DEM0016773MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 23. Dezember 1952 Bekanntgemacht am 8. März 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft eine Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen und befaßt sich insbesondere mit der Ausbildung des Pumpenzylinders und Pumpenstempels.

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 Uberströmbohrung 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. Bei den üblichen Motoren ohne Aufladung beträgt die im Leerlauf einzuspritzende Brennstoffmenge etwa 20% der Vollastmenge und sinkt bei Motoren mit hoher Aufladung bis auf 10 °/». Eine weit geringere Menge, nämlich etwa 5%, wird bei

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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 ι : 20 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 heryorgerufene Ungleichheiten, 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.

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 Brennkraftmaschinen, 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.

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 Brennstoff mengen, erreicht, sie reicht aber, wie Versuche ergeben haben, nicht, aus, um wahlweise im reinen Dieselbetrieb oder im nach dem Zündverfahren arbeitenden Dieselgasbetrieb gefahrene Brennkraftmaschinen über den gesamten Betriebsbereich einwandfrei, d. h. mit einem möglichst hohen Grad von Genauigkeit der eingespritzten Brennstoffmengen für sämtliche Zylinder von Mehrzylinderbrennkraftmaschinen, zu betreiben.

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 Brennstoff volumen 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 go 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 deratigeri 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.

Um die beim Übersteuern der Ein- und Auslaßöffnungen durch die Kolbenkanten auftretenden no Drosselungen zu verhindern und damit den Zeitpunkt und die Dauer der Einspritzung exakt festzulegen, hat man bereits vorgeschlagen, die steuernden Begrenzungskanten der Überstrom- und Saugöffnungen im Pumpenzylinder parallel zu der 115, 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 bewirken, nicht gelöst werden. Ebensowenig ist dies zu erreichen mit Saug- und Überströmöffnungen, welche quadratische ■ oder rechteckige Form aufweisen. Damit soll lediglich bei einer gegebenen Höhe des Saugloches ein möglichst großer Quer-

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schnitt untergebracht und damit die Füllung der Pumpe verbessert werden.

Erst durch die Kombination verschiedener bekannter Merkmale, nämlich durch die gleichzeitige Anwendung von Kolbensteuerkanten veränderlicher Steigung und die Ausführung der Kanten der Überstrom- und Säugöffnungen parallel zu den Kolbensteuerkanten, entsprechend dem Verlauf der letzteren im Bereich der kleinen Fördermengen,

ίο 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 Stempeldurchmesser.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. ι einen Pumpenstempel und Zylinder einer Brennstoffpumpe, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 bis 4 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.

In Fig. ι ist mit 1 die Saugöffnung und mit 2 die Überströmöffnung im Zylinder bezeichnet, während 3 die obere und 4 die untere Steuerkante des Pumpenstempels darstellt. In den Fig. 2 bis 4 ist eine Abwicklung des Pumpenstempelmantels gezeigt und gleichzeitig der Querschnitt 2 der Über-Strömöffnung in die Abwicklung eingetragen. Beispielsweise zeigt die Fig. 2 die erfindungsgemäße Ausbildung des Überströmloches mit zu den Steuerkanten 3, 4 parallelen oder nahezu parallelen oberen und unteren Begrenzungskanten. In der Fig. 3 und 4 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 ersicht-Hch, in welcher die Fördergesetzmäßigkeit eines Pumpenelements nach den Fig. 2, 3 und 4 einander gegenübergestellt ist. Dabei ist eine für alle drei Fälle gleiche Form der Steuerkanten des Pumpenstempels angenommen. Auf der Abszisse der Fig. 5 ist die Füllungsstellung ί aufgetragen, d. h. der Be- 6g trag, um den der Stempel gegenüber der »geometrischen Nullfüllung« verschoben ist, bei der_: die Steuerkanten des Stempels die steuernde Kante der öffnung im Pumpenzylinder tangieren. Die Ordinate gibt die Überdeckung ü, d. h. den Betrag an, η₀ um den die öffnung 2 überschliffen wird bzw. das Produkt μ X Stempelfläche F, das man als geometrisches Fördervolumen ' bezeichnet. Da die Stempelform für die Ausführung der Öffnungen nach Fig. 2 bis 4 gleich sein soll, fallen die Kurven a, b, c, die den Öffnungen nach Fig. 2, 3, 4 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 —ü ist der kleinste Wert des während des Stempelhubs nicht abgedeckten Lochquerschnitts / nach . links aufgetragen. Unter der Annahme, daß bei einem freien Querschnitt /₀ die Förderung beginnt, gehören zu diesem Querschnitt drei verschiedene negative Füllungsstellungen —s_a, —s_b und —s_c. Wie aus der Darstellung in Fig. 5 ersichtlich, ist der Wert —s_a für eine Bohrung nach Fig. 2 und da- g₀ mit der Bereich der nicht exakten, von verschiedenen Faktoren abhängigen Förderung ein Minimum.

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 105. 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. .

Die Erfindung ist nicht auf die in Fig. 2 und 6 gezeigte Form der Überströmöffnung beschränkt, es ist vielmehr möglich, der Ansaug- 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 beispiels-

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weise der von den beiden Steuerkanten gebildete Winkel auch nicht über den ganzen Förderbereich gleichbleiben, sondern kann in Abhängigkeit von der Füllungsstellung verändert werden.

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1. PATENTANSPRUCH:

   Einspritzpumpe mit Schrägkantensteuerung für Brennkraftmaschinen, die wahlweise im reinen Dieselbetrieb oder im nach dem Zündverfahren arbeitenden Dieselgasbetrieb arbeiten, gekennzeichnet durch die Kombination der an sich bei Brennstoffpumpen bekannten Merkmale: a) Ausbildung einer oder beider Kolbensteuerkanten mit veränderlicher Neigung, b) Ausführung der steuernden Kanten der Überström- und Saugöffnungen parallel oder nahezu parallel zu den Kolbensteuerkanten, und zwar entsprechend dem Verlauf der Kolbensteuerkanten im Bereich der kleinen Fördermengen.

   Angezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschriften Nr. 234 427,

   242228;

   französische Patentschriften Nr. 733 572,741051, 982, 934 468.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen