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Einrichtung zur Druckzerstäubung von Kraftstoff im Ansaugkanal von
Verbrennungsmotoren Es ist bereits vorgeschlagen worden, den für den Betrieb von
Ottomotoren benötigten flüssigen Brennstoff mittels einer Pumpe durch eine Zerstäubungsdüse
in den Ansaugkanal des Motors einzuspritzen. Da der Brennstoffbedarf entsprechend
der Belastung des Motors verschieden groß ist, muß die von der KraftstoffpumpeeinzuspritzendeBrennstoffmenge
veränderlich sein. Eine solche Mengenregelung kann auf verschiedene Weise erreicht
werden.
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So ist es bekannt, die Veränderung der geförderten Menge je Hub durch
Verdrehen des mit einer schrägen Kante versehenen Kolbens der Brennstoffpumpe vorzunehmen.
Eine solche Schräge muß in einer ganz bestimmten Sp.iralform geschliffen werden.
Außerdem muß zum Zwecke des Verdrehens des Kolbens die Kolbenstange geteilt ausgeführt
werden. Die Herstellungskosten einer solchen Pumpe sind daher hoch.
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Zur Vereinfachung des Herstellungsverfahrens der Pumpe wurde weiterhin
der Vorschlag gemacht, die Fördermenge der Pumpe konstant zu halten und die Mengenregelung
in der Weise vorzunehmen, daß man eine Ausweichmöglichkeit für eine durch den konstanten
Pumpenhub jeweils überschüssige Brennstoffmenge schafft.
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Dieser Vorschlag ist bereits in der Weise verwirklicht worden, daß
in der zur Einspritzdüse führenden Druckleitung der Pumpe eine Drosselstelle
vorgesehen
und die Druckleitung über eine weitereDrosselstelle mit der Saugleitung verbünden
worden ist. Die wirksamen Öffnungen beider Drosselstellen werden durch eine Membran
in Abhängigkeit vom. Unterdruck im Ansaugrohr gesteuert. Bei geringem Unterdruck
wird durch die Steuerorgane die Öffnung der Drosselstelle in der Druckleitung zur
Einspritzdüse vergrößert und gleichzeitig die Öffnung der Drosselstelle der -zur
Saugleitung führenden Verbindungsleitung verkleinert, so daß ein großer Teil der
von der Pumpe geförderten Brennstoffmenge zur Einspritzdüse strömt und nur ein kleiner
Teil in die-Saugleitung zurückströmt. Bei groem Unterdruck werden durch die Membran
die- .Öffnungen der Drosselstellen umgekehrt eingestellt, so daß eine geringe Brennstoffmenge
zur Einspritzdüse strömt und der ' größere Teil derselben durch-die weiter geöffnete
Drosselstelle zur Saugleitung hin abfließt. Eine derartige Einrichtung reagiert
aber bei geringfügigen Brennstoffmengen, wie sie z. B. ein Kraftwagenmotör benötigt,
viel zu langsam.
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Man hat daher nach einem weiteren Vorschlag dem Pumpenkolben der mit
konstantem Hub arbeitenden Brennstoffpumpe einen Ausweichkolben zugeordnet, durch
dessen Ausweichbewegung der Pumpenraum vergrößert wird, so daß ein Teil der vom
Pumpenkolben verdrängten Brennstoffmenge durch diese Raumvergrößerung -aufgenommen
wird und daher nicht in die Einspritzleitung.gelangt. Durch Veränderung der Ausweichbewegung
des Ausweichkolbens kann die einzuspritzende Brennstoffmenge verändert werden. Bei
einer bekannten Ausführungsform dieses Vorschlages weicht der- Ausweichkolben gegen
den Druck einer Feder aus, so daß zur Regelung der Brennstoffmenge die Federcharakteristik
maßgebend ist. Dies führt aber zu einer zu großen Streuung des Regelvorganges.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer mechanisch angetriebenen
Kraftstoffpumpe mit Ausweichkolben und mit Regelung der abgespritzten Kraftstoffmenge
in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Saugleitung des Motors die Bewegung des Ausweichkolbens
genau zu begrenzen und feinfühlig verstellbar zu machen, damit die eingespritzte
Kraftstoffmenge bei unveränderten Druckverhältnissen stets genau gleich bleibt und
die Regelung bei veränderten Druckverhältnissen im Ansaugrohr schnell anspricht.
