DE586549C - Ventillose Brennstoffeinspritzpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffeinspritzpumpen, wie sie insbesondere an Dieselmotoren verwendet werden. Bei diesen Motoren kommt es darauf an, daß sehr kleine Brennstoffmengen gegen außerordentlich hohe Drücke in vorbestimmten Zeitpunkten durch enge Düsenöffnungen in die Arbeitszylinder eingespritzt werden. Voraussetzung dafür ist, daß der eingespritzte Strahl schlagartig einsetzt und ebenso verschwindet, damit die Düse nicht nachtropft. Der von der Pumpe erzeugte Druck muß also sehr steil ansteigen und ebenso steil abfallen.

Für diesen Zweck sind Pumpen bereits bekanntgeworden, bei denen die seitlich am Pumpenraum angeordneten Saug- und Drucköffnungen statt durch Ventile durch im Arbeitsraum der Pumpe hin und her gehende Kolben gesteuert werden, und zwar ist die Anordnung so getroffen, daß die Saugöffnung durch einen von außen angetriebenen Kolben, hier Pumpenkolben genannt, und die Drucköffnung durch einen weiteren federbelasteten Kolben, hier Steuerkolben genannt, verschließbar sind. Der Steuerkolben weicht beim Förderhub des Pumpenkolbens diesem zunächst aus, damit Brennstoff zwischen den beiden Kolben eingeschlossen werden kann. Alsdann nähert sich der Pumpenkolben dem Steuerkolben und drückt die zwischen den beiden Kolben eingeschlossene Brennstoffmenge durch die inzwischen freigegebene Drucköffnung nach außen. Hierauf geht der Pumpenkolben durch seinen Antrieb oder durch eine Belastungsfeder in seine Ursprungslage zurück. Das gleiche geschieht mit dem Steuerkolben.

Gegenstand der Erfindung ist eine ventillose Brennstoffeinspritzpumpe dieser Art mit den beiden Kennzeichen, daß die Belastungsfeder des Steuerkolbens eine solche Vorspannung hat, daß der Steuerkolben seine Ausweichbewegung unabhängig von der Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens erst nach gänzlichem Abschluß der Saugöffnung durch den Pumpenkolben beginnt, und daß ein fester Anschlag diese Ausweichbewegung so begrenzt, daß die Stirnfläche des Steuerkolbens die Drucköffnung nicht überschleift.

- Wenn ein solcher fester Anschlag nicht vorgesehen wird, wie es bei den bisher vorgeschlagenen Pumpenausführungen der Fall ist, so wird der Steuerkolben bei seiner Ausweichbewegung über die Drucköffnung hinausgehen, vorausgesetzt, daß der Druck, gegen den der Brennstoff gefördert wird, höher ist als die Spannung, mit welcher die Belastungsfeder auf den Steuerkplben im Augenblick seines Vorbeiganges an der Drucköffnung wirkt.

Diese Voraussetzung wird aber regelmäßig bei den hohen Einspritzdrücken, die bei Dieselmotoren erforderlich sind, gegeben sein, es sei denn, daß man die Belastungsfeder sehr kräftig

ausführt. Dies würde aber eine sehr sperrige Bauform ergeben. Außerdem würde eine Feder, die so kräftig wäre, daß sie den Gegendruck in der Druckleitung überwinden könnte, den Steuerkoiben nach Beendigung des Einspritzvorganges mit großer Wucht gegen den Pumpenkolben führen und diesen beschädigen, zum mindesten die Kanten der Stirnflächen anstauchen.

ίο Aus diesen Gründen kommt eine derartige kräftige Ausführung der Feder praktisch nicht in Betracht. Man hat es vielmehr zugelassen, daß der Steuerkolben bei seiner Ausweichbewegung über die Drucköffnung im Pumpenraum hinausgeht. Es entsteht dabei jedoch ein schädlicher Raum j enseits der Drucköffnung, in dem sich Luftsäcke bilden können, wenn, wie es- aus anderen Gründen zweckmäßig ist, der Steuerkolben oberhalb des Pumpenkolbens angeordnet wird.

