DD157428A3

DD157428A3 - INJECTION SYSTEM FOR DOSING FLUIDS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: DD157428A3
Application number: DD22373980A
Authority: DD
Inventors: Eberhard Sonntag; Rudolf Fassmann
Original assignee: Eberhard Sonntag; Rudolf Fassmann
Priority date: 1980-09-05
Filing date: 1980-09-05
Publication date: 1982-11-10

Abstract

Die Anwendung der Erfindung erstreckt sich vorzugsweise auf die Kraftstoff- und/oder Schmierstoffdosierung bei Verbrennungsmotoren. Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Einspritzsystems nach dem Pulsdruckprinzip,dessen Eigenschaften die Anwendung insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit hohen Drehzahlen und Mehrzylinderanordnungen ermoeglicht. Das Wesen der Erfindung ist eine Systemloesung. Besondere Systemeigenschaften entstehen dazu durch die erfindungsgemaessen Massnahmen zur Verhinderung von Kavitation und durch Eigenvorgaenge hervorgerufene Druckaenderungen in der zu dosierenden Fluessigkeit. Durch eine weitgehende Entkopplung der Systemkomponenten wird eine optimale Bemessung des Einspritzsystems erreicht. Die fuer die Fluessigkeitsdosierung erforderliche Druckwelle wird ueber die Energie erzeugt, die einem Impulskolben im Verlauf einer in bestimmter Weise gesteuerten Bewegung erteilt wird. Die zum Antrieb des Impulskolbens erforderliche Hilfsenergie kann elektrischer oder auch mechanischer Natur sein. Zur Energiedosierung und damit zur Dosierung der Fluessigkeitsmenge sind unterschiedliche Moeglichkeiten vorgesehen.The application of the invention preferably extends to the fuel and / or lubricant metering in internal combustion engines. The aim of the invention is to provide an injection system according to the pulse pressure principle whose properties allow the application in particular in internal combustion engines with high speeds and multi-cylinder arrangements. The essence of the invention is a system solution. Special system properties arise from the measures according to the invention for preventing cavitation and pressure changes caused by intrinsic processes in the liquid to be metered. An extensive decoupling of the system components results in an optimum dimensioning of the injection system. The pressure wave required for the metering of fluid is generated by the energy imparted to a pulse piston in the course of a certain controlled motion. The auxiliary energy required to drive the pulse piston may be electrical or mechanical nature. For energy dosage and thus for dosing the amount of liquid different possibilities are provided.

Description

-~l- d. <£ O- f - ~ d. <£ O f

Eberhard Sonntag FO2M-51/OOEberhard Sonntag FO2M-51 / OO

Rudolf PaßmannRudolf Paßmann

Eberhard Rehschuh, VertreterEberhard Rehschuh, representative

Titel der ErfindungTitle of the invention

Einspritzsystem zur Dosierung von Plüssigkeiten bei VerbrennungsmotorenInjection system for metering of liquids in internal combustion engines

Anwendungsgebiet der Erfindung Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich insbesondere auf die Kraftstoff- und Schmierstoffdosierung bei Verbrennungsmotoren. Das Einspritzsystem kann auch zur Dosierung von flüssigen Zusatzstoffen wie Alkohol und Y/asser Anwendung finden.Field of application of the invention The field of application of the invention extends in particular to the fuel and lubricant metering in internal combustion engines. The injection system can also be used to dose liquid additives such as alcohol and water.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen Vorbekannt ist durch die DD-PS JTr. 120514 ein System der Bauart Pumpe-Düse, bei dem ein.Pumpenkolben so in der einzuspritzenden Flüssigkeit bewegt wird, daß die ihm durch einen Elektromagneten erteilte kinetische Energie ein Maß für die einzuspritzende Flüssigkeitsmenge ist. Die Rückstellbewegung des Pumpenkolbens wird mittels einer Druckfeder realisiert. Bekannt ist auch die DE-AS Ir. 1088762. In dieser Schrift wird ein System der Bauart Pumpe-Düse vorgeschlagen, bei dem die Energie für den Einspritzvorgang während des Verdichtungsvorganges aus dem Brennraum des Verbrennungsmotores entnommen wird. Die Auslösung des Spritzvorganges erfolgt durch eine elektromagnetisch betätigte Entriegelung, wobei zur Dosierung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge nur die Verdrängerwirkung des Pumpenkolbens ausgenutzt wird. Die Rückstellbewegung des Pumpenkolbens wird mittels einer Schraubenfeder erreicht.Characteristic of the known technical solutions Previously known by the DD-PS JTr. 120514 a system of the type pump-nozzle, in which a.Pumpenkolben is moved in the liquid to be injected so that the given by an electromagnet kinetic energy is a measure of the amount of liquid to be injected. The return movement of the pump piston is realized by means of a compression spring. Also known is DE-AS Ir. 1088762. In this document, a system of the type pump-nozzle is proposed in which the energy for the injection process during the compression process is taken from the combustion chamber of the internal combustion engine. The triggering of the injection process is carried out by an electromagnetically actuated unlocking, wherein for metering the amount of fuel to be injected only the displacement effect of the pump piston is utilized. The return movement of the pump piston is achieved by means of a coil spring.

ζ* a" / a a- ζ * a "/ a a-

Nachteilig wirkt eich an. diesem Stand der Technik aus, daß eine starke gegenseitige Abhängigkeit ihrer Systemelemente vorliegts während die Freiheitsgrade zur optimalen. Bemessung sehr eingeschränkt sind. Ein wesentlicher Mangel des Standes der Technik ist das Fehlen von Maßnahmen zur Verhinderung von Kavitationserscheinungen in der einzuspritzenden Flüssigkeit _? wodurch das Anwendungsgebiet auf Verbrennungsmotoren mit niedriger Drehzahl begrenzt wird. Weiterhin wird durch die starke gegenseitige Abhängigkeit des Antriebs- und Rückstellsystems die optimale Bemessung der Einspritzsysteme unmöglich. Gleichermaßen ungünstige Bedingungen existieren auch für die optimale Steuerung des Einspritzvorganges sowohl bezüglich Kraft« stoffmenge als auch der Einspritzzeit. Das Verhältnis der nutzbaren Energie im Motor zur benötigten Energie im Einspritzsystem ist sehr ungünstig, insbesondere bei Motoren kleinen Hubraums.'The disadvantage is eich. In this prior art that a strong interdependence of their system elements present while the degrees of freedom to the optimum. Dimensioning are very limited. A major shortcoming of the prior art is the lack of measures to prevent cavitation phenomena in the liquid to be injected _. thereby limiting the field of application to low speed internal combustion engines. Furthermore, due to the strong interdependence of the drive and reset system, the optimal design of the injection systems is impossible. Equally unfavorable conditions also exist for the optimal control of the injection process both in terms of fuel quantity and the injection time. The ratio of usable energy in the engine to the required energy in the injection system is very unfavorable, especially in small displacement engines.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Mangel des genannten Standes der Technik zu vermeiden und ein Einspritzsystem für Verbrennungsmotore zu entwickeln, das sich durch einfache und sichere Bauelemente kostengünstig anwenden läßt.The aim of the invention is to avoid the deficiency of said prior art and to develop an injection system for internal combustion engines, which can be applied inexpensively by simple and safe components.

Darlegung des Wesens der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Einspritzsystems zur Dosierung von Flüssigkeiten bei Verbrennungsmotoren, das sich bei minimalen Eigenenergiebedarf auch für die Einspritzung an kleinen Ein- oder Mehrzylindermotoren und auch für hohe Drehzahlen eignet.DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the invention is to provide an injection system for metering liquids in internal combustion engines, which is also suitable for injection on small single- or multi-cylinder engines and also for high rotational speeds with minimal own energy requirement.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Einspritzsystem nach dem Wirkprinzip der Pulsdruckeinspritzung realisiert wird« Einen Energiespeicher für kinetische, mechanische Energie, nachfolgend Impulskolben genannt, wird dabei ein bestimmter Betrag kinetischerAccording to the invention the object is achieved in that an injection system is realized according to the operating principle of the pulse pressure injection «An energy storage for kinetic, mechanical energy, hereinafter called impulse piston, while a certain amount is kinetic

