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Verteiler-Brennstoffeinspritzpumpe, insbesondere für Brennkraftmaschinen
mit Fremdzündung Die Erfindung bezieht sich auf eine Verteiler-BrennstoffeinsprItzpumpe,
insbesondere für Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, mit sich drehendem Pumpenzylinder,
der gleichzeitig die Brennstoffein- und -auslaßkanäle zum bzw. vom Pumpenarbeitsraum
steuert, und mit einem Pumpenkolben, welcher in dem Zylinder sich mitdrehend oder
nicht mitdrehend in Richtung der Drehachse hin- und herbewegt wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Zylinder koa-xial zur Antriehswelle
angeordnet ist und an der einen Seite als Planschieber mit einem die Brennstoffein-
und -auslaßkanäle steuernden Kanal ausgebildet ist und daß ferner der Kolben während
des Saughubes formschlüssig und während des Druckhul>es kraftschlüssig bewegt wird,
derart, daß bei sich nicht drehendem Kolben dieser durch einen an der der Schieberseite
abgewandten Seite des Pumpenzylinders angeordneten Stirnnocken bewegt wird, bei
sich mitdrehendem Kolben dagegen durch einen feststehenden Stirn-nocken.
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Für Einspritzpumpen, insbesondere für leichtsiedende Kraftstoffe,
sind - abgesehen von der Einfachheit im Aufbau - zwei Hauptproblerne
von Bedeutung: i. die Dampfblasenbildung und 2. die Regulierbarkeit.
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Die Erfindung löst das unter i. genannte Problem durch Anwendung von
schiebergesteuertem Einlaß, wobei sich mit ausreichend großem Querschnitt eine denkbar
geringe Ansaugbeschleunigung erzielen läßt; sowohl das zum Öffnen eines Ventils
als auch das zum starken Beschleunigen einer Brennstoffsäule benötigte Druckgefälle
würde eine Luftausscheidung oder Dampfblasenbildung begünstigen.
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Von allen Arten der Schiebersteuerung ist der umlaufende Schieber
mit stirnseitiger Plandichtung am billigst-en auszuführen und auchohne Schmierwirkung
betriebssicher zu gestalten. Um bei einer derartigen Dichtung nur eine Dichtfläche
zu beanspruchen, ist es erforderlich, daß der Förderraum - also der Zylinder
- umläuft und mit seiner Stirnseite unmittelbar als Abschlußorgan dient.
Für den umlaufenden Zylinder ist wiederum der direkte, d. h. koaxiale Antrieb
die einfachste und billigste Lösung.
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Das zweite Problem Regulierbarkeit, d. h. der zuverlässigen
Regulierbarkeit, ist am umfassendsten zu lösen, wenn sowohl eine Begrenzung des
gesamten Förderhubes als auch ein Abschneiden des Beginns oder Endes der Förderung
möglich ist. Diese Wege stehen nur offen, wenn der Förderhub unter Kraftschluß stattfindet.
Dagegen kann der Saughub unbedenklich fornischlüssig zurückgelegt werden, wodurch
für die Konstruktion und den baulichen Aufwand Vorteile entstehen. Auch für das
Problem der-Dampfblasenbildung ist eine derartige Steuerung de-, Pumpenkolbens von
Bedeutung.
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Die formschlüssige Betätigung des Saughubes und kraftschlüssige Betätigung
des Förderhubes gibt bei der Mengenregulierung den Vorteil, daß im Teillastgebiet
nur ein Teil des Kolbenhubes ausgenutzt werden kann, ohne daß unzulässige Drucksteigerungen
im Pumpenzylinder stattfinden.
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Die Erfindung macht von diesen bekannten Einzelheiten Gebrauch.
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Die Erfindung besteht in der Vereinigung der-, einzeln an sich bekannten
Merkmale des Hauptanspruch-es und ist nur erfüllt, wenn alle Merkmale vollzählig
vorhanden sind; sie erweist sich den bekannten Ausführungen, die nachstehend im
einzelnen kurz umrissen werden, als weitaus überlegen. Das gilt sowohl gegenüber
den Verteiler-Einspritzpumpen, bei denen ein Umlaufzylinder vorgesehen ist, als
auch gegenüber denjenigen, die durch einen Umlaufzylinder und die Ausbildung des
stirnseitigen Zylinders ,als Planschieber gekennzeichnet sind. Sie haben im wesentlichen
den Nachteil, daß der Förderhub. nicht kraftschlüssig erfolgt, desgleichen diejenigen
Ausführungen, bei denen ein Umlaufzylinder und eine koaxi-ale Lage zur Antriebswelle
vorgesehen ist. Auch Anordnungen, bei denen nur die Maßnahme der koaxialen Lage
zur Antriebswelle berücksichtigt ist, reichen nicht aus, um die vorerwähnten Probleme
hinreichend zu lösen.
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Entsprechendes gilt auch für die bekannten Verteiler-Einspritzpumpen,
bei denen, der Pumpenkolben im Saughub formschlüssig und im Druckhub kraftschlüssig
bewegt wird. Fehlt es doch hierbei an dem Merkmal, daß der Zylinder koaxial zur
Antriebswelleliegt und an der einen Seite als Planschieber mit einem die Brennstoffein-
und -auslaßkanäle steuernden
Kanal ausgebildet ist, also an jenen
Maßnahmen, die nach dern Vorgetragenen für die Lösung der zur Erörterung stehenden
Probleme notwendig sind.
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Der Saughub, ist - besonders für Pumpen mit hohen Drehzahlen
- so`lang wie möglich auszudehnen, um starke Beschleunigungen zu vermeiden,
die bekanntlich bei leichtsiedenden Kraftstoffen zu Dampfblasenbildung führ-en können.
Der Förderhub kann dagegen wesentlich kürzer gewählt werden, besonders, da die Einspritzdauer
mit Rücksicht auf die Gemischaufbereitungszeit nicht über ein gewisses Maß ausgedehnt
werden darf.. Es wird daher in Ausgestaltun#g der Erfindung vorgeschlagen, den Winkelbereich
für den Saughub zwei- bis sechsmal so groß wie den Winkelbereich für den Förderhub
zu wählen, ,eine Maßnahme, die insofern ein Vorbild besitzt, als es bekannt ist,
für den - Saughub ein Vielfaches des Winkelbereiches des Förderhub#es zu
wählen.
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Besondere Sorgfalt ist auf die stirnseitige Abdichtung des Steuerschi#ebers-zu
verwenden. Der erforderliche Anpreßdruck kann entweder durch eine Federkraft erzeugt
werden oder durch die Reaktionswirkung eines hydraulisch beaufschlagten Gegenholbens.
Die hydraulische Anordnung hat den Vorteil, daß nur im Bereich des Förderhubes eine
stärkere Anpressung stattfindet. Dagegen ist der bauliche Aufwand für eine derartige'
Lösung größer, und an der Abdichtung des Gegenkolbens entstehen eventuell Leckverluste.
Für die einwandfreie Abdichtung des Planschiebers ist Voraussetzung, daß die Dichtfläche
genau senkrecht zur Umlaufachse steht. Um hierbei Ungenauigkeiten der Fertigung
ausgleichen zu 'können, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung s#orges#chlagen,
die nicht urnlaufende Steuerscheibe -durch Unterlegen einer elastischen Schicht
derart zu lagern, daß die Dichtfläche auf jeden Fall eine sichere Aftlage erhält.-An
Stelle,derelastischen Schicht kann auch die Einstellbarkeit der Dichtüche durch
kugelförmige Lagerung der Steuerscheibe erzielt werden. , -Die Dichtfläche
kann nur; im beschränkten Maße -mit Schmieröl versorgt werden, da eine ständige
Benetzung mit Kraftstoff stattfindet und der ölfilm, hierdurch abgewaschen wird.
Es ist daher vorteilhaft, ,wenigstens eine der Reibflächen aus selbstschmierendem
Material auszuführen. Mit Rücksicht auf die Kraftstoffdrücke kommen- hierbei nur
flüssigkeitsdichte Materialien in Betracht, wie beispielsweise Sintereisen, Sinterbronze,
Kohle oder-ähnliche Werkstoffe. Es ist möglich, den-umlaufenden oder den feststehenden
Teil der Stirndichtung aus diesem Sondermaterial auszuführen.
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Für die Abdichtung zwischen Pumpenkölben und Pumpenzylinder kann wegen
der verhältnismäßig geringen Kraftstoffdrücke -ein elastischer, Dichtkörper
im Zylinder als einfache und zuverlässige Lösung vorgesehen werden. Der Dichtkörper
kann hier-'bei aus synthetischem Kautschuk oder beliebigen anderen- elastischen
und kraftstoffesten Werkstoffen bestehen.
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Für die Mengenregelung einer Niederdruckein-#spritzpumpe mit den im
Hauptanspruch festgelegten Merkmalen bestehen verschiedene Möglichkeiten. Die ,einfachste
Ausführung ergibt sich durch Begrenzung des kraftschlüssigen Förderhubes. Hierzu
kann ein 'verstellbarer Anschlag im- Zylinder vorgesehen werden, oder der mit dem
- Kolben verbundene Stirnnocken kann in seiner Bewegung begrenzt werden.
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Eine weitere Möglichkeit besteht in einer Phasenverschiebung des Förde-'
rhubes zur Steuerung der Saug- und Drucköffnungen. Wird der Förderhub winkelmäßig
vorverlegt, so findet während des ersten Teils des Förderhubes ein Zurückdrücken
von Kraftstoff in die Saugleitung statt, und die für die Einspritzung verbleibende
Menge verringert sich entsprechend. Dagegen bewirkt ein Zurückverlegen des Förderhubes
gegen die Steuerbohrungen, daß das Ende des Förderhubes erst dann stattfindet, wenn
die Saugseite wieder mit dem Steuerschieber in Verbindung steht. Es ist in diesem
Falle nur der erste Teil des Förderhubes für die Einspritzung nutzbar. Eine andere
Möglichkeit besteht darin, in der Druckleitung eine veränderliche Drosselung vorzunehmen,
die das vollständige Ausströmen aus dem Druckraum des Zylinders verhindert.
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Schließlich ist eine genaue Anpassung der Einspritzmenge an die Drehzahl
des Motors möglich, wobei. der Verlauf des Füllungsgrades berücksichtigt werden
kann. Bekanntlich zeigen besonders Zweitaktmotoren einen mit steigender Drehzahl
zunächst zunehmenden Füllungsgrad, der erst nach Überschreitung von zwei Drittel
bis drei Viertel der Höchstdrehzahl wieder abzufallen beginnt. Entsprechend dem
Füllungsgrad muß die Einspritzmenge drehzahlabhängig beeinflußt werden. Bei der
Einspritzpumpe kann eine mit der Drehzahl steigende Einspritzmenge dadurch erreicht
werden, daß eine Rückströmdüse vor der Druckleitung übersteuert wird. Durch diese
Rückströmdüse fließt bei niederen Drehzahlen viel und bei hohen Drehzahlen wenig
Kraftstoff je Hub aus dem Druckraum aus, Wird weiterhin in der Druckleitung
durch eine Drosselung dafür Sorge getragen, daß von einer bestimmten Drehzahl an
nicht mehr die volle Fördermenge ausströmen kann, so wird eine mit weitersteigender
Drehzahl fallende Tendenz der Einspritzmenge erzwungen. Durch Abstimmung der Rückströmdüse
und der druckseitigen Drosselung kann jede gewünschte Füllungskurve einer mit Einspritzung
betriebenen Brennkraftmaschine angeglichen werden.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung ist beispielsweise an Hand der
Abb. i bis 6 in ihren Einzelheiten veranschaulicht.
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Abb. i zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Niederdruckeinspritzpumpe
mit umlaufendem Zylinder und sich nicht drehendem Kolben, Abb.:2 das Steuerscherna
für Saug- und Förderkanäle in der Planschieberdichtung, Abb. 3 den grundsätzlichen
Aufbau einer Niederdruckeinspritzpumpe mit umlaufendern Zylinder und umlaufendem
Kolben, Abb. 4 die Kolbenbewe#gung bei Umlauf der Pumpe und die - Phasenstellung
der Saug- und Förderstenerung -bei Vollast und Teillast, Abb. 5 ein Steuerschema'
bei dem die Teillastförderung mit anderen Mitteln erreicht ist, Abb. 6 ein
Diagramm über die drehzahlabhängige Beeinflussung der Fördermenge je Hub.
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Abb. i. Der Antrieb erfolgt durch den Wellenstumpf A, der bei
Zweitaktmotoren mit Kurbelwellendrehzahl, bei Viertaktmotoren mit Nockenwellendrehzahl
umläuft. Über eine Mitnahraekupplung wird der Pumpenzylinder B angetrieben. Koaxial
zur Antriebswelle ist im Zylinder B der Kolben C gelagert, der beispielsweise durch
Anflachungen D im Gehäuse E
gegen Mitdrehen gehalten wird.
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Der Zylinder B trägt an seinem freien Ende den Stirnnocken F, durch
den der Gegennocken G eine Hubbewegung auf den Kolben C überträgt.
Den Förderhub des Kolbens C bewirkt die zentral zur Antriebswelle gelagerte Druckfeder
H.
Der umlaufende Zylinder B liegt mit seiner Stirnseite I an der
feststehenden Steuerscheibe K an und wird durch die Feder L angedrückt. Im Steuerschieber
K befinden sich die Bohrungen für die Saugleitung M und für die Druckleitung
X, die bei Umlauf des Zylinders abwechselnd durch den Kanal 0
mit dem
Hubraum P des Zylinders in Verbindung kommen.
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Zum Ausgleich einer etwaigen Ungenauigkeit in der stirnseitigen Anlage
ist zwischen Steuerschieber und Gehäuse eine elastische Schicht Q vorgesehen.
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Abb. 2. Die Steuerscheibe in der Planschieberdichtung enthält die
Kanäle S und F, die in Form von kingabschnitten über verschiedene Winkelbereiche
ausgedehnt sind. Es wird hierbei der Kanal für die Saugseite um ein Mehrfaches größer
gewählt als für die Druckseite.
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Die gestrichelt dargestellte SteueröffnungSt ist in der umlaufenden
Dichtfläche des Zylinders angebracht und in Abb. 2 so groß dargestellt, daß der
Zwischenraum zwischen der Saugseite und der Förderseite voll ausgefüllt ist.
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Abb. 3. In der Darstellung sind die gleichen Bezugsbuchstaben
gewählt wie bei Abb. i, soweit es sich um die entsprechenden Teile handelt. Abweichend
von der Darstellung der Abb. i ist der umlaufende Kolben C, der beispielsweise
über ein Keilprofil D
vom Zylinder B mitgenommen wird. Der Stirnnocken F ist
feststehend, während der Gegennocken G
mit dem Kolben umläuft und hierbei
eine Hubbewegung erhält.
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Die feststehende Steuerscheibe K mit den Sagg#-, und Druckleitungen
M und N ist auf der Gegenseite kugelförmig ausgeführt, so daß an der
Fläche T eine Selbsteinstellung eintreten kann. Zum Anpressen der Steuerflächen
ist in dem umlaufenden Kanal 0 --in Gegenkolben R angeordnet, der unter dem
Flüssigkeitsdruck des Hubraumes P steht. Zum Abdichten zwischen Kolben und Zylinder
ist bei U eine eingespannte elastische Dichtung schematisch angedeutet.
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Abb. 4. Der obere Teil von Abb. 4 gibt den Verlauf .der Kolbenbewegung
über dem Winkel der Antriebswelle wieder. Der Bereich n ist neutral, d. h.
eine Kolb,enbewegung findet nicht statt. Anschließend wird während des Winkels
s der Saughub vorgenommen. In dem anschließen-den Bereich f findet
die Förderung unter Wirkung der Federkraft statt.
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Der untere Teil der Abb. 4 zeigt die Zuordnung der Steuerzeiten zur
Kolbenbewegung. In der Phasen-.stellung Vollast v besteht Übereinstimmung zwischen
dem Saughub s des Kolbens und dem Öffnungswinkel S der Saugleitung.
Ebenso liegt der Förderhub f des Kolbens und der Öffnungswinkel F der Förderleitung
in Deckung.
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In der Stellung t wird ein Teillastzustand dargestellt. Es besteht
hierbei noch während des ersten Teils der Förderbewegung des Kolbens eine Verbindung
des Hubraumes zur Saugleitung, so daß Brennstoff zurückgedrückt wird. Erst nach
Übergang vom Sauganschluß auf Förderanschluß wird der restliche Kraf tstoff in die
Druckleitung und weiter in den Motor gefördert.
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Abb. 5. Die Reguliermöglichkeit nach Abb. 5 unterscheidet
sich von Abb. 4 dadurch, daß der neutrale Winkel im Anschluß an den Saughub zurückgelegt
wird, d. h. daß der Kolben während dieser Zeit in sein-er äußeren Totlage
verbleibt.
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Die Zuordnung der Steuerzeiten für Vollast und Teillast sind im unteren
Teil der Abbildung bei v und t dargestellt. Bei v besteht wieder Übereinstimmung
zwischen Saughub und Steuerzeit der Saugseite, während bei t die Phasenverschiebung
in der Weise erfolgt ist, daß nur der erste Teil der Fördermenge in die Förderleitung
gelangen kann. Im zweiten Teil der Förderbewegung ist bereits Verbindung des Hubraumes
mit der Saugseife vorhanden.
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Abb. 6. Die Darstellung in Abb. 6 zeigt den Verlauf
der Einspritzmenge je Umdrehung in Abhängigkeit von der Drehzahl. Während
ohne zusätzliche Einrichtungen die Einspritzmenge in der Größe Qtl, im gesamten
Drehzahlbereich vorliegt, wird durch eine Rückströrndüse vor der Förderleitung ein
mit zunehmender Drehzahl kleiner' werdender Anteil der theoretischen Fördermenge
zurückströmen. Es' verbleibt für den Einspritzvorgang eine Menge gemäß der
Kurve i.
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Wird weiterhin durch Drosselung auf der Druckseite dafür Sorge getragen,
daß bei höheren Drehzahlen nicht mehr die volle Menge'nach, Kurve i ausströmen kann,
so verbleibt für die Eirispritzung eine mit steigender Drehzahl kleiner werdende
Brennstoffmenge je Hub gemäß Kurve 2. Durch'stärkere Dross#--lung kann die
Kurve:2 auf 3, 4, 5 usw. verlegt werden.
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Für eine Anpassung an die Füllungsverhältnisse des Motors muß die
Größe der Rückströrndüse und die Drosselung auf der D#ruckseit.6 so bemessen werden,
daß die maximale Einspritzmenge'X bei der Drehzahl mit höchster Füllu#ng und ürößfern
Drehmoment Md."" erreicht wird. Hierdurch kann im Betriebsbereia b
des Motors
eine Überein stirhmung-zwiscfien Einspritzmenge und Füllungsgrad erzielt werden,
die eine mechanische Zuordnung von Pumpenregelung und Luftregelung gestattet.