EP1084343A1 - Pumping device - Google Patents

Pumping device

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EP1084343A1
EP1084343A1 EP99927875A EP99927875A EP1084343A1 EP 1084343 A1 EP1084343 A1 EP 1084343A1 EP 99927875 A EP99927875 A EP 99927875A EP 99927875 A EP99927875 A EP 99927875A EP 1084343 A1 EP1084343 A1 EP 1084343A1
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EP
European Patent Office
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piston
pressure
pump device
metering
chamber
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Withdrawn
Application number
EP99927875A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Dr. Heimberg
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Individual
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Publication date
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Priority claimed from EP98110176A external-priority patent/EP0962648A1/en
Priority claimed from DE29811215U external-priority patent/DE29811215U1/en
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Publication of EP1084343A1 publication Critical patent/EP1084343A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M59/22Varying quantity or timing by adjusting cylinder-head space
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    • F04B17/03Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
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    • F04B17/042Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the solenoid motor being separated from the fluid flow
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    • F04B2205/06Pressure in a (hydraulic) circuit
    • F04B2205/063Pressure in a (hydraulic) circuit in a reservoir linked to the pump outlet

Definitions

  • the invention relates to a pump device for conveying liquids.
  • the pump device according to the invention is intended e.g. be suitable for supplying liquids to chemoreactors.
  • Chemical or biochemical reactions are carried out in chemoreactors. Two or more reactants can be brought together and / or exposed to certain physical conditions (temperature, pressure, etc.) so that a chemical or biochemical reaction takes place.
  • a successful reaction it is a prerequisite that the reactants are fed to the chemoreactor in precisely metered amounts.
  • the reaction partner (s) may also be necessary for the reaction partner (s) to be fed continuously at considerable throughputs.
  • Centrifugal pumps which convey a fluid by means of a continuously rotating impeller are usually used for such applications.
  • perestal pumps are used for the precise supply of fluids. However, these perestal pumps are only suitable for pumping very small quantities.
  • Pump devices which are completely different in construction and application from centrifugal pumps and perestal pumps are injection devices for supplying fuel to a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the requirements for a conventional injection device are completely different from the requirements for a perestal pump.
  • a much higher pressure must be generated with injectors.
  • Injection devices if they are not operated with a separately controllable injection valve, have to build up or reduce the pressure at a point in time which is set to a few fractions of a second and they have to withstand much greater mechanical loads.
  • Perestal pumps on the other hand, can be dosed extremely precisely.
  • the invention has for its object to provide a pump device with which a fluid can be conveyed very precisely with considerable throughputs.
  • Another object of the present invention is to provide a pump device which has both as an injection device for internal combustion engines and a meterability comparable to that of perestal pumps.
  • the pump device has a pump device and a metering device.
  • the pump device is designed as a reciprocating piston pump. It has a stop element which limits the delivery stroke of the reciprocating piston in the delivery direction.
  • the metering device is driven electrically and independently of the pump device.
  • the piston is displaced between two pumping processes by the metering device by a predetermined variable storage stroke in the opposite direction to the conveying direction, a predetermined amount of fluid being stored.
  • the reciprocating piston is held in this retracted position until it is actuated in the conveying direction.
  • the reciprocating piston displaces the amount of fluid previously sucked in.
  • a precisely defined delivery stroke is carried out and the exact amount of fluid sucked or stored by the stroke of the lifting piston, e.g. fed to a reaction chamber of a chemoreactor.
  • the dosing device Since the dosing device is driven electrically and independently of the pump device, it can set the amount of fluid to be conveyed exactly, since the corresponding electrical control signals can be applied to the dosing device by an electrical control device with any desired accuracy.
  • the amount of fluid to be delivered is determined solely by the precisely definable stroke of the reciprocating piston, which is thus indirectly electrically controlled via the metering device.
  • the pump device according to the invention is also suitable as an injection device for supplying fuel to the combustion chamber of an internal combustion engine. It can be used to build up the necessary pressure with the required time precision and it has the required mechanical strength for use on an internal combustion engine.
  • a preferred embodiment of the pump device according to the invention a
  • Delay device which delays the pressure build-up of the pump device.
  • the pressure pulses have flanking rising and falling edges, as a result of which the entire pressure pulse widens at a lower maximum pressure.
  • the pauses between the pressure pulses are correspondingly reduced, which is advantageous for the supply of fluids to chemoreactors, since the chemical or biochemical reactions taking place in the reactors can be interrupted or at least considerably inhibited if the pauses are too long, thereby reducing the efficiency of the Chemoreactor is affected.
  • these pauses are significantly reduced with a delay device.
  • the pressures generated in fuel injectors are generally much greater than in chemoreactors.
  • Such fuel injection devices have a non-positively driven piston which is freely movable in the conveying direction, as is the case with e.g. If electromagnetically driven fuel injection devices are the case, the delayed opening behavior of the injection valve leads to losses in energy transmission, i.e. the non-positively driven piston is braked considerably before the injection valve is fully opened.
  • FIG. 18 shows the pressure profile of a conventional injection device having a reciprocating piston pump as the delivery element, which operates in particular according to the solid-state energy storage principle.
  • the pressure at the injection nozzle suddenly rises to the maximum pressure P max at a point in time ti. Due to pressure reflections at the injection nozzle, the injection pressure is not constant, but can fluctuate considerably. In particular, pressure troughs often occur (in FIG. 18 at t 2 ), which lead to a significant deterioration in the injection behavior and in particular in the droplet quality. In these pressure valleys, the pressure can drop below the nozzle opening pressure of the injection nozzle, so that there can be brief interruptions in the injection process. This can lead to considerable impairments in the ignition and combustion behavior in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the injection pressure gradually decreases due to the continuously slowing delivery piston, so that the initially good atomizing effect (at P ma ⁇ ) decreases.
  • These undefined pressure states at the end of the injection pulse are additionally superimposed by a bouncing of the nozzle needle, as a result of which both the droplet size and the amount of fuel become uncontrollable.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the pump device according to the invention in
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the pump device according to the invention in
  • FIG. 3 a diagram showing the pressure curve in a conventional reciprocating piston pump and the pressure curve in the pump device from FIG. 2,
  • Fig. 4 shows a third embodiment of the pump device according to the invention in
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of the pump device according to the invention in
  • FIG. 6 shows a pump-nozzle system with a fifth embodiment of the pump device according to the invention in cross-section
  • Fig. 7 shows a pump-nozzle system with a sixth embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, in which the metering device and the pump device in a line 8 shows a pump-nozzle system with a seventh exemplary embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, in which the metering device and the pump device are arranged in a line, and a delay device is provided
  • FIG. 9 shows a pump-nozzle system with an eighth embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, in which the metering device and the pump device are arranged in a line
  • FIG. 9 shows a pump-nozzle system with an eighth embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, in which the metering device and the pump device are arranged in a line
  • FIG. 9 shows a pump-nozzle system with an eighth embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, in which the
  • FIG. 10 shows a pump-nozzle system with a ninth embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, with a pneumatically operated pumping device 11, a pump-nozzle system with a tenth exemplary embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, in which the metering device and the pump device are arranged in a line, the pump device being actuated pneumatically,
  • FIG. 12 a diagram showing the pressure curve shows in a combustion chamber and in which the areas are marked to which gas under pressure is used
  • Actuation of a pneumatic injection device according to the invention can be deducted, 13a a dosing device with a very small clearance in cross section,
  • FIG. 13b shows a valve disk used in the metering device shown in FIG. 13a
  • FIG. 14 shows an eleventh embodiment of a pump device according to the invention in cross section
  • FIG. 15 shows a twelfth exemplary embodiment of a pump device according to the invention in cross section
  • FIG. 16 shows a thirteenth exemplary embodiment of a pump device according to the invention in cross section
  • FIG. 17 shows a fourteenth exemplary embodiment of a pump device according to the invention in cross section
  • FIG. 1 schematically shows a pump system with a first exemplary embodiment of a pump device 1 according to the invention.
  • the pump device 1 is connected to a connection part 3 via a pressure line 2.
  • the connecting part 3 is arranged on a reaction chamber (not shown) of a chemoreactor for supplying a fluid.
  • the pump device 1 has a pump device 4 and a metering device 5.
  • the pump device 4 is an electromagnetically operated reciprocating piston pump with a two-part reciprocating piston consisting of an actuating piston 6 and a storage piston 7.
  • the actuating piston 6 is an armature of an electromagnet 8 and is mounted in a cylindrical armature space 9 which is delimited by a first tube section 10 of a housing body 11. On the outside, the tubular electromagnet 8 is seated on the first tube section 10.
  • the pipe section 10 and the electromagnet 8 are encompassed by a pump housing 12, which also closes the rear end of the pipe section 10 in the conveying direction 13 with a cover section 14.
  • a stop element 15 for example made of an elastomer material, thermosetting material or brass, for the actuating piston 8.
