DE3211680A1 - Fuel injection system for internal combustion engines - Google Patents

Fuel injection system for internal combustion engines

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Abstract

A fuel injection system for internal combustion engines is proposed, which is controlled by a high-frequency responding servo-solenoid valve and is regulated and influenced by an electronics system. By the use of a servo-solenoid valve with a low-mass diaphragm, the avoidance of sliding parts and the facility for premagnetising and variable excitation it is possible to influence the injection rate and to meet the requirements of high-speed internal combustion engines. The injection pump pressure is utilised as auxiliary power both for the start and end of the injection process. In addition to optimising the combustion process it is also intended to facilitate the operation. The system is inherently safe and switches off in the event of a fault.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzsystem für 9rennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruches.The invention is based on a fuel injection system for racing engines according to the genre of the main claim.

Es ist bekannt, den Einspritzvorgang bei Brennkraftmaschinen mittels Magnetventilen durch eine Elektronik zu steuern und zu regeln, doch bedient man sich durchweg konventioneller Magnetventilausführungen, die den hochfrequenten Vorgängen eines schnellaufenden Verbrennungsmotors nicht gewachsen sind.It is known to use the injection process in internal combustion engines To control and regulate solenoid valves by electronics, but one operates consistently conventional solenoid valve designs, the high-frequency processes of a high-speed internal combustion engine.

Außerdem kombiniert man z.B. das Magnetventil mit dem Einspritzventil, ein Ort, der wegen der dort herrschenden hohen Temperaturen nicht vorteilhaft ist und der auch wegen des an dieser Stelle begrenzten Raumangebotes nicht günstig ist.In addition, e.g. the solenoid valve is combined with the injection valve, a place that is not advantageous because of the high temperatures there and which is also not cheap because of the limited space available at this point.

Die Druckerzeugung erfolgt mit einer Konstantdruckquelle.The pressure is generated with a constant pressure source.

Eine Verwendung von Servo-Magnetventilen ist dem Anmelder nicht bekannt geworden.The applicant is not aware of any use of servo solenoid valves become.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäBe Ausführung des Kraftstoffeinspritzsvstems für Brennkraftmaschinen nutzt die Vorteile der Druckerzeugung durch eine Kolbenpumpe mit veränderlichem Druck aus.Advantages of the Invention The embodiment of the fuel injection system according to the invention for internal combustion engines uses the advantages of pressure generation by a piston pump with variable pressure.

Der bei einer Kolbenpumpe ansteigende und fallende Druck und seine Umkehrpunkte, zusammen mit den üblichen federbelasteten Einspritzventilen, werden bei der Steuerung der Einspritzung als Hilfsmittel einbezogen.The rising and falling pressure in a piston pump and its Reversal points, along with the usual spring-loaded fuel injectors, will be included as an aid in controlling the injection.

Beim Arbeitshub spannt der Druck der Einspritzpumpe die Membrane des nicht oder nur schwach erregten Servo-Magnetventils vor und begrenzt dabei den Druck auf einen gleichen Wert unabhängig vom zurückgelegten Weg des Kolbens.During the working stroke, the pressure of the injection pump tensions the diaphragm of the not or only weakly excited servo solenoid valve, thereby limiting the pressure to the same value regardless of the distance covered by the piston.

Bei der folgenden Haupterregung des Servo-Magnetventils kann dadurch die Membrane aus einem entlasteten Anfangszustand anziehen.This can result in the following main excitation of the servo solenoid valve tighten the membrane from an initial unloaded state.

Durch die Hintereinanderschaltung von 2 Düsen erfolgt eine weitere Erleichterung dieses Anfangszustandes, denn bei beispielsweise etwa gleichen Düsenöffnungen herrscht nach der Kennlinie des Hydropotentiometers nur der halbe Hauptdruck vor der Membrane.By connecting 2 nozzles one behind the other, another one takes place Relief of this initial state, because, for example, with approximately the same nozzle openings According to the characteristic curve of the hydropotentiometer, only half the main pressure prevails the membrane.

Bis zum Verschluß der Düse steigt der Steuerdruck auf den Wert des Hauptdruckes, jedoch steigt gleichzeitig auch die magnetische Kraft nach einer quadratischen Funktion. Dadurch wird eine ideale Anpassung der hydraulischen an die magnetischen Kräfte erreicht.Until the nozzle closes, the control pressure rises to the value of Main pressure, but at the same time the magnetic force increases according to a quadratic Function. This creates an ideal adaptation of the hydraulic to the magnetic Powers achieved.

Diese Angleichung ist die Voraussetzung für die Funktion als Servo-Magnetventil.This alignment is the prerequisite for the function as a servo solenoid valve.

Forderbeginn und Förderende werden durch das Servo-Magnetventil bestimmt.The start and end of delivery are determined by the servo solenoid valve.

Zur Synchronisierung mit dem Verbrennungsmotor dient der Signal- und Drehzahlgeher, der gemäß der vorgeschlagenen Lbsung direkt in die Einspritzpumpe eingebaut wird.The signal and RPM goer, which according to the proposed solution directly into the injection pump is installed.

Das Förderende wird mit der Abschaltung der Erregung des Servo-Magnetventils eingeleitet. Der Hydraulikdruck stößt die Membrane auf und steuert gleichzeitig ein Hilfsventil, das den Auslaßquerschnitt stark vergrößert und schlagartig den Hauptdruck reduziert.The end of delivery is when the excitation of the servo solenoid valve is switched off initiated. The hydraulic pressure pushes open the membrane and controls at the same time an auxiliary valve that greatly increases the outlet cross-section and abruptly the Main pressure reduced.

Das Hilfsventil mit Zusatzfeder und gestuften Sitz ist so dimensioniert, daß es erst auf einen vorbestimmten Wert anspricht und eine Hysterese zwischen Öffnen und Schließen besitzt.The auxiliary valve with additional spring and stepped seat is dimensioned so that it only responds to a predetermined value and a hysteresis between opening and close.

Hinter der festen Düse herrscht bei angenommenen gleichen Düsenöffnungen wieder der halbe Hauptdruck.Behind the fixed nozzle, the nozzle openings are assumed to be the same half the main pressure again.

Die Ausgangslage des Hilfsventils wird spätestens nach dem OT der Kolbenpumpe wieder eingenommen.The starting position of the auxiliary valve is after the TDC at the latest Piston pump resumed.

Mit diesen zuvor geschilderten Maßnahmen und dem hochfrequent ansprechenden Servo-Magnetventil wird es möglich, das Einspritzgesetz zu beeinflussen und den Anforderungen hochfrequenter Brennkraftmaschinen zu entsprechen.With the measures outlined above and the highly responsive one Servo solenoid valve it becomes possible to influence the injection law and the To meet the requirements of high-frequency internal combustion engines.

Die Regelgeschwindigkeit ist so hoch wie der Abstand zum nächsten Arbeitshub.The control speed is as high as the distance to the next Working stroke.

Weitere Vorteile ergeben sich durch die aufgeführten Merkmale in den Unteransprüchen, auf die in der Beschreibung des Ausführungsbeispiels noch eingegangen wird.Further advantages result from the features listed in Subclaims, which were discussed in the description of the exemplary embodiment will.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing shown.

Fig. 1 zeigt das System der Kraftstoffeinspritzung durch symholhafte Darstellungdie allgemein bekannten Elemente und durch detaillierte Darstellung die Besonderheiten am Beispiel einer Verteiler-Einspritzpumpe.Fig. 1 shows the system of fuel injection by symbolic Representation of the generally known elements and, through detailed representation, the Special features using the example of a distributor injection pump.

Fig. 2 zeigt in vergrößertE Darstellung das Servo-Magnetventil mit dem Hilfsventil.Fig. 2 shows the servo solenoid valve in an enlarged representation the auxiliary valve.

Beschreibung des Ausführungsbeiseiels Das Kraftstoffeinspritzsystem besteht aus einem Kraftstoffbehälter 1, einer Förderpumpe 2, die in bekannter Weise von der Brennkraftmaschine oder elektrisch bei Anbringung am Kraftstoffbehälter (Entlüftung) angetrieben sein kann, einem Druckbegrenzungsventil 3, einem Filter 4, einem Pumpen- und Drehschieberantrieb 5 mit der Hubscheibe 6, den Rollen 7, der Rückführfeder 8, der Überströmdrossel 9, dem Signal- und Drehzahlgeber 10, dem Kolben 11 mit dem Rückschlagventil 12 und dem Druckventil 13.Description of the exemplary embodiment The fuel injection system consists of a fuel tank 1, a feed pump 2, which in a known manner from the internal combustion engine or electrically when attached to the fuel tank (Ventilation) can be driven, a pressure relief valve 3, a filter 4, one Pump and rotary valve drive 5 with the lifting disc 6, the rollers 7, the return spring 8, the overflow throttle 9, the signal and speed transmitter 10, the piston 11 with the check valve 12 and the pressure valve 13.

Der Kolben- und Drehschieberantrieb kann natürlich auch in abgewandelter Ausführung realisiert werden.The piston and rotary valve drive can of course also be modified Execution can be realized.

Weiter ist das Servo-Magnetventil 14 mit der Membrane 15 und dem Hilfsventil 16 dargestellt. Einspritzdüse 17 und Elektronik 18 mit den verschiedenen Eingabesignalen 19... runden das System ab.Next is the servo solenoid valve 14 with the membrane 15 and the auxiliary valve 16 shown. Injection nozzle 17 and electronics 18 with the various input signals 19 ... complete the system.

Das Druckventil 13 und die Einspritzdüse 17 sind entsprechend der Zylinderzahl des Motors vorhanden. Dagegen braucht das Servo-Magnetventil bei Verteiler-Einspritzpumpen nur einmal vorhanden zu sein.The pressure valve 13 and the injection nozzle 17 are corresponding to Number of engine cylinders available. On the other hand, the servo solenoid valve in distributor injection pumps needs to be present only once.

Das Magnetventil 14 mit dem Hilfventil 16 vergrößert in Fig. 2 zeigt weiter Magnetventildüse 30, Pufferfeder 31, Dichtung 32, Ventilgehäuse 33, Magnetspule 34, Zusatzfeder 35, Hilfsventilkörper 36, Hilfsventildüse 37 und den gestuften Ventilsitz 38 (überzeichnet 1).The solenoid valve 14 with the auxiliary valve 16 is enlarged in FIG. 2 further solenoid valve nozzle 30, buffer spring 31, seal 32, valve housing 33, solenoid 34, auxiliary spring 35, auxiliary valve body 36, auxiliary valve nozzle 37 and the stepped valve seat 38 (oversubscribed 1).

Der Zweck der Kanäle und Leitungen ist aus der Darstellung ersichtlich.The purpose of the channels and lines can be seen from the illustration.

Das vorliegende Einspritzsystem mit elektronischer Steuerung genügt primär dem Einspritzgesetz, wie es von den rein mechanischen Einspritzpumpen her bekannt ist.The present injection system with electronic control is sufficient primarily the injection law, as is the case with purely mechanical injection pumps is known.

Bei der Aückführung des Einspritzkolbens 11 wird über dem ganzen Hub durch das Rückschlagventil 12 der unter Förderdruck stehende Kraftstoff angesaugt und als Besonderheit gegenüber heutigen Systemen auch konstant unterhalh des Düsennadelöffnungsdruckes vorverdichtet, was von Bedeutung ist, daß dann die Abhängigkeit der Kompressibilität des Kraftstoffes von der Temperatur, vom Druck im System und der gelösten Luft als Störgröße nicht eingeht.When the injection piston 11 is returned, the entire stroke The fuel under delivery pressure is sucked in through the check valve 12 and as a special feature compared to today's systems, also constantly below the nozzle needle opening pressure pre-compressed, which is important, that then the dependency of the compressibility of the fuel on the temperature, the pressure in the system and the dissolved air as Disturbance is not included.

Der Förderbeginn wird durch die Elektronik 18 ermittelt -Signal- und Drehzahlgeber und Last liefern die bestimmenden Ausgangswerte- und das Servo-Magnetventil 14 entsprechend erregt. Es wird der Druck über die Druckschwelle der Düsennadel in der Einspritzdüse angehoben.The start of delivery is determined by the electronics 18 -Signal- and The speed sensor and load provide the determining output values and the servo solenoid valve 14 excited accordingly. The pressure is above the pressure threshold of the nozzle needle raised in the injector.

Dabei kann sekundär die Anhebungscharakteristik durch entsprechende Erregung des Servo-Magnetventils zur Beeinflussung des Einspritzgesetzes variiert werden.The increase characteristic can be secondary through corresponding Excitation of the servo solenoid valve to influence the injection law varies will.

Das Förderende wird durch die vorgegebene Last, ggf. unter Einbeziehung der Drehzahlgebersignale festgelegt und durch Abschalten des Servo-Magnetventils bewirkt.The end of funding is determined by the specified load, if necessary with inclusion of the speed sensor signals and by switching off the servo solenoid valve causes.

Das Zusammenwirken von Servo-Magnetventil 14, Hilfsventil 16 und der Einspritzpumpe 5 ist unter Vorteile der Erfindung erwähnt.The interaction of the servo solenoid valve 14, auxiliary valve 16 and the Injection pump 5 is mentioned under advantages of the invention.

