DE2411696C2 - Elektromagnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine solche Einspritzvorrichtung ist bereits aus der britischen Patentschrift 3 97 493 bekannt Die in dieser beschriebene Vorrichtung weist einen Pumpenkolben auf, der u. a. auch mit Hilfe jeweils eines Elektromagneten für den Hin- und Rückhub hin- und herbewegt werden kann. Beim Saughub des Kolbens tritt eine der Einspritiung entsprechende Kraftstoffmenge in den Arbeitsraum der Pumpe ein, die beim Druckhub aus der Pumpe über ein weiteres Ventil ausgestoßen wird.

Zur Verbesserung der Kraftstoffeinspritzung wird in der britischen Patentschrift vorgeschlagen, die Aus-Spritzgeschwindigkeit dadurch zu vergrößern, daß ein zweiteilig ausgebildeter Pumpenkolben Verwendung findet, und zwar ein erster Kolben mit geringem Durchmesser koaxial geführt in einem zweiten Kolben mit großem Durchmesser. Der zweite Kolben ist dabei mit einer mit einem Sitz zusammenwirkenden Nadel baueinheitlich vereinigt, womit das weitere Ventil, über das, wie oben angegeben, der Kraftstoff beim Druckhub gefördert wird, hier direkt die Einspritzdüse darstellt.

Außerdem weist der zweite Kolben Kanäle auf, über die vom ersten Kolben verdrängter Kraftstoff in den dem zweiten Kolben vorgelagerten Teil des Pumpenarbeitsraumes und damit zugleich in den Dür.envorraum gelangt Obwohl in der britischen Patentschrift eine Vergrößerung der Ausspritzgeschwindigkeit angestrebt wird, wird jedoch zumindest für den ersten Teil des Ausspritzvorgangs tatsächlich eine Verkleinerung der, Ausspritzgeschwindigkeit erreicht, weil zunächst der zweite Kolben in einer dem ersten Kolben entgegengesetzten Richtung bis an einen Anschlag bewegt wird.

Außerdem wird der Ausspritzvorgang des Kraftstoffs dadurch hydraulisch abgebremst, daß der Kraftstoff durch die Kanäle im zweiten Kolben hindurchfließen muß. Erst nachdem der erste Kolben, vom Elektromagneten bewegt, bei seinem Hub am zweiten Kolben angeschlagen hat, wird dessen Bewegungsrichtung umgedreht und der des ersten Kolbens gleichgerichtet Durch die Wirkung des zweiten Kolbens mit vergrößerter Kolbenfläche soll dann die größere Ausspritzgeschwindigkeit erzielt werden. Zusätzlich zu der bereits oben erwähnten anfänglichen Reduzierung der Ausspritzgeschwindigkeit dürfte jedoch die plötzlich einsetzende Mitnahme des zweiten Kolbens zu einer Abbrenisung der bereits erreichten Geschwindigkeit

des ersten Kolbens und damit zu einer weiteren Reduzierung der Austrittsgeschwindigkeit führen, bevor die Wirkung der vergrößerten Kolbenfläche des zweiten Kolbens zum Tragen kommt Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist ferner die verhältnismäßig großvolumige Bauart, die mit dem aufwendigen Gesamtaufbau der Einspritzvorrichturg zusammenhängt sowie auch der Umstand, daß die Luftspaltweite der Elektromagnete mit Rücksicht auf den erforderlichen Hub des Pumpenkolbens verhältnismäßig groß sein muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Erzielung einer hohen Kraftstoff-Ausspritzgeschwindigkeit an der Düse eine elektromagnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die bei einer kompakteren und weniger aufwendigen Bauweise eine wirkungsvollere Ausnutzung des von den Spulen erzeugten magnetischen Feldes aufweist