Dieses Ziel wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, daß das den
Hub des Ausweichkolbens bestimmende Stellmittel unter dem Einfluß einer dem Ausweichkolben
nach Art eines Differentialkolbens zugeordneten, in bekannter Weise vom Unterdruck
im Ansaugrohr oder vom Differenzdruck aus Spritzdruck und Unterdruck im Ansaugrohr
gesteuerten Membran steht.
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Das in seiner Stellung durch die Membran verschiebbare Stellmittel
wirkt durch diese Anordnung mit Bezug auf den Ausweichkolben als fester Anschlag,
so daß dessen Ausweichbewegung stets genau begrenzt und der Ausweichkolben schlagartig
zum Stillstand gebracht wird. Beginn und Ende der Abspritzung erfolgen daher auch
schlagartig und in einem bestimmten Kurbelwinkel. Eine derartige schlagartige Abspritzung
läßt sich aber infolge der Nachgiebigkeit einer Feder mit den bekannten Einrichtungen
nicht erreichen, so daß bei diesen eine große Streuung mit Bezug auf Beginn und'Ende
der Abspritzung auftritt.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung im Schhitt
dargestefft, und zwar-zeigt: _ .
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Abb. i eine Ausführungsform, bei der der Druckregler unmittelbar den
Ausweichweg des Hilfskolbens steuert, Abb. 2 eine Ausführungsform, bei der ein als
Kraftverstärker wirkender Druckspeicher den Ausweichweg des Hilfskolbens steuert,
Abb.3 eine Abwandlung der Ausführung nach Abb. i als Zweizylinderpumpe und Abb.
q. eine Spritzdüse mit Drucksteuerung zu der Ausführung nach Abb. i und 3.
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In Abb. i ist mit i das Pumpengehäuse bezeichnet, das durch den Deckel
z verschlossen wird. Im Pumpengehäuse ist der Arbeitskolben 3 verschiebbar, der
durch die Feder q. gegen die.Laufbahn des Antriebsnockens 5 gedrückt wird. Ebenfalls
im Pumpengehäuse gleitet der Hilfskolben 6, der sich. über die Arbeitsfeder 7 bzw.
den Anschlag 7, gegen die Steuermembran 8 des Unterdruckreglers abstützt.
Diese Membran 8 ist nach Art eines Differentialkolbens relativ zum Hilfskolben 6
ausgeführt, d. h. mit einem wesentlich größeren Querschnitt als der Hilfskolben
6. An Stelle der Membran kann auch eine entsprechende andere Anordnüng, z. B. ein
in einem Zybinder verschiebbarer Kolben, vorgesehen werden.
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Der nach außen (auf der Zeichnung nach links) gehende Arbeitskolben
3 saugt aus der Brennstoffzuleitung 9 über das federbelastete Saugventil ro Kraftstoff
an, wobei der- Hilfskolben mit seinem bundartigen Anschlag gegen das Gehäuse anliegt.
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Beim Arbeitshub schiebt der Arbeitskolben 3 das angesaugte Brennstoffvolumen
und damit auch den Hilfskolben bei der dargestellten Anlage nach rechts, bis der
Hilfskolben 6 gegen den Anschlag 7a der Membran 8 trifft und dadurch festgehalten
wird, worauf der Kraftstoff bei weiterem Vorwärtsgang des Arbeitskolbens 3 in das
Ansaugrohr abgespritzt wird. An Stelle eines starren -Anschlages 7" kann die Membran
8 auch mit einem federnden Anschlag 7 versehen werden, wie auf der Zeichnung dargestellt,
oder eine Kombination von federndem und starrem Anschlag angewandt werden.
