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Brennstoffpumpe Beim Betrieb von Kraftmaschinen besteht häufig die
Gefahr, daß bei einem Versagen der Regelung die Maschine übermäßig hohe Drehzahl
annimmt, was zu gefährlichen Zerstörungserscheinungen Anlaß geben kann. Bei Brennkraftmaschinen
mit zwangläufiger Brennstoffzufuhr durch Pumpen tritt dieser Fall ein, wenn die
Brennstoffpumpe eine größere Brennstoffmenge fördert, als es der vom Motor verlangten
Leistung entspricht. Der Energieinhalt des überschüssigen Brennstoffes beschleunigt
die Maschine - immer mehr, bis irgendein betriebswichtiger Teil derselben zerstört
ist.
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Man hat, um solchen Gefahren zu begegnen, bisher neben dem eigentlichen,
in der Regel -auf Konstanthaltung einer bestimmten Drehzahl hinwirkenden Regler
(Hauptregler) noch einen besonderen Regler (Sicherheitsregler) vorgesehen, der erst
dann eingreift, wenn die normale Drehzahl um einen bestimmten Betrag überschritten
wird und der dann meist nur die völlige Unterbrechung der Energiezufuhr zur Maschine
bewirkt, die Maschine also durch sein Eingreifen stillsetzt. Die Anordnung eines
solchen Sicherheitsreglers macht aber die Maschine vielteiliger und teurer; außerdem
gewährt er auch keinen absoluten Schutz, da er ja nur in Ausnahmefällen zur Wirkung
kommt und die Überwachung seiner steten Betriebsbereitschaft deshalb leicht übersehen
wird.
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Nach der Erfindung wird bei mit Brennstoffeinspritzung arbeitenden
Brennkraftmaschinen ein Sicherheitsregler entbehrlich gemacht, indem lediglich durch
eine besondere Ausgestaltung der Brennstoffpumpe bei Überschreiten der normalen
Drehzahl die Brennstoffzufuhr stark verringert wird, derart, daß diese Drehzahl
wohl etwas über das normale Maß ansteigen, aber niemals, auch nicht bei Leerlauf
des Motors mit auf Vollfüllung eingestellter Pumpe, eine gefahrdrohende Höhe erreichen
kann. Die Nachteile des Sicherheitsreglers sind hierbei vermieden, es brauchen weder
besondere Maschinenelemente vorgesehen zu werden, noch bedarf die Einrichtung irgendwelcher
besonderen Wartung oder Behandlung.
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Erfindungsgemäß wird eine Brennstoffpumpe benutzt, deren Arbeitsraum
in an sich bekannter Weise während des Druckhubes durch gesteuerte Kanäle mit einem
Raum geringen Druckes verbunden wird, so daß an einen der Brennstofförderung zum
Brennraum des Motors dienenden Hubteil (Nutzhub) sich ein weiterer Hubteil anschließt,
«nährend dessen Brennstoff vom Pumpenraum zu- dem Raum geringen Druckes zurückströmt
(Rückströmhu o) .
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Im allgemeinen wird man den Gesamthub der Brennstoffpumpe, namentlich
bei rasch laufenden Motoren, so klein wie möglich bemessen, weil dann, insbesondere
bei Antrieb mittels Nockens, die Bewegungsverhältnisse am besten beherrschbar sind.
Bei Pumpen mit Förderungsunterbrechung wird man deshalb entweder auf eine solche
Unterbrechung
bei Vollfüllung verzichten und sie nur zur Verringerung
der Fördermenge bei kleineren Leistungen benutzen, oder man wird, wenn auch bei
Vollfüllung eine Förderungsunterbrechung stattfinden soll, diese mit dem geringstmöglichen;
Hub durchführen, so daß bei Vollfüllungseinstellung die Rückströmkanäle eben noch
geöffnet werden. Bei der.Einrichtung nach der Erfindung ist nun bewußt von diesem
Grundsatz abgegangen und der Rückströmhub ist übermäßig groß bemessen, d. h. erheblich
größer, als er nach den vorstehenden, für den Normalfall geltenden Gesichtspunkten
auszuführen wäre; er kann in der Größenanordnung dem Nutzhub für Vollfüllung gleichkommen
oder diesen sogar noch übertreffen. Dadurch wird die obenerwähnte Wirkung der Pumpe
als Sicherheitsglied erzielt.
