-
Einspritzpumpe Die Erfindung betrifft eine Einspritzpumpe für Einspritzbrennkraftmaschinen
mit einem federbelasteten Stufenkolben, der mit seinem stärkeren Teil in einem dem
Hochdruckpumpenraum vorgeordneten Raum als Hilfspumpe arbeiten kann, und mit einem
an der im Hochdruckpumpenraum gelegenen Stirnseite des längsdurchbohrten Hochdruckkolbens
angeordneten gesteuerten Saugventil.
-
Bei bekannten Einspritzpumpen dieser Art bildet der starke Teil des
Stufenkolbens, der in Richtung des Pumpendruckhubes unter Federkraft steht, einen
in dem Hilfspumpenraum passend geführten Scheibenkolben, der mit seiner vom Hochdruckpumpenraum
abgekehrten Ringfläche beim Pumpendruckhub den Kraftstoff in den Vorraum einsaugt
und beim Pumpensaughub teils über das in den Hochdruckkolben eingebaute Saugventil
dem Hochdruckpumpenraum zuführt und teils in den Kraftstoffvorratsbehälter zurückschiebt.
-
Diese bekannten Einspritzpumpen eignen sich nicht für hohe Drehzahlen.
Da die den Druckhub bewirkende Feder sowohl die bei hohen Drehzahlen auftretenden
erheblichen Massenkräfte als auch gleichzeitig noch den hohen Förderdruck zu überwinden
hat, ist die Drehzahl, bei welcher der Kolben im Druckhub mit seinen Antriebsorganen
in Kraftschluß bleibt, klein. Sieht man eine entsprechend starke Feder vor, die
auch bei größeren Drehzahlen einen für die genaue Bemessung kleiner Einspritzmengen
erforderlichen einwandfreien Druckhub ermöglichen würde, so steigt der Kraftbedarf
der Pumpe erheblich. Der Kraftbedarf der Pumpe ist auch dadurch hoch, daß die Hilfspumpe
bei
jedem Hub die ganze ihrem Hubvolumen entsprechende Kraftstoffmenge, die ein Vielfaches
der zur Einspritzung gelangenden Kraftstoffmenge beträgt, ansaugen und unter Überdruck
fördern muß.
-
Erfindungsgemäß ist der in Richtung des Pumpenansaughubes unter Federkraft
stehende Stufenkolben als einfach abgesetzter Stufenkolben ausgebildet, der mit
seinem abgesetzten Teil in den vorgeordneten Hilfspumpenraum frei hineinragt und
beim Pumpendruckhub auf die im Hilfspumpenraum eingeschlossene Flüssigkeit drückt,
wobei der Vorraum als Akkurnulierraum (Raum mit z. B. einer an sich bekannten nachgiebigen
Wand) ausgebildet ist. Hierbei entsteht der volle Akkumulierdruck am Ende des Pumpendruckhubes
und steht daher bei Beginn des Pumpensaughubes, also dann, wenn er benötigt wird,
zur Verfügung.
-
Mit dieser neuen Gestaltung sind die der Anwendung höherer Drehzahlen
entgegenstehenden Hindernisse beseitigt. Die in Richtung des Saughubes wirkende
Feder kann, da beim Saughub keine höheren Flüssigkeitsdrücke auftreten, auch bei
schwacher Bemessung größere Massenkräfte rasch genug überwinden. Hinzu kommt noch,
daß der Druck im Akkumulierraum beim Saughub im gleichen Sinn wie die Feder wirkt,
also diese bei der Beschleunigung der Massen unterstützt. In den Akkumulierraum
wird jeweils nur die kleine Kraftstoffmenge eingesaugt, die beim vorhergehenden
Druckhub eingespritzt worden ist, und zwar geschieht dies gegen Schluß des Saughubes,
wenn der das Füllen des Hochdruckpumpenraumes unterstützende Speicherdruck erschöpft
ist. Der Aufbau der Einspritzpumpe, die einen nur einmal abgesetzten Stufenkolben
besitzt, der gleichzeitig mit kleiner Masse ausgeführt werden kann, ist sehr einfach.
-
Durch die Erfindung ist somit eine Einspritzpumpe geschaffen worden,
die sich insbesondere zum Einspritzen genau bemessener kleinster Mengen (z. B. 2
mm3/Hub) bei sehr hohen Drehzahlen (z. B. 5ooo/min) eignet, einen kleinen Eigenkraftbedarf
hat und zu einem billigen Preis hergestellt werden kann. Die neue Einspritzpumpe
ist mit diesen Eigenschaften besonders für die Verwendung bei Kleinmotoren geeignet
und gestattet hier einen zuverlässigen Dauerbetrieb mit einem sparsamen Kraftstoffbedarf.
-
Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf einige in der Zeichnung
dargestellte Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei sich weitere kennzeichnende
Merkmale ergeben werden. Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform,
Fig. 2 einen ähnlichen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform, Fig.3 einen
Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2, Fig. q. einen Schnitt durch den hochdruckseitigen
Teil einer dritten Ausführungsform.
-
i ist das Gehäuse einer vergrößert dargestellten Kleineinspritzpumpe.
2 ist der Hochdruckteil und 3 der Niederdruckteil eines Pumpenkolbens. Der Niederdruckteil
3 ist in einer Buchse q. längsverschiebbar geführt und durch einen in einem Schlitz
5 gleitenden Stift 6 gegen Verdrehen gesichert. 7 ist ein im unteren Ende des Niederdruckteils
3 eingesetzter Flachstößel und 8 eine Feder, die den Rückhub des Pumpenkolbens bewirkt.
g ist ein Ansaugnippel, io ein Rückschlagventil, ii dessen Ventilschließfeder und
12 ein korbförmig ausgebildetes Feinfilter. 13 ist eine Kraftstoffeintrittsbohrung,
die über das Rückschlagventil io und einen Bohrungsabschnitt 1q. in einen Niederdruckraum
i5 mündet, der nach unten durch eine stulpartig ausgebildete Dichtungsscheibe 16
abgedichtet ist. Die Dichtungsscheibe 16 besteht vorzugsweise aus einem nichtmetallischen
Werkstoff, der sich bei der Druckentwicklung im Niederdruckraum 15 nur in sehr mäßigen
Grenzen elastisch zusammendrücken läßt und hierbei eine gute Abdichtung bewirkt,
und zwar auch dann, wenn der Kolben z. B. aus Messing, Aluminium, Kunstharz od.
dgl. hergestellt ist. Der elastische Dichtungsring 16 kann zweckmäßig durch einen
geeigneten Stützring gehalten oder fest mit einem solchen z. B. durch Vulkanisieren
verbunden sein, oder es können ihm beim Einbau ein- oder beidseitig Stützringe beigelegt
werden. Der Niederdruckraum 15 ist als sogenannter Akkumulierraum ausgebildet. Hierzu
kann z. B. eine Wand aus einer Stahlmembran bestehen, oder es kann ein anderer elastisch
nachgiebiger Körper, z. B. Sitz des Rückschlagventils, oder ein bestimmtes Luftvolumen
an einer geeigneten Stelle darin abgesperrt sein.
-
Der Niederdruckteil 3 des Stufenkolbens 2, 3 hat einen Längsschlitz
17, in den das äußere Ende 18 eines Regelgliedes ig hineinragt. Das Regelglied ig
kann z. B. durch einen Exzenter in der Richtung des Doppelpfeils 2o eingestellt
werden. Es kann zweckmäßig sein, es in der Nähe des Stufenkolbens durch ein Halteglied
21 abzufangen, um es möglichst stabil gegen Schwingungen und andere Beanspruchungen
zu machen.
-
In das vordere Ende 18 des Regelgliedes ig ist ein dünner Blechstreifen
22 eingehängt, der im oberen Teil die Form einer Wendel hat und in eine Längsbohrung
23 des Hochdruckkolbenteils 2 hineinragt. In der unteren Kolbenstellung liegt das
obere Ende der '\@'endel 22 an einem flachen Saugventilkörper 24 an und hält ihn
in seiner offenen Stellung. Der bewegliche Saugventilkörper 2q. hat eine glatte,
geläppte Unterfläche und legt sich mit dieser - wenn die Berührung mit der Oberkante
der Wendel 22 aufgehoben ist - auf das obere ringförmige, ebenfalls geläppte Stirnende
des Kolbenteils 2 dicht auf. Die Ventilplatte 24 hat eine sehr geringe Eigenmasse
und wird durch eine sehr schwache Ventilschließfeder 25 nach unten gedrückt. Die
Ventilschließfeder stützt sich auf einem hülsenförmigen, oben offenen Hohlkörper
26 ab, der nach oben in den Hochdruckförderraum 27 mündet und mit seinem unteren
geschlitzten Ende und einem Ringansatz in eine entsprechende Ringnut des von ihm
umgriffenen Kolbenteils 2 nach Art eines Sprengringes federnd eingesetzt ist. Für
die Saugventilschließfeder genügt bei derartig kleinen Pumpen z. B. eine Schließkraft
von etwa 5 g. Die niedriggespannte schwache Feder, deren Widerlager die Hubbewegung
des Kolbens mitmacht, hat den Vorteil, daß sie sofort nach der Bewegungsumkehr am
Saughubbeginn ein leichtes und rasches Öffnen des Ventils 24 ermöglicht, so daß
sehr rasch Kraftstoff aus
dem unter dem verhältnismäßig hohen Akkumulierdruck
stehenden Niederdruckraum 15 einströmt und die Entstehung eines zur Gasblasenbildung
ausreichenden Unterdruckes dort verhindert.
