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Pumpe, insbesondere Brennstoffeinspritzpumpe
Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere Brennstoffeinspritzpumpe, mit hin-und hergehendem Förderorgan und Selbstregelung der Förderleistung durch ein in den Speisekanal eingeschaltetes Steuerglied, die zur Verwendung an Verbrennungsmotoren, u. zw. sowohl an Explosionsmotoren als auch an Motoren mit allmählicher Verbrennung (Dieselmotoren od. dgl.), geeignet ist.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, für eine selbsttätige Regulierung der Förderleistung der Pumpe zu sorgen. Hiefür ist es schon vorgeschlagen worden, in den Speisekanal des Pumpenzylinders ein Steuerglied einzuschalten, das in Abhängigkeit von der Antriebsgeschwindigkeit der Pumpe bzw. der Brennkraftmaschine, zu der die als Einspritzpumpe ausgebildete Pumpe gehört, diesen Kanal mehr oder weniger drosselt.
Gemäss der Erfindung wird eine besonders genaue Regelung der Fördermenge von einer gewissen Geschwindigkeit ab dadurch erzielt, dass das Steuerglied einerseits während des Förderhubes der Pumpe der Einwirkung eines im Sinne des Abschliessens des Speisekanals wirkenden Druckmittels unterworfen ist und anderseits unter dem Einfluss einer im Sinne des Öffnens des Speisekanals wirkenden Rückholkraft steht, wobei für die Regelung des Rückganges des Steuergliedes eine Drosselstelle in der Leitung angeordnet ist, durch welche das vom Steuerglied bei seinem Rückgang aus seinem Arbeitsraum verdrängte Druckmittel austritt.
Infolge der erfindungsgemässen Ausbildung der Pumpe nimmt die Fördermenge der Pumpe von einer bestimmten steigenden Antriebsgeschwindigkeit der Pumpe stetig ab und hört bei einer im voraus genau bestimmbaren Höchstgeschwindigkeit vollkommen auf. Wenn die erfindungsgemässe Pumpe als Brennstoffeinspritzpumpe an einem Verbrennungsmotor verwendet wird, dann steigt dessen Drehzahl von einer bestimmten Drehzahl ab immer langsamer an, bis sie beim Aufhören der Pumpenförderung einen im voraus genau bestimmbaren, nicht überschreitbaren Höchstwert erreicht.
Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise erläutert werden.
Die Fig. 1 - 6 zeigen schematisch in einem Axialschnitt die wesentlichen Teile von sechs gemäss sechs verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ausgebildeten Einspritzpumpen. Fig. 7 zeigt eine besondere Stellung des beweglichen Steuergliedes, das in der in Fig. 6 dargestellten Pumpe vorgesehen ist.
Die Pumpe weist einen Zylinder 1 auf, in dem ein auf beliebige Weise, z. B. durch einen Nocken, angetriebener Kolben 2 arbeitet. Von diesem Kolben 2 wird eine Öffnung 3 gesteuert, durch welche die Speiseleitung 4 des Zylinders 1 in diesen mündet. Ferner steht der obere Teil des Zylinders 1 mit einem Förderkanal 5 in Verbindung, in dem zweckmässig ein Rückschlagventil 6 angebracht ist. Dieser Kanal 5 führt den von der Pumpe gesteuerten Brennstoff zu der Einspritzdüse oder den Einspritzdüsen des Motors, an dem die betreffende Pumpe angebracht ist. Ferner ist für die plötzliche Unterbrechung der Einspritzung z.
B. in dem Kolben 2 ein Kanal 7 vorgesehen, dessen eines Ende in die Stirnfläche des Kolbens mündet, wogegen das andere Ende in die Seitenfläche des Kolbens mündet, wobei dieses letztere Ende so angeordnet ist, dass es mit einem Auslasskanal 8 zusammenfällt, wenn der Kolben 2 seinen oberen Totpunkt erreicht hat, so dass der tote Raum des Zylinders der Pumpe mit dem Auslasskanal 8 in Verbindung gesetzt
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- 6 dargestellteErfindungsgemäss wird nun die Speiseleitung 4 nicht nur von dem Kolben 2 gesteuert, sondern auch von einem Steuerglied, das vorzugsweise die Form eines Schiebers 9 hat, der in einem Zylinder 10 zwischen zwei Grenzstellungen verstellt werden kann, von denen die eine (die auf den Figuren dargestellte) dadurch bestimmt ist, dass sich der Schieber 9 gegen eine Schulter 11 legt, wogegen die andere z. B. dadurch bestimmt wird, dass sich ein mit dem Schieber 9 starr verbundener Anschlag 12 gegen den Boden 13 des Zylinders 10 legt (Fig. 1 - 5). In diesem Schieber 9 ist ein Querkanal oder eine Nut 9a an einer solchen Stelle angebracht, dass der Kanal oder die Nut den Speisekanal 4 vollständig öffnet, wenn der Schieber 9 mit der Schulter 11 in Berührung steht.
Der Kanal 4 ist dagegen geschlossen, wenn sich der Anschlag 12 des Schiebers 9 gegen den Boden 13 des Zylinders 10 legt, wobei der Hub a (Fig. 1 - 5) zur Überführung des Schiebers 9 aus seiner ersten Stellung in seine zweite Stellung grösser als die Höhe h des Kanals 4 ist, so dass der Schieber, wenn er sich in dieser letzteren Stellung befindet, um eine Strecke 20 - h über seine Stellung hinaus verstellt wurde, in der er gerade den Kanal 4 verschliesst.
Die Verstellung des Schiebers 9 aus der Stellung, in der er den Kanal 4 öffnet, in die Stellung, in der er den Kanal verschliesst und über diese Stellung hinaus, erfolgt bei den Ausführungsformen der
Fig. 1 - 4 durch den Druck, der in dem Zylinder 1 entsteht, sobald der Kolben 2 seinen Aufwärtshub (Förderhub) beginnt. Hiefür steht gemäss Fig. 1 der obere Teil des Innenraumes des Zylinders 1 durch einen sich in zwei Zweige 14a und 14b teilenden Kanal 14 mit dem oberen Ende des Zylinders 10 ständig in Verbindung. In dem Zweig 14a dieses Kanals ist ein Rückschlagventil 15 angebracht, das z. B. die
Form einer Kugel hat, wogegen in dem Zweig 14b eine Drosselstelle 16 vorgesehen ist, die vorzugsweise regelbar ist, z. B. mittels einer Körnerschraube 17.
Die entgegengesetzte Bewegung des Schiebers 9, d. h. die Bewegung desselben aus der Stellung, in der sein Anschlag 12 mit dem Boden 13 des Zylinders 10 in Berührung steht, in die Stellung, in der sich der Schieber 9 gegen die Schulter 11 legt, wird durch z. B. durch eine Feder 18 gebildete Rückholmittel erzeugt.
Die auf Fig. 1 dargestellte Vorrichtung arbeitet folgendermassen :
Wenn der Kolben 2 der Pumpe bei Ausgang von seinem unteren Totpunkt die Öffnung 3 schliesst, wird auf die in dem Zylinder 1 über dem Kolben 2 befindliche Flüssigkeit sowie die in dem Kanal 14 befindliche Flüssigkeit ein Druck ausgeübt, und das Rückschlagventil 15, dessen Feder vorzugsweise auf einen geringeren Druck als die Feder des Rückschlagventils 6 und jedenfalls auf einen kleineren Druck als die Feder der nicht dargestellten Einspritzdüse eingestellt ist, hebt sich von seinem Sitz. Die von dem Kolben 2 verdrängte Flüssigkeit drückt somit den Schieber 9 in seine untere Stellung, in welcher der Kanal 4 geschlossen ist. Die weitere Bewegung des Kolbens 2 nach oben bewirkt die Förderung des Brennstoffes durch den Kanal 5 zu der Einspritzdüse.
Diese Förderung dauert bis zu dem Augenblich an, in dem der Kanal 7 den Innenraum des Zylinders 1 mit dem Auslasskanal 8 in Verbindung setzt.
In diesem Augenblick fällt der Druck in dem Zylinder 1 und in dem Kanal 14 ab, und die Feder 18 sucht den Schieber 9 in die Stellung zu führen, in der er den Speisekanal 4 öffnet. Die Kugel 15 des Rückschlagventils, die sich bereits auf ihren Sitz gelegt hatte, sobald der Anschlag 12 den Boden 13 berührt hatte (da dann keine Strömung mehr vorhanden war, um es offen zu halten), verhindert den Übertritt der von dem Schieber 9 zurückgedrückten Flüssigkeit in den Innenraum des Zylinders 1, so dass diese Flüssigkeit über die mehr oder weniger offene Drosselstelle 16 strömen muss, wodurch der Rückgang des Schiebers verzögert wird.
Solange der Motor verhältnismässig langsam läuft und solange infolgedessen die Bewegungen des Kolbens 2 der Pumpe verhältnismässig langsam sind, ist die Zeit, die der Kolben 2 der Pumpe braucht, um aus einer oberen Stellung in die Stellung zurückzukehren, in der er die Speiseöffnung 3 zu öffnen beginnt, grösser als die Zeit oder wenigstens gleich der Zeit, die der Schieber 9 zur vollständigen Öffnung des Kanals 4 braucht. Der Schieber verringert daher nicht die Speisung der Pumpe. Wenn die Geschwindigkeit des Motors und somit die des Kolbehs 2 der Pumpe zunehmen, beginnt der Kolben 2 die Öffnung 3 zu einem Zeitpunkt zu öffnen, in dem der Schieber 9 den Kanal 4 noch nicht vollständig geöffnet hat. Der Schieber bewirkt daher eine Verringerung der Speisung des Zylinders der Pumpe.
