DD213472B5

DD213472B5 - Pumpe-Duese-System fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DD213472B5
Application number: DD24771883A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Heimberg; Olaf Kluj
Original assignee: Ficht Gmbh
Priority date: 1983-02-04
Filing date: 1983-02-04
Publication date: 1999-12-30
Also published as: DD213472A1

Description

I_n = %ctw,

wobei c die Schallgeschwindigkeit in dem sich in der Förderleitung (6) befindenden Kraftstoff und tw die Öffnungszeit des Einspritzventils (7) ist.

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch angetriebenes Pumpe-Düse-System als Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere mit innerer Gemischbildung, mit einer elektrisch angetriebenen Hubkolbenpumpe, dessen Fördereinheit mittels Federkraft den Saughub und unter Einwirkung eines Elektromagneten den Druckhub ausführt.

Vorbekannt ist aus der DD 120 514 A ein elektrisch angetriebenes Pumpe-Düse-Element, bei dem ein Förderkolben durch Magnetkraft bewegt wird und dabei den Kraftstoff einer mit Vordruck belasteten Düse zufördert, das nach dem Energiespeichersystem arbeitet.

Als nachteilig hat sich gezeigt, daß der Förderkolben nach einem bestimmten Beschleunigungsweg den Füllquerschnitt verschließt und in den Förderraum eintaucht. Dabei entsteht ein rascher Druckanstieg, der sich aber durch den Ringspalt zwischen Förderkolben und Druckrohr schnell wieder abbaut. Das Ziel, zwischen Förderkolben und Druck mit Passungen geringer Präzision auszukommen, läßt sich auf diese Weise nicht realisieren.

Aus der DE 2 946 411 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem in einem Pumpzylinder lagernden Pumpkolben, welcher durch ein elektromagnetisch angetriebenes Betätigungselement angetrieben wird, bekannt. Zu Beginn des Förderhubes steht der Pumpkolben in direktem Kontakt mit dem Antriebselement, so daß der im Pumpenzylinder 10 eingeschlossene Kraftstoff mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher entsprechend und synchron zum Krafteintrag am Betätigungskörper ansteigt. Das Energiespeicherprinzip als wesentliches Wirkprinzip wird in einer derartigen Vorrichtung nicht realisiert.

Aus der DD 157 428 B ist ein Einspritzsystem bekannt, welches nach dem Energiespeicherprinzip arbeitet. Bei einer derartigen Einspritzeinrichtung trifft ein Beschleunigungskörper auf eine den Förderraum für Kraftstoff dichtend abschließende elastische Membran, so daß die kinetische Energie des Beschleunigungskörpers auf den Kraftstoff übertragen wird. Nachteilig an einer derartigen Vorrichtung ist, daß die Energieübertragung durch ein elastisches Medium erfolgt, welches durch die induzierten Druckwellen im Kraftstoff in dem den Beschleunigungskörper umgebenden Bereich entgegen der Förderrichtung verformt wird und somit den Druckanstieg im Förderraum dämpft bzw. zeitlich verzögert. Ein zeitlich präzises und hochfrequentes sowie verlustfreies Einspritzen von Kraftstoff ist mit einer derartigen Vorrichtung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pumpe-Düse-System zu schaffen, das mit vergleichsweise kleinen Antriebsenergien auskommt und mit Passungen geringer Präzision bzw. hoher Toleranz zwischen Förderkolben und Förderzylinder arbeiten kann, wobei bei hohen Arbeitsfrequenzen ein hoher Druck bei langer Wirkzeit erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Pumpe-Düse-System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Antriebsteil vorgesehen, in dem der Beschleunigungskörper und die Tauchspule angeordnet sind, wobei der Antriebsteil vom Förderzylinder durch eine Membran getrennt ist.

Gemäß der Erfindung sind im Förderkolben und Förderzylinder Ventile zur Kraftstoffzufuhr angeordnet.

