DE335965C - Die Brennstoffmenge regelnde Brennstoffpumpe fuer Einspritzverbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Bei verschiedenen Arten von Einspritzverbrennungskraftmaschinen muß, um den beabsichtigten Verlauf der Verbrennung zu erreichen, Beginn, Verlauf und Schluß der Einspritzung des Treiböls genau begrenzbar sein; sie darf nicht schleichend endigen oder beginnen, wie dies bei Brennstoffpumpen mit Regelung durch Rückfluß im ersten oder letzten Druckhubteile der Fall ist.

ίο Es sind Brennstoffpumpen bekannt, bei welchen das Rückfluß- oder Saugventil sowohl zu Anfang als auch gegen. Ende des Druckhubes des Pumpenkolbens durch besondere, vom Regler abhängige Steuerungsvorrichtungen geöffnet bleibt bzw. wird, so daß nur zur Zeit der größten Pumpenkolbengeschwindigkeit gefördert wird. Diesen gegenüber bezweckt die Erfindung, die Brennstoffpumpe an sich und deren Regelungsvorrichtung zu vereinfachen, betriebssicherer und für hohe Umlaufszahlen der Maschine geeigneter zu machen, indem die Absperrmittel für die Rückflußöffinungen, z. B. Schieber, mit dem Pumpenkolben verbunden und von diesem, der vom Regler abhängig gemacht ist, gleichzeitig auch zum Zwecke der Änderung der Rückflußzeiten bzw. der Brennstoffmenge verstellt werden.

Diese verbesserte Brennstoffpumpe ist an sechs Ausführungsbeispielen mit acht Figuren erläutert.

Ausführungsbeispiel Fig. 1 und 2, Längsschnitt und Querschnitt.

In dem Pumpenzylinder p wird mittels Kurbelantriebs b der Kolben k auf und ab bewegt, der einen zweckmäßig aufgeschlitzten oder sonst gut eingepaßten Rohrschieber s trägt. Dieser kann mit dem Kolben k um seine Achse gedreht werden mittels der vom Regler r verschobenen Zahnstange g, die ihrerseits in das Zahnrad ζ eingreift, das am Kolben k fest ist und, da es dessen Hubbewegung mitmacht, breiter sein muß, als die Länge des Hubweges. . .

Der Arbeitsgang ist folgender: Beim Aufgange des Kolbens k, beim Saughube, befindet sich der Schieber j weit unter der Rückflußöffnung m, welche durch Umlaufbohrung u an die Saugleitung α angeschlossen ist. Es wird nun Treiböl über a, u, m angesaugt, ebenso, nachdem der Rohrschieber j die öffnung m überstrichen und wieder freigegeben hat. In der Zwischenstellung, wo der Schieber j die Öffnung» verdeckt, wird das Treiböl über das Saugventil ν angesaugt. Beim Niedergange des Kolbens k, beim Druckhube, liegt anfänglich die Rückflußöffnung m noch frei und das Treiböl wird über Bohrung u nach der. Saugleitung α zurückgetrieben. Sobald der Schieber s die Öffnung m schließt, kann das Treiböl nur über das Druckventil d nach der Druckleitung in die Maschine bzw. deren Düse fließen, das ist zur Zeit der größten Kolbengeschwindigkeit. Im weiteren Verlaufe des Druckhubes, wenn die Geschwindigkeit abnimmt, wird die Öffnung m von dem Schieber s wiederum freigegeben und nunmehr findet wieder Rückfluß des überschüssigen Treiböls, wie. zu Hubbeginn, statt.

Die Regelung ist folgende: Je geringer die Maschine belastet ist, je mehr die Regler-

muffe sich hebt, desto mehr geht die Zahn stange g nach rechts, dreht das Zahnrad ζ rechts herum (im Sinne des Uhrzeigers), und dadurch den Kolben k und dessen Steuerschieber s, so daß dessen die Öffnung w überdeckende Fläche immer schmäler und die Zeit des Absperrens des Rückflusses und die Menge des über Ventil ei gedrückten Treiböls immer kleiner wird. Bei Zunahme der

ίο Belastung wird umgekehrt der Steuerschiebern links herumgedreht und somit die Zeit des Absperrens des Rückflusses, die Menge des über Ventil d gedrückten Treiböls immer größer.