Energie erteilt. ,^Energy granted. , ^

3 7 3 83 7 3 8

Neuartig ist, daß sowohl die Antriebs- als auch die Rückführbewegung des Impulskolbens durch ein steuerbares Antriebssystem, vorzugsweise ein elektromagnetisches System mit mehreren getrennten Erregerkreisen erfolgt. Der Bewegungsablauf des Impulskolbens ist über eine elektronische Steuerung der Erregerströme optimal steuerbar. Die kinetische Energie des Impuls« kolbens wird über einen Sperrkörper·, vorzugsweise in Gestalt einer Membran, an die im Hauptraura des PuIsdruckeinspritzsystems befindliche Flüssigkeit abgegeben« An der dem Sperrkörper gegenüberliegenden Seite des Hauptraumes befindet sich erfindungsgemäß eine Einspritzleitung als Resonanzleitung, an deren anderem Ende die Einspritzdüse angeordnet ist. Über ein hydraulisches Anpaßglied, vorzugsweise in Form eines Exponentialtrichters, wird der hydraulische Leitungswiderstand an den des Hauptraumes -angepaßt. Gemäß der Erfindung gelangt die einzuspritzende Flüssigkeit aus einem Speichervolumen kleinen hydraulischen Innenwiderstandes durch ein Einlaßventilkombination, vorzugsweise aus .der Reihenschaltung eines dynamisch wirkenden Einlaßventils, einer Einkoppelstelle und eines statisch v/irkenden Einlaßventils bestehend, in den Hauptraum des Pulsdruckeinspritzsystems.It is novel that both the drive and the return movement of the pulse piston is effected by a controllable drive system, preferably an electromagnetic system with a plurality of separate exciter circuits. The movement of the pulse piston is optimally controlled via an electronic control of the excitation currents. The kinetic energy of the pulse piston is delivered via a blocking body, preferably in the form of a membrane, to the liquid present in the main passage of the pressure injection system. According to the invention, an injection line is located at the side of the main space opposite the blocking body as a resonance line, at the other end of which Injection nozzle is arranged. Via a hydraulic adapter, preferably in the form of an exponential funnel, the hydraulic line resistance is adapted to that of the main chamber. According to the invention, the liquid to be injected passes from a storage volume small internal hydraulic resistance through an intake valve combination, preferably from .The series connection of a dynamically acting intake valve, a Einkoppelstelle and a static v / irkenden inlet valve consisting in the main room of the pulse pressure injection system.

Vorteilhaft sind erfindungsgemäß die Einspritzleitung oder der Hauptraura an einer vorbestimmten Stelle angezapft und über eine-Verzögerungsleitung mit der Einkoppelstelle der Einlaßventilkombination verbunden, um Kavitationserscheinungen der Flüssigkeiten im Hauptraum zu vermeiden. Zu Beginn eines Einspritzvorganges befindet sich der Impulskolben in seiner Ausgangslage an einem Anschlag des Antriebssystems. Mit Hilfe des steuerbaren Antriebssystems wird der Impulskolben in Richtung des Sperrkörpers beschleunigt,Advantageously, according to the invention, the injection line or Hauptraura tapped at a predetermined location and connected via a delay line with the Einkoppelstelle the intake valve combination to avoid cavitation phenomena of liquids in the main room. At the beginning of an injection process, the pulse piston is in its initial position at a stop of the drive system. With the aid of the controllable drive system, the pulse piston is accelerated in the direction of the blocking body,

VJL 'ό / ί VJL 'ό / ί

Nach dem Auftreffen auf den Sperrkörper wird die kinetische Energie des Impulskolbens auf die einzuspritzende Flüssigkeit im Hauptraum des Pulsdruckeinspritzsystems übertragen. Die dort entstehende Druckwelle läuft durch die an. den Hauptraum angeschlossene Einspritzleitung zur Einspritzdüse, welche beim Erreichen eines Öffnungsdruckes oder bei Abgabe eines Offnungssignals den Y/eg für die einzuspritzende Flüssig» keit freigibt. Ein Teil der Druckwellenenergie wird über eine entweder in der Einspritzleitung oder direkt am Hauptraum befindliche Anzapfung entnommen und über eine. Verzögerungsleitung an die Einlaßventilkornbination eingekoppelt. Damit wird erreicht, daß das statisch wirkende Einlaßventil so öffnet, daß im Hauptraum des Pulsdruckeinspritzsystems Kavitation verhindert wird. Der erforderliche Druckausgleich in der Einlaßventilkombination und in der Verzögerungsleitung wird danach durch die über das dynamisch wirkende Einlaßventil aus einem Vorratsvolumen nachströmende.Flüssigkeit bewirkt.After hitting the blocking body, the kinetic energy of the pulse piston is transferred to the liquid to be injected in the main chamber of the pulse pressure injection system. The resulting pressure wave runs through the. Injection line connected to the main chamber to the injection nozzle, which releases the Y / eg for the liquid to be injected when an opening pressure is reached or when an opening signal is issued. A portion of the pressure wave energy is removed via a tap located either in the injection line or directly to the main room and via a. Delay line coupled to the intake valve manifold. This ensures that the statically acting inlet valve opens so that cavitation is prevented in the main room of the pulse pressure injection system. The required pressure equalization in the intake valve combination and in the delay line is then effected by the fluid flowing in from the supply volume via the dynamically acting inlet valve.

Durch geeignete Steuerung des Antriebssystems wird der Impulskolben wieder in die Ausgangslage zurückgeführt. Das Wirkprinzip läßt sich erweitern,,in dem auch die Rückführung des Impulskolbens zur Erzeugung einer Druckwelle genutzt wird.By suitable control of the drive system, the pulse piston is returned to its original position. The operating principle can be expanded, in which the return of the pulse piston is used to generate a pressure wave.

Ausführungsbeispiel ·Embodiment ·

Die Erfindung soll an Hand einer Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. In the drawing show:

Fig. 1: ein Einspritzsystem im Schnitt sowie den Vorratsbehälter, die Verzögerungsleitung und eine Einspritzdüse;Fig. 1: an injection system in section and the reservoir, the delay line and an injection nozzle;

Fig. 2: Ein Einspritzsystem mit zwei Haupträumen und zwei Einspritzdüsen;Fig. 2: An injection system with two main rooms and two injection nozzles;

Fig. 3i ein Einspritzsystem mit zwei Haupträumen undFig. 3i an injection system with two main rooms and

ijS¹ ijS ¹

einer Einspritzdüse.an injection nozzle.

In der Zeichnung der Pig. 1 ist ein erfindungsgemäßes • Ausfiihrungsbeispiel eines Pulsdruckeinspritzsystems mit Impulskolben für einen Einzylinderverbrennungsmotor dargestellt. .In the drawing the Pig. 1 shows an exemplary embodiment of a pulsed-pulse pulse-pressure injection system for a single-cylinder internal combustion engine. ,

5" Das System besitzt einen elektromagnetischen 'Antrieb, bestehend aus dem Impulskolben 1, den Elektromagneten und einer Führungshülse 14» Ein Sperrköfper 2 trennt den elektromagnetischen Antrieb vom Hauptraum 3» an den die Flüssigkeitszuführung, bestehend aus Vorratsvolumen 7, dynamischen Ventil 8, Einkoppelstelle 9_S statischen Ventil 10 einerseits und über ein Anpaßglied 6 die Einspritzleitimg 4 zur Einspritzdüse 5 andererseits angeordnet sind. Die Einkoppelstelle 9 ist über die Verzögerungsleitung 12 mit der Einspritzleitung 4 an einer Ankoppelstelle 11 verbunden.5 "The system has an electromagnetic 'drive, consisting of the pulse piston 1, the electromagnet and a guide sleeve 14» A Sperrköfper 2 separates the electromagnetic drive from the main room 3 »to the liquid supply, consisting of supply volume 7, dynamic valve 8, coupling point 9 _S static valve 10 on the one hand and the Einspritzleitimg 4 to injector 5 are arranged on the other hand via a Anpaßglied 6. The Einkoppelstelle 9 is connected via the delay line 12 to the injection line 4 at a Ankoppelstelle 11.

In Pig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei welchem das elektromagnetische -Antriebssystem mit zwei Haupträumen 3 und den jeweils dazugehörigen Einspritzleistungen 4 so gekoppelt ist, daß die Bewegung des Impulskolbens 1 in beiden Richtungen zur Energieabgabe an die einzuspritzende Flüssigkeit genutzt wird.In Pig. 2 shows an embodiment of the invention in which the electromagnetic drive system is coupled to two main chambers 3 and the respectively associated injection powers 4 in such a way that the movement of the pulse piston 1 is utilized in both directions for the delivery of energy to the liquid to be injected.

Eine vorteilhafte Anwendung ergibt sich bei Mehrzylinderverbrennungsmotoren, insbesondere aber bei ZweiZylinderverbrennungsmotoren mit versetzten Einspritzzeit punkten. In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wobei wie bei der Ausführung nach Fig. 2 beide Bewegungsrichtungen des Impulskolbens 1 zur Energieabgäbe an die einzuspritzende Flüssigkeit genutzt werden. Die Einspritzleitung 4, aber über ein Koppelglied 15 auf nur eine Einspritzdüse 5 wirken. Damit'wird die Einspritzfrequenz doppelt so hoch wie die Arbeitsfrequenz des Impulskolbens 1. Eine vorteilhafte Anwendung ist insbesondere bei sehr Schnellaufenden Verbrennungsmotoren gegeben.An advantageous application results in multi-cylinder internal combustion engines, but especially in two-cylinder engines with staggered injection time points. In Fig. 3, a further embodiment of the invention is shown, wherein both directions of movement of the pulse piston 1 are used to Energieabgäbe to the liquid to be injected as in the embodiment of FIG. The injection line 4, but act via a coupling member 15 to only one injection nozzle 5. Thus, the injection frequency is twice as high as the operating frequency of the pulse piston 1. An advantageous application is given especially in very high-speed internal combustion engines.

Claims

1. Injection system for metering liquids in internal combustion engines, in which an electromagnetically controlled pulse piston is moved in a guide sleeve, characterized in that one or more controllable electromagnets (13) and one or more locking body (2), which transverse to the direction of movement of the pulse piston (1) are arranged separately from the liquid to be injected and, following the blocking bodies (2), main spaces (3) with hydraulic adapter (6) are associated with the internal shape of a rotationally symmetric exponential funnel 5 connected to supply lines from the inlet valve system (8; 9; 10 ) of a liquid container with storage volume (7) are connected and that the. Exponent ialtri-clrt with the adapter member (6) carry injection lines (4), which serve as resonance lines and with delay lines (12) are connected, wherein injection nozzles (5) form the ends of the injection lines (4).

2. injection system according to item 1, characterized in that the main space (3) an additional pressure generating system is mounted, which superimposed with its pulses, the pulses of the pulse piston (1). .

3 «injection system according to item 1 and 2, characterized in that the adapter member (6) as a rotationally symmetrical conical. Funnel with conical sections of different pitch is formed.

4. injection system according to item 1 to 3, characterized in that the blocking body (2) preferably made of metal, non-metal or a combination of both.

5. injection system according to item 1 Ms 4 characterized s characterized in that in der- delay line (12) is mounted a controllable valve.

6. injection system according to item 1 to 5 characterized in that from the main chamber (3) to the liquid container with storage volume (7) is mounted a controllable compensation line.

-6 · -. · 2 2 3'7

Claim for invention

7. Injection system according to item 1 to 6, characterized in that the coupling member (1'5) is mounted such that it is between the injection line (4) and the injection nozzle (5.).

HieiziL-iLSeiten Drawings ''