DE3003106A1

DE3003106A1 - Kraftstoffzufuhrsystem fuer dieselmotoren

Info

Publication number: DE3003106A1
Application number: DE19803003106
Authority: DE
Inventors: Boaz Antony London Jarrett; Dorian Farrar Burnham Buckinghamshire Mowbray
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1979-10-05
Filing date: 1980-01-29
Publication date: 1981-04-16
Also published as: IT1130224B; BR8000477A; AU5479780A; PL221654A1; JPS5654955A; ES488093A1; ZA80144B; GB2060051A; FR2466628A1; IT8019459A0

Description

LUCAS INDUSTRIES LIMITED Birmingham Bl9 2XP,
Großbritannien

Kraftstoffzufuhrsystem für Dieselmotoren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffzufuhrsystem für Dieselmotoren, insbesondere mit Direkteinspritzung, wobei elektromagnetisch betätigte Kraftstoffpumpen vorgesehen sind.

Wenn in einen durch den Zylinder eines Dieselmotors gebildeten Brennraum Kraftstoff direkt einzuspritzen ist, muß der Kraftstoff mit einem höheren Druck als bei einem Motor mit indirekter Einspritzung zugeführt werden; bei letzterem Motor wird der Kraftstoff einem Brennraum zugeführt, der über eine Leitung mit dem Motorzylinder verbunden ist. Bei dem Direkteinspritzmotor ist es ferner erforderlich, eine sich nach innen öffnende Düse zu verwenden, wogegen bei Motoren mit indirekter Einspritzung eine sich nach außen öffnende Düse verwendbar ist.

In der GB-Patentanmeldung Nr. 79/12311 ist eine von einer elektromagnetischen Vorrichtung betätigte Pumpe angegeben, die eine sich nach außen öffnende Düse aufweist, die in den

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Pumpenkörper eingebaut ist. Wenn ein höherer Druck benötigt wird, ist es natürlich erforderlich, die elektromagnetische Vorrichtung größer zu bauen, so daß für eine bestimmte zuzuführende Kraftstoffmenge ein höherer Druck erzeugbar ist. Infolgedessen werden Größe und Gewicht der Pumpe erhöht, so daß es schwierig ist, eine Anzahl solcher Pumpen an einem Motor unterzubringen, und außerdem werden die Kosten für das Kraftstoffsystem stark erhöht.

Wenn die Anzahl Pumpen gleich der Anzahl Motorzylinder ist, braucht jede Pumpe nur einmal während zwei Umdrehungen des Motors Kraftstoff zu fördern, was relativ unwirtschaftlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kraftstoffzufuhrsystems für Dieselmotoren, bei dem die Anzahl Pumpen um die Hälfte vermindert wird, so daß jede Pumpe zwei Einspritzdüsen nacheinander Kraftstoff zuführt, wodurch das Kraftstoffzufuhrsystem in wesentlich kostengünstigerer Weise als bisher ausgebildet werden kann.

Das Kraftstoffzufuhrsystem nach der Erfindung für Dieselmotoren, mit am zugehörigen Motor angeordneten Einspritzdüsen zum Einspritzen von Kraftstoff in die jeweiligen Brennräume des Motors, und mit einer oder mehreren elektromagnetisch betätigten Pumpen zur Druckkraftstoffzufuhr zu den Einspritzdüsen, ist gekennzeichnet durch der oder den Pumpen zugeordnete Absperrorgane, wodurch die oder jede Pumpe in zeitlicher Abstimmung mit dem zugehörigen Motor einem Paar Einspritzdüsen nacheinander Kraftstoff zuführt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht einer Pumpe; und

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung eines Kraftstoff zufuhrsystems für einen Vierzylindermotor .

Nach Fig. 1 ist eine elektromagnetisch betriebene Pumpe 9 vorgesehen, die ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 10 aufweist. Das Gehäuse 10 hat einen ersten Ansatz 11, der sich in Axialrichtung vom Gehäuse erstreckt, und einen zweiten Ansatz 12, der sich seitlich vom Gehäuse erstreckt. Beide Ansätze weisen Außengewinde auf.

Der erste Ansatz 11 ist hohl und bildet eine Innenschulter 13, an der der Flansch eines Pumpenzylinders 14· anliegt. Der Pumpenzylinder verläuft mit Spiel in einer im Gehäuse gebildeten zylindrischen Kammer 15, und der Flansch des Pumpenzylinders wird durch ein einen Auslaß 17 aufweisendes becherförmiges Organ 16 in Anlage an der Schulter 13 gehalten. Das becherförmige Organ wird durch eine Sicherungsmutter 18, die auf den Ansatz 11 geschraubt ist, in Anlage am Flansch des Pumpenzylinders gehalten.