Bei dem dargestellten Schieber j wird Einspritzbeginn und Einspritzschluß gleichmäßig beim Regeln verschoben. Soll der Einspritzbeginn unveränderlich sein, dann muß die untere Steuerkante des Schiebers J senkrecht zur Pumpenzylinderachse stehen, umgekehrt die obere Steuerkante senkrecht, wenn der Einspritzschluß unveränderlich sein soll. Wie des ferneren der Verlauf der Einspritzung durch andere Gestaltung der Steuerkanten des Schiebers j beeinflußt werden kann, ist hiernach leicht einzusehen.

Ausführungsbeispiel Fig. 3 und 4, Längsschnitt und Querschnitt.

In dem Pumpenzylinder p bewegt sich der Kolben k auf und ab. Er trägt zwei Steuerschieber S₁ und J₂, welche je eine ringförmig gebogene, an die Innenwand des -Pumpenzylinders sich dichtend anlegende Blattfeder s (Fig. 4) besitzen, die gleichzeitig als Saugventilklappe (Gutermuth'sches Klapp-nventil) dient und bei Unterdruck in der 'Pumpe aus den Bohrungen W₁ oder m_z und Saugleitung α Brennstoff einfließen läßt, sobald und solange sie federnd vor den Mündungen der Bohrungen W₁ und W₂ liegt.- In der gezeichneten Stellung (Fig. 3) schließt im Druckhube des abwärts gehenden Kolbens k der Schieber S₁ gerade die Umlaufmündung Jn₁ zu, Schieber J₂ beginnt Umlaufmündung w₂ freizugeben; es wird also, wie von Hubbeginn an, wo· Umlauf mündung W₁ noch ganz frei, W₂ noch ganz überdeckt war, wie nach Hubmitte, wo Umlauf W₁ ganz verschlossen ist vom- Schieber J₁, dafür Umlauf W₂ ganz freigegeben ist vom Schieber J₂, überhaupt aller Brennstoff nach Saugleitung α zurückgedrückt werden und die Fördermenge wird gleich Null sein. Die Steuerschieber J₁ und J₂ sind nun mit Links- und Rechtsgewinde, wie aus Fig. 3 ersichtlich, versehen; sie nähern sich bei Drehung des Kolbens k im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers, entfernen sich bei Rechtsdrehung des Kolbens k. An eigener Drehung werden sie durch Nut und Führungsstange q (Fig. 4) gehindert. Bei Linksdrehung des Kolbens k, z. B. durch die Einrichtung z, g der Fig. 1, werden die Steuerschieber J₁ und J₂ einander nähergeschraubt und je mehr dies geschieht, desto länger werden die Umlauf Öffnungen m,_x, m₂ überdeckt gehalten und desto weniger Brennstoff fließt durch sie zurück, desto mehr aber strömt Brennstoff durch Druckventil d zur Düse der Maschine. Zu Hubbeginn und gegen Hubende, zuzeiten der geringeren Kolbengeschwindigkeiten, bleiben die Umlaufmündungen W₁, W₂ offen.

In der dargestellten Ausführungsform ist gleichfalls - Einspritzbeginn und Einspritzschluß bei der Regelung veränderlich, wie zu Fig. ι geschildert. Soll der Einspritzbeginn unveränderlich sein, dann läßt man das Ge-Avinde für den Steuerschieber S₁ weg und sorgt nur dafür, daß er vom Kolben k in Richtung der Längsachse mitgenommen wird. Soll Einspritzschluß" unveränderlich sein, verfährt man entsprechend mit Schieber J₂.

Ausführungsbeispiel Fig. 5.

