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Brennstoffeinspritzvorrichtung Es ist bekannt, die Speicherventile
von Brennkraftmaschinen vor der Einspritzung von einer zentralen Stelle aus mit
Brennstoff zu laden und die Einspritzung durch Entlastung der Ventilnadel auszulösen.
Die Ladung der Speicherventile erfolgt dabei durch Brennstoffpumpen, in denen die
im Speicherventil aufzuspeichernde Brennstoffmenge durch ein gesteuertes Saugventil
abgemessen wird. Die Entlastung der Ventilnadel, die mechanisch oder hydraulisch
stattfinden kann, wird ebenfalls durch ein gesteuertes Organ vollzogen. Ferner sind
Brennstoffeinspritzvorrichtungen bekannt geworden, bei welchen der Brennstoff außerhalb
des Einspritzventils unter Druck aufgespeichert wird und die Menge des eingespritzten
Brennstoffes durch die Zeitdauer bestimmt wird, während der ein Steuerorgan die
Einspritznadel offenhält.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
für Brennkraftmaschinen mit vom Brennstoff geöffnetem, druckbelastetem Einspritzventil
und mit Füllungsspeicherung des Brennstoffes, und sie besteht darin, daß die Menge
-des im Füllungsspeicher aufgespeicherten Brennstoffes mit Hilfe eines unter regelbarem
Druck stehenden Raumes durch Änderung des Druckes des aus diesem Raume dem Füllungsspeicher
zugeführten Brennstoffes geregelt wird.
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Diese Brennstoffeinspritzvorrichtung ist wesentlich einfacher und
infolgedessen zuverlässiger als die bisher bekannt gewordenen und ist zudem gegen
Leckverluste unempfindlich.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist schematisch
in der Zeichnung dargestellt.
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Fig. i ist ein schematischer Querschnitt der beim Erfindungsgegenstand
beispielsweise in Anwendung kommenden Speicherventile.
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Fig. z ist das pv-Diagramm eines Speicherventils nach Fig. i.
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Fig.3 ist eine schematische Darstellung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung
nach der Erfindung.
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Fig. 4. und Fig. 5 erläutern Abänderungen von Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes.
Fig. 6 zeigt schematisch die Anwendung der Brennstoffeinspritzvorrichtung nach der
Erfindung bei einer mehrzylindrigen Brennkräftmaschine.
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Nach Fig. i ist die Ventilnadel i im Gehäuse a und im Deckel 3 des
Speicherventils axial gleitend und dichtend gelagert, wobei sie durch die Feder
4. auf den Ventilsitz 5 gedrückt wird. Der Speicherraum 6 wird oben durch den Speicherkolben
7 geschlossen, derseinerseits durch eine Feder 8 belastet wird. Die Leitung 9 verbindet
den Raum io ini Deckel 3 über ein Rückschlagventil il init dem Speicherraum 6. .
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Beim Laden eines solchen Speicherventils wird der Brennstoff durch
die Leitung 1z unter Druck angeliefert. Durch den Brennstoffdruck im Raum i o wird
die Ventilnadel i bis zum Augenblick der Einspritzung verriegelt. Durch die Leitung
9 fließt der Brennstoff in den Speicherraum 6 und hebt dabei den Speicherkolben
7 der angelieferten Brennstoffmenge entsprechend an. Im Augenblick der Einspritzung
wird die Leitung 1z entlastet, so daß die Ventilnadel i unter dem Einfluß
des
in den Räumen 6 und 13 wirkenden Brennstoffdruckes angehoben wird, worauf der im
Raum 6 aufgespeicherte Brennstoff unter hohem Druck durch die Düse 14 ausgespritzt
wird. Sobald der Brennstoffdruck in den Räumen 6 und 13 unter den Schließdruck des
Ventils i gesunken ist, wird die Ventilnadel i durch die Feder 4 wieder geschlossen
und damit die Einspritzung beendet.
