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Einspritzvorrichtung für Druckluftbrennstoffeinspritzung Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einspritzvorrichtung für Druckluftbrennstoffeinspritzung unter
Verwendung einer Einspritzpumpe und eines Luftpressers und besteht im wesentlichen
darin, daß der Hub des die Einspritzdruckluft unabhängig vom Brennstoff zur Einspritzdüse
fördernden Luftpressens durch einen von der Brennstoffpumpe erzeugten Flüssigkeitsdruck
bewirkt wird.
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Es sind Einspritzvorrichtungen bekannt, bei welchen das Kolbenglied
des Luftpressers, z. B. eine Membran, mit dem Pumpenkolben zwangsläufig mechanisch
gekuppelt ist, so daß beide Teile nur gleichzeitig und gleichmäßig bewegt werden
können. Ferner ist es bekannt, bei einer solchen Einspritzvorrichtung eine Membran
vorzusehen, welche durch den von der Pumpe erzeugten Flüssigkeitsdruck während des
Druckhubes bei abgesperrter Einspritzleitung unter Spannung gesetzt wird und im
Augenblick der Freigabe der Druckleitung den Brennstoff bzw. ein Brennstoffluftgemisch
in die Einspritzleitung drückt.
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Durch die Erfindung wird demgegenüber der Vorteil erzielt, daß das
Kolbenglied des Luftpressers, z. B. eine Membran, eine vom Pumpenkolben mindestens
teilweise unabhängige Bewegung ausführen kann, da es nur kraftschlüssig über die
Flüssigkeitssäule mit dem Pumpenkolben gekuppelt ist. Der Förderhub des Luftpressers
kann daher dem wirksamen Druckhub des Pumpenkolbens vorangehen, insbesondere derart,
daß die Einspritzperiode-in demjenigen Augenblick beginnt, in welchem das Kolbenglied
des Luftpressers durch einen Anschlag am Weiterhub gehindert wird. Die zeitlich
aufeinanderfolgende Wirksamkeit des Luftpressers
einerseits und
des Pumpenkolbens andererseits ergibt hierbei für die Zerstäubung des Brennstoffes
besonders günstige Steuerverhältnisse.
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Des weiteren wird durch die hydraulische Kupplung von Pumpenkolben
und Kölbenglied des Luftpressers der Vorteil erzielt, daß normale Pumpenkolben verwendet
werden können und Kolben und Kolbenglied des Luftpressers je nach den günstigsten
räumlichen Bedingungen auch zueinander versetzt, z. B, im Winkel zueinander, angeordnet
sein können.
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In einfachster Weise ist das Kolbenglied des Luftpressers unmittelbar
an den Pumpenraum der Brennstoffpumpe angeschlossen. Das Kolbenglied des Luftpressers
steht insbesondere unter einem Federdruck, welcher geringer ist als der die Einspritzdüse
oder einzwischengeschaltetes Druckventil schließender Federdruck, so daß im Druckhub
des Pumpenkolbens zunächst die Druckluft verdichtet wird und hierauf, insbesondere
nach Beendigung des Luftpresserhubes mittels eines Anschlages, der Brennstoff eingespritzt
wird.
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Der Pumpenkolben und das Kolbenglied des Luftpressers können ausschließlich
hydraulisch oder auch, z. B. zusätzlich, federnd gekuppelt sein. Die Steuerung des
Pumpenkolbens erfolgt hierbei vorzugsweise mittels eines Nockens, welcher aus einem
vorzugsweise als Exzenter ausgebildeten Grundnocken von einer dem Hub des Luftpressers
entsprechenden Höhe und aus einem über diesem angeordneten zweiten Einspritznocken
von einer dem maximalen Einspritzhube entsprechenden Höhe besteht.
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In zweckmäßigen Ausführungsformen der Erfindung bilden entweder Einspritzpumpe
und Luftpresser oder Einspritzdüse und Luftpresser eine bauliche Einheit. Eine besonders
bevorzugte Ausführungsform besteht jedoch darin, daß Einspritzpumpe, Luftpresser
und Einspritzdüse insgesamt eine bauliche Einheit bilden. Hierdurch kann ein besonders
einfaches und räumlich gedrängtes Einspritzaggregat erzielt werden. Der Luftpresser
kann insbesondere bei Benzineinspritzung als einzige Verdichtungsstufe vorgesehen
sein oder eine letzte von zwei oder mehreren Verdichtungsstufen bilden.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 ein Einspritzaggregat, bei welchem Einspritzpumpe
und Luftpresser eine bauliche Einheit bilden, Fig. 2 ein Einspritzaggregat, bei
welchem Einspritzdüse und-Luftpresser eine bauliche Einheit bilden, und Fig. 3 ein
Aggregat, bei welchem Einspritzpumpe, Luftpresser und Einspritzdüse zu einer baulichen
Einheit vereinigt sind.
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In Fig. 1 ist ho die Steuerwelle der Einspritzpumpe mit einem als
Exzenter ausgebildeten Grundnocken 11 mit der Hubhöhe hl und 12 der Einspritznocken
mit der Hubhöhe h2.
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Durch den Nocken wird mittels der Rolle 13 und des Stößels 14 der
Pumpenkolben 15 im Pumpengehäuse 16 angetrieben, wobei der Rückhub des Pumpenkolbens
durch die Druckfeder 17 bewirkt wird. Die Saugleitung 18 für den Brennstoff wird
durch die Oberkante des Pumpenkolbens gesteuert, während zur Steuerung einer Uberström-
oder Rücklaufleitung 19 eine schräge Steuerkante 2o im Pumpenkolben vorgesehen ist.
Die Regelung kann hierbei durch Verdrehen des Pumpenkolbens selbst oder eines den
Pumpenkolben umschließenden Steuerzylinders, z. B. mittels Zahnstange, erfolgen.
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An den Pumpenraum 22 ist ferner die Drucköffnung 23 mit einem Druckventil
24 angeschlossen, von dem aus eine Leitung 25 zu dem Leitungsanschluß 26 im zweiteiligen
Düsenkörper 27, 27' führt. Im letzteren wird das Düsenventil 28 geführt, welches
mittels des Ventilkopfes 29 die Düsenmündung 30 durch Öffnen nach außen steuert.
Eine Rückhubfeder 31 drückt das Düsenventil nach aufwärts, wodurch die Düsenöffnung
30 geschlossen gehalten wird. Das Düsenventil 28 ist hohl ausgebildet, wobei
der das Ventil durchsetzende Längskanal 32 mittels einer Querbohrung 33 mit einem
Ringraum 34 in Verbindung treten kann, wenn das Ventil gegen den Druck der Feder
31 nach abwärts bewegt wird, und welcher durch mehrere kegelförmig gerichtete Bohrungen
35 mit dem Ringraum 36 vor der Düsenöffnung 30 verbunden ist.
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Gleichachsig mit dem Pumpenkolben 15 ist ferner in der gleichen Zylinderbohrung
ein Kolben 37 eingesetzt. Mit diesem ist eine Membran 38 in einem Pumpenraum 39
verbunden, deren Federwirkung geringer als diejenige des Druckventils 24 bemessen
ist. Der Pumpenraum 39 über der Membran steht"mittels eines nach innen. öffnenden
Luftansaugeventils 40 mit der Außenluft und über ein ebenfalls federbelastetes Druckventil
41 mit einer Leitung 42 in Verbindung, die zu dem Anschluß 43 und idem Druckluftkanal
44 im Düsenkörper 27 führt. Der Luftdruckkanal 44 mündet in einen Ringkanal 45 ein,
der seinerseits mittels mehrerer, auf einem Kegel angeordneter Kanäle 46 mit dem
Raum 36 vor der Düsenöffnung verbunden ist. Zwischen dem Pumpenkolben 15. und dem
Luftpresserkolben 37 kann ferner eine Feder 47 zwischengeschaltet sein, welche die
beiden Pumpenkolben federnd miteinander kuppelt. Der den Pumpenraum 39 mit der Membran
38 enthaltende, zweiteilige, verbreiterte Gehäuseteil 48,49 ist, wie aus der Zeichnung
ersichtlich, mit dem Pumpengehäuse 16 zu einer baulichen Einheit vereinigt.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: In der
gezeichneten Lage befindet sich der Pumpenkolben in seiner tiefsten Stellung. Die
Verbindung zwischen der Saugleitung 18 und dem Pumpenraum 22 ist hergestellt, so
daß der Pumpenraum 47 mit Brennstoff gefüllt ist. Bei Drehung der Nockenwelle ho,
z. B. in Pfeilrichtung, wird die Rolle 13 mit dem Pumpenkolben 15 zunächst durch
den exzentrischen Grundnocken 1 i angehoben, wodurch nach Absperrung des Saugkanals
18 der Luftpresserkolben 37 unter der Wirkung des im Pumpenraum 22 eingeschlossenen
Brennstoffes sowie gegebenenfalls der zwischengeschalteten Feder 47 angehoben wird.
Hierdurch wird die zuvor über das Saugventil 4o eingesaugte Luft im Raum 39 verdichtet,
bis sich kurz vor Ende des Druckhubes des Luftpresserkolbens 37 das Druckventil
41 öffnet und Druckluft über die Leitung 42 bis 46 zum Düsenraum 36 gelangen kann.
Im Augenblick des Anlegens des Luftpresserkolbens 37 an der Oberwandung des Pumpenraumes
39 oder an einem anderen, gegebenenfalls verstellbaren Anschlag wird der Luftpresserkolben
37 aufgehalten, wodurch beim Weiterhub
des Pumpenkolbens 15 infolge
Antriebs durch den Einspritznocken i2 die im Pumpenraum 22 eingeschlossene Brennstoffmenge
über das Druckventil 24 und die Leitung 25 in den Raum 5o der Einspritzdüse gedrückt
wird. Der Druck im Raum 5o bewirkt, daß das Düsenventil 28 nach abwärts verstellt
wird. Gleichzeitig gelangt der unter Druck stehende Brennstoff über 34, 33, 32 und
35 in den Raum 36, von wo er durch die aus den Kanälen 46 kommende Druckluft über
die Düsenmündung 30 in den Brennraum der Brennkraftmaschine bzw. in die Einlaßleitung
derselben gespritzt wird.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Einspritzdüse und
der Luftpresser zu einem gemeinsamen, dreiteiligen Gehäuseaggregat 51, 52 und 53
vereinigt, während die Einspritzpumpe 54 getrennt hiervon angeordnet ist und in
beliebiger, üblicher Weise ausgebildet sein kann.
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Die Einspritzpumpe 54 ist mittels einer Leitung 55 mit dem Anschlußstutzen
56 verbunden, welcher in den Raum 5o der Einspritzdüse führt. Das Düsenventil 28
ist in gleicher Weise, wie im Falle der Ausführung nach Fig. i, angeordnet und ausgebildet
derart, daß es durch Öffnen nach außen die Düsenöffnung 30 steuert und durch
eine Rückdruckfeder 31 geschlossen gehalten wird.
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Der Luftpresser besteht in diesem Falle aus einem im Zylinderraum
57 gleitenden Kolben 58, welcher einen zylindrischen Ansatz 59 kleineren
Durchmessers besitzt, der in der mit dem Raum 50 verbundenen Bohrung 6o gleitet.
Durch eine Feder 61 wird der Pumpenkolben 58 nach abwärts gedrückt. Ein federbelastetes
Luftansaugeventil 62 verbindet den Pumpenraum 57 des Luftpressers mit der Außenluft
bzw. mit vorgeschalteten Kompressorstufen. Der Raum 57 steht ferner über Bohrungen
63, 64 und 65 mit dem Ringraum 45 des Düsenkörpers in Verbindung.
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Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles nach Fig. 2 ist grundsätzlich
ähnlich wie diej enige nach Fig. i. Die Verdichtung der Druckluft wird jedoch in
diesem Falle statt durch den im Pumpenraum befindlichen Brennstoff durch den bereits
in die Druckleitung und zum Raum 5o der Einspritzdüse übergetretenen Brennstoff
gesteuert. Die Federn 31 und 61 sind hierbei derart aufeinander abgestimmt, daß
zunächst der Differentialkolben 59, 58 gegen die Wirkung der Feder 61 verschoben
wird, bevor das Düsenventil 28 gegen die Wirkung der Feder 31 öffnet. Doch kann
das Öffnen des Düsenventils 28 auch bereits erfolgen, bevor der Luftpresserkolben
59, 58 seinen Druckhub vollendet hat.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind in dem dreiteiligen Gehäuse
66, 67 und 68 Einspritzdüse, Einspritzpumpe und Luftpresser gemeinsam untergebracht,
wobei Pumpenkolben 15 und der zu diesem axial angeordnete Luftpresserkolben 69,
7o senkrecht zur Einspritzdüse, also in waagerechter Lage, angeordnet sind. Der
Brennstoff wird durch den Pumpenkolben 15 in ähnlicher Weise wie in Fig. i gesteuert,
wobei der Brennstoff durch eine Saugöffnung 18 in den Pumpenraum 22 eintritt und
über die von der schrägen Kante 2o gesteuerte Rücklaufleitung ig zurückströmen kann.
Der Pumpenraum 22 ist über das Druckventil 24 unmittelbar mit dem Raum 50 oberhalb
des Einspritzventils 28 verbunden.
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Der Luftzutritt zum Luftpresser erfolgt durch eine Einlaßleitung 71,
welche über eine Bohrung 72 im Kolben 69 des Luftpresserkolbens und über
ein in diesem angeordnetes Saugventil 73 mit dem Pumpenraum 74 des Luftpressers
verbunden ist. Von dem Pumpenraum 74 führt eine Leitung 75 unmittelbar in den Ringraum
45 der Einspritzdüse. Ein besonderes Druckventil ist zwischen dem Pumpenraum 74
und dem Ringraum 45 im Einspritzdüsenkörper nicht vorgesehen, wenn auch gegebenenfalls
ein solches angeordnet sein kann.
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Im übrigen ist die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 3 grundsätzlich
die gleiche wie diejenige nach Fig. i.