  • the actuating piston 6 is formed from a cylindrical body which bears on the inner surface of the first tube section 10. Longitudinal grooves can be introduced on the lateral surface of the actuating piston 6, so that when the actuating piston 6 moves in the conveying direction 13 or counter to the conveying direction 13, a fluid located in the armature space can flow past the actuating piston 6 and does not inhibit its movement.
  • the armature space 9 is preferably sealed off from the areas carrying fluid and free of fluid. In such an embodiment, no longitudinal grooves are to be provided on the anchor body.
  • the housing body 11 forms a passage, which is thinner than the inner diameter of the armature chamber 9 and is delimited by an annular web 16, in which a stop bush 17 is inserted.
  • the stop bush 17 protrudes from the ring web 16 into the armature space 9 and forms a stop edge 18 with its end edge pointing opposite to the conveying direction 13.
  • the storage piston 7 is displaceably mounted in the stop bush 17.
  • the storage piston 7 has, at its end pointing opposite to the conveying direction 13, a stop disk 19 which overlaps the stop edge 18 of the stop bush 17.
  • the diameter of the stop disk 19 is smaller than the inner diameter of the armature space 9.
  • a spring 20 is arranged between the actuating piston 6 and the stop element 15 rearward in the conveying direction 13.
  • the spring 20 acts on the actuating piston 6 together with the storage piston 7 in the conveying direction 13, that is to say in the direction of the pressure chamber 21.
  • the actuating piston 6 and the accumulator piston 7 are moved together in the first pipe section 10. Therefore, they can also be made in one piece.
  • a pressure chamber 21 arranged upstream of the pump device 4 in the conveying direction 13 is formed in the housing body 11.
  • the pressure chamber 21 has a connection opening 22 for connecting the pressure line 2 leading to the connection part 3 and also an opening 23 leading to the metering device 5.
  • a standing pressure valve 24 is used, which only opens the connection opening from a certain passage pressure within the pressure chamber 21.
  • an overflow valve 25 which is a check valve opening in the direction of the pressure chamber 21.
  • the pressure chamber 21 extends into the inner region of the stop bushing 17, so that it relates to the pump device 4 is limited by the inner wall of the stop sleeve 17 and the front end face of the accumulator piston 7 in the conveying direction 13.
  • the metering device 5 is formed on the same housing body 11 as the pump device 4 and has a second tube section 26 which extends transversely to the conveying direction 13 of the pump device 4, namely in the pumping direction 27.
  • the guide pin 30 is supported with its two ends in a guide bushing 31, 32 inserted in a fixed manner in the second tube section.
  • An inwardly projecting annular web 33 is formed on the area of the metering device 5 which is at the front in the pumping direction.
  • a metering spring 34 is inserted between the ring web 33 and the front end face of the armature body 29 and presses the metering piston 28 in the direction of the rear guide bush 32.
  • an electromagnet 35 is arranged around the second pipe section 26 to actuate the metering piston 28.
  • the electromagnet 35 and the second tube section 26 are surrounded by a metering device housing 36, which also closes the rear end of the metering device 5 in the pumping direction 27 with a cover section 37.
  • a fluid supply line 38 opens into the second pipe section 26.
  • a check valve 39 is arranged, which prevents backflow into the fluid supply line 38.
  • first pipe section 10 and the second pipe section 26 of the housing body 11 are arranged at right angles to one another.
  • This arrangement is compact and therefore convenient, but it is not necessary.
  • the two pipe sections can be arranged at any other angle to one another; e.g. it is also possible that the pump device 4 and the metering device 5 are arranged diametrically opposite to the pressure chamber 21.
  • metering device 5 In the embodiment shown in FIG. 1, only one metering device 5 is provided. However, two or more metering devices can also be provided, each opening to the pressure chamber 21.
  • the dosing devices are, for example, star-shaped in one to the drawing plane of Fig. 1 perpendicular to the pressure chamber 21 is arranged.
  • the metering piston 28 is in its initial state in which it is pressed by the metering spring 34 away from the pressure chamber 21 against the rear guide bush 32.
  • the pump device assumes this initial state after a completed pumping process.
  • one or more metering processes are carried out, in which the metering piston 28 of the metering device 5 is actuated by the electromagnet 35, so that it in each case conveys fluid into the pressure chamber 21.
  • the delivery pressure is lower than the passage pressure of the auxiliary pressure valve 24, so that the fluid cannot flow into the pressure line 2 leading to the injection valve 3.
  • the fluid fed into the pressure chamber 21 pushes the accumulator piston 7 by an exactly definable, variable accumulator stroke into the armature space 9 of the pump device 4 against the action of the accumulator piston spring 20.
  • the overflow valve 25 prevents the fluid from flowing back into the metering device 5 21 located fluid and the storage piston spring 20 acting on the delivery piston 7 is held in position after the dosing process of the delivery piston 7, so that a predetermined amount of fluid is stored in the pressure chamber 21.
  • the storage stroke can be carried out by one or more metering processes, that is to say that the metering piston 28 carries out one or more delivery strokes in order to convey the fluid for displacing the storage piston 7 into the pressure chamber 21. If a storage stroke is carried out with several dosing processes, a small dosing device 5 can be used in order to generate a nevertheless considerable storage stroke. This allows miniaturization of the entire pump device. After the metering process, the magnet 35 of the metering device 5 is switched off and the metering piston 28 is pressed into its initial state by the metering spring 34, as a result of which fluid is sucked out of the fluid supply line 38.
  • the actuating piston 6 is moved in the conveying direction 13 by the electromagnet 8 of the pump device.
  • the actuating piston 6 actuates the accumulator piston 7 and moves it in the conveying direction 13.
  • the storage piston 7 displaces the fluid located in the stop bush 17 in the region of its delivery stroke when it moves in the delivery direction 13.
  • the fluid is thus fed through the standing pressure valve 24, the pressure line 2 and the connecting part 3 to the reaction chamber of a chemoreactor.
  • the amount of fluid to be displaced by the delivery piston 7 or the amount of fluid supplied to the reaction chamber is precisely defined.
  • the amount of fluid to be injected is thus determined by the storage stroke that can be adjusted by means of the metering device.
  • the accumulator stroke of the accumulator piston 7 is not subject to any signs of aging, so that long-term stable metering of the pump quantity is ensured.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the pump device according to the invention. It has essentially the same structure as the first embodiment, which is why the same parts are denoted by the same reference numerals and a detailed description can be omitted.
  • the second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment in that the actuating piston 6 is designed as a hollow body with a cylindrical jacket wall 6a, a bottom wall 6b rearward in the conveying direction 13 and an annular web 6c projecting inward at the front end region in the conveying direction 13.
  • the hollow actuating piston 6 thus delimits a displacement space 40.
  • the storage piston 7 engages in the displacement space 40, the storage piston 7 consisting of an elongated, cylindrical base body 7a and a disk-shaped, radially outwardly projecting guide part 7b in the conveying direction 13.
  • the guide part 7b engages behind the inwardly projecting projection 6c of the actuating piston 6, the guide part abutting the inner surface of the jacket wall 6a.
  • the storage piston 7 is thus slidably mounted in the actuating piston 6 with its guide part 7b.
  • a coupling spring 41 is inserted between the guide part 7b of the accumulator piston 7 and the bottom wall 6b of the actuating piston 6.
  • the actuating piston 6 and the accumulator piston 7 thus form a spring-coupled system.
  • This spring-coupled system forms a delay device, the function of which is explained below.
  • the jacket wall 6a of the actuating piston 6 has a longitudinal slot extending in the axial direction, so that fluid penetrating into the displacement space 40 can flow in or against the conveying direction 13 and neither the relative movement between the actuating piston 6 and the metering piston 9, nor the displacement movement of the actuating piston 6 hindered in the pumping device 4.
  • the mode of operation of the second exemplary embodiment essentially corresponds to that of the first exemplary embodiment, the pressure build-up being delayed due to the special design of the reciprocating piston as a spring-coupled system.
  • This time extension of the pressure pulse II is achieved by buffering the energy introduced into the actuating piston 6 by means of the electromagnet 8 in the coupling spring 41, which energy is delivered to the accumulator piston 7 after the actuation stroke of the actuating piston 6 has been completed.
  • the duration of an individual pressure pulse II can be extended, the frequency and the duration of the current pulses fed into the electromagnet 8 remaining unchanged.
  • the pressure / pause ratio over time is considerably higher than in the case of a reciprocating piston pump which does not have a spring-coupled reciprocating piston. This is particularly advantageous if the chemical reactions taking place in the chemoreactor are sensitive to strong pressure fluctuations and pressure pauses.
  • the coupling spring 41 is inserted with a prestress, the spring hardness and the prestress being set such that the storage piston 7 does not strike the bottom wall 6b. This means that the spring force generated by the coupling spring 41 in the compressed state is greater than the counterforce exerted on the accumulator piston 7 by the maximum pressure of the pressure pulses II.
  • the pump device thus combines the advantages of high metering accuracy with those of low pulsation. It is therefore particularly well suited for the supply of media to chemoreactors.
