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Verfahren und Einrichtung zur Treibstoffspeisung von Brennkraftmaschinen
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren und eine Einrichtung zur Treibstoffspeisung
mehrzylindriger Brenukraftmaschitien, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder
mit Treibstoff durch den Kolben einer Abmeßpumpe mit volumetrischer Einstellung
durch veränderlichen Hub gespeist wird, deren Zylinderzahl gleich ist der Zylinderzahl
der Kraftmaschine, wobei der Kolben der Pumpe, durch Verdrängung während des größten
Teiles der Gesamtdauer eines halben Kreisprozesses, die genaue Menge eines flüssigen
Treibstoffes in eine Einspritzdüse des zugehörigen Zylinders fördert und diese abgemessene
Treibstoffmenge aus der Einspritzdüse verdrängt und zerstäubt wird durch eine abgemessene
Druckluftmenge, die der Einspritzdüse durch eine zugehörige Verteilungs-undAbmeßvorrichtung
zugeführt .wird.
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Durch dieses Verfahren und diese Einrichtung ist es möglich, die Nachteile
zu vermeiden, die sich insbesondere aus den: hohen Einspritzdrückender bekannten
Speiseverfahren mit sag. fester Einspritzung ergeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens besteht
aus einer Abmeßpumpe mit volumetrischer Einstelilung durch veränderlichen Hul),
deren Kolben.zgltl der Zy4,inderzahl der Kraftmaschine Entspricht und mit welcher
eine Verteilungs- und A bmeßvorrichtung füT Druckluft und Einspritz- und Zerstäubunbgsdüsen
verbunden sind, die jeweils durch einen der. Pumpenkolben mit Treibstoff gespeiet
werden und mit der Vertei,lungs- und Ahmeßvorrichtung der Druckluft in Verbindung
stehen,.
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Die Zeichnung veranschauhichtzwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
VorrichfUne" Abb. t zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der
Vorrichtung
zur Speisung einer Viertaktexplosionskraftmaschine mit sternförmig angeordneten
Zylindern; Abb. 2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Speisung
eimer Kraftmaschine mit in Reihe angeordneten Zylindern; Abb.3 ist ein Schnitt durch
einen Zerstäuber für die vorgenannten Ausführungsbeispiele: Abb.4 ist ein Schnitt
durch die Abmeßpumpe der Vorrichtung gemäß Abb. i ; Abb. 3 und 6 sind- Teilansichten
Jm Schnitt gemäß den Linien V-V und VI-VI der Abb. .4; Abb. 7 und 8 sind ähnliche
Schnitte gemäß den I.inien VII-VII und VIII-VIII der Abb. .I; Abb. 9, f o und i
i zeigen Steuerungsdiagramme. 13ei den Ausführungsbeispielen gemäß den .1b1>. i
und 2 saugt eine erste Speisepumpe i den Treibstoff aus dem Behälter 2 an und fördert
ihn zur Abmeßpumpe 4. Der Treibstoff geht dabei durch ein Filter und einen Entlüfter
3, die der Pumpe i vorgeschaltet sind. Mit der Pumpe 4 ist eine Verteilungs- und
Abmeßvorrichtung 3 für die Druckluft gekuppelt. Ein Verdichter 6. der die Zerstäubungsluft
liefert, wird von der Welle der ersten Speisepumpe i angetrieben, welche selbst
durch ein Zahnradgetriebe ihren Antrieb von der Kurbelwelle der Kraftmaschine erhält.
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Zum Anheben der Pumpe i dient eine Handkurbel 7, d.ie durch eine Einrückkupplung
miit der Welle des Verdichters 6 und der Pumpe verbunden werden kann. Durch das
Gestänge 8 wird beim Einrücken die Verbindung zwischen dieser Welle und der Kurbelwelpe
oder Kraftmasch.irne unterbrochen. Man kann dann vor der Inbetriebsetzung die Pumpe
i und den Verdichter 6 von Hand in Drehung versetzen, was nach einer langen Ruhepause
oder dem Entleeren der Behälter zum Anheben der Pumpe notwendig,ist. Ein Umgehungsventil
9 und ein Schauglas io gestatten es, das Anheben der Pumpe i festzustellen. Bei
einer anderen Ausführung könnte die Anordnung ebenfalls derart getroffen sein, daß
durch diese Vorrichtung auch die Ahmeßpumpe zum Anheben betätigt und die Luft aus
allen Treibstoffleitungen ausgetrieben würde.
