-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Brennstoffeinspritzpumpe für Verbrennungsmotoren, insbesondere
langsamlaufende Großdieselmotoren für die Schiffahrt, zur Zufuhr
einer veränderlichen Menge von Brennstoff an eine
Einspritzdüse, die sich im Arbeitszylinder des Motors
befindet, wobei die Einspritzdüse eine gefederte Nadel in der
Düsenöffnung aufweist, und wobei die Pumpe einen Zylinder
umfaßt, in dem ein Plungerkolben mit einer oberen Kante,
die zwischen der Endfläche und der Seitenfläche des
Plungerkolbens gebildet ist und mindestens einer sich
schraubenförmig erstreckenden schrägen Steuerkante, beweglich
ist, wobei die schräge Steuerkante eine Aussparung in der
Seitenfläche des Plungerkolbens festlegt, wobei die
Aussparung durch eine axiale Leitung mit der Endfläche des
Plungerkolbens verbunden ist, wobei der die Wand des Zylinders
getrennte Sätze von Löchern zur Kontrolle des Anfangs und
des Endes des effektiven Pumpenhubs aufweist, wobei die
Löcher gegenüber einer umgebenden Zufuhrkammer offen sind,
die den Brennstoff unter moderatem Druck enthält, wobei die
Löcher ein Taktungsloch umfassen, das bei der Bewegung des
Plungerkolbens von der unteren zur oberen Position von der
Seitenfläche des Plungerkolbens unter der oberen Kante
bedeckt ist, sowie ein Entlastungsloch, das später durch die
schräge Steuerkante zur Ableitung von überflüssigem
Brennstoff am Ende des effektiven Pumpenhubs freigelegt wird,
und wobei mindestens einige der Löcher mit einem
Mündungsglied mit einer Öffnung versehen sind, die bezüglich des
Querschnittes des Loches verkleinert ist, um während eines
Teils der Bewegung des Plungerkolbens einen erhöhten
statischen Druck in diesen Löchern bereitzustellen.
-
In herkömmlichen Brennstoffeinspritzpumpen ist jede schräge.
Steuerkante einem Loch durch die Wand des Zylinders
zugeordnet, und der Plungerkolben ist so ausgebildet, daß
dieses Loch am Anfang der Bewegung des Plungerkolbens von der
oberen Kante des Plungerkolbens bedeckt ist, und dasselbe
Loch wird später von der schrägen Steuerkante freigelegt,
wenn die festgelegte Menge Treibstoff den Einspritzdüsen
zugeführt wurde. Eine derartige Anordnung funktioniert in
kleinen und mittleren Motoren zufriedenstellend, aber in
langsamlaufenden Großdieselmotoren kommt es zu Problemen,
die auf die großen Ausmaße der Pumpen und auf die Maßnahmen
zurückgeführt werden können, die ergriffen werden müssen,
um die Druckveränderungen im Einspritzsystem am Anfang und
am Ende des effektiven Pumpenhubs zu dämpfen. Die Probleme
können die Erosion auf den Seitenflächen des Plungerkolbens
sein, die sich aus der Kavitation in den Löchern aufgrund
einer hohen Strömungsgeschwindigkeit ergibt. Eine Erhöhung
des Querschnittes der Löcher kann jedoch nicht direkt
durchgeführt werden, da die Löcher, wenn sie von der
schrägen Steuerkante freigelegt sind, den Druckabbau durch einen
gewissen Durchflußwiderstand verzögern müssen. Diese
Verzögerung ist erforderlich, um die Kavitation in den Düsen zu
verhindern und um zu verhindern, daß Verbrennungsgas in die
Einspritzdüsen eindringt. Es ist auch wünschenswert, wenn
möglich eine verhältnismäßig große Tragfläche zwischen dem
Plungerkolben und dem Zylinder im Bereich an der oberen
Kante des Plunger kolbens zu erhalten, um das Risiko von
Fressern in diesem Bereich zu vermindern, wenn Brennstoff
mit geringeren Schmiereigenschaften verwendet wird.
-
Eine Einspritzpumpe der obenerwähnten Art wird in US-A-
4118156 offenbart. Die Mittel zur Erhöhung des statischen
Drucks in den absteuerbaren Löchern sind gefederte Ventile,
die den Fluß des Brennstoffes in die und aus der
Zufuhrkammer kontrollieren. Die Anordnung ist kompliziert und
erfordert einen hohen Energiebedarf der Pumpe, die
Brennstoff an die Zufuhrkammer liefert.
-
Andere Anordnungen zur Erhöhung des statischen Drucks in
den absteuerbaren Löchern werden in der deutschen
Offenlegungsschrift Nr. 25 32 205 und in US-A-5 015 160
beschrieben.
