DE451249C - Regelbare Brennstoffpumpe mit UEberlaufventil fuer Brennkraftmaschinen mit luftloser Einspritzung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 24. OKTOBER 1927

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46 b² GRUPPE 16

1 2856η Il4<3b^& Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 6. Oktober 192J.

Ingersoll-Rand Company in New York, V. St A.

Regelbare Brennstoffpumpe mit Überlaufventil für Brennkraftmaschinen
mit luftloser Einspritzung.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Juli 1926 ab.

Die Erfindung betrifft eine regelbare Brenn- 1 pressionshubes und vor dem Kompressionstot-

stoffpumpe mit Überlaufventil für Brennkraft- 1 punkt erfolgt und die Zündung durch, die Kom-

maschinen mit luftloser Einspritzung und ist be- I pression einer Mischung von Luft und einge-

sonders für solche Maschinen bestimmt, bei spritztem Brennstoff hervorgerufen wird. Die

denen der ganze oder wenigstens der größte Teil Erfindung besteht darin, daß die Einstellung

der Brennstoffeinspritzung während des Korn- ' von Hubhöhe und Phase des Brennstoffüber-

laufventils durch, einen einzigen zweiarmigen Hebel erfolgt, dessen Drehpunkt längs des Hebels verschiebbar angeordnet ist und beim Maschinenlauf beliebig geändert werden kann, während mit dem Ventilsitz des Auslaßventils ein nach oben konisch sich verjüngender Schaft zusammenarbeitet. Hierdurch wird eine sich allmählich erweiternde Öffnung gebildet, so daß der Durchtrittsquerschnitt zum Überlauf hin ίο mit der Hubhöhe des Ventilsitzes veränderlich wird. Die Verschiebung des Drehpunktes erfolgt mittels eines schwingenden Steuerarmes sowohl durch den Regler als auch von Hand. Die Regelvorrichtung ist mittels dieses Steuerarmes ausschaltbar, derart, daß bei Vollast der verschiebbare Drehpunkt ständig außer Berührung mit dem zweiarmigen Hebel gebracht und zwecks Herbeiführung des Stillstandes durch denselben Hebel das Überlaufventil voll geöffnet werden kann.

In der Zeichnung stellen dar: Abb. ι einen Aufriß, teilweise im Schnitt, für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, Abb. 2 eine Seitenansicht, Abb. 3 einen senkrechten Schnitt durch die Brennstoffpumpe,

Abb. 4 die Nockenscheibe für die Pumpe, Abb. 5 eine Einzelheit,
Abb. 6 einen Schnitt durch den Regler und die Handsteuerung.

Die Zylinder ruhen auf einem gemeinsamen Fuß ι mit Kurbelgehäuse; jeder Zylinder besitzt einen mit Wassermantel versehenen Kompressionsraum 2, der mit dem Kolbenraum durch eine verengte öffnung 3 in Verbindung steht und gegeneinandergerichtete Düsen 4 enthält. Die Düsen liegen an gegenüberhegenden Enden des rechteckigen Verbrennungsraumes und sind so angeordnet, daß ihre Strahlen aufeinanderprallen. Die Düsen haben gleiche Bauart und führen den Brennstoff in einem fein zerstäubten Zustand ohne Luft ein; jede Düse enthält ein kleines, federbelastetes Rückschlagventil 5, das sich in der Richtung des Brenn-Stoffstromes Öffnet und sich schnell gegen den in dem Verbrennungsraum herrschenden Rückdruck schließt. Bei einer Viertaktmaschine ist der Verbrennungsraum mit Auspuff und Einlaßventilen versehen, die durch ein entsprechendes go Getriebe (nicht dargestellt) angetrieben werden. Die beiden Einspritzventile eines jeden Zylinders sind an das Speiserohr 6 einer Brennstoffpumpe 7 angeschlossen. Für jeden Zylinder ist eine Pumpe vorgesehen, alle Pumpen sitzen auf dem Kurbelgehäuse unmittelbar über der Kurbelwelle 8, welche die Pumpen unmittelbar vor der Steuerwelle 9 antreibt. Diese steuert die Brennstoffzufuhr. Beide Wellen sind allen Zylindern der Maschine gemeinsam. Die Kurbelwelle 8 ist innerhalb des Kurbelgehäuses gelagert und wird von der Kurbelwelle in beliebiger Weise angetrieben; sie ist zu sehen durch die zugängliche Öffnung (Abb. 1), von der die Deckplatte 10 (Abb. 2) entfernt worden ist. Die Steuerwelle 9 ist erne schwingende Welle, welche außen am Kurbelgehäuse gelagert ist und an einer geeigneten Stelle mit dem Regler 11 und auch mit der Handsteuerung 12 verbunden ist. Die Steuerung kann die Brennstoffabgabe von allen Pumpen gleichzeitig regeln und so die Geschwindigkeit der Maschine überwachen. Der Regler wird durch Kegelräder von der Kurbelwelle 8 angetrieben.

