Technik
Die Kraftstoffanlage I
28.07.2013 - 01:00

Die Kraftstoffanlage I

Die Einspritzpumpe:

Im Gegensatz zu den Verdichter-Dieselmotoren sind heutige Motoren verdichterlose Dieselmaschinen mit luftloser Einspritzung. Der Kraftstoff wird durch die Einspritzpumpe über die Einspritzdüsen in den Verbrennungsraum gefördert. Erst durch die Entwicklung zuverlässiger Pumpen und Düsen wurde der Fahrzeug-Dieselmotor lebensfähig, setzte sich im Lkw-und Omnibus-Bau mehr und mehr durch und beherrscht ihn heute vollkommen.

Die Anforderungen an die Einspritzpumpe sind sehr hoch. Man verlangt: genaueste Förderung kleinster Kraftstoffmengen gegen höchste Verdichtungsdrücke, dabei vollkommene Dichtheit nach außen und innen, das heißt, es darf keine Luft nach innen und kein Kraftstoff nach außen gelangen, schnellste Massenbewegung (der Arbeitshub dauert nur rund 1-2 Hundertstelsekunde), geringes Gewicht, wenig Raumbedarf, leichte Einstell-und Prüfmöglichkeit.

Deshalb ist auch die Herstellung der Einspritzpumpe und - düsen eine der schwierigsten Aufgaben im Maschinenbau und erfordert neben ausgewählten Werkstoffen genaueste Verarbeitung. Allein beim Einschleifen der Pumpenkolben darf z.B. ein Spiel von 0, 001 plus minus 0,002 mm zum Pumpenzylinder nicht überschritten werden. Ferner an das Bohren der Einspritzdüsen mit einem Durchmesser zwischen 0, 15 und 0, 25 mm. Aus diesem Grund gibt es nur wenige Firmen, die solche Arbeiten ausführen. Bei fast allen Dieselfahrzeugen findet man daher auch Einspritzpumpen der Firma Bosch.

Um eine winzige Menge Kraftstoff in den Verbrennungsraum zu fördern, muss eine entsprechende winzige Öffnung in den Verbrennungsraum führen, die in der Einspritzdüse gegeben ist. Um nun diese geringe Menge an Kraftstoff durch die kleine Öffnung zu pressen, ist ein hoher Druck erforderlich; weiter herrscht aber im Verbrennungsraum noch im Augenblick der Einspritzung der Verdichtungsdruck, der als zusätzlicher Gegendruck ebenfalls noch überwunden werden muss. Auf diese Weise kommt der schon erwähnte hohe Einspritzdruck zustande. Der Einspritzdruck wird vom Kolben der Einspritzpumpe erzeugt; der Pumpenkolben wird von einer Nocke angetrieben und läuft in einer Laufbuchse; die Rückführung des Kolbens erfolgt durch Federkraft.

Bei der Drehkolbenpumpe (Skizze 1 und 2) ist der Kolben besonders ausgebildet, und zwar so, dass je nach Stellung des Kolbens der ganze oder nur ein Teil des im Arbeitsraum befindlichen Kraftstoffes zur Einspritzung kommt, während ein Rest, d.h. der jeweilig nicht benötigte Kraftstoff, in den Saugraum zurückfließt. Der Kolben wird als Steuerschieber verwendet und ist hierzu mit einer Schrägkante versehen. Die Regelung erfolgt durch Drehen des Pumpenkolbens.


Skizze 1


Skizze 2

Bei der Bosch-Einspritzpumpe (Skizze 3) ist für den Motorzylinder ein besonders Pumpenelement vorhanden. Im feststehenden Pumpenzylinder wird der Pumpenkolben durch die Nockenwelle der Einspritzpumpe in Hubbewegungen versetzt. Der Zylinder ist oben an der Mündung durch ein Druckventil verschlossen, dass beim Druckhub des Kolbens angehoben wird, beim Saughub jedoch völlig schließt. Der Zylinder durchquert den Saugraum, mit dem er durch Zulaufbohrungen verbunden ist.


