DE4100832A1 - Einspritzpumpe fuer dieselmotoren - Google Patents
Einspritzpumpe fuer dieselmotorenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzpumpe für
Dieselmotoren, insbesondere eine Pumpe-Düse, bei welcher der
Arbeitsraum des Pumpenkolbens durch einen gleichachsig mit
dem Pumpenkolben angeordneten, verschiebbar geführten Trenn
kolben begrenzt ist, wobei der Trennkolben durch den Pumpen
kolben über das in Arbeitsraum des Pumpenkolbens eingeschlos
sene Flüssigkeitsvolumen hydraulisch zu einer über Teile
seines Hubes gleichsinnig mit der Bewegung des Pumpenkolbens
verlaufenden Bewegung angetrieben ist.
Eine solche Einspritzpumpe ist aus der DE-OS 37 00 357
bekanntgeworden. Bei dieser bekannten Einspritzpumpe wird
lediglich der Kraftstoff aus dem Arbeitsraum des Trennkolbens
zur Düse gefördert und eingespritzt, wobei der in den
Arbeitsraum des Pumpenkolbens geförderte Kraftstoff zum
Antrieb des Trennkolbens und zur Steuerung der Einspritzung
aus dem Arbeitsraum des Trennkolbens dient.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Anordnung eines
solchen Trennkolbens dazu zu verwenden, um dem Motor außer
dem Kraftstoff noch eine Zusatzflüssigkeit, wie insbesondere
Wasser, zuzuführen. Die Zuführung von Wasser in den Arbeits
raum des Motors bringt große Vorteile in bezug auf eine
Verringerung des Schadstoffausstoßes bzw. des Ausstoßes von
Stickoxiden und in bezug auf eine Verbesserung der Verbren
nung.
Die Erfindung besteht hierbei im wesentlichen darin, daß
die Zufuhr der Flüssigkeit zum Arbeitsraum des Pumpenkolbens,
der Anschluß des Arbeitsraumes und die Überströmung der
Flüssigkeit aus demselben durch ein in Abhängigkeit von
wenigstens einer Betriebsgröße, insbesondere der Belastung,
des Motors gesteuertes Magnetventil gesteuert ist, daß
außerhalb des die Pumpe und die Düse enthaltenden Einspritz
pumpenelementes eine Mischkammer angeordnet ist, welche eine
Emulsion von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit, insbe
sondere Wasser, gegebenenfalls unter Zusatz eines Emulgators,
enthält, und welche mit dem Arbeitsraum des Trennkolbens über
eine einen Rückfluß aus dem Arbeitsraum der Trennkolben
verhindernde Einrichtung verbunden ist, und daß der Arbeits
raum des Trennkolbens mit einem Druckraum vor der Einspritz
düse verbunden ist.
Die im Arbeitsraum des Pumpenkolbens enthaltene Flüssig
keit dient nur dazu, um den Antrieb des Trennkolbens durch
den Pumpenkolben zu bewerkstelligen. Der einzuspritzende
Kraftstoff befindet sich in Form einer Emulsion nur im
Arbeitsraum des Trennkolbens der mit dem Druckraum von der
Einspritzdüse verbunden ist. Dadurch, daß die Zufuhr der
Flüssigkeit zum Arbeitsraum des Pumpenkolbens, der Abschluß
dieses Arbeitsraumes und die Überströmung der Flüssigkeit aus
demselben, d. h. die Entlastung dieses Arbeitsraumes in Ab
hängigkeit von wenigstens einer Betriebsgröße des Motors
gesteuert wird, wird auch der jeweilige Hub des Trennkolbens
gesteuert und die Einspritzmenge, der Spritzbeginn und das
Einspritzende werden daher in Abhängigkeit von der betreffen
den Betriebsgröße des Motors geregelt. Dadurch, daß die
Emulsion von Kraftstoff und Zusatzflüssigkeit bzw. Wasser
außerhalb der Pumpe-Düse oder dgl. vorbereitet wird, steht
eine homogene Emulsion für die Einspritzung zur Verfügung und
dadurch daß der zwischen der Mischkammer und dem Arbeitsraum
des Trennkolbens eine einen Rückfluß aus dem Arbeitsraum des
Trennkolbens verhindernde Einrichtung vorgesehen ist, kann
beim Druckhub des Trennkolbens der nötige Einspritzdruck
aufgebaut werden.
Da die Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum des Pumpenkolbens
nicht eingespritzt wird, muß diese Flüssigkeit nicht Kraft
stoff sein, sondern es kann auch gemäß der Erfindung eine
andere Flüssigkeit verwendet werden und zwar vorzugsweise
eine Flüssigkeit von geringer Kompressibilität. Konstruktiv
ist es am einfachsten als solche Flüssigkeit Kraftstoff zu
verwenden, da dieser Kraftstoff zur Verfügung steht. Eine
solche andere Flüssigkeit soll neben der geringen Kompressi
bilität auch andere Eigenschaften haben, nämlich die Möglich
keit der Anwendung eines höheren Druckes, eine geringere
Empfindlichkeit für Totvolumen, einem besseren Wirkungsgrad
und eine gute Funktionsfähigkeit bei tiefer Temperatur. Es
soll auch die Viskosität dieser Flüssigkeit weitgehend von
Temperaturschwankungen umabhängig sein. Als solche Flüssig
keit kann auch beispielsweise Wasser, gegebenenfalls unter
Zusatz eines Frostschutzmittels Verwendung finden.
Gemäß der Erfindung kann die Mischkammer mit dem Ar
beitsraum des Trennkolbens über ein in Richtung zum Arbeits
raum des Trennkolbens öffnendes Rückschlagventil verbunden
sein. Eine solche Anordnung hat aber den Nachteil, daß das
Rückschlagventil bei der Einspritzung unter Hochdruck steht
und daher Leckverluste vorkommen können. Vorzugsweise ist
daher gemäß der Erfindung die Verbindung des Mischraumes mit
dem Arbeitsraum des Trennkolbens vom Pumpenkolben gesteuert.
Eine solche Ausbildung kann gemäß der Erfindung in vorteil
hafter Weise dadurch verwirklicht werden, daß die Mischkammer
über eine die Führungsbohrung des Pumpenkolbens schneidende
Bohrung mit dem Arbeitsraum des Trennkolbens verbunden ist,
deren Mündungen in die Führungsbohrung einander
gegenüberliegen und im Bereich der unteren Totlage von einer
Ringnut des Pumpenkolbens überschliffen werden.
Um einen gefährlichen Druckanstieg im Arbeitsraum des
Pumpenkolbens zu verhindern kann gemäß der Erfindung der
Trennkolben in der oberen Totlage mit seiner dem Arbeitsraum
des Pumpenkolbens zugewandten Kante eine eine zu einem Raum
niederen Druckes führende Entlastungsbohrung aufsteuern,
wobei der Hub des Trennkolbens durch einen Anschlag begrenzt
werden kann.
Der Rückhub des Trennkolbens kann einfach durch die
Druckdifferenz im Arbeitsraum des Pumpenkolbens und im
Arbeitsraum des Trennkolbens bewirkt werden. Es kann aber
auch der Trennkolben durch eine in Richtung zum Arbeitsraum
des Pumpenkolbens wirkende Rückstellfeder belastet werden.
Die Mischkammer soll möglichst nahe dem Arbeitsraum des
Trennkolbens angeordnet sein um eine Entmischung des Wassers
vom Kraftstoff zu vermeiden.
Gemäß der Erfindung kann ein den jeweiligen Hub des
Trennkolbens anzeigender Hubgeber vorgesehen sein. Der
Querschnitt des Trennkolbens ist unveränderbar und der Hub
desselben gibt daher die Einspritzmenge an.
Die erforderliche Wassermenge, welche zugesetzt werden
soll, ist bei den verschiedenen Betriebsbedingungen verschie
den. Bei voller Last soll die Emulsion viel Wasser enthalten.
Bei niedriger Belastung ist wenig Wasser erforderlich und
beim Bremsvorgang soll ein Wasserzusatz vermieden werden.
Gemäß der Erfindung wird daher vorzugsweise die Menge der in
oder vor der Mischkammer dem Kraftstoff zugegebenen Zusatz
flüssigkeit, insbesondere des Wassers, in Abhängigkeit von
wenigstens einer Betriebsgröße des Motors, insbesondere der
Belastung des Motors, geregelt.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausfüh
rungsbeispielen schematisch erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Skizze einer Ausführungsform einer
Pumpe-Düse. Fig. 2 zeigt eine Skizze einer anderen Ausfüh
rungsform einer Pumpe-Düse. Fig. 3 zeigt ein Detail. Fig. 4
zeigt eine Pumpe-Düse entsprechend Fig. 2 in fünf verschie
denen Kolbenstellungen I bis V, Fig. 5 zeigt eine abgewandel
tes Detail nach Fig. 4.
Bei der Ausbildung nach Fig. 1 sind in einer gemeinsamen
Führungsbohrung 1 der Pumpe-Düse 2 der von einer Nockenwelle
angetriebene Pumpenkolben 3 und der Trennkolben 4 geführt. 5
ist der Arbeitsraum des Pumpenkolbens 3 und 6 ist der Ar
beitsraum des Trennkolbens 4. In eine in den Arbeitsraum 5
mündende Bohrung 7 ist ein Magnetventil 8 eingeschaltet,
welches in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsgrößen des
Motors, insbesondere von der Belastung gesteuert wird. Über
dieses Magnetventil 8 wird dem Arbeitsraum 5 Kraftstoff über
eine Leitung 9 zugeführt. In eine außerhalb der Pumpe-Düse
angeordnete Mischkammer 10 wird Kraftstoff über eine Zweig
leitung 11 und Wasser, gegebenenfalls unter Zusatz eines
Emulgator über eine Leitung 12 eingeführt. Die Mischkammer 10
ist über eine Bohrung 13 mit dem Arbeitsraum 6 des Trenn
kolbens 4 verbunden. In diese Bohrung ist ein Rückschlag
ventil 14 eingeschaltet, welches in Richtung zum Arbeitsraum
6 öffnet. Aus dem Arbeitsraum 6 wird die Emulsion von Kraft
stoff und Wasser über eine Bohrung 15 zur Einspritzdüse
gefördert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als Flüssigkeit für
die Übertragung der Hubbewegung vom Pumpenkolben 3 auf den
Trennkolben 4 Kraftstoff verwendet, welcher durch die Leitung
9 zugeführt wird. Es kann aber durch diese Leitung 9 auch
andere Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser zugeführt
werden. In diesem Fall entfällt die Verbindungsleitung 11 und
es kann Kraftstoff und Wasser gemeinsam durch die Leitung 12
der Mischkammer 10 zugeführt werden. Bei dieser Ausführungs
form nach Fig. 1 ist das Rückschlagventil 14 durch den bei der
Einspritzung auftretenden Hochdruck belastet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird dem Arbeitsraum
16 des Pumpenkolbens 17 eine Flüssigkeit über ein von einer
Betriebsgröße gesteuertes Magnetventil 19 zugeführt. Unter
Zwischenschaltung dieses Flüssigkeitvolumens wird der Trenn
kolben 20 vom Pumpenkolben 17 betätigt. Der Trennkolben 20
ist in einer Führungsbohrung 21 der Pumpe-Düse 22 geführt,
deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Führungs
bohrung 23 in welcher der Pumpenkolben 17 geführt ist. Es
wird auf diese Weise die Kraft des Trennkolbens 20 ver
größert.
In einer außerhalb der Pumpe-Düse 22 liegenden Mischkam
mer 24 befindet sich eine Emulsion von Wasser und Kraftstoff
oder wird in dieser hergestellt. An diese Mischkammer 24 ist
eine Bohrung 25 angeschlossen, welche die Führungsbohrung 23
des Kolbens 17 senkrecht schneidet. In der unteren Totlage
des Pumpenkolbens 17 verbindet eine Ringnut 26 des Pumpenkol
bens 17 den Zweig 25a mit dem Zweig 25b der Bohrung 25 und
die Emulsion von Kraftstoff und Wasser gelangt über Bohrungen
27 und 28 in den Arbeitsraum 29 des Trennkolbens 20. Beim
Druckhub des Trennkolbens 20 gelangt die Emulsion über eine
Bohrung 30 in die Einspritzdüse.
Um die Einspritzmenge kontrollieren zu können, kann ein
mit 31 angedeuteter Hubgeber vorgesehen sein, welcher den
jeweiligen Hub des Trennkolbens 30 und damit das eingespritz
te Volumen anzeigt.
Der Hub des Trennkolbens 20 ist durch einen Anschlag 32
begrenzt. Um zu vermeiden, daß durch einen sich im Arbeits
raum 16 entwickelnden übermäßigen Druck die Pumpe-Düse ge
schädigt werden kann, kann eine Anordnung gemäß Fig. 3 ge
troffen werden. Wie Fig. 3 zeigt, mündet die Führungsbohrung
21 für den Trennkolben 20 eine Bohrung 33, welche zu einem
Raum niedrigen Druckes führt. Diese Bohrung wird bei der
oberen Totlage des Trennkolbens 3 durch die dem Arbeitsraum
16 des Pumpenkolbens zugewendete Oberflächenkante 34 des
Trennkolbens 20 aufgesteuert und der Arbeitsraum 16 wird
entlastet.
Fig. 4 zeigt schematisch fünf Kolbenstellung Pos. I bis V
der Anordnung gemäß Fig. 2.
Pos. I: Die von der Mischkammer 24 ausgehende Bohrung 25
ist durch den Pumpenkolben 17 verschlossen. Das Magnetventil
19 ist offen und der Arbeitsraum 16 des Pumpenkolbens 17 ist
drucklos, der Trennkolben 20 befindet sich in seiner unteren
Totlage.
Pos. II: Das Magnetventil 19 ist abgeschlossen und es
baut sich daher der Druck im Arbeitsraum 16 auf. Der Trenn
kolben 20 wird in Richtung zur oberen Totlage bewegt und die
Einspritzung erfolgt über den Kanal 30.
Pos. III: Der Pumpenkolben 17 und Trennkolben 20 haben
ihre obere Totlage erreicht. Das Magnetventil 19 ist offen
und die Einspritzung ist beendet.
Pos. IV: Der Pumpenkolben 17 befindet sich im Bereich
seiner oberen Totlage. Die Ringnut 26 des Pumpenkolbens 17
gibt die Querbohrung 25 frei. Der Pumpenkolben 17 saugt bei
seinem Hub in Richtung zur unteren Totlage den Trennkolben 20
an und der Arbeitsraum 29 des Trennkolbens 20 füllt sich mit
Emulsion. Hiebei ist das Magnetventil 19 geschlossen.
POS. V: Der Trennkolben 20 befindet sich in seiner
unteren Totlage. Der Arbeitsraum 29 des Trennkolbens 20 ist
daher völlig mit Emulsion gefüllt. Das Magnetventil ist
geöffnet, so daß der Arbeitsraum 16 des Pumpenkolbens 17
drucklos ist und das Magnetventil 19 wird erst wieder in der
Pos. II geschlossen.
Fig. 5 zeigt in abgewandelter Form wieder die Stellung
des Trennkolbens 20 entsprechend Pos. V. Hier ist eine Rück
holfeder 35 im Arbeitsraum 29 des Trennkolbens 20 vergesehen,
welche den Trennkolben 20 in Richtung der oberen Totlage
drückt. In diesem Fall es nicht notwendig, daß bei der
Stellung Pos. IV das Magnetventil geschlossen ist, da in
Anbetracht dieser Feder 35 der Pumpenkolben 17 den Trennkol
ben 20 nicht ansaugen muß.