Jede Brennstoffpumpe enthält einen Kolben 13, der von einer Feder 14 und von einer Stange 15 mittels einer Nockenscheibe 16 der Welle 8 und einer Rolle angetrieben wird.

Die Pumpe und ihr Antrieb kann beliebig gewählt werden; sie muß aber für die Speisung des Brennstoffes bei einem Druck von einigen tausend Kilogramm gebaut sein, um die feine Zerstäubung an den Düsen hervorzurufen. Sie ist mit einem Handhebel 17 ausgestattet, wenn sie von Hand betrieben werden soll; eine Stellschraube 17^s dient als einstellbarer Anschlag für den Handhebel und zur Begrenzung des Saughubes des Kolbens. Die Pumpe saugt den Brennstoff durch ein Ventil 18 an und gibt ihn durch ein Ventil 19 in die Kammer 20 ab, von wo etwas Brennstoff in das Speiserohr 6 gelangt, das zu den Düsen führt; der Rest strömt durch ein Überlaufventil 21 in ein Überlaufrohr 22, das ihn zu der Speisequelle zurückführt. Das Überlaufventil wird bei der dargestellten Ausführungsform durch dieselbe Feder auf seinen Sitz gedrückt, welche das Auslaßventil 19 auf seinen Sitz drückt; es wird durch einen Hebel 23 geöffnet, der seinen Drehpunkt auf einer Rolle 24 hat und durch Gelenke mit einer Stoßstange 25 verbunden ist. Die Stoßstange ist an ihrem oberen Ende in einem festen Lager 26 gleitend gelagert, am unteren Ende an einem Arm 27 befestigt, der mit der Stange 15 oder einem anderen Teil des Antriebes des Pumpenkolbens verbunden ist, der in der gleichen Phase arbeitet, so daß der Hebel 23 um seinen Drehpunkt 24 geschwungen wird und bei jedem Pümpenhub das Überlaufventil öffnet. Die Länge der Stoßstange 25 ist durch Schraubengewinde und Mutter einstellbar. no

Wenn das Auslaß- oder Überlaufventil bei dem Pumpenhub zeitig geöffnet wird, dann wird wenig Brennstoff durch das Rohr 6 an die Düsen gelangen, weil der größte Teil des Brennstoffes einen leichten Auslaß hinter dem Überlaufventil zu dem Überlaufrohr 22 findet; wenn es später geöffnet wird, dann werden entsprechend größere Mengen den Einspritzdüsen zugeführt. Die Änderung in der Zeit der Eröffnung des Auslaßventils steuert daher die Menge der ein- iao gespritzten Ladung, und beim Betrieb wird diese Änderung dadurch hervorgerufen, daß die Lage