In einer weiteren Ausgestaltung sind im Beschleunigungskörper und Förderkolben Zulaufkanäle, die mit dem Förderraum verbunden sind und nach einem Teil des Hubweges des Beschleunigungskörpers nach dem unteren Totpunkt getrennt sind.

Gemäß der Konstruktion des Erfindungsgegenstandes wird der Beschleunigungskörper durch das magnetische Feld der Erregerspule auf einen Teil des Hubweges beschleunigt und wirkt nachfolgend als Speicher für kinetische Energie. Nach einem Teil des Hubweges schlägt der Beschleunigungskörper auf den Förderkolben und überträgt dabei seine Energie unmittelbar auf den Kraftstoff, der nach einem bestimmten Stoßverlauf verdichtet wird.

Durch den stoßartigen und kurzzeitigen Druckverlauf, die Ausbildung des ringförmigen Spaltes und durch eine erfindungsgemäß bevorzugte Länge der Leitung, die sich ergibt aus

In = ViC-U

wobei c die Schallgeschwindigkeit in dem sich in der Leitung befindlichen Kraftstoff und t_w"die Öffnungszeit des Einspritzventils ist, erfolgt eine nahezu verlustlose Umwandlung der Bewegungsenergie des Beschleunigungskörpers in Druckenergie. Die entstehende Stoßwelle bewirkt an der Düse das Abspritzen einer Kraftstoffmenge. Die Anordnung benötigt nur Fülldruck und ist selbstsaugend. Die Fördermenge ist an sich bekannter Weise durch die Einschaltzeit der Erregerspule regelbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand von zwei Ausführungen näher beschrieben werden. Es zeigen:

Fig.1: schematischer Aufbau des Pumpe-Düse-Elementes

Fig.2: Anordnung des Füllventils im Förderkolben

Fig.3: Schematischer Aufbau des Pumpe-Düse-Elementes

Fig.4: Charakteristik des Druckverlaufs

Fig.5: Charakteristik des Druckverlaufs

In Figur 1 ist das Pumpe-Düse-System in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Antriebsteil besteht aus dem Gehäuse 1, der Erregerspule 2, dem Beschleunigungskörper 3 und der Druckfeder 11. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Förderzylinder 5 ist eine elastische, bewegliche Membran 8, die mit dem Förderkolben 4 fest und dichtend gegenüber dem Antriebsteil verbunden ist. Der Hydraulikteil besteht aus dem Förderkolben 4, der in den Förderzylinder 5 eintaucht, der Förderleitung 6, der Düse 7, dem Kraftstoffzulauf 9 und dem Füllventil 10.

In Ruhelage werden der Beschleunigungskörper 3 und der Förderkolben 4 durch die Druckfedern 11 und 12 in der oberen Lage gehalten.

Durch das Magnetfeld der Erregerspule 2 wird der Beschleunigungskörper 3 auf einem Teil des Hubweges zum unteren Totpunkt beschleunigt und schlägt auf den Förderkolben 4 auf, wodurch dieser einen Teil der Bewegungsenergie aufnimmt und den vor ihm befindlichen Kraftstoff verdichtet. Die Druckstörung wandert als Druckwelle durch die Förderleitung 6 zur Düse 7. Gleichzeitig ist der Kraftstoff bestrebt, durch den ringförmigen Spalt 13 zwischen Förderkolben 4 und Förderzylinder 5 sich zu entspannen.

Das wird weitgehend dadurch vermieden, daß zum einen der Druckaufbau sehr schnell erfolgt und nur kurzzeitig, etwa der Dauer des Einspritzvorganges wirkt und zum anderen sich im wandnahen Bereich des Förderkolbens und des Förderzylinders Grenzschichten ausbilden, die ein Entweichen des Kraftstoffes behindern. Erfindungsgemäß ist der ringförmige Spalt in seiner Breite und Länge so bemessen, daß sich die ausbildenden Grenzschichten nahezu berühren, so daß die durchströmende Kraftstoffmenge sehr klein ist.

