DE19627584C2

DE19627584C2 - Verteiler für Verteilereinspritzpumpe

Info

Publication number: DE19627584C2
Application number: DE1996127584
Authority: DE
Inventors: Victor Prof Dr Ing Gheorghiu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2016-07-10
Also published as: DE19627584A1

Description

Die Hochdruck-Einspritzanlage sorgt für die Kraftstoffversorgung des Diesel- und des di rekt einspritzenden Ottomotors. Dazu erzeugt die Einspritzpumpe den zum Einspritzbeginn benötigten Druck. Der Kraftstoff wird über die Druckleitung zur Einspritzdüse gefördert und in den Verbrennungsraum eingespritzt. Für eine gute Gemischaufbereitung muß eine Einspritzpumpe den Kraftstoff je nach Verbrennungsverfahren mit einem (sehr) hohen Druck einspritzen und mit der größtmöglichen Präzision dosieren, damit jeweils die gleiche Kraftstoffmenge zu allen Zylindern und in allen aufeinanderfolgenden Motorzyklen (Arbeits spielen), in einem Stationärbetrieb des Motors, gefördert wird. Für maximale Pumpendreh zahlen unter 3000 U/min sind die obigen Anforderungen erfüllbar.

Die 4-Takt-Dieselmotoren wurden bisher großtechnisch für Drehzahlen (n), die unter 6000 U/min liegen, hergestellt. Wie bekannt, dreht bei Viertaktern die Einspritzpumpe halb und bei Zweitaktern gleich schnell wie die Kurbelwelle des Motors. Für sehr schnelle Viertakter mit n < 6000 U/min, sowie für Zweitakter, Wankelmotoren, usw., mit n < 3000 U/min, steht zur Zeit kein entsprechendes Einspritzsystem zur Verfügung.

Über eine Pumpendrehzahl von 3000 U/min, die zu einer Einspritzfrequenz von 50 Hz ent spricht, treten einerseits so starke, unerwünschte Resonanzphänomene auf, die sowohl in den Hochdruckleitungen als auch innerhalb der Pumpe stattfinden, so daß die Einspritzvor gänge aus der Kontrolle geraten können.

Das Auftreten der Resonanzphänomene innerhalb der Hochdruckleitungen ist durch die Elastizität des flüssigen Kraftstoffes bedingt. Ist das Verhältnis Rohrlänge zu Rohrinnen durchmesser zu groß, dann wird die flüssige Kraftstoffsäule im Rohr viel zu elastisch oder, anders gesagt, das dort entstehende elastische System viel zu "weich". Um dies zu beseiti gen, wird man üblich zu einer einfachen Maßnahme ergriffen, nämlich wird die Leitungslän ge bei gleichbleibendem Innendurchmesser reduziert.

Im Gegenteil sind die innerhalb der Pumpe auftretenden Resonanzphänomene sehr schwie rig zu beherrschen und beseitigen. Zum Beispiel kann das unvollkommene Ausfüllen des Einspritzzylinders (mit Kraftstoff) während des Ansaugprozesses, wodurch die Präzision des Dosierens völlig kompromittiert ist, die Erscheinung dieser Resonanzphänomene aus drücken.

Anderseits sind bei Pumpendrehzalen über 3000 l/min die mechanischen Beanspruchungen in Form von Druckspannung auf der Ablaufflanke der herkömmlichen Nocken inakzeptabel hoch. Spezielle in Form von exzentrischen oder tangentialen Nockenprofile können die Druckspannung auf der Ablaufflanke innerhalb der zulässigen Grenzen bewahren, aber er reicht in diesem Fall die Kolbenbeschleunigung des Einspritzelements sehr große und zu gleich stark schwankende Werte. Folglich sind sehr intensive Hochdruckschwankungen ins Gesamtsystem festzustellen, die insbesondere zur raschen Beschädigung der Einspritzdüsen- und Düsenhalterselementen durch Materialermüdung führen (siehe [1] (Literaturhinweis (s. Literaturliste)), S. 5 bis 9).

Infolgedessen kann man nun kurz zusammenfassen, daß die Drehzahlerhöhung der Pum penwelle keine befriedigende, globale Lösung des Problems der Einspritzfrequenzerhöhung darstellt. Auch neuentwickelte Einspritzsysteme, wie z. B. Common-Rail-Einspritzsystem wegen der zu hohen Frequenz, bei der das Magnetventil betätigt werden muß (über 50 Hz), können das oben dargestellte Problem zur Zeit nicht befriedigend lösen (siehe [2], S. 652).

Die in dem Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Erhö hung der Einspritzfrequenz bei gleichbleibender Pumpendrehzahl zu ermöglichen, und zwar vorteilhaft in der Art, daß die in jetzigen Ausführungen der Verteilereinspritzpumpen schon angepaßten und optimierten einzelnen Einspritzvorgänge, von der Neugestaltung des Ver teilers praktisch unbeeinträchtigt stattfinden können. Somit wird es ermöglicht, mit mini malen Änderungen in der Verteilergestaltung, jede beliebige herkömmliche Verteilerein spritzpumpe für den mehrfachen Einspritzfrequenzerhöhungsbetrieb umzustellen.

Um die neue Lösung besser erklären und die Unterschiede zu den herkömmlichen Ausfüh rungen deuten zu können, wird hier, als Ausführungsreferenz, eine für einen Vierzylinder motor hergestellte Verteilereinspritzpumpe Typ VE von Firma Robert Bosch GmbH aus gewählt (siehe [3], S. 148 bis 184).

Der Grundgedanke für die neue Lösung basiert auf dem Umstand, daß eine einzige Vertei lernut, wie es bisher verwendet wurde, alle Auslaßbohrungen bei einer Umdrehung des Verteilerkolbens jeweils einmal mit Kraftstoff versorgt (siehe z. B. das Bild 10, S. 159, [3]). Wird nun, wie in Fig. 1 dargestellt, der mit vier Einlaßschlitzen (5) ausgestattete Verteiler kolben (1) so realisiert, daß sich zwei (statt einer einzigen) mit einer Bohrung (6) verbunde ne Verteilernuten (3) gegenüberliegen, lassen sich die zwei (statt vier) unter einem rechten Winkel liegenden Auslaßbohrungen (4) des Verteilerkörpers (2) bei jeder Umdrehung des Kolbens jeweils zweimal (statt eines einzigen Males) mit Kraftstoff versorgen. Somit über nehmen die zwei mit den Auslaßbohrungen (4) verbundenen Pumpenanschlüße den Förder vorgang, mit einer verdoppelten Frequenz bei gleichbleibender Pumpendrehzahl.

Wird nun bei der Referenzeinspritzpumpe nur der Verteilerkolben (1) wie oben gezeigt (mit zwei Verteilernuten (3)) modifiziert, werden dadurch zusätzlich zur Frequenzerhöhung statt eine zwei gleichzeitige Einspritzungen (Einspritzung-Paare) erzielt.

Wird diesmal der Verteilerkolben (1) wie oben modifiziert und gleichzeitig die Anzahl der Einlaßschlitzen (5) halbiert, werden statt Einspritzfrequenzerhöhung nur Einspritzung- Paare, wie schon im [4] dargestellt ist, erreicht.

In Fig. 2 sind als Beispiel schematisch vier möglichen Ausführungen dargestellt. Die Abb. 1 bis 3 zeigen, wie die zweifache Frequenzerhöhung für eine (Abb. 1), zwei (Abb. 2) und drei (Abb. 3.a bzw. 3.b) Auslaßbohrungen bzw. Einspritzdüsen realisiert werden können. Eine dreifache Frequenzerhöhung für zwei Auslaßbohrungen bzw. Einspritzdüsen läßt sich nach dem gleichen Prinzip verwirklichen (s. Abb. 4.a, 4.b). Die Auslaßbohrungen können entsprechend in mehreren Positionen ausgeführt werden (man vergleiche die Abb. 3.a mit 3.b, bzw. 4.a mit 4.b).

Folgender Satz dient als Verallgemeinerung der in den Abb. 1 bis 4 dargestellten Ausführungen.

Im Falle der pro Umdrehung gleichmäßig verteilten Einspritzungen hat der Winkel zwischen den Auslaßbohrungen (4) (s. Fig. 1) gleichzeitig zwei Bedingungen zu erfüllen, nämlich er muß erstens gleich einem Vielfachen (≧1) des zwischen den Einlaßschlitzen (5) vorliegen den Winkels und zweitens differierend dem zwischen den Verteilernuten (3) vorhandenen Winkel sein. Jede andere gewünschte Ausführung kann aus dieser Verallgemeinerung ge wonnen werden.

Der neue Verteiler, der zu allen auf dem Markt vorhandenen Verteilereinspritzpumpen paßt, eignet sich zum Einsatz in Einspritzpumpen für Viertakt-, Zweitakt- und Wankelmotoren (siehe z. B. [1] als mögliche Anwendung bei Wankelmotoren), wenn deren Anwendungsbe reich Einspritzfrequenzen weit über 50 Hz erfordern.

Literatur

1. Eiermann, D., Nuber, R., Breuer, J., Soimar, M., Gheorghiu, M.: An Experimental Ap proach for the Development of a Small Spark Assisted Diesel Fueled Rotary Engine, SAE Technical Paper 930683 (1993).
2. Zellbeck, H., Schmidt, G.: Einspritzsysteme für zukünftige Anforderungen an schnellau fende Dieselmotoren, MTZ Motortechnische Zeitschrift 56 (1995) 11, S. 648 bis 655.
3. Robert Bosch GmbH: Diesel-Einspritztechnik, VDI-Verlag, 1993, ISBN 3-18-419116-8.
4. DE 34 37 973 C2

Claims

Verteiler für eine Einspritzpumpe eines mit z Einspritzdüsen ausgestatteten Verbrennungsmotors, bestehend aus einem drehbaren Verteilerkolben (1) und einem Verteilerkörper (2), wobei der Verteilerkörper (2) mit z Auslaßbohrungen (4) versehen ist und der Verteilerkolben (1) N miteinander verbundene Veteilernuten (3) sowie N.z Einlaßschlitze (5) aufweist
und wobei
der Winkel zwischen den Auslaßbohrungen (4) gleichzeitig zwei Bedingungen zu erfüllen hat, nämlich er muß erstens gleich einem Vielfachen (≧1) des zwischen den Einlaßschlitzen (5) vorliegenden Winkels und zweitens differierend dem zwi schen den Verteilernuten (3) vorhandenen Winkel sein.