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Kolbenpumpe, insbesondere Brennstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenpumpen, insbesondere Brennstoffeinspritzpumpen
für Brennkraftmaschinen, bei denen der Kolben seine Bewegung von der Treibvorrichtung
der Pumpe durch einen hin und her getriebenen Stößel erhält, gegenüber dem er zur
Regelung der zu befördernden Brennstoffmenge verstellt werden kann. Der Gegendruck,
welchen der zu fördernde Brennstoff bei solchen Pumpen ausübt, erschwert an sich
die Einstellung des Kolbens erheblich. Bei hohem Brennstoffdruck könnte die Einstellung
beispielsweise mittels eines Fliehkraftreglers überhaupt unmöglich werden.
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Gemäß der Erfindung wird der ,erwähnte Nachteil dadurch beseitigt,
daß der Kolben an seinem dem Stößel zugekehrten Ende eine mit dem Druckraum der
Pumpe in Verbindung stehende Ausnehmung erhält, deren Endfläche von dem Brennstoffdruck
im umgekehrten Sinne wie die Kolbenstirnfläche belastet ist, und die nach außen
durch einen mit dem Stößel zusammen bewegten, ihr dicht eingepaßten, aber längsverschieblichen
Hilfskolben abgeschlossen ist, der sich auf -den Stößel stützt und den in der Pumpe
herrschenden Brennstoffdruck in dem seiner Querschnittsfläche entsprechenden Maß
auf den Pumpenstößel überträgt. Dadurch kann der auf die Stirnfläche des Pumpenkolbe#s
wirkende Brennstoffdruck ganz oder zu einem beliebigen Teil ausgeglichen werden,
so daß der Kolben also leicht eingestellt .werden kann. Die Fig. i und z der beigefügten
Zeichnung zeigen als Ausführungsbeispiele der Erfindung je im Längsmittelschnitt
zwei Brennstoffpumpen gemäß der Erfindung, und zwar ist Fig. i eine einfache schematische
Darstellung.
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Die Antriebswelle i der Pumpe gemäß Fig. i ist mit einem Nocken z
ausgerüstet, der auf eine Rolle 3 wirkt, die in einem Stößel 4 gelagert ist. Dieser
Stößel ist axial verschiebbar, aber undrehbar im Pumpenzylinder angeordnet. Auf
ihn wirkt eine Feder 5, welche ihn gegen die Nockenscheibe drückt. Der Kolben 4
besitzt ein Gewinde 6, in welches das Außengewinde des im Pumpengehäuse axial beweglichen
Kolbens 8 eingreift. Um den Stößel 4 an Drehung zu verhindern, können beliebige
Mittel angewendet werden, z. B. die bekannte Nut und Feder.
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Ein Zahnrad 9 ist drehbar, aber unverschieblich im Pumpenzylinder
angeordnet. Es kann von Hand oder mittels eines Reglers mit Hilfe irgendwelcher
Übertragungsmittel gedreht werden. Zwei Arme io erstrecken sich von dem Zahnrad
9 abwärts zwischen seitliche Vorsprünge i i am Kolben 8, so daß letzterer gezwungen
wird, die Drehbewegung des Zahnrades 9 mitzumachen, aber sich relativ zu diesem
Zahnrad nach oben oder unten bewegen kann.
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Mit 1a ist der Pumpenzylinder bezeichnet, in dessen oberem Ende der
Kolben 8 arbeitet. Aus dem Pumpenzylinder führt ein Kanal 13 zu dem Brennstoffeinlaßventil
14 und einem
Auslaßventil 15, welches den von der Pumpe geförderten
-Brennstoff der Verbrennungskammer der Maschine zuführt. 16 ist ein durch Feder
17 belastetes Rückflußventil, welches diejenigen Brennstoffmengen, die den Bedarf
für einen Arbeitshub des Maschinenkolbens übersteigen, durch einen Kanal 18 in den
Brennstoffzuführungskanal i9 zurückführt. Das Ventil 16 trägt einen in den Pumpenzylinder
12 hineinragenden Stift 16x, auf welchen der Kolben 8 in der nachher beschriebenen
Weise einwirken kann.
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Durch den Kolben 8 erstreckt sich ein Kanal 2o, welcher den Arbeitsraum
des Zylinders i2 verbindet mit einer zylindrischen Kammer 21 im unteren Ende des
Kolbens. In der zylindrischen Kammer 2i gleitet dicht ein Kolben 22, der von einer
Feder 23 gegen den Boden des Stößels 4 gedrückt wird.