Claims (10)
1. Einspritzpumpe für Dieselmotoren, insbesondere Pumpe-
Düse, bei welcher der Arbeitsraum des Pumpenkolbens durch
einen gleichachsig mit dem Pumpenkolben angeordneten, ver
schiebbar geführten Trennkolben begrenzt ist, wobei der
Trennkolben durch den Pumpenkolben über das im Arbeitsraum
des Pumpenkolbens eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen hydrau
lisch zu einer über Teile seines Hubes gleichsinnig mit der
Bewegung des Pumpenkolbens verlaufenden Bewegung angetrieben
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Flüssigkeit
zum Arbeitsraum (5, 16) des Pumpenkolbens (3, 17), der Abschluß
des Arbeitsraumes (5, 16) und die Überströmung der Flüssigkeit
aus demselben durch ein in Abhängigkeit von wenigstens einer
Betriebsgröße, insbesondere der Belastung, des Motors ge
steuertes Magnetventil (8, 19) gesteuert ist, daß außerhalb
des die Pumpe und die Düse enthaltenden Einspritzpumpen
elementes (2) eine Mischkammer (10, 24) angeordnet ist, welche
eine Emulsion von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit,
insbesondere Wasser, gegebenenfalls unter Zusatz eines
Emulgators, enthält, und welche mit dem Arbeitsraum (6, 29)
des Trennkolbens (4, 20) über eine einen Rückfluß aus dem
Arbeitsraum (6, 29) des Trennkolbens verhindernde Einrichtung
(14, 26) verbunden ist, und daß der Arbeitsraum (6, 29) des
Trennkolbens (4, 20) mit einem Druckraum vor der Einspritzdüse
verbunden ist.
2. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die dem Arbeitsraum (5, 16) des Pumpenkolbens (3, 17)
zugeführte Flüssigkeit Kraftstoff oder eine andere Flüssig
keit, insbesondere von geringer Kompressibilität, ist.
3. Einspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mischkammer (10) mit dem Arbeitsraum
(6) des Trennkolbens (4) über ein in Richtung zum Arbeitsraum
(6) des Trennkolbens öffnendes Rückschlagventil (14) ver
bunden ist.
4. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbindung der Mischkammer (24) mit
dem Arbeitsraum (29) des Trennkolbens (20) vom Pumpenkolben
(17) gesteuert ist.
5. Einspritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Mischkammer (24) über eine die Führungsbohrung
(23) des Pumpenkolbens (17) schneidende Bohrung (25) mit dem
Arbeitsraum (29) des Trennkolbens (20) verbunden ist, deren
Mündungen (25a, 25b) in die Führungsbohrung (23) einander
gegenüberliegen und im Bereich der unteren Totlage von einer
Ringnut (26) des Pumpenkolbens (17) überschliffen werden.
6. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkolben (20) in der
oberen Totlage mit seiner dem Arbeitsraum (16) des Pumpen
kolbens (17) zugewandten Kante (34) eine zu einem Raum
niederen Druckes führende Entlastungsbohrung (33) aufsteuert,
wobei der Hub des Trennkolbens (20) durch einen Anschlag (32)
begrenzt sein kann.
7. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkolben (20) durch eine
in Richtung zum Arbeitsraum (16) des Pumpenkolbens (17)
wirkende Rückstellfeder (35) belastet ist.
8. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß ein den jeweiligen Hub des
Trennkolbens (20) anzeigender Hubgeber (31) vorgesehen ist.
9. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der in oder vor der
Mischkammer (10, 24) dem Kraftstoff zugegebenen Zusatz
flüssigkeit, insbesondere des Wassers, in Abhängigkeit von
wenigstens einer Betriebsgröße des Motors, insbesondere der
Belastung des Motors, geregelt wird.
10. Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (10, 24) möglichst
nahe dem Arbeitsraum (6, 29) des Trennkolbens (4, 20) ange
ordnet ist.
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