  • a plurality of metering devices 5 can be connected to a common pressure chamber 21. If the metering devices 5 are operated in the same cycle, the fluids supplied by the individual metering devices 5 are mixed directly in the pressure chamber 21 and fed to the chemoreactor.
  • the pump device according to the invention thus takes on a mixing function, the fluids being mixed and immediately be fed to the chemoreactor after mixing. This is ideal for fast-paced
  • the metering devices 5 can also be operated alternately, with a single metering device in each case supplying a specific fluid to the pump device during a work cycle, which pump device conveys the fluid to the chemoreactor. Another fluid is supplied from another metering device during the next work cycle. In this method, the fluids are fed to the chemoreactor in succession, alternately by a pump device. The complete mixing then takes place only in the reaction chamber of the chemoreactor.
  • the quantity ratio of the fluids to be mixed can be adjusted by the frequency and the stroke with which the metering piston 28 is actuated.
  • the cross section of the metering devices can be selected according to the expected fluid quantities.
  • several metering devices 5 can be provided, which may also convey the same fluid.
  • Fig. 4 shows a third embodiment of a pump device according to the invention, which corresponds essentially to the first embodiment. The same parts are therefore provided with the same reference numerals.
  • a passage 43 leading to a delay chamber 42 opens onto the pressure chamber 21.
  • the delay chamber 42 is designed like a blind hole with a jacket wall 44 and a bottom wall 45 and has a hollow cylindrical shape.
  • a delay piston 46 is slidably mounted, which is flush with the jacket wall 44 of the delay chamber 42.
  • a recess for receiving a compression spring 47 is made in the bottom wall 45, which is inserted with a prestress between the delay piston 46 and the recess made in the bottom wall 45.
  • Pressure chamber 21 and consequently delayed in the pressure line 2, so that the pressure does not increase abruptly, but rather increases gradually.
  • the pressure peaks are “cushioned”, as in the second exemplary embodiment.
  • the pretensioning force is preferably set as low as possible so that the deceleration of the pressure rise begins as early as possible.
  • the spring hardness is expediently chosen such that after the delay piston 46 has been completely lifted in the delay chamber 42, the force exerted by the compression spring 47 is slightly greater than the pressure force exerted on the delay piston 46 by the maximum pressure of the pressure pulses II.
  • FIG. 5 A fourth exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 5, which has two metering devices 5, 5 ' and a pump device 4.
  • the metering devices 5, 5 ' are identical to those in the first and second exemplary embodiments, which is why a new description can be omitted.
  • the pump device 4 is a double-acting pump device with an actuating piston 6 and two storage pistons 17, 17 ' .
  • the actuating piston 6 is slidably supported in a cylindrical armature space 9, which is delimited by a first tube section 10 of a housing body 11.
  • the two electromagnets 8, 8 ' are arranged symmetrically about a plane of symmetry 48, which is arranged perpendicular to the longitudinal direction of the first pipe section 10 and intersects it at its longitudinal center.
  • the electromagnets 8, 8 ' are in turn surrounded by a pump housing 12. Adjacent to the electromagnets 8, 8 ' , magnetic air gaps are formed in the first tube section 10, ie the tube section 10 has annular interruptions in which ring elements 49 made of magnetic non-conductive material are arranged.
  • the housing body 11 forms one that is thinner than the inner diameter of the armature space 9 an annular web 16 or 16 ' limited passage, in each of which a stop bush 17,
  • stop bushings 17, 17 ' are used.
  • the stop bushings 17, 17 ' project from the annular rib 16, 16' in the armature space 9, and form with their counter to the conveying direction 13 and 13 'facing end edge a stop edge 18 or 18'.
  • the storage pistons 7, 7 ' are each slidably supported in the stop bushings 17, 17 ' .
  • the storage pistons 7, 7 ' each have, at their ends pointing opposite to the conveying directions 13 and 13 ', a stop disc 19, 19 'which overlaps the stop edges 18, 18 ' of the stop bushes 17, 17 ' .
  • the actuating piston 6 is a cylindrical body, which lies with its outer surface against the inner wall of the first tube section.
  • the actuating piston 6 preferably has longitudinal grooves on its lateral surface, which a fluid filling the armature space 9 can flow past.
  • Centering springs 50, 50 ' are inserted between the end faces of the actuating piston 6 and the ring webs 16, 16 ' .
  • the centering springs 50, 50 ' are of identical design, that is to say that they have the same length and spring hardness.
  • the centering springs 50, 50 ' hold the actuating piston 6 symmetrically about the longitudinal center of the first tube section 10 or symmetrically about the plane of symmetry 48.
  • the metering devices 5, 5 ' convey fluids, as in the exemplary embodiments described above, into the pressure chambers 21, 21 ' so that the storage pistons 7, 7 ' carry out a corresponding storage stroke.
  • the actuating piston 6, which is an anchor to the two magnets 8, 8 ' , is pulled into the magnet 8 in the first conveying direction 13.
  • the actuating piston 6 strikes the first accumulator piston 7 so that it executes a delivery stroke and displaces the fluid from the first pressure chamber 21.
  • the first centering spring 50 compressed during the delivery stroke, moves the actuating piston 6 back into its starting position after the current switching of the magnet 8 has ended.
  • the second magnet 8 ' is energized simultaneously with this return movement of the actuating piston 6, so that the actuating piston 6 strikes the second accumulator piston 7' and displaces it in the second conveying direction 13 '. pushes.
  • the actuating piston 6 is moved back into its starting position by the second centering spring 50'. A further delivery stroke on the first accumulator piston 7 can follow this return movement.
  • This pump device is preferably operated such that is supplied during the delivery stroke of one of the two accumulator piston 7, 7 'at the opposite accumulator piston 7, 7' of the corresponding metering fluid. Because one of the accumulator pistons is “loaded” while the other accumulator piston is carrying out a delivery stroke, the actuating piston 6 can be moved back and forth between the two accumulator pistons without interruption and execute a large number of conveying pulses in rapid succession.
  • centering springs 50, 50 ' between the actuating piston 6 and the storage pistons 7, 7', so that the storage pistons 7, 7 'are pushed into the stop bushes 17, 17' by the centering springs would.
  • a centering of the actuating piston 6 in the first pipe section 10 is expedient, but is not necessary if the pump device is to be operated with continuously oscillating actuating pistons, since the actuating piston 6 then does not remain in the central starting position defined by the centering springs. If the magnets 8, 8 'are sufficiently dimensioned, the actuating piston 6 can also be springs from one position against a storage piston towards the other
  • the centering springs can also be omitted here.
  • the pump device according to the invention is described above with reference to a pump system in which the fluid is supplied to the reaction chamber by means of a connecting part.
  • This connector can e.g. a pressure valve or any other connection element to introduce the fluid into the reaction chamber.
  • the exemplary embodiments described above are intended for supplying one or more fluids to a chemoreactor.
  • the pump device according to the invention can also be used to supply fluid to other devices.
  • the pump devices can thus be used to supply fuel to a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the connection part 3 is an injection nozzle 3 which is arranged directly adjacent to the combustion chamber.
  • pump devices which are designed as injection devices for internal combustion engines. They can also be used to supply liquids to chemoreactors.
  • FIG. 6 schematically shows an injection device according to a fifth exemplary embodiment of a pump device 1 according to the invention.
  • This injection device is a pump-nozzle system with a pump device according to the invention, the pressure line of which is connected to an injection nozzle 3.
  • This fifth embodiment corresponds essentially to the first embodiment.
  • the same parts are labeled with the same reference numerals.
  • the actuating piston 6 shown in FIG. 6 is formed in two parts from an armature body 52 and a guide tube or guide pin 55. It can also be formed in one piece and it is also possible to provide an anchor that is only guided through the pipe section 10 without a guide pin.
  • Longitudinal grooves are made in the lateral surface of the armature body 52 and the guide pin 55 is hollow, for example, if the armature space is flooded with fuel, so that when the actuating piston 6 moves in the conveying direction 13 or counter to the conveying direction 13, a fuel located in the armature space on the actuating piston 6 can flow past and its movement not inhibit.
  • the armature space 9 is preferably sealed off from the areas carrying fuel and is free of fuel. In such an embodiment, no longitudinal grooves are to be provided on the anchor body.
  • An armature spring 50 is inserted between the annular web 16 of the housing body 11 and the end face of the actuating piston 6 pointing in the conveying direction 13.
  • a storage piston spring 51 is inserted between the stop disk 19 and the end face of the actuating piston 6 pointing in the conveying direction 13. On this end face, a recess 53 is made, in which the storage piston spring 51 sits and in which the storage piston spring 51 is received when the same is compressed.
  • the storage piston spring 51 is surrounded by an annular web 54 on the stop disk 19.
  • a metering device 5 and a pump device 4 decouples the metering of the fuel quantity from the generation of the fuel injection pressure.
  • the acceleration path of the actuating piston 6 is smaller with larger quantities of fuel to be injected than with smaller quantities of fuel.
