DE695837C - Vom Verdichtungsdruck im Arbeitszylinder einer Brennkraftmaschine angetriebene Brennstoff-Einspritzpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf solche vom ' Verdichtungsdruck im Arbeitszylinder angetriebene Brennstoff-Einspritzpumpen, wie sie unter dem Namen Archaouloff-Einspritzeinrichtung bei Dieselmotoren und insbesondere bei Schiffsantriebsmotoren vielfach in Betrieb sind. Brennstoffpumpen dieser Art bestehen aus einem frei fliegenden Stufenkolben, auf dessen Stufe größeren Querschnittes (Gaskolben) der Verdichtungs-und Verbrennungsdruck im Arbeitszylinder einwirkt und dessen Stufe kleineren Querschnittes (Brennstoffkolben) auf den zu fördernden Brennstoff drückt.

,₅ Die Archaouloff-Einspritzvorrichtung war in ihrem Bau anfangs sehr einfach. Der Stufenkolben war aus einem Stück hergestellt; die Verlängerung des kleineren Brennstofftauchkolbens bildete zugleich die Kolben-

_ao stange für den größeren Gaskolben, der als gewöhnlicher, mit nur wenigen Kolbenringen versehener kurzer Kolben ausgebildet war. Derart ausgestaltete Stufenkolben waren aber im Betrieb noch nicht brauchbar. Zunächst

a₅ erwies es sich praktisch als unmöglich, die zum Stufenkolben gehörigen beiden Zylinder genau gleichachsig zu .bohren. Der Stufenkolben klemmte sich infolgedessen während des Betriebes leicht in seinen Führungen fest. Auch der einfache Gaskolben war in dieser Gestalt mit Bezug auf Führung, Schmierung und Dichtung unzulänglich, Er mußte grundlegend umgestaltet werden. Um das erwähnte Klemmen zu vermeiden, wurde der Stufenkolben zweiteilig gemacht, und in die gemeinsame Kolbenstange wurde eine gelenkige Verbindung eingeschaltet, die eine geringe seitliche Verschiebung der beiden Kolben und eine begrenzte Schrägstellung zueinander ermöglichte. Außerdem erhielt der Gaszylinder, nachdem die versuchte beträchtliche Vermehrung der Kolbenringzahl allein nicht zum Ziele geführt hatte, sorgfältig gelagerte, innenspannende Kolbenringe, eine aus besonderem Werkstoff hefgestellte. Gleitbuchse und einen Feuerschutzring, dazu eine wirksame Zylinderkühlung sowie eine Druckölschmierung nebst Zubehör.

Diese außergewöhnliche Sorgfalt bei der zuverlässigen Abdichtung des Gaskolbens war 5" unerläßlich, weil nur bei ganz dichtem Gaskolben und Vermeidung jeden Gasverlustes die erforderliche Leistung der Einspritzpumpe erzielt werden konnte. Außerdem mußte mit

Rücksicht auf den Gesundheitszustand der Mannschaft verhindert werden, daß die schäd liehen Verbrennungsgase über das zwischen dem Gas- und Brennstoffzylinder vorgesehene,; laternenartig durchbrochene Zwischenstück in den Maschinenrauin austreten konnten. Dattel' mußte der frei fliegendeStufenkolbenaberleieht beweglich bleiben. Die gegenseitige Abstimmung dieser zum Teil gegeneinanderlaufenden Förderungen war im Hinblick auf die sehr heißen und dazu Verbrennungsrückstände enthaltenden Hochdruckzyüjndergase nur auf dem Wege langjähriger Entwicklung zu erreichen. ' Mit den ,geschilderten, seit einer Reihe von Jahren praktisch angewendeten mannigfaltigen Verbesserungen arbeiten die Archaouloff-Einspritzpumpen nunmehr anerkanntermaßen . zufriedenstellend. Sie sind aber in einem ao Punkte ihrer Weiterentwicklung an eine Grenze gekommen, nämlich bei der Anwendung für die heute immer mehr in den Vordergrund gerückten Dieselschnelläufer. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei ioo, 200 und vielleicht noch 250 Umdrehungen die Einspritzung nach Archaouloff einwandfrei arbeitet, daß aber, wenn man die Umdrehungszahl weiter steigert, Störungen auftreten. Diese haben ihren Grund darin, daß infolge zu großer zu beschleunigender Massen und zufolge der Bremswirkung· der vielen erforderlichen Abdichtungsringe der Einspritzkolben dem Taktspiel der Maschine in der verfügbaren geringen Zeit nicht genügend rasch und genau mehr folgen kann". Störungen durch Spätzündungen sind dann die Folge. Die Erfindung eröffnet einen neuen Weg, um die bewährte Archaouloff-Einspritzeinrichtung mit gleichem Erfolg auch bei Schnelläufern anwenden zu können.