Der Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Infolge der Anordnung der Ankerplatte mit kleinen Luftspalten zwischen den Elektromagneten üben diese eine große Anziehungskraft auf die Ankerplatte aus. Diese kleinen Luftspalte sind möglichst durch die Anordnung der Elektromagnete gegenüber der Ankerplatte in einem Bereich derselben zwischen Drehpunkt und Verbindung zum Pumpenkolben, wodurch bei einem bestimmten benötigten Pumpenkolbenhub der Hub der Ankerplatte zwischen den Magneten merklich kleiner gehalten und hierdurch die Antriebskraft der Magnete erheblich vergrößert werden kann, verglichen mit einer Anordnung der Elektromagnete, die koaxial zur Achse des Pumpenkolbens verläuft Die vorgeschlagene Pumpe läßt sich einfach bauen, insbesondere wenn bei zwei Pumpenkolben diese zueinander fluchtend so am Verbindungsstück befestigt sind, daß beim Saughub des einen Kolbens der andere Kolben seinen Druckhub ausführt und umgekehrt, wobei die beiden Pumpenkolben mit denselben Anschlägen zusammenwirken können. Aufgrund der gewissermaßen mit Übersetzung im Verhältnis der Hebelarme vom Schwenkpunkt der Ankerplatte zu den Elektromagneten bzw, zu den Pumpenkolben arbeitenden Einspritzvorrichtung wird eine gute Ausnutzung der erzeugten Magnetfelder im Hinblick auf die gewünschte hohe Ausspritzgeschwindigkeit erreicht

Bezüglich der einander gegenüberliegenden Elektromagnete mit dazwischen angeordneter Ankerplatte wird, abgesehen davon, daß auch beim Gegenstand der GB-PS 3 97 493 der Pumpenkolben von zwei Magneten hin- und herbewegt werden kann, noch auf die US-PS 25 98 754 hingewiesen, wobei allerdings hier die Ankerplatte zum Antrieb einer Düsennadel dient.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß der Erfindung ist im Patentanspruch 2 beschrieben.

Eine weitere Vereinfachung der Einspritzvorrichtung ergibt sich bei Verwendung der Merkmale nach Patentanspruch 3. Durch diese Merkmale wird bei einer Verdoppelung der Anzahl der Pumpenkolben ein übersichtlicher einfacher und damit auch ein kompakter Pumpenaufbau erzielt

Des weiteren ist es vorteilhaft, die Elektromagnete zu beiden Seiten einer Ankerplatte jeweils so zu montieren, daß zum Verbindungsstück hin divergierende Luftspalte entstehen. Hierdurch läßt sich der Abstand zwischen den Magneten und der Ankerplatte weiter verringern, was zum einen eine weitere Verbesserung der Ausnützung der Magnetkräfte mit sich bringt und zum anderen auch eine Verringerung der Aufmagnetisierungszeit, der Zeit a'oo, die bei gegebener Erregungsspannung verstreichen muß, bis im Luftspalt des Magneten die volle Feldstärke aufgebaut ist

Durch die Merkmale nach Patentanspruch 5 schließlich ist in vorteilhafter Weise eine Verbesserung der Pumpenarbeitsweise sowie auch eine Erhöhung der maximalen Pumpenhubfrequenz möglich. Wegen der Selbstinduktion der Elektromagnetspulen ist grundsätzlich die Hubfrequenz der Magnete und damit auch des Pumpenkolbens begrenzt Es ist zwar möglich, diese Hubfrequenz durch Erhöhung der Erregungsstromstärke zj.i vergrößern. Hierdurch steigi aber zwangsläufig auch die Wärmeentwicklung im Innern der Elektromagnete, so daß in dieser Richtung enge Grenzen gesetzt sind. Durch die Maßnahmen gemäß dem Patentansprach 5 wird dafür gesorgt, daß die Strombeaufschlagung der Elektromagnete nur so lange aufrechterhalten wird, wie dies für den Pumpenhub unerläßlich ist Dies bedeutet daß auch die Wärmeentwicklung reduziert wird, ein Vorteil, der wiederum der möglichen Erhöhung der Erregerstromstärke zugute kommen kann.

