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Kraftstoffeinspritzpumpe mit Pumpen- und Verteilerrotor und Regelung
der Einspritzmenge durch einen Ausweichkolben Bei den bisher bekannten Ausführungen
von Einspritzpumpen mit einer Einspritzeinheit und einem Kraftstoffverteiler für
Mehrzylinderverbrennungsmotoren wird die Kraftstoffördermenge entweder durch eine
veränderliche Drosselung des angesaugten Kraftstoffes oder durch eine Änderung des
Stößelhubes oder auch durch Leitung der veränderlichen verdrängten Kraftstoffmenge
durch Überströmöffnungen, die mit Hilfe einer Reguliermuffe gesteuert werden, geregelt.
Die beiden erstgenannten Regelarten haben den Nachteil, daß die Rollen der Stößel
je nach Größe des eingestellten Kolbenhubes - sei es nun durch Drosselung, durch
Saugen oder durch mechanische Einstellung der Stößel-Hubbegrenzung - auf verschiedenen
Stellen der Nocken während des Betriebes aufschlagen. Dies hat einen geräuschvollen
Gang der Pumpe zur Folge, und sowohl Rollen als auch Nocken unterliegen einer vorzeitigen
Abnutzung. Der Nachteil der dritten Regelart besteht darin, daß die Öffnungen im
Verteiler und in der Reguliermuffe die Undichtigkeit des ganzen Drucksystems wesentlich
erhöhen. Dies macht sich durch einen starken Abfall der Fördermenge bei niedrigen
Umdrehungszahlen und gleichbleibender Einstellung der Regelung bemerkbar.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet eine neue Art der selbsttätigen
Regelung der Kraftstoffördermenge bei Einspritzpumpen mit Kraftstoffverteiler, bei
welcher es zu keinem Anschlagen der Stößelrollen an die Nocken kommt, wie dies bei
den beiden erstgenannten Regelarten der Fall war, wobei auch die Undichtigkeitsverluste
wesentlich niedriger sind als bei der letztgenannten dritten Art der Fördermengenregelung.
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Es ist bekannt, daß, wenn man einen Hilfskolben (den sogenannten Ausweichkolben),
der mit einer schwachen Feder belastet wird und dessen Hub begrenzt ist, mit dem
Pumpendruckraum verbindet, ein bestimmtes Volumen des verdrängten Kraftstoffes auf
der Pumpendruckseite »verschluckt« wird, das dem Hubvolumen des Ausweichkolbens
entspricht und um welches sich die eingespritzte Kraftstoffmenge verringert. Durch
Änderung des Ausweichkolbenhubes läßt sich so die Menge des eingespritzten Kraftstoffes
ändern. Die Erfindung macht von einer solchen Regelung durch die Größe des Ausweichkolbenhubes
Gebrauch, die durch einen Zentrifugalregulator in die Wege geleitet wird. Den Ausgangspunkt
der Erfindung bildet eine Kraftstoffeinspritzpumpe, die aus einem-- innerhalb eines
Innennockenringes umlaufenden Pumpen- und Verteilerrotor, in dem der oder die durch
die Nocken des Ringes gesteuerten Kolben ständig gleich große Förderhübe ausführen,
und aus einem ständig mit dem Pumpendruckraum verbundenen, beim Ansaughub der Pumpe
mittels einer Rückführfeder in eine Ausgangslage zurückführbaren Ausweichkolben
besteht, dessen Hub durch zwei Anschläge bestimmt wird, die seine Ausweich- und
Rückführbewegung begrenzen und von denen ein Anschlag zwecks Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge
durch einen Drehzählregler verstellbar ist.
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Der folgende Vergleich mit den einschlägigen Bauarten zeigt den Vorteil
der Erfindung: Bei den bekannten Einrichtungen zur selbsttätigen Kraftstoffmengen-Regelung
erfolgt die Änderung des Hubes des Ausweichkolbens stets durch regelndes Verstellen
desjenigen Anschlages, den der Ausweichkolben während des Druckhubes der Kraftstoffpumpe
erreicht, also eines Anschlages, der entsprechend dem hohen Druck des von der Pumpe
geförderten Kraftstoffes seinerseits hohen Druckbelastungen durch den Ausweichkolben
ausgesetzt ist. Die Ausgangsstellung des Ausweichkolbens, in die dieser Kolben während
des Saughubes der Pumpe durch Saugdruck und Federwirkung gelangt, ist stets durch
einen festen, nicht verstellbaren mechanischen Anschlag gegeben.
