-
Einspritzvorrichtung für Dieselmotoren mit einer im Maschinenzylinder
angeordneten, durch den Verdichtungsdruck der Maschine gesteuerten Brennstoffpumpe
Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung für Dieselmotoren mit einer im
Maschinenzylinder angeordneten, durch den Verdichtungsdruck der Maschine gesteuerten
Brennstoffpumpe. Von bekannten Vorrichtungen dieser Art unterscheidet sich diejenige
nach der Erfindung dadurch, daß die Brennstoffpumpe zwei Kolben aufweist, einen
durch den Verdichtungsdruck gesteuerten Kraftkolben und einen mit dem Kraftkolben
verbundenen Arbeitskolben, welch letzterer rohrförmig -ausgebildet ist und in einem
ringförmigen Pumpenraum arbeitet, und daß an die Druckleitung der Brennstoffpumpe
ein feststehendes, durch den Pumpenraum und den Rohrkolben hindurchgeführtes Spritzrohr
angeschlossen ist, das mit seinen Spritzöffnungen in den Arbeitszylinder hineinragt.
-
Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt in der Schaffung von Hilfsmitteln
zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffes im Verbrennungsraum des Arbeitszylinders,
wodurch Gleichdruckverbrennungsverhältnisse in engerer Annäherung erzielt werden.
Dies wind dadurch erzielt, daß der Kraftkolben der Brennstoffpumpe an seiner dem
Zylinderinnern zugekehrten Stirnfläche einen Kranz von sattelförmig gekrümmten Leitflächen
aufweist, auf welche die aus der Spritzdüse austretenden Brennstoffstrahlen aufprallen,
und die so gekrümmt sind, daß sich während des Einspritzhubes der Pumpe entsprechend
der verschiedenen Krümmung der von den Brennstoffstrahlen während der Kolbenverschiebung
bestrichenen Flächenstreifen die Spritzrichtung der abgelenkten Strahlen verändert.
-
Ein ferneres Merkmal der Erfindung liegt darin, daß ein die Spritzkanäle
enthaltendes Abschlußstück des Spritzrohres Kühlkanäle aufweist, durch welche Kühlwasser
zwangsmäßig hindurchgetrieben wird.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt.
-
Abb. r ist ein senkrechter Schnitt der Brennstoffeinspritzvorrichtung,
welcher die relativen Lagen des Arbeitskolbens und Einspritzkolbens im Augenblick
des Beginns der Brennstoffzuführung im Schnitt nach Linie i-z des Grundrisses Abb.
3 sowie die Kühlkanäle zeigt, Abb. a ein entsprechender Schnitt durch die Brennstoffkanäle
nach Linie 2-a der Abb, 3, welcher die Relativlagen der Kolben kurz vor dem Ende
der Brennstoffzufuhr bei Höchstbelastung zeigt,
Abb. 3 ein Grundriß
der Abb. i, Abb. 4 ein Querschnitt nach Linie 4-4 der Abb. i, Abb. 5 ein senkrechter
Schnitt durch den unteren Teil des Arbeitskolbens und feststehenden Brennstoffspritzrohres
nach Abb. i in größerem Maßstabe, Abb. 6 ein senkrechter Schnitt nach Linie 6-6
der Abb.8 durch den Unterteil des Brennstoffspritzrohres nach Abb.2. Abb. 7 eine
Stirnansicht der Abb. 5, welche die Leitflächen zeigt.
-
Abb. 8, 9, io sind wagerechte Querschnitte nach Linie 8-8, 9-9, io-io
der Abb. 6.
-
Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist einen Kräftkolben i auf,
der dem Druck im Arbeitszylinder ausgesetzt ist und in einer Bohrung des Zylinderkopfes
22 oder damit verbundener Teile wie in der Hülse 23 (Abb. i, 2, 4.) frei hin und
her beweglich angeordnet ist. Mit dem Kolben i ist konzentrisch ein rohrförmiger
Brennstoffpumpenkolben 2 verbunden, welcher in einem ringförmigen Pumpenraum 12
arbeitet. Diese Anordnung ist geeignet zur Lieferung sehr kleiner abgemessener Brennstoffmengen
bei hohem Druck und empfindlicher Regelung.
-
An die Druckleitung der Brennstoffpumpe ist ein feststehendes Spritzrohr
3 angeschlossen, das durch den ringförmigen Pumpenraum 12 und den Rohrkolben 2 sowie
den Kraftkolben i hindurchgeführt ist, mit dem Kopf 6 durch die Hülsenmutter 44
verbunden ist und ein ununterbrochenes Brennstoffeinspritzröhr bildet, .das im ganzen
abnehmbar ist und eine Stütze für ein die Spritzkanäle enthaltendes Abschlußstück
7 bildet.
-
Der Brennstoff wird durch das Rohr 9 und durch das selbsttätige Einlaßventil
io unter verhältnismäßig geringem Druck durch freien ZufluB,odermättels,einer@Speisepumpezugefübrt,
welche die zugeführte Menge bemessen kann.
-
Sinkt der Gasdruck im Verbrennungszylinder genug, so drückt die Feder
48 den Kraftkolben i auf den von der Hülse 23 dargebotenen Ringsitz 8 nieder. Ein
Stoß beim Aufsetzen des Kolbens i auf den Sitz 8 kann vermieden werden, wenn man
die Feder 48 so bemißt, daß der Rückhub schon während des ersten Teils des Ausdehnungshubes
im Brennzylinder eintritt, während dessen die Druckänderung sich sehr allmählich
vollzieht.
-
Sobald der Kraftkolben i seinen Abwärtshub (Rückhub) beginnt, fließt
.der eintretende Brennstoff durch Einlaßventil io und Zuführkanal i i in den Ringraum
12 (Abb. i, 2, 4). Der Brennstoffzufluß dauert an, bis der Kraftkolben i und mit
diesem der Pumpenkolben 2 zur Ruhe gekommen ist und alle Brennstoffzufuhrkanäle
gefüllt sind, worauf das Ventil io sich selbsttätig schließt. Während des Verdichtungshubes
des Maschinenkolbens 47 schiebt der Druck im Arbeitszylinder den Kraftkolben i aufwärts
mit allmählich zunehmender Kraft, was aber nicht vor dem Augenblick möglich ist,
in dem der Brennstoffventilschaft 5 von seinem Sitz i9 (Abb. 5) abgehoben wird,
da der Brennstoffkolben 2 gegen den unelastischen Brennstoff drückt. Bis zum Öffnungsaugenblick
des Brennstoffventils wächst daher der Brennstoffdruck in Einklang mit dem Druck
im Arbeitszylinder.
-
Im Augenblick, wo der Brennstoffventilschaft 5 vom Sitz i9 durch ein
beliebiges oben am Schaft 5 angebrachtes Steuergetriebe abgehoben wird, wirkt der
Brennstoffdruck oberhalb des Ventils auf den im Brennstoffdruckkanal 2o und den
Spritzkanälen 21 verbliebenen Brennstoff, die vom vorhergehenden Spiel her noch
gefüllt sind, und der Brennstoff wird unmittelbar in den Verbrennungszylinder gespritzt.
Es findet daher nur eine sehr kleine Bewegung des Kraftkolbens i und daher nur ein
zu vernachlässigender Abfall in Verdichtungsdruck und Zündtemperatur vor Einspritzung
der ersten Brennstoffteilchen statt.
-
Der Brennstoff wird von dem Ringraum 12 durch den Kanal 13 und 14
entladen, der zum Kopf 6 durch eine ringförmige Verbindungshülse 15 führt, die vom
Kopf 6 getragen wird und an einem Einsatzkörper 24 anliegt (Abb. 2). Der Brennstoff
wird ferner durch den Kanal 1d zu Kanälen 17 im Oberteil des Brennstoffventilkörpers
4 geführt, die zu den Nuten 18 im Ventilschaft 5 führen.
-
Ein wichtiges Merkmal liegt in der Anordnung des Brennstoffaustrittskanals
13 in solcher Lage relativ zum Oberende des wirksamen Teils des Brennstoffpumpenkolbens
2, daß, wenn dieser eine Brennstoffmenge entsprechend der für Höchstbelastung von
diesem besonderen Zylinder erforderten Menge verdrängt hat, eine fernere Bewegung
des Brennstoffpumpenkolbens den Kanal 13 zudeckt, wodurch der Kraftkolben i allmählich
zur Ruhe gebracht wird, sofern das Brennstoffventil 5 irgendwie versagen sollte.
Andernfalls würde sich ein Stoß ergeben, wenn der Kraftkolben i gegen den Boden
des Einsatzkörpers 24 stößt, der den Brennstoffpumpenzylinder enthält.
-
Es ist wichtig, die Oberflächen der Brennstoffeinspritzdüsen und zugehörigen
Speisekanäle wirksam zu kühlen, um ihre Überhitzung und Verschlechterung zu vermeiden,
die zu Anfressungen durch die Brennstoffstrahlen führen würden. Auch wird dadurch
schädliche Destillation des Brennstoffes und entsprechende Verschmutzung der -Düsen
vermieden. Die Kühlung wird durch die
beiden getrennten Kanalsysteme
26 und 32 (Abb. i, 5, 8) bewirkt, die zwischen dem Brennstoffventilkörper 4 und
dem darüber mit satter Passung verschiebbaren Spritzrohr 3 eingeschlossen sind.
Diese Kanäle führen das Kühlmittel nach und von dem Abschlußstück 7 des Spritzrohres
3 in Verbindung mit den Kanälen 27, 28, 29, 30, 31
(Abb. 5, 9, io). Der Einlaß
zu den Kanälen 26 und Austritt von den Kanälen 32 geschieht durch Kanäle 25, 33
(Abb. i). -Der Kraftkolben i wird durch das seinen Mantel 35 durchströmende Kühlmittel
gekühlt. Der Mantel umgibt den ausgebohrten, die Dichtungsringe 45 aufnehmenden
Teil. Das Kühlmittel kühlt auch die Kraftkolbenoberflächen und Ringe 50 vermöge
der kolbenartigen Ansatzrohre 34, 36 (Abb. i und 4).
-
In Abb. i sind die Kühlmittelströme durch Pfeile angegeben.
-
Die Anordnung des Spritzrohres 3, des daran befestigten, die Spritzkanäle
enthaltenden Stückes 7 und des Brennstoffventilkörpers 4 ist so, daß Starrheit erzielt
wird; denn die am Querschnitt des Stückes 7, das dem Druck im Verbrennungszylinder
ausgesetzt ist, nach aufwärts wirkenden Kräfte werden durch abwärts wirkende Kräfte
aufgewogen oder abgeschwächt, die durch den Brennstoffdruck auf irgendeine Ouerschnittszone
des Spritzrohres 3 oder damit verbundener Teile ausgeübt werden. Hier ist dieser
Querschnitt der des Zylinderkanals 51, mit dem die vom Abschlußstück 7 getragene
Verbindungshülse 46 zusammenwirkt (Abb.5 und 6).
-
Es ist erwünscht und wichtig, wenn nicht sogar notwendig, die richtige
Ausrichtung zwischen den Mündungen der Spritzkanäle 21 und den am Kraftkolben i
befestigten Leitflächen 38 aufrechtzuerhalten. Die hierzu benutzten Hilfsmittel
sind folgende: Der Kraftkolben i und der Pumpenzylinderkörper 24 werden durch den
Schwalbenschwanzkeil 39 (Abb. z und 4) ausgerichtet. Der Brennstoffventilkörper
4 wird mit dem Kopf 6 durch Marken beim Zusammenbau ausgerichtet, und der Kopf 6
wird mit dem Körper 24 und daher mit dem Kraftkolben i durch die Hülse 15 ausgerichtet.
Die Spritzkanäle 21 werden durch die gerippte Hülse 4o (Abb. 5, 6, 9, io) ausgerichtet,
die mit den Quernuten 41, 42 im Ventilkörper 4 und Abschlußstück 7 zusammenpaßt.