Skizze 3

Wie man in Skizze 2 sieht, ist der Pumpenkolben kein glatter zylindrischer Stempel, vielmehr weist er auf dem Kopf ganz eigenartige Kurvenaussparungen auf, und er endet unten in einem Querriegel, der in einer Ausnehmung der Regelhülse steckt und von dieser daher in einer Drehbewegung mitgenommen werden kann. Diese Hülse (siehe auch Skizze 3) trägt einen Zahnkranz, der mit der Verzahnung auf der Regelstange im Eingriff steht. Wird die Regelstange verschoben, so wird die Hülse gedreht und mit ihr der Pumpenkolben. Dadurch kommt der Pumpenkolbenkopf mit seinen eigenartige Einschnitten in eine andere Lage zu den Zulaufbohrungen, durch die der Pumpenzylinder mit dem Saugraum verbunden werden kann. Die Verdrehung des Pumpenkolbens, dessen Hub unveränderlich ist, bewirkt die Veränderung in der Einspritzmenge der Pumpe. Auf welche Weise zeigt Skizze 1.

In der tiefsten Kolbenstellung (Teilskizze 1) sind die beiden Zulaufbohrungen im Pumpenzylinder offen; der Pumpenzylinder hat sich mit Kraftstoff gefüllt.

Beim Aufwärtsgang des Kolbens (Druckhub) wird zunächst eine geringe Menge Kraftstoff in den Saugraum zurückgedreht, bis der Kolben die Öffnung abschließt. Von diesem Augenblick an kommt der Kraftstoff unter Druck und die Pumpe beginnt durch das Druckventil und die Druckleitung hindurch zur Einspritzdüse zu fördern.

Die Förderung beginnt stets, sobald der Kolben bei seiner Aufwärtsbewegung die Zulaufbohrungen überdeckt. Die Förderung hört auf, sobald die am Kolben befindliche Schrägkante (B) auf die Zulaufbohrung trifft, denn in diesem Augenblick steht der Druckraum oberhalb des Kolbens mit dem Saugraum durch die Längsnut im Kolben in Verbindung (Teilskizze 2). Das Förder-Ende und damit die Fördermenge wird, wie bereits gesagt, durch Verdrehen des Pumpenkolbens verändert. Zur Verringerung der Fördermenge wird der Kolben linksherum verdreht (Teilskizze 3 und 4), die Regelstange also nach links verschoben. Dadurch öffnet die Schrägkante früher die Verbindung zum Saugraum, sodass kein Förderdruck mehr besteht. Um die Fördermenge auf Null zu bringen, wird der Kolben so weit verdreht, bis die Längsnut unmittelbar auf die Zulaufbohrung trifft, sodass der Kraftstoff im Pumpenzylinder gar nicht unter Druck kommt (Teilskizze 5).

Sobald die Schrägkante (die) des Kolbens die Zulaufbohrung freigegeben hat, sind der Druck im Pumpenzylinder. Der in der Druckleitung herrschende höhere Druck und die Feder des Druckventils drücken letzteres auf seinen Sitz. Die Druckleitung wird dadurch gegen den Pumpenzylinder abgeschlossen, es beim nächsten Druckhub die Förderung erneut beginnt.

Es werde nun möglich, dass die Förderung von Kraftstoff durch die Einspritzdüse nach Schließen des Druckventils noch etwas anhalten würde, und zwar wegen der Ausdehnung des Kraftstoffes und Zusammenziehen der Druckleitung. Diesen Vorgang nennt man „ Nachtropfen „; er ist unerwünscht und schädlich, weil die Kraftstofftröpfchen infolge des verminderten Druckes groß sind und deshalb schlecht verbrennen. Zur Entlastung der Druckleitung wird ihr daher ein Teil des Kraftstoffes entzogen, ehe das Druckventil völlig geschlossen ist; damit wird auch ein rascheres Schließen der Düsennadel Erreicht (die Einspritzdüsen sind federgeschlossene Düsennadeln, die von ihrem Sitz durch den Kraftstoffdruck angehoben, d.h. geöffnet werden).

Bei Bosch wird die Entlastung der Druckleitung durch eine besondere Konstruktion des Druckventils Erreicht (Skizze 4).


Skizze 4

Beim Einspritzvorgang ist das Druckventil von seinem Sitz angehoben (Skizze 4 - Mitte); der Kraftstoff kann durch die in einer Ringnut enden Längsnuten in die Druckleitungen eintreten. Oberhalb der Ringnut ist noch ein kurzes zylindrisches Schaftstück (Tauchkölbchen), das saugend in den Ventilkörper passt und an dass sich der Ventilkegel anschließt. Beim schließen des Druckventils am Ende der Förderung taucht zunächst das über der Bohrung liegende Tauchkölbchen in den Ventilkörper ein, und dann sinkt der Kegel auf seinen Sitz. Dabei vergrößert sich der Rauminhalt der Druckleitung um den Inhalt des Kölbchens. Der Kraftstoff in der Druckleitung hat also mehr Platz, kann sich dadurch rasch entspannen und die Düsennadel kann rasch schließen (ab Skizze 4 - rechts).

Die Fördermenge der Einspritzpumpe wird durch Verschieben der Regelstange verändert. Wie aus Skizze 5 (Bosch-Regler für Einspritzpumpen) ersichtlich, kann die Regelstange vom Fahrpedal unmittelbar (bei Einspritzpumpe mit mechanischem Leerlauf-und Endregler) oder mittelbar (bei Einspritzpumpe mit Unterdruckregler) betätigt werden. Also wird durch betätigen des Fahrpedal („ Gasgeben „) dem Motor die jeweils notwendige Kraftstoffmenge zugeführt.


Skizze 5

Großbild
Anders ist es im Leerlauf. Bei Zurücknehmen des Fahrpedal soll der Motor in Leerlaufdrehzahl weiterlaufen. Für die Einhaltung der Leerlaufdrehzahl sorgt nun der an der Einspritzpumpe befindliche Regler (Leerlaufregler). Zugleich konstruktiv verbunden mit ihm ist die Beschränkung der Enddrehzahl durch den Endregler.

Der mechanische Leerlauf- und Endregler von Bosch ist ein Fliehkraftregler. Er ist mit der Nockenwelle der Einspritzpumpe in unmittelbarer Verbindung (Skizze 6 und 7).


Skizze 6


Skizze 7

Die beiden Fliehgewichte des Reglers gleiten auf Zapfen, die senkrecht aus der Reglerwelle hervorstehen. Die Fliehbewegungen der beiden Gewichte wird jeweils durch ein paar Federn, eine schwächere (für die Leerlaufregler-) und eine stärkere (für die Endregelung), begrenzt. Die Fliehgewichte sind durch je einen Winkelhebel, durch das Übertragungsgestänge und durch den Verstellhebel mit der Regelstange verbunden. Der Verstellhebel ist auf einem Exzenter gelagert, der durch das Fahrpedal gedreht werden kann.

Wie regelt nun der Fliehkraftregler? Im Leerlauf als selbsttätiger Leerlaufregler: Steigt im Leerlauf die Drehzahl, so werden die Reglergewichte durch die Fliehkraft gegen die schwächere Feder (Skizze 8) gedrückt, dadurch ziehen Sie über die Winkelhebel die Regelstange in Pfeilrichtung der Skizze 6. Wie bereits erwähnt, wird dadurch die Kraftstoffeinspritzmenge verkleinert und die Drehzahl fällt ab. Sinkt die Drehzahl zu sehr ab, so wird der Druck der Reglerfedern stärker als die Fliehkraft; unter dem Druck der Reglerfedern wird über die Winkelhebel die Regelstange entgegengesetzt der Pfeilrichtung in Skizze 6 bewegt, sodass die Kraftstoffeinspritzmenge größer wird und die Drehzahl wieder steigt. Diese Drehzahlschwankungen sind infolge der M Freundlichkeit der schwächeren Leerlauf-Reglerfedern nicht sehr groß und kaum wahrnehmbar. [/Block]

Skizze 8

Beim Niedertreten des Fahrpedals wird der Exzenter um seine Quelle so gedreht, dass der Verstellhebel die Regelstange in Pfeilrichtung verschiebt (Skizze 6). Dadurch wird entsprechend der Fahrpedalbewegung die Kraftstoffeinspritzmenge vergrößert bzw. beim zurücknehmen des Fahrpedals verkleinert. Die Reglergewichte nehmen dann eine Mittelstellung zwischen Stellung 2 und 3 in Skizze 8 ein. Wird durch tiefes Niedertreten des Fahrpedals die Motordrehzahl sehr gesteigert, so wird die Fliehkraft auch die stärkere Reglerfedern überwinden, und die Reglergewichte schlagen aus und ziehen über die Winkelhebel usw. die Regelstange zurück. Die Drehzahl fällt etwas, die Reglergewichte gehen zurück; die Drehzahl steigt wieder etwas, bis die Reglergewichte die Regelstange wieder zurückziehen. Dieser Regelvorgang, Endregelung genannt, ist ähnlich dem beim Leerlauf, nur dass es sich um die Regelung der Motorhöchstdrehzahl mittels der stärkeren Reglerfedern handelt.


Anmerkung:

Dieser Artikel wurde auf Wunsch mehrerer Leser eingestellt und behandelt die Kraftstoffanlage von Oldtimer-Fahrzeugen. Die hier gemachten Aussagen sind daher für Neufahrzeuge nicht immer zutreffend.


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