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Die AbmeßPumpe 4 trägt die Anschlüsse für die Brennstoffleitungen
i i und die DFuckluftleitungen 12 der Zerstäuber 13. die jeweils in die Einlaßleitung
eines jeden Zylinders der Kraftmaschine einmünden. Die Fördermenge wird durch, den
Hebel 14 zum Einstellen der Treibstoffmenge bestimmt. Die Druckluft gelangt zum
Verteiler 5 durch die Leitung 24. Rei der Ausführu.rvg gemäß Abb. i, bei welcher
die Kraftmaschine mit sechs Zvlin,dern versehen i,st, sind sechs Einspritzdüsen
und zwei Drosselklappen 16 und 17 vorgesehen, welche die Umgehungsleätung 15 des
La@deverdichters der Zylinder steuern. Diese Klappen. sind durch das Gestänge i8
m.it dem Hebel 14 der Abmeßpumpe verbunden. Ferner wird ein Gelenkstück i9 des Gestänges
in einer Gleitführung 20 des Hebels 1,4 durch eine Barometerkapsel 21 verschoben.
die selbst durch die Änderungen des äußeren Luftdruckes beeinflußt wird. Dadurch
wird in selbsttätiger Weise die Verhältnismenge der Brennluft in Abhängigkeit von
der Höhenlage bestimmt. Eine Verbindungsvorrichtung 22 gestattet, die Einstelilung
zu verändern. 23 ist die Saugleitungdes Verdichters 6.
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Bei einer Kraftmaschine ohne Verdichter ist der Hebel 14 der Abmeßpumpe
mit dem Schieber oder der Drosselklappe verbunden. die den Lufteinlaß zur Kraftmaschine
steuert.
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Die Abmeßpumpe 4 der Einrichtung gemäß Abb. i ist mit einer Antriebswelle
25 versehen (Abb.4 bis 8), die mit der halben Drehzahl der ,Kurbelwelle umläuft.
Diese Welle trägt eine um einen Zapfen 26 dieser Welle schwenkbare Nabe 27, ,die
dadurch mehrere Schräglagen einnehmen kann. Die Schräglage wird dabei zwangsläufig
durch den Hebel 14 bestimmt, der fest mit der Gabel 29 zusammenhängt, welche ihrerseits
den Halbring 30 betätigt. Dieser Halbring verschiebt den ' Gleitkörper 31 der Länge
nach auf den Rippen 32 der Welle 23. Der Gleitkörper 31 ist mit Schrägnuten 33 versehen,
mit denen zwei an der Nabe 27 festsitzende Zapfen 34 im Eingriff stehen. und Bestimmt
somit die jeweiligen Lagen dieser Nabe. Es ergibt sich aus dieser Anordnung, daß
der Hebel 14 @die verschiedenen Schräglagen der Nabe 27 bestimmt, die ferner von
derWelle 25 in Drehung versetzt wird. Auf der Nabe 27 ist durch ein Kugellager 35
ein Bügel 36 gelagert, der dadurch in eine Schaukelbewegung versetzt wird. Dadurch
wird mit Hilfe von Gelenken die Hinundherbewegung der sechs Kolben der Pumpe 37
erzeugt.
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Durch die vorbeschriebene Anordnung wird somit mit Hilfedes Hebels
14 die Hubänderung, also auch die Fördermenge der Kolben 37 best,i@mmt.
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Die Steuerung dieser Pumpe wird durch eine zylindrische, auf der Welle
25 gelagerte Büchse 38 bewirkt, deren Drehzahl aber dreimal kleiner ist als d.iejeni.ge
der genannten Welle. Die Untersetzung erfolgt durch ein auf der Welle 25 festsitzendes
Zahnrad 39 und Zwischenräder 4o und 41, die mit einem an der Büchse 38 befestigten
Zahnrad 42 ini Eingriff stehen. Bei einer Kraftmaschine finit vier Zylindern könnte
die Untersetzung in einem Verhältnis von 2: 1 stattfinden, bei einer Kraftmaschine
mit acht Zylindern jednch in eirein Verhältnis von 4:1.
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Der Treibstoff wird durch den Kanal 43 eingeführt. Von dort gelangt
er durch eine Umfangsnut 44 und Längsnuten 43 der 13iichse zu den Verteilungsnuten
46, ,die ihn tvährend der Saugl>eriod:# durch die Kanäle 47 an jeden Zylinder der
Pumpe abgeben.
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Die Verdrängung der sechs Zylinder 49 der Pumpe wird durch drei Reihen
je dreier Steuernuten 48 .gesteuert. Jede Reihe ist für die Druckseite zweier Zylinder
vorgesehen. Jeder Zylinder verdrängt in einen besonderen Kanal 3o. der durch eine
Rohrleitung i i finit dein zu@gelihrigen 7cistäul>er 13 verbunden ist.
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All einem Ende der Abnießpumpe liehe,det sich eitle V erteiltings-
und :1t»nel3\ orrichttnig für die
Druckluft. Diese Vorrichtung ist
-in einem Gehäuse 5 i angeordnet. Die Druckluft wird durch .die Rohrleitung 24 und
den Anschluß 52 eingeführt. Das freie linde der \\-elle 25 treibt den Dreh- und
Abmeßschieber 53 an, der auf einer feststehenden :Scheibe 54 gleitet. Im Drehschieber
53 sind zwei Zellen ,s,3 vorgesehen, deren Rauminhalt der Höchstnienge des zu zerstäubenden
Treibstoffes angepaßt ist. Diese Zellen füllen sich durch die unter der Scheibe
54 durchlaufenden Kanäle 56, die mit den Öffnungen 57 in Verbindung stehen. Sie
geben anschließend ihre Druckluftladung durch die Öffnungen 58 ab, die mit den Auslaßkanälen
59 verbunden sind. Die Öffnungen 57 und 5` sind jeweils auf zwei Kreise \-erteilt,
die ihrerseits einer der Zellen entsprechen.
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)e(le Zelle ist mit einer L:inlaß- und Auslaßiiffnung 73° versehen,
die al)w-ecltselnd über die F inlal.i- und .\uslaliötfttungen 57 und 59 h,inweggehen.
Die (5ffntntg 73° steht mit einer in die Unterseite geschnittene Nut 73 in Verbindung.
die genügend lang ist. um (las vollständige 1',-in- und Austreten
der Zellenluft zu gestatten, deren Länge aber genügend klein ist, damit nicht zwei
Öffnungen 57 und 58 gleiclizeit,i-g mit der Zelle 55 verbunden werden. \tan sieht,
claß während des Füllens der einen Zelle die andere sich entteert, und umgekehrt.
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lltn die Änderung der Winkellage des Drehschiebers 53 auf der' Welle
25 zu gestatten, wird dieser von einer Büchse 75 in der Drehrichtung mitgenommen.
Diese Büchse ist innen mit kleinen Längsrippen @-ers,ehen, die mit entsprechenden
Längsrippen der Welle 25 im Eingriff stehen. Durch die Breite der lZiphen
wird die Genauigkeit der 1?instellun@g besitimmt. Die Büchse ist in der Drehrichtung
mit dem Drehschieber durch Finger 76 gekuppelt.
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Der :'\ustrittskatial 5o des Treibstoffes und der Austrittskanal 59
der Druckluft, die beide zu einem gleichen Zerstäuber gehören, münden in einen Doppelanschluß
6o, von dem die beiden ,Leitungen t t und 12 zum entsprechenden Zerstäuber führen.
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Aus Abb. i i ist ersichtlich, in welcher Weise die \''orrichtung gemäß
den Abb. i und 4 bis 8 arbeitet. Jeder Kolben 37 fördert eine abgemessene Treibstoffmenge
zum entsprechenden Zerstäuber. Die Förderung erstreckt sich auf eine ganze Umcirehun.g
der Kraftmaschine, also von B" nach C" während der Verbrennung und des Auslasses.
Die ganze abgemessene Treibstoffmenge wird im Zerstäuber aufgespeichert. Eine .der
Zellen 55, die eine bestimmte Menge Druckluft enthält, wird dann mit der diesem
Zerstäuber entsprechenden Leitung 59 in Verbindung gesetzt. Die in diesem Zerstäuber
enthaltene Treibstoffmenge wird dabei durch die in der Zelle enthaltene Druckluft
ausgetrieben und zerstäubt, und zwar von G" nach H" während der Einlaßperiode. Durch
Verstellen der Winkellage des Drehschiebers 53 kann man auch das Zerstäuben vor
dem Schluß der Förderung des Treibstoffes in den "Zerstäuber beginnen lassen.
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Abb. 9 zeigt die Arbeitsweise einer anderen Ausführung der beschriebenen
Vorrichtung für eine Zweitaktmaschine. Bei dieser Ausführung sind die Perioden der
Aufspeicherung des Treibstoffes im Zerstäuber scharf von den Zerstäubungspenioden
getrennt.
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PJIH .ist der obere Totpunkt. OA,und FA sind die Öffnungs- und Schließpunkte
des Einlasses. Der durch die drei Punkte B N C .gehende Halbkreis stellt
die Förderperiode eines jeden Kolbens der Abtneßpumpe des Treibstoffes dar. Diese
Periode erstreckt sich auf eine halbe Umdrehung der Kraftmaschine. Durch
GH ist die Zerst.äuhunigsperiode angedeutet. Bei diesem Beispiel betragen
die Winkel a und fl jeweils 2o und 35°.
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In Abb. io ist die _1#,rbeitsw^eise einer anderen Ausführung dargestellt,
bei welcher die Zerstäubung vor Schluß der Förderung des Treibstoffes in den Zerstäuber
beginnt. Jeder Kolben der Abmeßpumpe fördert den Treibstoff während einer halben
Umdrehung der Kraftmaschine, also von B' nach C . Die Zerstäubungsperiode
ist durch den .Kreisbogen G'H' dargestellt.
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Bei den beschriebenen Vorrichtungen wird, der Treibstoff den Zerstäubern
mit vermindertemDruck zugeführt, und es sind keine Teile, wie Ventile oder Federn,
vorhanden, die augenblicklichen Kräften ausgesetzt sind, so daß das Abmessen des
Treibstoffes mit großer Genauigkeit erfolgen kann, selbst dann, wenn die Laufgeschwindigkeit
der Kraftmaschine wesentlich erhöht wird.
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Die Zerstäuber (Abb. 3) der beiden Vorrichtungen gemäß den Abb. i
und 2 bestehen jeweils aus einem zylindrischen Körper 61, auf den eine Düse 62 geschraubt
ist. Der durch die Leitung i i ankommende Treibstoff tritt durch den Kanal 63 ein
und wird durch die Löcher der Spritzdüse 64 in den Raum 64° im Innern des Diffusors
65 gespritzt, wo er sich ansammelt. Der Rauminhalt der Kammer 64° genügt zur Aufnahme
der größten Treibstoffmenge. Infolge des äußerst raschen Verlaufs des Kreisprozesses
hat der Treibstoff keine Zeit, vor dem Eintritt der Druckluft durch die Nuten des
Kopfes 70 des Zerstäubers abzufließen. Die durch die Leitung 12 ankommende
Druckluft tritt bei 66 ein und strömt durch die Schraubennuten 67 des Diffusors
65. Ein Teil tritt unmittelbar in den Ringraum 68 und durch die Schlitze 69 in Richtung
des Kopfes 7o des Zerstäubers, wo,er sich mit drem Treibstoff vermnischt, der von
der Druckluft durch die Löcher 71 getrieben wurde.
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Der zerstäubte Treibstoff tritt durch die Öffnung 72 der Düse 62 aus.
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Die Abmeßpumpe 4 und die Verte@ilungs- und Abmeßvorrichtung 5 der
Einrichtung gemäß Abh. 2 sind ähnlich Nvi-e bei der Ausführung gemäß Abb. i ausgebildet.
Die beiden Vorrichtungen arbeiten auch in ;genau gleicher Weise.