  • the length of the acceleration path is greater than with large amounts of fuel, as a result of which the kinetic energy stored by the actuating piston is greater than with large amounts of fuel.
  • smaller amounts of fuel are injected with higher pressure than larger amounts of fuel.
  • small amounts of fuel are atomized very finely and braked in the combustion chamber directly in the area behind the nozzle.
  • FIG. 7 A sixth exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention is shown in FIG. 7.
  • the pump device 4 and the metering device 5 are arranged along a line.
  • This fuel injection device has an essentially tubular housing body 1 1, which consists of a first pipe section 10 and a second pipe section 26, which are arranged coaxially with one another, a transverse plate 57 being formed between the first and the second pipe sections 11, 26.
  • the pump device 4 is formed in the area of the first pipe section 10 and in the area of the second pipe section 26 the metering device 5 is formed adjacent to the transverse plate 57 and subsequently the pressure chamber 21 in the conveying direction 13.
  • the pump device 4 has an actuating piston 6 which is mounted in an armature space 9 and which consists of a tubular armature body 52 and an armature pin 55 which penetrates the armature body 52 in the longitudinal direction and which projects on both end faces of the armature body 52.
  • the armature space 9 is delimited by the first tube section 10 of the housing body 11.
  • An electromagnet 8 sits on the lateral surface of the first pipe section 10.
  • the pipe section 11 and the electromagnet 8 are encompassed by a pump housing 12, which also closes the rear end of the pipe section 10 in the conveying direction 13 with a cover section 14.
  • the transverse plate 57 Arranged at the front end of the pipe section 10 in the conveying direction 13 is the transverse plate 57 which is formed in one piece with the first pipe section 10 and in the middle of which a passage is made. A guide bushing 56 is seated in this passage. At the rear end of the armature space 9 there is a further guide bushing or stop bushing 15. The armature pin 55 of the actuating piston 6 is displaceably mounted in the two guide bushings 15, 56. An armature spring 50 is inserted between the end face of the armature body 52 pointing forward in the conveying direction 13 and the transverse plate 57, which acts on the actuating piston 6 with a force counter to the conveying direction 13.
  • the metering device 5 arranged on the second pipe section 26 has a metering piston 28, which consists of a tubular armature body 29 and a guide pin 30 projecting on its two end faces.
  • the guide pin 30 is supported with its two ends in the guide bushing 56 inserted in the cross plate or in a stop bushing 17.
  • the stop bushing 17 is inserted in a passage which is delimited by an annular web 16 projecting inwards on the second tube section 26.
  • a bushing 56 is inserted into the guide bushing 56, which acts on the metering piston 28 with a force in the conveying direction 13 and presses it against the stop bushing 17.
  • a further magnet 35 for actuating the metering piston 28 is arranged on the outside on the second pipe section 26, which is enclosed by a cylindrical metering device housing 36.
  • the pressure chamber 21 arranged upstream of the metering device 5 in the conveying direction 13 is laterally delimited by the second pipe section 26.
  • This pipe section 26 delimiting the pressure chamber 21 is provided in the conveying direction 13 at the front with a connection opening 22 for connecting the high-pressure line 2 leading to the injection nozzle 3.
  • a standing pressure valve 24 is used in the connection opening, which only opens from a certain passage pressure within the pressure chamber 21 and releases the connection to the injection valve 3.
  • a fuel supply 58 opens into the pressure chamber 21 between the auxiliary pressure valve 24 and the metering piston 28.
  • a check valve 39 is arranged in the fuel supply 58, which prevents a backflow into a fuel supply line 38 connected to the fuel supply 58.
  • the magnet 35 of the metering device 5 is energized so that the metering piston 28 executes a storage stroke counter to the conveying direction 13 and sucks fuel out of the fuel supply line 38.
  • the fuel in the area of the stop bushing 17 cannot escape due to the stationary pressure valve 24 and the check valve 38 and blocks a return movement of the metering piston 28.
  • the magnet 35 is de-energized, the metering piston 28 remaining in the position of the storage stroke , since on the one hand its return movement is blocked and on the other hand the metering spring 34 acts on the metering piston 28 in the conveying direction 13.
  • the metering piston 28 acts as a storage piston, since it stores a predetermined amount of fuel in the pressure chamber 21.
  • the magnet 8 of the pump device 4 is energized so that the actuating piston 6 is moved in the conveying direction, wherein it stores kinetic energy during an acceleration phase.
  • the operator Cleaning piston 6 on the metering piston 28 and transfers its kinetic energy to this.
  • the metering piston 28 is pressed into the stop bushing 17 until it strikes the front end face of the armature body 29 on the stop edge 18 of the stop bushing 17 and is stopped.
  • the delivery stroke thus corresponds to the storage stroke and the amount of fuel displaced by the metering piston 28 corresponds to the amount of fuel drawn in and stored during the metering process.
  • the amount of fuel displaced by the metering piston is conveyed into the high-pressure line 2 and is injected into the combustion chamber by means of the injector 3, the amount of fuel injected is measured precisely by the metering process and is independent of parameters which change over time, such as the opening pressure and flow resistance of the injector .
  • FIG. 8 shows a seventh exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention. It has essentially the same structure as the sixth embodiment, which is why the same parts are given the same reference numerals and a detailed description can be omitted.
  • a passage 43 leading to a delay chamber 42 opens out at the pressure chamber 21.
  • the delay chamber 42 is designed like a blind hole with a jacket wall 44 and a bottom wall 45 and has a hollow cylindrical shape.
  • a delay piston 46 is slidably mounted, which is flush with the jacket wall 44 of the delay chamber 42.
  • a recess for receiving a compression spring 47 is made in the bottom wall 45, which is inserted with prestress between the delay piston 46 and the recess made in the bottom wall 45.
  • this seventh exemplary embodiment corresponds to that of the sixth exemplary embodiment in the metering process, the pressure build-up being delayed in the injection process as in the second and third exemplary embodiments.
  • the actuating piston 6 is accelerated in the conveying direction 13 by the magnet 8, wherein it stores kinetic energy during an acceleration phase.
  • the actuating piston 6 hits the metering piston 28 and transmits its kinetic energy to it, as a result of which fuel is displaced from the pressure chamber 21 to the injection nozzle 3. Is set by the bias of the compression spring 47 in the delay chamber 42
  • Delay pressure P v reached in the pressure chamber 21 fuel escapes into the delay chamber 42, the delay piston 46 being inserted into the delay chamber 42.
  • the pressure build-up in the pressure chamber 21 and consequently in the high-pressure line 2 is delayed, so that the pressure does not increase suddenly, but rather increases gradually.
  • the deceleration process ends when the deceleration piston 46 strikes the bottom wall 45.
  • the delay time is determined by the spring hardness of the spring 47 and the stroke of the delay piston 46.
  • the spring hardness of the compression spring 47 is selected so that the deceleration process lasts at least during the opening phase of the injection valve.
  • the spring hardness of the compression spring 47 and the stroke of the delay piston 46 are preferably chosen so that the delay piston 46 strikes the bottom wall 45 at a final pressure P En de of 1.5P Du to 3P DuS e.
  • the process of building up pressure in the fuel in the pressure chamber 21 and the high-pressure line 2 can be divided into three phases:
  • the deceleration phase begins, during which the further pressure build-up is delayed.
  • the injection valve opens, the opening process not taking place suddenly, but continuously over a certain period of time. Since the pressure build-up is delayed during the opening process of the injection valve, it is achieved that a smaller proportion of pressure energy is reflected at the only partially opened injection nozzle, which slows down the movement of the metering piston during the subsequent reflection and would lead to pressure fluctuations during the injection process.
  • the spring hardness of the compression spring 47 and the stroke of the delay piston 46 is selected, for example, so that the deceleration process is completed immediately after the injection valve is fully opened, so that the further pressure rise takes place again at the maximum rate of increase.
  • This delay device delays the build-up of pressure during the opening process of the injection nozzle, thereby preventing pressure waves from being reflected at the only partially opened injection nozzle and braking the movement of the metering piston. This results in better energy transmission and a more uniform pressure level during the injection process.
  • This delay device can be provided in all of the exemplary embodiments of the present application, it being arranged opening to the pressure chamber 21 or to the high-pressure line 2; however, an arrangement as close as possible to the metering piston is preferred.
  • the delay device can also be replaced with a e.g. between the actuating piston and the metering piston arranged spring or damping element that delays the energy transfer from the actuating piston to the metering piston.
  • FIG. 9 shows an eighth exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention. It has essentially the same structure as the sixth embodiment, which is why the same parts are denoted by the same reference numerals and a detailed description can be omitted.
  • the eighth exemplary embodiment differs from the seventh exemplary embodiment in that the actuating piston 6 bears directly against the metering piston 28 and in the pump device 4 only a single spring 20 is arranged between the actuating piston 6 and the guide bush 15 rearward in the conveying direction 13.
  • the spring 20 acts on the actuating piston 6 together with the metering piston 28 in the conveying direction 13, that is to say in the direction of the pressure chamber 21.
  • the actuating piston 6 and the metering piston 28 can be formed in one piece.
  • FIG. 10 A pump-nozzle system with a ninth exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention is shown in FIG. 10.
  • the structure of this fuel injection device corresponds essentially to that of the fifth
  • the pump device 4 is operated pneumatically. It has a pump housing 60.
  • a hollow cylindrical actuating piston chamber 62 is formed in the pump housing 60, in which an actuating piston 6 is slidably arranged.
  • the actuating piston 6 is a hollow cylindrical piston which is open on one end face and has a piston head 63 and a piston wall 64.
  • the piston wall 64 bears in a form-fitting manner against the inner wall of the actuating piston chamber 62.
  • An actuating piston spring 67 is inserted between the piston head 63 and the front end of the actuating piston chamber 62 in the conveying direction 13, which acts on the actuating piston 6 with a force in the conveying direction 13.
  • a storage bore 65 opening into this is coaxial with the actuating piston chamber 62.
  • the storage bore 65 is arranged in the conveying direction 13 in front of the actuating piston chamber 62 and has a smaller diameter than the actuating piston chamber 62, so that an annular step 66 is formed at the mouth area of the storage bore 65 with respect to the actuating piston chamber 62.
  • the actuating piston 6 is arranged with its piston head 63 pointing in the direction of the storage bore 65.
  • a massive, bolt-shaped storage disk 7 is stored in the storage bore 65.
  • control opening 68 which opens into the actuating piston chamber 62.
  • a control valve 70 is arranged at the control opening 68 and is connected to a combustion chamber via a pneumatic line.
  • the control valve 70 is a known electromagnetically operated pneumatic valve for opening and closing a passage.
  • This pneumatically operated pump device 4 is placed with the storage bore 65 opening outward on the pump housing 60 at an opening of the region delimiting the pressure chamber 21 in the rest of the housing body 11, so that the pressure chamber 21 extends into the inner region of the storage bore 65 and it relates to the Pump device 4 is delimited by the inner wall of the storage bore 65 and the front end face of the storage piston 6 in the conveying direction 13.
  • the mode of operation of the sixth exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention is explained below.
  • the fuel injection device is in the state shown in FIG. 10, that is to say that the actuating piston 6 is pressed by the actuating piston spring 67 against the ring stage 66 and the metering piston 28 in its initial state, in which it is released from the pressure chamber 21 by the metering spring 34 is pressed away against the rear guide bush 32.
  • control valve 70 briefly opens the control opening 68, as a result of which a gas pressure is formed between the ring stage 66 and the piston crown 63, which lifts the actuating piston 6 against the action of the actuating piston spring 67 from the ring stage 66.
  • the storage piston 7 is pressed into the storage bore 65 by this gas pressure, but due to the different cross sections, the force acting on the storage piston 7 is considerably less than the force acting on the actuating piston 6.
  • the metering process is only started after the pump device 4 has been pretensioned by means of the gas pressure.
  • the fuel stored in pressure chamber 21 cannot flow out because of the overflow valve 25, which is why the accumulator piston 7 is held in the position of the accumulator stroke and a precisely defined amount of fuel is stored.
  • FIG. 11 schematically shows a pump-nozzle system with a tenth exemplary embodiment of a pneumatically driven fuel injection device according to the invention.
  • This injection device has an essentially tubular housing body 11. At the rear end in the direction of injection 13, the housing body is closed with an end plate 71. At the front end region of the tubular housing body 11 in the injection direction 13, a connection opening 22 is provided for connecting the high-pressure line 2 leading to the injection nozzle 3.
  • a stop bushing 17 is provided adjacent to the connection opening 22 and is inserted in a passage delimited by an inwardly projecting ring web.
  • the metering piston 28 in turn has a tubular armature body 29 with a guide pin 30 protruding on its two end faces. With the region of the guide pin 30 pointing forward in the injection direction 13, the metering piston 28 is supported in the stop bushing 17.
  • a standing pressure valve 24 is arranged between the stop bushing 17 and the connection opening 22.
  • a fuel supply 58 opens into the pressure chamber 21 between the auxiliary pressure valve 24 and the metering piston 28.
  • a check valve 39 is arranged in the fuel supply 58, which prevents backflow into a fuel supply line 38 connected to the fuel supply 58.
  • the actuating piston 6 is located in the tubular housing 11 between the metering piston 28 and the end plate 71.
  • the actuating piston 6 has an approximately cup-shaped body with a jacket wall 72 and a bottom wall 73. With its jacket wall 72, the actuating piston 6 is positively supported in the tubular housing 11 and is arranged with its bottom wall 73 in the injection direction 13 to the rear.
  • the metering piston 28 In the cylindrical recess delimited by the cup-shaped actuating piston 6, the metering piston 28 is supported with its guide pin 30 projecting rearward in the injection direction 13.
  • a metering spring 34 is inserted between the bottom wall 73 and the metering piston 28.
  • the actuating piston 6 has a recess in which an actuating piston spring 67 sits, which is supported on the end plate 71 of the housing 11.
  • an electromagnet 8 enclosing the housing 11 is arranged on the rear region.
  • a pneumatic opening 74 is formed on the tubular housing 11 adjacent and in the injection direction 13 on the rear of the annular web 16.
  • a control valve 70 is attached to the housing 11, which can release and shut off a pneumatic connection between the pneumatic opening 74 and a compressed gas reservoir.
  • the control valve 70 is a known electromagnetically operated pneumatic valve for opening and closing a passage. Gas under pressure can thus be supplied into the space in which the metering piston 28 and the actuating piston 6 are located, the armature chamber 9.
  • the metering piston 28 has at least one longitudinal groove 75 in the jacket area of its armature body 29, through which a gas entering the armature chamber can be passed on to the area rearward from the metering piston 28.
  • the metering piston 28 is actuated by the magnet 8 counter to the injection direction 13, so that fuel is drawn in from the fuel supply and stored in the pressure chamber 21 in the area between the standing pressure valve 24 and the metering piston 28. Since the fuel cannot escape from the pressure chamber 21 because of the check valve 39, the metering piston 28 is fixed in its position.
  • the actuating piston 6 is prestressed by means of a gas under pressure.
  • the gas is supplied to the armature chamber via the pneumatic opening 74 and is introduced into the area between the metering piston 28 and the actuating piston 6 through the longitudinal groove 75 made in the metering piston 28, so that the actuating piston 6 presses backward against the actuating piston spring 67 due to the increased gas pressure and the actuating piston spring 67 is biased.
  • the metering piston remains in its position since it is acted upon both by the metering spring 34 and by the gas under pressure in the injection direction 13 and its movement in the injection direction 13 is blocked by the fuel in the pressure chamber 21.
  • the biasing of the actuating piston 6 can also take place before the actuation of the metering piston 28 by means of the magnet 8, but the sequence described above, in which the metering process is carried out first and then the biasing of the actuating piston, is preferred, since then the metering piston 28 only works against the actuating piston spring 67 during metering and does not also have to work against an increased gas pressure.
  • the combustion chamber of the internal combustion engine equipped with the PDS system according to the invention can be used as the gas pressure reservoir.
  • 12 shows the pressure profile during a work cycle in a combustion chamber.
  • the pressure gradually increases from atmospheric pressure to a compression pressure due to the compression generated by the piston movement.
  • ignition which is usually triggered shortly after reaching top dead center, the pressure suddenly rises to a multiple of the compression pressure and then drops sharply due to the piston movement, with the pressure in the combustion chamber except for after opening the exhaust valve Atmospheric pressure decreases.
  • gas can be drawn off at about the level of the compression pressure during the pressure drop (I in FIG. 12) and fed to the injection device for prestressing the actuating piston.
  • the gas flowing out when the injector is discharged is e.g. fed back to the combustion chamber (II in FIG. 12), the combustion chamber pressure at this point in time being lower than the storage pressure in the injection device.
  • the time of unloading the injection device is determined by the time of the injection process, so that it always coincides with the pressure increase in a single-cylinder engine.
  • the injector assigned to a specific cylinder can be controlled with the gas from another cylinder, so that the discharge process of the injector can coincide with the phase during which the atmospheric pressure prevails in the combustion chamber.
  • An additional valve can be provided in the pneumatic connecting line between the combustion chamber and the injection device, with which the gas can be discharged when the injection device is discharged into a room with a low, ie, for example, atmospheric pressure.
  • the crankcase can be used as a gas pressure reservoir in 2-stroke engines, in which the air contained therein is cyclically compressed due to the piston movement.
  • pneumatically operated injection devices are primarily intended for internal combustion engines that do not have their own electrical system, with which electrical energy is provided in sufficient capacity.
  • the main energy contribution namely the movement of the actuating piston, is carried out by means of pneumatically transmitted energy, whereas the control functions, which have only a low energy consumption but have to be carried out very precisely, are controlled electrically.
  • FIGS. 13a and 13b A preferred metering device is shown in FIGS. 13a and 13b.
