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Brennstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit
vom Brennstoff geöffnetein, druckbelastetem Einspritzventil und mit Füllungsspeicherung
des Brennstoffs Die Eirfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
für Verbrennungskraftmaschinen mit Vom Brennstoff geöffnetem, druckbelastetem Einspritzventil
und mit der Füllungsspeicherung des Brennstoffs, d. h. mit Abmessung der
jeweiligen Einspritzmenge vor der Speichervorrichtung durch die Brennstoffpumpe.
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' Die vorn Brennstoff geöffneten E inspritz-Ventile,
die mit einer unter Druck stehenden Speichervorrichtung zusammenarbeiten, haben
die Eigenschaft, daß die Einspritzung beendet ist, wenn der Druck in der Speichervorrichtung
so weit gesunken ist, daß die Brennstoffnadel im Gleichgewicht zwischen dem sinkenden
Brennstoffdruck und dem auf die Nadel, z. B. durch eine Belastungsfeder oder ein
anderesMittel, ausgefibten Druck schließt. Wenn nun bei Vollast eine große Brennstoffmenge
in einen gegebenen Speicherraum eingefüllt werden muß, in welchem die Leerlaufmenge
schon eine wirksame Drucksteigerung ergibt, so entstehen sehr hohe Drücke, was eine
entsprecUende Bemessung, z. B. der Belastungsfeder, notwendig macht. Die Erfindung
bezweckt, solche Überbemessungen zu verhindern und dafür zu sorgen, daß die Brennstoffeinspritzung
im Leerlauf nicht aussetzt und bei Vollast ein zu hoher Druckanstieg des Brennstoffs
vermieden wird. Die Erfindung besteht darin, daß bei zunehmender Belastung die Elastizität
der Speichervorrichtung in dem Sinne geändert wird, daß das Verhältnis zwischen
der Druckzunahme des Brennstoffs im Speicherrauin und der Speichermengenzunahme
durch eine Vorrichtung verkleinert wird.
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Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind auf der
Zeichnung schematisch dargestellt und die Arbeitsweise an Hand von Schaubildern
erläutert, in welcher die der Belastung der Maschine entsprechende Füllung der Speichervorrichtung
als Abszisse x und die Speicherspannung als Ordinate y eingetragen ist. Als
»Elastizität« wird im folgenden das Verhältnis»Druckzunahme zu Speichermengenzunahme«
bezeichnet.
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Abb. i zeigt eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit vom Brennstoff
geöffnetem Einspritzventil und einer Speichervorrichtung bekannter Art, deren Arbeitsweise
aus Abb. -- ersichtlich ist. In Abb. 3 ist die Wirkungsweise einer
gemäß der Erfindung gebauten Brennstoffeinspritzvorrichtung der Abb. 4 dargestellten
Verbrennungskraftmaschine veranschaulicht, von der Einzelheiten aus Abb.
5 und 6 zu ersehen sind. Abb. 7, 8, 9 und io sind Varianten
weiterer gemäß der Erfindung gebauter Speicher-Vorrichtungen, wobei die Arbeitsweise
der Vorrichtung Abb. 8 aus dem Diagramm Abb. 2, diejenige der Abb.
7, 9 und io aus Abb. 12 ZU
ersehen ist.
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Um die Vorteile und den Zweck des Erfindungsgegenstandes gegenüber
bekannten Konstruktionen klarzulegen, wird auf Abb. i verwiesen. - Auf der
Zeichnung ist mit i die Brennstoffzuleitung
aus der Brennstoffpumpe
62 in die Speichervorrichtung 4, mit 3 die Brennstoffleitung aus der
Speichervorrichtung in das Einspritzventil 44 bezeichnet. Die Brennstoffnadel 6o
ist in bekannter Weise im Ventilgehäuse 44 angeordnet und durch eine Belastungsfeder
6T entgegen dem Druck des Brennstoffs geschlossen gf-#k#lten. Das Brennstoffmventil,
welches eine Uberdruckfläche F-f besitzt, wird ferner unter derWirkung einer zweiten
Feder 45 geschlossen gehalten und erst freigegeben, wenn der Nocken 46 der Welle
47 auf den linken Arm des Doppelhebels 48 drückt, wodurch entsprechend der Spannung
im Speicher die Einspritzung des von der Brennstoffpumpe 62, abgemessenen
Brennstoffs in den Zylinder erfolgt. Bei einer mit vom Brennstoff geöffnetem Einspritzventil
versehenen Brennstoffeinspritzvorrichtung wirkt also der Brennstoffdruck nur auf
die Nadeltläche F-f oberhalb des Nadelsitzes s, was einen entsprechenden Offnungsdruck
verlangt. Wenn nun, wie aus dem Diagramm Abb. 2 ersichtlich ist, die Nadel durch
den Druck p (Vorspannung des Speichers bei Nullfüllung) geschlossen wird
und der für die Eröffnung der Nadel nötige Druckanstieg A P, beträgt, so
muß dieser Druck p(, schon bei Leerlauf erreicht sein. Durch dieses Verhältnis ist
der Nieigungswinkel des durch eine Gerade dargestellten Federgesetzes gegeben,
d. h. bei Vollast würde der Druckanstieg Apl ungefähr das Fünffache von
A P,) betragen. Angenommen, der Schließdruck P der Feder sei etwa
2,50 Atm. und der für die Eröffnung bei Leerlauf notwendige Druckanstieg
A p, etwa ioo Atn-1., so ergibt sich für Vollastbetrieb im Speicher ein Druck
von 250 4- 5 x ioo = etwa 75o Atm. pl.
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Um eine durch diesen Druck sich ergebende Überbemessung einerseits
der Speicherfedern, anderseits derSchließfederddesBrennstoffventils zu vermeiden,
ist die Spei#hervorrichtung derart ausgebildet, daß bei zunehmender Belastung eine
Vergrößerung der Speicherfähigkeit derart möglich ist, daß sich z. B. für Leerlauf
ein anderes Verhältnis zwischen Druckzunahme und Speichermengenzunahme
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welches als Elastizität der Speichervorrichtung bezeichnet sein möge
- ergibt als bei Halb-, Voll- oder Überlast.
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Das Prinzip einer solchen Arbeitsweise ist in Abb. 3 dargestellt.
Dementsprechend ist die Speichervorrichtung derart ausgebildet, daß z. B. auf dem
Gebiet des Leerlaufes die Kurve I*, für Halblast die Kurve II* und für Vollast die
Kurve III* gilt, so daß für diese verschiedenen Gebiete die Speichervorrichtung
einen veränderlichen Druckanstieg pro eingespritzte Mengeneinheit, also eine veränderliche
Elastizität besitzt.
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Zur weiteren Erläuterung des Begriffes Elastizität sei festgestellt,
daß als maßgebend die von der Zusammendrückbarkeit abhängige Elastizität des im
Speicher eingeschlossenen Brennstoffs in Betracht kommt und nicht die Elastizität
der Gefäßwandungen im mechanischen Sinne. Diese letztere tritt zahlenmäßig vollständig
neben der weit größeren Elastizität des im Gefäß eingeschlossenen Brennstoffs selbst
zurÜck und kann daher vernachlässigt werden.
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In ein mit Brennstoff gefülltes Gefäß von :[oo cm3 Inhalt, z. B. entsprechend
Abb. -7,
läßt sich eine weitere Brennstoffinenge hineinpressen, wenn ein entsprechender
Druck aufgewendet wird. Mit einer Drucksteigerung von etwa ioo Atin. lassen sich
in das obenerwähnte Volumen von ioo cm3 noch etwa o,5 cm3 hineinpressen. Diese Menge
würde beispielsweise bei jeder Umdrehung von der Brennstoffpumpe geliefert und nachher
unter entsprechender Entspannung des Speichers in den Zylinder eingespritzt werden.
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Genügt diese Brennstoffmenge beispielsweise für den Leerlauf der Maschine,
so müßte für Vollast ungefähr das Fünffache, also -2,5 cm3 eingespritzt werden,
eine Menge, die in dem ioo cm3 fassenden Speicherraum nur bei einem Druckaufwand
von etwa 5oo Atm. unterzubringen wäre. Vergrößert man nun aber entsprechend der
Erfindung beim Übergang auf Vollast den Inhalt des Speicherraumes von ioo cm3 auf
5oo cm:' (natürlich nicht durch Zuschaltung eines leeren, sondern eines mit Brennstoff
gefüllten, unter Atmosphärendruck stehenden Raumes), so genügt wieder ein Druckanstieg
von ioo Atrn., um die Einspritzmenge von 22,5 cm3 unterzubringen. Das Verhältnis
von Druckzunahme zu Speicherrnengenzunahme ist also von 500 : 7,5 auf 00
-. 22,5 Atm./cm3 verkleinert worden.
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Es sind Speichervorrichtungen bekannt, bei denen das Gesetz, nach
welchem sie arbeiten, in dem Sinne veränderlich ist, daß die Vorspannung p geändert
werden kann, so daß z. B. im ganzen Arbeitsgebiet, also für Leerlauf, Halb-, Voll-
und Überlast die Speichervorrichtung nach einem der Geraden la (Abb. 2) entsprechenden
Gesetz arbeitet und somit keine veränderliche Elastizität aufweist.
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Abb. 4 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine, die mit einer der Erfindung
entsprechend gebauten Speichervorrichtung versehen ist und deren Einspritzventil
demjenigen nach Abb. i entspricht. Dem Arbeitszylinder 40 wird der Brennstoff durch
die von der Welle 41 betätigte und unter dein Einfluß des Reglers gestellte Brennstoffpumpe
42 zugeführt, welche den Brennstoff aus der Leitung 43 ansaugt und durch die Leitung
i in die aus den Teilspeichern 17, 18 und ig bestehende Speichervorrichtung drückt.
Von dort gelangt der Brennstoff durch
die Leitung 3 in das
Brennstoffventil 44, welches unter der Wirkung der Feder 45 geschlossen ist. Die
vom Brennstoff geöffnete Brennstoffnadel 6o wird erst freigegeben, wenn der Nocken
46 der Welle 47 auf den linken Arm des Doppelhebels 48 drückt, wodurch entsprechend
der Spannung im Speicherraurn die Einspritzung des Brennstoffs in den Zylinder erfolat.
Die Regelung der Brennstoftmenge in der Brennstoffpumpe erfolgt durch früheres oder
späteres Schließen des Saugvontils 5o. Auf der Exzenterwelle 51, die vom nichtgezeichneten
Regler verstellt wird, ist ein Doppelhebel 52 angeordnet, welcher einerseits
durch die Feder 53 in und durch die Bewegung des Kreuzkopfes 54 außer Eingriff
mit dem Saugventil 5o gebracht wird. je nach der Belastung der 'Maschine hält der
Regler vermittels der von ihm eingestellten Exzenterwelle 51 und der dadurch bedingten
Lage des Doppelliebels 52 das Saugventil längere oder kürzere Zeit offen,
wodurch die 'Menge des einzuspritzenden Brennstoffs geregelt - wird. Ist
diese Menge entsprechend der Belastung,- groß, so wird das Saugventil 5o zu Ende
des Saughubes geschlossen. Bei kleiner Belastung der Maschine ist den Arbeitszylindern
bzw. der Speichervorrichtung wenig Brennstoff zuzuführen, und die Steuerung wird
durch den Regler derart eingestellt, daß. das Saugventil auch noch während eines
Teils des Druckhubes der Brennstoffpumpe geöffnet bleibt, so daß mir ein Teil der.
angesaugten Brennstoffmenge für die Füllung der Speichervorrichtung verwendet wird.
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Gemäß Abb. 4 erfolgt die Vergrößerung des Speicherraumes bei zunehmender
Belastung durch Zuschaltung von Teilspeichern. Bezogen auf Abb. 3 würde bei
Betrieb des Speichers 17 allein beispielsweise die Elastizität der Speichervorrichtung
nach dem der Geraden I* entsprechenden Gesetz verlaufen. Bei Vergrößerung der Last
wird der Speicher iS zugeschaltet, so daß als Gesetz der Elastizität beispielsweise
das durch die Gerade II* Dargestellte in Betracht kommt. Wenn bei einer weiteren
Vergrößerung der Belastung noch der Speicher ig =geschaltet wird, so entspricht
der Verlauf der Elastizität der ganzen Speichervorrichtung demjenigen der Geraden
III*. Für die Zu- und Abschaltung der Teilspeicher sind Ventile 20 und zi o. dgl.
vorgesehen.
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Abb. D- zeigt im Schnitt, Abb. 6 im Grundriß eine praktische
Ausführungsform der -in Abb. 4 schematisch dargestellten, aus den Teilspeichern
17, 18 und ig bestehenden Speichervorrichtung. Bis zu einer gewissen Belastung,
beispielsweise für Leerlauf oder Halblast, genügt der Teilspeicher 17; steigt die
Belastung, sinkt also der Regler:22 in die ausgezogen gezeichnete Stellung I, so
wird unter seinem Einfluß durch die Stange 31 und den Hebel 32 der auf der
Welle 23 befestigte Hebel 24 gedreht und dadurch der Teilspeicher 18 zugeschaltet,
indem das Ventil 25 entgegen der Wirkung einer Feder 2,6 von seinem
Sitz 27
abgehoben wird und dem Brennstoff den Eintritt in den Speicher gestattet.
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Steigt die Belastung noch höher (strichpunktierte Reglerstellung II),
so gelangt ein zweiter auf der Welle 23 aufgekeilter Hebel 33
in Eingriff
mit dem Ventil 29, hebt dieses entgegen der Wirkung einer Feder 30 von seinem
Sitz und schaltet in der Weise den Speicher :rg den beiden andern Speichern
17 und 18 zu. Die Maschine läuft nun mit allen drei Speichern, bis durch
entsprechende Belastungsänderung bzw. Reglerstellung einer oder beide Speicher wieder
abgeschaltet werden.
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W-ährend gemäß der in Abb. 4, 5 und 6 dargestellten
a Einrichtung die Veränderung der Elastizität der Speichervorrichtung bzw. ihre
Vergrößerung bei zunehmender Belastung durch Zuschaltung von Speicherräumen erfolgt,
zeigen Abb. 7 und 8 _Ausführungsformen, bei welchen ein vorhandener
Raum vergrößert wird. Gemäß Abb. 7 wird der aus der Brennstoffpumpe geförderte
Brennstoff durch eine Leitung i in den Speicher z hineingedrückt und durch eine
Leitung 3 dem Einspritzventil (nicht gezeichnet) zugeführt. Zur Veränderung
der Größe des Speicherraumes 4 ist ein Kolben 5 verstellbar angeordnet. Die
Verstellung kann durch eine Vorrichtung 6 von Hand oder selbsttätig erfolgen.
Entsprechend der Ausbild-dng nach Abb. 7 wird beispielsweise im Gebiete der
Leerlaufleistung der Maschine der Speicherkolben 5
in die Stellung I, im Gebiete
der Vollast in die Stellung II und bei Überlast in die Stellung III gebracht. Dadurch
folgt die Elastizität der Vorrichtung für den Fall I dem Gesetz I*, für den Fall
II dem Gesetz II* und für'den Fall III dem Gesetz III* der Abb. 3.
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Abb. 8 zeigt eine Speichervorrichtung, bei welcher die Veränderung
der Elastizität nicht sprungweise, sondern stetig erfolgt. Der durch die Leitung
i einströmende Brennstoff wirkt auf einen im Speicher 2 beweglichen Kolben
5.
Durch ein Übertragungsglied 7 wird der Druck derart auf die Speicherbelastungsfeder
8, die in einer Führung 9 verstellbar angeordnet ist, übertraKen,
daß die Elastizität der Speichervorrichtung entsprechend Abb. ii für kleine Füllung
(entsprechend dem Leerlaufbrennstoffbedarf) groß ist, für große Füllung (entsprechend
großer Belastung) kleiner wird.
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Bei der in Abb. 9 dargestellten Vorrichtung wird der Brennstoff
durch die Leitung i in den Sämmelraum 4 eines ersten Speichers 2 gedrückt und hebt
den Kolben 5 gegen den Druck der Feder 8. Von einer bestimmten Füllung
F, (Abb. 12) -.in ist der Kolben 5 so hoch gedrückt,
daß
Raum 4 über den Kanal io mit einem zweiten Speicher ii verbunden wird, somit für
die Aufspeicherung des Brennstoffs ein größerer Raum zur Verfügung steht und die
Elastizität (Gesetz b) der Speichervorrichtung von F, an eine andere ist
als bis zum Punkt F, (Gesetz 9-) -Abb. i:o zeigt noch eine weitere Speichervorrichtung,
die ebenfalls aus zwei Teilspeichern mit an sich gleichbleibender Elastizität besteht.
Diese arbeitet in der Weise, daß für die Leerlaufleistung der Druckanstieg im ersten
Speicher 12 noch nicht genügt, um den zweiten vorgespannten Speicher 15 zu betätigen.
Dieser letztere tritt erst in Tätigkeit, wenn die Maschine belastet wird, wobei
zu Beginn jeder einzelnen Füllung zunächst nur der Speicher 12 gespannt wird, von
einer gewissen, der Belastung entsprechenden Füllung an aber beide Speicher 1-2
-Lind 15 gemeinsam gespannt werden.