-
Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen Es ist bekannt, daß bei
Fahrzeugdieselmotoren mit direkter Einspritzung die günstigste Zerstäubung bei gegebener
Düsenöffnung und gegebenem Verbrennungsraum nur bei einem bestimmten Einspritzdruck
stattfindet. Bei Fahrzeugdieselmotoren, die bei jeder Drehzahl maximales Drehmoment
hergeben sollen, ist es aber nötig, daß die Zerstäubung bei allen Drehzahlen und
Füllungen gleich ist. Um auch bei solchen Maschinen stets die günstigste Zerstäubung
zu erhalten, ist es bekannt, den Brennstoff durch einen Kraftspeicher, z. B. einen
federbelasteten Kolben oder eine elastische Rohrwandung, durch die Düsenöffnung
zu drücken, so daß die mit der Drehzahl abhängig veränderliche Pumpenstempelgeschwindigkeit
keinen Einfluß auf die Größe des Einspritzdruckes hat.
-
Bei Beginn des Einspritzens wird hierbei die Düsenöffnung durch ein
Steuerorgan in Verbindung mit dem Kraftspeicher gesetzt. Die Masse des Kraftspeichers
bzw. des in der Rohrleitung befindlichen Brennstoffes hat in diesem Augenblick eine
andere Geschwindigkeit als bei dem Einspritzen und muß durch den Kraftspeicher in
einem sehr kleinen Zeitraum auf die Einspritzgeschwindigkeit beschleunigt werden.
Da bei Beginn des Einspritzens bei nicht gesteuerten Düsennadeln die Beschleunigungskraft
der Düsennadel von der Speicherkraft auch noch in Abzug zu bringen ist, so wird
der Einspritzdruck bei Beginn des Einspritzens niedriger und die Zerstäubung der
ersten eingespritzten Brennstofftröpfchen schlechter bzw. eine andere als bei Wirken
des normalen Kraftspeicherdruckes. Dies hat zur Folge, daß die ersten eingespritzten
Brennstofftröpfchen sich nicht sofort entzünden bzw. erfolgt die Entzündung mit
großem Zündverzug und die während der Zeit des Zündverzug eingespritzte Brennstoffmenge
verbrennt auf einmal explosionsartig mit großem Geräusch und verhältnismäßig hohem
Zünddruck.
-
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Verbrennung dadurch,
daß der Brennstoff während des Verlaufs des Einspritzvorganges mit verschiedenen
Drücken eingespritzt wird, wobei der Anfangsdruck derart bemessen wird, daß ein
Minimum an Zündverzug und Zündgeräusch auftritt, z. B. kann der Anfangsdruck, mit
dem die ersten Brennstofftröpfchen durch die Düse gepreßt werden, so gewählt sein,
daß dieselben sehr fein zerstäuben und sich leicht entzünden. Infolge ihrer Feinheit
werden sie nicht weit in den Verbrennungsraum hineinfliegen können, sondern einen
Feuerherd in der Düsengegend bilden. Im Weiterverlauf des Einspritzvorganges soll
dann der wirksame Speicherdruck derart bemessen werden, daß die nachfolgenden Brennstofftröpfchen
gröber zerstäuben, infolge ihrer Masse weiter durch den ganzen Verbrennungsraum
durchfliegen werden und sich an dem Feuerherd, der durch die ersten Tröpfchen entfacht
wird, entzünden. Hierdurch kann der Verbrennungsraum verhältnismäßig einfach gestaltet
werden.
Die Erfindung besteht darin, daß bei Einspritzpumpen, bei
denen der Brennstoff in einem unter Druck gehaltenen Raum aufgespeichert wird, gleichgültig
ob der Speicherraum vor dem Abmeßorgan angeordnet ist oder ob die abgemessene
Brennstoffmenge aufgespeichert wird, ein gesteuertes Organ unmittelbar vor dem Einspritzen
eine kleine Brennstoffmenge in einen Raum niederen Druckes abfließen läßt zu dem-
Zweck, daß die den Einspritz- und Entzündungsbeginn verzögernde Wirkung der Trägheit
der Massen von Speicherkolben und Flüssigkeit unschädlich gemacht wird und um ein
schlagartiges Einsetzen der Verbrennung zu bewirken. Ebenso soll durch das Abfließen
der kleinen Brennstoffmenge bei Einspritzpumpen, bei denen schleichende Öffnung
des Steuerquerschnittes erfolgt, die Massenwirkung von Speicherkolben und Flüssigkeit
Drosselverluste in den Steuerquerschnitten verhindern und, wenn der Antriebsmechanismus
des Speicherkolbens mit Gelenken versehen ist, die ruhende Reibung in den Gelenken
überwunden werden.