Weitere bestimmende Größen für die Elektronik sind: - Ein- und Ausschalten der Anlage am Anlaß- und Betriebsschalter des Lenkschlosses - Kraftatoffanreicherung beim Anlaßvorgang - Setzen einer konstanten Geschwindigkeit (Fahrgeschwindigkeitsregler) - Nullastkontakt am Lastgeber als Redundanz zur Abschaltung des Servo-Magnetventils beim Signal Drehzahl "Null" (Leitungsunterbrechung u.a.) oder erhöhte Lehrlaufdrehzahl (Schub oder Störung) Als korrigierende Größen für die Elektronik sind beispielsweise möglich: - Temperatur - Luftdruck - Laderdruck - Abgasrückführung - Abgaszusammensetzung.Other defining variables for electronics are: - Switching on and off the system on the starter and operating switch of the steering lock - fuel enrichment when starting - setting a constant speed (cruise control) - Zero load contact on the load transmitter as redundancy for switching off the servo solenoid valve at the "Zero" speed signal (line interruption, etc.) or increased idle speed (Thrust or disturbance) Corrective variables for electronics include, for example possible: - temperature - air pressure - supercharger pressure - exhaust gas recirculation - exhaust gas composition.

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Claims (11)

Patentansprüche ")"raftstoffzumessungssystem für Brennkraftmaschinen mit einer mechanischen Einspritzpumpe und einem Servo-Magnetventil als Aktor der Elektronik für Zeitpunkt und Dosierung der Einspritzmenge, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzpumpe (5) als Hilfskraft für das Servo-Magnetventil wirkt. Claims ")" fuel metering system for internal combustion engines with a mechanical injection pump and a servo solenoid valve as the actuator of the Electronics for timing and metering of the injection quantity, characterized in that the injection pump (5) acts as an auxiliary force for the servo solenoid valve. 2. Kraftstoffzumessungssystem für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Servo-Magnetventil (14) mit einer Prallplatte, die gleichzeitig Schließglied ist, ausgebildet ist. 2. Fuel metering system for internal combustion engines according to claim 1, characterized in that the servo solenoid valve (14) with a baffle plate, which is also the closing member is formed. 3. Kraftstoffzumessungssystem für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte Eigenfederung aufweist und gleichzeitig Anker eines magnetischen Kreises ist und eine Pufferfeder (31) besitzt. 3. Fuel metering system for internal combustion engines according to claim 2, characterized in that the baffle plate has its own springiness and at the same time Is armature of a magnetic circuit and has a buffer spring (31). 4. Kraftstoffzumessungssvstem für Brennkraftmaschinen nach einem oder mehreren Ansprüchen 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte als ein- oder mehrlagige Membrane (15) ausgebildet ist. 4. Fuel metering system for internal combustion engines according to a or several claims 2 to 3, characterized in that the baffle plate as single or multi-layer membrane (15) is formed. 5. Kraftstoffzumessungssystem für ßrennkraftmaschinen nach einem oder mehreren Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte im Ruhezustand auf der Düsenfläche (30) aufliegt. 5. Fuel metering system for ßrennkraftmaschinen after a or several claims 2 to 4, characterized in that the baffle plate in Rest state rests on the nozzle surface (30). 6. Kraftstnffzumessungssystem für Brennkraftmaschinen nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsventil (16) vorgesehen ist, das durch das Servo-Magnetventil (14) gesteuert wird. 6. Fuel metering system for internal combustion engines according to a or several claims 1 to 5, characterized in that an auxiliary valve (16) is provided, which is controlled by the servo solenoid valve (14). 7. Kraftstoffzumessungssystem für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (16) durch eine Zusatzfeder (35) in seiner Schließstellung gehalten wird. 7. Fuel metering system for internal combustion engines according to claim 6, characterized in that the auxiliary valve (16) is provided by an additional spring (35) is held in its closed position. 8. Kraftstoffzumessungssystem für BrennkraFtmaschinen nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (16) zur Erzielung einer Hysterese zwischen Schließ- und Öffnungsstellung einen gestuften Sitz (38) aufweist. 8. Fuel metering system for internal combustion engines according to claim 6 and 7, characterized in that the auxiliary valve (16) to achieve a hysteresis has a stepped seat (38) between the closed and open positions. 9. Kraftstoffzumessungssystem Für Rrennkraftmaschinen nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine veränderliche Düse (30) und eine feste Düse (37) in Flußrichtung hintereinandergeschaltet sind.9. Fuel metering system for racing engines according to one or several claims 1 to 8, characterized in that a variable nozzle (30) and a fixed nozzle (37) are connected in series in the flow direction. 10. Kraftstoffzumessungssystem für Brennkraftmaschinen nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Bypass zum Servo-Magnetventil (14) ein Rückschlagventil (12) vorhanden ist.10. Fuel metering system for internal combustion engines according to a or several claims 1 to 9, characterized in that as a bypass to the servo solenoid valve (14) a check valve (12) is present. 11. Kraftstoffzume3sungssystem für Brennkraftmaschinen nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Signal- und Drehzahlgeber (10) im Einspritzpumpengehäuse (5) untergebracht ist.11. Fuel metering system for internal combustion engines according to a or several claims 1 to 10, characterized in that the signal and speed transmitter (10) is housed in the injection pump housing (5).
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