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Die dargestellte Ausführung erzielt ein schlagartiges Einsetzen des
Einspritzvorganges und ist deshalb weniger abhängig von der Einstellung des Abspnitzdruckes
als die bekannten Anordnungen.
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Sobald der Hilfskolben gegen den Anschlag 7a trifft, bleibt er in
Ruhe und der vom Arbeitskolben -weiter-verdrängte Brennstoff strömt über das federbelastete
Auslaßventil i i in die Brennstoffleitung j z2 und zur Abspritzdüse. Bei Bewegungsumkehr
des
Arbeitskolbens wird die Abspritzung unter brochen. Der Hilfskolben folgt zunächst
den weichenden Arbeitskolben bis zu seinem Anschlag Von diesem Zeitpunkt bis zum
äußeren Totpunkt des Arbeitskolbens erfolgt Neuansaugen einer be. stimmten Brennstoffmenge.
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Es ist nun ohne weiteres ersichtlich, daß die Stellung der Steuermembran
8 des Unterdruckreglers eine gegenüber dem festen Anschlag de: Hilfskolbens veränderliche
Vorspannung der Arbeitsfeder 7 bzw. eine veränderliche Stellung de: Anschlages 7"
erzeugt. Nimmt z. B. die Steuermembran eine in der Darstellung weiter rechts liegende
Stellung ein, dann wird die Arbeitsfeder 7 weniger vorgespannt, d. h. es wird ein
größerer Hub des Hilfskolbens und damit des Arbeitskolbens benötigt, bis der eingestellte
Abspritzdruck erzielt wird bzw. die Abspritzung beginnt. Die restliche Fördermenge
wird dadurch kleiner.
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Der Unterdruckregler wird durch die Steuermembran 8' und den Deckel
2 sowie die Reglerfeder 13 gebildet. Die linke Seite der Steuermembran steht über
die Öffnung 14 mit der Außenluft in Verbindung. An dem Anschluß 15 wird eine Verbindung
mit der Saugeleitung der Brennkraftmaschine hergestellt. Außerdem steht der Regler
über eine Leckluftbohrung 16 mit der Außenluft in Verbindung. Die Reglerfeder 13
kann mit der Schraubkappe 17 eingestellt werden.
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Die Abspritzdüse 18 wird zweckmäßig in den Ansaugstutzen i9 mit der
Drosselklappe 2o einge= setzt, und zwar so, d'aß der Brennstoff in der Luftströmrichtung
eingespritzt wird. Die Abspritzdüse enthält in der Darstellung eine Spritzdruckmembran
2i, deren Abspritzbohrungdurch die Nadel 22 abgeschlossen ist. Durch die Bohrung
23 wird der Brennstoff zugeführt. Es kann natürlich auch, ohne am Prinzip etwas
zu ändern; eine normale, federbelastete Düsennadel vorgesehen werden.
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Öffnet man die Drosselklappe ganz, dann herrscht praktisch am Anschluß
15 und damit auf beiden Seiten der Steuermembran 8 der Druck der Außenluft. Durch
Verstellen der Schraubkappe 17 kann die Feder 13' und damit die Arbeitsfeder 7 mehr
oder minder belastet bzw. der Anschlag 7" der Steuermembran verstellt werden. Man
kann also durch diese Verstellung vorzugsweise die Vollastmenge variieren.
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Bei geschlossener Drosselklappe herrscht am Anschluß 15 und damit
an der Steuermembran 8 ein. erheblicher Unterdruck, der :die Steuermembran unter
weiterer Zusammendrückung der Feder 13 in der Darstellung nach rechts verlagert
und damit die Feder 7 entlastet bzw. den Anschlag 7" ve.rstellt. Es ist ohne weiteres
ersichtlich, daß :durch die Leckluftbohrungeine Verfälschung des Unterdrucks an
der Steuermembran -erfolgt. Sind z. B, die Bohrungen 16 und 15 gleich, so wird an
der Steuermembran 8 nur der halbe Druck der Saugeleitung wirksam. Wird andererseits
die Leckluftbohrung 16 vollkommen abgedichtet, so wird der volle Unterdruck wirksam.