-
Damit der .Anfangsstoß bei jeder Drehzahl und Füllung gleich oder
in durch Versuch voraus bestimmter Größe bleibt, ist es nötig, die abgeleitete Brennstoffmenge
bei jeder Drehzahl und Füllung gleich oder in durch Versuch voraus bestimmter Größe
zu halten. Da der Speicherdruck bei jeder Drehzahl konstant ist und die zur Beschleunigung
der Speichermassen abzuleitende Brennstoffmenge annähernd bei jeder Drehzahl dieselbe
ist, ist es nötig, daß die absolute Zeitdauer, während der das die abgeleitete Brennstoffmenge
steuernde Organ die Steuerquerschnitte offen hält, bei jeder Drehzahl annähernd
dieselbe ist. Da ein von der Kurbelwelle aus angetriebenes Steuerorgan mit der Drehzahl
die absolute Zeitdauer der Öffnungszeit verändert, ist es nötig, daß ein Regler
auf das Steuerorgan einwirkt, derart, daß die absolute Zeit, während der das Steuerorgan
die Öffnungsquerschnitte für das Abfließen der Vorströmmenge offen hält, konstant
ist.
-
Weiterhin bezweckt die Erfindung eine vorteilhafte Ausbildung bzw.
Anordnung von Kraftspeicher und des die Einspritzmenge und die abgeleitete Brennstoffmenge
steuernden Organs.
-
Es ist bekannt, bei Einspritzpumpen, bei denen eine abgemessene Brennstoffmenge
aufgespeichert wird, durch einen federbelasteten Kolben den Speicherdruck durch
Zwischenschalten von Winkelhebeln unabhängig von der Stellung des Speicherkolbens
im Zusammenhang mit der Veränderlichkeit der Federspannung annähernd konstant zu
halten. Hierbei wird durch die Massenwirkung von Feder und Speicherkolben und der
Wirkung der Anfangsreibung in den Gelenken der Winkelhebel der Zweck der Erfindung
(Einspritzen bei konstantem Druck) hinfällig.
-
Durch das Ableiten einer Brennstoffmenge vor dem Einspritzen spielt
die Größe der Masse des Kraftspeichers und die Anfangsreibung in den Gelenken von
Zwischenhebeln keine Rolle, da bei Beginn des Einspritzens dieselbe sich bereits
in Bewegung befindet. Es ist darum möglich, einen für sämtliche Brennräume gemeinsamen,
mit verhältnismäßig schwerer Masse und mit Gelenken zum Ausgleich der Veränderlichkeit
der Federspannung versehenen Kraftspeicher, der vor dem Verteiler und Steuerorgan
angeordnet ist, einzubauen.
-
Es ist bekannt, bei Mehrzylindermaschinen, bei den der Brennstoff
für sämtliche Zylinder durch eine gemeinsame Pumpe befördert wird, den Brennstoff
aus dem vorerwähnten Druck-oder Speicherraum durch einen Verteiler, z. B. einen
Drehschieber, abzumessen und den einzelnen Arbeitszylindern zuzuführen. Es ist ferner
bekannt, die Einspritzmenge durch Verwendung von je zwei in der Umfangsrichtung
des Schiebers gegeneinander versetzte, in der Schieberbüchse liegende, mit verhältnismäßig
großem Durchmesser ausgeführte Bohrungen, von denen die eine in Verbindung mit dem
Speicherraum und die andere in Verbindung mit der Düse steht, und einer auf dem
Schieberumfang befindlichen sich an den Bohrungen vorbeibewegenden Nut zu steuern.