In der im Pumpenzylinder gebildeten Bohrung ist ein Pumpenkolben 23 positioniert, der sich vom Ende des Pumpenzylinders erstreckt und einen Flansch aufweist; zwischen diesem Flansch und dem Ende des Pumpenzylinders ist eine Schrauben-Druckfeder 24 festgelegt. Das geflanschte Ende des Pumpenkolbens weist radial verlaufende Nuten auf, und die Bewegung des Pumpenkolbens unter der Einwirkung der Druckfeder 24 wird

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durch Anlage des Pumpenkolbens an einem Anschlagring 25 begrenzt, der an einer im Gehäuse gebildeten Stufe festgelegt ist. Ferner weist der Pumpenkolben eine Vertiefung auf, in der das Ende einer Kolbenstange 26 aufnehmbar ist.

Dem im Gehäuse gebildeten Raum wird in noch zu erläuternder Weise Kraftstoff zugeführt. Dieser Kraftstoff hat geringen Druck, und während der Auswärtsbewegung des Pumpenkolbens unter der Einwirkung der Druckfeder 24 wird Kraftstoff in die durch den Pumpenzylinder gebildete Kammer gesaugt und strömt durch ein Rückschlagventil, so daß bei der Einwärtsbewegung des Pumpenkolbens das Rückschlagventil geschlossen bleibt und der Kraftstoff durch den Auslaß 17 verdrängt wird.

Das Rückschlagventil umfaßt einen Ventilkörper 27 mit einem Schaft 28, der in der Bohrung im Pumpenzylinder gleitverschiebbar gelagert ist. Der Ventilkörper umfaßt ferner einen Ventilkopf 29 mit größerem Durchmesser als der Schaft 28, und in der Schließstellung des Ventilkörpers liegt der Ventilkopf 29 an einem ringförmigen Rand 30 am Ende eines vergrößerten Teils der Bohrung des Pumpenzylinders an. Der Ventilkörper wird von einer Druckfeder 31 in die Schließstellung beaufschlagt, und durch den Ventilkörper verläuft eine Bohrung 32. Ferner weist der Pumpenzylinder 14 nahe dem Flansch zwei radial verlaufende Schlitze 33 auf, deren äußere Enden mit dem zwischen dem Außenumfang des Zylinders und der Wandung der im Gehäuse gebildeten Kammer 15 gebildeten Raum in Verbindung stehen. An ihren inneren Enden stehen die Schlitze mit einer im Außenumfang des Schafts 28 des Ventilkörpers gebildeten Umfangsnut 34 in Verbindung. Der Schaft 28 ist so lang, daß der Pumpenkolben gegen Ende seines Hubs an dem Schaft anliegt und den Ventilkörper gegen die Kraft der Druckfeder 31 hebt. In diesem Fall hört die Kraftstoffzufuhr

durch den Auslaß 17 auf, und das verbleibende Kraftstoff volumen, das vom Pumpenkolben verdrängt wird, strömt durch die Schlitze 33.

Wenn der Pumpenkolben unter der Einwirkung der Feder 24 zurückbewegt wird, bleibt der Ventilkörper 27 in einer solchen Stellung, daß die Schlitze 33 mit der Bohrung verbunden sind und der Ventilkopf 29 vom Rand 30 abgehoben ist. Der Grund hierfür ist, daß Druckkraftstoff aus der vorgenannten Kammer den Ventilkopf beaufschlagt und ein Kraftstofffluß in die vom Pumpenkolben eingenommene Bohrung erfolgt. Dieser Kraftstofffluß erfolgt solange, bis die Bewegung des Pumpenkolbens entweder vom Anschlagring oder vorher (wie noch erläutert wird) angehalten wird. Sobald die Bewegung des Pumpenkolbens aufhört, kann kein weiterer Kraftstoff in die Bohrung strömen, und die den Ventilkörper beaufschlagenden Fluiddrücke sind ausgeglichen. Infolgedessen verschiebt sich der Ventilkörper unter der Kraft der Feder 31, bis der Ventilkopf an dem genannten Rand anliegt und die Verbindung der Schlitze mit der Bohrung unterbrochen ist.

Um eine Verschiebung des Pumpenkolbens gegen die Kraft der Feder 24 in eine Richtung, in der Kraftstoff aus dem Auslaß 17 gefördert wird, zu erreichen, ist eine elektromagnetische Vorrichtung vorgesehen, die dem Pumpenkolben über eine Kolbenstange 26, die durch eine in einem Kernkörper 35 gebildete Bohrung 34a verläuft, eine Verschiebebewegung erteilt. Der Kernkörper 35 besteht aus magnetisierbarem Werkstoff und ist zweckmäßigerweise einstückig mit dem Gehäuse ausgeführt. Er kann jedoch als gesondertes Bauteil ausgeführt sein, und in diesem Fall braucht das Gehäuse nicht aus magnetisierbarem Werkstoff zu bestehen. Der Kernkörper hat eine im wesentlichen kegelstumpfförmige konische Gestalt und weist eine Mehr-

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zahl Umfangsnuten 36 auf. Diese Nuten bilden Umfangsrippen 37, und je weiter die Rippen sich vom Gehäuse 10 entfernen, desto kleiner ist ihr Durchmesser. Ferner nimmt die Weite der Umfangsnuten 36 mit zunehmendem Abstand vom Gehäuse 10 zu. Die Außenflächen der Rippen sind zur Achse des Kernkörpers geneigt, und jede Nut enthält eine Wicklung 38. Die Wicklungen, die Mehrwindungswicklungen sind, sind zweckmäßigerweise so reihengeschaltet, daß, wenn ein elektrischer Strom durch die Wicklungen geschickt wird, die Stromflußrichtung in benachbarten Wicklungen jeweils in Gegenrichtung erfolgt. Auf diese Weise werden benachbarte Rippen 37, wenn durch die Wicklungen elektrischer Strom fließt, mit entgegengesetzter Polarität magnetisiert. Vorteilhafterweise ist ein Ende der reihengeschalteten Wicklungen mit einem Anschlußorgan 39 verbunden, das an einem am Gehäuse befestigten elektrischen Isolierblock 4-0 angeordnet ist.

Der Kernkörper ist von einem Anker 4-1 umgeben, der ebenfalls aus magnetisierbarer™ Werkstoff besteht, jedoch im Schnitt dünn ist. Der Anker A-I kann als aus einer Anzahl Ringe mit abnehmendem Durchmesser bestehend angesehen werden, wobei die Ringe durch schräge Abschnitte 42 miteinander verbunden sind. Die Innenflächen der schrägen Abschnitte 42 verlaufen im wesentlichen parallel zu den schrägen Flächen der Rippen 37. Der Anker ist becherförmig und umfaßt zwei Öffnungen 43 sowie eine Mittenöffnung, die ein Verschlußstück 44 aufnimmt, in dem das ferne Ende der Kolbenstange 26 positioniert ist. Wenn die Wicklungen erregt werden, bewegt sich der Anker abwärts, so daß der magnetische Widerstand der Luftspalte zwischen den Rippen und den schrägen Abschnitten 42 des Ankers vermindert wird, und dabei wird dem Pumpenkolben 23 eine Bewegung erteilt.

Der Anker ist von einer hohlen Abdeckung 45 umgeben, die aus nichtmagnetischem Werkstoff und zweckmäßigerweise als Druckgußstück aus einer Legierung auf Zinkbasis gebildet ist. Vorteilhafterweise weist die Außenfläche der Abdeckung eine Schulter 46 auf, und die Seiten der Abdeckung verlaufen konisch, so daß sie aus der Druckgußform entnehmbar ist. Die Innenfläche ist ebenfalls abgestuft und so geformt, daß der Anker axialverschiebbar abgestützt ist. Der Endabschnitt der Abdeckung, d. h. der zwischen der äußeren Schulter und dem Gehäuse 10 verlaufende Abschnitt, ist mit vier Innenrippen 47 ausgebildet, zwischen denen Aussparungen vorgesehen sind. Damit das Druckgußstück aus der Form entnehmbar ist, sind die Innenflächen konisch, und nach Entnahme aus der Form werden die Rippen 47 spanabhebend bearbeitet, so daß sie Zylinderflächen bilden, die parallel zur Achse des Kernkörpers verlaufen. Auf diese Weise sind vier Anlageflächen 48 gebildet, an denen der Anker mit seinem weiteren Ende anliegt.

