EP0630442B1 - Fuel injection device working according to the solid energy accumulator principal, for internal combustion engines - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff für Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a device for injecting fuel for internal combustion engines of the type specified in the preamble of
Einspritzvorrichtungen, deren elektrisch betriebene Hubkolbenpumpen nach dem sogenannten Festkörper-Energiespeicher-Prinzip arbeiten, weisen einen Förderkolben oder -zylinder auf, der auf einem bestimmten Weg nahezu widerstandslos beschleunigt wird, wobei in der Regel Kraftstoff bewegt wird, bevor derjenige Förderdruck aufgebaut wird, der zum Abspritzen des Kraftstoffes über die Einspritzdüse erforderlich ist. Auf diese Weise wird vor dem eigentlichen zum Einspritzen erforderlichen Druckaufbau kinetische Energie aufgenommen bzw. gespeichert, die dann schlagartig in einen Druckanstieg im Kraftstoff umgewandelt wird.Injection devices, whose electrically operated reciprocating pumps operate according to the so-called solid-state energy storage principle, have a delivery piston or cylinder which is accelerated in a certain way almost without resistance, fuel being generally moved before the delivery pressure which builds up to Spraying the fuel through the injector is required. In this way, kinetic energy is absorbed or stored before the actual pressure build-up required for injection, which is then suddenly converted into a pressure increase in the fuel.
Bei einem aus der DD-PS 120 514 bekannten sogenannten Pumpe-Düse-Element, das nach dem Festkörper-Energiespeicher-Prinzip arbeitet, weist der den Förderkolben der Einspritzpumpe aufnehmende Kraftstofförderraum in einem ersten Abschnitt axial parallel angeordnete Nuten in der Innenwandung auf, durch die Kraftstoff zur Rückseite des Förderkolbens abfließen kann, wenn sich der Förderkolben in Bewegung setzt, ohne daß es zu einem merklichen Druckaufbau im Kraftstoff kommt.In a so-called pump-nozzle element known from DD-PS 120 514, which works according to the solid-state energy storage principle, the fuel delivery chamber accommodating the delivery piston of the injection pump has, in a first section, axially parallel grooves in the inner wall through which Fuel can flow to the rear of the delivery piston if the delivery piston starts to move without any noticeable pressure build-up in the fuel.
Der sich anschließende zweite Abschnitt des Kraftstofförderraumes ist der eigentliche Druckraum, der keine Nuten aufweist. Tritt der beschleunigte Förderkolben in diesen Druckraum ein, wird er durch den inkompressiblen Kraftstoff schlagartig abgebremst, wodurch die gespeicherte kinetische Energie in einen Druckstoß umgewandelt wird, durch den der Widerstand des Einspritzventils überwunden wird, so daß es zum Abspritzen von Kraftstoff kommt. Nachteilig hierbei ist, daß beim Eintauchen des Förderkolbens in den zweiten Abschnitt des Förderraumes aufgrund ungünstiger Spaltbedingungen, nämlich einer relativ großen Spaltbreite und einer relativ kleinen Spaltlänge, spürbar hohe Druckverluste auftreten, die insbesondere die mögliche Geschwindigkeit des Druckaufbaus und der Druckhöhe reduzieren und damit den Abspritzvorgang ungünstig beeinflussen. Die Druckverluste werden durch Abfließen von Kraftstoff aus dem Druckraum in den Druckvorraum (erster Abschnitt des Kraftstoffförderraumes) verursacht.The adjoining second section of the fuel delivery chamber is the actual pressure chamber, which has no grooves. If the accelerated delivery piston enters this pressure chamber, it is suddenly braked by the incompressible fuel, whereby the stored kinetic energy is converted into a pressure surge, through which the resistance of the injection valve is overcome, so that fuel is sprayed off. The disadvantage here is that when the delivery plunger is immersed in the second section of the delivery space, because of unfavorable gap conditions, namely a relatively large gap width and a relatively small gap length, noticeably high pressure losses occur, which in particular reduce the possible speed of the pressure build-up and the pressure height and thus the spraying process adversely affect. The pressure losses are caused by fuel flowing out of the pressure chamber into the pressure antechamber (first section of the fuel delivery chamber).
Nach der DD-PS 213 472 soll dieser Nachteil vermieden werden, indem im Druckraum des Förderzylinders ein Schlagkörper gelagert wird, auf den der nahezu widerstandslos beschleunigte Kolben auftrifft, so daß der Druckverlust beim Druckaufbau durch eine relativ große Spaltlänge trotz relativ großer Spaltbreite (große Fertigungstoleranzen) zwischen dem Schlagkörper und der Druckrauminnenwandungsfläche vertretbar klein gehalten werden kann. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß es durch den Schlagvorgang zu einem hohen Verschleiß der aufeinandertreffenden Körper kommt. Zudem wird der Schlagkörper durch den Schlag in Longitudinalschwingungen versetzt, die sich auf den Kraftstoff übertragen und dort als hochfrequente Druckschwingungen den Einspritzvorgang stören.According to DD-PS 213 472, this disadvantage is to be avoided by mounting an impact body in the pressure chamber of the delivery cylinder on which the piston accelerates almost without resistance, so that the pressure loss during pressure build-up due to a relatively large gap length despite a relatively large gap width (large manufacturing tolerances ) between the impact body and the pressure chamber inner wall area can be kept reasonably small. The disadvantage here, however, is that the impacting process leads to a high level of wear on the bodies that meet. In addition, the impact body is set into longitudinal vibrations by the impact, which are transferred to the fuel and disrupt the injection process there as high-frequency pressure vibrations.
Ein besonderer Nachteil dieser bekannten Festkörper-Energiespeicher-Einspritzvorrichtungen besteht darin, daß der Einspritzvorgang nur sehr begrenzt steuerbar ist, sich also nur sehr beschränkt an die Lastverhältnisse des Motors anpassen läßt.A particular disadvantage of these known solid-state energy storage injection devices is that the injection process can be controlled only to a very limited extent, that is to say it can only be adapted to the load conditions of the engine to a very limited extent.
Aufgabe der Erfindung ist, eine kostengünstige, einfach zu fertigende Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff unter Verwendung eines Schlagkörpers der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ohne spürbare Druckverluste beim Druckaufbau relativ verschleißfrei, sowie lastabhängig genau steuerbar Kraftstoff eingespritzt werden kann, ohne daß Schwingungen den Abspritzvorgang spürbar beeinträchtigen.The object of the invention is to provide an inexpensive, easy-to-manufacture device for injecting fuel using an impact body of the type mentioned above, with which fuel can be injected in a relatively wear-free manner without any noticeable pressure losses during pressure build-up, and fuel can be precisely controlled as a function of load, without vibrations Noticeably impair the spraying process.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the characterizing features of
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 bis 5 schematisch im Längsschnitt verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung,
- Fig. 6, 7 und 8 schematisch eine der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung zuarbeitende Kraftstoffzuführeinrichtung für einen Motorstart und einen Motor-Notlauf ohne Batterie,
- Fig. 9 bis 12b schematisch im Längsschnitt Dämpfungseinrichtungen für den Anker der Hubkolbenpumpe,
- Fig. 13, 14 und 15 bevorzugte Ausführungsformen eines Einspritzventils der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung im Längsschnitt, und
- Fig. 16 eine Kraftstoffversorgungseinrichtung ohne Rückleitung zum Tank,
- Fig. 17 schematisch eine bevorzugte Schaltung zur Ansteuerung der Spule der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung.
- 1 to 5 schematically in longitudinal section different embodiments of the injection device according to the invention,
- 6, 7 and 8 schematically a fuel supply device for the injection device according to the invention for an engine start and an engine emergency operation without a battery,
- 9 to 12b schematically in longitudinal section damping devices for the armature of the reciprocating pump,
- 13, 14 and 15 preferred embodiments of an injection valve of the injection device according to the invention in longitudinal section, and
- 16 a fuel supply device without return line to the tank,
- 17 schematically shows a preferred circuit for controlling the coil of the injection device according to the invention.
Bei der Erfindung ist ein anfänglicher nahezu widerstandsloser Teilhub des Schlagkörpers der Einspritzpumpe vorgesehen, bei dem gegebenenfalls eine Verdrängung von Kraftstoff erfolgt.In the invention, an initial almost resistance-free partial stroke of the impact body of the injection pump is provided, in which if necessary, fuel is displaced.