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In Fig.2 ist die Charakteristik des Speicherraumes 6 dargestellt.
Die Speichermengen v sind als Abszissen, die Drucke p als Ordinaten aufgetragen.
Dem allgemeinen Federgesetz entsprechend stellt sich die Elastizität des Speicherraumes
6 als eine Gerade 17 dar. Bedeuten hier p, den Schließdruck und p, den Öffnungsdruck
der Ventilnadel i, so muß die Elastizität des Speicherraumes 6 bzw. die Neigung
der Geraden 17
derart gewählt werden, daß die beim Druckabfall von p, auf
p, aus dem Speicherraum 6 ausfließende Brennstoffmenge v, höchstens der Leerlaufmenge
des einzuspritzenden Brennstoffes entspricht. Die Elastizität des Druckraumes 6
ist somit durch die Größen po, p, und v, bestimmt. Die übrigen Drücke und Speichermengen
für die verschiedenen Belastungen der Maschine sind damit ebenfalls bestimmt.
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Daraus ist ersichtlich, daß die Speichermengen v,, v.., v$ usw. für
die verschiedenen Belastungen anstatt durch Abmessung in einer dem Speicherventil
zugeordneten Brennstoffpumpe ebenso genau und auf einfachere Weise durch Einstellung
der Drücke p" p.,, p, üsw. bestimmt werden können. Auf dieser Erkenntnis beruht
die im folgenden beschriebene Erfindung.-In Fig.3 ist das Speicherventil2o durch
die Leitung 21 mit dem Steuerorgan 22 und dieses über die Leitung 23 an den unter
regelbarem Druck stehenden Druckraum 24 angeschlossen. Der Druckraum 24 ist seinerseits
über eine Leitung 25 mit einem Druckausgleichorgan 26 und dieses wiederum über eine
Leitung 27 mit der Brennstoffpumpe 28 verbunden, die durch das Exzenter 29 angetrieben
wird.
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Die pulsierende Bewegung des Exzenters 29 wird zunächst auf den im
Punkt 3o drehbar gelagerten Hebel 31 übertragen, der diese Bewegung über die Rolle
32 auf einen im Punkt 33 ebenfalls drehbar gelagerten Hebel 34 überträgt. Der federbelastete
Brennstoffpumpenkolben 35 erhält seinen Antrieb durch den Hebel 34 und wirkt in
üblicher Weise auf den mit einem Saugventil 36 und einem Druckventil 37 versehenen
Arbeitsraum 38, in den der Brennstoff durch die Leitung 39 aus dem Brennstoffbehälter
4o gelangt. Durch die Leitung 27 wird der von der Brennstoffpumpe 28 geförderte
Brennstoff zum Druckausgleichorgan 26 geleitet.
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Das Druckausgleichorgan 26 hat die Aufgabe, die durch die Pumpenstöße
hervorgerufenen Druckschwankungen möglichst auszugleichen, damit der Druck im Druckraum
24 davon möglichst unbeeinflußt bleibe. Zu diesem Zweck steht der Raum 41 unter
dem Einfluß eines federbelasteten Kolbens 42, der während des Druckhubes der Brennstoffpumpe
nachgibt und während des Saughubes der Brennstoffpumpe einen angenähert gleichbleibenden
Druck auf den Brennstoff imRauin 41 ausübt.
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Der völlig entlüftete Druckraum 24 ist in einer Stahlflasche 43 untergebracht,
die so groß bemessen ist, daß die trotz des Druckausgleichorganes 26 von der Brennstoffpumpe
herrührenden Druckschwankungen nicht stören können.
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DasSteuerorgan 22 enthält einen entlasteten Steuerkolben 44, der entweder
die Druckleitung 23 oder die Abflußleitung 45 mit der Leitung 2i in Verbindung bringen
kann und durch die Nockenscheibe 46 gesteuert wird.
