DE910366C - Brennstoff-Einspritzpumpe mit hydraulischem Antrieb fuer Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

• Brennstoff-Einspritzpumpe mit hydraulischem Antrieb für Verbrennungsmotoren Alle bisher bekanntgewordenen Bauarten von Kraftstoff-Einspritzpumpen weisen eine sehr verwickelte Konstruktion und einen ebenso umständlichen Herstellungsgang auf, der hohe Präzision der Passungen und hohe Gestehungskosten bedingt. Sie schließen dadurch Störungsquellen in sich ein, die diese wirtschaftlichste Art der Brennstoffzuführung für viele Anwendungsgebiete und zumal bei billigen und kleinen Motoren ausschließt.
• Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile, indem sie den an sich bereits bekannten hydraulischen Antrieb zur Anwendung bringt, jedoch durch eine Reihe konstruktiver Maßnahmen auf rein hydraulischem Wege eine Einspritzpumpe schafft, die sich durch überaus einfache Bauweise auszeichnet, keine außergewöhnliche Präzision des Herstellungsganges verlangt, also geringe Gestehungskosten aufweist, keine durch enge Passungen durch natürliche Abnutzung auftretende Störungen im Dauerbetrieb einschließt und trotzdem die erforderliche genaue Dosierung der Einspritzmengen auch für kleinste Volumen sicherstellt.
• Gemäß Fig. I wird im Antriebszylinder r der fliegend gelagerte Kolben 2 durch die Nockenwelle 3 mit dem NTOcken .4 und die Gegenfeder 5 auf und ab bewegt. Im unteren Totpunkt gibt der Kolben 2 die Öffnung 6 in der Zylinderwand frei, so daß dann der Zylinderraum mit der viskosen, schmierfähigen Hydraulikflüssigkeit 6a im Gehäuse 7 verbunden ist.
• Auf einer Dichtungsscheibe g ist konaxial der Arbeitszylinder g von gleicher oder verschiedener Bohrung wie der Antriebszylinder aufgesetzt, in dem der ebenfalls fliegend gelagerte Kolben io durch die Feder i i im unteren Totpunkt in Ruhelage gehalten wird. Im Kopf des Arbeitszylinders 9 sind das Einlaßventil 12 und das Auslaßventil 13 für den einzuspritzenden Kraftstoff angebracht.
• Die Arbeitsweise ist folgende: Wird durch Drehung des Nockens q. der Kolben des Antriebszylinders 2 aufwärts bewegt, so wird die im Arbeitszylinder i eingeschlossene Flüssigkeit den Kolben io im Arbeitszylinder 9 beaufschlagen und nach oben bewegen, während die Gegenfedern 5 und i i die Abwärtsbewegung der Kolben 2 und io bewirken. Dadurch wird durch die Ventile 12 und 13 der Brennstoff angesaugt und ausgespritzt.
• Sowohl die Antriebs- wie die Arbeitspumpe arbeiten demnach mit gleichbleibendem Hub und weisen wie die bekannten Bauarten keinerlei mechanische Einrichtungen auf, die eine Änderung des Hubvolumens bewirken, das konstant bleibt. Da die Füllung des Antriebszylinders i aus einer viskosen, schmierfähigen und daher gut abdichtenden Flüssigkeit besteht, die hinter den Kolben io des Arbeitszylinders 9 gedrückt wird, erfolgt bei jedem Arbeitshub eine ausreichende Schmierung zwischen der Lauffläche des Arbeitszylinders 9 und dessen Kolben io. Die aus dem Schmiermittel lösenden Kraftstoff bestehende Füllung des Arbeitszylinders 9 steht mit Beginn des Aufwärtshubes des Antriebskolbens 2 unter dem gleichen hydraulischen Druck wie die Flüssigkeit des Antreibzylinders i, so daß eine relativ lose Passung zwischen dem Kolben io und dem Arbeitszylinder 9 genügt, um eine einwandfreie Dichtung und Schmierung herbeizuführen. Tritt dabei bei jedem Arbeitshub eine geringe Menge der Hydraulikflüssigkeit aus dem* Antriebszylinder i in den Füllraum des Arbeitszylinders 9 über und wird von dem Kraftstoff gelöst, so werden diese Volumenverluste bei jedem Arbeitshub durch die Öffnung 6 aus der Füllung des Gehäuses 7 ausgeglichen. Die Konstanz des Volumens bleibt also in diesem hydraulischen System unabhängig von den unvermeidlichen Undichtigkeitsverlusten erhalten, auch wenn diese Verluste durch die natürliche Abnutzung der Bauteile im Dauerbetrieb ansteigen, was von grundlegender Bedeutung für die Betriebssicherheit ist.
• Eine derart ausgeführte Pumpe würde nun ausschließlich die bei Vollast des Verbrennungsmotors erforderliche Kraftstoffmenge einspritzen, vermindert um die auftretenden Füllungsverluste durch die zunehmende Undichtheit. Es wird daher erfindungsgemäß eine Regelung der Einspritzmengen des Kraftstoffes (Dosierung) vom Leerlauf bis zur Vollast des ,Motors angewandt, die ebenfalls auf hydraulische Weise erfolgt.
• Der Füllraum des Antriebszylinders i steht durch die öffnung 1.4 mit dem Reglerzylinder 15 in Verbindung, in dem der fliegend darin gelagerte Kolben 16 durch die Feder 17 in der unteren Totpunktlage gehalten wird.
• Eine der vielen möglichen Ausführungsformen der mechanischen Betätigung der Regelung ist in der Zeichnung dargestellt, ohne daß damit das hydraulische Prinzip der Regelung eingeschränkt wird.
• Die Gegenfeder 17 stützt sich auf den Kolben 18 ab, der durch den Hebel i9 mittels eines Gestänges auf und ab geschoben werden kann. Wenn in der in der Zeichnung dargestellten Leerlaufstellung der Antriebskolben 2 seinen Aufwärtshub beginnt, so beaufschlagt der hydraulische Druck sowohl den Arbeitskolben der Einspritzpumpe io wie den Reglerkolben 16. Da die Gegenkraft der Feder des Einspritzventils 13 weit höher ist als die Gegenkraft der Feder 17 des Reglerkolbens, bleibt der Arbeitskolben io in Ruhelage, während der Reglerkolben 16 so lange nach oben geschoben wird, bis die Windungen der Schraubenfeder 17 zur gegenseitigen Auflage kommen und als starres Bauglied wirkend, den Reglerkolben 16 zum Stillstand bringen. Erst dann beginnt der hydraulische Druck des Antriebszylinders i den Kolben io aufwärts zu bewegen, und zwar um so weniger, j e größer die in den Reglerzylinder übergetretene Flüssigkeitsmenge ist. Je nach der Stellung des Verstellkolbens 18 kann daher die vom Arbeitskolben io in den Brennraum des Motors eingespritzte Kraftstoffmenge vom Leerlauf bis Vollast geregelt werden.
• Das konstante Fördervolumen der Antriebspumpe ist durch entsprechende Abmessungen der Reglerpumpe so groß zu wählen, daß es von der Reglerpumpe allein voll aufgenommen werden kann, also in der Arbeitspumpe überhaupt keine Kraftstofförderung stattfindet; dieLeerlaufstellung ist durch entsprechende Einstellung des mechanisch verschiebbaren Kolbens 18 vorzunehmen, während sich die Vollaststellung durch einen Anschlag begrenzen, also die maximale Einspritzmenge erzielen läßt. Durch diese Regleranordnung läßt sich die erfindungsgemäße Einspritzpumpe in weitem Bereich nicht nur für Motoren verschiedenen Hubvolumens anwenden, so daß einer Ausführungsgröße ohne jede Änderung weite Anwendungsgehiete offenstehen, sondern mit der Dauer des Betriebes durch natürliche Abnutzung zumal in der Antriebspumpe auftretende Füllverluste lassen sich dadurch wirkungsmäßig beheben, da,ß die Anschlagsperren von Leerlauf- und Vollaststellung entsprechend nachgestellt werden, wodurch die Förderleistung und Dosierungsgenauigkeit der Einspritzpumpe auf einfachste Weise wieder erreichbar ist. Die Bohrung des Reglerzylinders 15 kann dabei beliebig gewählt werden; je kleiner sie im Verhältnis zur Bohrung des Antriebszylinders i ist, um so länger wird der Hub des Reglerkolbens 16, um so genauer läßt sich daher die Dosierung bemessen und einteilen. Die erfindungsgemäße Anwendung der Hydraulik auch auf die Regelung ergibt überraschend einfache und vielfältig gestaltbare konstruktive und wartungstechnische Möglichkeiten, die den bisherigen, rein mechanisch arbeitenden Regelvorrichtungen weit überlegen sind.
• An Stelle einer Arbeitskolbenpumpe läßt sich in bekannter Weise bei der erfindungsgemäßen Bauart auch eine Membranpumpe anwenden. Gemäß Fig.II bleibt die Antriebspumpe mit den Bauteilen i bis 7 samt dem Reglerzylinder mit den Bauteilen 14 bis 20 unverändert, wie zuvor beschrieben. An Stelle der Kolbenarbeitspumpe ist die Membranpumpe mit dem Gehäuse i i und den Ventilen 12 und 13 an dem Zylinder 9 befestigt, so daß die Membran io von der Füllflüssigkeit des Antriebszylinders i über ihre ganze Fläche gleichmäßig beaufschlagt wird. Die Membran kann daher aus einer dünnen Folie bestehen, die chemisch und physikalisch unempfindlich sowohl gegen die Hydraulikflüssigkeit wie gegen den Kraftstoff ist und nur die beiden Flüssigkeiten voneinander absolut dicht trennt. Die Kraftstoffzufuhr durch das Ventil 12 muß dabei unter solchem Druck erfolgen, daß beim Abwärtshub der Antriebspumpe stets die volle Füllung der Förderseite der Membranpumpe erreicht wird, wobei die Membran io sich so weit durchbiegt und spannt, daß sie den Förderdruck der Brennstoffzufuhr aufnimmt. Auch wenn die Füllung der Förderseite der Membranpumpe volumenmäßig schwankt, etwa durch Änderung des Förderdruckes oder durch Massenbeschleunigung (bei Motorfahrzeugen) des Kraftstoffes bzw. der Hydraulikflüssigkeit, bleibt dies auf die Dosierungsgenauigkeit ohne Einfluß, weil die Volumenänderung in der Membranpumpe durch die Überströmöffnung 6 durch die Hydraulikflüssigkeit bei jedem Arbeitshub ausgeglichen wird.