Diese Luftsäcke stören aber die gleichmäßige Förderung der Pumpe in erheblichem Umfang.

Wird dagegen, wie es gemäß der Erfindung

geschieht, ein fester Anschlag so vorgesehen, daß der Steuerkolben mit seiner Stirnfläche die Drucköffnung nicht überschneidet, so können diese schädlichen Räume nicht mehr entstehen, mit der weiteren Folge, daß der Pumpenraum vollständig entleert wird und gegen beliebig hohe Drücke ohne Anwendung übermäßig starker Belastungsfedern eingespritzt werden kann. Der Steuerkolben kann sich sanft und ohne Überbeanspruchung auf den Pumpenkolben absetzen. Ein Nachtropfen ist nicht zu befürchten, da die Druckleitung mit einemmal vollkommen dicht abgeschlossen wird, und zwar in dem Augenblick, in dem auch der eigentliche Pumpvorgang beendet ist.

Ein ebenso plötzliches Einsetzen des Einspritzvorganges wird dadurch erreicht, daß die Drucköffnung erst dann von dem Steuerkolben freigegeben wird, nachdem die zwischen den Kolben eingeschlossene Brennstoffmenge unter Druck gesetzt worden ist. Zu diesem Zweck erhält die Belastungsfeder des Steuerkolbens eine Vorspannung. Diese Vorspannung wird so groß gewählt, daß der Steuerkolben seine Ausweichbewegung erst nach gänzlichem Abschluß der Saugöffnung durch den Pumpenkolben beginnt, und zwar unabhängig von der Hubzahl ihres Pumpenkolbens, so daß die geförderte Brennstoffmenge auch bei veränderlichen Drehzahlen gleichbleibt.

Diese Fördermenge hängt vielmehr nur von dem Hub der beiden Kolben ab. Für ihre Regelung kann der Anschlag, der den Niedergang des Steuerkolbens begrenzt, veränderbar gemacht sein.

In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Fig. ι ist ein Aufriß einer Pumpe nach der Erfindung.

Fig. 2 ist ein teilweiser Aufriß einer abgeänderten Ausführungsform.

Fig. 3 sind Aufriß und Grundriß eines regelbaren Anschlages.

In den Pumpenkörper e ist der Pumpenkolben f in bekannter Weise luftdicht eingeschliffen und wird unter Vcrmittelung eines Stößels h und einer Rolle i von einem auf einer Welle aufgekeilten Nocken k angetrieben. Eine Belastungsfeder g dient dazu, den Pumpenkolben nach seinem durch den Nocken bewirkten Hub in seine Tiefstlage zurückzuführen.

In der gleichen Bohrung wie der Pumpenkolben f ist der oberhalb von diesem angeordnete Steuerkolben c luftdicht eingeschlifl'en. Er wird durch eine Schraubenfeder b belastet, die ihn ständig nach unten zu drücken versucht. Am Steuerkolben c ist ferner noch ein Bund α angeordnet, der beim Hocbgang des Steuerkolbens als Anschlag wirkt. Die Abwärtsbewegung des Steuerkolbens wird durch einen Keil I begrenzt, der in der Richtung des Doppelpfeiles verschiebbar ist, um die Anschlagstellung des Steuerkolbens zu verändern.

Seitlich an der den Pumpenraum darstellenden Bohrung befinden sich die Saugleitung d, und darüber die Druckleitung m, in der der Brennstoff in Richtung der beiden Pfeile fließt.

Die Pumpe arbeitet wie folgt:

Vor Beginn des Förderhubes nehmen die beiden Kolben f und c die in Fig. 1 dargestellte Lage ein. Durch Umlauf des Nokkens k in der Pfeilrichtung wird der Pumpenkolben f angehoben. Dabei wird der im Pumpenraum befindliche Brennstoff, der beim letztvorhergehenden Niedergang des Pumpenkolbens f aus der Saugleitung d angesaugt worden ist, zunächst verdrängt und in die Saugleitung zurückgeschoben, bis der Pumpenkolben die Saugöffnung vollkommen abschließt, da der Steuerkolben c zunächst noch nicht infolge seiner Belastung durch die vorgespannte Schraubenfeder b ausweicht. Diese Vorspannung ist so gewählt, daß sie den Pumpenkolben c bei jeder Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens f in der Tiefstlage festhält, so lange, bis die Saugleitung d vom Pumpenkolben abgeschlossen ist.

Wenn nun der Pumpenkolben die Saugöffnung vollkommen abschließt, so wird die eingeschlossene Brennstoffmenge noch etwas verdichtet, ehe der Steuerkolben c angehoben wird. Die Förderung des Brennstoffes beginnt also unter Druck.

Beide Kolben bewegen sich ein Stück weit mit gleicher Geschwindigkeit und in gleicher Richtung. Dabei wird von dem Steuerkolben c die Schraubenfeder δ immer mehr und mehr zusammengepreßt und dadurch der Druck der zwischen den beiden Kolben eingeschlossenen Brennstoffmenge erhöht. Dies geschieht so

lange, bis der Steue£kolben c die Druckleitung m mit seiner Stirnfläche freigibt und dabei gleich-. zeitig mit seinem Bund α gegen den Pumpenkörper e anschlägt, wodurch die Bewegung des Steuerkolbens gehemmt wird. ■

Der Pumpenkolben f bewegt sich dagegen weiter, so daß die zwischen den beiden Kolben eingeschlossene Brennstoffmenge fortgepreßt wird. Die Einspritzung beginnt in diesem Falle so-

to fort mit hohem Druck, da das zwischen den Kolben eingeschlossene Brennstoff volumen durch die Vorspannung der Steuerkolbenfeder schon unter Druck gesetzt ist, ehe der Stromkanal geöffnet wurde. Die Einspritzung beginnt also schlagartig.

Der Pumpenkolben nähert sich bei seiner Aufwärtsbawegung dem Steuerkolben so weit, wie es sich aus Herstellungs- und Betriebsgründen erreichen läßt. In der Praxis hat sich eine Annäherung bis auf ¹I₁₀ mm als durchaus möglich erwiesen.

Nach Beendigung der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens setzt sich der Steuerkolben c durch die Einwirkung der Feder b nach unten auf den Pumpenkolben f auf. Es ist also kein schädlicher Raum vorhanden, und die Druckleitung m ist vollkommen dicht abgeschlossen, die Einspritzung endigt also ebenso schlagartig, wie sie begonnen hat.

Beim Rückgang des Pumpenkolbens f unter dem Einfluß seiner Feder g folgt der Steuerkolben c zunächst dem Einfluß seiner Feder b, bis er sich mit einer Ausnehmung auf den Keil / legt und dadurch an der weiteren Abwärtsbewegung gehindert wird.

Der Pumpenkolben bewegt sich allein nach unten, legt die Saugleitung d wieder frei, so daß der Brennstoff in das entstandene Vakuum am Pumpenraum hineinströmt. Die Teile nehmen damit wieder die gleiche · Lage ein, die sie zu Beginn des hier geschilderten Vorganges hatten, und dieser kann nunmehr von rieuem beginnen.

Da infolge Fehlens jeglichen schädlichen Raumes vor Freigabe der Saugöffnung d am Pumpenraum ein absolutes oder fast absolutes Vakuum herrscht, ist die Pumpe imstande, den Brennstoff auch aus tiefer liegendem Brennstoffbehälter mit Sicherheit anzusaugen, im Gegensatz zu bekannten Brennstoffpumpen, bei denen der Brennstofftank stets höher stehen muß als die Pumpe, so.daß ihr der Brennstoff unter Druck zufließt.