Die Einspritzvorrichtung nach Fig. 1 weist eine elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpe 1 auf, die über eine Förderleitung 2 an eine Abspritzdüseneinrichtung 3 angeschlossen ist. Von der Förderleitung 2 zweigt eine Ansaugleitung 4 ab, die mit einem Kraftstoff-Vorratsbehälter 5 (Tank) in Verbindung steht.The injection device according to FIG. 1 has an electromagnetically driven
Die Pumpe 1 ist als Kolbenpumpe ausgebildet und hat ein Gehäuse 8, in dem eine Magnetspule 9 lagert, einen im Bereich des Spulendurchgangs angeordneten Anker 10, der als zylindrischer Körper ausgebildet und in einer Gehäusebohrung bzw. einem zylindrischen Gehäuseinnenraum 11 geführt ist, die sich im Bereich der Zentrallängsachse der Ringspule 9 befindet, und mittels einer Druckfeder 12 in eine Ausgangsstellung gedrückt wird, in welcher er am Boden 11a des Innenraums 11 anliegt. Abgestützt ist die Druckfeder 12 an der einspritzdüsenseitigen Stirnfläche des Ankers 10 und einer dieser Stirnfläche gegenüberliegenden Ringstufe 13 des Innenraums 11. Die Feder 12 umfaßt mit Spiel einen Förderkolben 14, der mit dem Anker 10 an der von der Feder 12 beaufschlagten Ankerstirnfläche fest, z.B. einstückig, verbunden ist. Der Förderkolben 14 taucht relativ tief in einen zylindrischen Kraftstofförderraum 15 ein, der koaxial in axialer Verlängerung der Gehäusebohrung 11 im Pumpengehäuse 8 ausgebildet ist und in Übertragungsverbindung mit der Druckleitung 2 steht. Aufgrund der Eintauchtiefe können Druckverluste während des schlagartigen Druckanstiegs vermieden werden, wobei die Fertigungstoleranzen zwischen Kolben 14 und Zylinder 15 sogar relativ groß sein können, z.B. lediglich im Hundertstel Millimeterbereich zu liegen brauchen, so daß der Herstellungsaufwand gering ist.The
In der Ansaugleitung 4 ist ein Rückschlagventil 16 angeordnet. Im Gehäuse 17 des Ventils 16 ist als Ventilelement beispielsweise eine Kugel 18 angeordnet, die in ihrer Ruhestellung durch eine Feder 19 gegen ihren Ventilsitz 20 am vorratsbehälterseitigen Ende des Ventilgehäuses 17 gedrückt wird. Zu diesem Zweck ist die Feder 19 einerseits abgestützt an der Kugel 18 und andererseits an der dem Ventilsitz 20 gegenüberliegenden Wandung des Gehäuses 17 im Bereich der Mündung 21 der Ansaugleitung 4.A
Die Spule 9 der Pumpe 1 ist an eine Steuereinrichtung 26 angeschlossen, die als elektronische Steuerung für die Einspritzvorrichtung dient.The
Im stromlosen Zustand der Spule 9 befindet sich der Anker 10 der Pumpe 1 durch die Vorspannung der Feder 12 am Boden 11a. Das Kraftstoffzulaufventil 16 ist dabei geschlossen.In the de-energized state of the
Bei Ansteuerung der Spule 9 über die Steuereinrichtung 26 wird der Anker 10 gegen die Kraft der Feder 12 in Richtung Einspritzventil 3 bewegt. Die Federkraft der Feder 12 ist relativ weich ausgebildet, so daß der Anker 10 während des ersten Teilhubes nahezu ohne Widerstand beschleunigt wird. Während des zweiten Teilhubes findet der Druckaufbau und das Abspritzen von Kraftstoff statt, wobei sich Anker 10 und Kolben 14 gemeinsam bewegen.When the
Für das Förderende wird die Spule 9 stromlos geschaltet. Der Anker 10 wird durch die Feder 12 zum Boden lla zurückbewegt. Gleichzeitig öffnet das Kraftstoffzulaufventil 16, so daß Kraftstoff aus dem Tank 5 nachgesaugt wird.For the end of the delivery, the
Zweckmäßigerweise ist in der Druckleitung 2 zwischen dem Einspritzventil 3 und der Abzweigung 4 ein Ventil 16a angeordnet, das in dem einspritzventilseitigen Raum einen Standdruck aufrecht erhält, der z.B. höher ist als der Dampfdruck der Flüssigkeit bei maximal auftretender Temperatur, so daß Blasenbildung verhindert wird. Das Standdruckventil kann z.B. wie das Ventil 16 ausgebildet sein.A
Erfindungsgemäß ist der Förderkolben 14 axial verschieblich im Anker 10 gelagert. Zu diesem Zweck ist im Anker 10 eine abgestufte Mittenlängsbohrung 108a nach Art einer Sacklochbohrung ausgebildet, wobei der Sacklochendbereich der Bohrung 108a einen geringeren Durchmesser aufweist als ein zentraler Teilbereich und eine Anschlagringstufe 108 bildet, wobei im zentralen Teilbereich der Förderkolben 14 geführt ist durch einen integral mit diesem ausgebildeten Führungsring 105, der einen größeren Durchmesser aufweist als der Förderkolben 14 und insofern dem erweiterten zentralen Bohrungsbereich angepaßt ist. Der Führungsring 1Q5 des Förderkolbens 14 wird von einer Druckfeder 106 beaufschlagt, die relativ weich ausgebidet ist und sich mit ihrem anderen Ende am Boden des Sacklochendbereichs der Bohrung 108a im Anker 10 abstützt. In der Ruhestellung liegt der Führungsring 105 mit seiner förderkolbenseitigen Ringfläche durch Einwirkung der Feder 106 an einer ringförmigen Anschlagfläche 107 des zentralen Teilbereichs an, die als Stufe zwischen dem im Durchmesser größeren zentralen Bohrungsabschnitt und dem im Durchmesser kleineren Bohrungsabschnitt mit der Öffnung ausgebildet ist, die der Förderkolben 14 durchgreift.According to the invention, the
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Fig. 1 funktioniert wie folgt. Der Anker 10 wird während seines ersten Teilhubs aufgrund der weichen Ausbildung der Feder 106 nahezu widerstandslos beschleunigt, wobei der Kolben 14 in Ruhe bleibt. Nach Zurücklegen des Weges "X" trifft die Ringstufe 108 der Bohrung 108a auf den Führungsring 105, wodurch die gespeicherte kinetische Energie des Ankers 10 plötzlich und schlagartig auf den Kolben 14 übertragen wird, der diese Energie an den Kraftstoff im Druckraum 15, 2 abgibt, wobei im Kraftstoff ein Druckanstieg bewirkt wird, der zum Abspritzen von Kraftstoff durch die Düseneinrichtung 3 führt.1 works as follows. The
Die in Fig. 2 gezeigte Einspritzvorrichtung weist in der Druckleitung 2 ebenfalls ein Rückschlagventil 16a auf, dessen Aufbau dem Rückschlagventil 16 entspricht und das demgemäß mit einem kugelförmigen Ventilelement 117 und einer Rückstellfeder 118 ausgerüstet ist. Der Zweck dieses Rückschlagventils besteht in erster Linie darin, daß in der Leitung 2 zwischen Düse 3 und Ventil 16a ein Standdruck im Kraftstoff erhalten bleibt, der z.B. höher als der Dampfdruck der Flüssigkeit bei maximal auftretender Temperatur ist.The injection device shown in FIG. 2 also has a
Förderkolben 14 und Anker 10 sind wie in Fig. 1 relativ zueinander verschiebbar ausgebildet. Zu diesem Zweck ist im Anker 10 eine vom Förderkolben 14 durchsetzte Durchgangsbohrung 10a ausgebildet. Am Förderkolben 14 ist am freien Ende, das aus dem Anker 10 nach hinten herausragt, ein ringförmiger Anschlag 14a befestigt. Ein weiterer Anschlagring 14b sitzt im Druckraum 15 des Förderkolbens 14, wobei der Anker 10 zwischen den beiden Anschlagringen 14a und 14b auf dem Kolben 14 mit einem Zwischenraum "X" sitzt, der den möglichen Beschleunigungshub des Ankers 10 markiert. Die Anker-Rückstellfeder 12 übergreift den Anschlagring 14b, so daß sie durch den Ring 14b nicht gestört wird.
Die Funktion dieser Ausführungsform der Einspritzvorrichtung entspricht der der Einspritzvorrichtung nach Fig. 1, wobei der Anker 10 in diesem Fall den Kolben 14 über die Ringe 14a und 14b beaufschlagt.The function of this embodiment of the injection device corresponds to that of the injection device according to FIG. 1, the
Bei den vorstehend anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen der Einspritzvorrichtung wird die Förderung des Kraftstoffes zur Einspritzdüse 3 durch elektromagnetische Kraft erzeugt und die u.a. zum Kraftstoffansaugen notwendige Rückstellbewegung des Förderelements 14 und des Ankers 10 durch die Feder 12 bewirkt. Für besondere Anwendungsfälle kann sich jedoch als vorteilhaft erweisen, dieses Prinzip umzukehren, d.h. die Förderbewegung zur Einspritzdüse durch Federkraft und die Saugbewegung elektromagnetisch gegen die Federkraft zu bewerkstelligen, wobei die elektromagnetische Kraft gleichzeitig für ein erneutes Vorspannen der Feder sorgt. Eine dementsprechende bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt.In the embodiments of the injection device described above with reference to FIGS. 1 and 2, the delivery of the fuel to the
Bezüglich der Systemanordnung ist die in Fig. 3 abgebildete Einspritzvorrichtung ähnlich gestaltet wie die Einspritzvorrichtung in Fig. 2. Die Einspritzpumpe 1 ist an eine Druckleitung 2 zur Einspritzdüse 3 angeschlossen, wobei in der Druckleitung 2 ein zur Verhinderung von Luftblasen dienendes Rückschlagventil 16a angeordnet ist, das denselben Aufbau aufweist wie das Rückschlagventil 16. Die Einspritzpumpe 1 wird elektromagnetisch betätigt. Zu diesem Zweck ist im Pumpengehäuse 8 eine Spule 9 angeordnet, und im Innenraum 11 des Gehäuses 8 ist axial beweglich der Anker 10 angeordnet, der peripher sich achsparallel erstreckende Nuten 10b aufweist, über die die Bereiche des Innenraums 11 vor und hinter dem Anker 10 miteinander kommunizieren.With regard to the system arrangement, the injection device shown in FIG. 3 is configured similarly to the injection device in FIG. 2. The
Der Anker 10 ist relativ zum Förderkolben 14, wobei der Förderkolben axial beweglich eine Bohrung 10a im Anker 10 durchgreift. Der Förderkolben 14 weist an seinem dem Druckraum 15 abgewandten Ende den Anschlagring 14a auf, der wie nachfolgend näher beschrieben, eine Anschlagfläche bildet in Wirkverbindung mit einem verstellbar im Gehäuse 8 gelagerten, und beispielsweise durch einen Baudenzug verstellbaren Anschlagbolzen 8a. Am anderen Ende ragt der Förderkolben 14 in den Förderzylinder 15 hinein, wobei am im Innenraum 11 befindlichen Teil des Förderkolbens 14 der Anschlagring 14b sitzt, der in Richtung Anker 10 einen Ringraum 14c aufweist. In dem Ringraum 14c ist eine Feder 14d gelagert, die sich einerseits am Anker 10 und andererseits im Boden des Ringraums 14c abstützt.The
Der Anker 10 wird auf seiner Rückseite durch die Rückstellfeder 12 beaufschlagt, die sich am Boden 11a des Innenraums 11 abstützt, so daß der Anker 10 gegen den Ring 14b drückt und diesen gegen die druckleitungsseitige Ringstufe 13 des Innenraums 11 preßt. Damit ist die Ruhestellung des Förderkolbens 14 und des Ankers 10 definiert. Der Anker 10 ist auf dem Förderkolben 14 um den Weg "X" axial frei beweglich.The
Bei Erregung der Spule 9 wird der Anker 10 zunächst nur gegen die Feder 12 bewegt; nach dem Weg "X" wird der Förderkolben 14 mit in die Ankerbewegung einbezogen und der Saughub ausgeführt. Während des Saughubes öffnet das Zulaufventil 16 und Kraftstoff strömt in den Pumpenraum 2, 15. Die Feder 14d stellt sicher, daß der Förderkolben 14 und der Anker 10 keine unerwünschten Relativbewegungen gegeneinander ausführen. Je nach Höhe der angebotenen elektrischen Energie stellt sich bei unterschiedlichen Saughubwegen ein Kräftegleichgewicht zwischen der Feder 12 und der elektromagnetischen Kraft ein. Damit kann die abzuspritzende Kraftstoffmenge über die Höhe der zugeführten elektrischen Energie gesteuert werden.When the
Wird nach erfolgtem Saughub die Stromzufuhr unterbrochen, beschleunigt die Feder 12 den Anker 10 zunächst ohne Widerstand auf dem Weg "X" in Richtung auf den Anschlagring 14b. Wenn der Anker 10 auf dem Anschlagring 14b auftrifft, wird die kinetische Energie des Ankers 10 auf den Förderkolben 14 und von hier als Druckenergie auf die Kraftstoffsäule im Förderzylinder 15 und der anschließenden Druckleitung 2 übertragen. Dabei wird das Zulaufventil 16 in der Ansaugleitung 4 verschlossen, und das Druckhalte- oder Rückschlagventil 16a beginnt sich zu öffnen.If the power supply is interrupted after the suction stroke has been completed, the
Der Förderkolben 14 führt dabei auf seinem Weg zum möglichen Anschlag 13 den eigentlichen Förderhub aus, der zum Abspritzen des Kraftstoffes über die Einspritzdüse 3 führt, bis der Förderkolben mit der in Förderrichtung vorne gelegenen Stirnfläche seiner ringförmigen Erweiterung 14b am Anschlag 13 anliegt, wodurch die Kraftstofförderung beendet wird.The
Diese Bauform ermöglicht einen im zeitlichen Verlauf besonders kurz gehaltenen Druckstoß, der durch ein definiertes Förderende gekennzeichnet ist. Dadurch ergeben sich wesentliche Vorteile bei Zweitaktmotoren, die aufgrund ihrer besonders hohen Drehzahl nur kurze Gemischaufbereitungszeiten zulassen. Desweiteren ermöglicht diese Bauform bei geringer Abwandlung den Betrieb an Motoren, die kein definiertes elektrisches Energieangebot zur Verfügung stellen, wie dies zur elektronischen Steuerung notwendig ist. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine elektromagnetische Spule, wie sie z.B. bei einfachen Zündanlagen von Kleinmotoren üblich ist, pro Umdrehung einmal erregt werden und einen Stromimpuls liefern, der in seiner schwächsten Form gerade den vollen Ankerhubweg ermöglicht. Zur Mengendosierung dient in diesem Fall der den Saughub einstellende Anschlag 8a, der zu diesem Zweck im einfachsten Falle mit der Drosselklappe des Motors in mechanischer Verbindung steht.This design enables a pressure surge that is kept particularly short over time and is characterized by a defined end of delivery. This results in significant advantages for two-stroke engines that only allow short mixture preparation times due to their particularly high speed. Furthermore, this design enables operation on motors with little modification, which do not provide a defined range of electrical energy, as is necessary for electronic control is. For this purpose, for example, an electromagnetic coil, as is customary, for example, in simple ignition systems for small engines, can be excited once per revolution and deliver a current pulse which, in its weakest form, enables the full armature stroke. In this case, the
Das Prinzip des Festkörperenergiespeichers für eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung hat den wesentlichen Vorteil, daß der Druckanstieg im Pumpsystem unabhängig von der abzuspritzenden Kraftstoffmenge sehr steil ist. Das erlaubt einen kleinen Düsenöffnungsdruck, da bei geöffneter Düse immer ein für eine gute Zerstäubung ausreichend hoher Kraftstoffdruck an der Düse anliegt. Optimal ausgenutzt wird dieser Vorteil bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung, bei der der Förderkolben durch Aufschlagen auf eine Düsennadel gleichzeitig das Öffnen und Schließen der Einspritzdüse steuert. Vorteilhaft ist hierbei ferner, daß die Höhe des Düsenöffnungsdruckes und somit beispielsweise das nutzungsbedingte Nachlassen der Federkraft der Düsenfeder keinen Einfluß auf die abgespritzte Kraftstoffmenge hat.The principle of the solid-state energy store for a fuel injection device has the essential advantage that the pressure increase in the pump system is very steep, regardless of the amount of fuel to be sprayed. This allows a small nozzle opening pressure, since when the nozzle is open there is always a high enough fuel pressure at the nozzle for good atomization. This advantage is optimally used in the exemplary embodiment of the injection device according to the invention shown in FIG. 4, in which the delivery piston simultaneously controls the opening and closing of the injection nozzle by striking a nozzle needle. It is also advantageous here that the level of the nozzle opening pressure and thus, for example, the usage-related decrease in the spring force of the nozzle spring has no influence on the amount of fuel sprayed off.
Die in Fig. 4 abgebildete Einspritzvorrichtung sieht eine baueinheitliche Ausbildung der Einspritzdüse 3 und der Einspritzpumpe 1 vor. Das gemeinsame Gehäuse der Vorrichtung ist mehrteilig ausgebildet und besteht aus einem im wesentlichen rohrförmigen innen gelegenen Gehäusezylinder 300, das in einem Abschnitt, der den Einspritzpumpenanker 10 umschließt, durch ein nicht magnetisches Ringelement 301 unterteilt ist, so daß auf den Anker 10 durch eine Spule 9 eine Kraft ausgeübt werden kann. Die beiden Gehäusebereiche des Gehäusezylinders 300 sind im Bereich des Ringelements 301 hydraulisch dicht miteinander verbunden, und die Spule 9 sitzt auf dem Außenumfang des Gehäusezylinders 300, das Ringelement 301 in axialer Richtung übergreifend.The injection device shown in FIG. 4 provides a constructional design of the
Ferner ist ein zylinderförmiges Gehäuseteil 302 vorhanden, das den Gehäusezylinder 300 umgibt und die Spule 9 von außen umschließt. Am tankseitigen Ende ist in den Gehäusezylinder 300 ein Anschlußteil 303 eingeschraubt. Das Anschlußteil 303 weist eine Durchgangsbohrung 305 auf, die als Zulaufleitung für den Kraftstoff dient, der durch den Pfeil vor der Bohrung 305 symbolisiert wird.There is also a
Am anderen druckseitigen axialen Ende des Gehäusezylinders 300 ist die Einspritzdüse 3 in ein Gewinde eingesetzt. Zwischen Düse 3 und Anschlußteil 303 ist im Gehäusezylinder 300 ein Durchgang mit Bereichen verschieden großer Durchmesser vorgesehen. Anschließend an das Anschlußteil 303 weist der Durchgang seinen Bereich größten Durchmessers auf, der den Arbeitsraum 306 für den Anker 10 der Einspritzpumpe 1 bildet. Dieser Arbeitsraum 306 ist tankseitig durch eine ringförmige Bodenfläche 11a begrenzt, die als Anschlagfläche für den Anker 10 dient, wenn dieser durch die Feder 12 in seine Ruhestellung gedrängt ist. In Richtung Tank folgt der Bodenfläche 11a eine Durchmessererweiterung der Bohrung 305, in der das Zulaufventil 16 sitzt, dem die Funktion des Zulaufventils 16 in Fig. 1 zukommt. Das Zulaufventil 16 weist ein scheibenförmiges Ventilelement 307 auf, das durch eine Feder 308 gegen seinen Ventilsitz gedrängt wird, der durch die Ringfläche gebildet ist, die als Stufe zwischen der Durchlaßbohrung 305 und deren durchmessererweiterten Bereich ausgebildet ist. Die Feder 308 stützt sich anderendig am Anker 10 ab.At the other pressure-side axial end of the
Der Anker 10 ist von einer durchgehenden Bohrung 309 durchsetzt, die axial mit der Bohrung 305 des Anschlußteils 303 fluchtet. Der Anker 10 weist einen durchmesserreduzierten Bereich im druckseitigen Endbereich auf. Die Ankerrückstellfeder 12 stützt sich am Anker 10 an der Ringfläche ab, die im Stufenbereich zwischen dem durchmessergeringeren und durchmessergrößeren Bereich des Ankers 10 ausgebildet ist. Anderendig stützt sich die Feder 12 an einer Ringfläche ab, die im Gehäusezylinder 300 ausgebildet ist an einem nach innen ragenden Ring 300a zwischen dem durchmessergrößeren Arbeitsraum 306 und dem in Richtung der Düse 3 folgenden durchmessergeringeren Druckraum 11 des Durchgangs des Gehäusezylinders 300. Der durchmesserverringerte Endbereich des Ankers 10 ist so ausgelegt, daß er den Ring 300a durchgreifen kann. Im Druckraum 11 sitzt der Förderkolben 14 getrennt vom Anker. Der Förderkolben 14 ist als zylindrischer Hohlkörper ausgebildet und weist einen zylindrischen Hohlraum 14e auf, der durch axiale Bohrungen 312, 313 mit dem Druckraum 11 in Verbindung steht. Im Hohlraum 14e sitzt ein Druckventil, das aus einem Ventilteller 310 und einer den Ventilteller 310 beaufschlagenden Feder 311 besteht, wobei der Ventilteller 310 gegen die Bohrung 312 gedrückt wird. Der Ventilteller 310 des Druckventils verschließt somit unter Federkraft den Zulauf 312, wobei im Ventilteller randliche Ausnehmungen 310a eingebracht sind.The
Die Einspritzdüseneinrichtung 3 ist in den Gehäusezylinder 300 stirnseitig eingesetzt und umfaßt einen eingeschraubten stopfenförmigen Körper 314 mit zentraler Durchgangsbohrung 314a, die der Stößelstiel 315 eines Ventilstößels 317 durchgreift, dessen Stößelteller 316 den Ausgang der Bohrung 314a verschließt. Der Stößelteller 316 kann somit mit einem im Stopfen 314 eingelassenen Ventilsitz in Eingriff gelangen und zwar unter Einwirkung einer Feder 318, die sich einerseits an einer innengelegenen ringförmigen Stirnfläche des Stopfens 314 und andererseits an einer Federscheibe 315a abstützt, die am innen liegenden Ende des Stößelstiels 317 fest angeordnet ist.The
Der Düsenstößelstiel 317 ragt in den Druckraum 11 des Gehäusezylinders 300, in dem der Förderkolben 14 von der sich am Stopfen 314 abstützenden Feder 320 in seine Ruhestellung gegen den Ring 300a gedrängt wird, in der er mit seiner dem Anker zugewandten Stirnfläche an einer Anschlagfläche 321 des Rings 300a anliegt. Bei geschlossener Einspritzdüse 3 und in Ruhestellung befindlichem Förderkolben 14 ist ein axialer Abstand "H" belassen zwischen dem innen gelegenen Ende des Stößels 317 und der gegenüberliegenden Stirnfläche des axial beweglichen Förderkolbens 14.The nozzle tappet stem 317 protrudes into the
Die in Fig. 4 abgebildete Einspritzvorrichtung funktioniert wie folgt. Der Anker 10 wird in dem über die Spule 9 erzeugten Magnetfeld entgegen der Kraft seiner Rückstellfeder 12 beschleunigt. Während des Beschleunigungshubes "X" (dies ist der axiale Abstand zwischen Förderkolben 14 und Anker 10, wenn diese beiden Elemente sich in der Ruhestellung befinden), kann der im Pumpenarbeitsraum 306 befindliche Kraftstoff durch die Bohrung 309 auf die Ankerrückseite strömen. Schlägt der Anker 10 am Ende seines Beschleunigungshubes "X" auf den Förderkolben 14 auf, so wird der im Druckraum 11 befindliche Kraftstoff schlagartig komprimiert. Bedingt durch diesen Druckanstieg sowie dadurch, daß der Förderkolben 14 nach einem Hub "H" auf den Stößelstiel 315 aufschlägt, wird die Düse 3 geöffnet und Kraftstoff wird abgespritzt.The injector shown in Fig. 4 functions as follows. The
Während der Kolben-Verdrängungsphase öffnet das rückseitig am Anker 10 befindliche Zulaufventil 16 und Kraftstoff wird aus dem nicht dargestellten Kraftstofftank nachgesaugt.During the piston displacement phase, the
Nach Beendigung des Abspritzvorgangs wird der Förderkolben 14 durch seine Rückstellfeder 320 wiederum gegen seinen ankerseitigen Anschlag 321 bewegt. Gleichzeitig verschließt die Düsennadel 317 durch ihren Teller 316 die Düsenbohrung. Bei der Rückstellbewegung des Förderkolbens 14 öffnet das in diesem angeordnete Druckventil 310, 311 und Kraftstoff strömt vom Ankerraum 306 in den Druckraum 11 nach.After the spraying process has ended, the
Eine geringfügig abgewandelte Einspritzvorrichtung der in Fig. 4 dargestellten Einspritzvorrichtung ist in Fig. 5 abgebildet, wobei im wesentlichen lediglich die Bezugszeichen eingetragen sind, die die Abwandlung betreffen oder mit ihr zusammenhängen. Die Abwandlung besteht darin, daß der Stößelstiel 315 mit in die Bohrung 313 durchgreift und in den Innenraum 14e des Förderkolbens 14 ragt, wobei am Ende des Stößelstiels 315 ein Ring 322 ausgebildet ist, der im Raum 14e ein Auflager der Feder 311 des Druckventils 311, 310 bildet. In der Bohrung 313 sind randliche Nuten 313a eingebracht für die Durchflußmöglichkeit von Kraftstoff.A slightly modified injection device of the injection device shown in FIG. 4 is shown in FIG. 5, essentially only the reference numbers which relate to or are related to the modification are entered. The modification consists in that the
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Stößelventilrückstellfeder 318 entfallen. Bei Bewegungsbeginn des Förderkolbens 14 erfolgt entgegen der Trägheit der Düsennadel 317 durch den Druck im Kraftstoff und die Federkraft der Feder 311 das Öffnen der Düse 3. Im übrigen entspricht die Funktion der Vorrichtung nach Fig. 5 derjenigen nach Fig. 4.In this embodiment of the invention, the tappet
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung läßt sich ein Motorstart ohne Batterie sowie ein Motornotlauf ohne Batterie betreiben. Anhand der Fig. 6, 7, 8 wird diese Möglichkeit im folgenden näher beschrieben.With the aid of the injection device according to the invention, an engine start without a battery and an engine emergency run without a battery can be operated. This possibility is described in more detail below with reference to FIGS. 6, 7, 8.