Bei weiterer Zunahme der Geschwindigkeit des Motors tritt ein Zustand ein, in welchem der Schieber 9 seinen Aufwärtshub noch nicht beendet und den Kanal 4 erst unvollständig geöffnet hat, wenn der Kolben 2 in dem Zylinder 1 wieder aufwärts zu gehen beginnt und den Brennstoff unter Druck setzt. Der Schieber wird dann durch den Flüssigkeitsanschlag angehalten, welcher sich auf seiner Oberseite bildet, und wird hierauf in Richtung auf den Boden 13 seines Zylinders 10 zurückgedrückt. Wenn schliesslich die Geschwindigkeit des Motors soweit zunimmt, dass der Schieber 9 den Kanal 4 noch nicht in dem Augenblick zu öffnen beginnt, in welchem der Pumpenkolben 2 aufwärtsgeht, findet keine Speisung statt und die Förderung der Pumpe
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zu den Einspritzdüsen hört auf.
Anders ausgedrückt, die Speisung des Pumpenzylinders wird unterbrochen, sobald die Geschwindigkeit des Motors so gross wird, dass die Dauer der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 und gegebenenfalls seines Stillstandes in seiner untersten Stellung kleiner als die Zeit ist, welche der Schiebers 9 zum Durchlaufen des Hubes a - h braucht. Die Geschwindigkeit, bei der diese Unterbrechung der Speisung der Pumpe erfolgt, entspricht einer Höchstgeschwindigkeit, die der Motor nicht überschreiten kann.
Es ist noch zu bemerken, dass die Selbstregelung der Pumpe noch wirksamer gemacht wird, wenn die Förderpumpe, die den Brennstoff durch den Kanal 4 zu der betreffenden Pumpe fördert, eine Pumpe ist, deren Druck unabhängig von der Geschwindigkeit des Motors konstant ist oder deren Druck sogar abnimmt, wenn die Geschwindigkeit des Motors zunimmt. Die Verringerung der Speisung des Pumpenzylinders für zunehmende Geschwindigkeiten des Motors erfolgt dann durch die kombinierte Wirkung der Verringerung des freien Querschnittes des Kanals 4 durch den Schieber 9 und der Verringerung der Zeit, während welcher der Kolben 2 die Öffnung 3 freilegt.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten hauptsächlich dadurch, dass der die Drosselstelle 16 enthaltende Kanal 14 von dem Pumpenkolben 2 gesteuert und vorzugsweise von diesem in der gleichen Weise verschlossen und freigelegt wird, wie die Öffnung 3a, durch die der Speisekanal 4 in den Pumpenzylinder 1 mündet. Der Kanal 14 steht vorzugsweise nicht unmittelbar mit dem Innenraum des Zylinders 1 in Verbindung, sondern ist an den Kanalabschnitt 4a angeschlossen, durch den der Kanal 4 mit dem Zylinder 1 verbunden ist. Die Öffnung 3a erhält zweckmässig eine Höhe A-B, die grösser als die Höhe des Kanals 4 ist. Zwischen dem Abschnitt 4a und dem Schieber 9 wird zweckmässig ein Rückschlagventil 19 angeordnet, das sich nur in der von dem Schieber 9 zu dem Zylinder 1 gehenden Richtung öffnet.
Der das Rückschlagventil 15 enthaltende Kanal 14 durch den der den Schieber 9 in seine Schliessstellung bringende Brennstoff ankommt, ist vollständig von dem Kanal 142 getrennt und unmittelbar an den Zylinder 2 angeschlossen, u. zw. vorzugsweise an einer Stelle, an der er niemals von dem Kolben 2 verschlossen wird.
Die zwischen den beiden in den Fig. 1 bzw. 2 dargestellten Vorrichtungen vorhandenen Unterschiede haben einen wesentlichen Unterschied der Arbeitsweise zur Folge. Bei der Vorrichtung gemäss Fig. 2 kann nämlich der Schieber 9 seine Aufwärtsbewegung zur Öffnung des Kanals 4 erst dann beginnen, wenn der Kolben 2 die Öffnung 3a freizulegen beginnt. Die Speisung des Zylinders 1 durch den Kanal 4 kann jedoch nicht sofort zu diesem Zeitpunkt beginnen. Infolge der Bremsung der Aufwärtsbewegung des Schiebers 9 durch die Drosselstelle 16, und da die Strecke a grösser als die Höhe h des Kanals ist, muss nämlich der Schieber zunächst eine Strecke durchlaufen, deren Länge gleich der Differenz a-h ist, bevor er den Kanal 4 zu öffnen beginnt.
Die Speisung des Zylinders 2 kann nur in dem Zeitraum zwischen dem Augenblick, in welchem der Schieber 9 den Kanal 4 zu öffnen begonnen hat, und dem Zeitpunkt, zu welchem der Schieber anhält und unter der Einwirkung einer neuen Erhöhung des Druckes des Brennstoffes zur Verschliessung des Kanals 4 wieder abwärts geht, erfolgen, wobei diese Druckerhöhung auftritt, wenn der Kolben 2 von seiner untersten Stellung B aus wieder aufwärts zu gehen beginnt. Wenn der Kolben 2 bei seinem Aufwärtshub wieder auf die Stelle der Höhe A kommt, hat sich der Anschlag 12 des Schiebers bereits von neuem gegen den Boden 13 des Zylinders 10 gelegt, und die Förderung des Brennstoffes durch den Förderkanal 5 hat praktisch bereits begonnen. Die Förderung durch den Kanal 5 hört auf, wenn das Innere des Zylinders 1 durch den Kanal 7 mit dem Auslasskanal 8 in Verbindung gesetzt wird.
Hierauf geht der Kolben 2 von neuem abwärts, und wenn er die Öffnung Sa freizulegen beginnt, beginnt das Arbeitsspiel von neuem.
Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass die Bewegung des Schiebers 9 von unten nach oben, d. h. seine Öffnungsbewegung, vollständig erfolgen muss, während der Kolben 2 von A nach B abwärts geht und gegebenenfalls einen Augenblick bei B stehen bleibt. Der Hub des Schiebers von unten nach oben setzt sich aus zwei Arbeitsschritten zusammen, nämlich einer ersten Totzeit, während welcher die Schliessung des Kanals 4 aufrechterhalten wird, und die dem ersten Teil des Aufwärtshubes des Schiebers 9 entspricht, der eine Länge hat, die gleich der Differenz a-h ist, und einem zweiten Schritt, während welchem der Schieber 9 den Speisekanal 4 mehr oder weniger öffnet.
Wenn der Kolben 2 seine Wiederaufwärtsbewegung von B aus beginnt, bevor der Schieber 9 an dem Ende seines Aufwärtshubes angekommen ist, bildet sich über dem Schieber 9 ein Flüssigkeitsanschlag, der die Aufwärtsbewegung desselben sofort unterbricht. Hierauf drückt der von dem Kolben 2 geförderte Brennstoff den Schieber 9 in seine unterste Stellung, in der er den Speisekanal 4 schliesst. Wie bereits ausgeführt, tritt somit das Ende der Speisung noch vor der Schliessung der Öffnung 3a auf.
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Wenn T die Dauer der Totzeit bezeichnet, d. h. die Dauer, die der Schieber 9 zum Durchlaufen des ersten Teiles seines Aufwärtshubes braucht, der gleich der Differenz a-h ist, und wenn 6 die Zeit bezeichnet, welche der Kolben 2 braucht, um bei seinem Abwärtshub den Abstand A-B zu durchlaufen, zuzüglich der Zeit des etwaigen Stillstandes des Kolbens 2 in seiner untersten Stellung, ist die Dauer der Speisung des Zylinders 1 gleich e - T. Wenn sich die Geschwindigkeit des Motors ändert, ändert sich e proportional.
Wenn man von einem Betriebszustand ausgeht, bei welchem T gleich 0, 9 e ist, beträgt die Dauer der Speisung des Zylinders 2 e - 0, 9. e = 1/10. e. Wenn die Geschwindigkeit des Motors so zunimmt, dass e um 1/10 abnimmt, wird die Speisung des Zylinders 2 unterbrochen. Wenn dagegen die Geschwindigkeit des Motors soweit abnimmt, dass e um 1/10 zunimmt, wird die Speisung verdoppelt.
Man erhält somit einen bei allen Geschwindigkeiten wirksamen Regler mit einer Höchstgeschwindigkeit für jeden Geschwindigkeitsbereich des Motors. Jeder dieser Bereiche mit seiner Höchstgeschwindigkeit kann durch eine Regelung der Drosselstelle 16 mittels der Körnerschraube 17 erhalten werden.
Anstatt die Höhe der Öffnung 3a zu vergrössern, kann man den Kanal 4 in den Zylinder l an einer Stelle münden lassen, die über dem Niveau liegt, auf dem sich die Vorderseite des Kolbens 2 befindet, wenn sich dieser an seinem unteren Totpunkt befindet. Die Zeit. e reicht dann von dem Augenblick, in welchem der Kolben während seiner Abwärtsbewegung die Öffnung Sa zu öffnen beginnt, bis zu dem Augenblick, in welchem er seine nächste Aufwärtsbewegung beginnt.
Man kann sogar auf die Steuerung des Speisekanals 4 durch den Pumpenkolben 2 verzichten und diese Steuerung durch den Schieber 9 allein vornehmen. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt, bei welcher der durch Abscbnitte4bund4c verlängerte Kanal 4 in den Zylinder 2 durch eine Öffnung 3b mündet, die an einer solchen Stelle liegt, dass sie niemals von dem Kolben 2 verschlossen wird. Die Kanäle 141 und 14II'die das Rückschlagventil 15 bzw. die Drosselstelle 16 enthalten, sind dann an die Abschnitte 4b und 4c des Kanals 4 angeschlossen. Ein Rückschlagventil 19 ist zwischen dem Abschnitt 4c und dem Schieber 9 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Zeit e gleich der Gesamtdauer des Abwärtshubes des Kolbens 2, zuzüglich gegebenenfalls des Stillstandes des Kolbens an seinem unteren Totpunkt.
Bei einer Variante der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen der Pumpen befindet sich das Rückschlagventil 19 in der Strömungsrichtung nicht hinter dem Schieber 9, sondern vor demselben, d. h. in dem Kanal 4 rechts von dem Schieber, so dass es von dem Schieber gegen die in dem Zylinder 1 während der Druckphase herrschenden Drücke geschützt wird (s. Fig. 4).