Die Menge des geförderten und eingespritzten Brennstoffes hängt im Ausführungsbeispiel von der Stellung des Keiles I ab. Der Keil I kann unter Vermittelung eines Gestänges in Verbindung mit dem Regler des Motors stehen und von diesem oder auch mit der Hand verstellt werden, so daß die geförderte Brennstoffmenge der Belastung des Motors angepaßt werden kann.

Statt als Ebene' eines Keiles kann man die ansteigende Fläche natürlich auch als Schraubengang auf einem Hohlzylinder anordnen, wie es Fig. 3 zeigt.. Der Regulierhebel 0 dreht sich hierbei um den Zapfen φ. Die Wirkung auf den Steuerkolben q ist die gleiche wie diejenige des Keiles I auf den Steuerkolben c in Fig. i. Das Reglergestänge würde in Fig. 3 im Punkt A angreifen. Außerdem ist die Verstellung durch ähnliche, gleichwertige und bekannte Elemente möglich.

Statt den Pumpvorgang in der eben beschriebenen Weise zu beenden, kann man auch ■ entsprechend Fig. 2 in an sich bekannter Weise den Pumpenkolben selbst nach Zurücklegung einer bestimmten Wegstrecke die Verbindung des Druckraumes mit dem Saugkanal durch eine angeordnete Bohrung wiederherstellen lassen. In diesem Fall wird .der plötzliche So Druckabfall im Pumpenraum und in der Druckleitung dadurch erzielt, daß der Brennstoff durch die Verbindungsbohrung η in den Saugkanal zurückströmt und die Druckleitung entlastet. Im übrigen bleibt die Arbeitsweise der Pumpe die gleiche, wie oben beschrieben. Statt der Bohrung η kann man den Rückströmkanal auch auf dem Umfang des Pumpenkolbens in Form einer oder mehrerer Nuten in an sich bekannter Weise anordnen.

Statt dieser hier beschriebenen kraftschlüssigen Antriebe der beiden Kolben durch ihre Federn b und g sind auch kettenschlüssige Antriebe eines oder beider Kolben möglich, ohne an dem beschriebenen Prinzip der Pumpe etwas zu ändern.

Bei Einzelantrieb jedes Kolbens durch besondere Wellen kann man die Regulierung der Fördermenge dadurch bewirken, daß die gegenseitige Winkellage während ihres Umlaufes beider Antriebswellen beeinflußt wird, z. B. indem man die Kupplung beider Wellen durch Schraubenräder bewirkt und eines von den Schraubenrädern von Hand oder vom Regler axial verschieben läßt. Statt zwei besondere Antriebswellen anzuordnen, kann man die Bewegung beider Pumpenkolben auch durch Gestänge, doppelarmige Hebel usw. in an sich bekannter Weise zur Erzielung des gewünschten Bewegungsvorganges miteinander kuppeln, tio

Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Ventillose Brennstoffeinspritzpumpe mit je einer seitlich am Pumpenraum angeordneten Saug- und Drucköffnung, vou denen die erste durch einen von außen angetriebenen Pumpenkolben und die zweite durch einen federbelasteten Steuerkolben verschließbar ist, der beim Druckhub des Pumpenkolbens diesem ausweicht und bei dessen Saughub unter dem Einfluß seiner Be-

   lastungsfeder bis zu einem — gegebenenfalls zur Änderung der Fördermenge einstellbaren — Anschlag vorgeht, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsfeder (δ) des Steuerkolbens (c) eine solche Vorspannung hat, daß der Steuerkolben seine Ausweichbewegung unabhängig von der Hubgeschwindigkeit des Pompenkolbens (f) erst nach gänzlichem Abschluß der Saugöffnung (d) durch den Pumpenkolben beginnt, und daß ein fester Anschlag (a) diese Ausweichbewegung so begrenzt, daß die Stirnfläche des Steuerkolbens die Drucköffnung (m) nicht überschleift.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen