Injektionspumpe
En indsprøjtningspumpe er en doseringspumpe til højt tryk og er en del af indsprøjtningssystemet i forbrændingsmotorer . Injektionspumpen tilvejebringer en defineret mængde brændstof pr. Slag med det nødvendige tryk ( indsprøjtningstryk ) til at levere brændstof gennem injektionsventilen til forbrændingskammeret eller indsugningsrøret. Det kræves i dieselmotorer at indsprøjte diesel og er i stigende grad blevet erstattet af common rail-systemer siden årtusindskiftet . Siden 1930'erne er indsprøjtningspumper også blevet brugt i benzinmotorer i stedet for karburatorer .
Gasturbiner og raketter, der drives med flydende brændstoffer , kræver også definerede mængder brændstof, undertiden ved højt tryk. Imidlertid betegnes de anvendte pumper ikke injektionspumper.
anvendelsesområde
Injektionspumper er udbredt i dieselmotorer, dieselmotorer uden en indsprøjtningspumpe (motorer med luftindsprøjtning ) blev forældede i begyndelsen af det 20. århundrede; I dag er der ikke længere dieselmotorer uden en indsprøjtningspumpe, da indsprøjtningspumpen er påkrævet til højtryksinjektion af brændstoffet i forbrændingskammeret. På grund af det høje tryk kan brændstoffernes kompressibilitet ikke længere overses, ligesom den langsgående og tværgående udvidelse af metalrørledningerne, som er reversible, når de er under tryk, så vibrationerne i brændstofsøjlerne i indsprøjtningsledningerne skal tages ved design af dieselindsprøjtningssystemet . Af enkeltheds skyld er indsprøjtningsledningerne designet til at have samme længde for hver cylinder.
Injektionssystemer har også været i brug til benzinmotorer til personbiler siden begyndelsen af 1950'erne. De første produktionsbiler med mekanisk direkte brændstofindsprøjtning var Gutbrod Superior og GP 700 E , som begge kom på markedet i 1951 med totaktsmotorer. Kort tid senere optrådte Mercedes-Benz 300 SL (" Gullwing ", 1954) - med firetaktsmotorer - og året efter 300 Coupé / Cabriolet ( W 188 ). Mod slutningen af 1950'erne dukkede motorer med manifoldindsprøjtning op, da direkte indsprøjtning forårsagede problemer med oliefortynding, og den komplekse indsprøjtningspumpe var meget dyr at fremstille. Siden 1970'erne har elektronisk styret indsugningsmanifoldinjektion med en elektrisk drevet fødepumpe, hvor brændstoffet måles ved hjælp af variabelt indsprøjtningstryk eller variabel injektionsvarighed, vundet plads.
fungere
Injektionspumpens opgave er at måle brændstoffet nøjagtigt, indsprøjte det på det rigtige tidspunkt og på det rigtige tidspunkt. Desuden skal styringen af indsprøjtningspumpen justere brændstoftilførslen afhængigt af motorhastighed og driftstemperatur.
Injektionspumpen har således flere opgaver som en enhed. På den ene side bruges den til den rene transport af brændstof fra brændstoftanken til motoren. Til dette formål har den en brændstofpumpe , der normalt kører med samme hastighed som forbrændingsmotoren. For brændstofpumper uden volumenregulering følger den leverede brændstof motorhastigheden. Da den leverede mængde er højere end det faktiske krav, føres overskuddet tilbage i brændstoftanken via en separat returledning. Dette gør det også muligt at reducere overdreven lokal opvarmning i dele af indsprøjtningspumpen som et resultat af den uundgåelige friktion . Derudover opvarmes brændstoffilteret og tanken ved retur.
Desuden har pumpen mindst en yderligere styret højtrykspumpe, der bestemmer både tiden og mængden af den aktuelle brændstofindsprøjtning.
Forskellige pumpesystemer bruges til at opbygge indsprøjtningstrykket i ovenstående processer:
- Enkeltindsprøjtningspumpe
- Distributørindsprøjtningspumpe eller
- In-line injektionspumpe
Grundlæggende information om strukturen
Injektionspumper er stempelmaskiner, der leverer diskontinuerligt. Trykopbygningen finder sted via en lineær stempelbevægelse. Energien til trykningsprocessen tages på en roterende måde af en motordrevet knastaksel , som er fast koblet til krumtapakslen i transmissionsforholdet og overføres til stemplet eller stemplerne. Omdannelsen af rotation til oversættelse af stemplet sker ikke via en krumtapmekanisme (ved hjælp af en forbindelsesstang og stempelstift) styret til frem og tilbage bevægelse, men via direkte trykdannelse under friktion. Især kinematikken for in-line-indsprøjtningspumper svarer således til ventilstationen via knastaksel og skovlventiler på ind- og udløbsventilerne på en stempelmotor med frem- og tilbagegående stempel.
Typer af indsprøjtningspumper til dieselmotorer
I de følgende designs spiller stemplet en central rolle som pumpe og måleelement. Den anvendte pumpetype er også påvirket af motordesignet, så for erhvervskøretøjer og industrimotorer med individuelt byggede cylindre kan pumperne også designes individuelt (enkeltstempelpumpe, pumpedyse) for at lette vedligeholdelse og reparation eller for at brug færre cylindre i en nødsituation til at køre (f.eks. på åbent hav)
In-line indsprøjtningspumpe
I tilfælde af en in-line injektionspumpe kombineres de enkelte pumpeelementer, der er tildelt de respektive cylindre , i et hus eller er arrangeret som modulære individuelle pumper ved siden af hinanden på en drivaksel. In-line injektionspumpen har styring af hastighed , indsprøjtningsmængde og injektionstiming (injektionsjustering). De enkelte pumpeelementer er opbygget som stempelpumper med hinanden, og deres hul og slagtilfælde (afhængigt af type og drift) kan ikke ændres. For at opnå en variabel dosering er stemplerne designet til at være drejelige omkring deres symmetriakse. De kan drejes samtidigt via et stativ under drift. Pumpestempelets cylinderkappe er forsynet med en eller to skrueformede fræsninger, der - tidligere eller senere afhængigt af stemplets rotationsposition - passerer og lukker indløbsboringen i pumpecylindervæggen. Lukningen af indløbsboringen er starten på levering af pumpeelementet. Hvis den nederste kontrolkant passerer over indløbsboringen, afsluttes injektionen. Den radiale stempelpumpe er en modifikation af den in-line indsprøjtningspumpe . Inline-injektionspumpen kræver ekstern smøring, enten gennem en forbindelse til motoroliekredsløbet eller dens egen oliesump. På grund af adskillelsen af smøring og pumpet brændstof er in-line-indsprøjtningspumper mere robuste end fordelerindsprøjtningspumper med hensyn til slid, men også med hensyn til brændstoffer, der anvendes med dårligere smøreegenskaber såsom petroleum eller benzin i flerbrændstofmotorer . Dieselindsprøjtningssystemer med in-line-indsprøjtningspumper er i vid udstrækning blevet erstattet i moderne dieselmotorer med common rail- , pump-line-dyser eller pumpedysesystemer .
Distributørindsprøjtningspumpe
Distributørindsprøjtningspumpen drives af motoren via en aksel, og med den er den forudgående pumpe installeret i pumpehuset, normalt en vingepumpe . Dette suger brændstoffet fra brændstoftanken og pumper det ind i pumpens indre. Brændstoftrykket inde i indsprøjtningspumpen reguleres af en trykreguleringsventil. Dette efterfølges af pumpens højtryksdel, som genererer indsprøjtningstrykket.
Der er kun ét pumpeelement, der forsyner de enkelte cylindre gennem en nedstrøms distributør. Antallet af slagtilfælde for pumpeelementet beregnes ud fra halv motorhastighed ganget med antallet af cylindre (for en firetaktsmotor ). Også her er injektionsmængden og injektionstiden reguleret; kontrolvariablerne er belastning og hastighed. En distributørindsprøjtningspumpe er meget billigere at fremstille end en in-line injektionspumpe, og de ydre dimensioner er mere kompakte.
Det kræver ikke levering af smøreolie gennem motorolien. De bevægelige dele af fordelerinsprøjtningspumpen smøres af brændstoffet, hvorfor det skal have smøreegenskaber. Distributørindsprøjtningspumpen er mere følsom over for forskelle i viskositet af forskellige brændstoffer ved forskellige temperaturer, f.eks. B. vegetabilsk olie og dieselolie eller biodiesel (sommer og vinter). På grund af det betydeligt højere antal slag er pumpestemplet mekanisk belastet mere end pumpeelementerne i den in-line indsprøjtningspumpe. I tilfælde af en defekt i fordelerpumpens stempel er dieselmotoren ude af drift, mens det med in-line injektionspumper stadig kan være muligt at fortsætte med at køre med et enkelt defekt pumpeelement på de resterende cylindre.
Distributørindsprøjtningspumper kan designes som aksiale eller radiale stempelpumper. Sidstnævnte kan generere maksimale tryk på op til 1950 bar. Som regel genererer det et leveringstryk på 3 til 8 bar, som er begrænset til maksimalt 12 bar. En elektronisk dieselkontrol EDC er mulig, hvilket på den ene side muliggør større præcision af kontrollerne og på den anden side gør det umuligt at betjene motoren uden strømforsyning. De sidste distributørpumper havde integrerede pumpestyringsanordninger, hvoraf nogle indeholdt funktionerne i en EDC.
Drivakslen har knastakselhastighed og sætter løfteskiven og fordelerstemplet i roterende bevægelse i den aksiale stempelpumpe . Løfteskiven er forsynet med knaster, der glider over rulleringens ruller. Som et resultat udfører fordelerstemplet, der er forbundet med løfteskiven, en roterende løftebevægelse. Så snart indløbskanalen til højtrykskammeret er lukket, komprimeres brændstoffet af løftebevægelsen. Den yderligere rotation af stemplet åbner en udløbshul til en indsprøjtningsdyse, og brændstoffet presses gennem en trykventil til dysen, og det injiceres i forbrændingskammeret .
Med den radiale stempelpumpe genereres trykket ikke længere ved en slagbevægelse af fordelerstemplet, men af radiale pumpeelementer, der aktiveres af fordelerstemplets roterende bevægelse. Dette design er mere kompliceret end en aksial stempelpumpe, men muliggør højere indsprøjtningstryk.
Siden begyndelsen af 2000'erne er dieselinjektioner med distributørindsprøjtningspumper stort set blevet erstattet af common rail- systemer inden for personbilkonstruktion .
Enkelt ram pumpe
Dette svarer til den in-line injektionspumpe, hver cylinder styres af sin egen pumpe; den drives af knastakslen.
Sådanne pumper kaldes også plug-in pumper, især i tilfælde af dieselmotorer med lastbiler med en nedenunder knastaksel . Disse bruges z. B. Mercedes-Benz-motorer i 900- eller 500-serien Med plug-in-pumpen kan der opnås tryk på op til 1850 bar og dobbeltindsprøjtning.
Pumpedyse
I pumpedysesystemet kombineres enkeltstempelpumpen med indsprøjtningsdysen . Dette reducerer den forstyrrende påvirkning af brændstoftrykledningerne på systemet. Styringen af pumpeelementet blev tidligere udført mekanisk, i dag styres injektionsvarigheden af en piezo- eller magnetventil. Når de er åbne, forbinder disse ventiler trykkanalen og vender tilbage. Dette får trykket til at kollapse og indsprøjtningsdysen lukkes. Injektionstrykket er dog stærkt afhængigt af hastigheden på de drivende knastaksler og kan ikke reguleres.
Højtrykspumpe til common rail
Højtrykspumpen, der genererer dieselhøjtrykket i common rail-systemer, kan også kaldes en indsprøjtningspumpe. Common rail-pumpen reguleres imidlertid kun med hensyn til trykket, men ikke til mængderegulering og timingregulering af cylinderinjektionen, som det er tilfældet med andre indsprøjtningspumpesystemer; Disse kontrolfunktioner udføres uden for pumpen i et elektronisk styresystem og ved hjælp af injektionsventiler, der styres af sidstnævnte. Der anvendes forskellige metoder til at sikre det tryk, der skal tilvejebringes, og det krævede volumenflow. Enten anvendes en trykregulering, en styring via det leverede eller komprimerede brændstofvolumen eller en kombination af disse varianter. Da common rail-pumper arbejder med et tryk på op til 3.000 bar, er de mekaniske kræfter inde i pumperne høje. Derudover er der stigende brændstoftemperaturer, hvilket reducerer dieselbrændstoffets smøreevne . Da pumperne smøres af dieselolie selv, primært af omkostningsmæssige årsager, de lejer er og glideflader tribologisk tungt lastet på grund af den begrænsede smørende effekt og beslaglæggelse kan kun undgås med en betydelig indsats . Af denne grund tilføjer et ukendt antal dieseldrivere visse helt og sodfri brændende totaktsolier i et forhold på 1: 200 til diesel som en "smørende reserve".
litteratur
- Richard van Basshuysen, Fred Schäfer: Grundlæggende håndbog om forbrændingsmotorer, komponenter, systemer, perspektiver. 3. udgave, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2005, ISBN 3-528-23933-6
- Hans Jörg Leyhausen: Mastereksamen i bilindustrien del 1. 12 udgave, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1991, ISBN 3-8023-0857-3
- Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: Ekspertise inden for bilteknologi. 27. udgave, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1
- Klaus D Linsmeier, Achim Greis: Elektromagnetiske aktuatorer. Fysiske principper, typer, anvendelser. I: Die Bibliothek der Technik, bind 197. Verlag Moderne Industrie, ISBN 3-478-93224-6
- Forklaring og kilde til Common Rail højtrykspumpe
Individuelle beviser
- ↑ Bosch: Magnetventilstyret radial stempelpumpefordelingspumpe VP44-S5, brochure, 1999