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Einspritzpumpe für grennkraftmaschineri. Die Erfindung betrifft eine
Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen und befaßt sich insbesondere mit der Ausbildung
des Pumpenzylinders und Pumpenstempels.
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Bekanntlich beginnt bei Einspritzpumpen für Dieselmotoren mit Schrägkantensteuerung
die Förderung des Kraftstoffs in dem Augenblick, wo die obere Steuerkante des Pumpenstempels
das Saugloch bzw. die Überströmbohrung im Pumpenzylinder abdeckt, und ist beendet,
wenn die Überströmbohrung im Pumpenzylinder von der unteren Steuerkante des Pumpenstempels
wieder aufgedeckt wird. Durch Verdrehung des Pumpenstempels in Verbindung mit einer
besonders geformten Steuerkante am Pumpenstempel und damit durch Veränderung der
Überdeckung kann die einzuspritzende Kraftstoffmenge geregelt werden.
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Bei den üblichen Motoren ohne Aufladung beträgt die im Leerlauf einzuspritzende
Brennstoffmenge etwa 2o0/9 der Vollastmenge und sinkt bei Motoren mit hoher Aufladung
bis auf too%. Eine weit geringere Menge, nämlich etwa 5%, wird bei
Dieselgasmotoren,
bei denen der einzuspritzende Brennstoff nur zur Zündung des Gasluftgemisches im
Zylinder dient, angestrebt. Wenn diese Gasmotoren ohne Umbau auch als reine Dieselmotoren
laufen sollen, muß demnach die Brennstoffmenge im Verhältnis r : 2o geregelt werden.
Weil aber die Größe des Pumpenstempeldurchmessers für die Vollastmenge ausgelegt
ist, muß die Förderung für eine kleine Leerlauf- bzw. Zündölmenge während eines
winzigen Teils des Stempelhubes erfolgen. Dies bereitet insbesondere bei Mehrzylindermaschinen
Schwierigkeiten, wo jeder einzelne -Zylinder diese kleine Einspritzmenge in gleicher
Höhe erhalten soll. Durch in -der Fertigung hervorgerufene-Ungleichhei-ter@ wie
z. B. Lässigkeit des Pumpenstempels, treten hier beachtliche Unterschiede in der
Förderung auf. Man hat daher schon versucht, zum Einspritzen des Zündöles von Dieselmaschinen
Zündölpumpen zu verwenden, deren Stempeldurchmesser wesentlich kleiner ist als der
der Haupteinspritzpumpe. Damit ist aber ein erheblicher Mehraufwand an Einzelteilen
verbunden, der seinerseits wieder das schnelle Umschalten von Dieselbetrieb auf
Dieselgasbetrieb erschwert.
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Um diese Nachteile zu beheben und damit insbesondere die Streuung
der Fördermenge der verschiedenen Pumpenelemente möglichst klein zu halten, wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einer Einspritzpumpe mit Schrägkantensteuerung
für Brennkraftmaschine n, die wahlweise im reinen Dieselbetrieb oder im nach dem
Zündverfahren arbeitenden Dieselgasbetrieb@ arbeiten, .die folgenden, an sich bei
Brennstoffpumpen bekannten Merkmale in Kombination zu verwenden, nämlich Kolbensteuerkanten
veränderlicher Steigung. und zu den Kolbensteuerkanten, entsprechend dem Verlauf
derselben im Bereich der kleinen Fördermengen, parallele Steuerkanten der Überström-und
Saugöffnungen.
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Es sind nun bereits Brennstoffeinspritzpumpen bekanntgeworden, bei
denen im Gebiet der kleineren Fördermengen, insbesondere auch im Leerlauf, der Neigungswinkel
der Steuerkanten des Pumpenkolbens flacher ausgeführt ist als im Gebiet höherer
Belastung. Diese Maßnahme wurde einerseits dazu benutzt, bei zunehmender Entlastung
der Maschine das Überregeln und damit die Gefahr des Stehenbleibens der Brennkraftmaschine
zu vermindern. Andererseits soll durch die Ausbildung der Pumpenkolbensteuerkante
mit veränderlicher Neigung auch die Regelung des Einspritzzeitpunktes selbsttätig
in Abhängigkeit von der Leistung und Drehzahl erreicht -und damit eine Störung in
der Einspritzpumpe weitgehend verhindert werden. Durch die erwähnte Maßnahme wird
wohl eine gewisse Feinregelung bei geringer Belastung, d. h. bei Förderung geringer
Brennstoffmengen, erreicht, sie reicht aber, wie Versuche ergeben haben, nicht aus,
um wahlweise im reinen Dieselbetrieb oder im nach dem Zündverfahren arbeitenden
Dieselgasbetrieb gefahrene Brennlraftmaschinen über den gesamten Betriebsbereich
einwandfrei, d. h. mit einem möglichst hohen Grad von Genauigkeit der eingespritzten
Brennstoffmengen für sämtliche Zylinder von Mehrzylinderbrennkraftmaschinen, zu
betreiben.
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Es wurde nun festgestellt, daß die Förderung des Brennstoffes in vielen
Fällen bereits einsetzt, bevor die Steuerkanten des Stempels die Bohrungen im Zylinder
abdecken, d. h. die Förderung beginnt schon bei negativer Füllungsstellung. Dies
ist physikalisch leicht _ erklärbar. Bei einer bestimmten Stempelgeschwindigkeit
und einer vorgegebenen Stempelfläche wird pro Zeiteinheit ein ganz bestimmtes Brennstoffvolumen
gefördert. Solange die Bohrung im Zylinder noch nicht abgedeckt ist, strömt der
verdrängte Brennstoff durch diese Bohrung bzw. die Bohrungen in den Saugraum zurück;
wobei ein mit abnehmendem Querschnitt des Saugloches wachsendes Druckgefälle zwischen
Druckraum und Saugraum entsteht. Für eine dem Düsennadelöffnungsdruck entsprechende
Druckhöhe kann damit unter der Annahme einer konstanten Ausströmgeschwindigkeit
der Ausströmquerschnitt für das Brennstoffvolumen in bekannter Weise errechnet werden.
Der wirkliche Ausströmquerschnitt ist jedoch infolge der Einschnürung an den scharfkantigen
Bohrungen größer. Es ergibt sich daraus, daß im Druckraum der Pumpe bereits der
Düsennadelöffnungsdruck erreicht wird, wenn die Bohrung im Zylinder noch in der
Größe des wirklichen Ausströmquerschnittes geöffnet ist. Da die Düsennadel . bereits
bei diesem Druck öffnet, so wird demnach auch die Einspritzung bereits bei einer
deratigen Stellung des Pumpenstempels beginnen. Da die vor dem vollständigen Abdecken
der Bohrung im Pumpenzylinder abgespritzte Brennstoffmenge von einer Reihe von Faktoren.,
z. B. der Stempelgeschwindigkeit, dem Düsennadelöffnungsdruck, dem Düsenquerschnitt,
der Durchlässigkeit. der Pumpenstempel und der Form der Steuerkanten -bzw. der Bohrungen
im Pumpenzylinder, abhängt, ist eine genaue Dosierung der einzuspritzenden Brennstoffmenge
nicht möglich, d. h. es werden bei den verschiedenen Pumpen, insbesondere im Bereich
der kleinen Einspritzmengen sehr starke Streuungen auftreten.
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Um die beim Übersteuern der Ein- und Auslaßöffnungen durch die Kolbenkanten
auftretenden Drosselungen zu verhindern und damit den Zeitpunkt und die Dauer der.
Einspritzung exakt festzulegen, hat man bereits vorgeschlagen, die steuernden Begrenzungskanten
der Überström- und Saugöffnungen im Pumpenzylinder parallel zu der oberen bzw. unteren
Steuerkante des Pumpenstapels auszuführen. Durch: eine derartige Maßnahme allein
kann jedoch die Aufgabe, bei einer Einspritzpumpe mit Schrägkantensteuerung eine
exakte Abmessung der Einspritzmengen, insbesondere im Bereich kleiner Fördermengen
zu bewir-. ken, nicht gelöst werden. Ebensowenig ist dies zu erreichen mit Saug-
und Überströmöffnungen, welche quadratische oder rechteckige Form aufweisen. Damit
soll lediglich bei ciiier gegebenen Höhe des Saugloches ein möglichst großer Querschnitt
untergebracht
und damit die Füllung der Pumpe verbessert werden.
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Erst durch die Kombination verschiedener bekannter Merkmale, nämlich
durch die gleichzeitige Anwendung von Kolbensteuerkanten veränderlicher Steigung
und die Ausführung der Kanten der Überström- und Saugöffnungen parallel zu den Kolbensteuerkanten,
entsprechend dem Verlauf der letzteren im Bereich der kleinen Fördermengen, konnte
erreicht werden, daß die für nach dem Zündverfahren im Dieselgasbetrieb arbeitenden
Brennkraftmaschinen bei geringer Belastung und im Leerlauf erforderlichen minimalen
Brennstoffmengen genau dosiert zugeführt werden können. Durch diese Maßnahmen wird
nämlich bei vorgegebener Stempelgeschwindigkeit ein möglichst schneller Abschluß
der Öffnung durch die obere Steuerkante und eine möglichst schnelle Öffnung durch
die untere Steuerkante bewirkt. Damit wird aber andererseits der Stempelhub im kritischen
Bereich, in welchem für einen bestimmten Mindestquerschnitt des noch nicht vollständig
abgedeckten Überström- bzw. Saugloches bereits eine Einspritzung erfolgt, auf ein
Minimum beschränkt. Die Ausbildung der Einspritzpumpe nach den Vorschlägen der Erfindung
ermöglicht überdies einen wesentlich einfacheren Betrieb als mit den bisher für
einen derartigen Zweistoffbetrieb zusätzlich erforderlichen Zündölpumpen kleinen.
Stempeldurchmessers.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese an Hand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt Fig. i einen Pumpenstempel und Zylinder einer Brennstoffpumpe,
teilweise im Schnitt, Fig.2 bis q. verschiedene Ausführungsformen der Überströmöffnung
mit gleicher Füllungsstellung, Fig. 5 eine graphische Darstellung des Fördervolumens
in Abhängigkeit von der Füllungsstellung, Fig. 6 die Abwicklung des Pumpenstempels
mit eingetragener Saug- und Überströmöffnung.
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In Fig. i ist mit i die Saugöffnung und mit 2 die Überströmöffnung
im Zylinder bezeichnet, während 3 die obere und q. die untere Steuerkante des Pumpenstempels
darstellt. In den Fig. 2 bis q. ist eine Abwicklung des Pumpenstempelmantels gezeigt
-und gleichzeitig der Querschnitt 2 der Überströmöffnung in die Abwicklung eingetragen.
