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Einrichtung zum Einspritzen von Brennstoff bei Brennkraftma:schinen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Einspritzen von Brennstoff bei Brennkraftmaschinen,
bei der die Einspritzung -bei jedem Druckhub in mindestens' zwei durch eine Pause
getrennten Einspritzungen erfolgt. Derartige Einrichtungen mit sog. Voreinspritzung
des Brennstoffes ermöglichen es, die Verbrennung im Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine
,einzuleiten, .ohne daß in diesem der Druck allzu plötzlich ansteigt: Däs Verfahren
gestattet also, einen ruhigen Gang der Brennkraftmaschine zu erzielen bzw. bei der
Haupteinspritzung eine bestimmte Brenn= stoffmenge in kürzerer Zeit einzuspritzen
und dadurch eine wirtschaftlichere Verbrennung dieses Brennstoffes zu erreichen,
ohne dafür einen härteren Gang der Maschine in Kauf nehmen zu müssen. Damit diese
vorteilhaften Wirkungen eintreten, soll die Brennstoffmenge, die bei der Voreinspritzung
eingespritzt wird, :einen bestimmten kleinen Betrag nicht überschreiten und sich
auch von einem Arbeitsspiel zum anderen möglichst wenig ändern.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer einfachen Einrichtung,
durch welche die Einspritzung nach dem angegebe= nen Verfahren bewirkt und die Forderung
nach möglichst genauer Einhaltung einer bestimmten kleinen Voreinspritzmenge weitgebend
verfüllt wird. Die Erfindung findet Anwendung auf Einrichtungen, bei denen die Einspritzdüse
durch ein von einer Schließkraft belastetes Ventil gesteuert wird, wobei die Voreinspritzung
mittels eines vom Pumpenkolben hydraulisch angetriebenen Voreinspritz#-kolbens herbeigeführt
wird, und zwar bei geringerer Schließkraft des Einspritzventils als bei der Haupteinspritzung.
Hierbei gibt der Voreinspritzkolben kurz, vor dem Ende seines Druckhubes eine Verbindung
zwischen dem Arbeitsraum der Pumpe und dem Belastungsrahm des Einspritzventils frei,
so daß der vom Pumpenkolben ierzeugte Druck auf das Einspritzventil im Sinne- des
Schließens wirkt.
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Für die gleichmäßigere Bemessung der Voreinspritzmenge ist es weiter
von Vorteil, wenn der Druck, unter dem der vom Voreinspritzkolben zu verdrängende
Brennstoff in dessen Arbeitsraum eingeführt wird, möglichst gleichmäßig eingehalten
wird. Diese Forderung wird gemäß der Erfindung dadurch erfüllt, daß der Arbeitsraum
des Voreinspritzkolbens nur an die Brennstoffleitung
angeschlossen
wird, durch die der Brennstoff bei der Haupteinspritzung zur Düse strömt. Aus dieser
Leitung wird also beim Rückgang des Voreinspritzkolbens der Brennstoff bei einem
Druckentnommen, der durch die Schließkraft des Einspritzventils genau festgelegt
ist. Bei der nachfolgenden Voreinspritzung drängt dann der Vöreinspritzkolben denselben
Brennstoff in dieselbe zur Düse führende Leitung zurück. Zunächst wird dabei der
Brennstoff in der Leitung wieder verdichtet; wegen der inzwischen erfolgten Senkung
der Schließkraft des Einspritzventils auf einen bestimmten geringeren Betrag öffnet
sich dieser aber, bevor in der Leitung der zu Beginn der Brennstoffentnahme herrschende
Druck wiederhergestellt ist, und ermöglicht so die Voreinspritzung einer kleinen
Brennstoffmenge. Weil für den Zylinder des Voreinspritzkolbens keine besondere Brennstoffzuleitung
notwendig ist, trägt diese Anordnung auch wesentlich zur baulichen Vereinfachung
der Einspritzeinrichtung bei.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbespiele der Einspritzeinrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt eine Einspritzpumpe mit der Einspritzdüse im Schnitt.
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Fig.2 ist ein Teil der Einspritzpumpe gemäß Fig. i bei einer anderen
Stellung des Voreinspritzkolbens.
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Fig.3 zeigt eine andere Ausführung eines Teils der Einspritzpumpe.
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Der Zylinder i der Einspritzpumpe in Fig. i ist in das Pumpengehäuse
2 @eingepreßt und samt dem Ventilgehäuse 3 und dem Deckel 4 durch den Gewindering
5 festgehalten. Die Teile 1, 3 und 4 sind an ihren Berührungsflächen dicht aufeinander
aufgeschliffen. Im Zylinder i wird der Pumpenkolben 6 von der Brennkraftinaschine
aus durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Antrieb auf und ab bewegt.
Außerdem kann der Pumpenkolben 6, was die Zeichnung auch nicht zeigt, willkürlich
um seine Achse gedreht werden. Das Pumpengehäuse 2 enthält einen Brennstoffsaugraum
7, der über eine in der Zeichnung nicht angegebene Leitung gespeist wird. Von diesem
Saugraum 7 führt ein Saugkanal 8 in die Bohrung des Zylinders i, in dem er bei der
äußeren, in der Zeichnung dargestellten Hubendlage des Pumpenkolbens 6 oberhalb
von dessen Stirnkante 26 in den Arbeitsraum 9 mündet.
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Im Ventilgehäuse 3 befindet sich zwischen dem Arbeitsraum 9 und der
Einspritzleitung 12 ein von einer Feder io belastetes Druckventil i i. Das Ventilgehäuse
3 enthält ferner die Bohrung 13, in welche der Voreinspritzkolben 14 - eingeschliffen
ist. Dieser trennt in dieser Bohrung zwei Räume, von denen der eine, der Antriebsraum
15, durch den Kanal 16 mit dem Arbeitsraum 9 der Pumpe und der andere, der Arbeitsraum
17, durch den Kanal 18 mit der Einspritzleitung 12 in Verbindung steht. Die Förderbewegung
des Voreinspritzkolbens 14 wird vom Brennstoffdruck im Raum 15 bewirkt; ihr wirkt
die Feder i 9 im Raum 17 entgegen. Die Federn i 9 des Voreinspritzkolbens und i
o des Druckventils sind so bemessen, daß zum öffnen des Druckventils i i ein höherer
Druck im Arbeitsraum 9 erforderlich ist, als zum Bewegen des Voreinspritzkolbens
14 bei seinem Druckhub. Der Weg des Voreinspritzkolbens 1 4. ist in der einen Richtung
durch den Anschlagstift 2o und in der anderen Richtung durch die Stirnfläche 2 1
des Zylinders i begrenzt.
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Der Pumpenkolben 6 ist mit :einer Ausnehmung 22 versehen, die durch
eine Längsnut 23 mit dem Arbeitsraum 9 kommuniziert und auf der einen, der Mündung
des Saugkanals 8 zugewandten Hälfte des Kolbenumfanges von der schraubenlinienförmigen
Steuerkante 21. und auf der anderen, der Mündung des: Kanals 16 zugewandten Hälfte
des Kolbenumfanges von der rechtwinklig zur Kolbenachse liegenden Steuerkante 25
begrenzt ist. Die Stirnfläche des Kolbens 6 bildet eine weitere Steuerkante 26,
die auf dem ganzen Kolbenumfang rechtwinklig zur Kolbenachse verläuft.
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Die Zylinderbohrung 13 hat eine Ringnut 27, an welche über den Kanal
29 die Belastungsleitung 28 angeschlossen ist. Die untere Kante 3o der Ringnut 27
bildet mit dem Voreinspritzkolben 14, wenn dieser am Anschlagstift 20 ansteht, einen
schmalen Ringspalt, durch den Brennstoff aus dem Antriebsraum 15 in die Leitung
29 und 28 übertreten kann (Abb.3).
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Die Einspritzleitung 12 mündet durch den Kanal 34 im Ventilgehäuse
37 in den Ringraum 32 des im Deckel 33 des Arbeitszylinders der Brennkraftmaschine
-Eingebauten Einspritzventils. Die Verbindung zwischen dem Ringraum 32 und den in
den Verbrennungsraum mündenden Düsenöffnungen 35 der Einspritzdüse wird von der
hydraulisch gesteuerten Ventilnadel 36 beherrscht. Diese wird jeweils durch
den Druck des Brennstoffes in der Einspritzleitung 12 geöffnet, der im Ringraum
32 auf den im Ventilgehäuse 37 eingeschliffünen Schaft 38 der Ventilnadel 36 wirkt,
und vor der Einspritzung geschlossen gehalten durch die Feder 40 und den Brennstoffdruck
in dem an die Belastungsleitung 28 angeschlossenen Raum 39.
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Der Kanal 29 steht durch eine Bohrung 54 mit der Ringnut 27 in Verbindung
und hat außerdem eine Verlängerung 55, die im Ventilgehäuse 3 angeordnet ist und
in dessen Paßfläche
mit dem Zylinder i ausmündet. Im Zylinder i
ist außer dem Kanal 16 ein Entlastungskanal 56 angeordnet, der in der genannten
Paßfläche der Körper i und 3 an die Bohrung 55 so anschließt, daß seine Mündung
sich mit derjenigen dieser Bohrung 56 nur teilweise deckt und eine Drosselstelle
bildet. Andererseits mündet der Entlastungskanal 56 wie der Saugkanal 8 in solcher
Höhe in die Bohrung :des Zylinders i, daß er beim Beginn des Druckhiebes des -Pump,enkolbens
6 von dessen Stirnkante 26 abgesperrt wind!. Die Kante 25 der Ausnehmung 22 am Pumpenkolben
liegt so tief, daß,die Mündung des Kanals 56 auch dann noch verdeckt ist, wenn sich
der Kolben 6 in sieiner inneren Hubendl;age befindet.
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Bei der äußeren Hubendlage des Kolbens 6 steht .der Axbeitsraum 9
durch den Saugkanal 8 mit dem Saugraum 7 in offener Verbindung; der Voreinspritzkolhen
14 steht an der Stirnfläche 2 i des Pumpienzylinders i an. Bei der Einwärtsb;ewegung
des Pumpenkolhens 6 wird zunächst der Saugkanal 8 von der Stirnkante 26 geschlossen,
worauf der Pumpenkolben 6 Brennstoff durch den Kanal 16
in den Antriebsraum
15 fördert und so den Voreinspritzkolben 14 in Bewegung setzt. Dieser fördert
infolgedessen Brennstoff aus denn Arbeitsraum i 7 durch den. Kanal 18 in
die Einspritzleitung 12 und verdichtet deren Inhalt und denjenigen des' Ringraumes
32, bis .der Druck im letzteren so weit gestiegen ist, daß er die Ventihvgdel36entgegen
der Kraft .der Feder 4o anhebt. Der weiter vom Hilfskolben 14 geförderte Brennsto-ff
spritzt durch die Düsenöffnungen 35 in den' Verbrennungsraum. Unmittelbar bevor
der Vor-.einspritzkolben 14 den Anschlagstift 2o erreicht, üb.erschleift seine Stirnkante
3 i die Kante 3o der Ringnut 27 (Abt. 2) und stellt über diese und die Belastungsleitung
28 die Verbindung des Arbeitsraumes 9 mit dem Raum 39 her, wo der Brennstoff zum
Schließren der Einspritz üs;e auf die Ventilnadel 36 einwirkt. Da der vom Pumpenkolben
6 paus dem Arbeitsraum 9 geförderte Brennstoff im Antriebsraum 15 nach dem
Raum 39 entweichen kann, kommt der Voreinspritzkolben 14 spätestens beim Anschlagen
an den Stift 2o zum Stillstand. Damit hört die Förderung aus dem Raum
17 in die Einspritzleitung, 12 auf. Weil der Brennstoff weiter durch die
Düsenöffnungen 35 in den Verbrennungsraum spritzt, sinkt der Druck im Ringraum 32
bald bis ,auf den Schließdruck des Einspritzventils, worauf die Ventilnade136 unter
dem Druck der Feder 4o die Düsenöffnungen 3 5 schließt und die Voreinspritzung beendet.
Das bei der Förderbewegung des Voreinspritzkolbens 14 von diesem ,a,us dem Raum,
17 verdrängte Brennstoffvolumen ist von der Drosselung des Brennstoffes bim
Abschließen des Saugka,nals 8 durch die Kante 26 vollkommen unabhängig und wird
nur von der eng begrenzbaren Veränderlichkeit der Stellung, -wo, der Kolben 14 zum
Stillstand kommt, besin$ußt.
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Der Pumpenkolben 6 drückt beim weiteren Fortschreiten den Brennstoff
im Arbeitsraum 9 und bis zum Augenblick, wo die Kolbenkante 26 die Mündung des Kanals
16 schließt, über diesen Kanal, den Antriebsraum 15, die Ring-, - nut 27,
den Kanal 29 und die Belastungsleitung 28 auch im Belastungsraum 39 des Einspritzventils
zusammen.
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Sobald der Druck des Brennstoffes im Arheitsraum 9 dazu ausreicht,
öffnet er das Druckventil i i entgegen dessen Belastung durch die Feder i o und
durch den am Ende de.: Voreinspritzung zurückgebliebenen Brennstoffdruck in der
Einspritzleitung 12. Dies kann zwar vor dem Schließen des Kanals 16
durch
den Pumpenkolben der Fall sein,; zweckmäßig werden die Dimensionsverhältnisse aber
so gewählt, äaß der Druck im Arbeitsraum 9 erst nach dem Absperren diesies Kanals
hoch genug steigt, um das Druckventil i i zu öffnen. -Mit dem Schließren der Mündung
des Kanals 16 durch die Kante 26 des Pumpenkolbens 6 wird der Antriebsraum
15 vom Arbeitsraum 9 abgesperrt, die Brennstofförderung in den Raum 39 unterbrochen
und in diesem eine Brennstoffmenge abgeschlossen, deren Druck neben der Kraft der
Feder 40 zum Geschlossenhalten der Düse auf die Ventilnadel 36 einwirkt. Nach dem
Öffnen des Druckventils i i wird der Brennstoff in der Einspritzleitung 12 und im
Ringraum 32 weiter verdichtet. Wenn der Druck im Ringraum 32 so weit gestiegen ist,
daß er die Ventilnadel 36 entgegen der Belastung durch die Feder 4o und den Brennstoffdruck
im Raum 39 anhebt, beginnt die Haupteinspritzung durch die Düsenöffnungen 35.
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Der Schluß dieser Einspritzung wird dadurch bewirkt, daß die Steuerkante
24 den Saugkana18 wieder öffnet und den Arbeitsraum 9 über die Nut 23 und die Ausnehmung
22 mit dem Brennstoffsaugraum 7 in Verbindung setzt. Infolgedessen wird das Druckventil
ii von seiner Feder io geschlossen und die Förderung in die Einspritzleitung unterbrochen.
Der Druck im Ringraum 32 fällt wieder ab, so daß die Ventilnade136 unter dem Druck
der Feder 40 und des im Raum 39 geschlossenen Brennstoffes die Düssnöffnungen 35
schließt. Wegen der Schraubenlinienfonn der Steuerkante 24 kann durch Drehen des
Pumpenkolbens 6 der Zeitpunkt des Öffnens des Saugkanals 8 und damit die Haupteinspritzbrennstoffmenge
verändert werden.
Beim Auswärtshub des Pumpenkolbens 6 entsteht
im Arbeitsraum 9 ein Unterdruck, der sich beim Wiederoffnen des Kanals 16 auch auf
den Antriebsraum 15 ausdehnt und dem Voreinspritzkolben 14 ermöglicht, unter dem
Druck der Feder i9 in seine Anfangsstellung an der Anschlagfläche 21 zurückzukehren.
Dabei saugt er aus der Einspritzleitung 12 so viel Brennstoff in seinen Arbeitsraum
17 zurück, daß der Druck in dieser Leitung vom Ventilschließdruck nach der Haupteinspritzung
bis unterhalb des Ventilöffnungsdruckes für die Vöreinspritzung gesenkt wird. Beim
Wied.eröffnen des Saugkanals 8 durch die Kante 26 bewirkt dann der Unterdruck im
Arbeitsraum 9 das Nachströmen frischen Brennstoffes aus dem Saugraum 7.
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Nachdem die Kante 26 auch die Mündung des Entlastungskanals 56 freigegeben
hat, entspannt sich der Brennstoff im Belastungsraum 39 durch die Leitung 28 und
die Kanäle 29, 55 und 56. den Arbeitsraum 9 und den Saugkanal 8 auf den im Saugraum
7 herrschenden niedrigen Druck. Eine schußartige Entlastung des Raumes 39, bei der
sich dieser Raum zum Teil entleeren könnte, wird dabei durch die Drosselung des
Brennstoffes an der übergangsstelle zwischen den Kanälen 55 und 56 vermieden.
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Die Fig.3 zeigt eine andere Ausführung der Entlastungsvorrichtung
für den Belastungsraum 39. Statt der Kanäle 55 und 56 im Ventilgehäuse ; und im
Zylinder i ist im Voreinspritzkolben eine Sackbohrung 5 i vorgesehen, die durch
eine Drosselbohrung 52 mit der Ringnut 27 verbunden ist, wenn der Voreinspritzkolben
14 am Anschlag 21 ansteht, aber im Anfang des Förderhubes des Voreinspritzkolbens
von der Kante 53 der genannten Ringnut geschlossen wird. Wenn dann beim Saughub
des Pumpenkolbens 6 derVoreinspritzkolben in diese Anschlagstellung zurückkehrt,
entspannt sich der im Belastungsraum 39 enthaltene Brennstoff über die Leitung 28,
den Kanal 29, die Ringnut 27, die beiden Bohrungen 52 und 51 und den Kanal 16 in
den Arbeitsraum g und nach dem Öffnen des Saugkanals 8 über diesen in den Saugraum
7. Auch hier ist durch Drosselung des Brennstoffes in der Bohrung 52 dafür gesorgt,
daß die Entlastung nicht schußartig vor sich geht.