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Um diese Wirkung noch deutlicher zu veranschaulichen, soll sie an
Hand der Zeichnung noch näher erläutert werden. Dort zeigt Abb. i eine Pumpe bekannter
Bauart im Längsschnitt, Abb. a das zugehörige Zeit-Weg-Diagramm, Abb. 3 wieder im
Längsschnitt eine Pumpe nach der Erfindung, Abb. 4 das hierzu gehörige Zeit-Weg-Diagramm.
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Abb.5 zeigt den Antrieb einer solchen Pumpe mittels eines Nockens.
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Abb.6 zeigt die auf die Zeiteinheit bezogene Fördermenge der neuen
Pumpe in Abhängigkeit von der Drehzahl.
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Die Pumpe nach Abb. i besteht aus dem Gehäuse i, in dem sich ein Pumpenkolben
bewegt. Die Brennstoffzufuhr erfolgt über das gesteuerte Saugventil 3. Das
Ansaugen erfolgt vom inneren Totpunkte A (Abb. a) bis zum äußeren Totpunkte D, das
Saugventil bleibt dann noch über die Strecke h" des Einwärtshubes, d. h. während
des Druckhubes, eine kurze Zeit a offen und schließt im Punkte E, dort setzt dann
die Förderung in die Druckleitung ein. Diese Förderung erstreckt sich bei der maximalen
Förderleistung über die Hubstrecke laf bis zum Punkte F (Zeit b), dort öffnet das
Saugventil 3 wieder, und während des Hubendes lt, bis zum Punkte A' findet ein Rückströmen
über das Saugventil statt (Zeit c). Während des normalen Ganges der Maschine bleibt
der Arbeitsraum dieser Pumpe stets voll mit Flüssigkeit gefüllt und erst bei einer
Drehzahl, die übermäßig hoch über der zulässigen liegt, kann eine wesentliche Abnahme
der volumetrischen Wirkung eintreten.
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Abb. 3 zeigt nun die gemäß der Erfindung abgeänderte Pumpe. Bei dieser
Pumpe schließt sich an das Ende F des maximalen Förderhubes nicht die kurze Rückström-Hubstrecke
lt, der Abb. i, sondern eine große Rückstrom-Hubstrecke h', an, so daß die
Pumpe nunmehr einen großen Gesamthub lt'g erhält. Bei dem normalen Gang der Maschine
ändert sich an der Wirkungsweise dieser Pumpe nichts gegenüber der Pumpe nach Abb.
