druckspeichers 10 a ist, der Kammer
38 b und dem Zylinder 41 b zugeführt, während die Kammer 38 a mit
der Auslaßleitung 49 und der Zylinder 41 a mit der Kammer 2 a des
Zylinders 2 über die Leitung 19 a, die Öffnung 17 a, einen
in der Welle 15 angebrachten Querkanal 16 a und einen Längskanal 16 c, eine ebenfalls
in dieser Welle angebrachte Nut 16 d, eine Öffnung 18
a, eine Leitung 20 a und die Leitung 20 verbunden wird. Der Kolben 1 kann
daher einen neuen Förderhub unter einem Druckimpuls ausführen, welcher ein Vielfaches
des in der Förderleitung 13 und in dem Druckspeicher 10 a herrschenden Drucks ist.
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Nach einer neuen Drehung der Wellen 15 und 15 a
um
90' wird von neuem der in dem Zylinder 41 b enthaltene Brennstoff in die
Kammer 2 a des Zylinders 2 gefördert usf. Die Perioden dieser Förderung werden durch
die Zusammenarbeit des Querkanals 16 a mit der Öffnung 17 a und der Nuten 16 b mit
den Öffnungen 17 b und 18 b bestimmt.
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Die Selbstregelung der Förderleistung in Abhängigkeit von der Drehzahl
der Welle 15 ist die gleiche wie die oben bereits anläßlich der in Fig. 1 dargestellten
Vorrichtung beschriebene.
Die Einrichtungen, welche den freien Querschnitt
der Drosselstelle in dem Kanal 22 ebenfalls in Abhängigkeit von der Drehzahl verändern,
entsprechen in Fig. 2 einer Ausführungsabwandlung der in Fig. 1 dargestellten. In
Fig. 2 wird nämlich diese Drosselstelle durch eine in der Seitenfläche eines Schiebers
25 a angebrachte Nut 24 a gebildet.