DE703982C - Hydraulisch betaetigte Einspritzpumpe fuer kompressorlose Dieselmotoren - Google Patents

Description

• Hydraulisch betätigte Einspritzpumpe für kompressorlose Dieselmotoren Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzpumpe für kompressorlose 1)ieselniotoren, bei welcher im ersten Teil des Punipendruckhubes zunächst eine besonders fein 7erstäubt-- Brennstoffmenge zur schnellen H'inleitung der Zündung in den Brennraum gespritzt wird, während beim weiteren Verlauf des Druckhubes die Hauptbrennstoffmenge, die den Druckverlauf der Hauptverbrennung steuert, in etwas gröber zerstäubtem Zustand in den Brennraum gelangt.
• Der Zündbrennstoff wird -vor dem Totpunkt eingespritzt und verbrennt bei ungefähr konstantem Volumen mit einem rasch ansteigenden Druck. Diese Drucksteigerung ist von jener Brennstoffmenge abhängig, die in der Zeit zwischen Einspritzbeginn und Zündbeginn in den Brennraum gelangt. In dieser Zeit erfolgt der Wärmeübergang von der heißen Verbrennungsluft an den zerstäubten Brennstoffstrahl. Die Länge dieses Zündverzuges ist einerseits abhängig von der Feinheit und'Gleichmäßigkeit der ZerstäubÜng, andererseits vom Unterschied der Verclichtungstemperatur der Verbrennungsluft Z> und der Zündtemperatur des Brennstoffes. Es ist bekannt, daß sich die Wärmeübergangszeit der heißen Luft an den zerstäubten Brennstofftropfen mit dem Quadrat des Kugelhalbniessers verändert. Die Tropfengröße ist abhängig voni Einspritzdruck und letzterer von der z' Ausflußgeschwindigkeit des Brennstoffes in der Düse. je größer die Geschwindigkeit des Punipenplungers beim Einspritzbeginn ist, desto kleiner sind die zerstäubten BrennstofftKipfchen und um so kürzer der Zündverzug. Da der im Zündverzug in den Brennrauin gespritzte Brennstoff für den Druckanstieg im Totpunkt maßgebend ist, verkleinert sich dieser bei einer besonders guten Zerstäubung.
• Aus diesen Gründen ist die Plungergeschwindigkeit gemäß vorliegender Erfindung beim Einspritzbeginn am größten.
• Die Einspritzung des Zündbrennstoffes stellt an die Pumpe eine weitere Bedingung, (laß die Menge und der Zerstäubungsgrad des zuerst in den Brennraum gespritzten ZÜndbrennstoffes bei allen Betriebslagen des Motors, also auch bei Drehzahl- und Beiastungsschwankungen, gleichbleiben.
• Nach der Einspritzung des Zündbrennstoffes erfolgt beim gleichen- Druckhub anschließend die Einspritzung der Haetbrennstoffmenge. Diese trifft infolge der Vorverbrennung des Zündbrennstoffes eine höhere Lufttemperatur an, was an sich einen schnelleren Wärnieübergang zur Folge hat. Die Zerstäubung des Hauptbrennstoffes kann daher ohne Schaden gröber sein, was sich vorteilliaft für die Geinischbildung auswirkt, weil größere Tropfen infolge der größeren Masse tiefer in den Brennrauin eindringen, Hline ausreichende Gemischbildung verlangt ferner einen groß(vi Düsenquerschnitt, damit el mehrere, verschieden gerichtete Düsenlöcher verwendet werden können. Des weiteren ist maßgebend für die Bestimmung des Düsenquerschnittes die F'inspritzzeit der Hauptbrennstoffnienge, die nach dem Totpunkt, also bei zunehmendem #17"oluilien, verbrennt. Der Druckverlauf dieser Verbrennung ist von der Hinspritzzeit bzw. Hlinspritzdauer abhängig. .\lit einerkurzenEinspritzzeitwerdenhöhere, bei einer längeren, kleinere Drücke bzw. Gleichdruck erreicht. Für die H'inspritzverhältnisse der llauptbrennstoffmenge ist für die Einspritzdauer der Düsenquerschnitt, für die H'inspritzgeschwindigkeit die. Plungergeschwindigkeit der Punipe maßgebend.
• Da bei der E-inspritzung des Zündbren11-stoffes infolge der niedrigen Verdichtungstelliperatur eine feinere Zerstäubung mit kleilieren Trüpfchen für einen kurzen Zündverzug verlangt Nvt!r(leii, muß die PlungergeschNvindigkeit der Punipe ini Verhältnis des notwendig höheren Hinspritzdruckes in Übereinstininiung gebracht werden.
