DE1476277B1 - Brennstoffeinspritzeinrichtung fuer eine Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzeinrichtung für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Brennstoflpumpe, einem Speicherraum und an diesen angeschlossenen, in den Arbeitszylindern angeordneten Einspritzventilen, die durch eine besondere, die Einspritzdauer und den Einspritzbeginn regelnde Einrichtung steuerbar sind.

Bei Brennstoffemspritzeinrichtungen dieser Art ist es wie auch bei den meisten anderen bekannten Einspritzeinrichtungen nicht möglich, den Einspritzdruck bei verschiedenen Betriebszuständen frei zu wählen.

Dieser Umstand bildet einen wesentlichen Nachteil. Beim Einspritzvorgang soll nämlich der Brennstoff derart eingespritzt werden, daß er zwar möglichst gleichmäßig über den gesamten Brennraum der Maschine verteilt wird, jedoch nicht gegen die verhältnismäßig kühle Wand des Zylinderkopfes stößt. Da bei verschiedenen Betriebszuständen die im Zylinderraum komprimierte Luft eine verschiedene Dichte und Temperatur aufweist und außerdem je nach Drehzahl verschiedene Zeiträume für den Einspritzvorgang zur Verfügung stehen, ergibt sich, daß es erwünscht wäre, den Brennstoff mit verschiedenen Drücken in Abhängigkeit vom Betriebszustand frei wählbar einzuspritzen. Eine derartige Wahl des Brennstoffdruckes ist jedoch bei den heutigen bekannten Einspritzvorrichtungen nicht möglich.

Aus der USA.-Patentschrift 2053 543 ist eine Dieselmaschine bekannt, bei welcher als Brennstoffpumpe ein Druckumsetzer verwendet wird, der die Form einer durch einen Axialschieber gesteuerten Kolbenpumpe hat, wobei die Kolbenpumpe durch als Brennstoff dienendes Öl mit niedrigerem Druck angetrieben wird. Im Niederdrucksystem der Brennstoffpumpe ist ein Druckregler angeordnet, welcher die Wahl des Einspritzdruckes gestattet. Diese bekannte Anordnung ist nicht mit durch eine besondere Steuereinrichtung gesteuerten Einspritzventilen versehen. Die Wahl des Einspritzdruckes dient daher in diesem Fall nur der Bemessung der einzuführenden Brennstoffmenge. Dabei bestehen wieder die bereits erwähnten Nachteile, daß man den Brennstoffdruck nicht unabhängig an die Lastzustände der Maschine anpassen kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, bei einer Brennstoffeinspritzeinrichtung einer Kolbenbrennkraftmaschine, insbesondere einem Dieselmotor, die erwähnten Nachteile zu vermeiden und eine vom jeweiligen Betriebszustand der Maschine unabhängige Einstellung des Einspritzdruckes bei geeigneter Wahl der Drücke zu ermöglichen.

Diese Aufgabe ist bei der eingangs geschilderten Brennstoffeinspritzeinrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise die Brennstoffpumpe als Druckumsetzer ausgebildet ist, welcher von einem Druckmittel mit niedrigerem Druck als dem Einspritzdruck angetrieben wird, wobei an die Leitung des Druckmittels mit niedrigerem Druck ein Druckregler angeschlossen ist und eine Vorrichtung vorgesehen ist zur Konstanthaltung des Druckes in der zu den Einspritzventilen führenden Leitung und daß die Vorrichtung aus dem Druckregler und dem Speicherraum besteht.

Auf diese Weise wird durch eine Freiwahl des Druckes des Brennstoffes beim Einspritzvorgang eine Anpassung dieses Druckes an verschiedene Lastzustände der Maschine möglich.

Als Druckmittel mit niedrigerem Druck dient vorzugsweise bei der erfindungsgemäßen Einrichtung das Schmieröl aus dem Schmiersystem der Maschine. Dadurch wird der Vorteil gewonnen, daß bei großen Motoren mit Vorschmiersystem der Druck im Einspritzsystem bereits vor dem Start des Motors aufgebaut werden kann.