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Die Ventilnadel 47 des Speicherventils 2o wird durch die Feder 48
auf ihren Sitz 49 gedrückt. Das Rückschlagorgan 5o ist auf der Ventilnadel 47 axial
gleitend und dichtend eingepaßt. Der einzuspritzende Brennstoff wird im Raum 51
unter Druckerhöhung vermöge seiner eigenenElastizität aufgespeichert.
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Die Brennstoffpumpe arbeitet in bekannter Weise, indem sie den Brennstoff
aus dem Brennstoffbehälter 4o ansaugt und durch die Leitung 27 fördert. Die Fördermenge
der Brennstoffpumpe 28 wird durch Heben und Senken der Rolle 32 verändert, die mittels
des Gestänges 54, 55 unter dem Einfluß des Reglers 56 steht. In Fig. 3 ist die Rolle
32 auf maximale Fördermenge eingestellt. Wie ersichtlich, erreicht die Brennstoffpumpe
die Förderung Null, wenn die Rolle 32 bis auf die Höhe des Zapfens 3o angehoben
wird.
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Das Druckausgleichorgan 26 wirkt als Puffer und gibt den von der Brennstoffpumpe
stoßweise angelieferten Brennstoff in der Hauptsache gleichmäßig an den Druckraum
24 ab, so daß der Druck im Behälter 43, gleichbleibende Belastung der Maschine vorausgesetzt,
angenähert gleichbleibt.
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In der in Fig. 3 ersichtlichen Stellung des Steuerkolbens 44 wird
das Speicherventil 2o geladen, indem sich der Druck im Druckraum 24 über die Leitung
23 und die durch den Steuerkolben 44 mit ihr in Verbindung gebrachte Leitung 21
über das Rückschlagorgan 5o des Speicherventils im Speicherraum 51 fortpflanzt,
wobei eine dem Druck p" im Be -hälter43 entsprechende Brennstoffmenge v, im
Speicherraum
51 aufgespeichert wird. Infolge des in der Leitung 21 wirkenden Druckes bleibt während
des ganzen Ladevorganges die Ventilnade147 verriegelt.
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Im Augenblick der Einspritzung wird der Steuerkolben 44 durch den
_Nocken der ockenscheibe 46 heruntergedrückt, so daß die Leitung 21 von der Leitung
23 abgeschaltet und mit der Abflußleitung 45 in Verbindung gebracht wird. Dadurch
wird die Leitung -2r plötzlich entlastet, so daß die Ventilnade147 unter dem Einfluß
des Brennstoffdruckes im Raume 5 r angehoben wird und die Einspritzung erfolgt.
Der aus der Abflußleitung .I5 abfließende Brennstoff wird im Behälter 53 gesammelt
und durch die Leitung 54 dem Brennstoffbehälter 40 zugeführt. Nach beendeter Einspritzung
wird die Ventilnadel 47 durch die Feder 48 wieder auf ihren Sitz gedrückt.
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Bei fortschreitender Drehung der N ockenscheibe 46 wird der Steuerkolben
44 wieder angehoben, wodurch der Druckraum 24 über die Leitungen 23 und 21 wiederum
mit dein Rauen 51 in Verbindung gebracht wird. Der Druckausgleich zwischen den Räumen
24 und 51 bewirkt, wie dargelegt wurde, die Ladung des Speicherventils in Abhängigkeit
des Druckes im Druckraum 24. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine Erhöhung
des Druckes im Druckraum 24 die Ladung des Speicherventils 20 und damit die eingespritzte
Brennstoffmenge vergrößert und eine Verminderung des Druckes im Druckraum 24 eine
Verminderung der eingespritzten Brennstoffmenge zur Folge hat.