-
Die Erfindung besteht darin, daß in ähnlicher Weise, wie die Einspritzmenge
gesteuert wird, durch einen Drehschieber die vor dem Einspritzen zur Beschleunigung
der Speichermassen abgeleitete Brennstoffmenge gesteuert wird, daß also eine auf
dem Drehschieber befindliche Nut io zwei in der Schieberbüchse befindliche Bohrungen
8 und ii, die am Schieberumfang und in axialer Richtung versetzt sind, miteinander
in Verbindung setzt. Die mit dem Speicherraum in Verbindung stehende Bohrung 8 kann
gemeinsam zum Ableiten einer Brennstoffmenge in einen Raum niederen Druckes und
zum Steuern der Einspritzmenge verwendet werden, so daß sie über zwei auf einem
gemeinsamen Drehschieber g befindlichen Nuten io und 15 nacheinander zuerst zur
Ableitung einer kleinen Brennstoffmenge über die Vorströmnut io mit der Bohrung
ix verbunden wird und unmittelbar darnach über die Nut 15, die über die Bohrung
13 zur Düse führt, zur Steuerung der Einspritzmenge in Verbindung gesetzt wird.
-
Fig. i stellt einen Schnitt durch Kraftspeicher und Drehschieber dar.
Eine hier nicht gezeichnete Pumpe fördert im Überfluß Brennstoff in den Speicherraum
i. Hierbei wird die Speicherfeder z über den Winkelhebel 3 durch den Kolben 4 gespannt.
Damit in jeder Stellung
des Speicherkolbens 4 der Speicherdruck
annähernd konstant ist, ist der Winkelhebel 3 so ausgebildet, daß der für die Feder
:z wirksame Hebelarm sich derart ändert, daß das Produkt aus Federkraft X Hebelarm
bei jeder Speicherkolbenstellung annähernd konstant -ist. Der zuviel geförderte
Brennstoff fließt durch die Bohrung 5 ab.
-
Vom Kraftspeicher i führt eine Bohrung 6 in den Ringraum 7, und vom
Ringraum 7 führen ebenso viele Bohrungen 8, als Verbrennungsräume vorhanden sind,
zum Drehschieber g, der durch die Welle 28 und die Räder 29 und 30 angetrieben wird.
Die Bohrungen 8 liegen auf gleicher Höhe und sind am Umfang des Drehschiebers gleichmäßig
verteilt. Auf dem Drehschieber g ist eine Nut io angebracht. Dieselbe setzt die
Bohrungen 8 unmittelbar vor dem Einspritzen mit einer der Bohrungen ii in Verbindung.
Die Bohrungen ii sind gleich an Zahl der Verbrennungsräume und entsprechend den
Bohrungen 8 am Schieberumfang gleichmäßig verteilt. Die Bohrungen 8 und ii sind
am Schieberumfang versetzt angeordnet, so daß die Nut io zuerst in Verbindung mit
der Bohrung 8 kommt und dann der Brennstoff von der Bohrung 8 zur Bohrungii abfließen
kann, wenn die vorauseilende Kante 12 der Nut io in Berührung mit der Bohrung ii
kommt. Hierdurch können die Bohrungen 8 und ii verhältnismäßig groß ausgeführt und
auch kleinste Mengen gesteuert werden.
-
Fig.4 zeigt den Steuervorgang. Dieselbe stellt die Abwicklung des
Drehschiebermantels dar, wobei die gestrichelte Stellung den Beginn des Überfließens
des Brennstoffs von den Bohrungen 8 zu den Bohrungen ii kennzeichnet und die ausgezogene
Stellung den Schluß des Vorgangs darstellt. Das Maß x gibt den Weg, den der Drehschieberumfang
hierbei zurückgelegt hat. Die eingezeichneten Bohrungen sind vorn liegend in derDrehschieberbüchse
gedacht.