Man hat also durch Auswahl der Leckluftbohrung 16 eineinfaches Mittel, dem Teillastverbrauch
den gewünschten Verhältnissen anzupassen.
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Die vorliegende Einspritzvorrichtung liefert an sich unterbrochene
Abspritzungen. Will man, wie das bei einer zentralen Einspritzung bei einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine
erforderlich ist, eine kontinuierliche Einspritzung erreichen, dann muß erfindungsgemäß
ein Druckspeicher in die Leitung 12 einsgeschaltet werden. Dieser besteht zweckmäßig
ebenfalls aus einem Gehäuse, das durch eine Speichermembran 24 abgeschlossen ist,
die durch Federn 25 abgestützt wird. Eine derartige Ausführung hat den Vorteil,
daß :die Speichermembran z. B. bei einem Druck von ia at zur Anlage kommt, der nur
unwesentlich unter dem eingestellten Abspritzd'ruck liegt, so daß unmittelbar nach
dem Anlassen der B.rennkraftmaschine der zur Zerstäubung erforderliche Druck vorhanden
ist.
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Abb. 2 zeigt eine Ausführung, bei der die nachgiebige Wand des Druckspeichers
den Ausweichweg des Hilfskolbens bestimmt. Der @ an der Abspritzdüse auftretende
Spritzdruck wird durch den Druckzustand der Ansaugeleitung bestimmt.
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In Abb. 2 wird die Druckleitung 12 zu dem Druckspeicher geführt. Die
Leitung 12a- schafft d:19 -Verbindung zur Abspritzdüse. Mit 2@4 ist die nachgiebige.
Wand des Druckspeichers, mit 25 eine der Stützfedern bezeichnet. Ein Zugstift-26
gestattet ein Vorspannen der Speichermembran, wobei Brennstoff über die Ventile
io und i i der Abb. i angesaugt wird, zum Zwecke des Startens. Es ist leicht ersichtlich,
@daß ein verhältnismäßig hoher Abspritzdruck eine Verlagerung der Speichermembran
in der Darstellung nach rechts, d. h. eine große Vorspannung der Stützfedern 25
und damit eine kleine Vorspannung der Arbeitsfeder 7 bzw. eine Verlagerung des Membranafischlages
7a zur Folge hat. Einem großen Abspritzdruck ist daher ein großer Ausweichweg des
Hilfskolbens und damit eine kleine spezifische Fördermenge zugeordnet, und umgekehrt.
Auf die Arbeitsfeder 7 kann in diesem Falle sogar verzichtet werden,, dabeim Druckhub
des Arbeitskolbens 3 infolge des Druckabfalls (Schließdrucks) am Druckventil i i
die linke Stirnfläche des Hilfskolbens unter einem höheren Druck steht als die rechte
Stirnfläche. Andererseits steht beim Saughub des Arbeitskolbens 3. die rechte Stirnfläche
unter dem Abspritzdruck und schiebt somit den Hilfskolben nach links gegen seinen
Anschlagbund.. Verwendet man nun bei der Abspritzvorrichtung eine bekannte Düsennadel
2,7,
die die feste Abspritzbohrung versperrt, und belastet man. die Nadel
27 durch eine Unterdruckregelmembran 28 und die Regelfeder 29, dann ist jeweils
der unter der Düsennadel stehende Abspritzdruck mit der zusammengesetzten. Belastung
der Reglermembran und der Reglerfeder im Gleichgewicht. Die Reglermembran 28 wird
auf ihrer oberen Seite .durch den Außendruck (Bohrung 14a) auf ihrer unteren Seite
durch den Unterdruck durch die Bohrung 3o beaufschlagt. Auch :hier kann wieder :durch
eine Zusatzbohrung 31 der wirksame Außendruck verfälscht werden. Die Vorspannung
der
Regelfeder 29. kann z. B. durch den Hebel 3t# mittels einer Schraube 33 eingestellt
-werden. E: `isf natürlich ebenso möglich,. ohne am -Prinzip etwas zu ändern, den
Unterdruckregler.aüßerhalh des Ansaugstutzens anzuordnen.
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Wie bei der Ausführung nach -Abb, r kann auch bei der Ausführung nach
Abb. a durch die Änderung -der Federvorspannung eine Veränderung der Abspritzmengen
bei Vollast und durch :das Verhältnis der öffnungen 30 und 31 die Teillasteinstellung
der Brennkraftmaschine erzielt werden.
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Die Zuordnung eines hohen Abspribzdiruckes zu einem-niedrigen Absolut-druck
in der Saugleitung hat für den Fahrbetrieb große Vorteile. Öffnet man z. B. nach
einer Kurve plötzlich die Drosselklappe, dann entspannt sich und gibt das zur Beschleunigung
erwünschte überfette Gemisch (ähnlich wie -die bekannte Beschleunigerpumpe an' Vergasern).
Andererseits wird bei Schließen der Drosselklappe die Brennstoffzuteilung kurzzeitig
ganz un.`terbrochen und die Speicher-Membran aufgeladen; was die Bremswirkung des-Motors
erhöht und Brennstoffersparnis bedingt.
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Abb.3 zeigt eine Zweizylinderausführung der Einspritzpumpe nach Abb.
i,. wie sie vorteilhaft z. B-# für. Zweizylinder-Zweitaktmaschinen verwendet werden
kann. Der Antrieb geschieht, ohne am Prinzip etwas zu ändern; z. B. durch eine Taumel-Scheibe
5, auf- der zwei Arbeitskolben 3 versetzt gleiten. Die Hilfskolben 6 stützen sich
gegen zwei gleiche Federn 7 bzw, zwei gleiche Anschläge gegen die gemeinsame Regehnembran
B ab. Die Regel Membran wird, dürch die Einstellfeder 13 und die Einstellschraube
17 vorgespannt. Mit der Regelmembran 8 ist eire Führungsstift 34 fest verbunden,
der verhindert, daß :die Regelmembran unter. dem. Einlu$ der wechselnden Kräfte
der Hilfskolben 6 Kippbewegungen ausführen kann. DieLeckluftbQhrung ist hier durch,
eine auswechselbare Düse i6,ersetzt, die mit dem Kanal 3-5 in einem gewünschten
Verhältnis steht. Bei 15 wind :derUnterdruck des. Saugstutzens- zugeführt. Im Deckel
des Unterdruckreglers ist ein hier als Hahn 37 durgestellter Schieber -vorgesehen..
Dieser schafft in der Normalstellung »N« eine unmittelbare Verbindung zwisc_ hen
Ansaugeleitung und- Regelkammer .sowie über eine: enge Bohrung 38 eine Verbindung
finit dem Kanal 39 im eigentlichen Pumpengehäuse. Außerdem ist im Pumpengehäuse
eine Bohrung 4o vorgesehen, die mit der Außenluft in Verbindung steht und die über
Querbohrungen, mit Aussparungen 3, und 6" der Kolben Verbindung.. hat und hier eventuell
anfallende Leckbrennstoffmengen zum Saugstutzen abführt. Die durch die enge Bohrung
38 auftretende Druckverfälschung -in der Regelkammer kann durch entsprechende Auswahl
der Leckluftdüse 16 korrigiert werden. Dreht .man den Hahn in der angegebenen Pfeilrichtung
in, Stel- ', lung »S«, dann wird nur noch ein kleiner Teil des Unterdrucks infolge
der Überdeckung des Kanals 35 durch die enge Bohrung 38 in der eigentlichen Reglerkammer
wirksam. Durch die unmittelbare und ungedrosselte Verbindung des Unterdruck-Stutzens
15 mit der Bohrung 39 wird vielmehr de Unterdruck auf die linke Membränseite
geleitet was eine Erhöhung der spezifischen Förderleitun f zur Folge hat. Man hat
also durch diese einfach Vorrichtung die Möglichkeit; beim Starten de-i .Vorrichtung
das Gemisch stark anzureichern. Es ist leicht ersichtlich, daß bei einer geeigneten
Mittelstellung zwischen »S« und »N« eine gegenüber der Startstellung ärmere, gegenüber
der Normalstellung reichere Gemischzusammensetzung zum Warmfahren der Brennkraftmaschine
erzielt werden kann. Es ist selbstverständlich möglich., mit einer Zweizylinderpumpe
sowohl auf eine gemeinsame Abspritzdüse sowie mit und ohne Druckspeicher als auch
auf je-eine zugeordnete Abspritzdüse.zu arbeiten. Es ist ebenso möglich; auch drei
und mehr Einzelpumpen im Gehäuse sternförmig an-zuordnen und sie gemeinsam. durch
einen Unterdruckregler zu steuern, wobei lediglich die Vorspannfeder 13 weiter
vorgespannt zu werden braucht, ohne daß es nötig ist, das Arbeitsvermögen des Reglers
zu vergrößern, da jeweils nur ein Pumpenkolben, in Arbeitsstellung ist.
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Wenn auch Einspritzanlagen,, der vorliegenden Art hauptsächlich für
die Zuteilung des Birennstoffes außerhalb des eigentlichen Arbeitszylinders der
B@rennkraftmaschine, in Frage kommen, so kann bei geeigneter Dimensionierung der
Arbeitsfedern und des Reglers auch eine unmittelbare Einspritzung: erzielt werden.
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Andererseits ist -die Anordnung der Abspritzdüse in der Saugeleitung
hinter der Drosselklappe bei Viertaktmaschine die Regel. Bei Zweitaktmaschinen empfiehlt
es sich, die Einspritzung in einen Überströmkanal vorzusehen. In diesem Falle erzielt
man dien Vorteil, daß der Brennstoff nicht durch die Kurbelkammer dLr Brennkraftmaschine
geschleust werden muß und die Brennstoffverluste verringert werden, -da die Einspritzung
lediglich in einem überströmkanal je Zylinder -und zeitlich nach einer Vorspülung
mit Spülluft erfolgt. Hierbei ist besonders vorteilhaft, daß das Ende des Einspritzvorganges
jeweils- bei *gleicher Kurbelwellenstellung liegt und daß bei Teillast, d. h. wenn
die Spülvorgänge ohnehin; schwieriger werden; der Einspritzbeginnspäter erfolgt
als bei Vollast.
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Abb. q. zeigt die Anordnung der Abspritzdüse an einem Überströmkanal
der Zweitaktbrennkraftmaschine. Mit 41 ist der tberströmkanal im Zylinder q:2 bezeichnet.
Mit 43 ist der Kolben der Brennkraftmaschine bezeichnet. Die Abspritzdüse qq. erhält
über den Änschluß i8 den 13zennstoff zugeführt. Durch Bohrungen 23 strömt der Brennstoff
zur Abspritzmembran 2i, die durch einen Ring 45 mit dem Düsengehäuse q_4: dicht
verbunden ist. Die einstellbare, aber feststehende Düsennadel 2@2 'verschließt die
Brohrung in der Membran zri. Die leichte Membran kann infolge ihrer geringen Massenträgheit
sofort bei Erreichen des gewünschten Abspritzdrucks; ohne die Bewegungen des Hilfskolbens
zu stören, öffnen. Man erkennt, daß die Durchmischung der Spülluft, die mit hoher
Geschwindigkeit durch den Überströmkanal strömt,
bei der gewählten
günstigen Einbauart außerordentlich gleichmäßig erfolgt.