-
Letzteres wird zunächst fest in das Gewinde des Spritzrohres 3 eingeschraubt,
-und die Rippenhülse 4o wird so eingesetzt, daß sie mit den Quernuten 42 im Abschlußstück
7 zusammenpaßt, die vorher mit den diametral gegenüberliegenden Längsnuten 43 im
Gehäuse 3 aasgerichtet worden sind, wodurch eine dicht verschraubte Fuge zwischen
dem Spritzrohr 3 und dem Abschlußstück 7 hergestellt wird. Das Spritzrohr 3 wird
dann über den Körper 4 geschoben und so gedreht, daß die Nuten 41 sich mit den Oberkanten
der Rippenhülse 4o eingreifend decken. Das Spritzrohr 3 wird dann am Kopf
6- durch die Hülsenmutter 44 befestigt. Die Rippenhülse hat also drei Aufgaben.
Sie hält die Ausrichtung zwischen den Mündungen der Spritzkanäle 21 und den Leitflächen
38 aufrecht, sie verhütet als Sperrung eine Verlagerung des Abschlußstückes 7 vom
Spritzrohr 3, und sie hält auch die Trennung der Einlaß- und Austrittskanäle für
das Kühlmittel zwecks Kreislaufs aufrecht. Es ist genügend Spiel für freie und unabhängige
Längsdehnung des Spritzrohres 3 oder des Ventilkörpers 4 dank des Hülsenverbinders
46 zwischen dem Abschlußstück 7 und der Brennstoffzuführquelle vorgesehen, so daß
man auch die sonst nötige, doppelt verpackte Fuge vermeiden kann.
-
Der Brennstoffventilschaft 5 wird zurückgeführt und auf seinem Sitz
i9 gehalten durch die Feder 37. Bei vorliegender Ausführung wird die Brennstoffladung
der Motorbelastung durch Veränderung der Zeit angepäßt, während welcher das Ventil
offen ist. Hierzu dient eine Ventilregelung. Statt dessen kann man auch den Abwärtshub
oder Rückhub des Brennstoffpumpenkolbens verändern; indem man einen Ringanschlag
am Oberende des unwirksamen Teils des hohlen Pumpenkolbens befestigt, der sich an
einen senkrecht einstellbaren Ringsitz anlegt, was für kleine Schnelläufer zweckmäßig
ist.
-
Die aus den Spritzkanälen 21 tretenden Brennstoffstrahlen treffen
tangential auf gekrümmte Leitflächen 38 am Kraftkolben i (Abb. 5 und 7). Dank der
Relativbewegung zwischen dem Kolben i und dem festen Abschlußstück 7 kommen während
des Einspritzens verschiedene Ablenkwinkel nacheinander zur Wirkung, so daß eine
besonders .gute Verteilung der Brennstofftröpfchen durch den ganzen Verbrennungsraum
hindurch herbeigeführt wird. Die Ablenkflächen sind in Zusammenwirken mit dem Kraftkolben
i so gekrümmt, daß die Richtung der Brennstoffstrahlen im Verbrennungsraum sich
dessen jeweiliger Form anpaßt, die sich durch das Zurückweichen des Maschinenkolbens
47 während der Einspritzung ändert. Abb. i und 2 zeigen die relativen Lagen des
Kraftkolbens i und Maschinenkolbens 47 sowie die allgemeine Richtung der Brennstoffstrahlen
zu Beginn und vor Ende der Einspritzung.
-
Die Gesamtvorrichtung ist so ausgebildet, daß ein bestimmter Verlauf
des Brennstoffeinspritzdruckes erzielt wird; dieser Druckverlauf ergibt im Zusammenhang
mit der
Zahl und den Querschnitten der Sprifzkanäle Einspritzgeschwindigkeiten,
die etwa eine Gleichdruckverbrennung bei Höchstbelastung gewährleisten. Da der Brennstoffpumpenkolben
2 durch den Drück im Verbrennungszylinder angetrieben wird, so werden veränderliche
Brennstoffmengen mit einem gleichförmigen Druck zugeführt, und dieser Druck ist
unabhängig von der öffnungsdauer und Öffnungszweite des Druckventils 5. DieselbenVerhältnisse
hinsichtlich der Gleichdruckverbrennung wie für Höchstlast erhält man demnach auch
bei Teilbelastungen, da die gleiche Einspritzgeschwindigkeit durch rascheren Ventilschluß
aufrechterhalten werden kann.