der Hebeldrehpunktrolle längs des Ventilhebels 23 verschoben wird; zu diesem Zweck ist. die Rolle auf dem schwingenden Arm 28 gelagert, der fest auf der Reglerwelle 9 sitzt und von ihr angetrieben wird. In dem Antrieb zwischen dem Pumpenkolben und dem Auslaßventil ist ein gewisser Leergang vorgesehen; beim dargestellten Falle liegt er zwischen der oberen gekrümmten Fläche des Hebels 23 und seinem Drehpunkt 24. Wenn die Stange 15 den Pumpenhub ausführt, dann macht der Hebel 23 die Bewegung, bei welcher er das Ausflußventil öffnet, nur nachdem seine obere Fläche die Rolle 24 berührt hat; die Fläche berührt die Rolle früher oder später, je nachdem die Rolle nahe oder fern von der gelenkigen Verbindung mit der Stoßstange 25 liegt, so daß die Winkellage der schwingenden Welle 9 und ihrer Arme 28 die Größe der Ladungen steuert, welche in jeden Zylinder der Maschine eingespritzt werden. Die obere Fläche des Hebels 23 ist gekrümmt zweckmäßig nach einem Bogen, dessen Radius gleich dem Steuerarm 28 ist; durch Einstellung der Anschlagschraube 29, mit welcher der Hebel das Ventil berührt, oder der Länge der Stoßstange 25 oder beider Teile kann die gekrümmte Fläche in jedes Verhältnis zu der Drehpunktrolle gebracht werden, so daß die Größe des Leerganges und infolgedessen die Zeit der Eröffnung des Auslaßventils jeder Pumpe für alle Stellungen der Rolle genau geregelt werden kann. Bei der Einstellung von geringen Lasten wird die Welle 9 so bewegt, daß sie alle Rollen 24 nahe den Stoßstangenenden ihrer Ventilhebel führt; in dieser Stellung werden die Auslaßventile frühzeitig bei dem Pumpenhub geöffnet (was die Abgabe von einer nur kleinen Brennstoffmenge an die Einspritzdüsen bedeutet); die Länge der Stoßstangen wird dann so eingestellt, daß jedem Zylinder die richtige Ladung unter jenem Belastungszustande zugeführt wird. Unter schwereren Lasten werden die Hebelrollen in Richtung auf die Auslaßventile verschoben, so daß diese später in dem Hub geöffnet werden, was die Abgabe einer entsprechend großen Brennstoffmenge bedeutet. Dann werden die Anschlagschrauben 29 so eingestellt, daß das Auslaßventil sich in dem richtigen Zeitpunkt unter dieser Bedingung öffnet und alle Zylinder in gleicher Weise gezündet werden. Wenn man der Oberfläche des Hebels 23 die geeignete Krümmung gibt und den wagerechten Winkel in der angegebenen Weise einstellt, dann ergibt sich der Zeitpunkt der Eröffnung der Auslaßventile für alle Drehpunktzwischenlagen oder -geschwindigkeiten aus den beiden Einstellungen, so daß alle Zylinder der Maschine während des ganzen Zeitraumes des Leerlaufes bis zur vollen Belastung gleichförmig arbeiten.

Der beschriebene Antrieb ermöglicht die Einstellungen für den Leerlauf und die Vollast in einer solchen Beziehung, daß auch die Zwischenbelastungszustände dementsprechend gesteuert werden; alle diese Einstellungen erzeugen eine äußerst angenäherte Gleichheit im Betriebe aller Zylinder, und der Antrieb kann für die verschiedenen Formen der Pumpensteuerung verwendet werden, obwohl seine Anwendung für das Auslaßventil und besonders für die dargestellte Ausführungsform besondere Vorteile bietet und bevorzugt wird.