• Die außerordentlichen konstruktiven Vereinfachungen und Möglichkeiten in der Ausführung der erfindungsgemäßen Einspritzpumpe werden durch die Wahl einer geeigneten Hydraulikflüssigkeit weiterhin vermehrt. Gewisse synthetische Körper, wie insbesondere die Silikone, weisen in weitenTemperaturbereichen fast konstant bleibende Viskosität bei höchster Beständigkeit gegen chemische und physikalische Einwirkungen auf, unter Fortfall jeder Korrosionseinwirkung auf metallische Bauteile. Die vorliegende Erfindung wird daher wesentlich zur Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors mit Einspritzung des Brennstoffes sowohl bei Diesel- wie bei Ottomotoren beitragen. Die Betriebssicherheit und Lebensdauer einer erfindungsgemäßen Einspritzpumpe und ihre grundlegend vereinfachte Bauweise und Wartungsmöglichkeit wird von keiner der bisher bekanntgewordenen Ausführungsformen auch nur annähernd erreicht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Brennstoff-Einspritzpumpe mit hydraulischem Antrieb, bei der in bekannter Weise zwei Kolbenpumpen mit fliegend gelagerten Kolben hintereinandergeschaltet sind, deren Kolben durch Federn in der unteren Totpunkt-Stellung gehalten werden, wobei die Antriebskolbenpumpe in üblicher Weise durch eine Nockenwelle angetrieben wird und mit einer schmierfähigen Flüssigkeit gefüllt ist, die hydraulisch den Kolben der zweiten Pumpe antreibt, durch deren Zylinderraum über ein Ansaug- und Auslaßventil der Brennstoff angesaugt und ausgespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebspumpe (i, 2) durch eine Öffnung im unteren Totpunkt (6) mit einem Vorratsbehälter der schmierfähigen Flüssigkeit verbunden ist, im oberen Totpunkt (14) mit einem dritten Reglerzylinder in Verbindung steht, in dem ein ebenfalls fliegend gelagerter Kolben (15, 16) von einer Schraubenfeder (17) im unteren Totpunkt gehalten wird, deren Rückstellkraft geringer als die Gegenkräfte des Kolbens der Brennstoffpumpe (ii) ist, so daß beim Aufwärtshub der Antriebspumpe (i, 2) der Kolben (16) im Reglerzylinder (15) zuerst so weit hochgedrückt wird, bis die Kraft seiner Gegenfeder so groß wird oder er an einen Anschlag anstößt, daß nun die auf den Förderkolben (io) in der Brennstoffpumpe (i i) wirkenden Gegenkräfte überwunden werden und sich dieser Kolben (io) aufwärts bewegt und die Einspritzung des Kraftstoffes bewirkt, wobei die Bewegung des Reglerkolbens (16) in beliebiger Weise begrenzt werden kann, beispielshalber dadurch, daß seine Gegenfeder sich auf einen konaxialen Kolben (18) abstützt, der mechanisch oder hydraulisch so verschoben und eingestellt werden kann, daß sich der Arbeitshub der Einspritzpumpe bei gleichbleibendem Hub der Antriebspumpe in den vom Leerlauf bis zur Vollast des Motors erforderlichen Brennstoffmengen regeln läßt. z. Brennstoff-Einspritzpumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zylinderwand der Reglerpumpe (15, 16) im oberen Totpunkt des Kolbens (16) eine O'berströmöffnung vorgesehen ist, durch die zwischen Reglerkolben und Zylinder durch Undichtheit auftretende Flüssigkeitsverluste in den Vorratsbehälter der Hydraulikflüssigkeit zurückgefördert werden. 3. Brennstoff-Einspritzpumpenach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erfindungsgemäße 'hydraulische Regelung an einer in der üblichen mechanischen Weise arbeitenden Brennstoffpumpe mit konstantem Hub angeordnet ist, also die Regelung der Einspritzmenge des Kraftstoffes unmittelbar erfolgt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 64o 983, 819 181; schweizerische Patentschrift Nr. 219475; USA.-Patentschrift Nr. 2 554 o84.