DE2217655A1 - DEVICE FOR ACTIVATING AN INJECTOR WITH ELECTROMAGNETIC CONTROL - Google Patents
DEVICE FOR ACTIVATING AN INJECTOR WITH ELECTROMAGNETIC CONTROLInfo
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Description
62-18.621P(18.622H) 12. H. 197262-18.621P (18.622H) H. 12, 1972
Vorrichtung zur Betätigung eines Einspritzorgans mit elektromagnetischer SteuerungDevice for actuating an injector with electromagnetic control
Die Erfindung betrifft allgemein Brennkraftmaschinen, mit Kraftstoffeinspritzung; sie bezieht sich insbesondere auf eine Betätigungsvorrichtung für ein Einspritzorgan, das eine Kammer aufweist, die teilweise von einem Sitz begrenzt ist, mit dem das bewegliche Ventil-Element des Einspritzorgans zusammenwirkt, und die dieses bewegliche Element um-The invention relates generally to internal combustion engines, with fuel injection; it relates in particular to an actuation device for an injector, which has a chamber which is partially delimited by a seat is, with which the movable valve element of the injector cooperates, and which this movable element around-
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gibt sowie selektiv über einen Verteiler- oder Steuerschieber unter Druck setzbar ist, der seinerseits elektrisch oder elektronisch durch einen Elektromagneten gesteuert wird.there as well as can be selectively pressurized via a distributor or control slide, which in turn is electrical or is electronically controlled by an electromagnet.
Eine elektronische Steuerung bedeutet, daß die Betätigungsvorrichtung für die Einspritzung ein elektronisches Rechengerät umfaßt, das in Abhängigkeit von einer gewissen Anzahl von Betriebsparametern Steuersignale zu Elektromagneten leitet, die ihrerseits unmittelbar oder mittelbar die Betätigung des Einspritzorgans veranlassen.An electronic control means that the actuator for the injection includes an electronic arithmetic unit which, depending on a certain Number of operating parameters directs control signals to electromagnets, which in turn directly or indirectly cause actuation of the injector.
Im allgemeinen haben die Einspritzorgane oder Einspritzdüsen eine Ventil- oder Düsennadel, die in dem Düsenhalter angeordnet ist, der auch die Betätigungselemente enthält, welche das Anheben der Düsennadel und infolgedessen den Einspritzvorgang bewirken.In general, the injection members or injection nozzles have a valve or nozzle needle which is in the nozzle holder is arranged, which also contains the actuating elements, which the lifting of the nozzle needle and, as a result, the Cause the injection process.
Ganz allgemein können diese Bauelemente in eine von zwei unterschiedlichen Gruppen eingereiht werden:In general, these components can be classified in one of two different groups:
In der ersten Gruppe wird das Anheben der Düsennadel unmittelbar durch die Wirkung einer Magnetvorrichtung ausgelöst, für welche die Nadel den beweglichen "Anker" bildet. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß man größere magnetische Kräfte ausüben muß, denn es ist die Kraft der Rückstellfeder der Düsennadel zu überwinden und gegebenenfalls auch der hydraulische Druck, der von dem Kraftstoff auf den rückwärtigen Teil der Düsennadel ausgeübt wird.In the first group, the lifting of the nozzle needle is triggered directly by the action of a magnetic device, for which the needle forms the movable "anchor". Such an arrangement has the disadvantage that you have larger magnetic Must exert forces, because it is the force of the return spring of the nozzle needle to be overcome and if necessary also the hydraulic pressure exerted by the fuel on the rear part of the nozzle needle.
In der zweiten Gruppe erfolgt das Anheben der Düsennadel durch die Wirkung des Kraftstoffdrucks, der in einer in der Nähe der Spitze der Nadel vorgesehenen RingkammerIn the second group, the nozzle needle is raised by the effect of the fuel pressure, which in a annular chamber provided near the tip of the needle
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wirkt, die teilweise durch den Sitz der Düsennadel begrenzt ist; das Unterdrucksetzen dieser Kammer oder die Druckentlastung erfolgen mittels eines Absehlußventiis, das seinerseits von einer elektromagnetischen Vorrichtung betätigt wird. Dieses Abschlußventil kann ein Kugelventil oder ein zylindrischer Steuerschieber sein, der Führungen oder Kolben hat, welche die Verbindung zwischen seitlich in das Gehäuse des Schiebers mündenden Leitungen unterbrechen odor herstellen. Diese Art der Betätigung hat ebenfalls Nachteile. So bedingt das Kugelventil eine elektromagnetische Vorrichtung mit einer gewissen größeren Leistung, um die Druckkraft der zu steuernden Flüssigkeit zu überwinden und das Kugelventil hat außerdem eine Betätigungszeit, die von dem Druck abhängig ist; man darf also diesen Druck nicht ändern, wie es an sich wünschenswert wäre, ura die Einspritzdauer bei zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine zu verringern und die Einspritzung nicht über einen zu großen Kurbelwinkel zu erstrecken.acts, which is partially limited by the seat of the nozzle needle; pressurizing this chamber or depressurizing it take place by means of a closing event, which in turn operated by an electromagnetic device. This shut-off valve can be a ball valve or a be a cylindrical control slide which has guides or pistons which interrupt or interrupt the connection between lines opening laterally into the housing of the slide produce. This type of actuation also has disadvantages. So the ball valve requires an electromagnetic device with some larger power to the pressing force of the fluid to be controlled and the ball valve also has an actuation time that depends on the Pressure is dependent; So one must not change this pressure, as it would be desirable per se, ura the injection duration to reduce with increasing speed of the internal combustion engine and not to extend the injection over too large a crank angle.
Der Steuerschieber seinerseits kann kraftmäßig ausgeglichen werden, er bedingt aber einen verhältnismäßig großen Hub, was zu langsamen Öffnungs- oder Schließvorgängen der Düsennadel führt, ein Nachteil, den man nur teilweise beheben kann, indem man eine ausreichend kräftige elektromagnetische Betätigungsvorrichtung vorsieht, um die Trägheitskräfte schnell zu überwinden.The control slide, for its part, can be balanced in terms of force, but it requires a relatively large one Stroke, resulting in slow opening or closing processes the nozzle needle, a disadvantage that can only be partially remedied by using a sufficiently powerful electromagnetic Actuating device provides to quickly overcome the inertial forces.
Man erkennt, daß die bekannten Vorrichtungen alle erhebliche Nachteile aufweisen; die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Betätigungsvorrichtung für ein Einspritzorgan zu schaffen, die eine Beseitigung dieser Machteile gestattet. It can be seen that the known devices are all significant Have disadvantages; The object of the invention is to provide an actuating device for an injection element to create that allows an elimination of these powers.
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Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Betätigungsvorrichtung für ein Einspritzorgan, das eine Kammer aufweist, die teilweise von einem Sitz begrenzt ist, mit dem das bewegliche Element des Einspritzorgans zusammenwirkt, und die dieses bewegliche Element umgibt, sowie selektiv über einen Verteiler- oder Steuerschieber unter Druck setzbar ist, der seinerseits durch einen Elektromagneten gesteuert wird, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schieber an seinen beiden End-Stirnflachen der gleichen Druckkraft unterworfen ist und zwei einander entgegengesetzt angeordnete Steuerflächen hat, während das den Schieber aufnehmende Gehäuse zwei einander entgegengesetzt angeordnete Sitze aufweist, die zusammen drei Kammern begrenzen, von denen die eine mit dem Einspritzorgan, eine andere mit einer Druckkraftstoff-Quelle, etwa einer Druck- oder Einspritzpumpe, und die dritte mit einem Raum verbunden ist, in dem ein kleinerer Druck als der Druck der Druckkraftstoff-Quelle herrscht, etwa atmosphärischer Druck.The invention therefore relates to an actuating device for an injector comprising a chamber partially delimited by a seat with which the movable one Element of the injector cooperates, and which surrounds this movable element, as well as selectively via one Distributor or control slide can be pressurized, which in turn is controlled by an electromagnet that according to the invention is characterized in that the slide the same compressive force at both of its end faces is subject and has two oppositely arranged control surfaces, while the one receiving the slide Housing has two oppositely arranged seats which together delimit three chambers of which one with the injection device, the other with a pressurized fuel source, such as a pressure or injection pump, and the third is connected to a space in which a pressure smaller than the pressure of the pressurized fuel source prevails, about atmospheric pressure.