Gemäss einer andern Ausführungsform der Erfindung wird das Steuerglied (Schieber 9) durch eine Druckmittelmasse in seine Betriebsstellung gebracht, welche von der in dem Pumpenzylinder durch den Pumpenkolben unter Druck gesetzten verschieden ist, und deren Einwirkung auf das Steuerglied während des Förderhubes des Kolbens entweder von diesem gesteuert oder durch einen Hilfsteil erzeugt wird, z. B. den Kolben einer Hilfspumpe, der so angetrieben wird, dass seine Totpunkte zeitlich mit denen des Pumpenkolbens zusammenfallen.
So wird gemäss Fig. 5 die Herstellung der Betriebsbereitschaft des Schiebers 9, d. h. die Bewegung desselben entgegen der Wirkung der Feder 18, mittels einer Flüssigkeit erhalten, die bei der Aufwärtsbewegung eines Kolbens 20 in einem Zylinder 21 unter Druck gesetzt wird, nachdem dieser Kolben die Einlassöffnung 22 verschlossen hat, durch die dem Zylinder eine beliebige geeignete Flüssigkeit zugeführt wird, die von der durch den Hauptkolben 2 geförderten Flüssigkeit verschiedenartig oder mit dieser gleichartig sein kann.
Der Kolben 20 wird so gesteuert, dass er seine unteren und oberen Totpunkte gleichzeitig mit dem Hauptkolben erreicht. Ferner schliesst er vorzugsweise die Öffnung 22 in dem gleichen Augenblick, in welchem der Hauptkolben die Öffnung verschliesst, durch die der Kanal 4 in den Hauptzylinder 1 mündet.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform sind der die Hilfspumpe bildende Kolben 20a und der Zylinder 21a gleichachsig zu dem Kolben 2 und dem Zylinder 1 der Hauptpumpe, und die Kolben 2 und 20a sind starr miteinander verbunden und bilden einen einzigen Stufenkolben. Eine derartige Ausbildung bietet den grossen Vorteil, dass die beiden Kolben im Synchronismus durch einen einzigen Nocken c gesteuert werden und dass eine einzige Gegenfeder für die beiden so miteinander vereinigten Kolben ausreichend ist.
Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Pumpe weist noch eine gewisse Zahl von ändern Eigenheiten auf, die nachstehend beschrieben sind und natürlich auch für die andern Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können. So kehrt z. B. die von dem Schieber 9 während seines Rückganges zurückgedrängte Flüssigkeit nicht in den Zylinder zurück, in welchem sie zur Herstellung der Betriebsbereitschaft des
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Schiebers 9 unter Druck gesetzt wurde, sondern tritt nach aussen aus, z. B. durch einen die Drosselstelle 16 enthaltenden Kanal 27, der an den Kanal 14 hinter einem Rückschlagventil 28 angeschlossen ist, das in diesem Kanal eingeschaltet ist und den Rückfluss der Flüssigkeit zur Herstellung der Betriebsbereitschaft in den Zylinder 21a wahrend des Rückganges des Schiebers 9 verhindert.
Ausserdem wird bei der in Fig. 6 dargestellten Pumpe die Funktion des Sicherheitsventils, das bei der Ausführungsform der Fig. 5 durch die Kugel 24 und die Feder 25 gebildet wird, von dem Schieber 9 selbst ausgeübt, der hiefür am Ende seines Hubes zur Herstellung der Betriebsbereitschaft, d. h. zu einem Zeitpunkt, in dem die Öffnung 3 durch den Hauptkolben 2 verschlossen ist, den Kanal 14 mit dem Speisekanal 4 in Verbindung setzt (s. die in Fig. 7 dargestellte Stellung des Schiebers 9). Der Schieber 9 führt dann im Sinne des Zusammendrückens der Feder 18 einen Hub a1 aus, der noch grösser als der oben er- wähnte Hub a ist.
Der Überschuss der von dem Hilfskolben 20a geförderten Flüssigkeit kann dann nach der Ankunft des Schiebers 9 in seine Stellung, bei der er die Feder 18 gespannt hat, gleichzeitig durch den mit der Drosselstelle 16 versehenen Kanal 27 und durch den Speisekanal 4 nach aussen abgeführt werden.
Schliesslich ist bei der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsform ein besonderer Anschlag überflüssig, um den Schieber 9 in seiner einen Endstellung, bei der die Feder 18 gespannt ist, anzuhalten. Nachdem der Schieber den Kanal 4 um einen gewissen Betrag geöffnet hat, hält der Schieber ganz von selbst an.
Hinsichtlich des Arbeitens des Schiebers 9 in der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Vorrichtung in seiner Eigenschaft als Fördermengenregler ist zu bemerken, dass diese Arbeitsweise vollstandig der Ar-
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Pump, in particular fuel injection pump
The invention relates to a pump, in particular a fuel injection pump, with a reciprocating conveying element and self-regulation of the conveying capacity by a control element connected to the feed channel, which can be used on internal combustion engines and the like. Between both explosion engines and engines with gradual combustion (diesel engines or the like) is suitable.
The purpose of the invention is to provide for an automatic regulation of the delivery rate of the pump. For this purpose, it has already been proposed to switch on a control element in the feed channel of the pump cylinder which throttles this channel more or less depending on the drive speed of the pump or the internal combustion engine to which the pump designed as an injection pump belongs.
According to the invention, a particularly precise control of the delivery rate from a certain speed is achieved in that the control member is subjected on the one hand to the action of a pressure medium acting in the sense of closing the feed channel during the delivery stroke of the pump and on the other hand under the influence of a pressure medium in the sense of opening the return force acting on the feed channel stands, with a throttle point being arranged in the line to regulate the decrease in the control member, through which the pressure medium displaced by the control member from its working chamber when it decreases.
As a result of the design of the pump according to the invention, the delivery rate of the pump steadily decreases from a certain increasing drive speed of the pump and stops completely at a maximum speed that can be precisely determined in advance. If the pump according to the invention is used as a fuel injection pump on an internal combustion engine, its speed increases more and more slowly from a certain speed until it reaches a maximum value which can be precisely determined in advance and cannot be exceeded when the pump delivery stops.
The invention will be explained below with reference to the drawing, for example.
1-6 show schematically in an axial section the essential parts of six injection pumps designed according to six different embodiments of the invention. FIG. 7 shows a particular position of the movable control member which is provided in the pump shown in FIG.
The pump has a cylinder 1 in which an arbitrary way, e.g. B. by a cam driven piston 2 works. This piston 2 controls an opening 3 through which the feed line 4 of the cylinder 1 opens into it. Furthermore, the upper part of the cylinder 1 is connected to a delivery channel 5, in which a check valve 6 is expediently attached. This channel 5 leads the fuel controlled by the pump to the injection nozzle or the injection nozzles of the engine on which the pump in question is attached. Furthermore, for the sudden interruption of the injection z.
B. in the piston 2 a channel 7 is provided, one end of which opens into the end face of the piston, while the other end opens into the side surface of the piston, this latter end being arranged so that it coincides with an outlet channel 8 when the Piston 2 has reached its top dead center, so that the dead space of the cylinder of the pump is connected to the outlet channel 8
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According to the invention shown in FIG. 6, the feed line 4 is now not only controlled by the piston 2, but also by a control element, which preferably has the form of a slide 9, which can be adjusted in a cylinder 10 between two limit positions, one of which (the one on the figures shown) is determined in that the slide 9 lies against a shoulder 11, whereas the other z. B. is determined by the fact that a stop 12 rigidly connected to the slide 9 rests against the bottom 13 of the cylinder 10 (FIGS. 1-5). In this slide 9, a transverse channel or a groove 9a is provided at such a location that the channel or the groove completely opens the feed channel 4 when the slide 9 is in contact with the shoulder 11.
In contrast, the channel 4 is closed when the stop 12 of the slide 9 rests against the bottom 13 of the cylinder 10, the stroke a (FIGS. 1-5) for moving the slide 9 from its first position to its second position being greater than is the height h of the channel 4, so that the slide, when it is in this latter position, has been adjusted by a distance 20 - h beyond its position in which it is currently closing the channel 4.
The adjustment of the slide 9 from the position in which it opens the channel 4 into the position in which it closes the channel and beyond this position takes place in the embodiments of FIG
Fig. 1 - 4 by the pressure which arises in the cylinder 1 as soon as the piston 2 begins its upward stroke (delivery stroke). For this purpose, according to FIG. 1, the upper part of the interior of the cylinder 1 is constantly connected to the upper end of the cylinder 10 by a channel 14 which divides into two branches 14a and 14b. In the branch 14a of this channel, a check valve 15 is attached, which z. B. the
Has the shape of a ball, whereas a throttle point 16 is provided in the branch 14b, which is preferably adjustable, e.g. B. by means of a center screw 17.
The opposite movement of the slide 9, i.e. H. the movement of the same from the position in which its stop 12 is in contact with the bottom 13 of the cylinder 10 to the position in which the slide 9 rests against the shoulder 11, is effected by e.g. B. generated by a spring 18 return means.
The device shown in Fig. 1 operates as follows:
When the piston 2 of the pump closes the opening 3 when exiting from its bottom dead center, a pressure is exerted on the liquid located in the cylinder 1 above the piston 2 and the liquid in the channel 14, and the check valve 15, whose spring is preferred is set to a lower pressure than the spring of the check valve 6 and in any case to a lower pressure than the spring of the injection nozzle, not shown, lifts itself from its seat. The liquid displaced by the piston 2 thus pushes the slide 9 into its lower position, in which channel 4 is closed. The further upward movement of the piston 2 causes the fuel to be conveyed through the channel 5 to the injection nozzle.
This promotion continues until the moment when the channel 7 connects the interior of the cylinder 1 with the outlet channel 8.
At this moment the pressure in the cylinder 1 and in the channel 14 drops, and the spring 18 tries to guide the slide 9 into the position in which it opens the feed channel 4. The ball 15 of the check valve, which had already settled on its seat as soon as the stop 12 had touched the bottom 13 (since there was then no more flow to keep it open), prevents the liquid pushed back by the slide 9 from passing over into the interior of the cylinder 1, so that this liquid must flow through the more or less open throttle point 16, whereby the decline of the slide is delayed.
As long as the motor is running relatively slowly and as a result the movements of the piston 2 of the pump are relatively slow, the time that the piston 2 of the pump needs to return from an upper position to the position in which it opens the feed opening 3 is begins greater than the time or at least equal to the time that the slide 9 needs to completely open the channel 4. The slide therefore does not reduce the supply to the pump. When the speed of the motor and thus that of the piston 2 of the pump increase, the piston 2 begins to open the opening 3 at a point in time at which the slide 9 has not yet fully opened the channel 4. The slide therefore has the effect of reducing the supply to the cylinder of the pump.
If the speed of the motor increases further, a state occurs in which the slide 9 has not yet completed its upward stroke and has only opened the channel 4 incompletely when the piston 2 in the cylinder 1 begins to rise again and pressurizes the fuel . The slide is then stopped by the liquid stop which forms on its upper side and is then pushed back in the direction of the bottom 13 of its cylinder 10. Finally, when the speed of the motor increases to such an extent that the slide 9 does not start to open the channel 4 at the moment when the pump piston 2 is moving upwards, there is no feed and the pump is pumped
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to the injectors stops.
In other words, the supply of the pump cylinder is interrupted as soon as the speed of the motor becomes so great that the duration of the downward movement of the piston 2 and possibly its standstill in its lowest position is less than the time that the slide 9 takes to pass through the stroke a - h needs. The speed at which this interruption of the feed to the pump takes place corresponds to a maximum speed which the motor cannot exceed.
It should also be noted that the self-regulation of the pump is made even more effective if the feed pump which delivers the fuel through the channel 4 to the pump in question is a pump whose pressure is constant regardless of the speed of the motor or whose pressure is constant even decreases as the speed of the motor increases. The reduction in the supply of the pump cylinder for increasing speeds of the motor then takes place through the combined effect of reducing the free cross section of the channel 4 by the slide 9 and reducing the time during which the piston 2 exposes the opening 3.
The device shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 mainly in that the channel 14 containing the throttle point 16 is controlled by the pump piston 2 and preferably closed and exposed by this in the same way as the opening 3a, through which the feed channel 4 opens into the pump cylinder 1. The channel 14 is preferably not in direct connection with the interior of the cylinder 1, but is connected to the channel section 4a through which the channel 4 is connected to the cylinder 1. The opening 3a expediently has a height A-B which is greater than the height of the channel 4. A check valve 19, which opens only in the direction going from the slide 9 to the cylinder 1, is expediently arranged between the section 4a and the slide 9.
The channel 14 containing the check valve 15 through which the fuel arrives which brings the slide 9 into its closed position is completely separated from the channel 142 and directly connected to the cylinder 2, and the like. Zw. Preferably at a point at which it is never closed by the piston 2.
The differences between the two devices shown in FIGS. 1 and 2 result in an essential difference in operation. In the device according to FIG. 2, the slide 9 can only begin its upward movement towards the opening of the channel 4 when the piston 2 begins to expose the opening 3a. However, the feeding of the cylinder 1 through the channel 4 cannot begin immediately at this point in time. As a result of the braking of the upward movement of the slide 9 by the throttle point 16, and since the distance a is greater than the height h of the channel, the slide must first traverse a distance whose length is equal to the difference ah before it closes the channel 4 opening begins.
The supply of the cylinder 2 can only in the period between the moment in which the slide 9 has started to open the channel 4 and the point in time at which the slide stops and under the effect of a new increase in the pressure of the fuel to close the Channel 4 goes down again, take place, this pressure increase occurs when the piston 2 begins to go up again from its lowest position B from. When the piston 2 comes back to the point of height A on its upward stroke, the stop 12 of the slide has already been placed again against the bottom 13 of the cylinder 10, and the delivery of the fuel through the feed channel 5 has practically already begun. The conveyance through the channel 5 ceases when the interior of the cylinder 1 is brought into communication with the outlet channel 8 through the channel 7.
The piston 2 then goes down again, and when it begins to expose the opening Sa, the working cycle begins anew.
From the above it can be seen that the movement of the slide 9 from bottom to top, i. H. its opening movement must take place completely while piston 2 goes down from A to B and possibly stops at B for a moment. The stroke of the slide from bottom to top consists of two working steps, namely a first dead time, during which the closure of the channel 4 is maintained, and which corresponds to the first part of the upward stroke of the slide 9, which has a length equal to Difference ah, and a second step during which the slide 9 opens the feed channel 4 more or less.
If the piston 2 begins its upward movement from B before the slide 9 has reached the end of its upward stroke, a liquid stop is formed above the slide 9 which immediately interrupts the upward movement of the same. The fuel delivered by the piston 2 then presses the slide 9 into its lowest position, in which it closes the feed channel 4. As already stated, the end of the supply occurs before the opening 3a is closed.
