DK154166B - Kombineret braendselspumpe og -injektor til en forbraendingsmotor - Google Patents

Description

DK 154166B

i

Den foreliggende opfindelse angår en kombineret brændselspumpe og -injektor til en forbrændingsmotor, og som har et injektorhus, der har en aksi al boring, hvis bund er gennembrudt af mindst én åbning til forstøvning af brændslet, mindst én tilførselsledning for 5 brændslet, der udmunder i boringen i nærheden af dennes bund, hvilken tilførselsledning er forsynet med en kontraventil, en pumpestempel nål, der er glidende monteret i boringen mellem en første stilling, hvor pumpestemplet er fjernet fra boringens bund, og en anden stilling eller stilling for afslutning af indsprøjtnin-10 gen, hvor pumpestempel nålens spids lukker for forstøvningsåbninger, hvilken brændselspumpe og -injektor endvidere har organer til dosering af den gennem forstøvningsåbningen indsprøjtede mængde.

Der kendes pumper til dosering af brændsel, og der skal i denne 15 forbindelse henvises f.eks. til beskrivelsen til engelsk patent nr. 139.742.

Endvidere kendes der fra beskrivelsen til USA patent nr. 3.131.866 og fra det videnskabelige foredrag "Simulation of the Cummins Diesel 20 Injection System" af Andrew Rosel li og Pat Badgley fra "Society of Automotive Engineers", nr. 710.570, en brændselsinjektor, der har et injektorhus med en aksial boring, hvis bund er gennembrudt af mindst én brændselsforstøvningsåbning.

25 En tilførselsledning for brændsel under tryk, der er forsynet med en kontraventil, udmunder i boringen i nærheden af dennes bund, og denne tilførselsledning står i forbindelse med en forsyningskreds for brændslet. En pumpestempelnål er glidende lejret i boringen mellem en første eller øverste stilling, hvor pumpestemplet er 30 fjernest fra boringens afslutning, hvor pumpestempl ets spids lukker brændselsforstøvningsåbningerne ved kontakt med boringens bund.

Styringen af pumpestemplets forskydning tilvejebringes ved hjælp af en knast, en stødstang og en vippearm mod virkningen af returfjeder.

35

Med en sådan injektor reguleres den brændselsmængde, der indsprøjtes ved hvert pumpeslag ved at dosere den brændselsmængde, der indføres i boringen gennem tilførselsledningen. Alt efter størrelsen af den brændselsmængde, der skal indsprøjtes, er boringen mere eller mindre 2

DK 154166 B

fyldt med brændsel i det øjeblik, hvor pumpestemplet påbegynder sit nedadgående slag til indsprøjtning af brændslet. Med dette formål for øje fødes tilførselsåbningen i injektorpumpen med brændsel med et tryk, der varierer som funktion af acceleratorens stilling og af 5 motorens omdrejningstal. Den brændselsmængde, der indføres i boringen, varierer således med fødetrykket og med længden af doserings-perioden (denne sidstnævnte er omvendt proportional med omdrej-ningstallet), og herfra stammer benævnelsen "P-T system" (Pression-Temps). Ulemperne ved et sådant system består for det 10 første i, at det er vanskeligt at tilvejebringe en afbalancering af ydelserne af de forskellige injektorer til en flercylindret motor på grund af, at kalibreringen af hver injektors brændselstilførselsåbning skal være meget nøjagtig, og for det andet i den måde, som reguleringen af indsprøjtningen sker på, d.v.s. i form af en styring 15 der tilvejebringes ved hjælp af fødetrykket.