• Da bei einem schnellaufenden Motor der Zerstäubungsgrad feiner und (lie Menge des Zündbrennstoffe..s größer sein muß, als bei 1.iii<,s.tin lat ti'(-iidcii Motoren., ist auch die Einspritzenergie verschieden.
• l#-'riiii(Iiiiigsgeill.iß wird vor durch Verdichten einer Flüsshykeit eine Hnergie erzeu#)-t, die der jeweiligen Elinspritzenergie des Zündbrennstoffes entspricht, während die l#'inspritzung der Hauptbrennstoffmenge von der Charakteristik eines Nokkens abhängig ist.
• Die vor der Einspritzung erzeugte Energie wird bei der Zurücklegung eines an sich be- kannten Leerweges des Punipenplungers auf die bewü-ten Plun -erteile übertraUen: und diese: Z> j# 'JD beschleunigt, so daß die Einspri tzung mit der maximalen Plungergesch#vindigkeit beginnt. Z> t> Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der hydraulisch betätigten Einspritzpumpe. Sie besteht aus dem Exzenter a, der den Verdichterkolbeii b antreibt. Im vorderen Totpunkt steht der Steuerschlitz g in Verbindung mit dem 17,inströnischlitz, lt, der durch die Bohrungen i und k, den Saugraum f mit dem Akkumulierraum e verbindet. In der vorderen Stellung des Verdichterkolbens b sind sämtliche Räunie und Kanäle mit einer ver--(lichtbaren Flüssigkeit, z.B. dein Brennstoff selbst, gefüllt. Beim Verdrehen des Ex7eiiters a- wird der Verdichterkolben b nach innen gedrückt, wobei zun- clist g ä im Abschnitt f die Kante des Regulierschlitzes den Einströnischlitz h überschneidet bzw. zudeckt. Da nun sämtliche Kanäle geschlossen sind. wird im Abschnitt T 1 die Flüssigkeit im Akkurnulierrauni c auf einen höheren Druck verdichtet. lin Abschnitt 111 öffnet der Reguliersciiiitz- die Überströnibohrung t, wobei die verdichtete Flüssigkeit unter die Fläche des Antriebskolbens c strömt und diesen nach oben bewegt. Der Antriebskolben c betätigt den Punipenplunger (1, der zunächst den LeerNve- s, der durch die Bohrung (1 gebildet wird.' Zurücklegt. Diese ist illit (leill Saugraum t verbunden und dient dein Punipenplunger als Saugschlitz. Beim Zurücklegen des Leerwegess ist der gerd beinahe unbelastet, so (laß die Ströinungsenergie der verdichteten Flüssigkeit, die auf den Antriebskolben c wirkt. in Bewegungsenergie umgewandelt wird. Der Punipenplunger besitzt daber am Hilde (les Leer-\veges. also beiln die Geschwindigkeit und erzeugt in der Düse dic beste Zerstäubung init allerkleinstcu Tröpfchen. Diese werden im Breinirauin von der crliit/teii Luft sehr schnell auf die Entzün-(itiiii,y#steiiii)eratitr gebracht, so da1.1, der nacli-Ziiii,IN-erzttcr praktisch ausgeschaltet ist. Die Zündbrennstoffnienge hat die Aufbe die Temperatur derart zu erli-hen, daß der nachfolgende Hauptbrennstoff und gleichin-äßig verbrannt wird. Die ;tri')iiiiiiigsenergie der verdichteten Flüssigkeit muß der 7erstäubungsenergie des fein zerstäubten Zündbrennstoffs eiit31)i-eclicii. Durch eine entsprecliende Bemessung der ini Abschnitt 11 erzeugten F-nergie kann die Menge und der Zerstäubungsgrad des Zündbrennstoffes genau bestimmt Nverden. Da diese F-nergie bei allen 1 Betrichslatgen gleiChbleibt, i'; t auch der Zustand des Zündbrennstoffes unabhängig von Drehzahl- und Belastungsschwankungen. Während der Antriebskolben c den Leerweg s zurücklegt, ist der größte Teil der im AL-schnittIl erzeugten Energie verbraucht worden, wobei sich der Druck im Akkumulierrauin verringerte. Nach der Einspritzung des Zündbrennstoffes beginnt die Förderung der Hauptbrennstoffmenge. Diese Einspritzung ist nur von der Exzeiiierl)e\vc,-,ung, die die Geschwindigkeit des Verdichterskolbens b und damit diejenige des Antriebskölbensc bestimmt, -abhängig. Die Zerstäubung der Hauptbrennstoffinenge ist zweckmäßig gröher, damit die Reichweite (lies zerstäubten Tropfens größer wird. Die Einspritzzeit der Hauptbrennstoffraenge ist, in Kurbolgrad g4,-messen, stets gleich lang. Sie richtet sich nach der Nockenforin und ist genau gesteuert. Wahrend die Einspritzzeit des Zünd- Einspritzung der Zündbrennstoffnienge 0- , ist in der Hauptsache eine Funktion der im Abschnitt II erzeugten Energie. Diese läßt sich durch den Abstand Punkt i bis punkt 2 genau bestimmen, wodurch auch die Xenge und der 17inspritzdruck des Zündbrennstoffs 0, festgelegt ist und auch bei Drelizahl und Belastungsscliwankungen gleiciibleiben.
• Die Gleichrnälligkeit und (ler Zerstäubungsgrad des aus der Düse ausfließenden Strahles ist in der lf auptsache voni Einspritzdruck und dieser von der Plungergeschwindigkeit abhängig. je größer der 1-,'ilisl)rit7;(lruck,, uni so kleiner und sind die zerstäubten Tropfen <lcs Strahles. In der Abb. 4 sind die Tropfengräßen beiiii Hinspritzvorlei der livclrauliscli betätigten Pullipe gang dargestellt. Sie sind beim Hinspritzbeginn ain kleinsten und -,verden bei der I-Iauptbrennstoffnienge -t-ößci-.
• Abb. 5 zeigt (las Arbeitsdiagranini des Motors bei der Einspritzmig iiiit der hydraulisch betätigten Pumpe. Das Diagrannii ist wil go' versetzt gezeichnet. Die Kurve I.' ;Zibt deil Druckverlauf., F den Ternperaturverlauf der Verbrennungsluft bei der Ver-(lichtung des Motors an. Die Entzündungstemperatur des eingespritzten Brennstoffs sinkt bei zunehmendem Luftdruck bzw. zunelitnender Luftdichte, was durch die Kurve G dargestellt ist. Während der Verdichtung ergibt sich eine Stelle o, bei der die Luftternperatur gleich der Entzündungsteinperatur des Brennstoffes ist. Von dieser Stelle an vergrößert sich der Teinperaturunterschied H. Dieser beeinflußt die Wärnieüber-,gangszahl in ähnlicher Weise wie die Tropfengröße. Bei großen Tropfen mit einer frülien Einspritzung ist der Teinperaturiunterschied kleiner als bei kleinen Tropfen. Mit der hydraulisch betätigten Pumpe wird daher ein sehr kurzer Zündverzug erreicht. Während des Zündverzuges wird eine entsprechende Zündbrennstoffnienge in den Brennraum gespritzt, die sich nach dein Wärmeübergang unter entsprechenderDrucksteigerung entzündet, \vas durch die Litliej trezeigt wird. je größer der Zündverzug ist, urn so größer ist daher auch die Drucksteig berung ini Totpunkt, um so größer die Bean-,;prtichti.ng des Triebwerkes und um so härter der Gang des Motors, ohne daß mit diesem größeren Druck wesentlich mehr geleistet wir ' d. Bei der hydraulisch betätigten Pumpe ist die Drucksteigerung sehr klein, der Gange des Motors weich und die Baukosten des Motors gering. Der Druckverlauf K ist von der Einspri 7ung der Hauptbrennstoffmenge abhängii Er ist durch die hydraulisch betätigte Punil genau gesteuert und kann je nach der ED x,eiiterl,zur#,e iiacli deni Gleichdruck oder in einer Drucksteigerung bei zunehmendei Drehinornent verlaufen.
• Bei dieser Einspritzung mit der hydrat lisch betätigten Punipe ist eine restlose Vei brennung mit einem sparsamen Verbraucli bc allen Betriebslagen des -i\Iotoi-s möglich un ein gutes und schnelles Anlassen auch 1),2 kalter *Maschine gesichert.

Claims (2)

1)A-i ENT ANS PR Ü Cli EI-. i. Hydrauliscli bz#tätigte H-inspritz punipe für kornpressorlose DieseIniotoren bei welcher der Pumpenkolben inittefi einer verdichtbaren Flüssigkeit durcl einen nieclianisch angetriebenen Verdichterkolben betätigt wird und vor der R.in spritzung im ersten Teil des Druckliiibes einen Leerweg zurücklegt, (ladurch gekennzeichnet, (laß iiii (:rsten Teit des Druckhubes des Verdichterkolbens (b) durch (las Zusainnienpressen der in einem .Ukumulierbehälter (e) befindlichen Flüssigkeit eine Ener ie aufgespeichert wird, 9 1' die nach Herstellung einer Verbindun.-zwischen deni Akkumulierbehälter und (Lein Zylinder des Arbeitskolbeiis (i- ' 1 durch Aufsteuern des Kanals (1) den Arbeitskolben (c) mit (lern Pumpenplunger «1) schlagartig beschleunigt iiiid durch den weitereii Teil des Drucklinbes des Verdichterkolbens (ler restliche Förderhub der l'uinpe init gleichbleibender Geschwindigkeit betätigt und arn H.ill)-ende zur Entspannung der verdichteteii Flüssigkeit der Überströnikanal (m) voin .",rI)eitsl,zoll)en (c) aufgestetiert "vird.

2. Etinspritzpumpe nacli Anspruch r, dadurch gek#eruiveichnet, daß die beini Verdichten der Flüssigkeit erzeugte, auf die beschleunigten Pumpenplungerteile Übertragene Energie der Arbeit der Einspritzung des besonders fein zerstäubten Zündbrennstoffes entspricht, so (laß die Menge und der Zerstäubungsgrad dieses zuerst in den Brennraum gelangten Brennstoffstrahlteiles nur von dieser Energie beeinflußt wird, während die Einspritzung der nachfolgenden 'Hauptbrennstoffmenge von der Bewegung des NTockens (a) die über den Verdichterkolben (b) auf den Arbeits- und Pumpenkolben übertragen wird, abhängig ist. brennstoffes unabhängig von der Drehzahl des Motors ist, richtet sich diejenige der Haupt- brennstoffmenge nach der Drehzahl des Mo- tors. Soll z. B. bei sehr schnellaufenden Mo- toren die Geschwindigkeit des Antriebskol- bens c gröf.kr als die GescInvindigkeit des #7,ei-,licli'terlzoll)ens b sein, so wird dies durch die Beziehung DID1 in beliebig großen Ab- stän(len erreicht. Nach der Einspritzung der Hauptbrenn- stoffinenge hat der Antriebskolben c und der l'umpenplunger (1 (las Hubende erreicht. Der I'tiiill)eii(Irticl,:rauiii wird durch die Steuer- nuten it in bekannter Weise mit dem Satig- rauni t verbunden und die E inspritzung ab- -ebrochen. Uiyi die Wirkun-sweise (lieser Funktion, die das schädliche Nachtropfen verhütet, züi unterstützen. ist arn Hubende dic Bolit-ung in angeordnet, die den Akkurnulier- rauin . e mit dein Vorratsbehälter f verbindet. Wird (Uese Boliz-ung voni Aiitriebskolben c frei gesteuert, daim strömt die verdichtete 11iissigkeit in den #7orratsbehälter f, wobei sich (ler Druck unter dein Antriebskolben c ;iuslö#t. l#ie Plung-erbewegung wird von der l#'e(Ier ;i aufgefangen, wobei das Druckventil o augenblicklich au f seineil Sitz gedrückt wird. 1)ie Sq)annung in der l)ruckleitung wird hier- durch aufgehoben titid dem Brennstoffaden die Ausflußenergie entzoggen, was die schä(1- liche Tropfenhildung uniiiii-lich inacht. Null- inelir Ist die beendet. Der Ver- (lichterkolben b wird von der Feder. p auf seine frühere 1"ige im vorderen Totpunkt zu- rückgedrückt, wobei der Reguliersclilitz \\-ie(ler in Verbindung init deni l,'-iiistriiiii- sclilitzli steht. Bei (-ler Rückwärtsbewegung des b wird auch der Aii- triebskolbeii c init dein Punipenplunger d durch die 1--eder ;i in die untere Lage ge- drückt, wobei die iiii Antriehszyliiider -be- findliche Flüssigkeit wieder in den Akkurtitt- lierraum zurückgelangt. In den Anfangs- stelltni,gen der Kolben b und c sind der Ein- strölnschlitz li und die Bohrung q geöffnet, .so dal, ' beide Zylinderrätiine mit frischer Ulüssigkeit. aufgefüllt werden können. Bei der verdichtbaren Antriebsfliissigkeit ent- steht normalerweise kein Verlust, da es sich lediglich um einen Kreislauf handelt. Sollten aber durch Undichtigkeiten Leckverluste ent- stehen, so kann die fehlende Antriebsflüssig- ]zeit durch die Leitungv ersetzt werden. Beim Pumpenkolbend wird die geförderte Brennstoffinenge jeweils in den Brennraum des 'i\,lotors gespritzt und muß bei jedem Hub neu ersetzt werden. Die der Leistung der Maschine entsprechende Mengenregulierung erfolgt in bekannter Weise durch Verdrehen des Pumpenplungers mittels der Kulisser, wobei die Nutzt die Bolirting q früher oder Z> später Öffnet. Die Diagramine, Abb. 2, 3, -1, 5. zeigen die Wirkungsweise und die verhält- nismäßig auftretenden Drücke der hydrau- tisch betätigten Pumpe und den 11-influß auf (las Arheitsdia-raiiiiii des Motors. Abb. 2 Und 3 zeigen die ineinandergreifende Wir- kungsweise tiii,1 die damit verl)uiideiieii Druckverhältnisse der Kolben b, c und d. Iii der Abb.2 bedeutet der Punkt o den vor- deren Totputikt, bei deni der Steuerschlitz,- in Verbindung mit dein 11 steht. Bei der \'orw-iirt-,1)ewegiiiig (le, #'er- dichterkolbens 1) bleiben iiii Abschnitt 1 die l)rücke iiii Saugrauinf und iiii Akkunitilier- rauin e gleicii groß (P,). lin I'mikt i wir.-1 (ler 17-iiistri#iiis,#lilit7 h keschlossen. F--s beginnt der Abschnitt 11 mit de- der im Akkullitiliera11111 1)eilii(Ilicil(!ii Ulüssigkeit auf den Druck p- 1111 Punkt 2 wird die -Über- ,;ti-iiiiii)oliriiii<, i "eöffiiet, wobei der Antri(-bs- kolben c init dein Druck p., während des Leer- weges s nach obell gedrückt 111i(1 1)eCllletllli#,i w i rd, oliiie daL) der l'umpenphinger (1 Breit ii- stOff fÖ1-dert (Abb. 3, Stelltill#-' -2 till(1 3)- l#ie Kurvü. C zeigt die Beschleiiiiigniiig des ##ii- triebskolbew; e, desson Geschwindigkeit bv- deutend uriil')ei- ist al, die des Verdichtur- kolbens b: dereii GrUe gibt die Kurve l", Abb. 2, wi(#(ler. Der Druck im -Xkkuiiiiiii(#i-- rauine füllt dalier auf den 1)rticizp,. Im l'Lirikt 3 de,- Hremistofffirdermig iiiit der ihin ini Leer- kv (Abh-3) die Breiinstoffdruckleitum, aufge- füllt. 1111 1>1"Ilzt3' begitint der Ausfluß aus der Düse, wobei sich der Hiiispritzdruck nach (ivi- Nunger- 1-eschwindigkeit C richtet. R-s beginnt die Hinspritzung der fein Yerstäubteii Zündbrenn- ##toffinen-ü wobei die fin Abschnitt TI c-r7eti-te l#-1,ier##ie 7tiiii Teil verbraucht wird. 1)ic Plungergeschwindigkeit C iiiiiiiiit daller ab und mit dieser auch der Einspritzdruck- T). Tin Punkt 4 sind die Geschwindigkeiten aller Kolben (b, c und (1) gleich groß. Sie ent- sprechen der gesteuerten Umfangsgeschwin- Z, 21 digkeit des Exzenters a-. womit die Einsprit- zung der Zündbrennstoffinenge 0, abgeschlos- sen ist. Im Abschnitt 11 erfolgt die F--insprit- zung der 1-Tauptbrennstoffnienge 0. init einem Cre r , ingeren, aber gleichmäßigen Druck, der sich lediglich nach Ader Geschwindigkeit des Verdichterkolbens-b bzw. nach der Dreh- zahl des Motors richtet. Im Punkt 5 öffnet die Nut it des Punipenplungers d die Boh- rung q und der Antriebskolben c die Boli- rungilt, wobei die Einspritzung scharf ab- geschlossen wird. Der Druck ini Akkurtitt- lierraurn und in der - Druckleitung f,-'tllt dabei auf (leii Druck derAiisatiger.iiiine zurück. Dic