Bei Einspritzmaschinen ohne Einführung von Luft, die unter wechselnder Belastung laufen, ist festgestellt worden, daß die Art und Weise, die Brennstoffeinspritzung zu bestimmen, d. h. den Überlaufweg von der Kammer 20 der Pumpe zu öffnen, einen wichtigen Einfluß auf die Art der Verbrennung ausübt. Bei schwereren Belastungen, also bei größeren Brennstofflagerungen, muß die Geschwindigkeit der Druckentlastung in der Kammer'verhältnismäßig langsam sein, bei kleineren Belastungen verhältnismäßig schnell, und diese Wirkung wird auch mit dem beschriebenen Antrieb erreicht; denn das Auslaßventil wird langsamer geöffnet (in bezug auf die Geschwindigkeit des Pumpenhubes), wenn die Rolle 24 in ihrer schweren Belastungsoder rechten Lage ist, als wenn sie in der Lage der geringeren Belastung ist. Außerdem ist festgestellt worden, daß die Eröffnungsgeschwindigkeit des Auslasses innerhalb bestimmter Grenzen der Größe der eingespritztenLadung angepaßt werden muß, um einen sanften Betrieb und einen reinen Auspuff unter wechselnden Belastungs- und Geschwindigkeitsbedingungen zu erzielen. Dieses wird erreicht durch geeignete Eröffnung des Auslaßweges mittels eines Hebelsystems, das äußerst feine Bewegungen einem kleinen Ventil von gewöhnlicher Bauart erteilt, welches das Auslaßventil bildet (amerikanische Patentschrift 1 508 722). Durch sorgfältig geregelte Bewegung wird der Druck in der Einspritzdüse auf einer solchen Höhe erhalten, daß ein fast augenblickliches Aufhören des Sprühregens ohne Nachtropfen eintritt und ohne daß Gase in die Düsen eintreten oder gebildet werden, so daß jede Einspritzung in Form eines fein zerstäubten Strahles erfolgt und sich der Einstellung der Pumpensteuerung zuverlässig anpaßt. Hierdurch wird die höchste Brennstoffersparnis erzielt, d. h. ein Wirkungsgrad bei niedriger Belastung, der sich fast demjenigen bei voller Belastung nähert. Die vorliegende Erfindung erreicht dieses Ziel ohne die Empfindlichkeit der Bauart, die früheren Einrichtungen anhaftet, und zwar indem man die Stange des Auslaßventils 21 mit einer Verjüngung versieht (Abb. 3); der größte Durchmesser der Verjüngung unmittelbar neben dem Ventilkopf bildet einen ziemlich dichten Anschluß an den Ventilsitz. Bei einer solchen Verjüngung äußert sich eine verhältnismäßig große Bewegung des

Auslaßventils in einer nur kleinen Änderung der wirksamen Querschnittsfläche der Auslaß öffnung, und bei entsprechender Gestaltung der Verjüngung der Ventilstange kann die Geschwindigkeit, mit welcher die öffnung verändert wird, leicht den grundsätzlichen Bedingungen angepaßt werden, und zwar mit einem sehr hohen Genauigkeitsgrade. Es ist nur ein einziger Hebel erforderlich, und das Ventil kann eine ziemlich ίο bedeutende Bewegung erhalten, so groß etwa wie der Pumpenkolben selbst, so daß die ganze Anordnung vereinfacht und die genaue Einstellung erleichtert wird. Wenn ein verjüngtes Entlastungs- oder Auslaßventil bei Reglungsvorrichtungen der beschriebenen Art angewendet wird, dann wird der Verjüngungswinkel dem Hebelverhältnis angepaßt, das durch den Hebel 23 und die Geschwindigkeit der von der Nockenscheibe bewegten Stange angepaßt ist. Bei anderen Systemen der Reglung des Brennstoffes durch die Pumpe wird die Gestaltung entsprechend abgeändert, so daß der Durchgangsquerschnitt des Auslasses geändert wird.

Die Hauptaufgabe des Auslaßventils besteht darin, dem von der Pumpe zugeführten Brennstoff einen Auslaß zu gewähren; jedoch kann die Erfindung auch andere Aufgaben erfüllen, z. B. auch die Aufgabe eines Einlaßventils für die Pumpe. Dem Ventil wird deshalb ein geeigneter Kopf gegeben, wie für den vollständigen Abschluß des Auslaßweges dargestellt ist.