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Die Regelung wirkt nach Fig. 3 nicht unmittelbar auf den Druckbehälter
43, sondern auf die Brennstoffpumpe 28. Nimmt z. B. die Belastung zu, so sinkt der
Regler, wodurch die Fördermenge der Brennstoffpumpe und der Druck im Druckraum 24
erhöht werden. Diese Druckerhöhung verstärkt die Ladung des Speicherventils und
damit die eingespritzte Brennstoffmenge. Sinkt dagegen die Belastung, so steigt
der Regler, wodurch die Fördermenge der Brennstoffpumpe und der Druck im Behälter
43 vermindert werden. Infolgedessen wird auch die eingespritzte Brennstoffmenge
abnehmen. Der Druck im Rauen a4 wird also hier durch Änderung der Fördermenge der
Brennstoffpumpe geregelt. Die Fördermenge der Brennstoffpumpe wird ihrerseits in
Abhängigkeit des Reglers bzw. des Steuerhebels geändert.
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Es ist klar, daß eine größere Anzahl Speicherventile an denselben
Druckraum 24 angeschlossen werden können. jedes Speicherventil setzt das Vorhandensein
eines besonderen Steuerorganes 22 voraus, dagegen kann grunds::tzlich eine einzige
Brennstoffpumpe 28 für eine größere Anzahl Speicherventile genügen.
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Für größere Maschinen empfiehlt es sich zwar, mehrere versetzt arbeitende
Brennstoffpumpen anzuordnen, um die Druckschwankungen im Druckraum 24 zu verkleinern
und kleinere Rollendrücke zu erhalten. Diese Brennstoffpumpen brauchen jedoch keineswegs
mit den Einspritzzeiten synchronisiert zu «-erden, so daß auch ihre Anzahl von derjenigen
der Speicherventile völlig unabhängig ist.
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ach Fig. 4. kann der Steuerhebel 6o (oder der Regler 56 in Fig: 3),
anstatt auf die Rolle 32 einzuwirken, den auf dem Kolben 42 des Druckausgleichorganes
26 lastenden Druck beeinflussen. Durch Herunterdrücken des Hebels 6o werden der
Druck im Raum 41 (und somit auch im Raum 24 [Feg. 31) und dadurch die eingespritzte
Brennstoffmenge erhöht, durch Anheben des Hebels 6o dagegen verkleinert. Durch das
Gestänge 61, das mit dem Kolben .1 .2 gelenkig verbunden und im Punkt 62 drehbar
gelagert ist, und die Stange 54 wird die Rolle 32 derart beeinflußt, daß der Flüssigkeitsinhalt
im Raum 41 angenähert gleichbleibt bzw. um einen Mittelwert auf und ab schwankt.
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Ist nämlich dieBrennstofförderung zu groß, so steigt der Kolben 42
und stellt die Brennstoffpumpe 28 auf kleinere Förderung ein und umgekehrt. Der
Druck im Druckraum 24 wird also nicht mehr über die Brennstoffpumpe, sondern über
das Druckausgleichorgan 26 eingestellt, wodurch die Regelung unmittelbar und daher
empfindlicher wird.
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An Stelle eines federbelasteten Druckausgleichorganes 26 nach Fig.
3 kann mit Vorteil ein gas- oder flüssigkeitsbelastetes Druckausgleichorgan nach
Fig. 5 verwendet werden, wonach auf dem Kolben 42 ein größerer Kolben 56 angeordnet
ist, dessen obere Seite dem Druck eines durch die Leitung 57 gespeisten Raumes 58
ausgesetzt ist. Der Raum 58 kann mit öl oder Gas einstellbaren Druckes gefüllt sein,
was die Möglichkeit bietet, den Druck im Raum 41 und infolgedessen im Druckraum
24 (Feg. 3) mit einfachen Mitteln auf das genaueste auszugleichen bzw. einzustellen.
