DE2356335A1 - Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem antrieb - Google Patents
Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem antriebInfo
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Description
Bach & Co. Heilbronn, den 9.11.1973
71 Heilbronn
Rosenbergstr. 22
Rosenbergstr. 22
Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem Antrieb
Die Erfindung betrifft ein Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem
Antrieb des Pumpenaggregats.
Bei Otto- und Drehkolbenmotoren ist es bekannt, anstatt der
Aufbereitung des Kraftstoff-Luftgemisches in einem Vergaser eine Einspritzung des Kraftstoffes in flüssiger Form vorzunehmen.
Die Einspritzung kann hierbei sowohl in die Ansaugleitung
als auch direkt in-die Zylinder erfolgen. Es sind
Einspritzsysteme bekannt geworden, bei welchen eine zentrale Kraftstoffpumpe den zur Einspritzung vorgesehenen Kraftstoff
dauernd unter dem für Einspritzung und Zerstäubung notwendigen Druck hält. Die Einspritzung selbst erfolgt durch, den einzelnen
Zylindern zugeordnete, mechanisch oder elektromagnetisch gesteuerte Einspritzventile. Solche Systeme sind aufwendig
deshalb, weil Druckerzeugung und Einspritzung mit getrennten Bauelementen durchgeführt werden.
Weiterhin ist ein Einspritzsystem bekannt geworden, bei welchem
ein kombiniertes, aus Kraftstoffpumpe und Einspritzdüse
bestehendes Aggregat Verwendung findet, wobei die Betätigung mittels piezoelektrischer Kraft erfolgt. Dieses System benötigt
zwar weniger Bauelemente, der piezoelektrische Antrieb jedoch erfordert eine sehr hohe Antriebsspannung, welche
nicht unmittelbar der Kraftfahrzeugbatterie entnommen werden
kann. Außerdem lassen sich rait Piezoelementen nur sehr geringe
Hubhöhen erreichen.
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Weiterhin sind Einspritzpumpen mit elektromagnetischem Antrieb bekannt geworden, welche mit einem nahezu geschlossenen
Eisenkreis arbeiten. Auf Grund des langsamen Magnetfeldanstiegs im geschlossenen Eisenkreis arbeiten solche Pumpen
sehr träge und sind für Verbrennungsmotoren hoher Drehzahl nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzpumpenelement
mit elektromagnetischem Antrieb des Pumpenaggregats zu schaffen, welche den Bau eines Einspritz-Systems
mit möglichst geringem Aufwand gestattet und welches in der Lage ist, Einspritz-Vorgänge in rascher Folge
durchzuführen, wobei auf einfache Weise eine Dosierung des zur Einspritzung gelangenden Kraftstoffes möglich sein
soll.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Antrieb des Pumpenaggregats nach dem elektrodynamischen
Prinzip erfolgt. Gemäß einer Ausbildung der Erfindung besteht dieses Antriebssystem aus einer vom Arbeitsstroa durch
flossenen, ortsfesten und vorzugsweise scheibenförmigen Antriebsspule und einer annähernd gleichachsig angeordneten
Antriebsscheibe. Vorteilhaft kann diese Antriebsscheibe aus einem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit und geringen
spezifischem Gewicht, vorzugsweise Aluminium bestehen. Es ist zweckmäßig, wenn Antriebsspule und Antriebsscheibe etwa
die gleiche geometrische Form besitzen, um eine voll« Ausnutzung des auf die Antriebsscheibe abstoßend wirkenden Feldes
der Antriebsspule zu erreichen.
Das elektrodynamische Prinzip geaäß der Erfindung läßt sich auch in der Weise verwirklichen, daß der ortsfesten Antriebe
spule eine zu dieser wenigsten* annähernd gleichachsig angeordnete
mit den beweglichen Teil des Pumpenaggregats verbunden
und vorzugsweise scheibenförmig ausgebildete xweite
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Antriebsspule zugeordnet ist.
Die diesem elektrodynamischen System innewohnenden Vorteile, wie schnelles Ansprechen und hohe Beschleunigung, werden erfindungsgemäß
auch noch dadurch erreicht und verbessert, daß die Antriebsspule (n) über eine schnellwirkende Schaltvorrichtung
aus einer Stromquelle niedrigen Innenwiderstandes, vorzugsweise aus einem Kondensator, betrieben werden, wobei
der Stromverlauf impulsweise erfolgt. Hierbei kann zur Anpassung an das Pumpenaggregat die Polung der Magnetfelder
der beiden Antriebsspulen so gewählt werden, daß sie entweder
eine gegenseitige Anziehung oder eine gegenseitige Abstoßung bewirken.