Die elektrisch angetriebene bzw. elektronisch gesteuerte Einspritzung benötigt zum Start und Lauf ausreichend elektrische Energie. Für den Fall, daß die elektrische Energie nicht in ausreichender Größe zur Verfügung steht, soll erfindungsgemäß die Möglichkeit geschaffen werden, Motoren mit der erfindungsgemäßen Einspritzung auch ohne elektrische Energie zu starten, beispielsweise per Handkurbeltrieb. Der erforderliche Kraftstoff wird dabei, wie nachstehend näher ausgeführt, durch eine Hilfseinrichtung zur Verfügung gestellt. Erreicht der Motor eine Drehzahl, bei der der Generator ausreichend Energie bereitstellt, wird die Kraftstoffhilfseinrichtung erfindungsgemäß abgeschaltet und die Einspritzung erfolgt elektrisch bzw. elektronisch gesteuert, dem Normalfall entsprechend.The electrically driven or electronically controlled injection requires sufficient electrical energy to start and run. In the event that the electrical energy is not available in sufficient size, the possibility according to the invention should be created to start engines with the injection according to the invention even without electrical energy, for example by means of a hand crank drive. The required fuel is provided by an auxiliary device, as explained in more detail below. If the engine reaches a speed at which the generator provides sufficient energy, the fuel auxiliary device is switched off according to the invention and the injection is controlled electrically or electronically, corresponding to the normal case.
Es gibt Motoren, die ohne elektrische Energie gestartet werden, z.B. durch Hand- oder Kickstarteinrichtung. Dazu gehören kleine Motoren von Handarbeitsgeräten, Zweiradfahrzeugen oder Außenborder. Diese Starteinrichtung ist erforderlich, weil keine Batterie zum Starten und/oder Laufen vorhanden ist. Darüber hinaus sollen Motoren, beispielsweise auch bei entladener Batterie ohne elektrische Energie startfähig sein.There are motors that are started without electrical energy, for example by hand or kick start devices. These include small motors from hand tools, two-wheelers or outboards. This starting device is required because there is no battery to start and / or run. In addition, engines should be able to start without electrical energy, for example even when the battery is discharged.
Erfindungsgemäß wird die Möglichkeit, Motoren ohne elektrische Energie per Hilfseinrichtung zu starten dadurch erreicht, daß die an jedem Motor vorhandene Kraftstoffzuführbedingung, z.B. das Zulaufgefälle oder der Druck der Kraftstofförderpumpe bei Startdrehzahl genutzt wird. Dabei wird der Kraftstoff dem Saugrohr bzw. den Überströmern bei Zweitaktmotoren oder einer Dosiereinrichtung direkt zugeführt. Erreicht der Motor dann eine Drehzahl, bei der der Generator ausreichende Energie für die Einspritzung bereit stellt, sperrt ein Ventil die direkte Kraftstoffzuführung zum Motor, der Kraftstoff wird der Einspritzvorrichtung zugeführt und diese übernimmt dann die Kraftstoffversorgung des Motors.According to the invention, the possibility of starting engines without electrical energy by means of an auxiliary device is achieved in that the fuel supply condition existing on each engine, e.g. the inlet gradient or the pressure of the fuel delivery pump is used at starting speed. The fuel is fed directly to the intake manifold or the overflow in two-stroke engines or a metering device. If the engine then reaches a speed at which the generator provides sufficient energy for the injection, a valve blocks the direct fuel supply to the engine, the fuel is supplied to the injection device and this then takes over the fuel supply to the engine.
Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Kraftstoffversorgung eines Motors 500. Dabei ist nach einer Kraftstoffvordruckpumpe 501, die ansaugseitig mit einem Kraftstoffvorratsbehälter 502 verbunden ist, eine Verzweigung des Kraftstoffzulaufs zum Motor vorgesehen. Im stromlosen Zustand ist eine an einen Generator 503 angeschlossene Einspritzvorrichtung 504, die entsprechend einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele aufgebaut ist, inaktiv, und ein beispielsweise elektromagnetisch betätigtes Steuerventil 505 ist für den Kraftstoffzulauf zu einem Zerstäuber 506 am Motor 500 geöffnet.6 shows an arrangement according to the invention for supplying fuel to an
Beim Start des Motors 500 wird der von der Vordruckpumpe 501 gelieferte Kraftstoffdruck über das geöffnete Steuerventil 505 dem am Motor 500 befindlichen Zerstäuber 506 zugeführt. Der Strömungswiderstand des Steuerventils 505 und/oder des Zerstäubers 506 ist dabei so bemessen, daß mit dem Druckangebot der Vordruckpumpe 501 bei Startdrehzahl der für den Start erforderliche Kraftstoffbedarf gedeckt wird. Erreicht der mit dem Motor gekoppelte Generator 503 eine Drehzahl, bei der der für die Einspritzvorrichtung 504 erforderliche Energiebedarf gedeckt ist, wird eine Einspritzsteuerung 507 aktiv, die ebenfalls vom Generator 503 gespeist wird und über eine Steuerleitung an die Einspritzvorrichtung 504 angeschlossen ist. Dazu wird mittels eines Stromsignals das Steuerventil 505 geschlossen, so daß kein Kraftstoff mehr dem Motor direkt zugeführt werden kann. Gleichzeitig übernimmt die Einspritzvorrichtung 504, gesteuert durch die Einspritzsteuerung 507, über die Einspritzdüse 508 die Einspritzung.When the
Eine an vielen Motoren vorhandene Handpumpe 509 kann gegebenenfalls zusätzlich beim Startvorgang für die direkte Kraftstoffzuführung zum Motor über den Zerstäuber 506 benutzt werden. Die Handpumpe 509 ist in der Verbindungsleitung 511 von der Pumpe 501 zum Steuerventil 505 angeordnet. Die Ansteuerung des Steuerventils 505 erfolgt durch die Einspritzsteuerung 507 über eine Steuerleitung 510.A
Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 6, bei der das Steuerventil 505 in der Einspritzleitung 511 zwischen der Einspritzvorrichtung 504 und der Einspritzdüse 508 angeordnet ist. Die Funktion des stormlosen Startens entspricht der vorstehend anhand von Fig. 6 erläuterten Funktion.FIG. 7 shows a modification of the arrangement according to FIG. 6, in which the
Um das Durchströmen des Kraftstoffes ohne Pumpunterstützung der Einspritzvorrichtung 504 zu gewährleisten, ist der Strömungswiderstand der Einspritzvorrichtung 504 klein gehalten. Vorteilhaft ist dabei, daß das Entlüften der Einspritzvorrichtung 504 und der Einspritzleitung 511 problemlos möglich ist. Soll die Einspritzvorrichtung 504 entlüftet werden, so wird das Steuerventil 505 über einen Ausschalter 512 in der Leitung von der Einspritzsteuerung 507 zum Steuerventil 505 stromlos gemacht, soweit dies nicht durch die Einspritzsteuerung 507 bereits erfolgt ist. Dadurch ist das Steuerventil 505 in Richtung Zerstäuber 506 geöffnet, und die im System befindliche Luft kann bei gleichzeitigem Pumpen, beispielsweise mit der Vordruckpumpe 501 oder der Handpumpe 509, entweichen.In order to ensure the flow of fuel without pump support of the
Anhand von Fig. 8 wird nachfolgend der erfindungsgemäß vorgesehene Motornotlauf ohne Batterie näher beschrieben werden.The engine emergency running without battery provided according to the invention will be described in more detail below with reference to FIG. 8.
Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Anordnung kann auch für den Notbetrieb des Motors verwendet werden, bei dem beispielsweise durch Ausfall des Generators kein ausreichendes Energieangebot für die Einspritzsteuerung und die Einspritzvorrichtung vorhanden ist. Dabei erfolgt erfindungsgemäß durch eine Dosiereinrichtung, beispielsweise durch eine verstellbare, mit der Drosselklappe im Luftansaugrohr gekoppelten Drossel im Steuerventil eine Mengenvariation des Kraftstoffes, was eine Steuerung der Motorlast notdürftig erlaubt.The arrangement shown in FIGS. 6 and 7 can also for the Emergency operation of the engine can be used, in which, for example due to failure of the generator, there is insufficient energy available for the injection control and the injection device. According to the invention, a quantity variation of the fuel takes place by a metering device, for example by an adjustable throttle in the control valve coupled to the throttle valve in the air intake pipe, which allows the engine load to be controlled in a makeshift manner.