Andre indsprøjtninger er beskrevet i tysk pat.ans.nr.2.719.228 og i det franske patentskrift nr. 1.108.081, som omfatter et organ af pumpetypen for at sikre oveførslen af den doserede brændselsmængde 20 til den del af injektorens boring, hvor forstøvningsåbningerne udmunder. Ved hjælp af sådanne apparater indføres der gas i injektorsystemet, og derfor vil ikke alene begyndelsen af indsprøjtningen variere med ladningen på grund af den store kompressibilitet af gassen, men heller ikke begyndelsen af brænd-25 selsindsprøjtningen kendes med nøjagtighed.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at anvise en kombineret brændselspumpe og -injektor som indledningsvis angivet, hvor problemet med doseringen af brændselsladningen løses, og dette 30 opnås ifølge opfindelsen ved, at brændselspumpen har en overførselsledning, der er tilvejebragt i pumpestempelnål en, og som ved sin ene ende står i forbindelse med en brændselsafgangsledning, når pumpestempelnålen befinder sig i sin første stilling, en doseringsring, der er anbragt omkring pumpestemplet, og som er anbragt i et 35 ringformet kammer i injektorhuset,i hvilket kammer boringen udmunder, og hvor også afgangsledningen udmunder, hvilken ring har en øverste reguleringskant, hvoraf i det mindste en del samvirker med den nævnte ene ende af overførselsledningen for at udmåle brændslet, og reguleringsorganer til fastlæggelse af stillingen af ringen i 3.

DK 154166 B

injektorhuset, idet den nævnte del af ringens kant er aksi alt indstillelig langs pumpestempelnålen, hvorhos overførselsledningen ved sin anden ende udmunder ved pumpestempel nålens frie ende, samt at doseringsringens nævnte øverste kantdel definerer begyndelsen af 5 indsprøjtningen ved aflukning af den nævnte ende af overførselsledningen.

Ved hjælp af en på denne måde udformet kombineret brændselspumpe og -injektor opnås der navnlig en mere præcis dosering af den ind-10 sprøjtede brændselsmængde, en bedre afbalancering, hvad angår ydelserne fra de forskellige injektorer i det tilfælde, hvor det drejer sig om en flercylindret motor, og et mere præcist kendskab til indsprøjtningsforløbet som funktion af tiden. Når nemlig pumpestempelnålen bevæger sig opefter fra sin anden stilling, d.v.s. den 15 stilling hvor forstøvningsåbningen eller -åbningerne er lukket, tilvejebringes der til at begynde med en pumpevirkning på brændslet, så længe den i pumpestempelnålen værende overførselsledning ikke står i forbindelse med brændselsafgangsledningen, men er lukket af doseringsringen* og der sker derved en fyldning af den nederste ende 20 af boringen i injektorhuset med brændsel under indvirkningen fra det fødetryk, der hersker i tilførselsledningen, og denne fyldning fortsætter, indtil overførselsledningens ene ende bevæges fri af overkanten af doseringsringen og derved kommer i forbindelse med brændselsafgangsledningen. Når dette sker, er hele det volumen i 25 boringen, som afgrænses mellem enden af pumpestempelnålen og bunden af boringen, fyldt alene med brændsel. Når den nævnte ene ende af overførselsledningen er kommet i forbindelse med brændselsafgangs-ledningen, vil der fremkomme en cirkulation af brændslet gennem den med en kontraventil forsynede tilførselsledning og brændselsaf-30 gangsledningen. Denne cirkulation fortsætter, medens den nævnte ene ende af overførselsledningen befinder i sig over overkanten af doseringsringen. På denne måde fremkommer der en cirkulation af brændsel, som bidrager til afkøling af forstøvningsåbningen eller -åbningerne, og som sikrer, at den nederste del af boringen er fyldt 35 i det væsentlige med brændsel og praktisk taget ikke indeholder forbrændingsgas. Når overkanten af doseringsringen påny lukker den nævnte ene ende af overførselsledningen, nemlig under pumpestempel-nålens nedadgående bevægelse, kan brændslet ikke længere strømme til brændselsafgangsledningen, og følgelig vil stemplet under sin 4

DK 154166 B

fortsatte bevægelse mod bunden af boringen presse brændslet under tryk gennem forstøvningsåbningen eller -åbningerne. Det er således samvirkningen mellem overkanten af doseringsringen og den nævnte ene ende af overførselsledningen, som bestemmer, for det første den 5 mængde brændsel, som forbliver indespærret i boringen ved indsprøjtningens begyndelse, og for det andet begyndelsen af indsprøjtningen af dette brændsel. Indsprøjtningen afsluttes, når forstøvningsåbningerne lukkes af stemplet spids, og da også dette tidspunkt er velkendt, har man fuldt kendskab til indsprøjtnings-10 diagrammet som funktion af tiden.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 15 fig. 1 viser et længdesnit af en udførelsesform for den kombinerede brændselspumpe og -injektor ifølge opfindelsen, fig. 2 et billede af pumpen på fig. 1 set fra oven, og som viser ledningsåbninger for fødning og returløb af brændsel, 20 fig. 2A et snit efter linien A-A på fig. 2, fig. 3 et partielt billede med en doseringsring, 25 fig. 3A doseringsringens side i udfoldning, fig. 4 et vinkelret snit i det niveau, der er vist på fig. 1, med en styretandstang for doseringsringen, 30 fig. 5-8 skematisk virkemåden af den kombinerede pumpe og injektor, og fig. 9 en anden udførelsesform for en langsgående overførsels- eller returledning for brændslet i brændsel sindsprøjtningspumpen ifølge 35 opfindelsen.

Den viste kombinerede pumpe og injektor har et injektorhus 1, der har en aksi al boring 2, hvis bund eller nederste ende 3 er gennembrudt af mindst en forstøvningsåbning 4, gennem hvilken 5

DK 154166 B

brændselsindsprøjtningen udføres, og hvis øverste ende udmunder i et ringformet kammer 5 med meget større diameter. En tilførselsledning 6, der er forsynet med en kontraventil 7, og som er forbundet med en tilførselskreds for brændsel under tryk (ikke vist), tillader 5 brændslets indstrømning i boringen 2, hvor ledningen 6 udmunder ved 8 i nærheden af boringens bund 3. En udstrømningsledning 9 (fig.

2A), der er forbundet med en udstrømningskreds (ikke vist) eller returløbskreds for brændslet mod dets reservoir, udmunder i kammeret 5.

10

En pumpestempel nål 10 er monteret glidende i boringen 2 mellem en første stilling (øverste stilling), hvor den har afstand fra boringens bund 3, og én anden stilling (nederste stilling), som er vist på fig. 1, hvor den trykkes mod bunden.

15

Pumpestemplet 10 har en overførselsledning 11, der på siden af pumpestemplet udmunder ved en første åbning 12, der er placeret i niveau med kammeret 5, og som udmunder ved en anden åbning 13, der er placeret ved pumpestemplets frie ende, denne anden åbning 13 20 bliver i den kombinerede pumpe og injektor ifølge denne udførelsesform for opfindelsen lukket ved kontakt med boringens bund i pumpestemplets nederste stilling (stilling for indsprøjtningens afslutning).

25 Mekanismen er konstrueret på en sådan måde, at den tillader ind sprøjtning af en bestemt brændselsmængde gennem åbnihgerne 4. Denne indsprøjtning udføres ved forskydning af pumpestemplet nedad under påvirkning fra en knast 14, der drejes af motoren og mod virkningen fra en tilbageføringsfjeder 15.

30

Fjederen 15 er anbragt mellem et ringformet bryst 16 på pumpestemplet 10 og en underlagsring 17, der presser en doseringsring 20 mod bunden 18 af kammeret 5 ved hjælp af et ringformet mellemstykke 19, hvilken doseringsring 20 er monteret drejeligt omkring pumpes-35 templet 10, men som således er forhindret i aksial forskydning i forhold til injektorhuset 1.

Mindst en del af den øverste kant af ringen 20 danner en rampe 21, der er skråtstillet i forhold til aksen for pumpestemplet 10 (fig. 3 6

DK 154166 B

og 3A), denne rampe styrer begyndelsen af indsprøjtningen ved at lukke den til ledningen 11 hørende åbning 12, når pumpestemplet 10 bevæges mod boringens bund.

5 Organer forhindrer pumpestemplet 10 i at rotere om sin egen akse.

Disse organer kan f.eks omfatte en tap, der griber ind i en not, der er parallel med aksen, tappen kan f.eks. være tilvejebragt på injektorhuset 1, og noten kan være tilvejebragt ved siden af pumpestemplet eller omvendt.

10 I den på fig. 1 viste udførelsesform udgøres organerne, der forhindrer pumpestemplet 10 i at rotere om sin egen akse, af styreriller 22, der er tilvejebragt i siden af pumpestemplet 10 på dets øverste del henholdsvis i et styredæksel 23, der er fastgjort på den 15 øverste del af injektorhuset 1.