Ist die Bewegungsenergie aufgebracht, so kommen Beschleunigungskörper 3 und Förderkolben 4 zur Ruhe und werden nachfolgend durch die Druckfedern 11 und 12 zum oberen Anschlag zurückgeführt. Durch den dabei entstehenden Unterdruck öffnet das Füllventil 10 und Kraftstoff wird nachgesaugt.

In Figur 2 ist das Füllventil 10 im Förderkolben 4 angeordnet. Der Kraftstoffzulauf erfolgt während der Rückbewegungsphase des Förderkolbens durch die seitlichen Bohrungen 15 und dem Füllventil 109 in den Förderraum 14.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausbildung der Erfindung. Die Kraftstoffzuführung erfolgt hierbei durch den Kraftstoffzulauf 9, den Zulaufkanal 16 des Beschleunigungskörpers 3 und den Zulaufkanal 17 des Förderkolbens 4 in den Förderraum 14. Während des Hubweges he des Beschleunigungskörpers 3 entweicht der vor ihm befindliche Kraftstoff widerstandslos durch den Zulaufkanal 16. Nach dem Hubweg hs schlägt der Beschleunigungskörper 3 mit seinem vorderen Teil auf den Förderkolben auf. Dabei dichtet er den Förderraum 14 gegen den Zulaufkanal 17 des Beschleunigungskörpers 3 ab und überträgt gleichzeitig seine Bewegungsenergie an den Förderkolben 4.

Die Druckenergie entsteht erfindungsgemäß durch die Umwandlung der Bewegungsenergie des Beschleunigungskörpers Die Charakteristik des Druckverlaufes ist in Figur 4 dargestellt für den Fall, daß keine Reflexionsdruckwellen auftreten.

Aufgrund der Trägheit der Einspritzdüsen 7 wird ein Teil der Druckenergie positiv reflektiert und wandert zum Förderkolben zurück und wird dort wiederum positiv reflektiert.

Da am Förderkolben 4 keine Zwangskräfte angreifen, wird bei der Reflexion der Druckwelle am Förderkolben 4 die Druckenergie teilweise wieder in Bewegungsenergie umgewandelt und zwar mit entgegengesetzter Richtung zur ursprünglichen Bewegung. D. h. der Förderkolben 4 wird, wenn er zu diesem Zeitpunkt noch Bewegungsenergie hat, abgebremst und zum Teil wieder zurückbeschleunigt.