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Während des Niederganges des gesamten Kolbens 4, 8, 22 der oben beschriebenen
Brennstoffpumpe saugt der Kolben Brennstoff in den Zylinderraum i2 durch Kanal i9
und Ventil 14 und drückt sodann während des Aufwärtsganges des Kolbens 4, 8, 22
diesen Brennstoff durch Ventil 15 in den Verbrennungsr aum der Maschine. Da der
Raum 12 mit der Kammer 21 kommuniziert, wird während der Aufwärtsbewegung des Kolbens
4, 8, 22 der in dem Raume 12 entstehende Axialdruck-in die Kammer 21 und auf den
Hilfskolben 22 übertragen, so daß der Hilfskolben 22 den vom Brennstoff während
der Brennstofförderung ausgeübten Druck aufnimmt und auf den Stößel 4. überträgt,
während der Kolben 8 praktisch genommen auf den Stößel keinen Druck ausübt, weil
der auf die Kolbenstirnfläche wirkende Druck durch den auf die Endfläche der Ausnehmung
21 wirkenden, entgegengesetzt gerichteten Druck ausgeglichen wird. Wenn der Durchmesser
des Hilfskolbens 22 gleich dem Durchmesser des oberen Teils des Kolbens 8 ist, nimmt
der Kolben 22 den ganzen vom Brennstoff während der Brennstofförderung bzw. Einspritzung
ausgeübten Gegendruck auf. Infolgedessen ist der Kolben 8 vollkommen von dem durch
den,-Brennstoff ausgeübten Druck entlastet und kann deshalb leicht mittels des Reglers
der Maschine verstellt werden.
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Während seines Aufwärtsganges trifft der Kolben 8 auf den Stift des
Rückflußventils 16 zu einem Zeitpunkt, der der jeweiligen Belastung der Maschine
entspricht, und öffnet das Ventil, so daß die für den Betrieb der Maschine jeweils
entbehrliche Brennstoffmenge durch den Kanal 18 zu dem Brennstoffeinlaßkanal i9
strömen kann. Der Zeitpunkt, zu welchem das Ventil 16 geöffnet wird, wird dadurch
eingestellt, daß der Kolben 8 mittels des Zahnrades 9 im Stößel 4 höher oder tiefer
gestellt wird, so daß die obere Endfläche des Kolbens 8 näher an das Ventil 16 herangebracht
oder weiter von ihm entfernt wird, was zur Folge hat, daß das Ventil zu einem früheren
bzw. späteren Zeitpunkt geöffnet wird und entsprechend kleinere oder größere Brennstoffmengen
in den Verbrennungsraum der Maschine gelangen.
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Bei der Brennstoffpumpe gemäß Fig. 2 dient ebenfalls der Kolben als
Regelungsschieber, indem er am Ende des Aufwärtsganges des Pumpenkolbens aus dem
Pumpenzylinder denjenigen Brennstoff austreten läßt, der für den Arbeitshub des
Maschinenkolbens überflüssig ist. Die Pumpe befindet sich in einem Gehäuse-A. Der
Kolben 24 gleitet in einer Büchse 25 und ist an seinem unteren Ende mit Außengewinde
26 versehen, das in das Innengewinde 27 eines Stößels 28 eingreift. Dieser Stößel
28 ist in einer Büchse 29 geführt und an Drehung gehindert, beispielsweise mittels
Nut und Feder bekannter Art. Der Stößel 28 wird von einer Feder 30 nach unten gedrängt.
Die Antriebswelle 31 der Pumpe trägt eine Nockenscheibe 32, mit welcher eine Rolle
34 zusammenwirkt, die in einem Hebelarm 35 gelagert ist, der um einen Zapfen oder
Welle 33 schwingbar ist und den Antrieb auf den Gesamtkolben 24, 28 überträgt.
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Ein Schneckenrad 36 ist auf der Büchse 25 zwischen zwei Schultern
gelagert, welche es an Axialbewegung verhindern. Mit dem Schneckenrad 36 steht eine
Schnecke 37 in Eingriff, die im Gehäuse A gelagert ist und von Hand oder mittels
eines Reglers gedreht werden kann. Zwei Arme 38 erstrecken sich von dem Schneckenrad
36 nach abwärts zwischen seitliche Vorsprünge am Kolben 24, so daß letzterer gezwungen
wird, die Drehung des Schneckenrades 36 mitzumachen, aber sich gegenüber dem Schneckenrad
36 auf und ab bewegen kann. Infolge der Verbindung des Kolbens 24 mit dem Stößel
28 durch die Gewindegänge ist es möglich, den Kolben 24 durch Drehung der Schnecke
37 in Höhe zu verstellen. Der Brennstoffzuführungskanal ist mit 4o bezeichnet. Er
steht durch eine öffnung 41 mit dem Raum unterhalb des federbelasteten Ansaugventils
43 der - Pumpe in Verbindung. Der Raum 44x oberhalb des Ventils 43 steht durch Kanäle
44 mit dem Pumpenzylinder 45 in Verbindung. Das Druckventil 46 der Pumpe führt in
einen Kanal, der mit dem Verbrennungsraum der Maschine verbunden sein kann. Ein
Kanal 47 im Kolben 24 führt vom Pumpenzylinder 45 in einen im unteren Ende des Kolbens
24 vorgesehenen Zylinderraum 48. In diesem Raum ist ein Kolben 49 dicht verschiebbar
angeordnet. Er wird mittels einer Feder 5o
gegen den Boden des Stößels
28 gedrückt. Von dem Kanal; 47 führen seitliche Öffnungen 51 nach außen und
am äußeren Umfang des Kolbens 24 befindet sich eine Nut 52, die sich zweckmäßig
über den ganzen Umfang des Kolbens erstreckt. Eine dieser Nut entsprechende Nut
53 ist an der Innenseite der Büchse 25 angebracht. Radiale Öffnungen 54 und 55 im
oberen Teil der Pumpe führen vom Brennstoffzuführungskanal 4o zum Pumpenzylinder.