Fig. 8 zeigt ein hierfür geeignetes Ausführungsbeispiel des Steuerventils bzw. des Dosierventils 505 in den Fig. 6 und 7. Das Steuerventil 505 weist ein Gehäuse 520 auf, in das eine Spule 521 eingesetzt ist, die zum Antrieb eines Ankers 522 dient, der in einer Bohrung 523 des Gehäuses 520 verschiebbar gelagert ist und in seiner Ruhestellung durch eine Rückstellfeder 524 gegen einen im Gehäuse 520 angeordneten, einstellbaren Anschlag 525 gedrängt ist, an den außerhalb des Gehäuses ein Seilzug 526 angeschlossen ist. Im Anker 522 sind peripher Längsnuten 527 ausgebildet, die eine Kommunikation von in der Bohrung 523 vorhandenem Kraftstoff zwischen der Vorderseite und Rückseite des Ankers 522 zulassen. Der kolbenförmig ausgebildete Anschlag 525 durchgreift die Gehäusestirnwandung 520b und ist im Gehäuse 520 mittels einer Feder 528 gegenüber der Gehäusestirnwandung 520b vorgespannt.FIG. 8 shows a suitable embodiment of the control valve or the
Einheitlich ausgebildet mit der dem Anschlag 525 gegenüberliegenden Stirnseite des Ankers 522 ist ein Dosierkolben 527. Diese Stirnseite ist zudem von der Rückstellfeder 524 beaufschlagt, die sich anderendig gegen die Stirnwand 520a des Gehäuses 520 abstützt. Der Dosierkolben 527 ragt mit einem konisch zulaufenden Spitzende in die Förderleitung 511, von der außerdem eine Verbindungsleitung 511a zum Zerstäuber 506 abzweigt.A
Der Seilzug 526, der an dem unter Federkraft gegen den Anker 522 vorgespannten Anschlag 525 angeschlossen ist, ist mit der Drosselklappe 530 (s. Fig. 7, 8) verbunden. Die Drosselklappenstellung wird dadurch unmittelbar auf den Anschlag 525 übertragen.The
Die Funktion des Steuerventils 505 ist wie folgt. Im entregten Zustand der Spule 521 liegen Anker 522 und Dosierkolben 527 durch die Rückstellfeder 524 am Anschlag 525 an. Der Kraftstoff kann dabei von der Förderpumpe 501 kommend durch die Förderleitung 511 zum Zerstäuber 506 fließen. Wird das Steuerventil 505 durch die Steuereinrichtung erregt, drückt der Anker 522 den Dosierkolben 527 entgegen der Kraft der Feder 524 soweit in Förderrichtung, bis der Zulaufquerschnitt 531 der Förderleitung 511 verschlossen ist.The function of the
Wird der Motor im Notbetrieb ohne Einspritzung betrieben, ist das Steuerventil 505 stromlos und somit der Zulaufquerschnitt 531 in der Leitung 511 zum Zerstäuber 506 freigegeben. Entsprechend der Drosselklappenstellung wird der konische Dosierkolben 527 über den Anker 522 durch den Anschlag 525 mehr oder weniger weit in die Bohrung des Zulaufquerschnitts 531 gedrückt. Die Kopplung zur Drosselklappe 530 ist dabei so gewählt, daß mit zunehmender Öffnung der Drosselklappe 530 der Querschnitt 531 mehr geöffnet wird. In der Leerlaufstellung der Drosselklappe 530 verbleibt ein minimaler Spalt am Querschnitt 531, der die Leerlaufmenge des Kraftstoffs zum Zerstäuber 506 durchläßt.If the engine is operated in emergency mode without injection, the
Die Rückstellung des Ankers der Einspritzpumpe erfolgt in der Regel mittels der dafür vorgesehenen Rückstellfeder. Um große Spritzfrequenzen zu erreichen, ist die Rückstellzeit des Ankers klein zu halten. Dies läßt sich beispielsweise durch eine entsprechend große Federkraft der Rückstellfeder verwirklichen. Mit einer Verkleinerung der Rückstelldauer vergrößert sich jedoch die Aufprallgeschwindigkeit des Ankers am Ankeranschlag. Nachteilig dabei kann der damit verbundene Verschleiß und/oder das Prellen des Ankers am Ankeranschlag sein, wodurch die Gesamtarbeitsspieldauer vergrößert wird. Ein Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, die Abfallzeit des Ankers bis zur Ruhestellung klein zu halten. Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch eine z.B. hydraulische Dämpfung der Ankerrückstellbewegung im letzten Teil dieser Bewegung erreicht.The armature of the injection pump is usually reset using the return spring provided. To achieve high spray frequencies, the armature reset time must be kept short. This can be achieved for example by a correspondingly large spring force of the return spring. With a reduction in the reset time, however, the impact speed of the anchor at the anchor stop increases. The associated wear and / or the bouncing of the armature at the armature stop can be disadvantageous, as a result of which the total working time is increased. An object of the invention is therefore to keep the fall time of the armature short until it is at rest. According to the invention, this goal is achieved by For example, hydraulic damping of the armature return movement is achieved in the last part of this movement.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Einspritzpumpe, die im wesentlichen den Aufbau der Einspritzpumpe 1 nach Fig. 1 aufweist. Für die hydraulische Dämpfung ist nach Art einer Kolbenzylinderanordnung an der Rückseite des Ankers 10 zentral ein zylindrischer Vorsprung 10a ausgebildet, der im letzten Abschnitt der Ankerrückstellbewegung in eine Sackzylinderbohrung 11b im Boden 11a passend eintritt, die an der Anschlagfläche 11a für den Anker 10 im Gehäuse 8 ausgebildet ist. Im Anker 10 sind in Längsrichtung verlaufende Nuten 10b ausgebildet, die den ankerrückseitigen Raum 11 mit dem ankervorderseitigen Raum 11 verbinden. Im Raum 11 befindet sich ein Medium, z.B. Luft oder Öl, das bei der Bewegung des Ankers 10 durch die Nuten 10b fließen kann. Die Tiefe der Sackzylinderbohrung llb entspricht etwa der Länge des Vorsprungs 10a (Abmessung Y in Fig. 12). Dadurch, daß der Vorsprung 10a in die Sackzylinderbohrung 11b eintauchen kann, wird die Ankerrückbewegung im letzten Abschnitt stark verzögert, wodurch die erwünschte hydraulische Dämpfung der Ankerrückstellbewegung bewirkt wird.FIG. 9 shows an exemplary embodiment of the injection pump, which essentially has the structure of the
Fig. 10a zeigt eine Variante der hydraulischen Dämpfung. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der vom Förderkolben 14 durchsetzte Pumpraum 11 vor dem Koblen 10 verbunden mit dem an der Ankerrückseite angrenzenden Raum 11, und zwar durch Bohrungen 10d, die im Bereich der Ankerrückseite in einen zentralen Überströmkanal 10c münden. Ein zentraler Stift 8a eines Stoßdämpfers 8b ragt mit seiner Kegelspitze 8c in Richtung Mündung des Überströmkanals 10c, durchgreift rückwärtig ein Loch 8d im Boden 11a, das in einen Dämpfungsraum 8e mündet, und endet im Dämfungsraum mit einem Ring 8f, der einer größeren Druchmesser aufweist als das Loch 8d. Eine sich am Boden des Dämpfungsraums abstützende Feder 8g drückt gegen den Ring 8f und damit den Stift 8a in seine Ruhestellung (Fig. 10a). Ein Kanal 8h verbindet den Dämfungsraum 8e mit dem rückwärtigen Ankerraum 11. Die Kanäle 10c und 10d ermöglichen dem Anker 10 eine nahezu widerstandsfreie Bewegung während der Beschleunigungsphase.10a shows a variant of the hydraulic damping. In this exemplary embodiment, too, the
Die Dämpfungseinrichtung 8b ist bei der Beschleunigungsbewegung des Ankers 10 unwirksam, so daß keine Beeinträchtigung der Hubphase erfolgt. Bei der Rückstellbewegung trifft die Mündung des Überströmkanals auf die Kegelspitze 8c und wird verschlossen, so daß die Strömung durch die Kanäle 10c und 10d unterbrochen wird. Der Anker 10 drückt den Stift 8a gegen die Federkraft und gegen das im Raum 8e befindliche Medium, das sich auch im Raum 11 befindet und über den Kanal 8h ausströmt in den Raum 11. Dabei sind die Strömungen so gewählt, daß eine optimale Dämpfung gewährleistet wird:The damping
Anstelle des Kanals 8h kann gemäß Fig. 10b eine Verdrängungsbohrung 8i zentral im Stift 8a angeordnet sein, durch die Dämpfungsmedium in den Überströmkanal 10c gedrückt werden kann.Instead of the
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung ist vorgesehen, die in der Rückstellfeder 12 des Ankers 10 gespeicherte Energie bei der Rückstellbewegung des Ankers 10 nutzbringend einzusetzen. Dies kann erfindungsgemäß beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Anker bei der Rückstellung eine Pumpeinrichtung bedient, die für die Kraftstoffversorgung der Einspritzvorrichtung zur Stabilisierung des Systems sowie zur Verhinderung einer Blasenbildung oder als eine separate Ölpumpe für die Motorschmierung verwendet werden kann. Fig. 11 zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer an die Kraftstoffeinspritzpumpe 1 angeschlossenen Ölpumpe 260.According to a further advantageous embodiment of the injection device according to the invention, it is provided that the energy stored in the
Die in Fig. 11 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist im übrigen entsprechend Fig. 4 ausgebildet, weist also ein Kraftstoffzu- und -abflußsteuerelement zur Steuerung des ersten Teilhubes des Förderkolbens 14 auf. Die Ölpumpe 260 ist an den rückwärtigen Boden 11a des Pumpengehäuses 8 angeschlossen. Im einzelnen umfaßt die Ölpumpe 260 ein Gehäuse 261, das mit dem Gehäuse 8 der Einspritzpumpe verbunden ist, und in dessen Pumpenraum 261b ein Pumpenkolben 262 angeordnet ist, dessen Kolbenstange 262a in den Arbeitsraum 11 des Ankers 10 ragt, wobei der Kolben 262 beaufschlagt wird von einer Rückstellfeder 263, die sich am Gehäuseboden 261a im Bereich eines Auslasses 264 abstützt.The fuel injection device shown in FIG. 11 is otherwise designed in accordance with FIG. 4, that is to say has a fuel inflow and outflow control element for controlling the first partial stroke of the
Außerdem steht der Pumpenraum 261b des Gehäuses über eine Ölzufuhrleitung 265 in Verbindung mit einem Ölvorratsbehälter 266. In der Ölzufuhrleitung 265 ist ein Rückschlagventil 267 eingesetzt, dessen Aufbau dem Ventil 16 in Fig. 1 gleicht.In addition, the pump chamber 261b of the housing is connected to an
Die Ölpumpe 260 funktioniert wie folgt. Wird der Anker 10 der Einspritzpumpe 1 während seines Arbeitshubes in Richtung auf die Einspritzdüse 3 bewegt, wird der Pumpenraum 11 im Gehäuse 8 hinter dem Anker 10 bezüglich seines Volumens vergrößert, wodurch der Ölpumpenkolben 262 in Richtung Anker 10 bewegt wird und schließlich durch Einwirkung der Rückstellfeder 263 in seine Ruhelage überführt wird. Dabei wird aus dem Vorratsbehälter 266 über das Ventil 267 Öl in den Arbeitsraum 261b der Ölpumpe 260 eingesaugt. Während der Rückstellbewegung des Ankers 10 der Pumpe 1 in Richtung auf seinen Anschlag 11a wird der ölpumpenkolben 262 zumindest auf einem Teil des Rückstellweges des Ankers 10 in den Ölpumpenraum 261b geschoben. Dabei wird durch den Pumpendruck das Ventil 267 verschlossen und es wird Öl über den Auslaß 264 in Richtung des Pfeils 264a von der Ölpumpe abgegeben und an die mit Öl zu versorgenden Stellen des Motors gedrückt.The
Die Ölpumpe 260 kann alternativ auch als Kraftstoffvordruckpumpe verwendet werden, wobei der Kraftstoff der Ventileinrichtung 70 zugeführt werden kann. Vorteilhaft ist dabei, daß die Pumpe 260 einen Standdruck im Kraftstoffversorgungssystem erzeugen kann, der einer Dampfblasenbildung z.B. bei Erwärmung des Gesamtsystems entgegenwirkt.The
Außerdem bewirkt die erfindungsgemäße Ausbildung der zusätzlichen Pumpe 260 an der Pumpe 1 eine schnelle Dämpfung des Ankers 10, so daß der Anker 10 am Anschlag 11a nicht nachprellt.In addition, the inventive design of the
Figuren 12a und 12b zeigen eine besonders effektive und einfache Dämpfungseinrichtung. Der Aufbau der Pumpeneinrichtung 1 gleicht dem in Figur 9 dargestellten. Die Sackzylinderbohrung llb nach Figur 12a ist im Durchmesser größer als der Durchmesser des zylindrischen Vorsprungs 10a beträgt. Der Vorsprung 10a ist von einem in Richtung Sackzylinderbohrung 11b vorspringenden Dichtlippenring 10e aus einem elastischen Material umgeben, der in die Sackzylinderbohrung llb paßt. Eine Einführschräge an der Mündung der Sackzylinderbohrung 11b erleichtert den Eintritt der Lippen den Dichtlippenrings 10e in die Sackzylinderbohrung 11b. Diese Dämpfungseinrichtung erbringt eine gute Dämpfung beim Anschlag des Ankers 10 und behindert den Beschleunigungshub des Ankers nicht. Das elastische Dämpfungselement 10e mit achsparallel abstehenden Dichtlippen taucht beim Rückstellhub des Ankers 10 in die Sackzylinderbohrung 11b formschlüssig ein und legt sich nach außen dichtend an der Innenwandung der Sackzylinderbohrung llb an.Figures 12a and 12b show a particularly effective and simple damping device. The structure of the
Die Sackzylinderbohrung llb nach Fig. 12b ist im Durchmesser ebenfalls größer als der zylindrische Vorsprung 10a. Ein Dichtring 10f aus elastischem Material sitzt formschlüssig an der Wandung der Sackzylinderbohrung 11b und weist im Bereich der Mündung einwärts gerichtete Dichtlippen 10g auf. In das elastische Dichtelement 10f taucht der zylindrische Vorsprung 10a kolbenartig ein, wobei die Dichtlippen 10g infolge des ausströmenden Dämpfungsmediums gegen den zylindrischen Vorsprung 10a gepreßt werden, so daß eine besonders gute Dämpfung des Ankers 10 erreicht wird.The
Die Fig. 13, 14 und 15 zeigen besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Einspritzdüse (z.B. Düse 3) für die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung.13, 14 and 15 show particularly advantageous embodiments of the injection nozzle (e.g. nozzle 3) for the injection device according to the invention.
Diese Einspritzdüse umfaßt ein Ventilsitzrohr 701, an dessen freiem unterem Ende die Membran 704 angeordnet ist, gegebenenfalls einen strahlformenden Zapfeneinsatz 702 (der in einem zentralen Loch der Membran 704 sitzt), einen Düsenhalter 703, eine in Richtung Ventilsitz vorgespannte Membranplatte 704, einen Sprengring 705, eine Druckleitung 706, die ventilsitzseitig in einen zur Membran 704 hin offenen, von der Membran abgedeckten Ringkanal 708 mündet, eine Druckschraube 707, eine Dichtung 709 für den Düsenhalter 703 und eine Aufnahme 710 für den Düsenhalter 703.This injection nozzle comprises a
Mit der in den Fig. 13, 14 und 15 gezeigten Membran-Flachsitzdüse mit Düsenzapfen 702 (Fig. 14) und ohne Düsenzapfen 702 (Fig. 15) wird eine gute Brennstoffzerstäubung auf der Oberfläche eines gewölbten Kegelmantels erreicht. Die Form und Abmessungen dieses Mantels sind u.a. von den Abmessungen und der Gestaltung der Austrittsöffnung in der Membran (Fig. 14) abhängig und können gegebenenfalls mit Hilfe eines Richtzapfens oder Drosselzapfens mit den bekannten Funktionsvorteilen den Erfordernissen des Motorbetriebes zusätzlich angepaßt werden.With the membrane flat seat nozzle shown in FIGS. 13, 14 and 15 with nozzle pin 702 (FIG. 14) and without nozzle pin 702 (FIG. 15), good fuel atomization is achieved on the surface of an arched cone jacket. The shape and dimensions of this jacket include dependent on the dimensions and design of the outlet opening in the membrane (FIG. 14) and can optionally be adapted to the requirements of engine operation with the aid of a known pin or throttle pin with the known functional advantages.
Das Ventil arbeitet fast ohne bewegte Massen und ist durch eine speziell ausgebildete Metallmembran gekennzeichnet, die mit einem feststehenden flachen Ventilsitz zusammenarbeitet. Die Membran - zugleich wegen der Vorspannung Ventilfeder - kann durch geeignete, definierte und bleibende Deformation gegen die Richtung des Öffnens (z.B. durch Wölbung) vorgespannt werden. Damit kann die Brennstoffzerstäubung bei niedrigen Drücken vor der Düsenöffnung, die durch das zentrale Loch in der Membran 704 gebildet wird, z.B. bei niedrigen Drehzahlen und kleinen Einspritzungen (in niedrigem Teillastbetrieb), verbessert werden. Die Bearbeitung des Düsenloches (Rundung der Kanten etc.) ist von beiden Richtungen leicht möglich.The valve works almost without moving masses and is characterized by a specially designed metal membrane that works with a fixed flat valve seat. The membrane - at the same time because of the valve spring preload - can be preloaded against the direction of opening (e.g. by arching) by suitable, defined and permanent deformation. This allows fuel atomization at low pressures in front of the nozzle opening formed through the central hole in
Um den guten Schließeffekt am Ventil der nach außen öffnenden Einspritzdüse zu verstärken, kann die Sitzringbreite des Flachsitzes (Fig. 14) mit der Vorspannung der Membranplatte abgestimmt werden. Hierzu trägt die richtige Wahl der Abmessungen des unteren Ringeinstiches im Ventilsitz bei, wodurch sich bei gegebenem Standdruck des Brennstoffes vor Ventilsitz die auf die Membran wirkende Kraft ergibt. Andererseits wird die Membran durch den im Ringeinstich lagernden bzw. den hier durchströmenden Brennstoff wirksam gekühlt.In order to enhance the good closing effect on the valve of the injection nozzle opening outwards, the seat ring width of the flat seat (Fig. 14) can be matched to the preload of the membrane plate. The correct choice of the dimensions of the lower groove in the valve seat contributes to this, which results in the force acting on the membrane at a given standing pressure of the fuel in front of the valve seat. On the other hand, the membrane effectively cooled by the fuel stored in the ring recess or the fuel flowing through it.
Die Düse bedarf keiner Schmierung und ist deshalb für Benzin, Alkohol und dessen Mischungen besonders geeignet. Aufgrund der Funktionsweise - es ist kein dem Ventilsitz nachgeschaltetes Volumen vorhanden - sind in dieser Düse vergleichsweise niedrigere Kohlenwasserstoff-Emissionen des Motors zu erwarten als mit nach innen öffnenden Düsen.The nozzle requires no lubrication and is therefore particularly suitable for petrol, alcohol and mixtures thereof. Due to the way it works - there is no volume downstream of the valve seat - comparatively lower hydrocarbon emissions from the engine are to be expected in this nozzle than with inwardly opening nozzles.
Die Düse besteht aus wenigen Teilen, ihre Herstellung in Massenproduktion, Wartung, Überprüfung und Teileaustausch ist deshalb sehr einfach und preiswert.The nozzle consists of a few parts, so it is very easy and inexpensive to manufacture, mass-produce, maintain, check and replace parts.
Kraftstoffversorgungseinrichtungen für Kraftstoffeinspritzanlagen werden zu deren Kühlung und zur Abfuhr von Dampfblasen während des Betriebs mit Kraftstoff durchspült. Das heißt, die Kraftstoff-Förderpumpe stellt eine größere Menge Kraftstoff bereit, als vom Motor benötigt wird. Diese Mehrmenge wird über eine Leitung zum Tank zurückgeführt und dient zur Wärmeabfuhr und zur Abfuhr von Kraftstoff-Dampfblasen. Dampfblasen entstehen im Motorbetrieb durch Wärmeeinwirkung und können die Funktion der Einspritzanlage stören oder gar verhindern. Auch ein erneutes Starten des noch betriebswarmen Motors kann durch Dampfblasen erschwert oder gar verhindert werden.Fuel supply systems for fuel injection systems are flushed with fuel to cool them and to remove vapor bubbles during operation. This means that the fuel delivery pump provides a larger amount of fuel than is required by the engine. This additional quantity is returned to the tank via a line and is used for heat dissipation and for the removal of fuel vapor bubbles. Vapor bubbles occur during engine operation due to the effects of heat and can disrupt or even prevent the function of the injection system. Steam bubbles can also make it difficult or even impossible to restart the engine while it is still warm.
Bei bestimmten Motoranwendungen, z.B. als Außenbordmotor an Booten, ist jedoch eine Rückleitung zum Tank aus Sicherheitsgründen vom Gesetzgeber nicht zugelassen.In certain engine applications, e.g. as an outboard motor on boats, a return line to the tank is not permitted by law for safety reasons.
Eine Kraftstoffversorgungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung deshalb ohne Rückleitung zum Tank ausgebildet, wobei dennoch Wärme und Dampfblasen abgeführt werden können.According to a further embodiment of the invention, a fuel supply device with a fuel injection device according to the invention is therefore designed without a return line to the tank, wherein heat and steam bubbles can nevertheless be removed.
Die Erfindung löst dieses Problem durch Verwendung einer zweiten Kraftstoffpumpe, einer Gasabscheidekammer mit Schwimmventil und eines Kühlers. Diese Anordnung kann direkt am Motor angebracht werden und vermeidet damit unter Druck stehende Kraftstoffleitungen außerhalb des Motorraumes oder der Motorkapsel. Damit ist den gesetzlichen Sicherheitsbestimmungen genüge getan.The invention solves this problem by using a second one Fuel pump, a gas separation chamber with a floating valve and a cooler. This arrangement can be attached directly to the engine and thus avoids pressurized fuel lines outside the engine compartment or the engine capsule. This is enough to meet the legal safety regulations.
Anhand der Fig. 16 wird diese Kraftstoffversorgungseinrichtung im folgenden beispielhaft näher erläutert.16, this fuel supply device is explained in more detail below by way of example.