Beispielsweise zeigt die Fig. 2 die erfindungsgemäße Ausbildung des Überströmloches
mit zu den Steuerkanten 3, q. parallelen oder nahezu parallelen oberen und unteren
Begrenzungskanten. In der Fig. 3 und q. sind ein runder und ein rechteckiger Querschnitt,
wie sie bereits bei bekannten Pumpen Verwendung finden, eingetragen. Der durch die
erfindungsgemäße Ausbildung erzielte Fortschritt ist aus der graphischen Darstellung
der Fig. 5 ersichtlich, in welcher die Fördergesetzmäßigkeit eines Pumpenelements
nach den Fig. 2, 3 und q. einander gegenübergestellt ist. Dabei ist eine für alle
drei Fälle gleiche Form der Steuerkanten des Pumpen-Stempels angenommen. Auf der
Abszisse der Fig. 5 ist die Füllungsstellung s aufgetragen, d. h. der Betrag, um
den der Stempel gegenüber der »geometrischen Nullfüllung« verschöben ist, bei der
die Steuerkanten des Stempels die steuernde Kante der Öffnung im Pumpenzylinder
tangieren. Die Ordinate gibt die Überdeckung ii, d. h. den Betrag an, um den die
Öffnung :2 überschliffen wird bzw. das Produkt ii X Stempelfläche F, das
man als geometrisches Fördervolumen bezeichnet. Da die Stempelform für die Ausführung
der Öffnungen nach Fig. 2 bis q. gleich sein soll, fallen die Kurven a,
b, c, die den Öffnungen nach Fig. 2, 3, q. entsprechen, zusammen. Ein Unterschied
besteht jedoch bezüglich des Beginns der Förderung und hinsichtlich des Bereichs
der unsicheren Förderung, welcher bei noch nicht vollständig abgeschlossenen Öffnungen
im Pumpenzylinder vorhanden ist. Für die negativen Überdeckungen -ii ist der kleinste
Wert des während des Stempelhubs nicht abgedeckten Lochquerschnitts f nach links
aufgetragen. Unter der Annahme, daß bei einem freien Querschnitt f o die Förderung
beginnt, gehören zu diesem Querschnitt drei verschiedene negative Füllungsstellungen
-s", -Sb und -s,. Wie aus der Darstellung in Fig. 5 ersichtlich, ist
der Wert -s" für eine Bohrung nach Fig. 2 und damit der Bereich der nicht exakten,
von verschiedenen Faktoren abhängigen Förderung ein Minimum.
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Die Herstellung der trapezförmigen Querschnitt aufweisenden Öffnungen
im Pumpenzylinder erfolgt durch Räumen. Dabei sind die einander im Pumpenzylinder
gegenüberliegenden Öffnungen, das Saugloch und das Überströmloch, einander gleich,
die Abwicklung (s. Fig. 6) wird . daher spiegelbildlich. Würde beispielsweise die
obere Steuerkante des Stempels horizontal ausgeführt, so würden auch bei Beginn
der Förderung die oberen Begrenzungen von Saugloch und überströmloch als steuernde
Kanten auftreten. Am Ende der Förderung tritt jedoch nur die untere Begrenzungskante
des überströmloches in Tätigkeit, so daß es keine Rolle spielt, wenn die untere
Begrenzung des Saugloches in der Abwicklung spiegelbildlich ausgeführt ist. Andererseits
tritt bei schräger oberer Steuerkante des Stempels bei Beginn der Förderung nur
das Überströmloch in Funktion, da das Saugloch durch die an dieser Stelle horizontale
Kante des Stempels bereits vor Abschluß des Überströmloches abgedeckt wird (Fig.6),
so daß sowohl ein schneller Abschluß als auch eine schnelle Öffnung ermöglicht wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die in Fig. 2 und 6 gezeigte Form der
Überströmöffnung beschränkt, es ist vielmehr möglich, der Ansang- und überströmöffnung
jedwede andere Form zu geben, sofern nur die obere und untere Kante-der Zylinderbohrung
parallel oder nahezu parallel zur oberen und unteren Steuerkante verläuft. Diese
Bedingung ist vor allem zu .erfüllen im Bereich kleiner Fördermengen, sie ist jedoch
nicht unbedingt erforderlich für große Fördermengen, da diese durch den Stempelhub
gesteuert werden. So muß beispielsweise
der von den beiden Steuerkanten
gebildete Winkel auch nicht über den ganzen Förderbereich gleichbleiben, sondern
kann in Abhängigkeit von der Füllungsstellung verändert werden.