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Brennstoffeinspritzgerät für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Brennstoffeinspritzgerät für Brennkraftmaschinen mit einem durch den
Verdichtungsdruck der Maschine angetriebenen Pumpglied und einer Einrichtung zum
Bremsen des Einwärtshubes des Pumpgliedes, bestehend aus einer druckmittelgefüllten
Verdrängerkammer, die einen mit einer einstellbaren Drosselstelle versehenen Auslaß
aufweist.
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Bei einem bekannten Einspritzgerät dieser Art erfolgt der Abfluß des
Druckmittels aus der Verdrängerkammer während des gesamten Einwärtshubes des Pumpgliedes
über einen sehr engen Kanal und ein Nadelventil oder ein stößelbetätigtes Ventil.
Die Verdrängerkammer setzt dem Pumpglied über dessen gesamten Einwärtshub einen
erheblichen Widerstand entgegen. Dieser Widerstand läßt zwar in dem Moment etwas
nach, in dem sich das Nadelventil bzw. das stößelbetätigte Ventil öffnet; trotzdem
bleibt die Bremsung des Pumpgliedes infolge der Notwendigkeit, das Druckmittel durch
einen engen Kanal und ein Ventil mit kleinem Fließquerschnitt zu verdrängen, groß.
Da die Geschwindigkeitssteigerung des Pumpgliedes im Moment der Öffnung des Ventils
nur relativ gering sein kann, läßt sich einerseits der Zeitpunkt des Beginnes der
Einspritzung nicht genau festlegen, und andererseits ist eine sehr rasche Einspritzung
wegen der weiterwirkenden Bremsung nicht möglich. Das bekannte Brennstoffeinspritzgerät
eignet sich daher nicht für schnellaufende Motoren, bei denen der Einspritzvorgang
zu einem genau definierten Zeitpunkt einsetzen und sehr rasch durchgeführt werden
muß.
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Es ist ferner ein Brennstoffeinspritzgerät bekannt, bei dem die Verdrängerkammer
mit einem Vorratsbehälter über einen Kanal in Verbindung steht, in welchem ein Drehschieber
angeordnet ist. Der Drehschieber wird von einer eigenen Steuereinrichtung verstellt,
die in Abhängigkeit vom Kolbenhub arbeitet. Dadurch ist zunächst der Abfluß aus
der Verdrängerkammer vollkommen abgesperrt; anschließend kann die Flüssigkeit während
des gesamten Einwärtshubes des Pumpgliedes durch den am Drehschieber vorhandenen
Oerschnitt ungehindert abfließen. Dadurch ist es zwar möglich, den Einspritzvorgang
schlagartig zu beginnen und ihn sehr rasch ablaufen zu lassen. Nachteilig ist bei
der bekannten Vorrichtung jedoch, daß eine eigene Steuervorrichtung zum Betätigen
des Drehschiebers erforderlich ist.
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Bei einem weiteren bekannten Brennstoffeinspritzgerät tritt die Druckflüssigkeit
aus der Verdrängerkammer beim Einwärtshub des Pumpgliedes durch einen sehr feinen
Kanal aus, der ein federbelastetes Nadelventil aufweist. Die Feder des Nadelventils
stützt sich an einer Steuereinrichtung ab, die in Abhängigkeit vom Kolbenhub der
Brennkraftmaschine die Abstützung aufheben kann. Auch bei diesem bekannten Gerät
ist der Druckmittelabfluß über den gesamten Einwärtshub des Pumpgliedes hinweg durch
den feinen Abflußkanal gedrosselt. Die Drosselung wird zwar in dem Moment etwas
schwächer, in dem die Abstützung des Nadelventils aufgehoben wird; trotzdem läßt
sich kein rascher und freier Abfluß erzielen. Somit ist es auch nicht möglich, durch
schlagartige Beschleunigung des Pumpgliedes den Einspritzvorgang in einem bestimmten
Moment einzuleiten und dann in kürzester Zeit durchzuführen. Hinzu kommt, daß auch
bei diesem Brennstoffeinspritzgerät eine besondere Steuervorrichtung für das Nadelventil
vorhanden sein muß.
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Schließlich ist ein Einspritzgerät bekannt, bei dem von der Verdrängerkammer
ein Kanal ausgeht, der an der Zylinderbüchse der Brennkraftmaschine mündet. Im zugehörigen
Kolben ist in kleinem Abstand vom Kolbenboden ein durchgehender Radialkanal vorgesehen,
der gegen Ende des Kompressionshubes des Kolbens zum Fluchten mit der Mündung des
von der Verdrängerkammer ausgehenden Kanals kommt. Beim Kompressionshub wird zunächst
die im Zylinder verdichtete Luft durch den Kanal in die Verdrängerkammer gepreßt.