-
Der Hochdruckförderraum 27 der Einspritzpumpe ist nach oben durch
ein Druckventil 28 abgeschlossen, welches vorteilhaft als Flachsitzventil mit geläppten
Sitzflächen ausgebildet ist. Nach unten ist der Hochdruckraum 27 durch einen Dichtungsring
29 abgedichtet. Der Dichtungsring wird ebenso wie der Dichtungsring 16 aus einem
nichtmetallischen, elastischen, aber wenig verformbaren Werkstoff hergestellt. Er
ist so eingebaut, daß er gegen die hohen Drücke gut abgestützt ist, und kann auch
mit einer metallischen Einlage versehen werden. Er ermöglicht es, auf die Verwendung
von auf genaues Durchmessermaß geläppten und eingeschliffenen Kolben, also auf genaue
Passungen, zu verzichten, wodurch sich eine sehr große Verbilligung in der Herstellung
erzielen läßt. Die einfache Abdichtung durch die Dichtungsringe 16, 29 ermöglicht
auch eine kurze Gesamtbaulänge des Stufenkolbens, setzt dadurch die Massenkräfte
wesentlich herab und läßt hohe Drehzahlen, z. B. bis 5ooo/min zu. Das gilt insbesondere
dann, wenn man auf einen besonderen, im Pumpengehäuse geführten Antriebstößel verzichtet
und den Antriebnocken unmittelbar an der flachen Stirnseite des dicken Kolbenteils
3 bzw. an einem in ihm eingesetzten Flachstößel 7 angreifen läßt.
-
Am Ende des Saughubes wird das Ventil 24 zwangläufig durch die Wendel
oder Aufhaltekörper 22 offen gehalten, wobei dieser Saughubabschnitt abhängig von
der jeweiligen Einstellung des Regelgliedes 19 ist. Steht bei entsprechender Einstellung
des Regelgliedes 19 die Wendel 22 ziemlich weit oben, so wird beim Förderhub das
Ansaugventil 24 über einen beträchtlichen Hubabschnitt offen gehalten, währenddessen
Kraftstoff aus dem gefüllten Hochdruckraum entgegen dem Akkumulierdruck des Niederdruckraums
15 zurückfließen kann. In diesem Fall ist die Einspritzpumpe auf eine kleine Fördermenge
j e Hub bzw. auf Leerlauf eingestellt. Demgegenüber haben untere Stellungen der
Wendel 22 kurze Rückströmabschnitte vor dem Einspritzbeginn und große Förder-bzw.
Einspritzmengen zur Folge.
-
Die neue Pumpe hat den Vorteil, daß sie die Herstellung kleinster
Kolbendurchmesser von z. B. 2 mm mit genauer Einspritzmenge bis herunter auf 2 mm3/Hub
ermöglicht und ohne Abdichtungs- und Füllungsschwierigkeiten Drehzahlen von 5ooo/min
erreicht. Auch werden gehärtete und geschliffene Kolben aus legierten Stählen nicht
benötigt. Ferner kann man ohne besondere Gefahr relativ große negative Massenbeschleunigungen
am Ende des Förderhubes zulassen, ohne bei der Kleinheit der Massen befürchten zu
müssen, daß die (relativ leichten) Pumpenkolben sich von den Antriebsnocken abheben.
-
Bei einer anderen Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist das Pumpengehäuse
mit 3o, der Niederdruckteil des Pumpenkolbens mit 31 und sein Hochdruckteil mit
3z bezeichnet. 34 ist eine Ouerbohrung im Niederdruckteil und 35 eine in den Hochdruckförderraum
36 mündende Längsbohrung, in deren erweitertes oberes Ende eine Feder 37 eingesetzt
ist. Das untere Ende der Feder 37 ist in dem erweiterten Bohrungsteil befestigt;
das obere Federende ragt aus der Bohrung heraus. Die Dichtungsringe 38, 39 entsprechen
den Dichtungsringen 16 bzw. 29 in Fig. 1. 40 ist ein Magnet, vorzugsweise ein Alni-Magnet,
dessen mit 41 bezeichnete Polschuhe auf einer durch einen Hebel 42 verstellbaren
Reglerachse 43 befestigt sind. Das Gehäuse 3o besteht aus einem nicht magnetisierbaren
Werkstoff, z. B. Leichtmetall. 44 ist der bewegliche, aus magnetisierbarem Werkstoff
hergestellte Teil eines Saugventils. Die Saugventilplatte 44 kann mit ihrer unteren,
feinbearbeiteten Fläche mit der in gleicher Weise bearbeiteten Stirnfläche des Hochdruckkolbenteils
32 zur Anlage kommen und dadurch die Bohrung 35 vom Hochdruckraum 36 absperren.