Eine Pumpe 801 saugt den Kraftstoff 802 aus dem Tank 803 und führt ihn durch eine Kraftstoffleitung 804 einer Gasabscheidekammer 805 zu. Die Gasabscheidekammer 805 weist einen Schwimmer 806 auf, der ein Entluftungsventil 807 bedient, das auf eine im Deckenbereich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 805a angeordnete Gasabführleitung 808 einwirkt.A
Vom Boden der Gasabscheidekammer 805 ist eine Kraftstoffleitung 809 abgezweigt, die mit einer Pumpe 810 in Verbindung steht und zu einem erfindungsgemäßen Einspritzventil 811 führt, das über eine Kraftstoffleitung 812 mit dem Gasabscheidebehälter 805 verbunden ist, die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 805a in den Gasabscheidebehälter 805 mündet. In der Kraftstoffleitung 812 sitzt in der Folge vom Einspritzventil 811 ausgehend ein Druckregler 813 und ein Kühler 814.A
Die neue Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung funktioniert wie folgt: Die Pumpe 801 saugt den Kraftstoff 802 aus den Tank 803 und führt ihn der Gasabscheidekammer 805 zu, bis das Entlüftungsventil 807 vom Schwimmer 806 geschlossen wird. Die Pumpe 810 entnimmt am Boden der Gasabscheidekammer 805 den Kraftstoff und baut vor dem Druckregler 813 den für das jeweilige Einspritzsystem erforderlichen Druck auf. In ihrer Fördercharakteristik ist die Pumpe 810 so ausgelegt, daß sie die zur Kühlung und Durchspülung des Einspritzventils 811 erforderliche Menge an Kraftstoff aufbringt und über den Kühler 814 der Gasabscheidekammer 805 zuführt. Werden nun Dampfblasen 805b in die Gasabscheidekammer 805 abgeführt, so wird das Kraftstoffniveau 805a sinken, der Schwimmer 806 öffnet das Entlüftungsventil 807 so lange, bis die Pumpe 801 zum ursprünglichen Niveau 805a nachgefördert hat. Das Entlüftungsventil 807 steht in Verbindung mit dem Luftansaugrohr 808 des Motors, so daß die aus dem Luftansaugrohr abgezogenen Kraftstoffdämpfe nicht unverbrannt in die Umwelt gelangen können.The new fuel supply device for a fuel injection device according to the invention works as follows: The
Fig. 17 zeigt eine bevorzugte Schaltung zur Ansteuerung der Ankererregerspule der erfindungsgemäßen Einspritzpumpen, die eine optimale Beschleunigung des Ankers gewährleistet.17 shows a preferred circuit for controlling the armature exciter coil of the injection pumps according to the invention, which ensures optimum acceleration of the armature.
Bekannt ist, die Dosierung der abzuspritzenden Kraftstoffmenge beispielsweise zeitlich gesteuert vorzunehmen. Eine rein zeitliche Steuerung hat sich jedoch als nachteilig erwiesen, weil das Zeitfenster, welches sich zwischen minimal und maximal abzuspritzender Kraftstoffmenge ergibt, zu klein ist, um das im Motorbetrieb erforderliche Mengenspektrum differenziert und reproduzierbar genug zu beherrschen. Über die erfindungsgemäße reine Intensitätssteuerung des Stromflusses läßt sich jedoch eine genügend differenzierbare Mengendosierung erreichen.It is known to dose the amount of fuel to be sprayed, for example in a time-controlled manner. A purely time-based control has proven to be disadvantageous, however, because the time window that results between the minimum and maximum amount of fuel to be sprayed is too small to differentiate the quantity spectrum required in engine operation in a differentiated and reproducible manner. However, a sufficiently differentiable quantity metering can be achieved via the pure intensity control of the current flow according to the invention.
Im Falle des elektromagnetischen Antriebes der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen ist insbesondere die Erregung, d.h. das Produkt aus Windungszahl der Spule und Stromstärke des Stroms, der die Spule durchsetzt, bestimmend für die elektromagnetomechanische Energieumwandlung. Das heißt, eine ausschließliche Steuerung der Stromamplitude erlaubt es, das Schaltverhalten des Antriebmagneten unabhängig von Einflüssen der Spulenerwärmung und einer schwankenden Versorgungsspannung eindeutig definiert zu gestalten. Damit trägt eine derartige Steuerung insbesondere den bei Motoren üblicherweise stark schwankenden elektrischen Spannungsverhältnissen und den unterschiedlichen Temperaturverhältnissen Rechnung.In the case of the electromagnetic drive of the fuel injection devices according to the invention, the excitation, i.e. the product of the number of turns of the coil and the current of the current that passes through the coil, determining for the electromagnetic-mechanical energy conversion. This means that an exclusive control of the current amplitude allows the switching behavior of the drive magnet to be uniquely defined, regardless of the effects of coil heating and a fluctuating supply voltage. In this way, such a control system takes into account in particular the electrical voltage conditions and the different temperature conditions, which usually fluctuate strongly in motors.
Fig. 17 zeigt eine erfindungsgemäße Zweipunktregelungsschaltung für die Stromamplitude des eine Pumpenantriebsspule 600 steuernden Stroms. Die Antriebsspule 600 ist an einen Leistungstransistor 601 angeschlossen, der über einen Meßwiderstand 602 an Masse liegt. An den Steuereingang des Transistors 601, beispielsweise an die Transistorbasis, ist ein Komparator 603 mit seinem Ausgang angelegt. Der nicht invertierende Eingan des Komparators wird von einem Stromsollwert beaufschlagt, der beispielsweise mittels eines Mikrocomputers gewonnen wird, und der invertierende Eingang des Komparators 603 ist an der Seite des Meßwiderstands angeschlossen, die mit dem Transistor 601 verbunden ist.17 shows a two-point control circuit according to the invention for the current amplitude of the
Um den Energiefluß in der Antriebsspule 600 unabhängig von der Versorgungspannung zu steuern, wird der von der Spule 600 aufgenommene Strom durch den Meßwiderstand 602 gemessen. Erreicht dieser Strom den von einem Mikroprozessor als Stromsollwert vorgegebenen Grenzwert, schaltet der Komparator über den Leistungstransistor 601 den Strom für die Spule 600 aus. Sobald der Stromistwert unter den Stromsollwert sinkt, schaltet der Transistor über den Komparator den Spulenstrom wieder ein. Die durch die Induktivität der Spule 600 bedingte Stromanstiegsverzögerung verhindert ein zu schnelles Überschreiten des maximal zulässigen Stroms.In order to control the energy flow in the
Danach kann der nächste Schaltzyklus beginnen, und dieses Takten des Spulenstroms der Spule 600 findet so lange statt, wie die den Stromsollwert liefernde Referenzspannung am nicht invertierenden Eingang des Komparators 603 anliegt.The next switching cycle can then begin, and this clocking of the coil current of the
Die Schaltung stellt eine getaktete Stromquelle dar, wobei das Takten erst nach Erreichen des vom Mikroprozessor bereitgestellten Stromsollwerts einsetzt. Die Energie- und damit die Mengensteuerung der Pumpeinrichtung 1 kann mit dieser Schaltung in Kombination von Dauer oder/und Höhe der vom Mikroprozessor bereitgestellten Referenzspannung erfolgen.The circuit represents a clocked current source, the clocking only starting after the current setpoint provided by the microprocessor has been reached. The energy and thus the quantity control of the
Claims (53)
- Fuel injection device which operates according to the solid state accumulator principle, whereby a rotor element (10) contained in a pump housing (8) of an electromagnetically driven reciprocating pump (1) is accelerated virtually without resistance, whereby the rotor element (10) stores kinetic energy and impacts on a piston element (14), so that a pressure impulse is generated in the fuel contained in a sealed pressure chamber (15) before the piston element (14) due to the fact that the stored kinetic energy of the rotor element (10) is transferred via the piston element (14) to the fuel contained in the pressure chamber (15) and whereby the pressure impulse is used for the injection of fuel through an injection device (3), characterised by the fact that the rotor element (10) is carried as a positive connection on the piston element (1).
- Fuel injection device according to Claim 1, characterised by the fact that the rotor element (10) and the piston element (14) are spring braced against each other.
- Device according to Claim 1 and/or 2, characterised by an electromagnetically driven reciprocating pump (1), which is connected via a delivery line (2) to an injection device (3), whereby from the delivery line (2) a suction line (4) branches off which is connected with a fuel tank (5).
- Device according to one of Claims 1 to 3, characterised by the fact that the pump (1) has a housing (8) accommodating a toroid coil (9), whereby in the area of the coil passage the rotor element is arranged which is a cylindrical rotor (10) and is carried in a housing cylinder, located in the area of the central longitudinal axis of the toroid coil (9), whereby the rotor 10 is pressed by a pressure spring (12) into an initial position in which it rests against the bottom (11a) of the housing cylinder and whereby the rotor (10) cooperates on the injection nozzle side with the piston element designed as delivery plunger (14) which enters a cylindrical fuel delivery space (15) relatively deeply, this delivery space being arranged coaxial with the housing cylinder and in transfer connection with the pressure line (2).
- Device according to Claim 3 and/or 4, characterised by the fact that a non-return valve (16) is arranged in the suction line (4).
- Device according to one or more of Claims 3 to 5, characterised by the fact that the delivery line (2) between the injection valve (3) and the pressure chamber before the suction line (4) there is arranged a non-return valve (16a) which, in the space on the injection valve side, forms an air chamber for the maintenance of a specific static pressure in the fuel.
- Device according to one or more of Claims 1 to 6, characterised by the fact that the coil (9) of the pump (1) is connected to a control device (26) which serves as an electronic control for the injection device.
- Device according to one or more of Claims 3 to 7, characterised by the fact that the rotor (10) has a stepped central longitudinal bore (108a) like a blind bore, whereby the final part of the blind bore (108a) is of smaller diameter than a central part and fonns a stop face (108), whereby in the central part the delivery plunger (14) is guided by an integral guide ring (105) which has a larger diameter than the delivery plunger (14) and to that extent is adapted to the widened central bore area.
- Device according to Claim 8, characterised by the fact that the guide ring (105) of the delivery plunger (14) is under tension from a pressure spring (106) which is relatively weak and is braced at its other end against the bottom of the blind bore final part of the bore (108) in the rotor (10).
- Device according to Claim 9, characterised by the fact that in the resting position the guide ring (105) rests with its delivery-plunger-side annular surface against an annular stop face (107) of the central bore part under tension from the spring (106), which stop face is formed as a step between the larger-diameter central bore part and the smaller-diameter bore part with an opening through which extends the delivery plunger (14).
- Device according to one or more of Claims 1 to 7, characterised by the fact that the rotor (10) has a through-bore (10a) traversed by the delivery plunger (14), that an annular stop (14a) is attached to the delivery plunger (14) at its free end protruding rearward from the rotor (10), a further stop ring (14b) sits in the pressure chamber (15) of the delivery plunger (14), whereby the rotor ( 10) is arranged between the two stop rings (14a) and (14b) with an interspace which represents the possible acceleration stroke of the rotor (10).
- Device according to Claim 11, characterised by the fact that the rotor return spring (12) engages over the stop ring (14b).
- Device according to one or more of Claims 1 to 7 and 11 and/or 12, characterised by the fact that the rotor (10) is tensioned at its rear by the return spring (12) which is braced against the bottom (11a) of the interior space (11).
- Device according to Claim 13, characterised by the fact that the stop ring (14b) has towards the rotor (10) an annular space (14c) in which a spring (14d) is accommodated, which spring is braced on one side against the rotor (10) and on the other against the bottom of the annular space (14c).
- Device according to one or more of Claims 1 to 14, characterised by integration of the injection device (3) and the injection pump (1), whereby in a common housing an inner housing cylinder (300) is provided which is divided by a non-magnetic ring element (301) into a section enclosing the injection pump rotor (10), so that a coil (9) can apply a force to the rotor (10).
