DE2532205A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung einer dieselbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

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P.4925 Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Dieselbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Pumpe, die einen Pumpenkolben mit Steuerkanten zur Steuerung des Beginnes und des Endes eines Einspritzvorganges aufweist, die mit Steuerbohrungen in der Wand des Pumpenzylinder zusammenwirken, wobei die Steuerbohrungen in einen Sammelraum münden, der den Zylinder umschliesst, und in welchen eine von einer Zubringepumpe führende Zubringeleitung für die Zufuhr des Brennstoffes mündet, und die Pumpe eine Ueberströmleitung zur Aufnahme des bei einer Beendigung des Einspritzvorganges überströmenden Brennstoffes aufweist.

Bei Brennstoffeinspritzpumpen dieser Art entstehen bei höheren Einspritzdrücken, wie sie bei aufgeladenen Dieselbrennkraftraaschinen, insbesondere Dieselmotoren für

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Schiffsantrieb, auftreten, Beschädigungen der Oberfläche des Kolbens sowie der Steuerbohrungen und Steuerkanten durch Kavitation. Die Beschädigungen an der Oberfläche verlauf en dabei im wesentlichen in einiger Entfernung von der Steuerkante und parallel zu dieser. Trotz verschiedenen Versuchen ist es bisher nicht gelungen, diese Kavitation, welche zu einer raschen Zerstörung der Pumpe führen kann, zu beseitigen.

Die Erfindung hat die Lösung dieses Problems und die Schaffung einer Vorrichtung der erwähnten Art zum Ziel, bei welcher diese Art von Kavitation beseitigt ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass am Eingang der Ueberströmleitung eine Drosselvorrichtung mit einer Serieschaltung von mindestens zwei Drosselstellen angeordnet ist, und dass ein Absperrmittel zur Verhinderung des Eindringens der bei einem Ueberströmvorgang entstehenden Druckwelle in die Zubringelei— tung vorgesehen ist.

Durch eine Zusammenwirkung der Drosselvorrichtung und des Absperrmittels wird verhindert, dass der bei der Beendigung des Einspritzvorganges auftretende, eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Brennstoffstrahl die Entstehung von Unterdruckbereichen zur Folge hat, in denen sich Gasblasen bilden können, die zur Kavitation führen. Dabei hat es sich ge-

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zeigt, dass eine einzige Drosselstelle unwirksam ist, da sie auch bei hohem Strömungswiderstand eine ungenügende Verwirbelung des überströmenden Brennstoffes hervorruft.

Vorzugsweise kann das Absperrmittel zur Verhinderung des Eindringens der Druckwelle in die Zubringeleitung ein Rückschlagventil sein. Das Rückschlagventil kann bei Pumpen verwendet werden, bei welchen die Ueberströmung in den Sammelraum der Zubringeleitung erfolgt. Dabei kann entweder die Ueberströmung zurück in die Zubringeleitung oder in eine an den Sammelraum angeschlossene Ueberströmleitung erfolgen.

Das Absperrmittel kann jedoch auch eine Ringwand sein, die den Sammelraura, an welchen die Zubringeleitung angeschlossen ist, von einem Sammelraum für die Ueberströmung des Brennstoffes trennt. Die Ringwand muss jedoch den Zylinder derart dichtend umschliessen, dass die Druckwelle nicht zwischen der Ringwand und der äusseren Zylinderwand durchdringen kann.

Vorzugsweise kann die Drosselvorrichtung drei Drosselstellen enthalten, deren Oeffnungsquerschnitte in Strömungsrichtung zunehmen. Es hat sich erwiesen, dass für den vorliegenden

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Zweck ein optimales Verhältnis der Energievernichtung durch Verwirbelung zum Strömungswiderstand aufweist.

Bei einer Vorrichtung, wo die Zubringeleitung gleichzeitig als Ueberströmleitung dient, kann am Ende der Zubringeleitung,das an den Pumpenkörper angeschlossen ist, ein Rückschlagventil angeordnet sein, in dessen Ventilkörper die Drosselvorrichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine einfache Vorrichtung erhalten, welche den gegebenen Anforderungen bezüglich Kavitationsfreiheit genügt.

Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigt:

Fig.1 einen Teilschnitt einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Schaltschema der Anschlussleitungen,

Fig.2 eine Teilansicht des Kolbens der Pumpe nach der Fig.1 mit der Darstellung der im Betrieb auftretenden Erosion,

Fig.3 einen der Fig.1 entsprechenden Schnitt einer

Pumpe mit einer einzigen Leitung, welche gleichzeitig als Zuführleitung und als Ueberströmleitung dient,

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Fig.4 ein Schema einer anderen Ausführungsform

der Zuführleitung der Pumpe nach der Fig.3,

Fig.5 ein der Fig.1 entsprechendes Schema einer Pumpe mit getrennten Zuführbohrungen und Ueberströmbohrungen im Zylinder, die in voneinander nicht dichtend getrennte Sammelräume führen,

Fig.6 eine Ansicht des Kolbens der Pumpe nach der Fig.5 mit der Darstellung der bei derartigen Pumpen auftretenden Kavitationsbeschädigungen und

Fig.7 einen der Fig.5 entsprechenden Teilschnitt einer erfindungsgemässen Pumpe, bei welcher jedoch die Sammelräume der Zuführleitung und der Ueberströmleitung voneinander auch für hohe Druckwellen dichtend getrennt sind.

In der Fig.1 ist eine Brennstoffpumpe einer Dieselbrennkraftmaschine, insbesondere eines aufgeladenen Grossdieselmotors dargestellt, welche einen Zylinder 2 enthält, der in einem Gehäuse 3 befestigt ist. Der Zylinder 2 ist durch einen Deckel 4 abgeschlossen, der einen Anschluss für eine Brennstoffleitung aufweist, welche zu einem Einspritzventil führt, das sich im Arbeitszylinder der Maschine befindet. Im Zylinder 2 ist ein Pumpenkolben 6 geführt, der in bekannter Weise durch einen nicht dargestellten Nocken im Zylinder 2 auf und ab bewegt vird und dabei

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jeweils einen Saughub und_ einen Förderhub ausführt. Der Kolben 6 hat obere Steuerkanten 7 zur Steuerung des Beginnes des Einspritzvorganges sowie schräge untere Steuerkanten 8, mit deren Hilfe das Ende des Einspritzvorganges gesteuert wird. Die Steuerkanten 7 und 8 wirken mit Steuerbohrungen 10 zusammen, die den Zylinderraum des Zylinders 2 mit einem ringförmigen Sammelraum 11 verbinden, welcher den Zylinder umgibt.

Die Steuerkanten 7, 8 sind in bekannter Weise am Kolben 6 symmetrisch ausgebildet, wodurch eine seitliche Belastung des Kolbens durch hydraulische Drücke vermieden

wird. Auch ist der Kolben 6 in bekannter Weise mit der Hilfe nicht dargestellten

einer/Zahnstange, welche in eine Verzahnung 12 eines mit dem Kolben unterhalb des Zylinders 2 verbundenen Teiles 13 kämmt, um seine Achse A drehbar, so dass mit der Hilfe der schrägen Steuerkanten 8 das Ende des Einspritzvorganges und somit der wirksame Hub des Kolbens 6 beeinflusst werden kann.

In den Sammelraum 11 mündet eine Zubringeleitung 14, in der sich eine Zubringepumpe 15 befindet, die den Brennstoff aus einem Behälter 16 ansaugt. Aus dem Sammelraum 11 führt in den Behälter 16 eine Ueberströmleitung 17 zurück, welche ein Druckhalteventil 18 zur Bestimmung des im Sammelraum 11 herrschenden Zubringedruckes der Pumpe 15 aufweist.

Erfindungsgemäss ist die Ueberströmleitung 17 mit

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einer Drosselvorrichtung.20 versehen, welche eine Serieschaltung von drei Drosselstellen 21, 22 und 23 enthält. In der Zubringeleitung 14 ist ein Rückschlagventil 24 mit einem federbelasteten Ventilkörper 25 geschaltet.

Die Fig.2 zeigt die im Betrieb bei den bisherigen Pumpen dieser Art auftretenden Beschädigungen durch Kavitation. Diese haben die Form von Erosionsflächen E, welche im wesentlichen parallel zur Steuerkante 8 verlaufen. Ausserdem werden die Steuerkanten 8 und die Kanten der Oeffnungen 10 beschädigt.