Die Erfindung besteht darin, daß als größere Kolbenstufe (Gaskolben) ein elastischer Federkolben mit radialem Spiel in den Zylinder !eingesetzt ist, dessen Balg mit KoI-benstange und Zylinder gasdicht verbunden ist, und daß eine Schutzplatte vorgesehen ist, die mit der Zylinderinnenwand einen Drosselquerschnitt bildet. Darüber hinaus gibt die Erfindung noch Anweisung für eine neuartige und besonders zweckmäßige Herstellung des FederhoMkörpers aus einzelnen x-ähinlich gestalteten Federelementen, deren* Außenränder gasdicht "aufeinander aufgeschliffen sind.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 die Einspritzpumpe im senkrechten Längsschnitt, während die Abb. 2 und 3 Einzelheiten darstellen.

Die Einspritzpumpe besitzt .wie alle Archaouloff-Brennstoffpumpen einen Stufenkolben, dessen große Kolbenstufe 1 (Gaskolben) und kleine 2 (Brennstoffkolben) in zugehörigen Zylindern 3 und 4 arbeiten. Sie sind durch die als Kolbenstange dienende Verlängerung des Brennstofftauchkolbens 2 miteinander verbunden. Der größere Zylinder 3 -. .steht durch einen Kanal nebst Rohranschluß 5 -in dauernder Verbindung mit dem oberen Ende des nicht dargestellten Ar-beitszylinders einer Dieselmaschine. Der Deckel 6 des großen Zylinders 3 trägt seinerseits den kleineren Brennstoff zylinder 4, in welchem die als Tauchkolben ausgebildete kleinere Kolbenstufe geführt ist. Oberhalb des Brennstoffkolbens 2 befindet sich die Brennstoffsaug- bzw. -druckkammer 7, zu der die Brennstoffsaugleitung 8 über ein Rückschlagventil 9 führt und von welcher die Brennstoffdruckleitung 10 ausgeht und zum nicht dargestellten Einspritzventil im Deckel des Arbeitszylinders der Maschine geführt ist..

Der Gaskolben besteht aus einem als Kraftübertragungselement an sich bekannten Federkolben i. Er ist mit radialem Spiel in seinen Zylinder 3 eingesetzt, und sein Balg ist durch Festklemmen der Ränder 12 und 13 mit der Kolbenstange 2 und dem Zylinder 3 gasdicht verbunden. Die Kolbenplatte 11 ist als feuer- und korrosionssichere Schutzplatte ausgebildet. Sie schützt einerseits den Balg gegen das unmittelbare Auf treffen des hochgespannten Gasstrahles. Anderseits bildet sie mit der Trennwand des Zylinders 3 einen Drosselquerschnitt.

Der Balg ist durch Aufeinanderschichten von einzelnen x-ähnlichen Federelementen 14 (Abb. 2 und 3) zusammengesetzt. Diese werden entweder aus dem Ganzen hergestellt, d.h. aus .einem Rohxstück gepreßt, oder aus einem vollen Stahlteller ausgedreht (Abb. 2). Sie können auch durch Schweißen (Schweißnaht 15) aus je zwei einzelnen kegelförmigen Tellerfedern hergestellt werden (Abb. 3). Die Schenkelflächen dieser Federelemente können dabei eben (Abb. 2) oder gewellt (Abo. 3) ausgeführt sein. An den äußeren, nach dem Zusammensetzen aufeinanderliegenden Rändern 16 sind die benachbarten Federelemente gasdicht aufeinander aufgeschliffen, so daß der balgartige Federkörper, der mit Vorspan- 1.10 nung in den Zylinder 3 eingesetzt wird, nur an seiner Außenseite mit den Zylindergasen in Berührung kommt. Mit zunehmendem Gasdruck im Arbeitszylinder und im Zylinder 3 werden die aufeinandergeschliffenen Ringflächen x6 der Federelemente 14 immer fester aufeinandergepreßt. In demselben Sinne wirkt auch noch die während der Kolbenbewegung zunehmende Federspannung, so daß der Federkörper 1 auch bei höchster Beanspruchung durch die Zylindergase vollkommen gasdicht arbeitet.