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If T denotes the duration of the dead time; H. the duration which the slide 9 needs to run through the first part of its upward stroke, which is equal to the difference ah, and if 6 denotes the time which the piston 2 needs to pass through the distance AB on its downward stroke, plus the time of If the piston 2 comes to a standstill in its lowest position, the duration of the supply of the cylinder 1 is equal to e - T. If the speed of the engine changes, e changes proportionally.
Assuming an operating state in which T is equal to 0.9 e, the duration of the supply to cylinder 2 e is 0.9 e = 1/10. e. When the speed of the engine increases so that e decreases by 1/10, the supply to cylinder 2 is interrupted. If, on the other hand, the speed of the motor decreases so far that e increases by 1/10, the supply is doubled.
A controller is thus obtained which is effective at all speeds and has a maximum speed for each speed range of the motor. Each of these areas with its maximum speed can be obtained by regulating the throttle point 16 by means of the center screw 17.
Instead of increasing the height of the opening 3a, the channel 4 can open into the cylinder 1 at a point above the level at which the front of the piston 2 is when it is at its bottom dead center. The time. e then extends from the moment in which the piston begins to open the opening Sa during its downward movement to the moment in which it begins its next upward movement.
You can even do without the control of the feed channel 4 by the pump piston 2 and carry out this control by the slide 9 alone. Such an embodiment is shown in FIG. 3, in which the channel 4, which is lengthened by section 4b and 4c, opens into the cylinder 2 through an opening 3b which is located at such a point that it is never closed by the piston 2. The channels 141 and 14II ′ which contain the check valve 15 and the throttle point 16, respectively, are then connected to the sections 4b and 4c of the channel 4. A check valve 19 is arranged between the section 4c and the slide 9. In this embodiment of the invention, the time e is equal to the total duration of the downward stroke of the piston 2, plus, if necessary, the standstill of the piston at its bottom dead center.
In a variant of the embodiments of the pumps shown in FIGS. 2 and 3, the check valve 19 is not located behind the slide 9 in the flow direction, but in front of it, i.e. H. in the channel 4 to the right of the slide, so that it is protected by the slide against the pressures prevailing in the cylinder 1 during the pressure phase (see FIG. 4).
According to another embodiment of the invention, the control member (slide 9) is brought into its operating position by a pressure medium mass, which is different from the one pressurized in the pump cylinder by the pump piston, and its action on the control member during the delivery stroke of the piston either from this controlled or generated by an auxiliary part, e.g. B. the piston of an auxiliary pump, which is driven so that its dead centers coincide with those of the pump piston.
Thus, according to FIG. 5, the production of the operational readiness of the slide 9, d. H. the movement of the same against the action of the spring 18, obtained by means of a liquid which is pressurized during the upward movement of a piston 20 in a cylinder 21, after this piston has closed the inlet opening 22 through which any suitable liquid is supplied to the cylinder , which can be different from the liquid conveyed through the main piston 2 or of the same type.
The piston 20 is controlled so that it reaches its bottom and top dead centers at the same time as the main piston. Furthermore, it preferably closes the opening 22 at the same moment in which the main piston closes the opening through which the channel 4 opens into the main cylinder 1.
In the embodiment shown in Fig. 6, the piston 20a forming the auxiliary pump and the cylinder 21a are coaxial with the piston 2 and the cylinder 1 of the main pump, and the pistons 2 and 20a are rigidly connected to one another and form a single stepped piston. Such a design offers the great advantage that the two pistons are controlled in synchronism by a single cam c and that a single counter-spring is sufficient for the two pistons thus combined.
The pump shown in FIGS. 6 and 7 also has a certain number of other features which are described below and can of course also be used for the other embodiments of the invention. So z. B. the pushed back by the slide 9 during its decline not back into the cylinder in which it is used to make the
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Slide 9 was pressurized, but exits to the outside, z. B. through a channel 27 containing the throttle point 16, which is connected to the channel 14 behind a non-return valve 28, which is switched on in this channel and prevents the backflow of the liquid for the preparation of operational readiness in the cylinder 21a during the decline of the slide 9.
In addition, in the pump shown in Fig. 6, the function of the safety valve, which is formed in the embodiment of FIG. 5 by the ball 24 and the spring 25, performed by the slide 9 itself, which for this purpose at the end of its stroke to produce the Operational readiness, d. H. at a point in time at which the opening 3 is closed by the main piston 2, the channel 14 is connected to the feed channel 4 (see the position of the slide 9 shown in FIG. 7). The slide 9 then performs a stroke a1 in the sense of compressing the spring 18, which is even greater than the above-mentioned stroke a.
The excess of the liquid conveyed by the auxiliary piston 20a can then, after the slide 9 has arrived in its position in which it has tensioned the spring 18, simultaneously through the channel 27 provided with the throttle point 16 and through the feed channel 4 to the outside.
Finally, in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, a special stop is superfluous in order to stop the slide 9 in its one end position in which the spring 18 is tensioned. After the slide has opened channel 4 by a certain amount, the slide stops by itself.
With regard to the operation of the slide 9 in the device shown in FIGS. 6 and 7 in its capacity as a flow rate regulator, it should be noted that this mode of operation is completely the
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