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Der Druckbehälter 43 (Feg. 3) kann mit einem Sicherheitsventil versehen
sein sowie mit einem Manometer und Entlüftungsvorrichtungen, ohne dadurch grundsätzlich
Neues darzustellen. Die Speicherventile können, wie erwähnt, mechanisch oder hydraulisch
gesteuert sein. Dagegen eignen sich die hydraulisch gesteuerten für den Erfindungsgegenstand
besser und unter diesen ganz besonders diejenigen, bei welchen der Brennstoff vermöge
seiner Eigenelastizität aufgespeichert
wird (nach Fig.3), weil die
Flüssigkeitselastizität eine praktisch konstante Größe ist, die Elastizität der
auf den Speicherkolben wirkenden Feder 8 in Fig. i dagegen mit der Ermüdung der
Feder Änderungen erfährt, welche die Nachstellung oder den Ersatz der Feder erfordern,
wenn die Charakteristik des Speicherraumes unverändert bleiben soll.
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In Fig. 6 ist die Anwendung der Erfindung auf eine mehrzylindrige
Brennkraftmaschine schematisch dargestellt. ' Die Grundplatte 65 trägt das Gestell
66 und dieses acht Zylinder 67. Die Brennstoffpumpe 28 ist durch eine Leitung
27 mit dem Druckausgleichorgan 26 und dieses über die Leitung 25 mit dem Druckbehälter
43 verbunden. Die Leitung 23 verbindet diesen letzteren mit den in einem Block 68
vereinigten Steuerorganen 22. Die Abflußleitung 45 dient allen Steuerorganen gemeinsam.
Die Leitungen 21 führen von den Steuerorganen 22 zu den Speicherventilen 2o und
besorgen deren Ladung und Steuerung.
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Wie ersichtlich, ist für jeden Arbeitsraum nur ein gesteuertes und
synchronisiertes Organ erforderlich, nämlich das Steuerorgan 22, was namentlich
für mehrzylindrige und insbesondere doppelt wirkende Maschinen einen einfachen Aufbau
ergibt.
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Der Erfindungsgegenstand bietet außerdem den Vorteil, gegen Leckverluste°
völlig unempfindlich zu sein. Namentlich bei kleinen Maschinen ohne Regler; z. B.
Fahrzeugmotoren, besitzt der Leerlauf eine im praktischen Betrieb äußerst unerwünschte
Labilität, die sich darin äußert, daß der Motor entweder zum Durchbrennen oder zum
Abstellen neigt, anstatt ruhig auf der Leerlaufdrehzahl zu bleiben. Es rührt dies
davon her, daß die Leckverluste in der Brennstoffpumpe im Speicherraum usw. von
der Zeit abhängig sind und deshalb mit zunehmender Drehzahl abnehmen, so daß die
eingespritzte Brennstoffmenge bei der kleinsten Drehzahlerhöhung ständig zunimmt
und beim kleinsten Drehzahlabfall ständig abnimmt, anstatt sich gleichzubleiben.
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Beim Erfindungsgeggenstand ist das in Fig. 3 abgebildete Speicherventil
derart ausgebildet, daß es bis zum Augenblick der Einspritzung überhaupt keine Leckverluste
häben kann. Beim Speicherventil nach Fig. i dagegen verursachen sowohl der Speicherkolben
7 als auch die Ventilnadel i Leckverluste, die aber bis zum Augenblick der Einspritzung
durch den Druck im Druckraum 24 selbsttätig und andauernd ergänzt werden, so daß
die Speichermenge trotz dieser Leckverluste absolut unverändert bleibt. Dasselbe
trifft für die Leckverluste des Steuerorganes 22 zu.
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In allen Fällen wird die Fördermenge der Brennstoffpumpe 28 durch
die Rolle 32 derart eingestellt, daß der Bedarf der Maschine und die Leckverluste
selbsttätig gedeckt werden, so daß diese letzteren unter allen Umständen ohne Einfluß
auf die Menge des aufgespeicherten und eingespritzten Brennstoffes sind. Dadurch
ergibt sich ein wesentlich besserer Leerlauf als mit den bisher angewandten Einspritzvorrichtungen.