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Dadurch, daß die Schutzplatte ii den den Balg umgebenden Ringraum bis auf einen Drosselquerschnitt abdeckt, bewirkt sie, daß die durch den Überströmkanal S übertretenden heißen Zylindergase im wesentlichen nur ' den an Größe zunehmenden Raum vor der Platte anfüllen, und daß nur ein verhältnismäßig kleiner Teil· derselben in den Ringraum übertritt und sich mit dem in diesem Ringraum verbliebenen kühleren Rest alter Gase mischt. So entsteht in dem Ringraum eine gemäßigte Mischtemperatur, die die Lebensdauer des Federkolbens nicht gefährden kann und eine besondere Wasserkühlung entbehr-Hch macht.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einspritzvorrichtung ist folgende: Der Saug- und Druckraum 7 vor der kleinen Kolbenstufe 2 ist stets mit Brennstoff angefüllt. Er wird

».0 entweder vom Kolben 2 über den Kanal 8 und das Rückschlagventil 9 angesaugt oder durch eine nicht dargestellte Brenjistoffzubringferpumpe gefördert bzw., von einem Brennstoff hochbehälter kommend," darin eingelagert. Der

'•5 vom' Arbeitszylinder über die Leitung 5 kommende Kompressionsdruck wirkt auf die Fläche der Schutzplatte 11 sowie nach dem Durchgang durch den Drosselquerschnitt auch auf die äußere Umfläche des Balges, so daß dessen Federelemente 14 zunächst nur wenig zusammengedrückt werden. Erst wenn der Druck im Arbeitszylinder am Ende.der Kompression so hoch geworden ist, daß der vom Tauchkolben 2 auf den Brennstoff ausgeübte Druck den Druck der Schließfeder im Einspritzventil des Arbeitszylinders überwindet, wird schlagartig der Brennstoff durch den Tauchkolben 2 aus dem Raum 7 verdrängt, über das Zuführungsrohr 10 dem Einspritzventil zugedrückt und durch dieses in den Arbeitszylinder eingespritzt, wobei die dann einsetzende Zündung den Förderdruck der Brennstoffpumpe noch weiter' steigert. Mit beginnender Expansion im Arbeitszylinder und Nachlassen des auf die Schutzplatte 11 wirkenden Druckes dehnt sich der Federkörper wieder aus, drückt den Stufenkolben 1, 2 abwärts und saugt dabei neuen" Brennstoff über 8, 9 in die Kammer 7 an, so^v daß die früher zur Erzeugung des Ansaughubes erforderlich gewesene kräftige Schraubenfeder in Fortfall kommen kann. Hierauf beginnt der Einspritzvorgang in der geschilderten Weise von neuem.

Die beschriebene Brennstoff-Einspritzpumpe macht alle eingangs geschilderten Vorkehrungen entbehrlich, die bei der Verwendung eines gewöhnlichen Kolbens mit Kolbenringen als Gaskolben durch das Streben nach zuverlässi-

fio ger Abdichtung sowie mit Bezug auf sorgfältige Schmierung und Kühlung erforderlich waren. Da ferner der Gaskolberi zufolge seines Spiels im Zylinder 3 und seiner federnden seitlichen Nachgiebigkeit selbst eine genügende Einstellbarkeit besitzt, so liegt ,auch keine Notwendigkeit mehr vor, den Stufenkolben zweiteilig zu machen und zwischen den Brennstoffkölben und den Gaskolben eine nachgiebige Gelenkverbindung einzuschalten. Der Stufenkolben kann also, wie zu Anfang der y Entwicklung der Archaouloff -Einrichtung, wieder -einteilig gemacht werden. Dies sowie der Fortfall aller mit der früher notwendigen Kühlung und Druckschmierung verbundenen Zufühxungsleittmgen u. dgl. sowie der Fortfall des im Vergleich mit dem Federkolben schwereren Gajskolbens macht die neue Pumpe mit Bezug auf ihren Bau einfacher und im Gewicht leichter. Letzteres ist z. B. deshalb von Vorteil, weil die Archaouloff-Pumpe auf den Zylinderdeckeln der an sich schon sehr hohen Schiffsdieselmaschinen angeordnet wird, wegen der Gefahr, daß Schwingungen entstehen könnten, jede Gewichtsverminderung erwünscht ist. Dazu kommt die Vermeidung jeden Gasverlustes durch die auch bei den höchsten auftretenden Drücken zuverlässige Abdichtung sowie die Ersparnis jeglicher Reibungsarbeit beim Gaskolben, was beides der Leistung der Einspritzpumpe unmittelbar zugute kommt. Schließlich wird zufolge des Wegfalls jeglicher Schmierung des Gaskolbens auch die sorgfältige Überwachung, die bei der ursprünglichen Ausführung unentbehrlich war, jetzt ganz überflüssig.

Der wichtigste Fortschritt, der mit der neuen Einspritzvorrichtung erzielt werden kann, ist aber der, daß der Stufenkolben zufolge des geringeren Gewichts der beim Einspritzhub zu beschleunigenden Teile den vom Arbeitszylinder herkommenden Druckimpulsen williger und taktgenauer folgt, was für den sicheren Betrieb der Maschine und für ' die Genauigkeit der Regelung der einzuspritzenden Brennstoffmenge von wesentlicher Bedeutung ist. Durch die Verwendung des neuartigen Gaskolbens wird infolgedessen ermöglicht, das Archaouloff-Einspritzverfahren auch bei Maschinen höherer Drehzahl (sog. Schnellläufern) anzuwenden, was mit der bisherigen no Bauart-infolge zu großer Massenträgheit der zu beschleunigenden Teile und der aufzubringenden beträchtlichen Reibungsarbeit nicht möglich war. Dieser Vorteil bedeutet eine erhebliche Bereicherung auf diesem Sondergebiet der Technik.

"Zusammenfassend ist durch die vorliegende Erfindung eine Einspritzvorrichtung des Systems Archaouloff geschaffen worden, die außer den aus der Anwendung des bekannten .Federkolbens sich ergebenden, dort zum Teil bereits erkannt gewesenen Vorteilen noch fol-

gende fortschrittlichen Wirkungen im Gefolge hat, die erst durch die Anwendung des Federkolbens bei der Archaouloff-Einspritzeinriohtung neu auftreten, nämlich:

1. die Möglichkeit, den Stufenkolben wieder einteilig zu machen,

2. der Fortfall einer besonderen, kräftigen Feder, die die Kraft für den Ansaugehub der Pumpe lieferte, und

3. die Möglichkeit der Anwendung des Archaouloff-Systems¹ für Schnellauf er dieselmaschinen.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Vom Verdichtungsdruck im Arbeitszylinder einer Brennkraftmaschine angetriebene Brennstoff-Einspritzpumpe mit Stufenkolben, dessen Stufe kleineren Querschnittes auf den zu fördernden Brennstoff und auf dessen Stufe größeren Querschnittes der Verdichtungsdruck der Gase im Arbeitszylinder wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß als größere Kolbenstufe (Gaskolben) ein elastischer Federkolben

   (I) dient, der mit radialem Spiel in den Zylinder (3) eingesetzt ist und dessen Balg mit Kolbenstange und Zylinder gasdicht verbunden ist, und daß eine Schutzplatte

   (II) vorgesehen ist, die mit der Zylinderinnenwand einen Drosselquerschnitt bildet.
2. 2. Brennstoff-Einspritzpumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbalg (1) durch eine Anzahl von x-ähnlich gestalteten Federelementen gebildet ist, deren Außenränder (16) gasdicht aufeinander aufgeschliffen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen