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Kraftstoff-Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit
innerer Gemischbildung.
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Es sind zur Zeit zwei Haupt-Bauarten von Kraftstoff-Einspritzpumpen
für Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung im Gebrauch. Bei der ersten von
ihnen hat der Kolben eine Nut, so daß das Ende des Kraftstoff-Druckhubes je nach
der Last der Maschine geändert werden kann. Bei der zweiten ist, während der Kolben
eine stets gleichbleibende Kraftstoffmenge fördert, ein Steuerventil für das Einstellen
der
Kraftstoff-Überströmung durch den Drehzahlregler der Maschine in der Kraftstoff-Druckleitung
angeordnet, so daß die gewünschte Kraftstoffmenge bemessen und gefördert werden
kann.
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- Jede dieser beiden Kraftstoffeinspritz-Einrichtungen hat einige
Nachteile. Bei der erstgenannten wird ein Kraftstoff-Zuflußkanal in der Zylinderbuchse
von einer im Kolben angeordneten Nut geöffnet und geschlossen, so daß der Druck
auf den Kraftstoff ganz plötzlich beginnt und ganz plötzlich aufhört. Bei der zweitgenannten
ist das Steuerventil für die Veränderung des Ausmaßes der Drosselung in seiner Bauart
recht verwickelt, und die richtige, zur Last der Maschine passende Kraftstoffmenge
läßt sich, wenn die Maschinendrehzahl ansteigt, nur schwer drosseln und auf die
richtige Menge einstellen.
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Diese Erfindung beseitigt die genannten Nachteile der früheren Technik,
behält aber die Wesensmerkmale der Kraftstoff-Einspritzpumpen der beiden oben genannten
Bauarten bei.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoff-Einspritzpumpe
für eine Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung zu schaffen, welche Steuerung
der Kraftstoff-Förderung durch Ändern der Kraftstoff-Überströmung je nach der Drehzahl
und nach der Last der Maschine während der Kraftstoff-Förderung ermöglicht.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung ist, die den Kraftstoff zerstäubende
Kraft dadurch zu erhöhen, daß in der vom Druckventil zum Einspritzventil führenden
Kraftstoff-Druc kleitung eine Schwingungssteuerungs-Kammer von größerem Querschnitt
angeordnet ist und somit
bei niedriger Maschinendrehzahl der Druck,
mit dem der Kraftstoff gefördert wird, erhöht wird.
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Eine weitere Erfindungsaufgabe ist, die Leistung der Maschine dadurch
zu verbessern, daß die Kraftstoffeinspritz-Geschwindigkeit (die Menge des in der
Zeiteinheit während der Einspritzdauer geförderten Kraftstoffes) je nach der Last
der Maschine geändert wird.
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Und eine Erfindungsaufgabe besteht schließlich noch darin, die Zeit
der Kraftstoffeinspritzung dadurch zu ändern, daß das Ende und/oder der Beginn des
Druckes auf den Kraftstoff je nach der Drehzahl der Maschine geändert wird.
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Die hervorragenden Merkmale der Erfindung seien kurz zusammengefaßt.
An einer Seite des Kolbens der Kraftstoff-Einspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine
mit innerer Gemischbildung, der in der Zylinderbuchse in Richtung seiner Achse gleitend
verschiebbar und um seine Achse drehbar angeordnet ist, so daß er, wenn sich axial
bewegend, Kraftstoff zur Maschine fördert, ist eine Steuernut angeordnet. Diese
Steuernut ist durch eine axiale Bohrung des Kolbens mit der oberen Stirnfläche des
Kolbens verbunden. Die Zylinderbuchse ist mit einem Überströmkanal und mit einem
Ansaugkanal versehen. Die zur Maschine geförderte Kraftstoffmenge kann nach Wunsch
bemessen werden durch Ändern der Querschnittsfläche und der Zeit, zu der die Steuernut
oder Steueröffnung in Verbindung mit dem Überströmkanal gebracht und somit die überströmende
Kraftstoffmenge geändert wird. In der Kraftstoff-Druckleitung zwischen dem Druckventil
der Pumpe und dem Kraftstoff-Einspritzventil ist eine Schwingungssteuerungs-Karnmer
von größerem Querschnitt angeordnet; durch sie werden
die Druckstöße
des von der Pumpe geförderten, durch die Schwingung ssteuerungs-Kam m er fließenden
schwingenden Kraftstoffstromes verstärkt und verlängert.
