DE19719800C1

DE19719800C1 - Einspritzanlage für Freikolbenmotore mit Niederdruckpumpe

Info

Publication number: DE19719800C1
Application number: DE1997119800
Authority: DE
Inventors: Kurt Wilhelm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-10
Filing date: 1997-05-10
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2017-05-11

Description

Die bekannten Einspritzanlagen für Freikolbenmotore sind in der für Kurbelwellenmotore üblichen Bauart ausgeführt, die Ein spritzpumpe ist am oder im Motorblock eingebaut, diese Systeme erfordern einen hohen technischen Aufwand, sie verbrauchen rela tiv viel Energie um den Kraftstoff einzuspritzen, sie berück sichtigen nicht die physikalischen Gegebenheiten des Freikolben motors. In der deutschen Auslegeschrift 26 30 004 ist eine andere Einspritzanlage beschrieben wobei die Einspritzpumpe und die Einspritzdüse im Motorkolben eingebaut sind. Der Antrieb der Einspritzpumpe liegt außerhalb des Motorkolbens und erfolgt durch einen Aufschlagbolzen. Wendet der Motorkolben am oberen Todpunkt endet die Kraftstofförderung. Dies ist ein Mangel der besonders bei größeren Motoren unakzeptabel wäre, und der mit einfachen zusätzlichen Vorrichtungen nicht lösbar erscheint. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß der Aufschalgbolzen mit relativ hoher Geschwindigkeit auf den Pumpenkolben aufsetzt, dadurch entsteht eine schlagartige Druckerhöhung im Pumpenar beitsraum, wodurch Klopfgeräusche und Druckwellen entstehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzanlage für Freikolbenmotore zu schaffen, die einen relativ geringen technischen Aufwand erfordert. Für den Eigenbe trieb wenig Energie verbraucht und die physikalischen Gegeben heiten des Freikolbenmotors berücksichtigt und auch nutzt. Wobei die Kraftstofförderung auch noch nach dem Wenden des Motorkol bens am oberen Totpunkt erfolgen kann, und der Druckanstieg im Pumpenarbeitsraum am Anfang relativ langsam und nicht schlagar tig erfolgt.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Einspritzpumpe vorgeschlagen, die als Freikolbenpumpe ausgeführt ist und im Motorkolben bzw. in dem mitschwingenden Zylinderkopf eingebaut wird. Hierdurch werden die physikalischen Gegebenheiten des Freikolbenmotors voll genutzt. Der Aufbau der Freikolbenpumpe ist sehr einfach und sie erzeugt zum richtigen Zeitpunkt den erforderlichen Druck. Eine Regelung des Einspritzzeitpunktes ist nicht unbedingt erforder lich, dies ist systembedingt.

Entsprechend der Größe und Anwendung des Motors ist zur Regelung der Einspritzmenge vorgesehen, den Pumpenkolben oder den Pumpen zylinder zu drehen, den Pumpenzylinder axial zu verschieben, die Hubhöhe des Pumpenkolbens durch eine verschiebbare Begrenzungs vorrichtung zu ändern; es ist auch zweckmäßig den Pumpenkolben mit einer Bohrung zu versehen, die den Pumpenarbeitsraum öffnet, bevor der Pumpenkolben den oberen Totpunkt erreicht hat.

Je nach Bauart des Freikolbenmotors und des gewählten Einbauor tes der Einspritzpumpe kann es sinnvoll sein das flexible Teil der Vorrichtung zur Kraftstoffzufuhr als einseitig schiebbarer Pleuel, Gelenkpleuel oder als Gleitflächenübergang mit den ent sprechenden Bohrungen auszuführen.

Werden steuerbare Einspritzdüsen gewählt oder ist eine elektri sche Zündung erforderlich können ein oder mehrere piezoelektri sche Bauteile die erforderliche Spannung liefern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einer Schemazeichnung erläutert.

Fig. I zeigt ein Ausführungsbeispiel der Einspritzanlage auszugsweise im Längsschnitt.

Die Niederdruckpumpe (10) fördert den Kraftstoff über das Gelenkpleuel (11) zum Motorkolben (8), dort gelangt er über ent sprechende Bohrungen (5) in den Pumpenarbeitsraum (2) der Ein spritzpumpe.

Der Motorkolben (8) wendet am unteren Totpunkt, der Pumpenkolben (1) mit der Gewichtsmasse (3) liegt schon länger an der hydrau lischen Hubbegrenzung (6), der Motorkolben wird beschleunigt. Die Ein- und Auslaßschlitze werden geschlossen, im Arbeitsraum (9) des Motors erhöht sich der Gasdruck. Etwa bei einer Verdich tung 3 : 1 ändert der Vektor, der axialwirkenden Kräfte die auf den Motorkolben wirken, das Vorzeichen. Der Motorkolben wird entsprechend der Druckerhöhung im Motorenarbeitsraum immer stär ker abgebremst. Der Pumpenkolben (1) widersetzt sich der Abbrem sung und übt dadurch eine Kraft auf die Feder (4) aus. Die Mas senträgheitskräfte werden immer größer, die Federkraft wird überwunden, der Druck in den Pumpenarbeitsraum steigt zunehmend immer schneller an, die Düsennadel hebt ab und Kraftstoff wird eingespritzt. Die Bohrung (5) erreicht die Öffnung, der Druck entspannt sich, die Düsennadel setzt wieder auf. Der Pumpenkolben setzt auf das Kraftstoffpolster (7) auf.

Der Motorkolben hat gewendet. Erreicht die Verdichtung etwa 3 : 1 dann haben sich die Massenkräfte soweit verringert, daß die Feder anfängt den Pumpenkolben zurückzuschieben, etwa später wirken dann noch die Massenkräfte. Kraftstoff wird angesaugt, bis der Pumpenkolben auf die hydraulische Hubbegrenzung aufsetzt. Der Motorkolben erreicht den unteren Totpunkt und wendet, der Zyklus beginnt von neuem.

Claims

1. Einspritzanlage für Freikolbenmotore mit Vorrichtungen zur Kraftstoffzufuhr zu einer Einspritzpumpe, mit einer in einem Motorkolben bzw. im axial mitschwingenden Zylinderkopf angeord neten Einspritzdüse, der der Kraftstoff von der Einspritzpumpe zum Einspritzen in einen Arbeitsraum des Motors zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Arbeitsraum (9) des Motors ein oder mehrere Ein spritzpumpen (1, 2, 3) vorhanden sind, die im Motorkolben (8) bzw. im axial mitschwingenden Zylinderkopf axialwirkend so einge baut sind, daß der Förderhub des Pumpenkolbens (1) in Richtung des Motorenarbeitsraums (9) erfolgt, und daß die Einspritzpumpen als Freikolbenpumpen (1, 2, 3) ausgeführt sind, wobei der Hub des Pumpenkolbens (1) in der einen Richtung von einer Hubbegren zung (6) und in der anderen Richtung von einem Kraftstoffpolster (7) begrenzt wird, und daß der Antrieb des Pumpenkolben (1) zur Förderung des Kraftstoffes, durch die Trägheit seiner Masse und durch die Trägheit einer axial bewegbaren und mit dem Pumpenkol ben (1) fest verbundenen Gewichtsmasse (3) dann geschieht, wenn der Motorkolben (8) im Bereich seines oberen Totpunktes abge bremst und wieder beschleunigt wird.

2. Einspritzanlage für Freikolbenmotore nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mechanisch, hydraulisch oder elektrisch ansteuerbare Vor richtungen vorhanden sind, die den Pumpenkolben (1) in beiden Richtungen axial drehen können.

3. Einspritzanlage für Freikolbenmotore nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mechanische, hydraulische oder elektrische Vorrichtungen vorhanden sind, die den Pumpenzylinder in beiden Richtungen axial drehen und verschieben können.

4. Einspritzanlage für Freikolbenmotore nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zur Hubbegrenzung des Pumpenkolbens vorhanden sind, die mechanisch, hydraulisch oder elektrisch verstellbar sind.

5. Einspritzanlage für Freikolbenmotore nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben eine Bohrung aufweist, die den Pumpenar beitsraum öffnet, bevor der obere Totpunkt erreicht wird.

6. Einspritzanlage für Freikolbenmotore nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen der Kraftstoffzufuhr zu dem Motorkolben bzw. zu dem axialbewegbaren Zylinderkopf mindestens ein einsei tig schiebbares Pleuel aufweisen.

7. Einspritzanlage für Freikolbenmotore nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen der Kraftstoffzufuhr zu dem Motorkolben bzw. zu dem Zylinderkopf mindestens ein Gelenkpleuel aufweisen.

8. Einspritzanlage für Freikolbenmotore nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzufuhr zu dem Motorkolben bzw. zu dem Zylin derkopf über axial gegeneinander gleitende Flächen geschieht, die entsprechende Bohrungen aufweisen.

9. Einspritzanlage für Freikolbenmotore nach Anspruch 6, 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine axial lose Gewichtsmasse im Motorkolben bzw. im axial mitschwingendem Zylinder vorhanden ist, die einseitig oder doppelseitig auf piezoelektrische Bauteile wirkt.