-
US-A-4 957 418 offenbart eine Brennstoffeinspritzpumpe, die
einen Plungerkolben umfaßt, der mit absteuerbaren Löchern
in einem Zylinder zusammenarbeitet, wobei die Mittel, um
einen erhöhten statischen Druck in den genannten Löchern
bereitzustellen, in einem dieser Löcher untergebracht sind.
Die Mittel umfassen eine Beschränkung der Öffnung, die im
Loch angebracht ist, deren Verschluß den Einspritzhub
auslöst, der die Entlastung am Ende des Hubs auslöst. Diese
bekannte Anordnung führt zu einem seitlichen Druck auf den
Plungerkolben, was im Fall von Brennstoffen mit genügen
Schmiereigenschaften zu einem erhöhten Verschleiß des
Plungerkolbens führen kann.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Brennstoffeinspritzpumpe der im Oberbegriff des Anspruchs genannten Art
bereitzustellen, bei der die Erosion an der Oberseite des
Plungerkolbens beseitigt ist und die für Brennstoffe mit
geringen Schmiereigenschaften verwendet werden kann und die
eine einfache Konstruktion aufweist. Diese Aufgabe wird
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Mündungsglied
nur im Satz von Taktungslöchern angebracht ist.
-
Die Erfindung betrifft Brennstoffeinspitzpumpen, in denen
der Anfang und das Ende des effektiven Pumpenhubs mit. Hilfe
von getrennten Sätzen von Löchern kontrolliert wird. Mit
dieser Verbindung von Merkmalen kann erzielt werden, daß
der. Plungerkolben eine vergleichsweise große Tragfläche
erhält, und daß die Gestalt und die Größe der Öffnungen im
Zylinder optimierte Abmessungen aufweisen können, wobei die
Öffnungen vom Plungerkolben abgedeckt und freigelegt
werden, und schließlich, daß die Mündungsglieder keinen
unausgeglichenen Druck auf den Plungerkolben ausüben.
-
Es hat sich gezeigt, daß die Konstruktion gemäß der
Erfindung die Erosion auf dem Plungerkolben beseitigt und die
Abnutzung auf dem Plungerkolben, der mit den absteuerbaren
Löchern in Form eines Satzes von Taktungslöchern und eines
Satzes von Entlastungslöchern zusammenarbeitet, verringert.
-
Die Erfindung wird nun in Einzelheiten unter Bezugnahme auf
die Zeichnung beschrieben; in der
-
Fig. 1 ein Axialanschnitt durch eine
Brennstoffeinspritzpumpe gemäß der Erfindung ist,
-
Fig. 2 eine Teilansicht eines Querschnittes durch die Wand
des Zylinders entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1 ist,
-
Fig. 3 ein Diagramm ist, das den Druck in der Pumpe gemäß
der Erfindung während einer Brennstoffeinspritzung zeigt,
und
-
Fig. 4a, 4b und 4c eine schematische Darstellung von
absteuerbaren Löchern in einer Längsschnittansicht zeigen.
Die in Fig. 1 im Axialschnitt dargestellte
Brennstoffeinspritzpumpe 1 umfaßt einen Zylinder 2, in dem ein
Plungerkolben 3 beweglich angebracht ist. Der Zylinder 2 ist dazu
geeignet, in ein Pumpengehäuse herkömmlicher Bauart
eingebaut zu werden, das eine Zufuhrkammer umfaßt, die den
mittleren Abschnitt des Zylinders umgibt, und in die
überflüssiger Brennstoff abgeleitet werden kann, und von wo aus
während des Weges des Rückhubs des Plungerkolbens
Brennstoff in den Zylinder geliefert werden kann. Der
Plungerkolben 3 umfaßt eine obere Kante 4, die zwischen der
Endfläche und der Seitenfläche des Plungerkolbens gebildet
ist. Der Plungerkolben umfaßt außerdem eine Aussparung 5,
die in der Richtung der Endfläche des Plungerkolbens durch
eine schräge Steuerkante 6 begrenzt ist, die sich
schraubenförmig entlang der Seitenfläche des Plungerkolbens
erstreckt. Die schräge Steuerkante 6 weist einen Winkel von
z. B. 120º auf, und gewöhnlich ist ein Plungerkolben mit
zwei gegenüberliegend angebrachten Steuerkanten 6 ausgestattet.
Der Plungerkolben 2 ist mit Kupplungsmitteln 7 für
einen drehenden Mechanismus versehen, mit Hilfe dessen der
Plungerkolben zur Einstellung der Zufuhrmenge gedreht
werden kann, und Kupplungsmitteln 8 für eine Rollenführung.
die dazu geeignet ist, den Plungerkolben axial zu bewegen.