- Device according to Claim 15, characterised by the fact that the two housing areas of the housing cylinder (300) near the ring element (301) are interconnected hydraulically tight and the coil (9) is positioned on the outer circumference of the housing cylinder (300), whereby the coil engages over the ring element (301) in axial direction.
- Device according to Claim 15 and/or 16, characterised by a cylindrical housing part (302) surrounding the housing cylinder (300) and enclosing the coil (9) from outside.
- Device according to one or more of Claims 15 to 17, characterised by the fact that on the tank-side end of the housing cylinder a connecting part (303) which has a through-bore (305) serving as fuel supply line, is screwed in.
- Device according to one or more of Claims 15 to 18, characterised by the fact that the injection nozzle (3) is screwed into a thread at the pressure-side axial end of the housing cylinder (300).
- Device according to one or more of Claims 15 to 19, characterised by the fact that there is between the nozzle (3) and the connecting part (303) in the housing cylinder (300) a passage with areas of different diameter, whereby adjacent to the connecting part (303) the passage has its largest diameter which forms the working space (306) for the rotor (10) of the injection pump (1).
- Device according to Claim 20, characterised by the fact that the working space (306) is bounded on the tank side by an annular bottom surface (11a) serving as a stop face for the rotor (10) when the rotor is pushed into its resting position by the spring (12), whereby in the bottom surface (11a) towards the tank there follows a diameter increase of the bore (305) accommodating the supply valve (16).
- Device according to Claim 20 and/or 21, characterised by the fact that a through-bore (309) passes through the rotor (10), whereby this through-bore aligns axially with the bore (305) of the connecting part (303), that the rotor has a diameter-reduced area in the pressure-side end part, the rotor return spring (12) is braced at the rotor (10) against the annular face formed in the stepped area between the smaller-diameter area and the larger-diameter area of the rotor (10), at the other end the spring (12) is braced against an annular surface formed in the housing cylinder (300), against a ring projecting inwards (300a) between the larger-diameter working space (306) and, following towards the nozzle device (3), the smaller-diameter pressure chamber (11) of the passage of the housing cylinder (300).
- Device according to Claim 22, characterised by the fact that the diameter reduced end of the rotor (10) is so designed that it can pass through the ring (300a).
- Device according to Claim 23, characterised by the fact that the delivery plunger (14) sits in the pressure chamber (11) separate from the rotor (10), is formed as a cylindrical hollow body and has a cylindrical cavity (14e) which communicates with the pressure chamber (11) through axial bores (312, 313), whereby in the cavity (14e) there is a pressure valve consisting of a valve head (3 10) and a spring (311) acting on the valve head (310).
- Device according to one or more of Claims 15 to 24, characterised by the fact that the injection nozzle (3) is inserted in the front face of the housing cylinder (300) and comprises a screwed-in plug-shaped body (314) with a central through-bore (314a) through which passes the push rod (315) of a valve lifter (317) whose tappet head (316) closes the outlet of the bore (314a).
- Device according to Claim 25, characterised by the fact that the valve lifter (317) is actuated by a spring (318) braced on one side against an inner annular front face of the plug (314) and on the other against a spring washer (315a) arranged at the inner end of the push rod (317).
- Device according to Claim 26, characterised by the fact that the push rod (315) protrudes into the pressure chamber (11) of the housing cylinder (300) in which the delivery plunger (14) is pushed against the ring (300a) by the spring (320) braced against the plug (314), where it rests against a stop face (321) of the ring (300a) with its front face towards the rotor.
- Device according to one or more of Claims 15 to 27, characterised by the fact that the push rod (315) passes through the bore (313) and protrudes into the interior space (14e) of the delivery plunger (14), whereby at the end of the push rod (315) there is a ring (322) which in the space (14e) forms a support for the spring (311) of the pressure valve (311,310).
- Device according to Claim 28, characterised by the fact that peripheral grooves (313a) are formed in the bore (313).
- Device according to one or more of Claims 1 to 29, characterised by an auxiliary starting device with a control valve which is connected to an atomizer (506) of the engine (500) and receives fuel from the fuel tank (502) and whose flow resistance together with that of the atomizer (506) is so determined that at starting engine speed with the pressure delivered by a precompression pump (501) the fuel requirement for starting can also be covered without electrical energy supply to the injection device (504).
- Device according to Claim 30, characterised by the fact that after the fuel precompression pump (501) which is connected on the induction side with the fuel tank (502), a branch line of the fuel line to the engine is provided, whereby in the de-energised state an injection device (504) connected to a generator (503) (the injection device being constructed in accordance with the invention and particularly with one of the invention-based embodiments) is inactive and the control valve (505) which may, e.g. be electromagnetic, is open for the supply to the atomizer (506) on the engine (500).
- Device according to Claim 30 and/or 31, characterised by the fact that a hand pump (509) on the engine is additionally used during starting for the direct fuel supply to the engine via the atomizer (506) which is arranged in the connection fine (511) from the pump (501) to the control valve (505), whereby the control valve (505) is triggered by the injection control (507) via a control line (510).
- Device according to Claim 30, characterised by the fact that the control valve (505) is arranged in the injection line (511) between the injection device (504) and the injection nozzle (508).
- Device according to Claim 33, characterised by a cutout in the line from the injection control (507) to the control valve (505).
- Device according to Claim 33 and/or 34, characterised by the fact that the based auxiliary starting device is used for emergency running of the engine, whereby a metering valve (505) effects a fuel quantity variation.
- Device according to one or more of Claims 30 to 35, characterised by the fact that the metering valve (505) has a housing (520) into which a coil (521) is inserted which serves as a drive of a rotor (522) which is mounted slidable in a bore (523) of the housing (520) and is pushed in its resting position by a return spring (524) against an adjustable stop (525) arranged in the housing (520), while to this stop outside the housing a cable pull (526) is attached, whereby the rotor (522) has peripheral longitudinal channels (527) enabling communication for the fuel in the bore (523) between the front and rear of the rotor (522) and whereby the stop (525) shaped like a piston passes through the housing front wall (520b) and in the housing (520) is pretensioned in relation to the housing front wall (520b) by a spring (528) and whereby a metering piston (527) is of uniform construction with the front face of the rotor (522) opposite the stop (525) and whereby this front face additionally is under tension from the return spring (524) which is braced at the other end of the front wall (520a) of the housing (520) and whereby the metering piston (527) protrudes with a tapering end into the delivery line (511) from which moreover a connection line (511a) branches off to the atomizer (506) and whereby the cable pull (526), connected to the stop (525) held by spring force against the rotor (522), is connected to the throttle valve (530).
- Device according to one or more of Claims 1 to 36, characterised by a hydraulic damping device for the rotor element (10) of the reciprocating pump.
- Device according to Claim 37, characterised by the fact that the hydraulic damping device is constructed like a piston cylinder arrangement, whereby on the rotor (10) there is a central cylindrical projection (10a) which in the last section of the rotor return movement fits into a blind cylinder bore (11b) in the bottom (11a) of the cylinder, whereby the rotor (10) has longitudinal channels (10b) which connect the space at the rear of the rotor with the space at the front of the rotor in the pump cylinder.
- Device according to Claim 37, characterised by the fact that the pump space (11) traversed by the delivery plunger (14) is connected before the piston (10) with the space (11) adjoining the rear of the rotor by bores (10d) which lead into a central transfer passage (10c) in the area of the rear of the rotor, whereby a central pin (8a) of a shock absorber (8b) protrudes with a taper point (8c) towards the opening of the transfer passage (10c).
- Device according to Claim 39, characterised by the fact that the central pin (8a) at the rear passes through a hole (8d) in the bottoms (11a) which leads into a damping chamber (8e), whereby the pin (8a) ends in the damping chamber with a ring (8f) which has a larger diameter than the hole (8d) and whereby a spring (8g) braced against the bottom of the damping chamber presses against the ring (8f) and whereby a passage (8h) connects the damping chamber (8e) with the rear rotor space (11).
- Device according to Claim 39, characterised by the fact that in the pin (8a) a displacement through-bore is centrally arranged, through which the damping medium can be pressed into the transfer passage (10c).
- Device according to Claim 37, characterised by the fact that the rotor (10) during its return movement operates a pump device which simultaneously ensures damping of the rotor (10).
- Device according to Claim 42, characterised by the fact that an oil pump (260) is connected to the rear bottom (11a) of the pump housing (8), which pump has a housing (261) in whose pump space (261b) a pump piston (262) is arranged whose piston rod (262a) protrudes into the working space (11) of the rotor (10), whereby the piston (262) is under tension from a return spring (263) braced against the housing bottom (261a) near an outlet (264).
- Device according to Claim 43, characterised by the fact that the pump space (261b) communicates via an oil supply line (265) with an oil reservoir (266), whereby a non-return valve (267) is inserted in the oil supply line (265).
- Device according to Claim 37 and/or 38, characterised by the fact that the blind cylinder bore (11b) has a larger diameter than the diameter of the cylindrical projection (10a) and the projection (10a) or the blind cylinder bore (11b) has an annular sealing lip (10e) or (10d), whereby the circular sealing lips form the piston seal for the projection (10a).
- Device according to one or more of Claims 1 to 45, characterised by an injection nozzle with a valve seat pipe (701) with a ring channel (708) at the end, a diaphragm plate (704) pretensioned towards the valve seat, the diaphragm plate having a central hole and covering the ring channel (708), if necessary with a plug insert (702) in the hole of the diaphragm (704), a spring ring (705) and a pressure line (706).
- Device according to one or more of Claims 1 to 46, characterised by a fuel supply device without a return line to the tank, whereby a second fuel pump, a gas separation chamber with float valve and a condenser are used.
- Device according to Claim 47, characterised by a gas separation chamber (805), into which via a line (804) fuel (802) is pumped from a tank (803) by a pump (801), out of which fine a pump (810) feeds fuel via a fuel line (809) to an injection valve (811), whereby a line (812) is led back from the injection valve (811) into the gas separation chamber (805) where a pressure regulator (813) and a condenser (814) are arranged, whereby in the gas separator (805) a float (806) is provided which operates a vent valve (807) which is installed in a discharge line (808) coming out into the gas separation chamber (805).
- Device according to Claim 48, characterised by the fact that the fuel line (812) comes out into the gas separation chamber (805) above the liquid level (805a).
- Device according to Claim 48 and/or 49, characterised by the fact that the discharge fine (808) comes out into the gas separation chamber (805) above the liquid level (805a).
- Device according to one or more of Claim 48 to 50, characterised by the fact that the fuel line (804) comes out into the gas separation chamber (805) above the liquid level (805a).
- Device according to one or more of Claims 48 to 51, characterised by the fact that with the exception of the tank (803) all components of the fuel injection system are arranged in the engine compartment (815).
- Device according to one or more of Claims 1 to 52, characterised by a circuit for driving the rotor excitation coil (9, 600) which is connected to a power transistor (601) which via a measuring resistor (602) is grounded, whereby a comparator (603) is connected with its output onto the control input of the transistor (601), e.g. to the transistor base, and whereby a current setpoint is applied to the noninverting input of the comparator (603), this setpoint being obtained from e.g. a microcomputer and whereby the inverting input of the comparator (603) is connected to the side of the measuring resistor connected with the transistor (601).
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