  • This metering device 5 in turn has a tube section 26 which is enclosed by a magnet 35.
  • the tube section 26 and the magnet 35 are surrounded by a housing 36.
  • the piston body 30a is rod-shaped with a smaller diameter than the armature body 29 and is arranged coaxially in front of the armature body 29 in the conveying direction 76 of the metering device 5.
  • the front end of the piston body 30a is slidably mounted in a guide bush 31.
  • the piston body 30a has an annular web 77 projecting radially outward, a metering spring 34 being clamped between the annular web 77 and the guide bushing 31.
  • a Lekagerrohr 78 is inserted at the rear of the pipe section 26 in the conveying direction 76.
  • the Lekagerohr 78 extends through an opening in the housing 36 to the outside and forms with its front-facing end face a stop 79 for the metering piston 28.
  • the metering piston 28 is in its initial position, i.e. in the position displaced backwards due to the spring force of the metering spring 34, on the stop 79.
  • the guide bush 31 has at its front end in the conveying direction 76 a radially outwardly projecting annular disk 79.
  • the ring disk 79 is sealed on its rear side with a sealing ring against the pipe section 26 and has on the front side in the area the through opening has a flat, approximately spherical recess 80.
  • the recess 80 is preceded by a valve device 81.
  • the valve device 81 has a circular metal disk 82 which bears directly against the annular disk 79 of the pipe section 26 and a circular valve disk 83.
  • the metal disc is provided with an inlet hole 84 and an outlet hole 85.
  • the inlet hole 84, the outlet hole 85, the spherical recess 80 and the passage of the guide bush 31 which extends as far as the metering piston delimit a valve chamber 86.
  • the valve disk 83 is preferably a thin metal plate made of spring steel, which is preferably coated on both sides with rubber or plastic.
  • an inlet tongue 87 and an outlet tongue 88 are cut free with a narrow u-shaped cut.
  • the two disks 82, 83 are held by a housing cover 89 which is detachably attached to the housing 36 and has a circular recess in which the two disks 82, 83 are arranged.
  • a fuel supply channel 90 is formed in the housing cover 89 and opens into the area of the inlet tongue 87 on the valve disk 83.
  • a fuel feed nozzle 91 protrudes radially outward on the housing cover 89 and to which a fuel feed line can be connected.
  • a fuel outlet duct 92 is also introduced, which opens at the valve disk 83 with an opening 93 in the region of the outlet tongue 88.
  • the opening 94 of the fuel supply channel 90 opening at the inlet tongue 87 is so small that it can be completely covered by the inlet tongue 87. That is, the opening 94 is within the clearance of the inlet tongue (Fig. 13b).
  • the inlet opening 84 of the metal disk 82 is so large that it completely surrounds the inlet tongue 87. When the inlet tongue 87 is in the disk plane, it completely covers the fuel supply channel 90, so that the supply of fuel is interrupted. Since the inlet opening 84 of the metal disc 82 completely surrounds the tongue 87, the inlet tongue 87 can be bent into the inlet opening 84 so that it clears a passage between the fuel supply channel 90 and the valve chamber 86.
  • the inlet tongue 87 thus forms, with the openings 84 and 94, an inlet valve 95 designed as a check valve, which prevents a fuel flow from the valve chamber 86 into the fuel supply channel 90.
  • the outlet opening 85 of the metal disk 82 is so small that it lies within the cutout of the outlet tongue 88 (FIG. 13b), ie the outlet opening is so small that it can be completely covered by the outlet tongue 88. If the outlet tab 88 in the disc plane, it completely covers the outlet opening 85, so that the passage from the valve chamber 86 to the outlet channel 92 is interrupted.
  • the opening 93 of the outlet channel 92 is larger than the free cut of the outlet tongue 88, so that the outlet tongue 88 can be bent into the opening 93 and opens a passage between the valve chamber 86 and the outlet channel 92.
  • the outlet tongue 88 thus forms with the openings 85, 93 an outlet valve 96 designed as a check valve, which prevents fuel flow from the outlet channel 92 into the valve chamber 86.
  • the metering piston 28 When the metering piston 28 is actuated from its starting position by the magnet 35, ie the metering piston is moved in the conveying direction 76, it displaces fuel from the valve chamber 86 through the outlet valve 96 into the outlet channel 92. During the fuel displacement, the inlet valve 95 locks. During the return movement of the metering piston into its starting position, fuel is drawn in from the fuel supply channel 90 through the inlet valve 95. Here, the exhaust valve 96 blocks.
  • a very small valve chamber 86 is obtained by forming the two valve tongues 87, 88 on a single disk 83. This means that with this metering device 5, a pump device with an extremely small damage space was created. Large harmful spaces are disadvantageous in the case of pumping devices for conveying liquids, because if they are not completely filled with liquid, the pump stroke may only compress and relax an air column without liquid being pumped.
  • This special configuration of the metering device is not only advantageous in the case of injection devices, but can also be used in any other reciprocating piston pump device.
  • a delay device is provided (FIGS. 2, 4, 6, 8).
  • This delay device represents an independent inventive idea that can also be implemented in a pump device without a metering device. 14 to 17 such pump devices are shown. These pump devices are as Injectors designed. You can of course also fund other projects
  • Fluids especially liquids, can be used.
  • FIG. 14 schematically shows an eleventh embodiment of an injection device according to the invention in cross section. The same parts are provided with the same reference numerals as in the exemplary embodiments described above.
  • This injection device has an approximately tubular housing 11, which is closed at the rear end in the conveying direction 13 by a housing cover 14.
  • the front end in the conveying direction 13 forms a connection opening 22 for receiving a pressure line 2, which leads to an injection nozzle 3.
  • a tubular guide bush 15 is inserted at the rear end, in which an armature 6 is slidably mounted with a guide pin 55 formed on its rear end face.
  • the armature 6 has an essentially cylindrical base body 52 which bears with its outer wall against the inner wall of the tubular housing 11.
  • the guide socket 55 is attached to the rear end face of the base body 52.
  • a blind hole-like, approximately hollow cylindrical recess 100 is made on the front end side of the armature 6 in the conveying direction.
  • the guide area 101 is thus delimited both in the conveying direction 13 and counter to the conveying direction 13 by an annular edge 102, 103 in each case.
  • a conveying piston 104 is arranged upstream of the armature 6 in the conveying direction 13, and its rear end projects into the recess 100 of the armature 6.
  • the rear end of the delivery piston 104 forms a guide part 105 which has an outwardly projecting ring web 106 which engages in the guide region 101 of the armature 6.
  • the guide part 105 is displaceably mounted in the recess 100, the relative movement between the armature 6 and the delivery piston 104 being limited by the ring edges 102, 103, which serve as stops for the ring web 106 of the guide part 105.
  • the delivery piston 104 corresponds to the storage piston 7 of the second exemplary embodiment (FIG. 2).
  • a compression or coupling spring 41 is pre-tensioned. set, which presses the guide part 105 of the delivery piston 104 against the front ring edge 103.
  • the front end of the delivery piston 104 in the conveying direction 13 is supported in a guide bushing 17.
  • the guide bushing 17 is inserted into an annular web 16 projecting inwards from the inner wall of the tubular housing 11.
  • the annular web 16 delimits an anchor space 9 formed in the tubular housing 11 between it and the rear cover 14, in which the anchor 6 is arranged displaceably.
  • the guide bushing 17 protrudes a little towards the rear into the armature space 9 and has at its front end an outwardly projecting annular web 17a with which it engages behind the annular web 16 of the housing 3.
  • a return spring 50 is arranged between the ring web 16 of the housing and the armature 6 and presses the armature 6 against the conveying direction 13.
  • the return spring 50 is a very soft spring, which is used without or only with very little pretension, so that it only overcomes the frictional forces when the armature 6 is reset, but does not provide any appreciable resistance to the movement of the armature 6 in the conveying direction 13.
  • a fuel supply opening 107 is introduced, which extends radially inward from the outside through the housing 11 and the guide bushing 17.
  • a connecting piece 38 for connecting a fuel supply line (not shown) is formed on the fuel supply opening 107 on the housing 11.
  • a check valve 39 is arranged in the fuel supply opening 107 and blocks a fuel flow back into the fuel supply line.
  • a parking pressure valve 24 is arranged, which blocks the connection to the injection nozzle 3, provided that the pressure applied to the parking pressure valve 24 is less than a certain passage pressure P through .
  • the passage pressure is generally considerably lower than the opening pressure P DuSe of the injector 3 at which the injector 3 opens.
  • the area delimited by the check valve 39, the standing pressure valve 24 and the front face of the delivery piston 104 in the conveying direction forms a pressure chamber 21.
  • an electromagnet 8 for actuating the armature 6 is arranged on the outside of the housing 11.
  • the armature 6 rests with its rear end face on the guide bush 15 and the delivery piston 104 rests with its guide part 105 on the front ring edge 103 of the armature 6.