Wenn die Brennstoffpumpe nach der Fig.1 in bekannter Weise Brennstoff fördert, so entsteht beim Erreichen der Oeffnungen 10 durch die Kanten 8 ein scharfer Strahl, welcher mit hoher Geschwindigkeit in die Bohrungen 10 strömt. Dieser Strahl hatte bei den bekannten Pumpen Drucksenkungen im Brennstoff zur Folge, welche zu den beschriebenen Kavitationserscheinungen führten. Durch die Drosselvorrichtung 20 kann eine Senkung des Druckes im Augenblick des Ueberströmens unter den Dampfdruck des Brennstoffes verhindert werden, da die Leitung 14 durch das Rückschlagventil 24 für die Druckwelle geschlossen ist. Der überströmende Brennstoff wird durch die Drosselvorrichtung 20 verwirbelt, so dass seine Strömungsenergie ohne grössere Druckstösse' vernichtet wird.

Die Ausführungsform nach der Fig.3 unterscheidet

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sich von der· nach der Fig.1 nur dadurch, dass die Zubringeleitung 14 gleichzeitig als Ueberstromleitung dient. Parallel zur Zubringepumpe 15 ist dabei eine Leitung 17' geschaltet, welche das Druckhalteventil 18 enthält.

Bei der Ausführungsform nach der Fig.3 ist am Ende der Zubringeleitung 14 ein Rückschlagventil 24' angeordnet, dessen Ventilkörper 25' mit einer Drosselvorrichtung 20' kombiniert ist. Diese enthält in gleicher Weise wie die Drosselvorrichtung 20 aus der Fig.1 Drosselöffnungen 21', 22' und 23'.

Bei der Ausführungsform nach der Fig.3 gelangt der zugeführte Brennstoff aus der Zubringeleitung 14 bei- angehobenem Ventilkörper 25' in den Sammelraum 11.und durch die Bohrungen 10 in den Pumpenzylinder. Während des Ueberströmvorganges wird durch die dabei entstehende Druckwelle das Rückschlagventil 24' geschlossen, so dass der überströmende Brennstoff durch die Drosselöffnungen 21', 22' und 23' der Drosselvorrichtung 20' strömen muss.

Die Fig.4 zeigt eine andere Möglichkeit der Anordnung der Drosselvorrichtung 20 und des Rückschlagventiles bei einer Pumpe nach der Fig.3, die keine Ueberströmleitung aufweist. In diesem Fall sind die Drosselvorrichtung 20 und das Rückschlagventil 25 in der Leitung 14 parallel zueinander geschaltet und nicht nach der Fig.3 miteinander kombiniert,

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Die Fig.5 zeigt eine Pumpe, welche neben einem Sammelraum 11 für die Ueberströmleitung 17 noch einen besonderen Sammelraum 30 für die Zub'ringeleitung 14 aufweist. Die Sammelräume 11 und 30 sind voneinander durch eine ringförmige Trennwand 31 getrennt, die allerdings, wie durch den eingezeichneten Spalt S angedeutet wird, nicht vollständig dichtend ist. Der bei der Ausführungsform nach der Fig.5 verwendete Kolben 6 hat Steuerkanten 7 und 8, welche mit Zubringebohrungen 32 und Ueberströmbohrungen 33 im Zylinder 34 zusammenwirken. An den Sammelraum 30 schliesst sich die Zubringeleitung 14 in gleicher Weise wie nach der Fig.1 über ein Rückschlagventil 24 mit einem federbelasteten Ventilkörper 25 an. Die Ueberströmleitung 17 ist, diesmal ohne Druckhalteventil, an den Sammelraum 11 über die Drosselvorrichtung 20 angeschlossen.

Die Fig.6 zeigt eine Ansicht des Kolbens 6 aus der Fig.5, welcher die bei den bisherigen Pumpen dieser Art auftretenden Beschädigungen aufweist. In diesem Fall entstehen zwei Felder E1 und E2, an denen der Kolben durch Kavitation beschädigt wird. Die beiden Felder sind durch die gegenseitige Lage der Bohrungen 32 und 33 bestimmt.

Die Arbeitsweise der Brennstoffpumpe nach der Fig.5 ist im wesentlichen gleich wie bereits im Zusammenhang mit der Fig.1 beschrieben. Es besteht hier jedoch eine Trennung

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des zuströmenden und des überströmenden Brennstoffes, für die besondere Sammelräume vorgesehen sind. Da die Ringwand 31 für Druckwellen mit hoh'en Drücken nicht dichtend wirkt, muss das Rückschlagventil 24 in der Zubringeleitung 14 angeordnet sein. Das Rückschlagventil verhindert eine Ausbreitung der Druckwelle und somit die Bildung von Kavitation.

Die Fig.7 zeigt schliesslich eine mögliche Ausführungsform der Brennstoffeinspritzpumpe nach der Fig.5, für den Fall, dass es gelingen sollte, die Ringwand 31 derart auszubilden, dass sie den Zylinder 34 für die Druckwelle dichtend umschliesst. In diesem Fall kann das Rückschlagventil 24 aus der Fig.5 entfallen, so dass die Zubringeleitung 14 direkt mit dem Ringraum 30 verbunden ist.

Die Erzielung eines dichtenden Abschlusses durch die Ringwand 31 ist jedoch ausserordentlich schwierig, da zu diesem Zweck Bohrungen des Gehäuses und zylindrische Aussenflächen des Zylinders mit sehr engen Toleranzen konzentrisch hergestellt werden müssen.

Zur Verhinderung der Entstehung von Kavitationserscheinungen durch ein rasches Zuschlagen des Rückschlagventiles 24 kann dieses mit einer künstlichen Undichtheit versehen sein, welche jedoch so klein ist, dass das Eindringen der bei einem Ueberströmvorgang entstehenden Druckwelle

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in die Zubringeleitung verhindert wird. So kann z.B. in der Fig.1 der Ventilkörper 25 mit einer Drosselbohrung 40 versehen sein.

Bei einer Brennstoffeinspritzpumpe nach der Fig.1 mit einem Durchmesser des Kolbens 6 von 26 mm, die für einen Zweitaktmotor mit einem Kolbendurchmesser von 400 mm und einer Betriebsdrehzahl von 380 Umdrehungen pro Minute bestimmt war (maximaler Pumpendruck ca 1000 bar) hatte die Drosselvorrichtung folgende Dimensionen:

Die Drosselstellen 21, 22 und 23 hatten Durchmesser d1 = 4,5mm, d2 = 5,5mm, d3 = 6,8mm. Die Dicke der Drosselscheiben (b in Fig.1) war 3mm, ihr Abstand a 31 mm. Der Durchmesser d4 der Kammern zwischen den Drosselstellen war 14mm.

Der Ventilkörper 25 des Rückschlagventiles 24 hatte eine Drosselöffnung 4 0 mit einem Durchmesser von 2mm.

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Claims (1)

Patentansprüche

1. ,/Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Pumpe, die einen Pumpenkolben mit Steuerkanten zur Steuerung des Beginnes und des Endes eines Einspritzvorganges aufweist, die mit Steuerbohrungen in der Wand des Pumpenzylinders zusammenwirken, wobei die Steuerbohrungen in einen Sammelraum münden, der den Zylinder umschliesst, und in welchen eine von einer Zubringepumpe führende Zubringeleitung für die Zufuhr des Brennstoffes mündet, und-die Pumpe eine Ueberströmleitung zur Aufnahme des bei einer Beeindigung des Einspritzvorganges überströmenden Brennstoffes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingang der Ueberströmleitung (17, 14') eine Drosselvorrichtung (20, 24') mit einer Serieschaltung von mindestens zwei Drosselstellen (21, 22, 23) angeordnet ist, und dass ein Absperrmittel (24, 31') zur Verhinderung des Eindringens der bei einem Ueberströmvorgang entstehenden Druckwelle in die Zubringeleitung (14) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Rückschlagventil (24) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine Ringwand (31') ist, welche einen Sammelraum (11) für die Ueberströmung des Brennstoffes von einem

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Sammelraum (30) trennt, an welchen die Zubringeleitung (14) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselvorrichtung (20, 24') drei Drosselstellen (21, 22,23,21',22',23')enthält, deren Oeffnungsquerschnitte in Strömungsrichtung zunehmen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, bei welcher die Zubringeleitung gleichzeitig als Ueberströmleitung dient, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Zubringeleitung (14'), das an das Pumpengehäuse angeschlossen ist, ein Rückschlagventil (24') angeordnet ist, in dessen Ventilkörper (25*) die Drosselvorrichtung (20') ausgebildet ist.

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