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Die Erfindung gibt also eine Kraftstoff-Einspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine
mit innerer Gemischbildung an, bei der in einer Zylinderbuchse ein Kolben axial
gleitend verschiebbar und um seine Achse drehbar angeordnet und die Zylinderbuchse
mit einem Ansaugkanal und einem Überströmkanal versehen ist. Im Kolben ist eine
Steuerungsnut angeordnet, die durch eine Bohrung des Kolbens mit der oberen Stirnfläche
des Kolbens verbunden ist, so daß die zur Maschine zu fördernde Kraftstoffmenge
je nach der Last der Maschine nach Wunsch bemessen werden kann, indem die Querschnittsfläche
und die Zeit, zu der die Steuernut in Verbindung mit dem Überströmkanal gebracht
wird, geändert und somit die überströmende Kraftstoffmenge geändert wird. In der
vom Druckventil der Pumpe zum Kraftstoff-Einspritzventil führenden Druckleitung
ist eine Schwingungssteuerungs-Kammer von größerem Querschnitt angeordnet, durch
welche die Druckstöße des von der Pumpe geförderten, durch die Schwingungssteuerungs-Kammer
fließenden schwingenden Kraftstoffstromes verstärkt und verlängert werden.
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Weitere und zusätzliche Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden
aus der hier folgenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen
ersichtlich. Diese zeigen in Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch die Kraftstoff-Einspritzpumpe
für eine Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung, die eine Ausführungsform
der Erfindung aufweist,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II
der Fig. 1, Fig. 3 A bis Fig. 3 C schematische Ansichten zur Erläuterung der Arbeitsweise
der Pumpe, Fig. 4 einen senkrechten Schnitt vergrößerten Maßstabes durch wesentliche
Teile der in Fig. 1 gezeigten Pumpe, Fig. 5 eine schematische Ansicht größeren Maßstabes
zur Erläuterung der Arbeitsweise der Pumpe, Fig. 6 ein Diagramm der Schwingungen
der von der Pumpe durch die Kraftstoff-Druckleitung geförderten Kraftstoffm~Jnge,
Fig. 7 ein Diagramm der den Kraftstoff zerstäubenden Kräfte, und zwar Fig. 7A für
die bekannte Bauart, Fig. 7 B für die erfindungsgemäße; Bauart und Fig. 7 C einen
Vergleich der kraftstoff-zerstäubenden Kraf+ der erfindungsgemäßen Pumpe mit derjenigen
der früheren Bauart, Fig. 8 ein Diagramm der Kraftstoffeinspritz-Geschwindigkeit,
und Fig. 9 eine Ansicht des in mehrere Teile geteilten Überströmkanals.
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Zunächst wird die in Fig. 1 bis Fig. 9 gezeigte Ausführungsform der
Erfindung beschrieben. In einem Pumpengehäuse 1 ist eine Zylinderbuchse 2 und in
dieser ist ein Kolben 3, in Richtung seiner Achse verschiebbar und um seine Achse
drehbar, angeordnet. Über der Zylindgbuchse
2 ist eine Druckventilkugel
4 in einer Druckventilführung 5 angeordnet, die ins Pumpengehäuse 1 mittels einer
Rohrverschraubung 6 eingesetzt ist.
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Die Zylinderbuchse 2 ist mit einem Ansaugkanal 8 und mit einem kreisförmig
profilierten Überströmkanal 9 versehen, die beide mit einem Kraftstoff-Vorratsraum
7 verbunden sind. Eine Öffnung 9 des Überströmkanals 9 ist elliptisch geformt, wie
in Fig. 3 in schematischer Ansicht dargestellt. Der Kolben 3 weist eine Bohrung
11 auf, die sich in ihm von seiner oberen Stirnfläche 10 an erstreckt und sich an
seiner Außenumfangsfläche öffnet und die eine Verbindung zwischen der oberen Stirnfläche
10 und einer Steuanut 12 aufrechterhalten kann, welche im Kolben 3 rechtwinklig
zur Kolbenachse 0 angeordnet ist. Zwischen der Ventilkugel 4 und einem Ventilfeder-Sitz
13 ist eine Ventilfeder 14 angeordnet, welche die Ventilkugel niederdrückt.
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Zwischen den Kraftstoff-Durchflußkanälen 16 und 17 ist eine Schwingungssteuerungs-Kam
mer 15 von größerem <2uerschnitt als demjenigen dieser Kanäle 16, 17 angeordnet.
Zu einem Kraftstoffeinspritzventil 18 führt eine Kraftstoff-Hochdruckleitung 19.
Mit 20 ist ein Kraftstoffdruckraum bezeichnet. Der Kolben 3 kann durch eine Nockenscheibe
oder durch eine andere bekannte geeignete Vorrichtung gleitend hin- und herbewegt
und ferner durch eine aus Zahnstange und Zahnrad bestehende oder durch eine andere
geeignete bekannte Vorrichtung gedreht werden.
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Fig. 3 A zeigt den Pumpenkolben 3 in der Stellung für Einspritzmenge
Null; in dieser Stellung wird die Steuernut 12 während des ganzen
Hubes
des Kolbens 3 ständig in Verbindung mit der Öffnung 9 gehalten, so daß kein Kraftstoff
gefördert wird. Wenn der Kolben 3 in die in Fig. 3 B gezeigte Stellung - das ist
die Stellung bei Halblast der Maschine - gedreht wird, dann findet Druck auf den
Kraftstoff und Förderung von Kraftstoff in die Druckleitung nur während eines Teiles
e des Kolbenhubes, nämlich ehe die Steuernut 12 m Verbindung mit der Öffnung 9'
kommt, aber nicht mehr während des iibrigen Teiles L des Kolbenhubes statt. Während
dieses übrigen Kolben Hubteiles L nimmt der mit der Öffnung 91 kommunizierende Teil
des Querschnittes der Steuernut 12 allmählich zu, da infolge der Aufwärtsbewegung
des Kolbens 3 die Steuernut 12 und die Öffnung 91 sich überlappen. So hört der Kraftstoffdruck
allmählich auf. Wenn der Kolben in die in Fig. 3C gezeigte Stellung,- das ist diejenige
für Vollast, gedreht wird, dann wird der sich mit der Öffnung 9' überlappende Teil
des Querschnitts der Steuernut 12 verringert, so daß während des größeren Teiles
des Hubes des Kolbens der Kraftstoff Druck erhält und in die Druckleitung gefördert
wird Durch dieses Drehen des Kolbens 3 je nach der Last der Maschine kann man die
überströmende Kraftstoffmenge und die geförderte Kraftstoffmenge nach Wunsch bemessen,
so daß stets die richtige Kraftstoffmenge durch das Einspritzventil eingespritzt
werden kann.
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Fig. 4 und 5 zeigen, daß die Steuernut 12 mit dem Überströmkanal
9 zumindest dann verbunden ist, wenn der Druck auf den Kraftstoff beginnt, d. h.
der Kolben 3 in seiner Stellung für Einspritzmenge Null steht. Dank dieser Anordnung
kann Verzögerung der Kraftstoff-Uberströmung in einer Pumpe derjenigen Art, bei
welcher das Überströmen des Kraftstoffes gedrosselt wird, selbst dann, wenn die
Geschwindigkeit
des Kolbens hoch wird, vermieden und somit Betrieb
mit Einspritzmenge Null erreicht werden. Das heißt: Die Steuernut 12 wird in Verbindung
mit dem Überströmkanal 9 gebracht, damit Druck auf den Kraftstoff bei Beginn des
Druckhubes, wenn der Ansaugkanal 8 vom oberen Ende des Kolbens 3 in dessen Stellung
für Einspritzmenge Null verschlossen wird, verhindert wird. Dies ergibt Verbesserungen
der Pumpen diese Art, so daß Durchtritt kleiner Kraftstoffmengen in die Kraftstoff-Druckleitung
infolge Verzögerung des Kraftstoff-Überströmens selbst dann nicht eintreten kann,
wenn die Kolbengeschwindigkeit sehr groß ist. Wenn der Kolben 3 in eine Stellung
für große Last gedreht wird, dann wird Druck auf den Kraftstoff ausgeübt, bis die
Steuernut 12 in Verbindung mit dem Überströmkanal 9 kommt. Es ist zu beachten, daß,
wenn die Kolbengeschwindigkeit ansteigt, Verzögerung des Kraftstoff-Überströmens
eintritt und die Kolbenstellung, bei welcher Kraftstoff überzuströmen beginnt, sich
von der Kante des Überströmkanals 9 aufwärts in eine Stellung P (s. Fig. 5) verschiebt,
so daß das Überströmen von Kraftstoff in Wirklichkeit erst in dieser Stellung P
beginnt.
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Nun soll anhand der Fig. 6 und 7 ein anderes Merkmal der Erfindung
beschrieben werden, nämlich die Anordnung der Schwingungs-Steuerungs-Kammer 15.
In demjenigen Augenblick, in dem die Maschine angefahren wird, ist die Kolbengeschwindigkeit
sehr gering. In diesem Augenblick hat der Kraftstoff, der durch das Druckventil
in die Kraftstoff-Druckleitung alter Art, welche keine Schwingungs-Steuerungs-Kammer,
sondern konstanten Querschnitt hat, einen Druck, bei dem die Druckstöße des schwingenden
Kraftstoffstromes weich und von kurzer Dauer sind, wie in Fig. 6 mit gestrichelter
Linie dargestellt.
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Da die Schwingung der Kraftstoff-Förderung zum Einspritzventil so
ist,
wie oben beschrieben, ist die den Kraftstoff zerstäubende
Kraft (das ist diejenige Kraft, die den Kraftstoff zerstäubt, wenn er durch das
Einspritzventil strömt) gering, und die Maschine zeigt daher schlechtes Anfahrverhalten.
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Dieser Nachteil kann vermieden und das Anfahrverhalten der Maschine
kann verbessert werden, wenn die Schwingungssteuerungs-Kammer 15 vorgesehen wird,
welche die Druckstöße des schwingenden Kraftstoffstromes zu verstärken und ihre
Dauer zu verlängern ermöglicht, wie in Fig. 6 durch volle Linien dargestellt. Daher
hat die Kraftstoff-Förderung zum Einspritzventil höheren Druck als bei der früheren
Technik, und daher wird die Kraft, mit der der Kraftstoff beim Durchgang durch das
Einspritzventil zerstäubt wird, vergrößert.
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Fig. 7A ist ein Diagramm, das den Hub des Kraftstoffeinspritzventils,
die den Kraftstoff zerstäubende Kraft und den in der Kraftstoff-Druckleitung früherer
Art herrschenden Druck zeigt; Fig. 7 B ist ein Diagramm der entsprechenden Werte,
die mit der erfindungsgemäßen Pumpe erreicht werden; Fig. 7 C zeigt einen Vergleich
der den Kraftstoff zerstäubenden Kraft bei einer erfindungsgemäßen und bei einer
herkömmlichen Pumpe. Durch Vergrößerung der kraftstoffzerstäubenden Kraft auf diese
Weise wird der mittels der erfindungsgemäßen Pumpe in die Maschine eingespritzte
Kraftstoff mit der angesaugten Luft gut gemischt und dadurch das Anfahren der Maschine
erleichtert. Die Anordnung der Schwingungssteuerungs-Karnrner 15 bewirkt auch eine
Dämpfung der Druckwellen, die sonst vom Einspritzventil zur Einspritzpumpe zurückwandern
würden, so daß Nacheinspritzen, welches sonst durch die Wirkung solcher Druckwellen
auf den Kraftstoff entstehen würde, verhindert werden kann.
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Fig. 8 zeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Pumpe die Geschwindigkeit
der Kraftstoff-Einspritzung verändert werden kann.
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Bei einer herkömmlichen Pumpe der ersten der beiden eingangs genannten
Bauarten ist die Einspritzgeschwindigkeit, wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt,
immer und ohne Anpassung an die Last der Maschine gleichbleibend, weil die während
des Druckhubes geförderte Kraftstoffmenge nicht durch Überströmen gesteuert wird.
Bei einer Pumpe mit solcher erwähnten Einspritzgeschwindigkeit ist eine Senkung
des in den Zylindern der Maschine entstehenden Druckmaximums, die in den letzten
Jahren mehr und mehr gefordert worden ist, nicht möglich. Die Verbrennung beginnt
bei solcher Maschine augenblicklich; infolgedessen wird die Lebensdauer der Maschine
verkürze.
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Dagegen kann durch Anordnen von Mitteln zu wirksamer Kraftstoff-Zumessung
mittels Überströmens während der Kraftstoff-Förderung zur Maschine die Kraftstoffeinspritz-Geschwindigkeit
erfindungsgemäß verändert werden, wiein Fig. 8 in vollen Linien gezeichnet; dort
stellen die Linien A, B und C die Kraftstoffeinspritz-Geschwindigkeit bei kleiner
bzw. bei mittlerer bzw. bei großer Last dar. Wie ersichtlich, ist die Einspritzgeschwindigkeit
bei allen Lasten in den Anfangsphasen des Einspritzens niedriger und in den Endphasen
höher. Die Kraftstoffeinspritz-Geschwindigkeit der Pumpe dieser Bauart läßt sich
nach Wunsch verändern, indem die Stellung, in welcher die Steuernut 12 in Verbindung
mit dem Überströmkanal 9 kommt, verändert wird Man kann jede beliebige Maschine
mit einer Pumpe der für sie bestgeeigneten Art ausstatten durch bloßes Ändern der
Relativstellung von Zylinderbuchse 2 und Kolben 3. Die Erfindung führt so zu einer
Senkung des Höchstdruckes in der Maschine, zu
längerer Lebensdauer
der Maschine und zu besserem Wirkungsgrad der Verbrennung.
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Fig. 9 zeigt, daß die Relativstellungen des Kolbens 3 und der Zylinderbuchse
2 veränderlich sind. Wie ersichtlich, ist der Überströmkanal in mehrere Teile W,
X; Y und Z geteilt; jeder beliebige Teil kann nach Wunsch für das Zumessen benutzt
werden. Bei dieser Ausführungsform dienen die Teile W und X dazu, das Überströmen
von Kraftstoff am Ende des Druckhubes zu bemessen, und die Teile Y und Z dazu, dasselbe
am Beginn des Druckhubes zu tun.
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Von diesen Teilen können einer zur Zeit oder mehrere gleichzeitig
benutzt werden. Dank dieser Anordnung lassen sich der Kolbenhub verringern und die
Kolbengeschwindigkeit vergrößern und gleichzeitig der Zeitpunkt für den Beginn der
Kraftstoff-Förderung oder für deren Ende passend für die Verwendung, zu der die
Maschine dienen soll, gestalten.
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Die Erfindung ermöglicht, Kraftstoff zu fördern und gleichzeitig
einen Teil des Kraftstoffes überströmen zu lassen. Diese Eigenschaft ermöglicht,
plötzlichen Anstieg des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffdruckleitung, wie er bei
Benutzung einer Pumpe von der ersten'der beiden eingangs genannten Arten vorkommt,
zu verhindern, so daß die Notwendigkeit, Kraftstoff aus der Kraftstoff-Druckleitung
zurückzusaugen, entfällt. Dies führt zu geringeren Kosten, da nur ein Ventil einfacher
Bauart wie z. B. ein einfachstes Rückschlagventil anstatt eines Ventils von verwickelter
Bauart wie z. B. eines mit einem Entlastungskolben versehenen Rücksauge-Ventils
nötig ist.