Diese Einrichtung ist entstanden aus der der Fig. r und 2, daher einerseits Steuerschieber, mit Schrägkante, anderseits zwei Umlauföffnungen Wi₁, m₂. Die gezeichnete Stellung ist wieder wie in Fig. 3 für die Förderung »Null«. Von Druckhubbeginn. an, von rechts her; ist Umlauf W₂ offen, W₁ vom linken Lappen des Schiebers J überdeckt, und zwar bis Hubmitte, wie gezeichnet, alsdann wird Umlauf W₂ vom rechten Lappen überdeckt, gleichzeitig Umlauf W₁ · freigegeben; folglich wird während des ganzen Druckhubes aller Brennstoff über Leitung μ, α zurückgetrieben. Je mehr aber Schieber j durch Drehung des Kolbens k im Sinne .des Pfeiles rechts herum verdreht wird, desto mehr rückt die schmälste. Stelle des Ausschnittes i, 3, 4, 6 (gewissermaßen hinter der Bildebene hervor) gegen die Umlaufmündungen W₁, W₂ vor, desto breiter werden die überdeckenden Lappen rechts und links des Ausschnittes, desto länger dauert die Überdekkung der Umlaufmün düngen W₁, W₂ vor und nach Druckhubmitte und de.sto weniger Brennstoff wird durch sie zurückgedrückt, desto mehr aber in die Düse der Maschine über Ventil d gepreßt. Angesaugt wird das Treiböl über Ventil v, solange die Umlauf-Öffnungen W₁, W₂ von den Lappendes; Schiebers j überdeckt sind. " ■

Soll Einspritzbegfnn· unveränderlich sein, dann sind die Steuerkanten des Schiebers-J nach 1,3,4,5,6 anzuordnen; soll Einspritzschluß unveränderlich sein, nach 1, 2, 3,4, 6. Jeder andere Einspritzverlauf wird in ahnlicher Weise durch entsprechende Gestaltung der -Steuerkanten ermöglicht. ■

- ' Ausführungsbeispiel Fig.. 6.

Im Pumpenzylinder ρ werden durch den um Exzenter c als Drehachse schwingenden Hebel h zwei Kolben U₁, k₂' von ungleichem •Durchmesser in entgegengesetzter Richtung auf und ab bewegt, wodurch eine Differentialwirkung entsteht. Jeder Kolben nimmt seinen Flachschieber S₁ bzw. S₂ mit und schiebt ihn

ίο über die Rückflußöffnung M₁ bzw. w₂, die durch Bohrung U₁ bzw. U₂ mit der Brennstoffsaugleitung α vor dem Saugventil ν in Verbindung steht. In ähnlicher Weise, wie zu Fig. ι beschrieben, werden mittels Zahnstange g" und Zahnräder S₁, Z₂ die Kolben Ji₁ und k₂ vom Regler verdreht, und diese schrauben mit ihrem Gewinde die Flachschieber S₁, S₂ bald höher — für abnehmende Leistung der Maschine —, bald tiefer — für zunehmende Leistung. Einspritzbeginn und -Schluß läßt sich durch Verschieben des Schwingungsmittelpunktes des Hebels h bzw. des Exzenters c verändern und an Zeiger I und Skala ablesen bzw. einstellen. Wie zu" der Einrichtung der Fig. 3 erwähnt, kann auch hier das Gewinde zu einem der Kolben bzw. Schieber weggelassen werden, können Kolben und Schieber fest verbunden sein; es kann das Gewinde sogar an beiden fehlen, beide Kolben können fest mit ihren Schiebern verbunden seih, alsdann erfolgt die Regelung der Überdeckungszeiten für die öffnungen M₁, m₂ und der Fördermenge durch Verlegen des" Schwingungsmittelpunktes des Hebels h. Zum Einstellen des besten Einspritzbeginnes bzw. -Schlusses könnte die Verdrehung der Kolben z. B. von Hand und Vor- bzw. Zurückschrauben der Schieber mittels der wieder angebrachten Kolbengewinde beibehalten werden. ·

Ausführungsbeispiel Fig. 7.