Sobald die Kolbenoberkante
die Mündung des Kanals erreicht, wird
die Luft in der Verdrängerkammer durch Verschieben des Pumpgliedes komprimiert.
Dabei bewegt sich schon zu diesem Zeitpunkt das Pumpglied relativ rasch, so daß
ein Einspritzen stattfindet. Die Bewegung des Pumpgliedes wird noch schneller, sobald
die Mündung des Kanals mit dem Radialkanal im Kolben zum Fluchten kommt, da dann
die Luft aus der Verdrängerkammer entweichen kann. Auch auf diese Weise läßt es
sich nicht erreichen, daß der Einspritzvorgang schlagartig durch eine starke Beschleunigung
der Bewegung des Pumpgliedes einsetzt. Das Einspritzen erfolgt vielmehr praktisch
über den gesamten Weg des Pumpgliedes hinweg und verstärkt sich lediglich gegen
Ende des Einwärtshubes des Pumpgliedes. Besonders nachteilig ist an der bekannten
Einrichtung außerdem, daß der Radialkanal im Kolben der Brennkraftmaschine in der
Praxis nicht abgedichtet werden kann. Zwischen diesem Radialkanal und der Kolbenoberkante
kann nämlich nur ein einziger Kolbenring angeordnet werden, der jedoch keine ausreichende
Abdichtung gewährleistet. Außerdem wird sich der Radialkanal verhältnismäßig rasch
mit Ölkohle und Verbrennungsrückständen vollsetzen, so daß durch ihn die aus der
Verdrängerkammer entweichende Luft nur mit großer Drosselung abströmen kann.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffeinspritzgerät
der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, bei dem der Beginn des Einspritzvorganges
sehr exakt festlegbar und der Einspritzvorgang selbst schlagartig durchführbar ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Pumpglied nach einem ersten
Teil seines Einwärtshubes, auf dem aus der Verdrängerkämmer Druckmittel nach Maßgabe
des Querschnittes der Drosselstelle verdrängt wird, einen ungedrosselten Auslaß
an der Verdrängerkammer aufsteuert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzgerät wird durch entsprechende
Einstellung der Drosselstelle festgelegt, zu- welchem Zeitpunkt das Pumpglied den
ungedrosselten Auslaß der Verdrängerkammer aufsteuert. Dieser Zeitpunkt läßt sich
sehr genau einstellen. Sobald der ungedrosselte Auslaß erreicht ist, wird das Pumpglied
schlagartig beschleunigt, und der Einspritzvorgang läuft sehr rasch ab. Dadurch
ist das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzgerät besonders gut für schnellaufende
Motoren geeignet. Es ist außerdem sehr einfach im Aufbau, da keinerlei zusätzliche
Steuervorrichtungen erforderlich sind. Schließlich ist das Einspritzgerät zuverlässig,
da das Druckmittel nicht durch Kanäle abfließt, welche eine Verbindung zum Verbrennungsraum
haben und sich mit Verbrennungsrückständen vollsetzen könnten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt F i g. I eine Schnittansicht eines Einspritzgerätes nach der Erfindung,
F i g. 2 und 3 in größerem Maßstab Einzelheiten des Einspritzgerätes, F i g. 4 und
5 Schnitte nach den Linien IV-IV und V-V der F i g. 2 und F i g. 6 einen Schnitt
durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
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Das Brennstoffeinspritzgerät nach den F i g. 1 bis 5 weist ein Gehäuse
1 auf, in dem ein Pumpglied verschiebbar ist. Dieses besteht aus einem Rohr 2, auf
das ein Kolben 7 aufgeschraubt und durch eine Sicherung 9 in einem Schlitz 10 gesichert
ist. Das Rohr 2 nimmt einen feststehenden Plunger 3 auf. Das Gehäuse 1 enthält zwei
Kammern 4 und 5, die durch eine Bohrung 6 geringeren Durchmessers miteinander verbunden
sind. Die Kammer 4 bildet eine Verdrängerkammer, in der der Kolben 7 mit Kolbenringen
8 verschiebbar ist. Der Kolben 7 verlängert sich in eine Einspritzdüse 11, die von
einer Einspritzbohrung 12 durchsetzt ist. Letztere steht mit der Bohrung des Rohres
2 durch eine Kammer 13 in Verbindung, die ein Kugelventil 14 enthält. Die Kugel
wird durch eine Feder 15 gegen einen Kugelsitz 17 gepreßt, der in der Bohrung des
Rohres 2 angeordnet ist. Der Sitz 17 sichert andererseits durch Klemmung ein Zwischenstück
18, das einen Dichtungsring 19 zusammenpreßt. Das Zwischenstück 18 ist zum Durchlaß
des Brennstoffes mit einer Radialbohrung 20 und einem Umfangskanal 21 versehen.
Letzterer steht über eine Bohrung 22 im Rohr 2 mit Ausnehmungen 23 in Verbindung,
die insbesondere in F i g. 2, 3, 4 und 5 sichtbar sind und die ihrerseits von einer
Zuleitungsbohrung 24 gespeist werden, die mit einer Brennstoffzuleitung 25 verbunden
ist.
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Ein im Außenumfang des Rohres 2 vorgesehener Kanal 26 endet
in einer gewissen Entfernung vom Kolben 7 und von einem Kopf 31 am Rohr 2. Er steht
in Verbindung mit einer Bohrung 32 im Gehäuse 1, die ein verstellbares Nadelventil
33 enthält. Das Nadelventil 33 könnte auch mit einer bestimmten Federkraft belastet
sein. Die Bohrung 32 mündet in die Kammer 5 durch eine Öffnung 34. Jede einzelne
der Bohrungen weist Kontrollstöpsel 35 auf.
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Zum Drehen des Purnpgliedes ist eine Nutenwelle 36 vorgesehen, auf
die eine Nabe 37 aufgesetzt ist. An der Nabe greift ein Hebel 38 an. Die Nutenwelle
36 ist in einem Kugellager 36' gelagert, das von einer Kappe 37' an einem Sitz im
Gehäuse 1 festgehalten wird. Die Kappe 37' enthält einen Dichtungsring. Ein Anschlagstift
38' greift in einen Einschnitt ein und begrenzt die Bewegung des Hebels 38. Das
Rohr 2 ist mit der Nutenwelle 36 axial verschieblich, jedoch undrehbar mittels einer
Keilnutenverbindung 40, 41 verbunden. Zwischen einer Schulter 42 der Welle 36 und
dem Kopf 31 des Rohres ist eine Druckfeder 43 angeordnet.
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Die Arbeitsweise des beschriebenen Brennstoffeinspritzgerätes ist
folgende: Der von der Zuleitung 25 zugeführte Brennstoff füllt sämtliche Hohlräume
des Gehäuses und läuft ständig in geschlossenem Kreislauf zum Brennstoffbehälter,
wobei die Ausgangsleitung, die ebenfalls an die Kammer 5 angeschlossen ist, in der
Zeichnung nicht dargestellt ist. Auf diese Weise wird eine gute Kühlung des Gerätes
sichergestellt, das zudem ordnungsgemäß geschmiert ist, wodurch seine Betriebssicherheit
und Lebensdauer erhöht werden. Das Gerät ist an dem zu speisenden Motor an der üblichen
Stelle montiert, wobei der untere Teil des Gehäuses sich auf eine geeignete Verbindungsstelle
auflegt. Das Ende der Einspritzdüse nimmt in der Verbrennungskammer den vom Konstrukteur
gewählten Platz ein. Während der Kompressionszeit wird das Pumpglied über den Kolben
7 nach oben gegen die Kraft der Feder 43 einwärts bewegt. Die in der Verdrängerkammer
4 eingeschlossene Flüssigkeit kann nur durch den Kanal 26 in die Bohrung 32 abfließen.
Die Flüssigkeit muß
demgemäß durch die am Nadelventil
33 gebildete Drosselstelle hindurchfließen, was es gestattet, ein mehr oder
minder schnelles Abfließen der Ffüssigkeit zu erzielen und damit die Geschwindigkeit
des Einwärtshubes des Pumpgliedes zu regeln. Die Zeit, die das Pumpglied zu seinem
Einwärtshub braucht, bestimmt den Zeitpunkt, in dem das Einspritzen beginnt. Daraus
ergibt sich, daß die Einstellung des Nadelventils 33 es gestattet, den Zeitpunkt
des Einspritzens festzulegen.