Diese Mechanismen sind nicht Teil der Erfindung und können
in herkömmlicher Weise ausgebildet werden. Der
Plungerkolben 3 umfaßt auch eine axiale Leitung 9, die die
Aussparung 5 mit dem Raum 10 über der Endfläche des
Plungerkolbens 4 verbindet.
-
Die Pumpe ist dazu geeignet, eine veränderliche Menge von
Brennstoff an die Einspritzdüsen in den Arbeitszylindern
eines Dieselmotors zu liefern. Die Zufuhrmenge wird durch
die Drehung des Plungerkolbens 3 eingestellt. Der effektive
Pumpenhub wird durch die Tatsache verursacht, daß die Kante
an der Endfläche 4 des Plungerkolbens während ihrer
Bewegung nach oben einen Satz von Taktungslöchern 11 im
Zylinder 2 der Pumpe abdeckt, und der effektive Pumpenhub endet,
wenn die schräge Steuerkante 6 einen Satz von
Entlastungslöchern 12 freilegt, wobei der Druck in der Pumpenkammer
über der Endfläche 4 des Plungerkolbens durch die axiale
Leitung 9, die Aussparung 5 und die Entlastungslöcher 12 in
die Zufuhrkammer, die den Zylinder 2 umgibt, entlastet
wird.
-
In Brennstoffeinspritzpumpen von langsamlaufenden
Großdieselmotoren z. B. für die Schiffahrt ergeben sich besondere
Probleme aufgrund der großen Ausmaße der Pumpe und der
hohen Drücke, mit denen der Brennstoff eingespritzt wird,
wobei diesen Problemen von der beschriebenen Pumpe durch
die Verwendung von getrennten, besonders gestalteten
Taktungslöchern und Entlastungslöchern am Beginn und am Ende
des effektiven Pumpenhubs begegnet wird. Durch die
Verwendung von getrennten Sätzen von Löchern können die
Taktungslöcher so gestaltet werden, daß die Kavitation, die
von der Unterbrechung der Strömung des Brennstoffes herrührt,
der mit einer großen Geschwindigkeit ausgestoßen
wird, effektiv verhindert wird. Die Entlastungslöcher sind
sö ausgebildet, daß eine geeignete Dämpfung des
abgeleiteten Brennstoffes erzielt wird, so dass das Risiko von
Druckschwankungen, die dazu führen können, daß
Verbrennungsstoffe in die Einspritzdüsen eindringen, beseitigt
wird, oder so, daß die Kavitation in den Einspritzdüsen
verhindert wird. Außerdem kann die Tragfläche zwischen, dem
oberen Abschnitt des Plungerkolbens und der Wand des
Zylinders durch eine entsprechende Größe des axialen
Abstandes zwischen den Löchern 11 und 12 eine geeignete
Größe erhalten.
-
Die Taktungslöcher haben herkömmlicherweise einen größeren
Querschnittals die Entlastungslöcher 12. Die Kavitation
kann jedoch gemäß der Erfindung am effektivsten durch die
Anbringung eines Mündungsgliedes 13 am. Ausgang des
Taktungsloches in die Zufuhrkammer verhindert werden, wie
in Fig. 2 gezeigt. Das Mündungsglied ergibt eine derartige
Strömungspassage, daß der Druck im Taktungsloch vor, dem
Mündungsglied wesentlich höher ist als der Druck in der
Zufuhrkammer unmittelbar bevor das Loch abgedeckt wird,
wenn die Kante der Endfläche 4 des Plungerkolbens
vorbeiäuft. Der Durchflußwiderstand im Mündungsglied führt zu
einem derartig verzögerten Zusammenbruch des Druckes an der
Seitenfläche des Plungerkolbens, daß es zu keiner
Kavitation kommt.
-
Die Entlastungslöcher 12, die von der schrägen Steuerkante
6 freigesetzt werden, besitzen gewöhnlich ein Längsprofil
in Form eines Diffusors, wobei der kleinste Querschnitt an
der Wand des Zylinders vorgesehen ist. Der kleine
Querschnitt an der Wand des Zylinders ist wünschenswert, um
eine schnelle Freisetzung des Loches 12 und somit eine
deutliche Druckentlastungssequenz im Einspritzsystem zu
erhalten.
-
Das Diagramm in Fig. 3 zeigt die Drucksequenz. in einer
Brennstoffeinspritzpumpe gemäß der Erfindung, dargestellt
als eine Funktion des Kurbelwinkels. Die durchgezogen
gezeichnete Kurve zeigt den Druck in der Pumpenkammer 10 an.
Die Kurve zeigt, daß der Druck in der Pumpenkammer
anzusteigen beginnt, sobald der Plungerkolben 3 nach oben
bewegt wird, aber der steile Anstieg beginnt bei 14, wo die
Taktungslöcher 11 vom Plungerkolben unter, seiner oberen
Kante 4 bedeckt sind. Bei 15 sind die Einspritzdüsen
geöffnet, und beim fortgesetzten Pumpenhub wird die eingestellte
Menge von Brennstoff in den Arbeitszylinder des Motors
eingespritzt. Bei 16 werden die Entlastungslöcher freigelegt,
worauf der Druck in der Pumpenkammer in einem gedämpften
Verlauf abfällt, wodurch Druckschwankungen im
Einspritzsystem entgegengewirkt wird, und wodurch eine korrekte
Schließfunktion der Nadeln in den Einspritzdüsen
sichergestellt wird. Eine unterbrochene Linie 17 zeigt die
Drucksequenz in der Kammer zwischen dem Mündungsglied und
der Seite des Plungerkolbens, wobei die Kammer mit einem
geeignet dimensionierten Mündungsglied 13 versehen ist. Es
ist ersichtlich, daß ein allmählicher Druckabfall erzielt
werden kann, wobei dieser Druckabfall effektiv die
Kavitation im Seitenloch neben der Plungerkolbenseite verhindert.
-
Fig. 4a, 4b und 4c zeigen im Längsschnitt schematische
Ausführungsbeispiele von absteuerbaren Löchern. Fig. 4a zeigt
somit ein Ausführungsbeispiel, in dem das Mittel zur
Durchflußbegrenzung in Form eines Mündungsgliedes 21 in einem
absteuerbaren Loch 20 nahe seinem Ausgang 22 in die
Zufuhrkammer angebracht ist. In diesem Ausführungsbeispiel
wird eine maximale Größe der Kammer, die durch Absteuerung
und Entlastung unter Druck gesetzt wird, und folglich das
größtmögliche Volumen in der Kammer zwischen dem
Mündungsglied und dem Einlaß und somit die bestmögliche
Beibehaltung des Druckes erzielt. Das Mündungsglied kann mehrere
Strömungswege oder eine Strömungsrichtung der Strömungswege
in einem Winkel bezüglich der Achse des steuerbaren Loches
aufweisen. Ein Vorteil der Strömungswege, die einen Winkel
mit der. Achse des absteuerbaren Loches bilden, liegt darin,
daß die entlastete Flüssigkeit nicht senkrecht mit einer
gegenüberliegenden Wand der Zufuhrkammer in Berührung
könnt, und daß das Risiko der Erosion der Wand verringert
wird. Die Kammer zwischen der Wand des Zylinders und dem
Mündungsglied kann außerdem eine nichtzylindrische Form
aufweisen. Die Form kann z. B. konisch sein, so daß die
absteuerbare Öffnung in der Wand des Zylinders etwas
kleiner als der Durchmesser der Kammer ist, in die das
Mündungsglied eingebaut ist. Auf diese Weise wird die
durchflußkontrollierende Wirkung auf das Loch in der Wand
des Zylinders und auf das Mündungsglied verteilt, was
vorteilhaft sein kann, wenn keine getrennten Taktungs- und
Entlastungslöcher vorhanden sind.
-
In Fig. 4b ist das Mündungsglied 23 ungefähr in der Mitte
von Loch 20 angeordnet, was zu einer kleineren Kammer
führt, aber auch zu einem größeren Abstand des
Mündungsglieds 23 zur gegenüberliegenden Wand der Zufuhrkammer, wo
die Flüssigkeit, die vom Mündungsglied ausfließt, Erosion
hervorrufen kann.
-
Fig. 4c zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
absteuerbaren Loches 20, das mit einem Mündungsglied
versehen ist. Das Mündungsglied 24 ist im wesentlichen in der
Mitte des Loches angebracht, das in der Richtung zum
Ausgang 22 in die Zufuhrkammer wie ein Diffusor 25
ausgebildet ist. Es ist die Aufgabe des Diffusors 25, die
Geschwindigkeit des Strahls, der das Mündungsglied verläßt,
zu verringern. Durch eine geeignete Abmessung des
Mündungsgliedes 21, 23 oder 24 kann ein derartiger Aufbau von Druck
vor dem Mündungsglied bei der Absteuerung erzielt werden,
wenn das absteuerbare Loch abgedeckt wird, daß das Risiko
von Kavitation beseitigt wird, und es wird eine derartige
Dämpfung der Entlastung erhalten, daß der Zusammenbruch des
Druckes ohne wesentliche Druckschwankungen stattfinden
kann. Eine zusätzliche Dämpfung kann, falls gewünscht,
durch eine geeignete Gestaltung der axialen Leitung im
Plungerkolben erzeugt werden.