  • the armature 6 is driven by the electromagnet 8 in the conveying direction 13, the delivery piston 104 being first pressed by the armature 6 against the fuel located in the pressure chamber 21 and in the pressure line 2 without the relative position thereof changing (at a in FIG. 19 ).
  • the delivery piston 104 pressurizes the fuel, wherein when the passage pressure P is reached by the auxiliary pressure valve 24, the auxiliary pressure valve 24 opens and releases the connection to the injector 3.
  • the injector 3 opens and fuel is injected from the injector 3 into the combustion chamber (not shown).
  • the delivery piston 104 is pushed from a certain pressure in the pressure chamber 21 or in the high-pressure line 2, which is referred to below as the deceleration pressure P, into the recess 100 against the spring action of the compression spring 41, whereby the further pressure build-up is delayed.
  • This delay corresponds to pressure P against the biasing force F with which the pressure spring 41 between the feed piston 104 and the armature is clamped 6, divided by the cross sectional area A i ben K ⁇ of the delivery plunger 104:
  • the deceleration pressure can also be set exactly.
  • Pv P DUS ⁇
  • the armature 6 moves in the conveying direction 13 at a guide speed.
  • the conveying piston 104 is moved at a reduced speed in the conveying direction 13, since the conveying piston immerses into the recess of the armature 6 against the spring action of the spring 41 (at b in Fig. 19). There is therefore a relative speed between the delivery piston 104 and the armature 6.
  • This reduced speed of the delivery piston 104 compared to the armature 6 reduces the energy transfer from the armature 6 to the delivery piston 104 or to the fuel.
  • the spring hardness of the compression spring 41 and the stroke of the guide part 106 in the guide region 101 are preferably dimensioned such that the pressure build-up is delayed at least during a first part of the opening phase of the injection nozzle 3, during which the injection nozzle 3 opens only slowly.
  • P En de 1, 5PDuse to 3P Du se
  • Armature 6 moves in the conveying direction 13, so that the pressure at the maximum rate of increase to
  • the nozzle opening pressure P nozzle is typically in the range from 1 to 5 MPa and the cross-sectional area A oi e n of the delivery piston 104 is usually 5 to 20 mm 2 .
  • the pressure in the fuel to be pumped rises to the maximum pressure P AX , which is higher than in comparable conventional injection devices, since only a relatively small amount of energy is introduced during the opening phase of the injection nozzle, so that a higher energy yield is achieved and less disturbing pressure reflections are generated .
  • the fuel is then injected at an approximately constant pressure P MAX , since the reflections of the pressure waves are largely avoided (at d in FIG. 19). Should pressure troughs nevertheless occur (dashed line at t 2 in FIG. 19), the energy stored with the pressure spring 104 ensures that these do not drop below the nozzle opening pressure, since such deep pressure troughs are compensated for by the energy stored in the pressure spring.
  • the armature 6 does not work against the pressure waves running counter to the direction of delivery and the fuel column braked by the not yet fully opened injection nozzle, but rather only transfers the energy introduced into it to the fuel column after the injection nozzle has opened completely is.
  • Another significant advantage of this injection device according to the invention is that at the end of the injection pulse, when the force exerted by the electromagnet on the armature / piston unit becomes lower and the delivery pressure generated thereby decreases, the energy stored in the compression spring 41 drives the delivery piston 104 until it abruptly strikes with its guide part 105 on the front ring edge 103 of the armature 6 and is stopped.
  • the injection pulse is thus abruptly ended and has an abrupt drop at its end (at e in FIG. 19).
  • exact pressure conditions are achieved at the end region of the injection pulse, as a result of which both the spray behavior (uniform droplet size) and the meterability of the fuel are significantly improved.
  • the injection nozzle 3 can be opened before the actual opening pressure is reached, so that a delay in the further pressure build-up is then expedient in order to achieve the best possible energy transfer.
  • the deceleration pressure P v In order to obtain as few reflections from the pressure wave as possible, the deceleration pressure P v should be as low as possible. If the deceleration pressure P v is too low, however, the response behavior of the pump-nozzle system is impaired.
  • FIG. 15 A twelfth exemplary embodiment of an injection device according to the invention is shown in FIG. 15.
  • This embodiment has essentially the same structure as the eleventh embodiment, which is why the same parts are provided with the same reference numerals.
  • the eleventh embodiment differs only in the design of the recess 100 in the armature 6 and the guide part 105 of the delivery piston 104.
  • a flat cylindrical damping recess 108 with a jacket wall 109 is made.
  • a flat-cylindrical damping punch 110 is formed with a lateral surface 111, which has essentially the same cross-sectional shape as the damping recess 108, so that the damping punch 110 fits into the damping recess 108 with little play .
  • no compression spring is provided between the delivery piston 104 and the armature 6.
  • the ring web 106 of the delivery piston 104 is provided with longitudinal grooves (not shown), so that the delivery piston can be moved in the fuel-filled recess 100 of the armature 6 essentially without resistance as long as the damping plunger 110 is located outside the damping recess 108.
  • the resistance-free displacement path X is shown in FIG. 15.
  • the armature 6 is moved in the conveying direction 13 by the electromagnet 8, wherein it is accelerated along the displacement path X for storing kinetic energy essentially without resistance.
  • the damping punch 110 penetrates into the damping recess 108, a narrow gap being formed between the jacket wall 109 of the damping recess 108 and the jacket surface 111 of the damping punch 110, so that the gap between the damping punch 110 and the damping recess 108 existing fuel can only escape gradually and the damping plunger 1 10 can only enter the damping recess 108 with a delay due to the damping.
  • the kinetic energy is transmitted from the armature 6 to the delivery piston 104, the damping not transmitting the kinetic energy abruptly but gradually over the period of time ⁇ t that the damping plunger 110 requires to penetrate completely into the damping recess 108.
  • This delay occurs from the beginning of the injection pulse and lasts at least until the injection nozzle 3 is completely open.
  • the duration of the delay can be determined by the depth of the damping recess 108 or the gap width between the damping plunger 110 and the damping recess 108. This delay in energy transmission prevents reflections from the only partially opened injection nozzle 3 and the disadvantages associated therewith.
  • the delay device for delaying the pressure build-up is a mechanical damping device consisting of the damping plunger 110 and the damping recess 108.
  • the damping device can also be designed differently, for example from a plastically deformable damping plunger, which is found when the armature hits the armature The delivery piston is plastically deformed, thus delaying the build-up of pressure in the fuel.
  • a thirteenth embodiment of the invention is shown in FIG. 16.
  • This embodiment is similar to the eleventh and twelfth embodiments, so that the same parts are given the same reference numerals.
  • the delivery piston 104 and the armature 6 are in this case made in one piece.
  • a passage 43 leading to a delay chamber 42 opens onto the pressure chamber 21.
  • the delay chamber 42 is constructed in exactly the same way as that of the third (FIG. 4) and the seventh (FIG. 8) exemplary embodiment.
  • the armature / piston unit is moved by the magnet 8 in the conveying direction 13, as a result of which fuel is displaced from the pressure chamber 21 to the injection nozzle 3. If the deceleration pressure P set in the deceleration chamber 42 by the pretension of the compression spring 47 is reached in the pressure chamber 21, fuel escapes into the deceleration chamber 42, the deceleration piston 46 being pushed into the deceleration chamber 42. As a result, the pressure build-up in the pressure chamber 21 and consequently in the high-pressure line 2 is delayed, so that the pressure does not increase suddenly, but rather increases gradually. The deceleration process ends when the deceleration piston 46 strikes the bottom wall 45.
  • the delay period is determined by the spring hardness of the spring 47 and the stroke of the delay piston 46 in the delay chamber 42. In this way, reflections of the pressure waves are avoided in the same way as in the first exemplary embodiment described above, and the pressure curve shown in FIG. 19 is achieved.
  • FIG. This embodiment is similar to the thirteenth embodiment, which is why the same parts are designated with the same reference numerals.
  • the fourteenth embodiment differs only in the design of the armature / piston unit.
  • the armature 6 and the delivery piston 104 are designed as separate components, the armature 6 consisting of a cylindrical base body 52 with a guide connection 55 attached to the rear end side with respect to the delivery direction 13.
  • the armature is in turn pressed against the conveying direction 13 by a return spring 50, which is supported on the ring web 16 projecting inward into the housing 11.
  • the return spring 50 is used without or only with a slight pretension, so that it provides practically no resistance to the armature 6 when moving in the conveying direction and this can be accelerated essentially without resistance when actuated by the electromagnet 8.
  • the delivery piston 104 is slidably mounted in the guide bushing 17 inserted in the ring web 16 in the axial direction.
  • the delivery piston 104 is essentially rod-shaped with an annular web 1 12 projecting radially outward at its front end, which engages behind the front end of the guide bushing 17 in the delivery direction 13.
  • a delivery piston return spring 113 is inserted, which presses the delivery piston 104 against the delivery direction 13, so that in the initial position shown in FIG. 17, the ring web 1 12 on the front Front face of the guide bush 17 strikes.