Bei einer derartigen Anordnung ist der Verteiler- oder Steuerschieber vollkommen kraftmäßig ausgeglichen und braucht außerdem nur einen sehr geringen Hub; daraus folgt eine gewisse Anzahl von Vorteilen, die klarer aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ersichtlich werden, in der auf die Zeichnung Bezug genommen wird, in der zeigen:In such an arrangement, the distributor or control slide is completely balanced in terms of force and needs also only a very small stroke; this results in a number of advantages which will become more apparent from the following description of an exemplary embodiment can be seen in which reference is made to the drawing, in which:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein mit der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung ausgestattetes Kraftstoff-Einspritzorgan und dessen Halterung;Fig. 1 is a vertical section through a with the invention Actuating device equipped fuel injector and its Bracket;
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Fig. 2 eine in größerem Maßstab gehaltene Einzeldarstellung des erfindungsgemäß verwendeten Verteiler- oder Steuerschiebers.Fig. 2 is a larger-scale individual representation of the distributor used according to the invention or control spool.
Die Fig. 1 zeigt einen Düsenhalter 1, in den die eigentliche Einspritzdüse eingesetzt ist; diese besteht aus eisern Düsenkopf 2 und einer Düsennadel 3· Die Einspritzdüse ist in dem Düsenhalter durch eine Überwurfmutter h festgehalten und die Düsennadel 3 wird durch eine Feder 5 belastet, die sich an ihrem anderen Ende auf einen Gewindestopfen 6 abstützt, an dem ein Anschluß 7 angebracht ist; dieser Anschluß ist mit einem Raum verbunden, in dem ein Druck herrscht, der in der Nähe des Atmosphärendrtxckes liegt.1 shows a nozzle holder 1 into which the actual injection nozzle is inserted; This consists of an iron nozzle head 2 and a nozzle needle 3 The injection nozzle is held in the nozzle holder by a union nut h and the nozzle needle 3 is loaded by a spring 5, which is supported at its other end on a threaded plug 6 on which a connection 7 is appropriate; this connection is connected to a space in which there is a pressure which is close to atmospheric pressure.
Der Düsenkopf 2 hat an seinem Ende eine Ausspritzöffnung 8, diese ist innen begrenzt durch einen Sitz 9 für das Ende der Düsennadel 3· Eine Ringkammer 10 ist in der Nälie der Ausspritzöffnung in dem Düsenkopf um die Düsennadel herum ausgebildet; eine Zuleitung 11, die an eine Druckkrafΐ-stoff-Quelle angeschlossen ist„ im vorliegenden Fall an eine Einspritzpumpe, mündet in diese Ringkammer 10»The nozzle head 2 has an injection opening 8 at its end, this is delimited on the inside by a seat 9 for the End of the nozzle needle 3 · An annular chamber 10 is in the vicinity the injection opening in the nozzle head around the nozzle needle educated; a feed line 11, which is connected to a Druckkrafΐ-substance source is connected “in the present case to a Injection pump, opens into this annular chamber 10 »
Der Düsenhalter 1 hat einen seitlichen stutzenartigen Vorsprung 1a, in dem ein Verteilerschieber 12 und ein Elektromagnet 13 untergebracht sind; der Elektromagnet dient zur Betätigung des Schiebers, wie weiter unten ausführlich erläutert wird. Dieser seitliche Vorsprung ist über einen Gewindestutzen 1b mit der Druckseite der nicht dargestellten Kraftstoff- oder Einspritzpumpe verbunden.The nozzle holder 1 has a lateral nozzle-like Projection 1a in which a distributor slide 12 and an electromagnet 13 are housed; the electromagnet is used to operate the slide, as detailed below is explained. This lateral projection is via a threaded connector 1b with the pressure side of the not shown Fuel or injection pump connected.
Der Verteiler- oder Steuerschieber 12 (Fig. 2) hat ein aus den Bauteilen 14, 15, 16, 17 zusammengesetztes Gehäuse,The distributor or control slide 12 (Fig. 2) has a housing composed of the components 14, 15, 16, 17,
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das zwei koaxiale Bohrungen 18, 19 von gleichem Durchmesser und dazwischen eine zentrale Kammer 20 von größerem Durchmesser enthält. Die zentrale Kammer ist über einen Leitungszug 21, 22, 2} mit der Zuleitung 11 verbunden, die in die Ringkammer 10 des Düsenkopfes 2 mündet; die an der linken Seite in der Fig. 2 gelegene Kammer 18 ist mit der Druckseite der Einspritzpumpe verbunden. Die rechts in der Fig. gelegene Kammer 19 ist ebenfalls über einen seitlichen Kanal Zk und eine Leitung 25 unter Druck gesetzt. In dem Gehäuse des Schiebers ist der eigentliche Steuerschieber 26 verschiebbar gelagert, der - von seiner in der Zeichnung links gelegenen Seite ausgehend ~ einen mit einer Längsnut versehener. Kolben oder Führung-zapf en 27 aufweist, der in der Bohrung I3 gleitet, ferner einen zentralen verdickten Abschnitt 28, der zwei gegensinnig zueinander geneigte aktive kcmisr.he Ventilflächen 29. 30 aufweist, die dazu bestimmt sind, rn.it zwei durch das Gehäuse gebildeten Sitzflächen 31 ι 32 zusammenzuwirken; dann schließt sich ein voll ausgeführter zylindrischer Führungszapfen oder Kolben 33 an, der in der Bohrung 19 geführt ist. Bei dem ausgewählten Ausführungsbeispiel haben die Flächen 29, 30 und die Sitze 31» 32 eine Kegelstumpfform mit etwas voneinander abweichenden Spitzenwinkeln.which contains two coaxial bores 18, 19 of the same diameter and between them a central chamber 20 of larger diameter. The central chamber is connected via a line 21, 22, 2} to the supply line 11, which opens into the annular chamber 10 of the nozzle head 2; the chamber 18 located on the left-hand side in FIG. 2 is connected to the pressure side of the injection pump. The chamber 19 located on the right in the figure is also pressurized via a lateral channel Zk and a line 25. The actual control slide 26 is slidably mounted in the housing of the slide, which - starting from its side on the left in the drawing - is provided with a longitudinal groove. Piston or guide pin 27, which slides in the bore I3, furthermore a central, thickened section 28, which has two oppositely inclined active kcmisr.he valve surfaces 29, 30, which are intended to pass through the housing with two formed seat surfaces 31 ι 32 cooperate; then a fully executed cylindrical guide pin or piston 33, which is guided in the bore 19, follows. In the selected embodiment, the surfaces 29, 30 and the seats 31 »32 have a truncated cone shape with slightly different apex angles.
Es ist auch noch eine Leitung 3^ vorgesehen, die von der Kammer 35 ausgeht, welche zwischen der Ventilfläche 30 und dem vollen Führungszapfen 33 liegt; diese Leitung führt zu dem oberen Teil des Düsenhalters 1. Zwischen der Wand des Düsenhalters, die den Boden der Bohrung 19 bildet, und dem Führungszapfen 33 des Schiebers ist eine Feder 36 eingefügt, die den Schieber in seiner in Fig. 2 dargestellten Stellung zu halten sucht.There is also a line 3 ^ provided that of the chamber 35 goes out, which between the valve surface 30 and the full guide pin 33 is located; this line leads to the upper part of the nozzle holder 1. Between the wall of the nozzle holder, which forms the bottom of the bore 19, and a spring 36 is inserted into the guide pin 33 of the slide, which seeks to hold the slide in its position shown in FIG.
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Der Elektromagnet 13 hat eine Wicklung 37 und eimern beweglichen Teil 38» der einen spitz zulaufendes Stift trägt und sich mit dessen in der Pig» 2 nach rechts gerichteten Ende auf die benachbarte Endstirnfläeli© des Schiebers 26 abstützt.The electromagnet 13 has a winding 37 and buckets movable part 38 »of a pointed pin wears and with its end pointing to the right in the Pig »2 on the adjacent end face Slide 26 is supported.
Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ergibt sich wie folgt! Der Kraftstoff, der unter Überdruck von der Einspritzpumpe geliefert wird, dringt in das Einspritzorgan über den Anschluß Ib ein. Dieser Druckkraftstoff fließt an dem Elektromagneten 13 vorbei durch die Längsnuten im linksseitigen Schieberführungszapfen 2? und außerdem in die Kammer 19 über den Kanal 24 und die Leitung 25· Man erkennt, daß der doppelt v/irksame Schieber 26 von beiden Enden her durch hydraulische Drücke ausgeglichen ist und daß nur die Feder 36 auf ihn einwirkt, um die Ventilflache 30 von ihrem Sitz 32 abzuheben und die Ventilfläche 29 auf deren Sitz 31 zu drücken» In diesel" Stellung des Schiebers ist die Ringkammer 10 im Düsenkopf in Verbindung mit der Atmosphäre über die Leitungen 1 i , 23, 22, 21, die Kammer 20, 35 und die Leitung 34.The mode of operation of this device is as follows! The fuel, which is supplied by the injection pump under excess pressure, penetrates the injection element via the connection Ib. This pressure fuel flows past the electromagnet 13 through the longitudinal grooves in the left-hand slide guide pin 2? and also into the chamber 19 via the channel 24 and the line 25. It can be seen that the double-acting slide 26 is balanced from both ends by hydraulic pressures and that only the spring 36 acts on it to move the valve surface 30 from lift off its seat 32 and press the valve surface 29 onto its seat 31 "In diesel" position of the slide, the annular chamber 10 in the nozzle head is in communication with the atmosphere via the lines 11, 23, 22, 21, the chamber 20, 35 and the line 34.
Wenn der Elektromagnet 13 durch ein von dem elektronischen, nicht dargestellten Rechengerät geliefertes Signal erregt wird, stößt sein beweglicher Ankerteil 38 den Schieber 26 in der Zeichnung nach rechts zurück, wobei die Feder 36 zusammengedrückt wird. Die Verbindung zwischen der Kammer 20 und der Entlastungsleitung 34 wird dann geschlossen, während der Kraftstoffinjektionsdruck in dieser Kammer 20 wirksam wird und von dort auch in der Ringkammer 10, die der Kraftstoff über die Leitungen 21, 22, 23 und 11 erreicht. Die Düsennadel 3 der Düse wird dann gegen die KraftWhen the electromagnet 13 by a signal supplied by the electronic computing device, not shown is energized, its movable armature part 38 pushes the slide 26 back to the right in the drawing, the spring 36 being compressed. The connection between the Chamber 20 and the relief line 34 is then closed, while the fuel injection pressure in this chamber 20 becomes effective and from there also in the annular chamber 10, the the fuel is reached via lines 21, 22, 23 and 11. The nozzle needle 3 of the nozzle is then against the force
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ihrer Rückstellfeder 5 nach oben gedrückt, und die Kraftstoffeinspritzung erfolgt durch die Düsenöffnung 8, bis die Spule 37 des Elektromagneten nicht mehr mit Strom gespeist wird.their return spring 5 pushed up, and the fuel injection takes place through the nozzle opening 8 until the coil 37 of the electromagnet is no longer supplied with current will.
Wenn der Schieber 26 durch den Elektromagneten verschoben wird, ist der Durchlaßquerschnitt, der freigelegt wird, um das Hindurchfließen des Kraftstoffes zu gestatten, relativ groß, selbst wenn der Schieberweg nur klein ist; die Querschnittsfläche erstreckt sich über den gesamten Umfang der Ventilsitzbohrung. Da außerdem der Schieber an seinen beiden Endstirnflächen ausgeglichenen hydraulischen Kräften unterworfen und seine Masse sehr klein ist, braucht der Elektromagnet nur eine gegebenenfalls sehr kleine Leistung zu haben, wobei jedoch geeignete Kennwerte für die Geschwindigkeit der Öffnungs- und Schließbewegung gewährleistet sein müssen. Dieser Elektromagnet kann infolgedessen kleine Abmessungen und einen geringen Stromverbrauch haben, was ebenfalls eine Verringerung der Leistungskennwerte der elektronischen Bauteile möglich macht, welche die Leistungsstufe des Rechengerätes bilden.When the slide 26 is displaced by the electromagnet, the passage area that is exposed to allow the fuel to flow through, relatively large, even if the slide travel is only small; the cross-sectional area extends over the entire Perimeter of the valve seat bore. In addition, since the slide is hydraulically balanced on both of its end faces Subject to forces and its mass is very small, the electromagnet only needs a possibly very small power to have, but ensuring suitable parameters for the speed of the opening and closing movements must be. As a result, this electromagnet can be small in size and low in power consumption which also makes it possible to reduce the performance characteristics of the electronic components which the Form the power level of the computing device.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist in die Zuflußleitung 11 eine kalibrierte Drosselbohrung 39 eingefügt, die auf den Kraftstoffdurcheatz während des Einspritzvorganges einwirkt. Dank der Anwesenheit dieser Drosselstelle bleibt die Menge des eingespritzten Kraftstoffes unbeeinflußt von einer gegebenenfalls auftretenden Verschmutzung der Nase der Düse, deren Durchlaßquerschnitt dann wesentlich größer gewählt werden kann als der Durchlaßquerschnitt der Drossel 39.According to another feature of the invention, a calibrated throttle bore 39 is inserted into the inflow line 11, on the fuel throughput during the injection process acts. Thanks to the presence of this restriction, the amount of fuel injected remains unaffected by any contamination that may occur the nose of the nozzle, the passage cross-section of which can then be chosen to be significantly larger than the passage cross-section the throttle 39.
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Wenn auch bei dem Ausführungsbeispiel vorgesehen wurde, auf die beiden Endstirnflächen des Schiebers 26 den Druck des von der Einspritzpumpe gelieferten Kraftstoffs einwirken zu lassen, kann ein gleiches Resultat erzielt werden, indem man die beiden Endstirnflächen einem anderen Druck aussetzt, der beispielsweise der Entlastungsdruck sein kann, der in der Nähe des atmosphärischen Druckes liegt. Die dabei erforderliche Änderung der Leitungsführung und der Ausbildung des Steuerschiebers ist für den Fachmann ohne weiteres klar und es war nicht nötig, 3ie darzustellen oder in der Beschreibung zu erläutern. Weiterhin ist die Ausbildung oder Anpassung des eigentlichen Einspritzorgans nicht kritisch, und die Erfindung läßt sich genausogut bei Zapfenoder Lochdüsen anwenden.Even if it was provided in the embodiment, the pressure of the fuel supplied by the injection pump act on the two end faces of the slide 26 An identical result can be obtained by giving the two end faces a different pressure exposing, which can be, for example, the relief pressure, which is close to atmospheric pressure. The one with it necessary change in management and training of the control slide is readily apparent to a person skilled in the art and it was not necessary to show 3ie or in to explain the description. Furthermore, the training or adaptation of the actual injector is not critical, and the invention can be applied to pin or hole nozzles as well.
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