DD213472B5 - Pump-duese system for internal combustion engines - Google Patents
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Description
In = %ctw,I n =% ctw,
wobei c die Schallgeschwindigkeit in dem sich in der Förderleitung (6) befindenden Kraftstoff und tw die Öffnungszeit des Einspritzventils (7) ist.where c is the speed of sound in the fuel in the delivery line (6) and tw the opening time of the injection valve (7).
Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings
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.The invention relates to an electromagnetically driven pump-nozzle system as a fuel injection device for internal combustion engines, in particular with internal mixture formation, with an electrically driven reciprocating pump whose delivery unit by means of spring force the suction stroke and under the action of an electromagnet performs the pressure stroke.
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.Previously known from DD 120 514 A is an electrically driven pump-nozzle element, in which a delivery piston is moved by magnetic force and thereby promotes the fuel of a charged with admission pressure nozzle, which operates on the energy storage system.
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.It has been found to be disadvantageous that the delivery piston closes the filling cross section after a certain acceleration travel and dips into the delivery space. This results in a rapid increase in pressure, but quickly degrades through the annular gap between the delivery piston and pressure tube again. The goal to get along between delivery piston and pressure with fits of low precision, can not be realized in this way.
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.From DE 2 946 411 A1, a fuel injection device with a bearing in a pump cylinder pump piston, which is driven by an electromagnetically driven actuator, known. At the beginning of the delivery stroke, the pump piston is in direct contact with the drive element, so that the fuel enclosed in the pump cylinder 10 is subjected to a pressure which increases in accordance with and synchronously with the force input to the actuator body. The energy storage principle as an essential principle of action is not realized in such a device.
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.From DD 157 428 B an injection system is known, which operates on the energy storage principle. In such an injector, an acceleration body strikes a resilient diaphragm sealing the delivery space for fuel, so that the kinetic energy of the acceleration body is transferred to the fuel. A disadvantage of such a device is that the energy transfer takes place through an elastic medium, which is deformed by the induced pressure waves in the fuel in the area surrounding the acceleration body counter to the conveying direction and thus dampens or delays the pressure increase in the delivery chamber. A time-precise and high-frequency and loss-free injection of fuel is not possible with such a device.
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.The invention has for its object to provide a pump-nozzle system, which manages with relatively small drive energies and can work with fits low precision or high tolerance between the delivery piston and delivery cylinder, at high operating frequencies, a high pressure is achieved with long acting time ,
Diese Aufgabe wird durch ein Pumpe-Düse-System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a pump-nozzle system having the features of claim 1.
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.In a further embodiment of the invention, a drive part is provided, in which the acceleration body and the plunger coil are arranged, wherein the drive part is separated from the delivery cylinder by a membrane.
Gemäß der Erfindung sind im Förderkolben und Förderzylinder Ventile zur Kraftstoffzufuhr angeordnet.According to the invention valves for fuel supply are arranged in the delivery piston and delivery cylinder.
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.In a further embodiment, in the acceleration body and delivery piston inlet channels, which are connected to the delivery chamber and are separated after a portion of the stroke of the acceleration body after bottom dead center.
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.According to the construction of the subject invention, the acceleration body is accelerated by the magnetic field of the exciting coil to a part of the stroke and acts as a memory for kinetic energy. After a part of the stroke of the accelerator body strikes the delivery piston and transfers its energy directly to the fuel, which is compressed after a certain surge.
Durch den stoßartigen und kurzzeitigen Druckverlauf, die Ausbildung des ringförmigen Spaltes und durch eine erfindungsgemäß bevorzugte Länge der Leitung, die sich ergibt ausDue to the jerky and short-term pressure curve, the formation of the annular gap and by a preferred according to the invention length of the line resulting from
In = ViC-UIn = ViC-U
wobei c die Schallgeschwindigkeit in dem sich in der Leitung befindlichen Kraftstoff und tw"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.where c is the speed of sound in the in-line fuel and t w "is the opening time of the injector, a nearly lossless conversion of kinetic energy of the accelerating body to pressure energy occurs The delivery rate can be regulated in a manner known per se by the switch-on time of the exciter coil.
Die Erfindung soll anhand von zwei Ausführungen näher beschrieben werden. Es zeigen:The invention will be described in more detail with reference to two embodiments. Show it:
Fig.1: schematischer Aufbau des Pumpe-Düse-Elementes1 shows a schematic structure of the pump-nozzle element
Fig.2: Anordnung des Füllventils im FörderkolbenFig.2: Arrangement of the filling valve in the delivery piston
Fig.3: Schematischer Aufbau des Pumpe-Düse-ElementesFig.3: Schematic structure of the pump-nozzle element
Fig.4: Charakteristik des DruckverlaufsFig.4: Characteristics of the pressure curve
Fig.5: Charakteristik des DruckverlaufsFig.5: Characteristics of the pressure curve
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 Figure 1, the pump-nozzle system is shown in one embodiment. The drive part consists of the housing 1, the exciter coil 2, the acceleration body 3 and the compression spring 11. Between the housing 1 and the delivery cylinder 5 is an elastic, movable membrane 8, which is fixedly and sealingly connected to the delivery member 4 with the delivery piston. The hydraulic part consists of the delivery piston 4, which dips into the delivery cylinder 5, the delivery line 6, the nozzle 7, the fuel inlet 9 and the filling valve 10th
In Ruhelage werden der Beschleunigungskörper 3 und der Förderkolben 4 durch die Druckfedern 11 und 12 in der oberen Lage gehalten.In rest position, the acceleration body 3 and the delivery piston 4 are held by the compression springs 11 and 12 in the upper position.
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.Due to the magnetic field of the excitation coil 2, the acceleration body 3 is accelerated on a part of the stroke to the bottom dead center and strikes the delivery piston 4, whereby this receives a part of the kinetic energy and compresses the fuel located in front of him. The pressure disturbance migrates as a pressure wave through the delivery line 6 to the nozzle 7. At the same time, the fuel strives to relax through the annular gap 13 between delivery piston 4 and delivery cylinder 5.
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.This is largely avoided by the fact that on the one hand, the pressure buildup is very fast and only for a short time, about the duration of the injection process acts and on the other form in the near-wall region of the delivery piston and the delivery cylinder boundary layers that hinder the escape of the fuel. According to the invention, the annular gap is dimensioned in its width and length so that the forming boundary layers almost touch, so that the amount of fuel flowing through is very small.
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.If the kinetic energy is applied, accelerator body 3 and delivery piston 4 come to rest and are subsequently returned to the upper stop by the compression springs 11 and 12. Due to the resulting negative pressure opens the filling valve 10 and fuel is sucked.
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.In FIG. 2, the filling valve 10 is arranged in the delivery piston 4. The fuel supply takes place during the return movement phase of the delivery piston through the lateral bores 15 and the filling valve 109 into the delivery chamber 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.FIG. 3 shows a further embodiment of the invention. The fuel supply takes place here by the fuel inlet 9, the inlet channel 16 of the acceleration body 3 and the inlet channel 17 of the delivery piston 4 in the delivery chamber 14. During the stroke he he the accelerator body 3 escapes the fuel in front of him without resistance through the inlet channel 16. After the stroke hs beats the acceleration body 3 with its front part on the delivery piston. He seals the delivery chamber 14 against the inlet channel 17 of the acceleration body 3 and at the same time transfers its kinetic energy to the delivery piston. 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.The pressure energy is produced according to the invention by the conversion of the kinetic energy of the acceleration body. The characteristic of the pressure profile is shown in FIG. 4 in the event that no reflection pressure waves occur.
Aufgrund der Trägheit der Einspritzdüsen 7 wird ein Teil der Druckenergie positiv reflektiert und wandert zum Förderkolben zurück und wird dort wiederum positiv reflektiert.Due to the inertia of the injection nozzles 7, a part of the pressure energy is reflected positively and migrates back to the delivery piston, where it is again positively reflected.
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.Since no forced forces act on the delivery piston 4, during the reflection of the pressure wave on the delivery piston 4, the pressure energy is partially converted back into kinetic energy and indeed in the opposite direction to the original movement. Ie. the delivery piston 4 is, if he still has momentum at this time, braked and partially accelerated back again.
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.FIG. 5 shows the pressure profile that results with a corresponding length of the delivery line 6. It is advantageous that is given by the steeper drop in the second pressure increase, the proportion of the reflection pressure wave, the closing behavior of the injection nozzle 7 more accurate.
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- 1983-02-04 DD DD24771883A patent/DD213472B5/en not_active IP Right Cessation
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