Die Maschine hat einen Abschluß der Brennstoffzuführung, bestehend aus einem schrägen Finger 30, der als Nocken wirkt und an einen seitlichen Zapfen 31 auf dem Hebel 23 anschlägt und das Auslaßventil öffnet oder es offen hält, wenn der Steuerarm 28 in die äußerste Lage geschwungen wird in der Richtung, in welcher die Brennstoffeinspritzung vermindert wird. Diese Bewegung hat zur Folge, daß Brennstoff durch das Uberlaufrohr 22 von dem Volumen des vollen Pumpenhubes entweicht und kein Brennstoff den Einspritzdüsen zugeführt wird, so daß die Maschine stülsteht. Die Rolle 24 wird in der Arbeitsstellung auf ihrer Welle 32 gewöhnlich durch eine federnde Sperrung 33 gehalten, welche von Hand niedergepreßt werden kann, wenn man die Rolle längs des Zapfens gleiten lassen will außerhalb der Richtung des Hebels, so daß dieser seines Drehpunktes beraubt wird. Das Ventil wird dann nicht geöffnet, und die Pumpe gibt eine Höchstladung an den Maschinenzylinder ab.

Gemäß Abb. 6 äußert sich die Änderung der Lage der Reglerplatte 34 an der Feder mittels der Stoßstange 35 und des Winkelhebels 36 auf der Reglerwelle 9; diese schwingt und verschiebt die Lagen aller Rollen 24 entsprechend. Die Reglerwelle 9 wird von der Kurbel 12 gesteuert, deren Welle in eine Mutter 37 des Winkelhebels 38 eingeschraubt ist. Der Hebel 38 ist auf der Welle 9 gelagert und trägt eine Anschlagschraube 39 für einen Anschlag 40 des Hebels 36 oder einen anderen Teil der Steuerung. Die Rollen 24 können hierdurch in der Richtung verschoben werden, in welcher die Brennstoffeinspritzung verringert wird, was bis zu einem solchen Grade begrenzt werden kann, daß sie unter dem Druck der Feder zurückkehren. Ein Zeiger 41, der von der Steuerwelle 12 angetrieben wird, zeigt die Lage der Handkurbel an. In den Fällen, in welchen Regler nicht erforderlich sind, genügt eine einfache Handsteuerung auf der Welle 9 für alle Zwecke der Maschinenreglung; sie kann in üblicher Weise verriegelt und mit Umkehr- und Anlaßeinrichtungen versehen werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Regelbare Brennstoffpumpe mit Überlaufventil für Brennkraftmaschinen mit luftloser Einspritzung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung von Hubhöhe und Phase des Brennstoffüberlaufventils (21) durch einen einzigen zweiarmigen Hebel (23) erfolgt, dessen Drehpunkt längs des Hebels verschiebbar angeordnet ist und beim Maschinenlauf beliebig geändert werden kann, während mit dem Ventilsitz des Auslaßventils ein nach oben konisch sich verjüngender Schaft zusammenarbeitet, wodurch eine sich allmählich erweiternde Öff-

' nung gebildet wird, so daß der Durchtrittsquerschnitt zum Überlauf hin mit der Hubhöhe des Ventilsitzes veränderlich wird.

2. Brennstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Drehpunktes mittels eines schwingenden Steuerarmes (28) sowohl durch den Regler als auch von Hand erfolgen kann.

3. Brennstoffpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung mittels des Steuerarmes (28) ausschaltbar ist, derart, daß bei Vollast der verschiebbare Drehpunkt ständig außer Berührung mit dem zweiarmigen Hebel gebracht und zwecks Herbeiführung des Stillstandes durch denselben Hebel das Überlaufventil voll geöffnet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.