DE1751675A1

DE1751675A1 - Druckspeicher fuer eine Vorrichtung zum Foerdern und Feindosieren von Kraftstoff

Info

Publication number: DE1751675A1
Application number: DE19641751675
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl-Ing Bruening; Johannes Dr Zeyns
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1964-05-29
Filing date: 1964-05-29
Publication date: 1971-08-05
Also published as: GB1107083A

Description

DipL-Jng. P..J, KUPFt)RMANN

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*■■*■« Philips Patentvarwalfung GmbH.

Anmeldung von,, Q_#

Philips Patentverwaltung GmbH., Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

"Druckspeicher für eine Vorrichtung zum Fördern und Feindosieren von Kraftstoff"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckspeicher für eine Torrichtung zum Fördern und Feindosieren von Kraftstoff in Brennkraftmaschinen mit einer Membran, die einen Brennstoff enthaltenden Raum von einem gasgefüllten Raum trennt und die sich an dem puffernden Gasmedium im gasgefüllten Raum abstützt.

Es sind Einspritzvorrichtungen für Verbrennungsmotoren bekannt, bei denen mittels einer Kolben-Förderpumpe ein vorgegebenes Kraftstoffvolumen zu einer Einspritzdüse gefördert wird, wobei der Kolben die Öffnungszeiten der Einspritzdüse steuert. Die Dosierung des Kraftstoffes erfolgt dabei durch die Einstellung des Förderhubes der intermittierend arbeitenden Pumpe. Durch eine Verwendung kurzer Leitungen zwischen der Pumpe und der Einspritzdüse sowie durch geeignete Ausbildung der Einspritzdüse und geeignete Auswahl der Einspritzstelle in den Verbrennungsraum lassen sich dabei in gewissen Grenzen Feindosierungen bei der Kraftstoffzufuhr vornehmen. Es zeigt sich jedoch, daß die Bemessung des Hubvolumens auf Schwierigkelten stößt, da die Fördermenge bei einer steigenden Zahl von Einspritzungen pro Zeiteinheit nicht mehr dem eingestellten Hubvolumen proportional ist; sie achwankt vielmehr nach einer schwer zu ermittelnuen Funktion unter anderem von der Jlinspritiiliioifi^- keit und von den von der Einspritzdüse zur Pumpe reflektierten Flüssigkeitadruekwellen. Die Einspritzvorrichtungen haben 3ich außerdem mit der Tatsach· auseinanderzusetzen, daß die FlielJ-

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geschwindigkeitsänderungen im hydraulischen System Druckschwankungen zur Folge haben, deren Amplituden den Geschwindigkeitsänderungen proportional sind. Da nun bei hohen Drehzahlen die unvermeidlichen, schnell aufeinanderfolgenden Fließgeschwindigkeitsänderungen wiederum der Drehzahl proportional sind, so folgt, daß beachtliche Druckschwankungen auftreten, die die tatsächlich geförderten Mengen bis zur Unkenntlichkeit gegenüber der gewünschten Menge verzerren. Eine Feindoaierung ist mithin mittels dieser Einspritzvorrichtungen nur angenähert möglich.

Die Druckschwankungen könnten durch eine größere Elastizität im System abgebaut werden, wobei Verzerrungen der Spritzzeiten in Kauf genommen werden müssen* Bei vollkommener Elastizität wären die Druckschwankungen dann zwar verschwunden. Die Steuerzeiten wurden durch die größere Elastizität aber völlig verzerrt, wenn nicht sogar gelöscht werden. Die Fördermengen pro Takt werden damit willkürlich werden. Derartige Einspritzverrichtungen können deshalb nicht in das Gebiet höherer Drehzahlen eindringen.

Es ist bereits bekannt, einen Druckspeicher oder Druckausgleichsbehälter in die Kraftstoffzuleitung des Magnetventils oder im Zuflußkanal des Magnetventils selbst eine Gasblase vorzusehen, um damit Druckschwankungen im System, vor allen . aber am Ventilsitz entgegenzuwirken. Die Tatsache, daß bei diesen bekannten Konstruktionen die Druckspeicher oder Druckausgleichsbehälter aber nicht an einer definierten Stelle der Leitung bzw. die Gasblase nicht in unmittelbarer llähe der Störungsquelle vorgesehen sind, zeigt, daß man die Notwendigkeit des Druckausgleichs wohl erkannt, die wirklichen Ursachen der Druokschwankungen aber nicht vollends erkannt hat.

Die an sich bekannten Druckausgleichsbehiilter, mit denen Drucicschwankungen ausgleichbar sind, bestehen aun einen Behälter, in dem eine Membran eine Förderflüssigkeit von einem puffernden

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Gasvolumen trennt. Bei Kraftstofförderpumpen sind derartige lehälter als windkessel bezeichnet. Da bei der bekannten Kraftsto'ff-Pumpenkonstruktion aber nicht beabsichtigt wird, mit Hilfe des Windkessels den geförderten Kraftstoffluß zu glätten, sondern angestrebt wird, die Lebensdauer der Pumpe und deren Förderleistung zu verbessern, ist die Membran aus den anderen Erwägungen heraus relativ dick ausgebildet. Die bekannten .windkessel können deshalb nur niederfrequente Störungen beeinflussen und eignen sich nicht zum Glätten eines Kraftstoffstromes, in dem hochfrequente Störungen auftreten.

Es ist auch bekannt, einen Druclcausgleiohsbehü.lter der bekannten Art im Leitungszug zwischen Pumpe und iiagnetventilsitz in einem nennenswerten Abstand von Pumpe und Hagnetventilsita anzuordnen. Driickschwankungen, die sich durch öffnen und Schließen eines Magnetventils ergeben, lassen sich damit nicht vollends glätten, und zwar umso weniger je schneller die lektfolge ist und je hochfrequenter die Schwingungen in der Kraftstoffsäule sind.

Us ist Aufgabe der_ΛErfindung, einen Druckspeicher für eine Vorrichtung zum Fördern und Feindosieren von Kraftstoff in 33rennkraftmaschinen zu schaffen, die auch in der Lage ist, hochfrequente Schwingungen in dem Kraftstoffördersystem zu glätten.

Die gestellte Aufgabe ist bei einem Druckspeicher mit einer Membran, die einen Brennstoff enthaltenden Raum von einem gasgefüllten Raum trennt und die sich an dem puffernden Gasmedium im gasgefüllten Raum abstützt, dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung die Membran schlapp und praktisch widerstandslos pulsierfähig ist.

Der Druckspeicher nach der Erfindung wirkt wie ein fast unendlich großer beruhigter Raum, der jedoch endliche, und zv/ar sehr

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kleine Abmessungen aufweisen kann. In dem Druckspeicher werden alle sowohl durch die intermittierende Entnahme als auch durch die intermittierende Nachlieferung verursachten Drückschwankungen nahezu vollständig ausgeglichen, waB besonders gut dadurch erreicht wird, daß der Druckspeicher nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mittels einer hauchdünnen, praktisch massefreien elastischen Haut gegenüber dem"puffernden Gasmedium abgegrenzt ist. Dajlurch ist es möglich, den Kraftstoff, wenn er unter dem Nenndruck am Ventilsitz bereitgehalten v/ird, ohne störende Mengenschwankungen geglättet und beruhigt an die Einspritzdüse weiterzugeben.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die als Rohrabschnitt ausgebildete Haut beiderseits eingespannt und in einem geschlossenen, unelastischen, hohlzylinderförmigen und gasgefüllten Gefäß angeordnet. Der Kraftstoff befindet sich dann entweder innerhalb oder außerhalb der Membran. Auf diese !/eise wird der simulierte, unendlich große Raum auf einen Raum geringer Abmessungen zurückgeführt, dessen Anordnung innerhalb eines für einen Verbrennungsmotor zur Verfügung stehenden Raumes nicht mehr ins Gewicht fällt, der aber dennoch die ausreichende Druckkonstanz gewährleistet.

Der Druckspeicher icann jedoch auch anders ausgebildet sein. So kann das Gefäß hohlkugelförmig sein und der Innenraum mittels der Membran in zwei Hälften geteilt werden. Ebenso kann sich frei im Innenraum des Gefäßes ein Gaskissen befinden, dessen Membran von der schlappen Membran gebildet ist. Weiterhin ist es möglich, das Gefäß als abgeflachte Hohlkugel oder Paraboloid zu formen. Die Gasblase kann auch beuteiförmig an einer Gefäßwand befestigt sein.

