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Elektromagnetische Antriebsvorrichtung für Kraftstofförderpumpen von
Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Antriebsvorrichtungen
für Kraftstofförderpumpenvon Brennkraftmaschin.en, deren Pumpenkolben mit dem in
hin- und hergehende Arbeitsbewegungen versetzbaren Anker eines Elektromagneten gekuppelt
ist, dessen Magnetisierungsspule aus einer Gleichstromquelle mit pulsierendem Gleichstrom
über einen Transistor gespeist wird, an dessen Emitter-Basis-Strecke eine bei jeder
Arbeitsbewegung induzierte Rückkopplungsspule angeschlossen ist.
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Es sind bereits dynamoelektrische Antriebe für schwingungsfähige Gebilde
bekanntgeworden, bei denen ein mit Transistoren bestückter Verstärker in Rückkopplungsschaltung
derart auf eine Induktionsspule arbeitet, daß sie einen zur Ausführung von oszillierenden
Schwingbewegungen aufgehängten Dauermagneten in Schwingung zu halten vermag. Derartige
insbesondere als Uhrwerkantriebe dienende Vorrichtungen eignen sich zum Antrieb
von Förderpumpen für Kraftfahrzeugbrennkraftmaschinen nicht, da bei diesen die Antriebsvorrichtung
bei jeder Förderbewegung der Pumpe aus dem Stillstand heraus beschleunigt werden
und dabei erhebliche Reibungs- und Gegenkräfte überwinden muß.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung für
eine Kraftstofförderpumpe zu schaffen, die außer der erleichterten Unterbringung
auf Kraftfahrzeugen noch eine automatische Anpassung der vom Pumpenkolben geförderten
Kraftstoffmenge an den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine ergibt. Diese
Aufgabe ist bei einer Antriebsvorrichtung erfüllt, bei der gemäß der Erfindung der
Anker der Antriebsvorrichtung unbewickelt ist und aus Weicheisen besteht und die
Rückkopplungsspule des Transistors mit der Magnetisierungsspule magnetisch eng gekoppelt,
zusammen mit dieser auf dem feststehenden Eisenkern des Elektromagneten sitzt und
so an die Emitter-Basis-Strecke des Transistors angeschlossen ist, daß sie bei steigendem
Strom in der Magnetisierungsspule den Transistor in noch stärker stromleitenden
Zustand zu bringen versucht, und bei der eine Rückstellfeder vorgesehen ist, die
von dem Anker des Elektromagneten bei seiner den Saughub der Pumpe ergebenden Einzugsbewegung
gespannt wird, beim Verschwinden des Magnetfeldes den Pumpenkolben in Förderrichtung
bewegt und den Anker während jeder stromlosen Pause bzw. nach dem Abschalten des
Antriebsstromes in eineAusgangsstellung zurückbringt, und bei der ferner Mittel
vorgesehen sind, durch die der im Ruhezustand gesperrte Transistor stromleitend
gemacht wird.
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Die gewünschte automatische Anpassung der vom elektromagnetisch angetriebenen
Pumpenkolben geförderten Kraftstoffmenge an den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine
ergibt sich dabei in der Weise, daß der mit dem unbewickelten Anker des Elektromagneten
gekuppelte Pumpenkolben. bei der Einzugsbewegung des Ankers den Kraftstoff in das
Pumpengehäuse hineinzieht und beim Verschwinden des die Einzugsbewegung erzeugenden
Magnetfeldes durch die Wirkung der Rückstellfeder in die Pumpe hineingetrieben wird
und dabei eine der Rückstellbewegung entsprechende Kraftstoffmenge über eine an
das Pumpengehäuse angeschlossene Leitung unter Druck einer Einspritzdüse zuführt.
Dabei kann der Kolben bei seiner durch die Feder bewirkten. Rückstellbewegung nur
so weit zurückgedrängt werden, daß sich ein Kräftegleichgewicht zwischen den auf
der Kolbenstirnseite wirkenden Druckkräften und der Federkraft einstellt. Dieser
Gegendruck ist um so kleiner, je größer die vorher über das Einspritzventil der
Druckleitung entnommene Kraftstoffmenge ist. Durch diese automatische Angleichung
des Pumpenkolbenweges an die Kraftstoffmenge ist es möglich, auf sogenannte Überströmventile
zu verzichten. Außerdem kann auf Kraftstoffrückführleitungen, verzichtet werden,
über die bei den seither üblichen Einspritzanlagen der zuviel geförderte Kraftstoff
in den Kraftstoffvorratsbehälter zurückgeführt wird.
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Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausbildungen sind nachstehend
an Hand von vier in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher beschrieben und erläutert.
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Die Antriebsvorrichtung nach Fig. 1 enthält einen Elektromagneten,
dessen Erregerwicklung 1.0 auf dem Eisenkern 11 des Magneten sitzt. Der Magnet hat
einen in seiner Längsrichtung verschiebbaren Anker
14, der mit dem
Kolben 15 einer Kraftstofförderpumpe gekuppelt ist. Das eine Ende der Erregerwicklung
10 ist an den Minuspol einer nicht näher dargestellten Gleichstromquelle, beispielsweise
einer Kraftfahrzeugbatterie, angeschlossen; ihr anderes Ende liegt an der mit C
bezeichneten Kollektorelektrode eines für hohe Stromstärken bemessenen Transistors
12, dessen Emitterelektrode E mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden ist. Der
zum Antrieb der in Fig.l angedeuteten Kraftstofförderpümpe dienende Elektromagnet
trägt außer seiner Erregerwicklung 10 auf seinem Eisenkern 11 noch eine zweite Wicklung
13, die mit ihrem einen Ende ebenfalls an den Pluspol der Gleichstromquelle angeschlossen
ist und mit ihrem anderen Ende an der als Steuerelektrode verwendeten Basiselektrode
B des Transistors 12 liegt. Die Basiselektrode kann aus einer nicht dargestellten
Steuervorrichtung eine impulsförmige, in der Zeichnung mit 16 angedeutete Steuerspannung
zugeführt werden, durch die der im Ruhezustand annähernd stromlose Transistor 12
in stromleitenden Zustand gesteuert werden kann. Sobald die Steuerspannung gegenüber
ihrem Ausgangswert Null eine negative Größe erreicht und daher ein Basisstrom lb
fließen kann, beginnt auch über die Emitterelektrode E zur Kollektorelektrode C
und von dort durch die Erregerwicklung 10 ein Strom zu fließen. Dieser Strom ist
in Fig. 1 mit 1, bezeichnet. Er magnetisiert den Eisenkern 11 und erzeugt
während seines Anstiegs gleichzeitig in der Rückkopplungswicklung 13 eine seiner
Anstiegsgeschwindigkeit proportionale Spannung U die derart gepolt ist, daß sie
die Steuerspannung 16 an der Basis B des Transistors unterstützt und dabei den Transistor
noch stärker in stromleitenden Zustand zu bringen bestrebt ist. Unter dem Einfluß
der Rückkopplungsspannung U steigt der die Erregerwicklung 10 durchfließende Kollektorstrom
1, sehr rasch an und erreicht schließlich seinen durch die Baugrößen des
Transistors bestimmten Höchstwert. Von diesem Zeitpunkt ab verschwindet die in der
Rückkopplungsspule 13 induzierte Spannung, und der Transistor geht in seinen anfänglichen
Sperrzustand zurück, wobei der Strom J, abnimmt und sich die in der Rückkopplungswindung
13 einstellende Rückkopplungsspannung LT umkehrt und dabei der Basiselektrode B
sogar eine gegenüber der Emitterelektrode E positive Spannung an der Basiselektrode
B zu erteilen vermag: Da der Anker 14 der Antriebsvorrichtung im Gegensatz zu den
eingangs erwähnten bekannten Schwingankerantrieben nicht aus einem Dauermagneten,
sondern aus einem unbewickelten Eisenkern besteht, kann nach dem Abbau des eben
beschriebenen elektromagnetischen Feldes die Antriebsvorrichtung erst dann wieder
in Tätigkeit treten, wenn der nächste der bei 16 angedeuteten Steuerimpulse den
Transistor 12 stromleitend macht, da der Transistor jeweils selbsttätig wieder in
seinen Sperrzustand zurückkehrt und in diesem Ruhezustand so lange verbleibt, bis
er durch den nächsten. Impuls wieder stromleitend gemacht wird. Dann kann das beschriebene
Spiel von neuem beginnen. In dieser Anordnung reichen bereits kleine Steuerspannungen
von sehr kurzer Dauer aus, um den Transistor kurzzeitig stromleitend zu machen.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem vorher
beschriebenen im wesentlichen dadurch, daß es keine fremden Steuerimpulse benötigt,
sondern in der dargestellten Schaltung zwischen einem Zustand hohen Kollektorstromes
des Transistors 22 und einem Zustand niedrigen Kallektorstromes selbsttätig hin-
und herkippt. Zur Erzielung dieser Kippschwingungen ist ein magnetischer Steuerimpulsgeber
verwendet, der im wesentlichen aus einem U-förmigen. Eisenkern 25 mit einem als
Anker 26 dienenden Dauermagneten und einer zur Führung des- Ankers 26 dienenden
Blattfeder 27 besteht.. Auf dem Eisenkern25 ist eine Wicklung28 angebracht, die
in Reihe mit einer an den Pluspol einer nicht dargestellten Gleichstromquelle anschließharen
Sekundärwicklung 29 eines Transformators liegt. An das andere Ende der Wicklung
28 ist die auf das Antriebssystem aufgebrachteRückkopplungswindung 23 des zur Betäti
-gung einer nicht dargestellten Förderpumpe bestimmten Elektromagneten angeschlossen.
Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegt die Rückkopplungsspule 23- an der
Basiselektrode B des in den Stromkreis der Erregerspule 20 eingeschalteten Transistors
22.
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Wenn der mit S bezeichnete Schalter geschlossen wird, fließt über
die Primärwicklung 24 des Transformators ein Strom, der in der Sekundärwicklung
29 einen Startimpuls induziert. Durch diesen wird der Transistor 22 in stromleitenden
Zustand gebracht, zs#3 daß über die Erregerwicklung 20 ein Strom 1, einsetzt.