Hier wird der Pumpenkolben k durch Sto'ßstichel/, der seine Bewegung von einer Kurbei, einem Exzenter, einem Nocken 0. dgl. erhält, mit der höchsten · Geschwindigkeit von Hubbeginn an bewegt. Es kann daher auf den Rückfluß der ersten Druckperiode verzichtet werden, und er ist nur beizubehalten für die Druckperiode gegen Hubende, wo die Kolbengeschwindigkeit sich verlangsamt und schließlich Null wird. Der Steuerschieber s hat daher nur eine —- die obere, schräge — Steuerkante; er legt die RückfLußöffhungw um so später frei, als er bzw. der Kolben k durch den (nicht gezeichneten) Regler mittels der Zahnstange g "und des Zahnrades s, ähnlich wie bei Fig. i, rechts herumgedreht worden ist. Durch Feder /wird der Kolben k zum Saughube gehoben; d und ν sind die Druck- bzw. Säugventile, α die Saugleitung.

Ausführungsbeispiel Fig. 8.

Diese Pumpe soll gleichzeitig oder nacheinander bei der höchsen Pumpenkolbengeschwindigkeit zwei Flüssigkeiten, z. B. Zündöl und Treiböl oder Treiböl und Wasser, fördern. Es sind Brennstoffpumpen bekannt, die zwei Flüssigkeiten, Zündöl und Treiböl oder Treiböl und Wasser, fördern unter Benutzung eines einzigen Kolbens, der während eines Teiles des Saughubes das Treiböl statt über das Treibölsaugventil aus der Druckleitung zurücksaugt, so daß aus der nahe beim Druckventil einmündenden Zündölleitung mit schwach belastetem Zündölsaugventil Zündöl durch das zurückgehende Treiböl nachgezogen wird und sich an dessen Stelle hinter dem Druckventil lagert, worauf im Druckhube des Pumpenkolbens das von diesem wieder in der ^: Druckleitung vorgetriebene Treiböl das vorgelagerte Zündöl vor sich her aus dem Druckventil preßt.

Dieses Verfahren ist bei der Einrichtung nach Fig. 8 mitbenutzt. Der Arbeitsvorgang ist der folgende:

a) Stellung der Schieber S₁, S₂ wie gezeichnet ; Kolben k in Hubmitte bei größter Geschwindigkeit dargestellt. Pumpe arbeitet _so leer. "

Geht der Kolben k im Saughube vom linken Hubende nach rechts, dann wird Treiböl aus Leitung α über Bohrung u, öffnung«! angesaugt bis Hubende rechts, da Schieber S₁ die Öffnung m_x beim Überdecken sofort wieder freilegt. Saugventil V₁ bleibt daher unbetätigt geschlossen, Schieber S₂ ist hierbei ohne Einfluß. Beim folgenden Druckhube des Kolbens k von rechts nach links wird das Treiböl über Mündung M₁ und Leitung u, a zurückgedrückt bis zum Druckhubende; da wiederum die öffnung W₁ beim Überstreichen des Schiebers S₁ sofort freigegeben wird, geht auch kein Treiböl über Druckventil d, Leitung 4,3 nach der Einspritzdüse e. Die Pumpe arbeitet also leer.

b) Stellung der Schieber im Sinne des Pfeiles links herum um etwa 50° gedreht durch den in oben erläuterter Weise vom Regler um seine Längsachse verdrehten Kolben k. Von Saughubanfang wird ebenfalls Treiböl über Bohrungen a, u, M₁ angesaugt; die Mündung W₁- wird aber früher und langer zugedeckt, da Schieber S₁ mit breiterer Fläche davor zu stehen kommt. Da das Treibölsaugventil V₁ stärker belastet ist, als' das Zündölsaugventil V₂, und da 'der Schieber J₂ die öffnung w₂ freigelegt hat, wird Treiböl aus Leitung 5,3 und Düse e zurückgesaugt, und zwar desto mehr, je mehr der Schieber^ " verdreht wurde, je länger er also die Öffnung