i. Sobald aber die Maschine anfängt, übermäßig - schnell zu laufen, macht sich die
Wirkung des stark verlängerten Pumpenhubes in der Weise geltend, daß der Brennstoff
durch das Saugventil 3 während des Saughubes nicht mehr rasch genug nachströmen
kann, um die Pumpe während dieses Saughubes und des anschließenden kurzen Rückströmhubes
voll aufzufüllen; in der Pumpe verbleibt dann ein leerer Raum, wie dies in der Zeichnung
angedeutet ist. Erst wenn der Pumpenkolben einwärts gehend ein diesem leeren Raum
entsprechendes Volumen zurückgelegt hat, der leere Raum also wieder verschwunden
ist, beginnt die Förderung durch das Druckventil. Dies möge beispielsweise in dem
Punkt E" der Fall sein. Die wirkliche Fördermenge entspricht dann nicht mehr dem
Hub h'f, sondern nur dem Hub h", von dem Punkte E" bis zum Punkt F'. Es ist leicht
zu ersehen, daß bei weiterer Drehzahlsteigerung der Punkt E" immer näher an den
Punkt F' heranrückt, da die Füllung der Pumpe über das Saugventil immer unvollkommener
wird, so daß bald die dem Leerlauf entsprechende Fördermenge erreicht ist. Trotzdem
sich bei der neuen Pumpe der wirksame Förderhub h'f über einen wesentlich kleineren
Teil des Gesamthubes h 'g erstreckt als bei der bekannten Pumpe nach Abb. i, braucht
eine Verkürzung der Einspritzzeit b' gegenüber der Einspritzzeit b der bekannten
Pumpe nicht einzutreten, da man den Antriebsnocken der Pumpe leicht so gestalten
kann, daß diese Zeiten in beiden Fällen gleich bleiben. Ein besonders zweckmäßiges
Mittel hierzu ist die Verkürzung der Zeit t, für den Saughub und den anschließenden,
förderungslosen Druckhubteil, weil dies für die Erreichung des gewünschten Zieles
(verstärkte Drosselwirkung beim Ansaugen bei übermäßiger Drehzahl) gerade weiterhin
günstig wirkt.
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Abb. 5 läßt erkennen, wie sich bei Nockenantrieb der Pumpe ein solcher
verkürzter Saughub erzielen läßt. In der gezeichneten Lage ruht die die Nockenbewegung
auf den Pumpenkolben z übertragende Rolle 15 gerade auf dem höchsten Nockenpunkt
auf, so daß der Kolben in seiner inneren Totlage, entsprechend Punkt A der Abb.
4., steht. Der Verlauf des, Nockens io ist nun so gewählt, daß die Bewegung des
Pumpenkolbens dem in Abb. q. dargestellten Diagramm entspricht, d. h. der tiefste
Nockenpunkt D', der der
äußeren Totlage des Kolbens entspricht,
liegt, in Richtung des Drehsinnes (entsprechend dem eingezeichneten Pfeil P) gemessen,
näher an Punkt A, als in entgegengesetzter Richtung gemessen, so daß bei der vorausgesetzten
gleichmäßigen Drehung der Nockenwelle 1a die für das Ansaugen in Betracht kommende
Nockenstrecke von A über die rechte 1VTockenseite bis D' schneller durchlaufen wird
als die darauffolgende von D' über die linke Nockenseite bis A.
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Es ist für die Wirkungsweise der neuen Pumpe gleichgültig, ob die
Zuströmung des Brennstoffes zur Pumpe, wie in dem dargestellten Beispiel, über ein
besonderes Saugventil erfolgt oder über Öffnungen in der Zvlinderwand, die vom Pumpenkolben
selbst gesteuert werden. Ebenso ist die Wirkungsweise unabhängig davon, ob die Rückströmung
am Ende des wirksamen Förderhubes über die zum Ansaugen dienenden Kanäle oder über
besondere Kanäle erfolgt.
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Abb.6 veranschaulicht die Wirkung der neuen Pumpe. Die von der Pumpe
je Zeiteinheit geförderte Menge h nimmt zunächst mit zunehmender Drehzahl n der
Pumpenantriebswelle annähernd linear mit der Drehzahl zu, etwa bis zu der Drehzahl
nn, die der normalen Drehzahl der Maschine entsprechen möge. Die maximale Fördermenge
der Pumpe sei hierbei L',,. Steigt nun die Drehzahl infolge Versagens des üblichen
Reglers (bzw. bei reglerloser Maschine infolge Unachtsamkeit des Maschinisten) weiter
an, so sinkt infolge der oben beschriebenen Wirkung der neuen Pumpe die Förderleistung
derselben, wie die Kurve zeigt, wieder ab und ist bei der höchst zulässigen Drehzahl
n. bis auf die dem Leerlaufbedarf der Maschine',-, entsprechende Menge gesunken,
so dalj diese höchst zulässige Drehzahl nicht überschritten werden kann.