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Bei der Erfindung ist es gerade umgekehrt: Der Endanschlag des Ausweichkolbens
beim Druckhub der Pumpe ist ein fester, nur durch Unterlegscheiben
einstellbarer
Anschlag; dagegen ist der beim Saughub der Pumpe wirksam werdende Endanschlag verstellbar,
also derjenige Anschlag, an den sich der Ausweichkolben nur mit relativ geringem
Druck anlegt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß der Ausweichkolben beim Auftreffen
auf diesen Anschlag keine unerwünschten Kräfte auf das zum Verstellen dieses Anschlags
verwendete Regelorgan übertragen kann und sich dieser Anschlag unbedenklich als
leicht verschiebbarer mechanischer Anschlag ausbilden und konstruktiv mit dem Regelorgan
in einfacher Weise zusammenbauen läßt.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe zeichnet sich gegenüber den bekannten
Pumpen mit ähnlicher Wirkungsweise durch ihren einfachen Aufbau, hohe Betriebssicherheit
und genaue Regelfunktion aus; der Kraftstoffdruck beim Förderhub der Pumpe wird
durch einen festen und starren mechanischen Anschlag aufgenommen, an dem keine Verstellbewegungen
erfolgen; die Anordnung des Ausweichkolbens koaxial in dem Verlängerungsteil des
umlaufenden Pumpenkörpers gestattet schließlich die sehr einfache Kombination mit
dem um die gleiche Achse drehenden Fliehkraftregler ohne Zwischenglieder; an denen
Reibungsverluste auftreten.
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Die erwähnten Nachteile beseitigt die Erfindung, deren Wesen darin
besteht, daß der Ausweichkolben koaxial in einer axialen Verlängerung des umlaufenden
Pumpenrotors gelagert ist, ferner der die Ausweichbewegung des Kolbens begrenzende
Anschlag in an sich bekannter Weise durch Verwendung von Unterlegscheiben einstellbar
ist und der die Rückführbewegung des Kolbens begrenzende Anschlag an einem axial
verschiebbaren Element sitzt, das durch den Drehzahlregler verstellbar ist.
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Eine empfehlenswerte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß
die lfbertragung der Federkraft auf den Ausweichkolben sowie die Hubbegrenzung des
Kolbens bei Ausdehnung der Rückführfeder mit Hilfe eines Stiftes erfolgt, der in
eine Queröffnung im Ausweichkolben eingesetzt und in geraden, in der Verlängerung
des Pumpenrotors eingearbeiteten Nuten geführt ist.
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Zur weiteren Ausbildung der Erfindung empfiehlt sich, daß das verschiebbare
Element eine kegelige Stirnfläche aufweist, mit der es gegen Stahlkugeln des Fliehkraftreglers
unter dem Einfiuß der Kraft der Rückführfeder gedrückt wird, die auf der Gegenseite
an der Stirnfläche eines auf dein Pumpenrotor angebrachten, von diesem in seiner
Drehbewegung mitgenommenen und gegen axiale Verschiebung gesicherten Abstützelementes
abgefangen wird, wobei koaxial mit dem Pumpeurotgr eine mit einer inneren Kegelfläche
versehene verschiebbare Trommel angeordnet ist, auf welche von der einen Seite her
die Zentrifugalkraft der umlaufenden und von der inneren Kegelfläche dieser Trommel
abgefangenen Kugel wirkt, und diese Kraft von der anderen Seite her durch die Drehzahlreglerfeder
ausgeglichen wird, die ihre Vorspannung je nach Bedarf von einer Einstellhülse bzw.
einem Steuerhebel her erhält.
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Die neuartige Regelung ist in F i g. i der Zeichnung schematisch dargestellt,
und F i g. 2 zeigt den Schnitt A-A quer durch die Pumpe gemäß F i g. 1. Im Gehäusekörper
1 der Einspritzpumpe ist ein Rotor 2 drehbar gelagert, in dessen Kopf sich innerhalb
einer Querbohrung zwei Gegeniaufkolben 3 befinden, die durch eine Feder 4 auseinandergehalten
werden. Im Körper 1 ist eint Nockenring 5 mit seinen inneren Nocken fest gelagert,
wobei die Anzahl der Nocken von der geforderten Anzahl der während einer Rotorumdrdhung
auszuführenden Einspritzungen abhängig ist. In radialen Einschnitten des Rotorkopfes
2 werden Stößel 6 mit auf Zapfen drehbar gelagerten Rollen geführt. Während der
ganzen Umdrehung wälzen sich die Rollen der Stößel 6 auf dem inneren Umfang des
Nockenringes ab, so daß sie stetig und stoßfrei auf die Nocken auflaufen.
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In den Zeitabschnitten, in denen die Rollen der Stößel 6 nicht mit
den Nocken in Berührung stehen, wird der Kraftstoff von der (nicht dargestellten)
Zubringerpumpe durch -einen Kanal 7 über ein im Rotor 2 befindliches selbsttätiges
Saugventil 8 und durch einen zentralen Kanal 9 in jenen Raum gefördert, der sich
zwischen den Gegenlaufkolben 3 befindet.