Figur 5 zeigt den Druckverlauf, der sich mit einer entsprechenden Länge der Förderleitung 6 ergibt. Vorteilhaft ist hierbei, daß durch den steileren Abfall der zweiten Druckerhöhung, dem Anteil der Reflexionsdruckwelle, das Schließverhalten der Einspritzdüse 7 exakter gegeben ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Pumpe-Düse-System für Brennkraftmaschinen mit einer elektrisch angetriebenen Hubkolbenpumpe, einem Einspritzventil (7) und einer die Hubkolbenpumpe und das Einspritzventil (7) verbindenden Förderleitung (6), die sich an einem in einem Förderzylinder (5) ausgebildeten Förderraum (14) der Hubkolbenpumpe anschließt, wobei die Hubkolbenpumpe einen mit federbelasteten Beschleunigungskörper (3) aufweist, welcher Anker in einer Tauchspule ist und welcher während einer der Federwirkrichtung entgegengesetzten Beschleunigungsphase kinetische Energie speichern kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungskörper (3) am Ende der Beschleunigungsphase auf einen getrennt vom Beschleunigungskörper (3) ausgebildeten Förderkolben (4) aufschlägt, der mit seinem in Förderrichtung vorderen Endbereich (4a) eine bestimmte Länge im Förderraum (14) eingetaucht angeordnet und entgegen der Förderrichtung federbelastet ist, wobei die im Beschleunigungskörper (3) gespeicherte Energie auf den Förderkolben (4) und von diesem unmittelbar auf den Kraftstoff übertragen wird, der nach einem daraus resultierenden Stoßveriauf verdichtet und dadurch abgespritzt wird.
2. Pumpe-Düse-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubkolbenpumpe einen Antriebsteil aufweist, in dem der Beschleunigungskörper (3) und die Spule (2) angeordnet sind, wobei der Antriebsteil von dem Förderzylinder (5) mittels einer Membran (8) getrennt ist.
3. Pumpe-Düse-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderkolben (4) sich von einem Raum im Antriebsteil, in welchem der Beschleunigungskörper (3) verschieblich gelagert ist, durch die Membran (8) hindurch in den Förderzylinder (5) erstreckt.
4. Pumpe-Düse-System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbelastung des Förderkolbens (4) einer Druckfeder (12) erfolgt, die vorzugsweise an einen Ringsteg (21) des Förderkolbens (4) angreift, so daß dieser entgegen der Förderrichtung in eine Ausgangsstellung des Förderkolbens (4) gedrückt wird, in welcher der Förderkolben (4) an einem Anschlag anliegt.
5. Pumpe-Düse-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag ein Gehäuse (1) des Antriebsteils ist, an dem ein verbreiteter Bereich des Förderkolbens (4) anliegt.
6. Pumpe-Düse-System nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderzylinder (5) zwischen dem Förderraum (14) und der Membran (8) einen Zwischenraum (20) aufweist, in dem ein Kraftstoffzulauf (9) mündet.
7. Pumpe-Düse-System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Förderzylinder (5) ein Kraftstoff kanal (22) vom Zwischenraum (20) zum Förderraum (14) ausgebildet ist, der im Förderraum (14) in Förderrichtung vor dem Förderkolben (4) mündet, wenn sich dieser in seiner Ausgangsstellung befindet, wobei im Kraftstoffkanal (22) ein als Rückschlagventil ausgebildetes Füllventil (10) angeordnet ist.
8. Pumpe-Düse-System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbelastung des Beschleunigungskörpers (3) mit einer Druckfeder (11) erfolgt, die vorzugsweise am in Förderrichtung vorderen Endbereich des Beschleunigungskörpers (3) angreift, so daß dieser bei stromlos geschalteter Spule (2) entgegen der Förderrichtung in eine Ausgangsstellung gedrückt ist.
9. Pumpe-Düse-System nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Förderkolben (4) eine in Förderrichtung verlaufende Kraftstoffdurchführung (17) zum Zuführen von Kraftstoff im Förderraum (14) ausgebildet ist, wobei die Kraftstoffzuführung über die Kraftstoffdurchführung (17) beim Aufschlagen des Beschleunigungskörpers (3) auf den Förderkolben (4) unterbrochen wird, so daß der Förderraum (14) abgedichtet wird.
10. Pumpe-Düse-System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffdurchführung (17) ein in Längsrichtung sich durch den Förderkolben (4) erstreckender Kanal (17) ist.
11. Pumpe-Düse-System nach Anspruch 9 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Beschleunigungskörper (3) ein Zulauf kanal (16) zum Zuführen von Kraftstoff ausgebildet ist.
12. Pumpe-Düse-System nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (12) an einem Ringsteg (21) des Förderkolbens (4) angreift, so daß der Förderkolben (4) entgegen der Förderrichtung in eine Ausgangsstellung gedrückt wird, in welcher der Förderkolben (4) an einem Anschlag anliegt.
13. Pumpe-Düse-System nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Druckfeder (11) am in Förderrichtung vorderen Endbereich des Beschleunigungskörpers (3) angreift, so daß dieser bei stromlosgeschalteter Spule (2) entgegen der Förderrichtung in eine Ausgangsstellung gedrückt wird.
14. Pumpe-Düse-System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Grenzflächen beim Aufschlagen bildender Ringspalt (13) zwischen dem Förderkolben (4) und dem Förderzylinder (5) ausgebildet ist, dessen Breite vorzugsweise 1,5 bis 2% des Durchmessers des Förderzylinders (5) beträgt.
15. Pumpe-Düse-System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Länge (l_Fi) der Förderleitung (6) sich etwa aus folgender Formel ergibt,