Durch Betätigung des Hebels 42 in der einen oder anderen Richtung kommen die Polschuhe
41 in eine höhere oder tiefere Lage, wobei sie den Saugventilkörper 44 entsprechend
mitnehmen können, soweit er nicht in der Nähe des äußeren Totpunktes vom Kolben
zwangläufig mitgenommen wird. 45 ist der Niederdruckraum des Stufenkolbens 31, 32,
der in ähnlicher Weise, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, als Akkumulierraum ausgebildet
und an eine Kraftstoffleitung angeschlossen ist.
-
Befindet sich bei der gezeichneten Lage des Hebels42 und der strichpunktiert
angegebenen Richtung 46 der Polschuhe 41 der bewegliche Saugventilkörper 44 in der
dargestellten Lage, so kann bei dem Förderhub des Pumpenkolbens in der Pfeilrichtung
47 Kraftstoff so lange aus dem Hochdruckraum 36 in den Niederdruckraum 45 zurückfließen,
bis praktisch am Ende des Förderhubes der durch den Magnet festgehaltene Saugventillcörper
44 entgegen der Wirkung der Feder 37 auf der Kolbenstirnseite zur Anlage gekommen
ist. Da erst von diesem Augenblick an seine Druckentwicklung im Hochdruckraum 36
bzw. eine Förderung über das Druckventil 66 in die Einspritzleitung 48 erfolgen
kann, entspricht die dargestellte Lage der Leerlaufstellung der Pumpe. Verschwenkt
man dagegen den Hebel 42 in der Richtung 49 derart, daß die Polschuhe 41 den Saugventilkörper
44 mit nach unten nehmen, so wird an einem früheren Abschnitt des Förderhubes das
Saugventil geschlossen, und die Förderung der Hochdruckseite beginnt relativ früher.
Es werden also durch Verschwenken des Hebels 42 die Leerlauf-, Teillast- und Vollaststellungen
der Einspritzpumpe eingestellt und durch diese Art der Regelung eine große Vereinfachung
bezüglich der bei der Regelung zu verstellenden Teile erreicht. Die Feder 37 hat
den Zweck, dafür zu sorgen, daß das vom Magnet gehaltene Ventil beim Saughubbeginn
sich rasch und leicht vom oberen Kolbenstirnende abhebt, so daß eine rasche Füllung
des Hochdruckraums 36 aus dem Akkumulierraum 45 gesichert und die bei der Benzineinspritzung
so gefürchtete Glasblasenbildung verhütet ist.
-
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist 5o ein von einem hochkoerzitiven
(ALNI-) Magnet aus erregbares Weicheisenmagnetpaar oder ein Hufeisenmagnet, der
durch eine unmagnetische Buchse 51 hindurch eine Saugventilplatte 53 entgegen der
Wirkung der
schwachen Ventilschließfeder 54 zu halten vermag, um
beim Beginn des Saughubes die Ventilplatte 53 anzuhalten, sie dadurch von dem sich
entfernenden Kolben abzuheben und ein rasches Füllen des Hochdruckraumes 58 aus
dem nicht dargestellten Akkumulier- oder Niederdruckraum zu sichern. Im weiteren
Verlauf des Saughubes kann die Ventilplatte 53 z. B. dadurch freigegeben werden,
daß man den Magnet derart bemißt, daß die Rückstellkraft der Schließfeder 54, welche
sich am Boden einer mit dem Kolben sich bewegenden Hülse 55 abstützt, nach einem
bestimmten Hubabschnitt stärker wird als die konstante Haltekraft des Magnets. Die
Hülse 55 ist ähnlich wie in Fig. i im Kolben befestigt, kann jedoch auch in ihrem
oberen Teil von einer zweiten Hülse 56 aus magnetisierbarem Werkstoff rings umschlossen
sein. Kommt nun im Verlauf des Saughubes der magnetisierbare Teil 56 der in eine
Ringnut des Kolbens 57 eingesetzten, Hülse 55 in den Bereich des Magnets 5o, so
wird das Feld des Magnets 50 gegenüber der Ventilschließplatte 53 abgeschirmt,
und die Ventilschließplatte kann sich unter der Wirkung der Feder 54 rasch auf die
Stirnfläche des längsdurchbohrten Kolbens 57 aufsetzen. Die Regelung der Einspritzmenge
kann hierbei in entsprechender Weise wie in Fig. i durchgeführt werden, was in Fig.
4 durch Einzeichnen des oberen Endes der Wendel oder Aufhaltekörper 2z angedeutet
ist. Die neue Pumpe kann natürlich zweckmäßig in hängender Anordnung mit nach unten
gerichtetem Hochdruckraum ausgeführt werden.