DE4100832C2 - Einspritzpumpe für Dieselmotoren - Google Patents

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 Trennkolben begrenzt ist, wobei der Trennkolben durch den Pumpenkolben über das in Arbeitsraum des Pumpenkolbens eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen hydraulisch zu einer über Teile seines Hubes gleichsinnig mit der Bewegung des Pumpenkolbens verlaufende Bewegung angetrieben ist.

Eine solche Einspritzpumpe ist aus der DE 37 00 357 A1 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 Aufgabe der Erfindung besteht darin, 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 Arbeitsraum des Motors bringt große Vorteile in bezug auf eine Verringerung des Schadstoffausstoßes bzw. des Ausstoßes von Stickoxiden und in bezug auf eine Verbesserung der Verbrennung.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, 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 des Motors gesteuertes Magnetventil gesteuert ist, dass außerhalb des die Pumpe und die Düse enthaltenden Einspritzpumpenelements eine Mischkammer angeordnet ist, welche eine Emulsion von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit enthält, und welche mit dem Arbeitsraum des Trennkolbens über eine einen Rückfluß aus dem Arbeitsraum des Trennkolbens verhindernde Einrichtung verbunden ist, und dass der Arbeitsraum des Trennkolbens mit einem Druckraum vor der Einspritzdüse verbunden ist.

Eine ähnliche Einspritzpumpe ist zwar mit einer früheren Patentanmeldung die als DE 40 40 235 A1 nachveröffentlicht wurde bekannt. Diese unterscheidet sich aber von der obigen Lösung dadurch, dass dem Arbeitsraum vor dem Pumpenkolben nur Kraftstoff und dem Arbeitsraum vor dem Trennkolben nur Wasser zugeführt wird und beide Arbeitsräume beim Förderhub des Pumpenkolbens zur Einspritzung mit der Einspritzdüse verbunden werden.

Nach der erfindungsgemäßen Lösung dient die im Arbeitsraum des Pumpenkolbens enthaltene Flüssigkeit 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 Abhängigkeit 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 betreffenden 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 Kraftstoff 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 unabhängig 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 verschieden. 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 Zusatzflüssigkeit, 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 Ausführungsbeispielen schematisch erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Skizze einer Ausführungsform einer Pumpe-Düse.

Fig. 2 zeigt eine Skizze einer anderen Ausführungsform einer Pumpe-Düse.

Fig. 3 zeigt ein Detail.

Fig. 4 zeigt eine Pumpe-Düse entsprechend Fig. 2 in fünf verschiedenen Kolbenstellungen I bis V,

Fig. 5 zeigt ein abgewandeltes Detail nach Fig. 4.

Bei der Ausbildung nach Fig. 1 sind in einer gemeinsamen Führungsbohrung 1 der Pumpe-Düse 2 der von einer Nockenwelle angetriebenen Pumpenkolben 3 und der Trennkolben 4 geführt. 5 ist der Arbeitsraum des Pumpenkolbens 3 und 6 ist der Arbeitsraum 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 entwickenden 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 Arbeitraum 29 des Trennkolbens 20 ist daher völlig mit Emulsion gefüllt. Das Magnetventil ist geöffnet, sodaß 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, verschiebbar geführten Trennkolben begrenzt ist, wobei der Trennkolben durch den Pumpenkolben über das im Arbeitsraum des Pumpenkolbens eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen hydraulisch 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 des Motors gesteuertes Magnetventil (8, 19) gesteuert ist, dass außerhalb des die Pumpe und die Düse enthaltenden Einspritzpumpenelementes (2) eine Mischkammer (10, 24) angeordnet ist, welche eine Emulsion von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit 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 von der Einspritzdüse verbunden ist.

2. Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Arbeitsraum (5, 16) des Pumpkolbens (3, 17) zugeführte Flüssigkeit Kraftstoff oder eine andere Flüssigkeit, vorzugsweise 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) verbunden 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 gekennzeichnet, 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 Pumpenkolbens (17) zugewandten Kante (34) eine zu einem Raum niederen Drucks führende Entlastungsbohrung (33) aufsteuert, wobei der Hub des Trennkolbens (20) durch einen Anschlag (32) begrenzbar ist.

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 Zusatzflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebsgröße des Motors, vorzugsweise 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) angeordnet ist.