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Während des Druckhubes der Gegenlaufkolben 3 ist das Saugventil 8
geschlossen, und der Kraftstoff wird durch einen Verteilerkanal 10 und durch
einen der Auslaßkanäle 11 über ein Druckventil 12 zur Einspritzdüse gefördert.
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Zum Zweck der selbsttätigen Regelung der Fördermenge ist der Rotor
2 in seinem verlängerten Teil mit einem eingelappten Ausweichkolben 13 versehen,
dessen Hub von rechts her durch eine Einstellschraube 14 begrenzt wird, deren
Lage mittels einer auswechselbaren Unterlagscheibe 15 eingestellt werden kann, und
von links her wirkt als Hubbegrenzung ein verschiebbares Element 16, an dem ein
Querstift 17 zum Aufliegen kommt, der einerseits durch den Ausweichkolben 13 hindurchgeht
und anderseits durch im Rotor 2 gebildete gerade Nuten 18 geführt wird. Durch eine
Feder 19 wird der Ausweichkolben nach links gedrückt. Ein Aufnahmeraum 20 vor dem
Ausweichkolben 13 ist mit dem Pumpenarbeitsraum zwischen den Gegenlaufkolben 3 über
den zentralen Kanal 9 verbunden.
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Im ersten Teil des Druckhubes der Gegenlaufkolben 3 verschiebt der
verdrängte Kraftstoff den Ausweichkolben 13 gegen die Kraft der verhältnismäßig
schwachen Feder 19. Erst dann, wenn der Ausweichkolben 13 die Strecke »X<c
durchlaufen hat und sich an den festen Anschlag 14 anlegt, kommt es zur Kompression,
und der Kraftstoff wird über das Druckventil 12 und durch den Kanal 11 zur Einspritzdüse.
weitergefördert. Diese Brennstoffzufuhr dauert bis zum Erreichen der inneren Totlage
der Gegenlaufkolben 3 an.
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Bei gegebener Stärke der Unterlagscheibe 15 hängt die Größe des Ausweichhubes
»X<c von der Lage des verschiebbaren Elementes 16 ab. Die Lage dieses Elementes
wird durch den Zentrifugalregulator bestimmt, der vom Abstützelement 21 gebildet
wird, das mit dem Rotor mit umläuft und in Radialem, schnitten mindestens zwei Kugeln
22 mitnimmt, die das Fliehgewicht darstellen. Die Zentrifugalkraft der rotierenden
Kugeln wird von der inneren Kegelfläche einer Trommel 23 abgefangen und mit einer
Regulatorfeder 24 ausgeglichen, deren Vorsp_ annung durch Verschieben einer
Einstellhülse 25 mittels eines Steuerhebels 26 geändert werden kann.
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Die Stirnfläche des Elementes 16 verläuft sanft kegelig, so daß sieh
dieses Element bei radialer Bewegung der Kugeln 22 über den Rotor 2 hinweg verschiebt
und dabei die Hubgröße des Ausweichkolbens 13 ändert. Bei genügend großer Vorspannung
der
Regulatorfeder 24 und bei niedriger Umdrehungszahl des Rotors kann die Zentrifugalkraft
der rotierenden Kugeln 22 die Federkraft nicht überwinden, und der Regulatormechanismus
nimmt jene Grenzstellung ein, die in F i g. 1 wiedergegeben ist. Dieser Lage entspricht
der Hub »X« des Ausweichkolbens 13 und eine bestimmte, entsprechend der Stärke
der Unterlagscheibe 15 eingestellte Fördermenge. Diese Lage des Regelmechanismus
- und damit gleichzeitig auch die Größe der Kraftstoffördermenge -ändert sich nicht,
solange die Umdrehungszahl des Rotors nicht auf einen solchen Wert anwächst, bei
welchem die Zentrifugalkraft der Kugeln 22 die Spannung der Feder 24 überwindet.
Wenn aber die Umdrehungszahl diesen Wert überschreitet, dann kommt es im Regulator
zu folgender Bewegungsfolge: Die Kugeln 22 entfernen sich weiter von der Rotationsachse,
die Trommel 23 verschiebt sich nach rechts und das Element 16 nach links, wodurch
die Hubgröße »X« des Ausweichkolbens 13 anwächst und die Menge des zur Einspritzdüse
hin geförderten Kraftstoffes sinkt. Je nach Einstellung der Vorspannung der Feder
24 durch den Steuerhebel 26 wird dieser Regelvorgang entweder bei niedrigeren oder
aber bei höheren Umdrehungszahlen wirksam.