Organer til regulering af vinkel stillingen af doseringsringen 20 i forhold til åbningen 12 på pumpestemplet tillader at justere brænd-20 selsmængden, der indsprøjtes under hvert af pumpestemplets slag.

Disse organer, som kan omfatte et stangsystem, der styres af motorens regulatorpedal, kan som det i fig. 1, 3 og 4 viste eksempel omfatte en tandstang 24, der samvirker med tænder 24a på periferien 25 af ringen 20.

Omfanget af den foreliggende opfindelse dækker også brugen af organer til regulering sf vi nkel sti 11 i ngen af doseringsringen i forhold til pumpestempel nål en, og som fastholder ringen i huset 1, 30 og som foretager reguleringen ved drejning af pumpestempel nål en omkring sin egen akse.

Virkemåden af den kombinerede pumpe og injektor er skematisk vist ved hjælp af figurerne 5-8.

35

Under pumpestemplets opadgående bevægelse regnet i fra dens i fig. 5 viste stilling, findes der til at begynde med en pumpevirkning på brændslet, nemlig så længe udløbsåbningen 12 er lukket af siden af ringen 20, og derpå begynder brændselsfyldningen af bunden af 7

DK 154166 B

boringen 2 under virkning fra fødetrykket, der hersker i ledningen 6, og denne fyldning fortsætter lige til det øvre dødpunkt for pumpestemplet 10 (stillingen er vist på fig. 6). Det totale volumen, der begrænses mellem pumpestemplets frie ende og boringens bund, er 5 således fyldt alene med brændsel.

Med pumpestemplet i denne stilling befinder åbningen 12 sig oven over rampen 21, og bunden af boringen 2 er fyldt med brændsel, som kan strømme fra ledningen 6, der er forsynet med kontraventilen 7, 10 og til brændselsreservoiret (ikke vist) gennem ledningen 11 i nålen og udstrømsledningen 9, der^er forbundet med reservoiret. Denne strømning finder sted, så længe åbningen 12 ikke dækkes af doseringen.

15 I den i fig. 7 viste stilling af pumpestemplet 10 har åbningen 12 af ledningen 11 passeret rampen 21 i sin nedadgående bevægelse, og åbningen bliver lukket af den indre side af doseringsringen 20. Brændslet kan således ikke længere strømme mod udstrømsledningen 9. Pumpestemplet fortsætter sit slag mod bunden 3 af boringen 2, og 20 brændslet fortrængers under tryk gennem forstøvningsåbningerne 4.

Det er let at forstå, at samvirket mellem rampen 21 og åbningen 12 for det første bestemmer doseringen af brændselsmængden, som bliver indesluttet i boringens bund, og for det andet den begyndende indsprøjtning af brændslet gennem åbningerne 4.

25

Indsprøjtningen afsluttes, når disse åbninger 4 lukkes af pumpestemplets spids i den på fig. 8 viste stilling.

Drejningen af knasten 14 fortsætter, og pumpestemplet 10 hæves af 30 fjederen 15, og bunden af boringen 2 fyldes påny med brændsel, og den ovenfor beskrevne cyklus begynder forfra.

På grund af rampen 21's skråstilling i forhold til pumpestemplet 10's akse kan varigheden af åbningen 12's åbning varieres ved hjælp 35 af indersiden af ringen 20, d.v.s. at man kan dosere brændselsmængden, der indsprøjtes i hver cyklus, ved hjælp af en drejning af ringen 20 om sin akse ved hjælp af tandstangen 24.

I forhold til "Cummins-indsprøjtningsystemet" , der er beskrevet i 8

DK 154166 B

indledningen, hvor doseringen udføres ved hjælp af en variation i brændslets fødetryk, udgør pumpeinjektoren ifølge opfindelsen et system, hvor doseringen udføres mekanisk og uafhængigt af fødetryk-ket, hvorved der opnås et vist antal fordele, hvoraf kan nævnes: 5 afbalancering af ydelserne fra de forskellige injektorer til en flercylindret motor, hvilken afbalancering foretages bedre på enheden indenfor reguleringszonen, hvor motoren er i drift (drift-10 fyldning); regulering af ydelsen ved påvirkning af en tandstang, d.v.s. ved at anvende en klassisk reguleringsmetode for indsprøjtningspumper.

15

Desuden er dette styresystem ved hjælp af doseringsringen 20 integreret i indsprøjtningspumpen, og de indbyrdes forskydninger af styreorganet i forhold til pumpestemplet 10 begrænses til disse, som er nødvendige for den korrekte doseringsfunktion (hvad der for-20 trinsvis kan være fordelagtigt for indsprøjtning af store brændsel smængder).

Det vil ligeledes være muligt i en ikke vist variant af den udførelsesform, der er vist på fig. 1, at frembringe brændselsdoseringen 25 ved hjælp af en drejning af pumpestemplet 10, medens ringen 20, der er forsynet med den skråtstillede rampe 21,-forbliver fast i forhold til injektorhuset.

Ifølge en anden udførelsesform for opfindelæsen (ikke vist), hvor 30 den øverste kant af doseringsringen 20 danner eller ikke danner en skråtstillet rampe, vil styringen af doseringen kunne udføres ved en aksi al forskydning af ringen 20 langs pumpestemplet 10 i forhold til injektorhuset under påvirkning fra reguleringsorganer, hvis udførelsesform er tilgængelig for en fagmand.

35 I den på fig. 1 viste udførelsesform udgøres overførselsledningen 11 af en boring, som er tilnærmelsesvis aksial med pumpestemplet 10.

Ifølge en anden udførelsesform udgøres den aksi ale ledning af en 9

DK 154166 B

langsgående rille 11a, fig. 9, der er tilvejebragt i pumpestemplet.

Denne rille udmunder ved pumpestemplets frie ende.

Det vil forstås, at den retlinede rille 11a ifølge den foreliggende 5 opfindelse kan udskiftes med en skrueformet rille.

I alle udførelsesformer er den nederste ende af overførselsledningen fortrinsvis, men ikke udelukkende, placeret på en(måde, så brændslet strømmer fra fødeledningen 6 til overførsel si edifingen 11, idet den 10 skyller mindst en del af det mellem boringens bund 3 og den frie ende af pumpestemplet 10 begrænsede rum.

Som det er vist på fig. 1, har den kombinerede pumpe og injektor ved sin øverste del en stødstang 25, der er glidende monteret i en 15 cylindrisk udsparing 26, der er koaksi al med pumpestemplets akse, og hvis bund står i forbindelse med den langsgående ledning 11 til brændslet, der er tilvejebragt i pumpestemplet 10.

En ringformet pakning 27, der er anbragt på stødstangen 25, sikrer 20 tætheden.

Dette arrangement gør det muligt at undgå ulemperne, som kan fremkomme ved et dobbelt mekanisk anlæg, nemlig et første anlæg, der udgøres af anlægget mellem knasten og toppen af pumpestemplet 20, og 25 et andet anlæg, der udgøres af anlægget mellem pumpestemplets spids og bunden 3 af boringen 2 i den på fig. 1 og 7 viste stilling ved afslutningen af indsprøjtningen.

Dette dobbelte anlæg medfører risiko for en dårTig drift af appara-30 tet på grund af de to vanskeligheder:

Risiko for brændselslækage gennem åbningerne 4 safter indsprøjtningens afslutning., hvis spidsen af pumpestemplet LO ikke ligger tæt an mod sædet 3 med en tilstrækkelig kraft, 35 risiko for ødelæggelse af pumpestemplets spids og/eller sædet 3, hvis kraften, der trykker pumpestemplet mod sidstnævnte, er for kraftig.

DK 154166 B

10

Denne ulempe afhjælpes med den tilpassede anbringelse, hvor brændslet under tryk bruges til at kompensere for den aksi ale frigang, der skyldes tolerancer fra bearbejdningen, sliddet og forskellige termiske udvidelser, og hvor brændslet under tryk udgør en væske-5 buffer.

Spillerummet ej (fig. 1) er af størrelsesordenen på nogle tiendedele millimeter.