Die Abdeckung weist vier weitere Rippen 49 auf, die wiederum bei der Fertigung konisch sind. Die Innenflächen der Rippen werden dann spanabhebend bearbeitet zur Bildung zylindrischer Anlageflächen, an denen komplementäre Flächen des Ankers näher seinem schmaleren Ende anliegen. Das offene Ende der Abdeckung ist durch einen nichtmetallischen Verschlußteil 51 verschlossen, der im wesentlichen becherförmig ist. Die Wandung des Verschlußteils verläuft innerhalb der Abdeckung, und der Endabschnitt liegt an einem Dichtring an, der an einer neben den Rippen 49 gebildeten Schulter festgelegt ist. Das Verschlußteil 51 ist durch geeignete Verformung des Endabschnitts der Abdeckung festgelegt, und der innerhalb der Abdeckung gebildete Raum ist mit einem im Ansatz 12 gebildeten Kraftstoffeinlaß 52 verbunden. Im Betrieb kann Kraftstoff,

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der an der Außenseite des Ankers aufwärtsgeströmt ist, an der Innen- oder der Außenseite des Ankers aufwärts durch die Öffnungen 4-3 und nach unten durch die Bohrung 34-a zur Bohrung 50 im Gehäuse strömen. Die Wicklungen werden somit durch den Kraftstoff gekühlt.

Der Becherabschnitt des Verschlußteils 51 weist in seiner Außenfläche eine Umfangsnut 55 auf. In dieser ist eine elektrische Ein-Lagen-Wicklung 56 festgelegt, deren Enden mit Anschlußorganen 57 am Verschlußteil verbunden sind. Der Anker 4-1 trägt einen aus elektrisch leitfähigem Werkstoff bestehenden Ring 58, und wenn an die Wicklung 56 ein Wechselstrom angelegt wird, fließen Wirbelströme im Ring 58, die die Induktivität der Wicklung 56 ändern. Das Ausmaß der Induktivitätsänderung hängt von der Länge desjenigen Ringabschnitts ab, der innerhalb der Wicklung liegt, und da der Ring 58 auf dem Anker 4-1 sitzt, ist der Induktivitätswert ein Maß für die axiale Lage des Ankers.

Wenn die größte Kraftstoffmenge zuzuführen ist, kann der Pumpenkolben 23 unter der Kraft der Feder 24- seinen größten Hub ausführen. Die Wicklungen können unmittelbar nach erfolgter Kraftstoffzufuhr entregt werden, oder sie können einige Zeit vor der nächsten verlangten Kraftstoffzufuhr entregt werden, wobei jedoch eine ausreichend lange Zeit benötigt wird, damit der Kraftstoff in die Bohrung im Pumpenzylinder strömen kann. Wenn die Pumpe weniger als ihre größte Kraftstoffmenge fördern soll, muß die Rückbewegung des Ankers unter der Kraft der Feder 24- in einer Zwischenstellung angehalten werden. Der durch die Wicklung 56 und den Ring 58 gebildete Wandler liefert eine Anzeige der Lage des Pumpenkolbens, und unter Nutzung des Wandler-Ausgangssignals können die Wicklungen teilerregt werden, wenn sich der Kolben um den erwünschten Betrag bewegt hat. Eine solche

Teilerregung der Wicklungen erzeugt eine ausreichende Kraft, um den Anker gegen die Kraft der Feder 24- zu halten, hat jedoch keine merkliche Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs im Auslaß 17 zur Folge. Wenn eine Kraftstoffzufuhr verlangt wird, werden die Wicklungen vollständig erregt, und der Kraftstofffluß erfolgt aus dem Auslaß 17, bis der Ventilkopf 29 von seinem Sitz abgehoben wird. Das Füllen der Bohrung kann jederzeit nach Beendigung der Kraftstoffzufuhr und vor der nächsten verlangten Kraftstoffzufuhr erfolgen. Es ist jedoch zu beachten, daß das Füllen der Bohrung mit Kraftstoff eine bestimmte Zeit in Anspruch nimmt, und wenn daher das Füllen unmittelbar vor der verlangten Kraftstoffzufuhr erfolgen soll, muß ausreichend Füllzeit vorgesehen sein.