Solange dieser zur Betätigung des beweglichen Eisenkerns 21 dienende Strom im Anstieg
begriffen ist, induziert er in der Rückkopplungswicklung 23 eine das Potential der
Transistorbasis B erniedrigende Spannung, die ein weiteres Ansteigen des d'_e Erregerwicklung
20 durchfließenden Stromes 1, zur Folge hat.
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Unter dem Einfluß des Erregerstromes in der Erregerwicklung 20 bewegt
sich der Eisenkern 21 des Elektromagneten in der angedeuteten Pfeilrichtung nach
rechts und verschiebt dabei den Förderkolben der nicht dargestellten Pumpe. Wenn
der Erregerstrom 1, den durch die Baugröße des Transistors 22 festgelegten
Höchststrom zu erreichen beginnt, verschwindet die in der Rückkopplungswicklung
23 erzeugte Steuerspannung. Dies hat zur Folge, daß der Erregerstrom 1, sehr
schnell abklingt und daß der bewegliche Eisenkern 21 -unter der ZZVirkung einer
nicht dargestellten Rückführfeder in die gezeichnete Ausgangslage zurückkehrt. Kurz
bevor er diese erreicht, schlägt er mit seiner Stirnseite auf die Blattfeder 27
auf und reißt dabei den Dauermagneten 26 vom U-fÖrmigen Eisenkern 25 ab. Beim Abreißen
des Dauermagneten wird in der Spule 28 eine hohe Steuerspannung induziert, die den
Transistor «nieder in stromleitenden Zustand bringt, so daß das beschriebene Spiel
von neuem beginnen kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 hat ebenfalls einen Elektromagneten
mit einer Erregerwicklung 3-0 und einer mit ihr magnetisch verketteten Rückkopplungsspule
33, die an die als Steuerelektrode dienende Basis B des in den Stromkreis der Erregerspule
30 eingeschalteten Transistors 32 angeschlossen ist. Der bewegliche Eisenkern 31
arbeitet wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mit einer Blattfeder und mit einem
an dieser befestigten Dauermagneten 36 zusammen, dessen magnetischer Kraftfluß über
den mit einer Hilfsspule 38 versehenen U-förmigen Eisenkern 35 geschlossen ist,
solange sich der bewegliche Eisenkern 31 des Elektromagneten- in der dargestellten
Ruhelage befindet. Zum Auslösen des Startimpulses beim Schließen des Hauptschalters
S ist im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig.2 statt eines Transformators
24, 29 ein Kondensator 34 vorgesehen, dessen eine Belegung am Minuspol der nicht
dargestellten Gleichstromquelle angeschlossen ist, während seine andere Belegung
an .der Basiselektrode B des Transistors 32 liegt.
An Stelle eines
Kondensators kann tran zur Erzeugung des Startimpulses auch eine in Fig.4 dargestellte
Anordnung wählen, in der ein Hilfsschalter H vorgesehen ist, dessen beweglicher
Kontaktarm am Minuspol der zur Speisung der Anordnung bestimmten Gleichstromquelle
liegt, während sein fester Kontakt über einen Begrenzungswiderstand 44 an die BasiseIcktrode
des der Erregerwicklung 40 vorgeschalteten Transistors 42 angeschlossen ist. Um
die bei den vorigen Ausführungsbeispielen beschriebene hin- und hergehende Bewegung
des Ankers zu erzeugen, genügt e-s hier, den Schalter H kurzzeitig zu schließen
und dadurch die Basiselektrode B des Transistors 42 an ein gegenüber der Emitterelektrode
E stark negatives Potential anzuschließen.
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In Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels kai1:i man zur Erzeugung
des Startimpulses auch einen trcinagnetischeii Schalter mit einem beweglichen Schaltarm
54 und einer Stromspule 55 in der mit unterbrochenen Linien angedeuteten Weise in
die Schaltung nach Fig. 4 einfügen. Sobald der mit S hezeichnete Hauptschalter geschlossen
wird. kann über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 42 Strom fließen, bis
das von der Stromspule 55 erzeugte Magnetfeld aufgebaut ist und der bewegliche Schaltarm
54 von seinem Ruhekontakt abgehchen wird. Die kurze Verzögerung zwischen dein Schließen
des Schalters S und dem Aufbau des Magnetfeldes in der Spule 55 bzw. dem Abheben
des Schaltarms 54 reicht aus, um den Transistor stromleitend z u machen, und damit
die infolge der Rückkopplungsspule 43 entstehende hin- und hergehende Bewegung des
Ankers in Gang zu bringen.
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Der besondere Vorteil der beschriebenen Anordnungen besteht darin,
daß sie hin Betrieb kontaktlos arbeiten und daher auch in Räumen verwendet werden
können, in denen sich zündfähige Gase befinden. Es ist deshalb ohne weitereb möglich,
eine mit derartigen Antriebsvorrichtungen betriebene Förderpumpe unmittelbar im
Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges unterzubringen.