Im Zusammenhang mit Patentanspruch 5 muß erwähnt werden, daß die Erregung der Magnetspule einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mittels elektrischer Impulse, die von einem Multivibrator erzeugt werden, grundsätzlich aus der DE-OS 20 15 182 bekannt ist. Auch ist aus dieser Vorveröffentlichung bekannt, den Multivibrator in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurbelwelle zu steuern. Nicht aus dieser Druckschrift bekannt ist aber die in Ansprach 5 angegebene spezielle Einstellung der Zeitkonstante eines monostabilen Multivibrators, welche derart vorgenommen ist, daß der die Magnete erregende Strom unmittelbar bei Hubende des oder der Pumpenkolben unterbrochen wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit vier Pumpenkolben,
F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig.3 ein Schaltbild einer elektronischen Steuerungsschaltung und

Fig.4 die Anordnung und Ausbildung einer Einspritzdüse.
Auf der Montageplatte 1 sind zwei Paare von Elektromagneten 2 durch Bolzen-Mutter-Verbindungen 6 befestigt. Jeder der Elektromagnete 2 hat einen Kern 10 und eine den Kern umgebende Erregerspule 14. Zwischen jedem Paar von Elektromagneten 2 ist mit kleinem Luftspalt eine Ankerplatte 18 schwenkbar angeordnet. Jede Ankerplatte 18 schwenkt mit einem Ende 4 um ein Gelenk 3. An dem freien Ende 5 trägt jede Ankerplatte 18 ein jochartiges Verbindungsstück 20, mit dem zwei Pumpenkolben 22 zweier Pumpen 32 verbunden sind. Der Hub der Pumpenkolben 22 wird durch beiderseits der Pumpen 32 angeordnete einstellbare Anschläge 26 und 33 für die Verbindungsstücke 20 bestimmt Jeder der vier Pumpenkolben 22 wird in einem Pumpenzylinder 29 aufgenommen, die in einem Zylinderblock 38 untergebracht sind. Der Pumpenarbeitsraum in jedem Zylinder steht über ein Saugventil 36 mit einer Kraftstoffeinlaßleitung 27 und über ein Druckventil 37 mit seiner Einspritzleitung 28 in Verbindung, die zu jeweils zu einer Einspritzdüse 30

eines Verbrennungsmotors 31 führen. Jede Düse 30 hat
eine Nadel 7 (Fig.4), von der ein konisches Ende 21
durch eine kräftige Feder 8 sperrend auf den Sitz
gezogen wird. Dieses Ende 21 wird bei einem hohen
Druck des Kraftstoffs in einer an die Einspritzleitung 28 5
angeschlossenen Kammer 11 (F i g. 4) und in einer durch
einen perforierten Kragen 12 damit in Verbindung
stehenden Kammer 19 entgegen der Wirkung der Feder
8 von dem Sitz 9 abgedrückt.

Jeder Elektromagnet 2 ist in einer in Fig.3 io
schematisch dargestellten Schaltung 17 einer Steuervorrichtung angeordnet. Die Transistoren TR\ und TR₂
bilden gemeinsam mit den zugehörenden Widerständen
Ri, R₂, R₃, Ra und R₅ und dem Kondensator C einen
monostabilen Multivibrator. Der Widerstand R\ und der 15
Kondensator C bedingen die Zeitkonstante. Der
Kollektorausgang des Transistors TR₂ bildet über den
Widerstand R₄ den Eingang des Transistors TR₃, der als

Verstärker für den durch die Spule 14 des Elektromagneten zu führenden Stromes dient. Die Spule 14 ist durch eine Löschdiode D\ überbrückt. An die Eingangsklemmen Ki und K₂ wird eine Stromquelle 35 angeschlossen und der Eingang K₃ dient für die Zufuhr eines Steuerimpulses, der z. B. von einem Impulsgeber 34 stammen kann, der mit dem Motor 31 gekoppelt ist. Der Impulsgeber 34 ist z. B. mit einer Kurvenachse 13 des Verbrennungsmotors 31 verbunden und hat einen umlaufenden Kontakt 15, der abwechselnd mit einem der vier Kontakte 16 in Berührung kommt, die mit je einer Eingangsklemme K3 der Schaltung 17 verbunden sind. In dieser Weise wird in jedem Zyklus des Verbrennungsmotors 31 diesem im erforderlichen Zeitpunkt von einer Einspritzdüse 30, die für jeden Verbrennungszylinder erforderliche Kraftstoffmenge zugeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisch betätigte Kraftstoff einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus einer Einspritzpumpe mit im Pumpenzylinder axial hin- und herbeweglich angeordnetem, mit Hilfe von zwei durch eine von der Brennkraftmaschine synchronisierte Steuervorrichtung wechselweise erregten Elektromagneten über eine Ankerplatte angetriebenem Pumpenkolben, der Kraftstoff beim Saughub über ein Ventil in den Pumpenarbeitsraum saugt und beim Druckhub aus diesem heraus über ein weiteres Ventil fördert und dessen Hub durch zwei Anschläge, von denen wenigstens einer in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine einstellbar ist, begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einander gegenüberliegenden Elektromagneten (2) mit kleinen Luftspalten die Ankerplatte (18) angeordnet ist, die an ihrem einen Ende (4) um ein Gelenk (3) schwenkbar ist und an ihrem anderen Ende (5) über ein sich gelenkig anschließendes Verbindungsstück (20) einen oder zwei in Schwenkrichtung der Ankerplatte am Verbindungsstück befestigte Pumpenkolben (22) trägt, daß ferner bei zwei Pumpenkolben (22) diese zueinander fluchtend so am Verbindungsstück (20) befestigt sind, daß der eine Kolben bei seinem Saughub Kraftstoff über das seinen Pumpenarbeitsraum begrenzende Saugventil ansaugt, während der andere Kolben bei seinem Druckhub Kraftstoff über das den Pumpenarbeitsraum dieses Kolbens begrenzende, als Druckventil ausgebildete weitere Ventil zu einer Einspritzdüse hin verdrängt und umgekehrt, und daß schließlich die beiden Anschläge (26,33) mit dem den einen bzw. die beiden Pumpenkolben tragenden Verbindungsstück' zusammenwirken.

2. Elektromagnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit zwei am Verbindungsstück befestigten Pumpenkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Schenkeln eines U-förmigen Verbindungsstücks (20) zueinander hingerichtet befestigten Pumpenkolben (22) in Pumpenzylindern (29) eines einstückig ausgebildeten, zwischen den Schenkeln des U-förmigen Verbindungsstücks angeordneten und zusammen mit den Elektromagneten (2) und dem Schwenkgelenk (3) für die Ankerplatte (18) auf einer Gestellplatte (1) montierten, zugleich die Saug- und Druckventile für jeden Pumpenzylinder aufnehmenden Zylinderblocks (38) aufgenommen werden, und daß die beiden ebenfalls auf der Gestellplatte (1) befestigten Anschläge (26, 33) beidseitig außerhalb des mit seinen Schenkeln mit den beiden Anschlägen zusammenwirkenden Verbindungsstücks (20) angeordnet sind.

3. Elektromagnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit zwei am Verbindungsstück befestigten Pumpenkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß spiegelbildlich zu der einen zwei Pumpenkolben (22) aufweisenden Pumpeneinheit auf derselben Gestellplatte (1) eine in gleicher Weise ausgebildete Pumpeneinheit angeordnet ist, wobei alle Pumpenzylinder in einem Zylinderblock zusammengefaßt sind und daß die beiden Anschläge (26,33) jeweils zur Kolbenhubbegrenzung beider Pumpeneinheiten dienen.

4. Elektromagnetisch betätigte Kraftstoffein-

spritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (2) zu beiden Seiten einer Ankerplatte (18) jeweils so montiert sind, daß zum Verbindungsstück (20) hin divergierende Luftspalte vorhanden sind.

5. Elektromagnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung jedes Elektromagneten (20) die Steuervorrichtung einen monostabilen Multivibrator aufweist, dessen Zeitkonstante so eingestellt ist, daß der die Magnete (2) erregende Strom unmittelbar bei Hubende des oder der Pumpenkolben (22) unterbrochen wird, und daß die Steuerimpulse für den Multivibrator von einem mit der Brennkraftmaschine umlaufenden Impulsgeber (34) abgenommen werden.