Nach Fig. 2 umfaßt das Kraftstoffzufuhrsystem vier Einspritzdüsen 19, 20, 21 und 22, und diese sind im Zylinderkopf des zugehörigen Motors so angeordnet, daß sie Kraftstoff in von den Zylindern gebildete Brennräume spritzen. Die Düsen öffnen sich einwärts und weisen Ventilkörper 60 auf, die durch Federn 61' in Kontakt mit Ventilsitzen beaufschlagt sind. Zwei Pumpen 9 der vorher erläuterten Art sind vorgesehen, wobei die eine Pumpe den Düsen 19 und 20 und die andere Pumpe 9 den Düsen 21 und 22 abwechselnd Kraftstoff zuführt. Die Auslässe 17 der Pumpen 9 sind mit den Einlassen von zwei Umschaltventilen, die wiederum mit den Düsen verbunden sind, verbunden. Oedes Umschaltventil hat einen Ventilschieber 61 mit zwei beabstandeten Steuerflächen 62, 63, die den Kraftstofffluß durch die Auslaßschlitze des Ventils steuern. Der Steuerschieber 61 ist von einer Feder in eine Richtung beaufschlagt und wird durch eine Magnet-Stelleinheit 64· in Gegenrichtung verschoben; in dem erläuterten System sind zwei solche Magnet-Stelleinheiten dargestellt. Die Einstellung des Steuerschiebers, der der Pumpe zugeordnet ist, die den Düsen 19 und 20 Kraftstoff zuführt, ist derart, daß bei Kraftstoff-

förderung durch die Pumpe 9 der Kraftstoff durch die Düse 19 strömt. Wenn die Magnet-Stelleinheit 6k erregt wird, wird der Steuerschieber in die andere Stellung verschoben, in der die Pumpe der Düse 20 Kraftstoff zuführt.

Die Magnet-Stelleinheiten 6k sind von dem für die Pumpen vorgesehenen Steuersystem elektrisch so steuerbar, daß den Motorzylindern abwechselnd zu den richtigen Zeiten Kraftstoff zugeführt wird. Erwünschtenfa]Is können jedoch die Steuerschieber 61 mit einer einzigen Stelleinheit mechanisch verbunden sein und durch diese verschoben werden; dies ist jedoch nicht die bevorzugte Ausbildung, da es schwierig ist, eine mechanische Kopplung zwischen den Umschaltventilen vorzusehen .

Die Pumpen sollten vorteilhafterweise so nahe wie möglich an den jeweiligen Umschaltventilen angeordnet sein. Sie können direkt an den Gehäusen der Umschaltventile oder über kurze Abschnitte von Hochdruckleitungen daran befestigt sein. Bei Anwendung von zwei Pumpen in der angegebenen Weise wird eine wesentliche Verminderung der Einbaukosten gegenüber dem Fall erzielt, in dem eine Kombination aus Pumpe und Einspritzdüse für jeden Motorbrennraum vorgesehen ist. Das erläuterte System ist zwar hauptsächlich zum Einsatz mit einem Direkteinspritzmotor vorgesehen, selbstverständlich kann die gleiche Anordnung aber auch mit einem Motor mit indirekter Einspritzung Anwendung finden, wobei die genannten Düsen, d. h. die nach innen sich öffnenden Einspritzdüsen, oder auch nach außen sich öffnende Einspritzdüsen verwendbar sind.

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Claims

Ansprüche

11 Kraftstoffzufuhrsystem für Dieselmotoren,

- mit am zugehörigen Motor angeordneten Einspritzdüsen zum Einspritzen von Kraftstoff in die jeweiligen Brennräume des Motors, und

- mit einer oder mehreren elektromagnetisch betätigten Pumpen zur Druckkraftstoffzufuhr zu den Einspritzdüsen,

gekennzeichnet durch

- der oder den Pumpen (9) zugeordnete Absperrorgane (60), - wodurch die oder jede Pumpe (9) in zeitlicher Abstimmung mit dem zugehörigen Motor einem Paar Einspritzdüsen (19, 20 bzw. 21, 22) nacheinander Kraftstoff zuführt.
2. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die oder wenigstens eines der Absperrorgane (60) von einer Magnet-Stelleinheit (6A-) verstellbar sind.
3. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die verbleibenden Absperrorgane (60) mechanisch mit der Magnet-Stelleinheit (64·) verbunden sind.

67-(101 14-2T)-Schö

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4·. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Absperrorgan (60) einen durch eine Feder (61') beaufschlagten Steuerschieber (61) und eine Magnet-Stelleinheit (64) zum Verschieben des Steuerschiebers (61) gegen die Kraft der Feder (61") umfaßt.