Wi₁ zudeckt. Dieses Treiböl saugt nun Zündöl aus dem Vorräume ο hinter dem Einspritzventil i über Zündölsaugventil V₂ und aus der Zündölsaugleitung2, ι ' nach, bis' der Schieber S₁ die Öffnung <m_x wieder freigegeben hat, worauf Treiböl über Leitung U₁ a wieder angesaugt wird und das Zündölsaugventil z>₂ zufällt. Beim Druckhube wird das Treiböl aus der Pumpe p so lange über Öff- nwagm^ und Leitung α zurückgedrückt, bis die senkrechte (linke) Steuerkante des Schiebers S₁ die Öffnung W₁ verschließt, worauf das Treiböl über öffnung m₂ bzw. Druckventil d, Leitung 5 bzw. 4, 3 getrieben wird, das zunächst das im Räume 0 vorgelagerte Zündöl vor sich herschiebt und ausspritzt. Treiböl selbst gelangt jetzt noch nicht oder nur in geringer Menge in die Maschine, 'die leer läuft oder schwach belastet ist. c) Werden Kolben k und durch ihn die Schieber S₁, S₂ noch mehr links! herum im Sinne des Pfeiles gedreht, wird dabei die überdeckende Fläche des Schiebers^ immer größer und dauert die Überdeckung der. Treibölumlauföffnung W₁ langer, so macht dies zunächst für den Saughub des Treiböls nichts aus, da dieses über Ventil V₁ hereinkommen kann, aber im Druckhube wird Umlauf öffnung W₁ länger überdeckt und'desto mehr Treiböl aus der Pumpe über Leitung 4 und Ventil d nach der Düse e gedrückt. Umlauföffnung Ot₂ kommt gar nicht mehr zur Geltung, da sie stets von der voll breit gewordenen Fläche des Schiebers S₂ verschlossen bleibt. Zündöl wird aus letzterem Grunde beim Saughube überhaupt nicht mehr über (schwach belastetes) Ventil V₂, Leitung 1 und 2 mittels Treiböls in der Düse e, in der Leitung 3, 5 und Umlauf öffnung m₂ nachgesaugt; die Maschine läuft jetzt lediglich mit Treiböl, z. B. Teer. Jeder andere Verlauf der Zündöl- und Treibölförderung kann, wie leicht begreiflich und schon oben zum Teil erläutert, durch entsprechende Gestaltung der Steuerkanten erzielt werden.

Dieselbe Einrichtung läßt sich auch benutzen, um z. B. Treiböl (Teer) und Wasser einzuspritzen; Wasser wird aus Leitung a gesaugt, Treiböl aus Leitung r usw., der Vorgang ist derselbe, wie oben, wenn man statt Zündöl Treiböl und statt Treiböl Wasser setzt. Wird verlangt, daß im Leerlaufe und bei geringen Belastungen kein Wasser eingespritzt werde, bei weiter steigenden Belastungen Wasser in gleichem Verhältnisse oder in zunehmendem zum Treiböle, dann ist die linke "Steuerkante des Schiebers S₂ in entgegengesetzter Richtung (abgewickelt gedacht) abzuschrägen, etwa wie in Fig. 8 gestrichelt angedeutet, als für den ZündÖlbetrieb. .

Von den in den Fig. 1 bis 8 veranschaulichten Ausführungsbeispielen lassen sich noch andere ableiten.

Zunächst sind die Steuerschieber, wie dies von Dampfmaschinensteuerungen her bekannt, in mannigfacher Art gestaltbar, insbesondere auch in Hinsicht auf Druckentlastung. So wird man z. B. bei der Pumpe der Fig. 1 zwei einander gegenüberliegende öffnungenm anordnen, ähnliches in den Pumpen der Fig"· S) 7) 8, auch'bei den Flachschieberpumpen nach Fig. 6.

Die Öffnungen m werden zweckmäßig mit Kanten ausgebildet, die parallel sind mit den Steuerkanten der Schieber s oder man bringt mehrere Löcher ni an in schräger, der Neigung der Steuerkanten entsprechender' Reihe. Flachschieber können durch Rohr- oder Kolbenschieber ersetzt werden und umgekehrt; Flachschieber können ebenfalls federnd ausgebildet sein und als Saugventile wirken, wie die Rohrschieber der Fig. 3, oder trapezförmig sein und zur Steuerung durch den Kolben in dessen Längsachse, zur Regelung aber quer zu dieser bewegt werden, wobei die öffnungen m zweckmäßig durch schräge Schlitze gebildet werden. Die Kolben der Pumpe nach Fig. 6 können gleichen Durchmesser, dann aber ungleichen Hub haben. Für leichtere Bearbeitung der Kanten der öffnungen oder Schlitze m, wenn sie den Steuerkanten der Schieber parallel laufen sollen, werden sie in Einsatzlbüchsen der Pumpenzylinder ausgespart.

Einrichtungen des einen Ausführungsbei- · Spieles können auf andere übertragen werden, so z. B. kann die Einstellung des Einspritzbeginnes bzw. Schlusses mittels Verlegung des Drehpunktes des Pumpenkolbenhebels nach Fig. 6 auch an Pumpen nach Fig. 1, 3 usw. angewandt werden; öder es kann der Steuerschieber in Fig. 7 nach Art des Schiebers in Fig. 3, 4 ausgeführt sein und durch den mit Gewinde versehenen Kolben verstellt werden. In der Pumpe der Fig. 8 kann man mit einem einzigen Steuerschieber auskommen, wenn man eine größte Verdrehung ^ 180° zuläßt, die eine Hälfte, z. B. in Fig. 8 die obere, nach Gestalt des Schiebers S₁, die andere, d. i. die untere, nach Schieber ^₂ bildet und die Mündung m₂ sinngemäß, d. i. in Fig. 8 unten, anordnet.

Selbstverständlich können .die verschiedenen Einzelteile auch mehrfach angeordnet sein, selbsttätige Ventile können durch gesteuerte ersetzt werden. Die Brennstoffventile i (Fig. 8) z. B. können Nadel-i oder Tellerventile sein, sie können in den Verbrennungsraum oder in Einblasedüsen verschiedener Bauart, in Überströmkanäle oder Hilfsgemischkammern münden. .

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. Brennstoffpumpe für Einspritzverbr-ennungskraftmaschinen, bei welcher die Regelung der Brennstoffmenge durch Freilegen von Rückflußöffnungen und die Förderung des Brennstoffes annähernd zur Zeit der größten Hubgeschwindigkeit erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Pumpenkolben jene Rückflußöffnungen steuernde Absperrmittel (z. B. Schieber") verbunden sind, die .von ihm unter Einwirkung des Reglers auch zum Zwecke der Änderung der Rückflußzeit und damit der Brennstoffmenge verstellt werden.
2. 2. Brennstoffpumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Uberdeckungsdauer der Rückflußöffnungen die Steuerschieber in der Längsachse durch den mit Gewinde versehenen Pumpenkolben verschoben werden.
3. 3. Brennstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in entgegengesetzter Richtung bewegte Pumpenkolben mit Differentialwirkung die Steuerschieber tragen, die durch Drehung eines oder beider Kolben so quer oder längs verschoben werden, daß die Überdeckungszeiten 'der Rückflußöffnungen geändert werden.
4. 4. Brennstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschieber so ausgebildet sind, daß sie im Saughube sich abheben und Brennstoff in den Pumpenzylinder eintreten lassen können.
5. 5. Brennstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Steuerschieber die Rückflußöffnungen .steuert, der andere aber Mündungen einer an die Druckleitung unter Umgehung des Druckventils angeschlossenen Leitung derart steuert, daß¹ im Saughube eine gewisse Menge der zuletzt einzuspritzenden Flüssigkeit (z. B. Treiböl) hinter dem Brennsoffventil zurückgesaugt wird, wodurch aus einer besonderen Saugleitung die zuerst einzuspritzende Flüssigkeit (z. B. Zündöl) hinter das Brennstoffventil nachgesaugt und der zuletzt einzuspritzenden Flüssigkeit (z. B. Treiböl) vorgelagert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.