Als Druckumsetzer wird vorzugsweise in an sich bekannter Weise eine Kolbenpumpe verwendet, die zwei koaxiale in entgegengesetzter Richtung in entsprechenden Zylinderräumen wirkende Kolben aufweist, die. in ihrem mittleren Bereich mit einem Antriebskolben mit größerem Durchmesser versehen sind, zu dessen beiden Seiten sich Zylinderräume befinden, in welche das Druckmittel mit niedrigerem Druck durch ein Steuerorgan eingeführt werden kann, welches den Zylinderraum abwechselnd an die Leitung mit dem Druckmittel und darauf an die Leitung mit niedrigerem Druck anschließt. Auf diese Weise wird ein zuverlässig wirkender Druckumsetzer mit einfachem Aufbau erhalten.

Das Steuerorgan kann vorzugsweise in an sich bekannter Weise ein mit einem besonderen Antrieb versehener Drehschieber sein. Dadurch wird eine besonders im Betrieb zuverlässige Ausführung erhalten, bei welcher ein Klemmen des Schiebers wegen Verunreinigung oder Korrosion praktisch ausgeschlossen ist.

Die Erfindung wird an Hand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsform erläutert.

Im Zylinder eines nicht dargestellten Dieselmotors ist ein Einspritzventil 1 angeordnet, in dessen Gehäuse 2 eine Ventilnadel 3 dichtend geführt ist. Die Ventilnadel 3 versperrt mit ihrem konischen Teil 4, der mit einem Ventilsitz 5 zusammenwirkt, den Zufluß des Brennstoffes zu Einspritzbohrungen 6. Am unteren Ende der Ventilnadel 3 befindet sich im Gehäuse 2 ein Hohlraum 7, der mit einer Bohrung 8 verbunden ist, die an eine Leitung 9 des Einspritzsystems angeschlossen ist. Die Leitung 9 ist mit einem in der Nähe des Einspritzventils angeordneten Speicherraum V versehen. Das obere Ende der Ventimadel 3 ist von einem im Gehäuse 2 ausgebildeten Hohlraum 10 umgeben, der durch eine Bohrung 11 an eine Steuerleitung 12 eines hydraulischen Steuersystems angeschlossen ist. Ein verjüngtes Ende 13 der Ventilnadel 3 dient zusammen mit der entsprechenden Wand des Hohlraumes 10 der Begrenzung des Hubes der Ventilnadel 3.

Die Leitung 9 ist zusammen mit weiteren Leitungen 9, die zu den Einspritzventilen weiterer Zylinder führen, an eine Druckleitung 14 einer Brennstoffpumpe 15 angeschlossen. Zwischen der Steuerleitung 12 und der Druckleitung 14 befindet sich ein Steuerorgan 16, welches zur Steuerung des Einspritzvorganges wahlweise die Steuerleitung 12 mit der Druckleitung 14 verbindet oder die Druckleitung 14 verschließt und die Steuerleitung 12 an eine Leitung 17 anschließt, die in einen Brennstoffbehälter 18, aus welchem die Brennstoffpumpe 15 ansaugt, zurückführt.

Das Steuerorgan 16, dessen konstruktive Ausbildung nicht Gegenstand der Erfindung ist, ist aus Anschaulichkeitsgründen nur schematisch dargestellt. Dieses ist durch einen Antrieb A mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden. Durch einen Hebel β ist ein Schieberkörper im Steuerorgan in axialer Richtung verstellbar, wodurch die Dauer der Verbin-

dung der Steuerleitung 12 mit der Leitung 17 und damit die Öffnungszeit der Ventilnadel 3 und die zur Einspritzung gelangende Menge des Brennstoffes verändert werden kann. Schließlich ist noch ein Einstellorgan T vorgesehen, durch welches der gesamte Einspritzvorgang relativ zur Stellung der Kurbelwelle verlagert werden kann.

Aus der Druckleitung 14 der Brennstoffpumpe 15 gelangt der geförderte Brennstoff einerseits durch die Leitung 9 und die Bohrung 8 in den Hohlraum 7 des Einspritzventils und andererseits bei durchgehender Verbindung durch das Steuerorgan 16 durch die Steuerleitung 12 und die Bohrung 11 in den Hohlraum 10 des Einspritzventils. Bei der dargestellten Anordnung wird bei gleichen Drücken in den Hohlräumen 7 und 10 die Ventilnadel 3 gegen den Ventilsitz 5 gedrückt und verhindert somit das Ausströmen von Brennstoff durch die Einspritzbohrungen 6. Sobald jedoch zur Auslösung des Einspritzvorganges durch das Steuerorgan 16 die Steuerleitung 12 und die Leitung 17 miteinander verbunden werden, sinkt der Druck im Hohlraum 10 des Einspritzventils, und die Ventilnadel 3 wird so lange angehoben, bis durch Verbindung der Steuerleitung 12 und der Druckleitung 14 im Hohlraum 10 wieder der Druck der Druckleitung 14 herrscht.

Die Brennstoffpumpe 15 enthält in einem Pumpengehäuse 18' einen Doppelkolben 19, der in einer Bohrung im Pumpengehäuse 18' geführt ist und mit dieser zwei Pumpenräume 20 und 21 bildet. Jeder der Pumpenräume ist mit einem Saugventil 22 und einem Druckventil 23 versehen. Die Saugventile 22 sind an eine Saugleitung 24 angeschlossen, die Druckventile 23 an die Druckleitung 14.

In der Mitte ist der Doppelkolben 19 mit einem Kolben 25 mit größerem Durchmesser versehen, der in einer Bohrung im Pumpengehäuse 18' geführt ist und mit dieser zwei Zylinderräume 26 und 27 bildet. Die Zylinderräume 20 und 26 bzw. 21 und 27 sind voneinander durch Dichtungen 28 getrennt, neben denen sich seitlich Nuten 29 und 30 im Gehäuse befinden, die je an getrennte Abströmleitungen 31 bzw. 32 angeschlossen sind.

Die Zylinderräume 26 und 27 sind durch Leitungen 33 und 34 an einen Steuerschieber 35 angeschlossen, dessen Rotor 35' diese Leitungen periodisch abwechselnd entweder mit einer Leitung 36 verbindet, welche Drucköl aus dem Schmiersystem unter Druck führt, oder an eine Abströmleitung 37, die in den Schmierölbehälter führt. In der Leitung 36 befindet sich ein Druckregler 38, der an eine Schmierölleitung 39 angeschlossen ist, die von einer z. B. fremdangetriebenen Schmierölpumpe 40 mit Schmieröl unter Druck versorgt wird.

Der Rotor 35' des Steuerschiebers 35 kann seinen Antrieb von einem beliebigen rotierenden Antriebsorgan erhalten, welches rotiert, wenn die Brennkraftmaschine in Betrieb ist. Wenn, wie dies bei größeren Kolbenbrennkraftmaschinen der Fall ist, die Schmierölpumpe 40 mit einem besonderen, von der Brennkraftmaschine unabhängigen Antriebsmotor versehen ist, so erfolgt vorzugsweise der Antrieb des Rotors 35' von diesem Motor bzw. von der Schmierölpumpe 40. Wenn die Schmierölpumpe 40 Drucköl liefert und der Rotor 35' rotiert, so wird abwechselnd einer der Zylinderräume 26 und 27 der Brennstoffpumpe 15 unter Druck gesetzt und der andere an die Abströmleitung 37 des Schmieröles angeschlossen.