Unter bestimmten Bedingungen kann es vorteilhaft sein, den Druckspeicher in mehrere nacheinander durchströmte, gegebenenfalls auch kleinere Druckspeicher aufzuteilen, die mittels in den Verbindungskantilen angeordneter Drosselstellen, beiepiils-

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weise Querschnittsverminderungen oder Blenden, voneinander getrennt sind. Die Verbraucher werden jedoch in jedem Pail ohne Zwischenschaltung einer Drosselstelle an den letzten vor ihnen liegenden Druckspeicher angeschlossen.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen sioh an die Förderpumpe anschließenden Druckspeicher nach der Erfindung.

Figuren 2 und 3 zeigen weitere Druokspeioherausbildungen.

Der Druckspeicher 7 besteht beispielsweise aus einem unelastischen zylindrischen und geschlossenen Gefäß 53. In diesem Gefäß 53 ist eine mit Kraftstoff 54 gefüllte Membran 55 angeordnet, die vorzugsweise aus einem Rohrabschnitt besteht, der an beiden Enden im Behälter 53 eingespannt ist. Die Membran 55 kann jedoch auoh beuteiförmig ausgebildet sein und mithin nur einen Befestigungsring an der Gefäßwand 57 des Druokspeiohers aufweisen.

Der Raum zwischen der Gefäßwand 53, 57 und der Membran 55 ist mit einem Gas 58 gefüllt. Es ist allerdings auch ohne weiteres die Umkehrung möglich, wonach der von der Membran eingeschlossene Raum 5? mit Gas und der diesen Raum umgebende Raum des Gefäßea 53 mit dem Kraftstoff 54 gefüllt ist.

Der Druckspeicher kann auch gänzlich anders geformt sein. Nach der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform 1st er etwa hohlkugelförmig ausgebildet. Die Membran 55 trennt dabei zwei Kugelinnenräume 60 voneinander ab. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 beoteht das Gefäß 53 des Druckspeichers aus •iner zur Raumersparnis abgeflachten Hohlkugel, in der sich ein mit Druckgas, beispielsweise Luft, gefülltes Gaskissen 61 befindet, das von der sohlappen Membran 55 eingeschlossen lot.

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Die Druckspeichermembran 55 ist so dünn ausgebildet, daß sie alle Druckstöße, die auf den Kraftstoff 54 ausgeübt werden, ausgleicht. Während des Betriebes wird sie deshalb ständig ganz; leicht pulsieren. Dieses Pulsieren wird umso ausgleichender sein, je dünner und mithin weniger mit Kasse behaftet die Membran 55 ist, so daß von ihr keine Maseenkräfte aufgenommen werden. Bine sogar hauchdünne Ausbildung der Membran 55 ist möglich, da sie -z.B. als Luftbeutel ausgeführt - an sich weder einer Druck- noch einer Zugbelastung ausgesetzt ist, sondern lediglich der räumliohen Trennung von nahezu unter gleichem Druck stehenden sie beiderseits stützenden Medien Gas und Kraftstoff dient. Von außen stützt bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 im Gefäß 53 eingeschlossenes Gas 58 die Haut ab, während die Abstützung von innen heraus der Kraftstoff 54 vornimmt. Die Größe des Druokspeioherraumes wird nur so bemessen, daß die gesetzte erlaubte Fehlergrenze von etwa + 1?b Druoksohwankungen in keinem fall überschritten wird.

Zweokmäßig wird die Membran 55 aber so elastlsah sein, daß sie den ganzen Kraftstoffraum ausfüllen kann, wenn der Kraftstoffdruck, beispielsweise bei fehlendem Kraftstoff nachläßt und der Kraftstoffrest vom Gas aus dem Druckspeicher herausgedrückt wird.

Weiterhin ist es zweckmäßig, die Membran doppelwandig auszubilden, um mit Sicherheit eine absolut gasdichte und kraftstoffeste Trennung der Medien voneinander zu erhalten. Werkstoffe, die beiden Forderungen, die noch mit der Forderung nach Elastizität verbunden sind, dauerhaft gerecht werden, sind nämlich nicht leicht herstellbar. Bei der doppelwandigen Membran besteht die dem puffernden Gas zugewandte Seite dann aus einem elastischen, gasdichten Werkstoff, während die dem gepufferten Kraftstoff zugewandte Schicht aus einem kraftstofffesten elastischen Werkstoff hergestellt ist. In den Zeichnungen ist die Doppelwandigkeit der Übersichtlichkeit wegen nicht dargeotellt.

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Sowohl der Einlaß in den von der Membran 55 umschlossenen Druckspeiclierraum 59 als auch sein üuslaß sind mittels Hagnetventilen 65 verschließbar, die vorzugsweise mit dem nicht dargestellten Sündschloß des Motors ein- und ausschaltbar sind. Bei eingestellter Zündung und erregten Spulen sind die Ventile 65 geöffnet. Bei ausgeschaltetem Motor und mithin entregten Spulen 67 sind sie geschlossen. Zum Verschließen dienen dabei in den Magnetventilen befindliche Verschlußstücke 69, die sich bei entregten Magneten 67 auf elastische Ventilsitze 71 aufpressen. Der Anpreßdruck der Verschlußstücke 69 wird dabei mittels Federn 73 und insbesondere durch den Kraftstoff selbst bewirkt, die sich an den Gehäusen 75 der Magnetventile 65 abstützen und auf die Stößel 77 für die Abschlußstücke 69 einwirken. Der Verschluß des Druckspeicherraumes 59 während ausgeschalteter Zündung dient dem Zweck, in der Gesamtvorrichtung den während des Betriebes vorhandenen überdruck von 15 Atmosphären wenigstens annähernd aufrechtzuerhalten, damit die Pumpe nicht genötigt ist, beim Einschalten der Zündung erst den erforderlichen Überdruck von Grund auf herzustellen. Beim Zusammenlegen von Druckspeicher-Ein- und -Auslaß kann gegebenenfalls auch ein einziges Hagnetventil größeren Öffnungsquerschnittes verwendet werden. Auch können unter Umständen die Magnetventile auch ganz entfallen, wenn auf einen Vorratsdruck beim Starten verzichtet wird.

Patentansprüche

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Claims

RA.397 079*-9.7.6

i-otentansprüche:

1. Druckspeicher für eine Vorrichtung sum Fördern und JFeindosieren ύοώ. Kraftstoff in Brennkraftmaschinen mit einer

—Membran-,- die--einen Brennstoff "enthaltenden Kaum" von "einem gasgefüllten Raum trennt und die sich an dem puffernden Gasmedium im gasgefüllten Raum abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran schlapp und praktisch widerstandslos pulsierfähig ist.

2. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einer hauchdünnen, praktisch raassefreien elastischen Haut besteht.

5. Druckspeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Rohrabschnitt ausgebildete Haut (55) beiderseits eingespannt und in einem geschlossenen, unelastischen, hohlzylinderfürmigen und gasgefüllten Gefäß (53) angeordnet ist.

4. Druckspeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckspeichermembran (55) beuteiförmig ausgebildet und an einer Wand (57) des Gefäßes (53) eingespannt ist.

5. Druckspeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (53) hohlkugelförmig ausgebildet ist und der Innenraum mittels der Membran (55) in zwei Hälften (60) geteilir ist.

6. Druckspeicher nach den Ansprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich frei im Innenraum des Gefäßes (53) ein Gaskissen (61) befindet, dessen Wandung von der schlappen · Membran (55) gebildet ist.

7. Druckspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (53) als abgeflachte Hohlkugel oder Paraboloid ausgebildet ist.

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8. Druckspeicher ns,ch den Ansprüchen 1 "bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in Strömungsrichtung nacheinander geschaltete Druckspeicher (7) vorgesehen sind, die voneinander mittels Drosselsteilen getrennt sind.

^cj. Druckspeicher nach den Ansprüchen 1 "bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslaßöffnungen des Druckspeichers mittels Hagnetventilen (65) im entregten Zustand verschließbar sind.

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