Der Abstand der Öffnungen 51 von der unteren Kante der Nut 53 ist gleich dem Abstand
zwischen der oberen Kante der Nut 52 und den Öffnungen 54.
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Wenn der Gesamtkolben 24, 28 zusammen mit dem Kolben 49 von der Feder
3o nach abwärts bewegt wird, saugt der Gesamtkolben 24, 28 und Kolben 49 Brennstoff
aus dem Zuführungskanal 4o durch Kanal 41, Ventil 43, Kanäle 44 in den Pumpenzylinder
45. Wenn der Gesamtkolben 24, 28 dann mittels des Nockens 32 nach oben bewegt wird,
so drückt der Kolben 49 den Brennstoff aus dem Zylinder 45 durch die Kanäle 44 nach
Schließung des Ventils 43 in den Raum 44x und weiter durch das Ventil 46 in den
Verbrennungsraum der Maschine. Sobald während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 24
die Öffnungen 51 die Nut 53 erreichen, gelangt auch die Nut 52 vor die Öffnungen
54. Auf diese Weise wird für den für den Arbeitshub der Maschine des Maschinenkolbens
überschüssigen Brennstoff ein Weg aus dem Pumpenzylinder 45 hergestellt, nämlich
über 47, 51, 53, 52, 54 und 55. Der Zeitpunkt, zu welchem dieser Weg geöffnet wird,
ist abhängig von der Höheneinstellung, die dem Kolben 24 von Hand oder mittels des
Reglers gegeben worden ist. Bei größerer Belastung der Maschine wird der Gesamtkolben
24, 28 verkürzt, so daß der Brennstoffüberschuß durch jenen Weg zu einem späteren
Zeitpunkt ausgelassen wird, als wenn zier Kolben 24,28 bei geringerer Belastung
der Maschine verlängert worden ist. Im letzteren Fall arbeitet der Kolben 24 in
einer höheren Einstellung und öffnet demzufolge den Weg für den Brennstoffüberschuß
zu einem früheren Zeitpunkt. Dem Kolben 24 kann auch eine solche Höheneinstellung
gegeben werden, daß der Weg 47, 54 53, 52, 54 und 55 schon bei Beginn des Aufwärtsganges
des Kolbens 24 geöffnet ist oder geöffnet wird, was zur Folge hat, daß nunmehr kein
Brennstoff in den Verbrennungsraum der Maschine gelangt und die Maschine zum Stillstand
kommt.
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Demnach wirkt auch bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig.
2 der Kolben 49 als das Mittel, das während des Arbeitshubes des Kolbens 24:28 den
Druck im Pumpenraum 45 trägt und den Brennstoff austreibt, während der unbelastete
Kolben 24 ausschließlich als Reglerteil wirkt.
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Der obenerwähnte Regler kann von irgendwelcher bekannten oder geeigneten
Bauart sein und in irgendeiner gebräuchlichen Weise mit der Schnecke 37 in kraftübertragender
Verbindung stehen.
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Durch die Anordnung der Nuten 52 und 53 wird eine doppelte Abdichtung
zwischen Kolben 24 und Büchse 25 erreicht, so daß ein Entweichen der für den Arbeitshub
des Maschinenkolbens nötigen Brennstoffmenge erschwert oder gänzlich verhütet ist.
Dies ist von größter Wichtigkeit, weil der Brennstoff während des Einspritzens in
den Verbrennungsraum der Maschine einem sehr hohen Druck unterworfen ist.
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Die Abdichtung kann dadurch noch weiter verbessert werden, daß ein
oder mehrere weitere Paare von Nuten der gezeichneten Art vorgesehen werden.