VERBESSERUNG VON DREHMOMENT UND LEISTUNG DES GDI-MOTORS
Stanadyne Goliath Pumpenpapier
Die Antwort auf die Forderung der Leistungsindustrie nach einer Benzin-Direkteinspritzpumpe mit höherem Druck und höherem Durchfluss.
Immer mehr Hersteller von Spezial- und Rennfahrzeugen sowie Tuner setzen auf moderne Motoren mit Direkteinspritzung als Antriebsquelle. Während serienmäßige Motoren mit Direkteinspritzung mehr Leistung und Drehmoment bei kleinerem Hubraum als ihre traditionellen Pendants mit Saugrohreinspritzung erzeugen, sucht die Rennsportindustrie nach Möglichkeiten, sicher und zuverlässig mehr Leistung zu erzielen.
Die Unternehmen haben sich auf die Modifizierung von Benzin-Direkteinspritzpumpen (GDI) konzentriert, um durch die Bereitstellung von mehr Kraftstoff bei höherem Druck mehr Leistung zu erzeugen. Die Umrüstung von Betriebspumpen ist jedoch nicht der beste Weg, um das Problem zu lösen. Um den von der Industrie geforderten Durchfluss und Druck sicher und zuverlässig zu gewährleisten, um die Leistungsgrenzen der heutigen GDI-Motoren wie AMG, BMW B58 und GM LT4 zu erweitern, müssen einzigartige betriebliche Herausforderungen bewältigt werden. Die Erhöhung des Durchflusses und des Drucks bringt erhebliche Probleme mit sich, die nur speziell entwickelte und gebaute Pumpen lösen können, wie z. B. die Bewältigung der extremen Kräfte auf die Nockenwelle und die Aufrechterhaltung der langfristigen strukturellen Integrität bei hohen Drücken.
Verwendung von OEM-Pumpen für den Performance Aftermarket
Stanadyne stellt seit 2007 Hochleistungs-GDI-Pumpen für Automobilanwendungen her. Damals wurde die SP1250 eingeführt, die gemeinhin als "LT1" bezeichnet wird. Sie wird in einer Reihe von OEM-Anwendungen (Original Equipment Manufacturer) eingesetzt und hat einen Kolbendurchmesser von 10,5 mm mit einem Standardkolbenhub von 5,7 mm und einer Druckkapazität von 150 bar. Die SP1250 hat eine beworbene volumetrische Förderleistung von 1250 mm3/U mit einer dreiflügeligen Nockenwelle, die einen Kolbenhub von 5,7 mm bei 2400 pRPM (Pumpenumdrehungen pro Minute) bei minimaler Förderleistung bietet.
Stanadyne hat 2014 den SP1550 (gemeinhin als "LT4" bezeichnet) für Hochleistungsanwendungen im Automobilbereich eingeführt. Sie hat einen Kolbendurchmesser von 11,5 mm, eine volumetrische Förderleistung von 1550 mm3/U bei 200 bar und nutzt eine dreiflügelige Nockenwelle, die einen Hub von 6,0 mm bei 2400 pRPM bei minimaler Förderleistung bietet. Sie ist derzeit die GDI-Kraftstoffpumpe mit dem größten Hubraum, die in OEM-Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzt wird.
Performance Aftermarket-Unternehmen haben diese Stanadyne OEM GDI-Kraftstoffpumpen modifiziert, um Produkte mit erhöhtem Kraftstoffdurchfluss anzubieten. Im Jahr 2023 hat Stanadyne in Zusammenarbeit mit Kunden aus dem Bereich Fahrzeugtuning Aftermarket-Pumpen vom Typ SP1250 und SP1550 entwickelt, gebaut und geliefert. Diese Spezialpumpen verfügen über eine Vielzahl von Optionen für den Einlass und die Magnetventilbefestigung, die kundenspezifische Anwendungen für eine größere Anzahl von Motorplattformen ermöglichen. Die Druckkapazität der SP1250 wurde auf 250 bar und die der SP1550 auf 350 bar erhöht.
Größer werden mit Goliath
Der Wunsch nach höherer Förderleistung und höherem Druck veranlasste Stanadyne zur Entwicklung einer Pumpe mit größerem Volumen und 350 bar Leistung für Anwendungen mit hoher Motorleistung. Diese Konstruktion der zweiten Generation entspricht äußerlich der ursprünglichen SP1550-Pumpe, ist jedoch mit einem 12-Millimeter-Kolben ausgestattet, weist wichtige interne Änderungen auf und kann einen Kolbenhub von bis zu acht Millimetern aufnehmen. Sie trägt die Bezeichnung SP2100 und wird als "Goliath" bezeichnet. Mit einer dreiflügeligen Nockenwelle und einem Stößelhub von bis zu acht Millimetern kann sie bis zu 2.100 mm3/U bei 350 bar fördern.
Mehr Volumen, gleicher Druck
Die Stanadyne-Pumpen sind bei 200 und 250 bar über den gesamten Drehzahlbereich hinweg äußerst leistungsfähig, wobei das Fördervolumen bei höherem Druck nur minimal abnimmt. Das Fördervolumen der SP1550 ist etwa 24 Prozent höher als das der SP1250. Die Fördermenge des Goliath ist etwa 22 Prozent höher als die des SP1550 und etwa 50 Prozent höher als die des SP1250. Der SP1550 und der Goliath schneiden bei 250 und 350 bar über den gesamten Geschwindigkeitsbereich vorbildlich ab, wobei die Fördermenge bei höherem Druck nur minimal abnimmt. Die Fördermenge des Goliath ist bei 350 bar etwa 12 Prozent höher als die des SP1550.
Mehr Volumen, höherer Druck
Die Goliath-Pumpe bietet über den gesamten Drehzahlbereich mit bis zu 350 bar eine deutlich höhere Förderleistung als die SP1550. Anwendungen mit extremer Leistung erfordern jedoch eine noch höhere Förderleistung. Dies führte zur Entwicklung einer höheren Hubkapazität für den 12-Millimeter-Kolben der Goliath und der Möglichkeit, mit einem Hub von bis zu acht Millimetern zu arbeiten. Durch den Wechsel von sechs auf acht Millimeter Kolbenhub kann eine Steigerung des Fördervolumens um etwa 29 Prozent erreicht werden.
Die Herausforderungen verstehen
Die Umstellung auf so große Stößelhübe ist nicht unproblematisch und macht die Umsetzung dieser Betriebsänderung recht schwierig. Angesichts der bestehenden Platzbeschränkungen bei der Verwendung von Kolben mit größerem Durchmesser und höheren Hüben ist es schwierig, eine Kolbenfeder mit ausreichender Kraft zu konstruieren, um den Kontakt zwischen Nocken und Rollen beim Abwärtshub aufrechtzuerhalten. Der große Stößel des Goliath in Verbindung mit einem größeren Hub führt zu einer höheren Masse sowie zu höheren Stößelgeschwindigkeiten und -beschleunigungen. Die größeren Trägheitslasten, die mit größeren Hüben verbunden sind, müssen berücksichtigt werden. Darüber hinaus muss vor der Implementierung eines größeren Pumpenhubs eine Feder mit der entsprechenden Kraft installiert werden. Ein größerer Hub führt zu größeren Belastungen zwischen der Nocke und dem Rollenstößel. Um eine ausreichende Kontaktkraft über den gesamten Zyklus hinweg aufrechtzuerhalten, ist eine ergänzende Kolbenrückholfeder erforderlich, um eine minimale Kontaktkraft aufrechtzuerhalten.
Um die für den Goliath-Hochhubkolben erforderliche Federkraft in der zulässigen Gehäusegröße zu erreichen, wurde ein verschachteltes Federdesign entwickelt. Dabei handelt es sich um eine Feder in einer Feder, die eine Lösung mit sehr hoher Kraft bietet, die auf der verfügbaren Fläche installiert werden kann.
Die Kontaktkräfte wurden gründlich analysiert, die internen Strömungen und Drücke wurden modelliert und optimiert, um einen akzeptablen Druck in der Pumpenkammer zu gewährleisten und die Verluste zu minimieren, und die Finite-Elemente-Analyse stellte sicher, dass die Pumpe strukturell solide ist.
Erprobung der Pumpe
Nach Abschluss der Analysen und Tests war es an der Zeit zu sehen, wie die Goliath im Motor funktioniert. Partner im Bereich Fahrzeugtuning montierten die Pumpe an verschiedenen Motoren, um die Leistungsverbesserung, insbesondere den PS-Zuwachs, zu messen.
Dorch Engineering installierte die Goliath-Pumpe in einem BMW 340i und erreichte 823,7 PS und 765,6 ft-lbs. an Drehmoment. Die Goliath-Pumpe ermöglichte diesem Motor einen Leistungszuwachs von 264 Prozent und einen Drehmomentanstieg von 242 Prozent im Vergleich zum Serienmotor mit 311,8 PS und 315,7 ft-lbs. Spool Performance baute eine Goliath-Pumpe in einen Doppelturbo-Mercedes M177 LS2-Motor ein und maß 1.040 PS und 1.000 ft-lbs. an Drehmoment mit E85-Kraftstoff. Katech Performance rüstete die Goliath-Pumpe in einen 388-Kubikzoll-LT-V-Motor von General Motors ein. Der Motor lief mit einem Nockenwellenhub von 7,82 Millimetern unter Verwendung von Rennbenzin und erzeugte 1.475,3 PS und 1.173 ft-lbs. an Drehmoment. Derselbe Motor wurde mit E85 betankt und erreichte 1.254,9 PS und 996 ft-lbs. an Drehmoment.
Die nächste Aufführung
Stanadyne hört weiterhin auf die Industrie. Die Kunden fragen nach einer 350-bar-GDI-Einspritzdüse als Ergänzung zu den Hochdurchfluss-Hochdruckpumpen. Die Goliath-Hochdurchfluss-Hochdruck-GDI-Einspritzdüse befindet sich derzeit in der Leistungs- und Lebensdauerprüfung. Es wird erwartet, dass das komplette System in Stanadynes Ausstellungsfahrzeug auf der PRI Show 2024 zu sehen sein wird. Der Pumpe-Düse-Satz wird Tunern und Automobilenthusiasten enorme Leistungs- und Zuverlässigkeitsgewinne bieten.
Srinu Gunturu leitet bei Stanadyne ein Team globaler Ingenieure, die Pionierarbeit bei der Entwicklung sauberer und effizienter Kraftstoffeinspritztechnologien für Motoren leisten, die unsere Welt bewegen, sowie für die Komponenten auf dem Ersatzteilmarkt, die diese Motoren am Laufen halten, und für die Hochleistungsprodukte, die die Leidenschaft für die Branche wecken. Er ist die treibende Kraft hinter den neuen Leistungsprodukten, Systemen und Lösungen des Unternehmens.