In allen vorstehend genannten Anordnungen gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, auf der dem beweglichen Teil des
Antriebs abgewandten Seite der ortsfesten Antriebsspule ein Kraftlinienleitstück aus magnetisch gut leitfähigem Material
anzuordnen. Dadurch läßt sich eine Verstärkung des Magnetfeldes auf der Antriebsseite erreichen. Es ist zweckmäßig,
dieses Kraftlinienleitstück scheibenartig auszubilden und mit einem, radial bis zum Hände verlaufenden Schlitz zu
versehen. Dieser Schlitz verhindert die Ausbildung von Wirbelströmen, welche das Spulenfeld der Antriebsspule
schwächen würden.
Die Antriebsspulen sind gemäß der Erfindung scheibenartig ausgebildet und können vorteilhaft aus Flachdraht gewickelt
werden*
Als Pumpenaggregat können gemäß der Erfindung sowohl Kolbenais
auch Membranpumpen Verwendung finden. Es ist von Vorteil, die bewegliche Membranscheibe so auszubilden, daß sie
etwa flächengleich mit der Antriebsspule und in geringem
Abstand gegenüber angeordnet ist. Das Ein- und Ausschalten
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des Spulenstroms erfolgt vorteilhaft mittels elektronisch gesteuerter Halbleiter-Bauelemente. Die der Kolben- und
Membranrückführung dienenden Pederelemente sollen so bemessen sein, daß die Rückführzeit wesentlich länger, vorzugsweise
zehnmal langer als die Hubzeit beim Einspritzvorgang ist.
Eine Regulierung der Einspritzmenge kann gemäß der Erfindung sowohl durch Veränderung des Spulenstroms als auch durch
eine mechanische Begrenzung der Hubhöhe des Pumpenaggregats erfolgen. Im Pumpenaggregat können gemäß der Erfindung Ventile
angeordnet sein, welche sowohl ein Ansaugen des Kraftstoffs, als auch ein Einspritzen beim Stromfluß durch die
Antriebsspule (n) bewirken.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand von vier in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher
beschrieben und erläutert.
In Figoi ist der Aufbau eines mit Hubkolben arbeitenden Einspritzpumpenelements
dargestellt. Der elektrodynamische Antrieb besteht aus der Spule 1 und der achsgleich angeordneten
Antriebsscheibe 2, welche mit dem Kolben 3 fest verbunden ist. In Ruhelage werden Antriebsscheibe 2 und Kolben 3 durch die
Rückholfeder 4 in der oberen (Ruhe) Lage gehalten. Bei Einschalten
des Schalters 8 fließt aus der niederohmigen Stromquelle 7 sofort ein hoher Strom durch die Windungen der Antriebsspule
1. Das sich ohne Verzögerung ausbildende starke Magnetfeld der Spule stößt die aus elektrisch gut leitendem
Material bestehende Antriebsscheibe 2 ab, sodaß der Kolben 3 nach unten bewegt wird. Die zur Düse 14 und zum Kraftstoff-Zufluß
6 zugeordneten Ventile 11 bewirken zunächst das Einspritzen einer bestimmten, vom Kolbenhub abhängigen Kraftstoffmenge.
Wird das Magnetfeld z.B. durch Öffnen des Schalters 8 wieder aufgehoben, so bewegt sich der Kolben 3 nach
oben in seine Ausgangsstellung zurück, unter der Wirkung der Rückholfeder 4· c
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Hierbei wird neuer Kraftstoff angesaugt. Die Rückholung
soll langsamer als das Einspritzen erfolgen,um eine Dampfbildung zu vermeiden.
Auf Grund des erfindungsgemäßen elektrodynamischen Systems ist zur Betätigung des Kolbens 3 kein Magnetsystem mit geschlossenem
Eisenkreis notwendig. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt gerade darin, daß im elektromagnetischen
Arbeitskreis kein Eisen verwandt wird. Damit kann sich das magnetische, dem Antrieb dienende Feld sofort aufbauen.
Unter Verwendung dieses Prinzips lassen sich Pumpenantriebe mit hoher Ansprechgeschwindigkeit, starken Betätigungskräften
und ausreichend großen Hubwegen bauen.
Durch zeitgenaue Steuerung des Schalters 8 ergibt sich auch bei hohen Drehzahlen ein dementsprechend zeitgenau steuerbarer
Einspritzvorgang. Die Einspritzmenge läßt sich sehr
leicht dadurch regeln, daß die Spannung der Stromquelle 7 verändert wird. Dadurch ergibt sich ein stärkeres oder
schwächeres Spulenfeld und damit eine größere oder kleinere Einspritzmenge.
In Fig.2 ist die Antriebsscheibe 2 gemäß Fig.1 durch eine
bewegliche, mit dem Kolben 5 des Pumpenaggregats 19 verbundene
Antriebsspule TO ersetzt. Im Ruhezustand liegen beide Antriebs spulen aneinander. Ihre Wicklungen sind so geschaltet, daß
beim Fluß des Arbeitsstromes ihre beiden Magnetfelder entgegengesetzt
gerichtet sind und eine starke Abstoßung voneinander
bewirken. Sie können auch so geschaltet sein, daß ihre Magnetfelder gleich gerichtet sind. In diesem Fall kann
man von der anziehenden Wirkung Gebrauch machen.
Von Vorteil ist es, wenn als Stromquelle 7 ein Kondensator und als Schalter 8 ein Thyristor Verwendung findet. Beim
Zünden des Thyristors fließt ein impulsartiger Strom vom
-6-
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Kondensator durch die Antriebsspulen. Dieser Strom klingt schnell ab und ändert kurzzeitig infolge des durch Kondensator
und Spuleninduktivität bedingten AusSchwingvorgangs seine
Richtung. Dadurch wird der Thyristor wieder in den Sperrzustand versetzt und ist nach sehr kurzer Zeit wieder schaltbereit
für den nächsten Einspritzvorgang.
Mit einer solchen Anordnung gemäß Fig.2 lassen sich Ansprechzeiten
von ca. 20 Mikrosekunden, Arbeitshubzeiten von ca. 1 Millisekunde und Arbeitshübe von bis zu 10 Millimetern erreichen.
Der Einspritzdruck kann bis zu 15 bar betragen, bei Einspritzmengen von ca. 20 mm3.
Die Einspritzmenge läßt sich leicht dadurch regeln, daß z.B.
die Spannung der Stromquelle ? verändert wird. Dies kann leicht auf elektronischem Wege geschehen, wobei dies in
einem zentralen Steuergerät unter Berücksichtigung aller für einen optimalen Betrieb des Motors, auch im Hinblick auf
Unschädlichkeit der Abgase, erfolgen kann. Als Stromquelle kann z.B. die Kraftwagenbatterie verwendet werden.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausbildung der Erfindung in der
Art, daß das elektrodynamische Antriebssystem auf eine Membranpumpe einwirkt. Hierbei ist der fest angeordneten Antriebsspule 1 eine bewegliche Antriebsscheibe 2 zugeordnet, welche
mit einer Ausformung 15 auf der Membran 13 aufliegt. Bei Einschalten
des Spulenstroms wird die Antriebsscheibe 2 nach unten gedrückt und betätigt die Membran 13· Ein oberhalb der
Antriebsspule 1 fest angeordnetes Kraftlinienleitstück 9 erhöht die Konzentration des Spulenfeldes auf der Antriebsseite. Hierdurch wird eine etwa zweifach größere Antriebskraft
erreicht. Ein Gehäuse 16 hält die einzelnen Teile zusammen.
Die Ventile 11 im Kraftstoffzufluß 6 und Düsenausgang
17 steuern Ansaug- und EinspritzVorgang.
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Zusammen mit einer Membranpumpe lassen sich die im einfachen
Aufbau des elektrodynamischen Systems liegenden Vorteile voll ausnutzen und gestatten den Bau eines Einspritzpumpenelementes,
welches besonders geeignet für eine Massenfertigung bei günstigstem Preis ist.
Bei den in den Fig.1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen
ist es von Vorteil, auf der der Antriebsseite abgewandten Seite der feststehenden Antriebsspule 1 ein Kraftlinienleitstück
9 gemäß Fig.4 anzuordnen, welches aus einem Material guter magnetischer und möglichst schlechter elektrischer
Leitfähigkeit besteht, wie z.B. Magneteisen. Es ist außerdem noch notwendig, durch einen radial verlaufenden
Schlitz 18 Wirbelströme zu unterbinden, welche das Magnetfeld der Antriebsspule 1 sonst stark dämpfen und die
Wirksamkeit verschlechtern würden.
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Claims (18)
1.) Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem Antrieb des Pumpenaggregats, dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb desselben nach dem elektrodynamischen Prinzip erfolgt.
2. Einspritzpumpenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitende Antriebssystem aus einer vom Arbeitsstrom durchflossenen, ortsfesten und vorzugsweisen
scheibenförmigen Antriebsspule (1) und einer annähernd gleichachsig angeordneten, mit dem beweglichen Teil des
Pumpenaggregats (19) verbundenen Antriebsscheibe (2)
besteht.
5· Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (2) aus einem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit und geringen
spezifischen Gewichts, vorzugsweise Aluminium, besteht.
4· Einspritzpumpenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitende Antriebssystem aus einer ortsfest angeordneten
Antriebsspule (i) und einer zu dieser wenigstens annähernd gleichachsig angeordneten, mit dem beweglichen
Teil des Pumpenaggregate (19) und vorzugsweise scheibenförmig
ausgebildeten Antriebsspule (10) besteht.
5. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspule (n) über eine
schnellwirkende Schaltvorrichtung (θ) aus einer Stromquelle (7) niederen Innenwiderstandes vorzugsweise aus
einem Kondensator betrieben werden, wobei der Stromver— lauf vorzugsweise impulsartig erfolgt.
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6. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 4 und 51
dadurch gekennzeichnet, daß die Polung der Magnetfelder der beiden Antriebsspulen (1) und (lO) so gewählt
ist, daß sich beim Fließen des Arbeitsstroms eine gegenseitige Abstoßung ergibt.
7. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polung der Magnetfelder
der beiden Antriebsspulen (1) und (10) so gewählt ist, daß sich beim Fließen des Arbeitsstroms eine
gegenseitige Anziehung ergibt.
8. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 7>
dadurch gekennzeichnet, daß auf der, dem beweglichen
Teil des Antriebs abgewandten Seite der ortsfesten Antriebsspule (1) ein Kraftlinienleitstück (9) aus magnetisch
leitfähigem Material angeordnet ist.
9. Einspritzpumpenelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kraftlinienleitstück (9) scheibenartig ausgebildet ist und daß es wenigstens eine, radial
verlaufende, vorzugsweise bis zum Rand sich erstreckende, schlitzartige Unterbrechung (12) enthält.
10. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 9>
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspule (n) (i,10)
als scheibenförmig ausgebildete Flachdrahtwicklung ausgebildet ist/sind.
11. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Pumpenaggregat (19) eine
Kolbenpumpe Verwendung findet.
12. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß als Pumpenaggregat (19) eine Membranpumpe Verwendung findet.
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13. Einspritzpumpenelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die bewegliche Membranscheibe (13) so ausgebildet ist, daß sie etwa flächengleich mit
der Antriebsspule (i) und dieser in geringem Abstand gegenüber angeordnet ist.
14· Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 13»
dadurch gekennzeichnet, daß das Ein- und Ausschalten des Spulenstroms mittels elektronisch gesteuerter
Halbleiter-Bauelemente erfolgt.
15· Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 11 und 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die der Kolben- oder Membranrückführung dienenden Federelemente (4) so bemessen
sind, daß die Rückführzeit wesentlich länger, vorzugsweise zehnmal länger ist als die Hubzeit beim Einspritzvorgang.
16. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung der Einspritzmenge
durch Veränderung des Spulenstroms erfolgt.
17· Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 15»
dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung der Einspritzmenge durch eine mechanische Begrenzung der Hubhöhe
des Pumpenaggregates (19) erfolgt.
18. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 17»
dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenaggregate (19) Ventile (11) enthalten, welche sowohl ein Ansaugen des
Kraftstoffs, als auch ein Einspritzen beim Stromfluß durch die Antriebsspule (n) ('1,1O) bewirken.
509820/0215
Leerseite
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2356335A DE2356335A1 (de) | 1973-11-10 | 1973-11-10 | Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem antrieb |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2356335A DE2356335A1 (de) | 1973-11-10 | 1973-11-10 | Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem antrieb |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2356335A1 true DE2356335A1 (de) | 1975-05-15 |
Family
ID=5897819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2356335A Withdrawn DE2356335A1 (de) | 1973-11-10 | 1973-11-10 | Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem antrieb |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2356335A1 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1973
- 1973-11-10 DE DE2356335A patent/DE2356335A1/de not_active Withdrawn
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