Dies hat eine axiale Krafteinwirkung auf den Kolben 25 und damit auch auf den Doppelkolben 19 zur Folge, welche je nach Bedarf größere oder kleinere Hübe mit einer Frequenz ausführen, die gleich der Drehzahl des Rotors 35' ist. Durch diese Hubbewe*· gungen wird Brennstoff aus dem Behälter 18 durch die Saugleitung 24 angesaugt und in die Druckleitung 14 gefördert. Der in der Druckleitung 14 auftretende Druck ist durch den in den Zylinderräumen 26, 27 wirkenden Druck des primären Druckmittels, nämlich des Schmieröles, gegeben. Dieser Druck wird am Druckregler 38 eingestellt. Die Hubbewegung der Kolben entspricht dabei der aus der Druckleitung entnommenen Brennstoffmenge. Wird kein Brennstoff abgenommen, so steigt der Druck in der Druckleitung 9 derart, daß die auf den Doppelkolben 19 wirkende Kraft von der auf den Kolben 25 wirkenden Kraft nicht mehr überwunden werden kann. In diesem Falle führt trotz wechselnder Beaufschlagung mit Drucköl der Kolben 25 zusammen mit dem Doppelkolben 19 keine Hubbewegung aus. Die Brennstoffpumpe führt somit Hübe mit einer Frequenz aus, die der Drehzahl des Rotors 35' des Steuerschiebers 35 entspricht. Die Größe dieser Hübe variiert dabei entsprechend der abgenommenen Brennstoffmenge.

Die Nuten 29 und 30 im Pumpengehäuse 18' dienen zur Entlastung der Dichtungen 28 und tragen dadurch zur einwandfreien Trennung der beiden wirkenden Medien, des Brennstoffes und des Schmieröles, bei.

Ein besonderer Vorteil der Brennstoffpumpe besteht darin, daß sie unabhängig am Motor angeordnet werden kann, da sie nur mit einigen Rohrleitungen angeschlossen wird und keines mechanischen Antriebes vom Motor bedarf und auch keine mechanische Verbindung zwischen der Schmierölpumpe und der Steuerung der Brennstoffpumpe benötigt.

Obwohl die Erfindung an Hand einer Kolbenpumpe beschrieben wurde, die als Druckumsetzer wirkt, ist es prinzipiell möglich, auch andere Druckumsetzer zu verwenden. So ist z. B. eine Kombination eines hydraulischen Motors mit einer Pumpe denkbar, die aus Zahnrädern nach der Art der Zahnradpumpe bestehen können.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Brennstoffeinspritzeinrichtung für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Brennstoffpumpe, einem Speicherraum und an diesen angeschlossenen, in den Arbeitszylindern angeordneten Einspritzventilen, die durch eine besondere, die Einspritzdauer und den Einspritzbeginn regelnde Einrichtung steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Brennstoffpumpe (15) als Druckumsetzer ausgebildet ist, welcher von einem Druckmittel mit niedrigerem Druck als dem Einspritzdruck angetrieben wird, wobei an die Leitung des Druckmittels mit niedrigerem Druck ein Druckregler (38) angeschlossen ist und eine Vorrichtung vorgesehen ist zur Konstanthaltung des Druckes in der zu den Einspritzventilen führenden Leitung und daß die Vorrichtung aus dem Druckregler (38) und dem Speicherraum (V) besteht.

2. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel mit niedrigerem Druck das Schmieröl aus dem Schmiersystem der Maschine ist.

3. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise als Druckumsetzer eine Kolbenpumpe dient, die zwei koaxiale in entgegengesetzter Richtung in entsprechenden Zylinderräumen wirkende Kolben aufweist, die in ihrem mittleren Bereich mit einem Antriebskolben mit größerem Durchmesser versehen sind, zu dessen beiden Seiten sich Zylinderräume befinden, in welche das Druckmittel mit niedrigerem Druck durch ein Steuerorgan eingeführt werden kann, welches den Zylinderraum abwechselnd an die Leitung mit dem Druckmittel und darauf an die Leitung mit niedrigerem Druck anschließt.

4. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Steuerorgan ein mit einem besonderen Antrieb versehener Drehschieber ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen