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Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in die Ansaugeleitung einer
Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzvorrichtung für
Brennkraftmaschinen, in welchen der Brennstoff in die Ansaugeleitung des Motors
mittels einer Einspritzdüse (gegebenenfalls auch mittels mehrerer Einspritzdüsen)
eingespritzt wird. Der Brennstoff wird durch eine volumetrische, von der Motordrehzahl
abhängig angetriebene Pumpe geliefert, und die eingespritzte Brennstoffmenge wird
mittels einer Zumeßvorrichtung geregelt.
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Das in der Einspritzdüse auftretende Druckgefälle ist mitunter bei
der Einspritzdüse der einen Brennkraftmaschine nicht genau das gleiche wie bei der
Einspritzdüse einer anderen Brennkraftmaschine und kann sogar für eine und dieselbe
Einspritzdüse variieren, wenn dieselbe sich verstopft.
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Bei bekannten Einspritzvorrichtungen hängt die Menge des eingespritzten
Brennstoffes vielfach von dem Einspritzdruck ab, wobei sich die eingespritzte Brennstoffmenge
bei unbeabsichtigten Änderungen des Durchflußwiderstandes der Einspritzdüse ebenfalls
ändert, was die Dosierung der eingespritzten Brennstoffmenge ungenau macht.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen Nachteil
zu beseitigen, indem sie eine Zumessung des eingespritzten Brennstoffes gewährleistet,
auf welche etwaige unbeabsichtigte Anderungen des Durchflußwiderstandes der Einspritzdüse
ohne Einfluß bleiben.
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Zu diesem Zweck ist in einer Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff
in die Ansaugeleitung einer Brennkraftmaschine, welche eine volumetrische, von der
Maschinendrehzahl abhängig angetriebene Brennstoffpumpe sowie eine Zumeßvorrichtung
besitzt, die den von der Pumpe gelieferten Brennstoffstrom in zwei Teile teilt,
von welchen der eine Teilstrom über eine Zumeßdüse in die zu der Einspritzdüse bzw.
den Einspritzdüsen führende Einspritzleitung geschickt und der andere Teilstrom
über eine Rückströmdüse zur Saugseite der Pumpe zurückgesandt wird, wobei eine manometrische,
in Funktion vom Ansaugedruck betätigte Vorrichtung die Rückströmung derart regelt,
daß der Querschnitt der Rückströmdüse vergrößert wird, wenn der Druck in der Ansaugeleitung
abfällt, und umgekehrt, erfindungsgemäß ein Druckregulator vorgesehen, der den Druck
in der Einspritzleitung stromabwärts von der genannten Zumeßdüse und den Druck in
der Rückströmleitung stromabwärts von der Rückströmdüse auf einander gleichem Wert
hält.
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Unter diesen Umständen ist das Druckgefälle in der Rückströmdüse und
in der Zumeßdüse derselbe. Die eingespritzte Brennstoffmenge hängt nur von dem Verhältnis
der Querschnitte dieser Düsen und nicht unmittelbar von dem Einspritzdruck ab.
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Bei bekannten Vorrichtungen hat man schon vorgeschlagen, zurAnsaugeseite
derPumpe einenTeil des Brennstoffes zurückzuführen, der durch die volumetrische
Pumpe durch eine Rückströmdüse veränderlichen Querschnittes geliefert wird, aber
der Druck des Brennstoffes wurde nichtsdestoweniger benutzt, um die eingespritzte
Brennstoffmenge zu regulieren.
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Die Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung gibt zum besseren
Verständnis der Art und Weise, in der die Erfindung ausgeführt ist, ein Ausführungsbeispiel.
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Fig. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt eine Vorrichtung nach der
Erfindung; Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab die Nadel der in Fig. 1 dargestellten
Vorrichtung; Fig. 3 stellt eine Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Nadel dar.
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Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält eine durch den Motor
angetriebene volumetrische Brenn-
Stoffpumpe 1, eine Zumeßvorrichtung
2 für den Brennstoff und eine Einspritzdüse 3, die in das Ansaugrohr 65 des Motors
mündet.
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Das Ansaugrohr 65 wird durch den Lufteinlaß 100 gespeist. Die in den
Motor zugelassene Luftmenge wird mittels einer Drossel 101 geregelt. Der
zwischen Saugrohr 65 und Drossel 101 gelegene Rohrabschnitt ist mit 99 bezeichnet.
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Der Zumeßvorrichtung 2 zugehörig ist ein Gehäuse 20, welches
ein zylindrisches Lager 21 aufweist, in j welches eine Muffe 22 eingesetzt
ist. Eine kalibrierte Überströmdüse 26 (hier »Rückströmdüse« genannt) sowie eine
kalibrierte Zumeßdüse 27 sind in der Muffe 22 vorgesehen.
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Die Brennstoffleitung 18, die von der Pumpe 1 1 kommt, steht mit einer
Brennstoffeintrittskammer 28 durch eine ringförmige Nut 29 und radiale Durchgänge
30 in Verbindung. Stromabwärts ist die Zumeßdüse 27 durch eine Leitung 31 und eine
Leitung 32 mit der Einspritzdüse 3 verbunden.
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Stromabwärts der Rückströmdüse 26 ist eine Kammer 33 vorgesehen, die
durch radiale Durchgänge 34 und eine ringförmige Nut 35 mit einer Rückströmleitung
36 verbunden ist. Ein Schieber 37 regelt die Verbindung zwischen der Rückströmleitung
36 und einer Kammer 38, die durch eine Leitung 39 mit der Ansaugeseite der Pumpe
1 (oder mit dem Brennstoffvorratsbehälter) verbunden ist. Der Schieber 37 ist mit
einem Kolben 41 gekuppelt, der in einem zylindrischen Lager 40 gleitet. Die oberhalb
des Kolbens 41 gelegene Kammer 42 steht mit der Einspritzleitung 31 durch eine Leitung
44 in Verbindung, während die Kammer 45, die unterhalb des Kolbens 41 liegt,
mit der Rückströmleitung 36 durch eine Sackleitung 46 verbunden ist. Der Kolben
41, der einesteils dem Druck in der Einspritzleitung 31 und andernteils dem Druck
in der Rückströmleitung 36 unterworfen ist, regelt die Öffnung des Schiebers 37
derart, daß diese beiden Drücke im wesentlichen gleich sind.
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Der Durchgangsquerschnitt der Düsen 26 und 27 ist mittels einer Nadel
59 geregelt, die einen profilierten Teil enthält, der in einem größeren Maßstab
in Fig. 2 dargestellt ist. Die Nadel 59 wird in der Muffe 22 geführt.
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Die in Fig. 2 gezeigte Nadel 59 enthält, ausgehend von links, ein
zylindrisches Ende 136, einen konischen Teil 137, der während der normalen Betriebszustände
mit der Düse 27 zusammenwirkt, einen zylindrischen Teil 138, einen schmalen zylindrischen
Teil von größerem Durchmesser 139, einen konischen Teil 140,
der während
der normalen Betriebszustände mit der Düse 26 zusammenwirkt, einen zylindrischen
Teil 141 und schließlich einen zylindrischen Teil 142 von größerem Durchmesser-
der in der Muffe 22 geführt ist.
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In der in Fig. 3 gezeigten Abwandlung ist die Nadel 59 im Prinzip
die gleiche wie die in Fig. 2 dargestellte. Sie unterscheidet sich davon nur in
den folgenden Punkten: Der konische Teil 137 (Fig. 2) ist durch die konischen Teile
143 und 144 von verschiedenen Winkeln ersetzt und der konische Teil 140 (Fig. 2)
durch die beiden konischen Teile 145 und 146. von verschiedenen Winkeln.
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Die Nadel 59 ist mit einer Manometerkapsel 61 gekuppelt, die in der
Kammer 62 angeordnet und vorzugsweise luftleer ist. Die Kapsel 61 enthält
einen in den Deckel 64 der Kammer 62 eingeschraubten Ansatz 63, mittels dessen die
Stellung der Kapsel regulierbar ist. Die Kammer 62 steht mit dem Ansaugrohrabschnitt
99 durch eine Leitung 67 in Verbindung.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Die Brennstoffpumpe
1 schickt in die Brennstoffeintrittskammer 28 eine Brennstoffmenge proportional
der Motordrehzahl. Der so gelieferte Brennstoff teilt sich in zwei Ströme, wobei
der eine durch die Zumeßdüse 27 zur Einspritzdüse 3 gelangt und wobei der andere
durch die Düse 26 über die Rückströmleitung 36 in die Leitung 39 geht. Da der Druckregulator
37, 41 die Drücke in der Einspritzleitung 31 und in der Rückströmleitung 36 gleich
hält, ist der Druckabfall in den Zumeß- und Rückströmdüsen 27 und 26 der gleiche,
und die Brennstofflieferungen durch diese beiden Durchgänge sind proportional den
Querschnitten der genannten Durchgänge.
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In erster Annäherung ist die durch den Motor angesaugte Luftmenge
proportional der Drehzahl und dem absoluten Druck, der in der Ansaugleitung 65 herrscht.
Wenn man dem Motor ein Gemisch von konstantem Brennstoff-Luft-Verhältnis liefern
will, muß die dem Motor gelieferte Brennstoffmenge selbst der Motordrehzahl und
dem Ansaugedruck in der Leitung proportional sein.
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Die Proportionalität der Brennstofflieferung zu der Motordrehzahl
wird durch die volumetrische Pumpe 1 verwirklicht, die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl
angetrieben wird. Die Manometerkapsel61 ist dem an die Kammer 62 durch die Leitung
67 übertragenen Ansaugedruck unterworfen. Wenn der Ansaugedruck sich ändert, verstellt
die Kapsel 61 die Nadel 59 und verändert den Querschnitt der Düsen
27 und 26. Man wird dabei den Teilen 137 und 140 der Nadel (Fig. 2) solche Profile
geben, daß die Brennstofflieferung durch die Düse 27 proportional dem Ansaugedruck
ist.
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Man sieht, daß die Brennstofflieferung an den Motor nur eine Funktion
der Motordrehzahl und des Ansaugedruckes ist. Sie ist nicht unmittelbar abhängig
von dem Druck, unter welchem der Brennstoff an die Einspritzdüse 3 durch die Leitung
32 geliefert wird. Dieser Druck hängt von der Einspritzdüse ab. Er kann sich von
einem Düsentyp zum anderen ändern und kann sich bei ein und derselben Düse 3 erhöhen,
wenn diese Düse sich verstopft. Diese Druckänderungen sind ohne Wirkung auf die
Menge- des zugemessenen Brennstoffes, und die Menge bleibt dennoch richtig, wenn
dieser Druck sich ändert.
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Um eine genaue Zumessung zu erhalten, darf das Druckgefälle durch
die kalibrierten Düsen 26 und 27 nicht auf einen zu tiefen Wert sinken, welches
auch die Drehzahlen der Maschine seien. Bei den niedrigen Drehzahlen des Motors
ist dieses Druckgefälle das schwächste. Da die Lieferungen der Pumpe proportional
der Drehzahl sind und da das Druckgefälle durch die Düsen proportional dem Quadrat
der Lieferungen ist, wächst dieses Druckgefälle sehr schnell, wenn die Drehzahl
zunimmt. Es ist also wichtig, den Querschnitt jeder der kalibrierten Düsen 26 und
27 veränderlich zu machen, um das Druckgefälle durch die Düsen auf niedrigstmöglichem
Wert zu halten, also um den durch die Zumeßvorrichtung bei hohen Drehzahlen aufgezehrten
Druck zu vermindern. Die Berechnung des Druckgefälles in der Vorrichtung zeigt,
daß die Benutzung einer Nadel 59, welche den Querschnitt der kalibrierten
Zumeßdüse 27 vermindert, wenn der Querschnitt der kalibrierten Rückströmdüse 26
wächst, und umgekehrt, ein schwächeres
Druckgefälle gibt als die
Benutzung einer Nadel, die nur den Querschnitt der Rückströmdüse 26 regeln würde,
wobei der Querschnitt der Zumeßdüse 27 konstant bliebe. Das niedrigste Druckgefälle
wird erhalten, wenn die Summe der Querschnitte der beiden Düsen 26, 27 konstant
gehalten ist.
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Die gleichzeitige Regulierung der Querschnitte der Zumeß- und Rückströmdüsen
27 und 26 hat noch einen anderen Vorteil. Die Ausflüsse durch diese beiden Düsen
sind nur dann den diesbezüglichen Querschnitten dieser Durchgänge proportional,
wenn diese Querschnitte physikalisch ähnlich sind. Indem man den Querschnitt jeder
dieser Düsen durch einen ringförmigen Zwischenraum bildet, der sich zwischen dem
Umfang der Düse und der Nadel befindet, welche dieselbe durchquert, verwirklicht
man diese physikalische Ähnlichkeit, und man sichert in einer genauen Weise die
Proportionalität der Brennstofflieferungen in den Düsenquerschnitten.
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Wenn die Einspritzvorrichtung dazu bestimmt ist, einen Flugzeugmotor
zu speisen, so ist es notwendig, eine Sicherheitsvorrichtung vorzusehen, welche
die Brennstofflieferung entsprechend dem Vollgas wiederherstellt, wenn die Kapsel
61 platzt. Bei einem solchen Umstand füllt sich die Kapsel 61, die
normalerweise luftleer ist, mit Luft und verlängert sich bis auf ihre Maximallänge.
Sie stößt die Nadel 59
nach links über die normalen Laufstellungen hinaus.
Der zylindrische Teil 138 der Nadel greift in den kalibrierten Querschnitt der Düse
27 ein, während der zylindrische Teil 141 in den kalibrierten Querschnitt der Düse
26 eingreift. Der Durchmesser der Teile 138 und 141 ist so bestimmt, daß das Verhältnis
der Durchgangsquerschnitte der kalibrierten Düsen 27 und 26 unter diesen Bedingungen
der notwendigen ; Brennstofflieferung entspricht, um das Vollgas am Boden zu sichern.
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Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird bemerkt, daß für die Gegenstände
der Unteransprüche ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) , losgelöster
Schutz nicht begehrt ist.