-
Während des Überfließens des Brennstoffs von einer der Bohrungen 8
zu einer der Bohrungen ii wird die Masse des Kraftspeichers 2, 3. 4. und des aufgespeicherten
Brennstoffs in Bewegung gesetzt. Hierbei wird die Anfangsreibung in den Gelenken
des Winkelhebels 3 überwunden. Unmittelbar nachdem die Verbindung der Nut io mit
der Bohrung 8 unterbrochen wird, kommt die Bohrung 8 in Verbindung mit der Füllungsnut
15, die über die Bohrungen 16, die dichtverschlossene Bohrung17 und die Bohrung
18 mit der Nut ig in Verbindung steht und über die Bohrung 13, die über die Leitung
32 mit der Düse in Verbindung steht, in bekannter Weise .die Einspritzperiode steuert.
Die kinetische Energie der bewegten Masse des Kraftspeichers übt hierbei einen schlagartigen
Stoß auf den in der Brennstoffdruckleitung befindlichen Brennstoff aus, wobei ein
Teil des Stoßes zur Überwindung von Drosselverlusten in den Öffnungsquerschnitten
der Bohrungen 8 und 13 und der Nuten 15 und ig, ein anderer Teil zur Beschleunigung
einer eventuell vorhandenen Düsennadel und der Rest zur Einleitung des Einspritzvorganges
benützt wird.
-
Damit bei jeder Drehzahl dieser schlagartige Stoß die jeweils günstigste
Größe hat, ist es nötig, die durch die Nut io abgeleitete Brennstoffmenge durch
einen Regler 2o, der zweckmäßig auf der Drehschieberachse angeordnet sein kann,
abhängig von der Drehzahl zu regulieren. Die Vorströmnut io ist aus diesem Grunde
trapezförmig ausgeführt, wobei die vorauseilende Kante 12 derselben entsprechend
der Reglerbewegung gekrümmt ist und der Regler den Drehschieber in axialer Richtung
verschiebt.
-
Fig. 3 zeigt das Diagramm der Reglerfeder 21. Zur Veränderung der
Einspritzmenge wird die Büchse 14 durch den Hebel 2z verdreht. Fig. 5 'zeigt diesen
Vorgang. Der Abstand a am Umfang des Schiebers der beiden Bohrungen 8 und 13 wird
durch das Verdrehen der Büchse 14 verändert und hiermit die Zeitdauer, die für das
Einspritzen zur Verfügung steht, verändert. Da der Speicherdruck, abgesehen von
dem schlagartigen Anfangsdruck des Einspritzens, konstant ist, wird durch die veränderte
Zeitdauer, während der die Bohrungen 8 und 13 über die Nuten i5 und ig miteinander
in Verbindung stehen, die Einspritzmenge verändert. In Fig.5 stellt das Maß a' den
Abstand der Bohrungen bei größter Füllung und das Maß a den Abstand der Bohrung
bei kleinster Füllung dar.
-
Damit die Veränderung der Füllung auf die Größe der durch die Bohrungen
ii abgeleiteten Brennstoffmenge keinen Einfluß hat, sind die Bohrungen ii und die
Bohrungen 8 in der Büchse 14 angeordnet, werden also gemeinsam verdreht.
-
Damit von den Bohrungen 8 kein Brennstoff zu den Bohrungen 13 durchgedrückt
werden kann, ist der Ringraum 23 angeordnet, wobei der von den Bohrungen 8- durchgedrückte
Brennstoff über die Nut 24 und die Bohrungen 25 33 und 27 abgeleitet wird.
-
Solange die Nut io mit der Bohrung 8 in Verbindung steht, steht die
Nut 15 über den Schwanz 26 mit einer der Bohrungen ii in Verbindung, so daß der
bei Schieberundichtigkeit von der Nut io zur Nut 15 durchgedrückte Brennstoff nicht
zu einer Düse überfließen, sondern durch die betreffende Bohrung ii abfließen kann.
-
Damit beim Vorströmen durch die Nut io nicht der gesamte aufgespeicherte
Brennstoff abfließt, können die Bohrungen ii mit Drosselstellen versehen sein, die
durch Versuch im
Zusammenhang mit der Größe der bewegten Masse des
Kraftspeichers 2, 3, 4 bestimmt werden können.
-
Die Erfindung schließt auch Ausführungen ein, bei denen durch Verdrehen
einer Büchse die Vorströmmenge und durch axiales Verschieben des Drehschiebers die
Einspritzmenge reguliert wird.