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Die Einspritzbewegung des Pumpgliedes wird durch den gedrosselten
Abfluß der Flüssigkeit aus der Verdrängerkammer bis zu dem Zeitpunkt gebremst, in
dem das obere Ende des Kanals 26 die Kammer 5 erreicht. In diesem Moment ergibt
sich durch den Kana126 eine direkte Verbindung zwischen den beiden Kammern 4 und
5 und demgemäß ein drosselfreies Fließen von Kammer zu Kammer, das eine schnelle
Einwärtsbewegung des Pumpgliedes ermöglicht. Nun läuft der Einspritzvorgang rasch
und ungehindert ab.
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Am Ende des Einwärtshubes erreicht das untere Ende des Kanals 26 die
obere Ebene der Verdrängerkammer 4, und die in dieser Kammer dann eingeschlossene
Flüssigkeit bildet einen hydraulischen Hubbegrenzungsanschlag. Der Auswärtshub des
Pumpgliedes wird durch die Feder 43 bewirkt und durch das Eindringen des Kopfes
31 in eine entsprechende Ausnehmung des Gehäuses gedämpft.
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Während des Auswärtshubes des Pumpgliedes wird die Speisung der Einspritzkammer
durch die Bohrung 20, den Kanal 21 und die Bohrungen 22 und 24 über die Ausnehmungen
23 sichergestellt, und die Einstellung der einzuspritzenden Brennstoffmenge erfolgt
durch Drehung des vom Hebel 38 gesteuerten Pumpgliedes. Diese Drehung hat die Wirkung,
daß die relative Stellung der schrägen Ränder der Ausnehmungen 23 und der Bohrung
24 zueinander verändert wird.
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Das in F i g. 6 dargestellte Einspritzgerät weist ein Gehäuse auf,
das aus einem Teilgehäuse 51 und einem Teilgehäuse 52 unter Zwischenschaltung einer
Dichtung 53 zusammengesetzt ist. Das Teilgehäuse 52 enthält an dem oberen
Ende eine Kammer 54,
die durch eine Engstelle 55 von einer Verdrängerkammer
56 im Teilgehäuse 51 getrennt ist. Im Teilgehäuse 52 ist ein Pumpgiied
verschiebbar. Dieses besteht aus einem Rohr 57, einer Büchse 59 und einem im Rohr
59 befestigten Kolben 60.
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Das Rohr 57 ist mit einem Kopf 58 versehen, dessen Außendurchmesser
dem Durchmesser der Engstelle 55 entspricht. Im Inneren der Büchse 59 ist ein feststehender
Plunger 61 angeordnet, in dem ein Hochdruckplunger 63 mit einem Kopf 62 angeordnet
ist. Ein Ring 64 hält den Plunger 61 in einer Bohrung einer Reglerwelle 65 fest,
die das Teilgehäuse 51 durchsetzt. Die Welle 65 ist mittels eines Hebels 66 drehbar,
wobei diese Drehung auf den Plunger 61 über einen Stift 67 übertragen wird. Eine
Feder 68 ist zwischen der oberen Wandung der Kammer 56 und dem Kopf 58 angeordnet.
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Eine ringförmige Kammer 69 des Teilgehäuses 51 steht mit einer Zuleitungsöffnung
69 a für den Brennstoff in Verbindung. Eine weitere ringförmige Kammer 70 des gleichen
Gehäuses steht mit Öffnungen 71 und 72 für den Umlauf der Flüssigkeit in Verbindung.
Außerdem sind ein Kanal 73 und zwei Bohrungen 74 vorhanden, die durch eine
mit einem einstellbaren Nadelventil 76 versehene Kammer 75 die Verdrängerkammer
56 mit der Kammer 70 in Verbindung setzen. Das Teilgehäuse 51 hat außerdem
einen Rohransatz 77, der die Feder 68 und die Welle 65 führt. Dichtungsmittel geeigneter
Art sind vorgesehen, insbesondere bei 78 und 79.
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. Das Teilgehäuse 52 ist mit mehreren Bohrungen 80 versehen, welche
die Kammern 70 und 54 miteinander in Verbindung bringen, sowie mit einer Schraube
81 und einer Eindrehung 82 am unteren Teil der Kammer 54.
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Das Rohr 57 ist mit einer Schulter 83 versehen, die mit der Eindrehung
82 und einem Längskanal 84 zusammenwirkt, der mit der Schraube 81 zusammenarbeitet
und mit einer Bohrung 85 in Verbindung steht.
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Die Büchse 59, die abgedichtet im Rohr 57 montiert ist, ist mit einem
Längskanal 87 und mit einem Querkanal 88 versehen sowie mit einem Kanal,
der den Kanal 85 verlängert. Die Büchse 59 endet mit einem Teil 89 geringeren Innendurchmessers,
in dem der Hochdruckplunger 63 geführt ist.
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Der Kolben 60 weist eine Bohrung 90 auf, die den vorstehend
genannten Teil 89 aufnimmt. Der Kolben 60 hat weiterhin einen Führungsflansch
91 und nimmt eine Einspritzdüse 92 auf.
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Die Plunger 61 und 63 begrenzen in der Büchse 59 eine Kammer
93, die mit den Kanälen 84 und 85 in Verbindung steht. Der
Plunger 61 ist mit einem Ausschnitt 94 versehen; der eine Schrägkante bildet, die
mit dem Kanal 88 zusammenwirkt, um die Regulierung der einzuspritzenden Brennstoffmenge
sicherzustellen. Der Brennstoff, der die Bohrung 90 durch die Kanäle 87 und
88 erreicht, kommt an den Reglerorganen durch Axialbohrungen 95 und 96 an, die im
Plunger 61 und in der Welle 65 vorgesehen sind, wobei diese letztere bei 97 mit
der ringförmigen Kammer 69 in Verbindung steht und vor< dort mit dem Brennstoffbehälter.
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Die Welle 65 ist mit einem Kopf versehen, dessen Abschnitt 98 mit
einer Ausnehmung 99 des Kopfes 58 zusammenarbeitet.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Einrichtung
erläutert, und zwar zunächst bezüglich der Bewegungen des Rohres gegenüber dem Gehäuse,
wobei darauf hingewiesen wird, daß die Schmier-, Verriegelungs-, Dämpfungs- und
Kühlflüssigkeit zwischen den Öffnungen 71 und 72 umläuft und die Kammern
70, 54, 56, 75 und 93
durch die Kanäle 80, 73, 74, 84 und 85 benetzt.
Wenn der Druck in der Verbrennungskammer ansteigt, geht das Pumpglied 57, 59, 60
frei um einige Zehntel Millimeter in die Höhe, bis es die Engstelle 55 durch
den Kopf 58 verschließt. In diesem Zeitpunkt setzt das gedrosselte Abfließen
der Flüssigkeit aus der Verdrängerkammer 56 dem Einwärtshub des Pumpgliedes in Abhängigkeit
von der Öffnung des Nadelventils 76 einen Widerstand entgegen. Die Dauer des Durchganges
des Kopfes 58 durch die Engstelle 55 ist demgemäß durch Einstellung des Nadelventils
76 regelbar. Diese Regelung gestattet es, den Zeitpunkt des Beginns des Einspritzens
gegenüber der Stellung des Kolbens der Brennkraftmaschine zu wählen. Sowie der Kopf
58 aus der Engstelle 55 austritt, ist eine direkte Verbindung zwischen den Kammern
54 und 56 vorhanden, und die Flüssigkeit kann demgemäß direkt durch die Mehrfachbohrungen
80 austreten. Nichts bremst
nunmehr das Pumpglied, das sich sehr
schnell einwärts bewegt und ein freies und schnelles Einspritzen sichert. Die Kraft
der Feder 68 ist so bemessen, daß nach dem Einspritzen die Rückwärtsbewegung des
Pumpgliedes in die dargestellte Stellung sichergestellt ist. Am Ende des Einspritzhubes
legt sich der Abschnitt 98 in die Ausnehmung 99 ein und schließt eine gewisse Flüssigkeitsmenge
ein, um eine hydraulische Dämpfung sicherzustellen.
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Wenn der Druck in der Kammer gesunken ist, kehrt das Pumpglied in
seine in der Zeichnung dargestellte Stellung zurück. Es wird am Ende des Hubes hydraulisch
durch Zusammenwirken der Teile 82 und 83 gedämpft, die ebenfalls eine gewisse Flüssigkeitsmenge
einschließen. Die Kanäle 84 und 85 schalten jeglichen Gegendruck in der Kammer 93
aus und der erstere arbeitet mit der Schraube 81 zusammen, um die Führung des Rohres
sicherzustellen.
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Die eigentliche Einspritzung findet statt, sobald die Verbindung bei
88 von der Schrägkante 94 unterbrochen wird. Das Anteigen des Kopfes 89 gegen den
Hochdruckplunger 63 stellt dann das Zusammenpressen der einzuspritzenden Flüssigkeit
unterhalb dieses Plungers sicher. Die Flüssigkeit durchläuft die beiden gezeichneten
Kugelventile und erreicht den Zylinder. Das Ansaugen des einzuspritzenden Brennstoffes
erfolgt während der Bewegung in umgekehrter Richtung.