10 Spillerummet e2 er mindst lig med ej, men ikke så vigtig, da den ikke overdrevent forøger brændslets skadelige rum.

15 20 25 30 35

Claims (9)

1. Kombineret brændselspumpe og -injektor til en fforbrændingsmotor, og som har et iinjektorhus (1), der har en aksial boring (2), hvis 5 bund (3) er gennembrudt af mindst én åbning (4) til forstøvning af brændslet, minist én tilførselsledning (6) for brændslet, der udmunder i boringen (2) i nærheden af dennes tund (3), hvilken tilførselsledning (6) er forsynet med en kontraventil (7), en pumpestempel nål (10), der er glidende monteret i boringen (2) mellem 10 en første stilling, hvor pumpestemplet (10) er fjernet fra boringens (2) bund (3), og en anden stilling eller stilling for afslutning af indsprøjtningen, hvor pumpestempel nålens (10) sspids lukker for forstøvningsåbningen (4), hvilken brændselspuippe og -injektor endvidere har organer til dosering aff den gennem 15 forstøvningsåbningen (4) indsprøjtede mængde, kendetegnet ved, at brændselspumpen har en overførsel si editing (11), der er tilvejebragt i pumpestempel nål en (10), og som ved sin ene ende (12) står i forbindelse med en brændselsafgangsledning (9), når pumpestempelnålen (10) befinder sig i sin første stilling, en doserings-20 ring (20), der er anbragt omkring pumpestemplet (10), og som er anbragt i et ringformet kammer (5) i injektorhuset (1), i hvilket kammer (5) boringen (2) udmunder, og hvor også afgangsledningen (9) udmunder, hvilken ring (20) har en øverste reguleringskant, hvoraf i det mindste en del (21) samvirker med den nævnte ene ende af over-25 førselsledningen (11) for at udmåle brændslet, og reguleringsorganer til fastlæggelse af stillingen af ringen (20) tog derigennem det effektive pumpeslag i injektorhuset (1), idet denmævnte del (21) af ringens (20) kant er aksialt indstillelig langs ;;pumpestempelnålen, hvorhos overførselsledningen (11) ved sin anden ende (13) udmunder 30 ved pumpestempelnålens (10) frie ende, samt at doseringsringens (20) nævnte øverste kantdel (21) definerer begyndelsen :af indsprøjtningen ved aflukning af den nævnte ene ende (ved 12) af aoverførselsledningen (11).

2. Kombineret brændselspumpe og -injektor ifølge krav 1, ken detegnet ved, at den nævnte øverste kantdel af doserings-ringen (20) danner en rampe (21), der er skråtstfllet i forhold til stemplets (10) akse, og ved at vinkelstillingen mellem ringen (20) og pumpestemplet (10) er indstillelig ved itijælp af regule- DK 154166 B ringsorganerne.

3. Kombineret brændselspumpe og -injektor ifølge krav ^kendetegnet ved, at reguleringsorganerne styrer en aksial forskyd- 5 ning af doseringsringen (20) i forhold til injektorhuset (1),

4. Kombineret brændselspumpe og -injektor ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den har mindst ét organ (22), der forhindrer pumpestemplets (10) drejning i forhold til injektorhuset (1). 10

5. Kombineret brændselspumpe og -injektor ifølge krav 4, kendetegnet ved, at organerne til forhindring af pumpestemplets (10) drejning i forhpld til injektorhuset (1) udgøres af i det mindste én styrerille og mindst én styreribbe (22), hvoraf den ene 15 er fast forbundet med stemplet (10) og den anden er fast forbundet med injektorhuset (1).

6. Kombineret brændselspumpe og-injektor ifølge et af de foregående krav med en stødstang (25), som samvirker med en forskydningsmeka- 20 nisme (14) for pumpestemplet (10), kendetegnet ved, at stødstangen (25) er glidende monteret i en cylindrisk udsparing (26), der er anbragt aksialt i stemplet (10), og som står i forbindelse med brændselsafgangsledningen (9).

7. Kombineret brændselspumpe og -injektor ifølge krav 1, ken detegnet ved, at overførselsledningen (11) er en ledning, der er anbragt aksialt med pumpestemplet (10).

8. Kombineret brændselspumpe og -injektor ifølge krav 1, k e n - 30 detegnet ved, at overførselsledningen (11) er en rille, der er tilvejebragt i siden af pumpestemplet (10).

9. Kombineret brændselspumpe og -injektor ifølge krav 8, ken detegnet ved, at rillens længdeakse forløber skråt i forhold 35 til stemplets (10) længdeakse.