  • a delay chamber 42 which is identical to that in the thirteenth exemplary embodiment and in which a delay piston 46 acted upon by a compression spring 47, opens onto the pressure chamber 21.
  • the method of operation of the fourteenth embodiment essentially corresponds to that of the thirteenth embodiment, but when the magnet 8 is excited, the armature 6 alone is accelerated essentially without resistance. After the armature 6 has covered the path X, it strikes the delivery piston 104 and suddenly transfers its kinetic energy to the delivery piston 104. The delivery piston 104 displaces the fuel in the pressure chamber 21, the further one after reaching the deceleration pressure P v Pressure build-up as in the thirteenth exemplary embodiment is delayed by the delay device (delay chamber 42, delay piston 46, compression spring 47).
  • This exemplary embodiment thus combines the solid-state energy storage principle known from the prior art and the delay in pressure build-up according to the invention.
  • the metering device is in each case a reciprocating piston pump which, during the metering process, pumps fluid into and into the pressure chamber and thus displaces the accumulator piston by one accumulator stroke.
  • the invention is not restricted to this type of metering device; rather, it is also possible, e.g. to provide a further electromagnet which moves the storage piston directly, i.e. that the storage piston is an armature to this further electromagnet.

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Abstract

The invention relates to a pumping device comprising a pump assembly (4) which is configured as a reciprocating piston pump. The pump displaces fluid by means of a reciprocating piston (6, 7). The inventive pumping device also comprises a stop element (17, 18) which limits the delivery stroke of the reciprocating piston (6, 7) in the direction of delivery (13), and has a dosing device (5) which is driven electrically and independent of the pump assembly (4). Said dosing device is provided for determining the quantity of fluid to be injected by displacing the reciprocating piston (6, 7) with regard to the stop element (17, 18) around a determined, variable accumulating stroke which corresponds to the delivery stroke. Using the inventive pumping device, fluid can be precisely dosed during considerable throughput. The inventive pumping device can be used both during applications which required a high dosing precision as well as for a fuel injection device.

Description

Pumpenvorrichtung Pump device
Die Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung zum Fördern von Flüssigkeiten.The invention relates to a pump device for conveying liquids.
Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung soll z.B. zum Zuführen von Flüssigkeiten an Che- moreaktoren geeignet sein. In Chemoreaktoren werden chemische bzw. biochemische Reak- tionen ausgeführt. Hierbei können zwei oder mehrere Reaktionspartner zusammengeführt und/oder bestimmten physikalischen Bedingungen (Temperatur, Druck, usw.) ausgesetzt werden, so daß eine chemische bzw. biochemische Reaktion abläuft. Für eine erfolgreiche Reaktion ist es Voraussetzung, daß die Reaktionspartner exakt dosiert dem Chemoreaktor zugeführt werden. In Abhängigkeit von der chemische Reaktion kann es auch erforderlich sein, daß die Zuführung des bzw. der Reaktionspartner kontinuierlich bei beträchtlichen Durchsätzen erfolgt.The pump device according to the invention is intended e.g. be suitable for supplying liquids to chemoreactors. Chemical or biochemical reactions are carried out in chemoreactors. Two or more reactants can be brought together and / or exposed to certain physical conditions (temperature, pressure, etc.) so that a chemical or biochemical reaction takes place. For a successful reaction, it is a prerequisite that the reactants are fed to the chemoreactor in precisely metered amounts. Depending on the chemical reaction, it may also be necessary for the reaction partner (s) to be fed continuously at considerable throughputs.
Für derartige Anwendungen verwendet man üblicherweise Kreiselpumpen, die mittels eines sich kontinuierlich drehenden Kreiselrades ein Fluid befördern.Centrifugal pumps which convey a fluid by means of a continuously rotating impeller are usually used for such applications.
Die chemischen bzw. biochemischen Reaktionen erfordern jedoch häufig, daß die zugeführten Reaktionspartner sehr exakt dosiert sind, was mit derartigen Kreiselpumpen, die zwar den nötigen Durchsatz bieten, nicht erreicht werden kann.However, the chemical or biochemical reactions often require that the reactants supplied are metered very precisely, which cannot be achieved with such centrifugal pumps, which do offer the necessary throughput.
Zur präzisen Zuführung von Fluiden werden sogenannte Perestalpumpen verwendet. Diese Perestalpumpen sind jedoch nur zur Förderung geringster Mengen geeignet.So-called perestal pumps are used for the precise supply of fluids. However, these perestal pumps are only suitable for pumping very small quantities.
Im Aufbau und in der Anwendung sich von den Kreiselpumpen und Perestalpumpen völlig unterscheidende Pumpenvorrichtungen sind Einspritzvorrichtungen zum Zuführen von Kraftstoff an einen Brennraum eines Verbrennungsmotors. Die Anforderungen an eine herkömmliche Einspritzvorrichtung unterscheiden sich völlig von den Anforderungen an eine Perestalpumpe. Mit Einspritzvorrichtungen muß ein wesentlich höherer Druck erzeugt werden. Einspritzvorrichtungen müssen, wenn sie nicht mit einem separat ansteuerbaren Einspritzventil betrieben werden, den Druck zu einem auf wenige Bruchteile einer Sekunde festgelegten Zeitpunkt aufbauen bzw. abbauen und sie müssen wesentlich stärkeren mechanischen Belastungen stand- halten. Perestalpumpen können hingegen außerordentlich genau dosiert werden.Pump devices which are completely different in construction and application from centrifugal pumps and perestal pumps are injection devices for supplying fuel to a combustion chamber of an internal combustion engine. The requirements for a conventional injection device are completely different from the requirements for a perestal pump. A much higher pressure must be generated with injectors. Injection devices, if they are not operated with a separately controllable injection valve, have to build up or reduce the pressure at a point in time which is set to a few fractions of a second and they have to withstand much greater mechanical loads. Perestal pumps, on the other hand, can be dosed extremely precisely.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpenvorrichtung zu schaffen, mit welcher ein Fluid sehr exakt bei beträchtlichen Durchsätzen gefördert werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Pumpenvorrichtung, die sowohl als Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen als auch eine mit Perestalpumpen vergleichbare Dosierbarkeit besitzt.The invention has for its object to provide a pump device with which a fluid can be conveyed very precisely with considerable throughputs. Another object of the present invention is to provide a pump device which has both as an injection device for internal combustion engines and a meterability comparable to that of perestal pumps.
Die Aufgaben werden durch eine Pumpenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The objects are achieved by a pump device with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung weist eine Pumpeinrichtung und eine Dosierein- richtung auf. Die Pumpeinrichtung ist als Hubkolbenpumpe ausgebildet. Sie weist ein Anschlagelement auf, das den Förderhub des Hubkolbens in Förderrichtung begrenzt. Die Dosiereinrichtung wird elektrisch und unabhängig von der Pumpeinrichtung angetrieben.The pump device according to the invention has a pump device and a metering device. The pump device is designed as a reciprocating piston pump. It has a stop element which limits the delivery stroke of the reciprocating piston in the delivery direction. The metering device is driven electrically and independently of the pump device.
Der Hubkolben wird zwischen zwei Pumpvorgängen von der Dosiereinrichtung um einen vor- bestimmten variablen Speicherhub entgegen zur Förderrichtung verschoben, wobei eine vorbestimmte Fluidmenge gespeichert wird. In dieser zurückgezogenen Stellung wird der Hubkolben solange gehalten, bis er in Förderrichtung betätigt wird. Der Hubkolben verdrängt die vorher angesaugte Fluidmenge. Hierdurch wird ein vorab exakt festgelegter Förderhub ausgeführt und genau die durch den Speicherhub des Hubkolbens angesaugte bzw. gespeicherte Fiuid- menge z.B. einer Reaktionskammer eines Chemoreaktors zugeführt.The piston is displaced between two pumping processes by the metering device by a predetermined variable storage stroke in the opposite direction to the conveying direction, a predetermined amount of fluid being stored. The reciprocating piston is held in this retracted position until it is actuated in the conveying direction. The reciprocating piston displaces the amount of fluid previously sucked in. As a result, a precisely defined delivery stroke is carried out and the exact amount of fluid sucked or stored by the stroke of the lifting piston, e.g. fed to a reaction chamber of a chemoreactor.
Da die Dosiereinrichtung elektrisch und unabhängig von der Pumpeinrichtung angetrieben wird, kann sie die zu fördernde Fluidmenge exakt einstellen, da die entsprechenden elektrischen Steuersignale mit an sich beliebiger Genauigkeit von einer elektrischen Steuereinrichtung an die Dosiereinrichtung angelegt werden können. Die zu fördernde Fluidmenge ist alleine durch den genau festlegbaren Hub des Hubkolbens bestimmt, der somit über die Dosiereinrichtung mittelbar elektrisch angesteuert wird.Since the dosing device is driven electrically and independently of the pump device, it can set the amount of fluid to be conveyed exactly, since the corresponding electrical control signals can be applied to the dosing device by an electrical control device with any desired accuracy. The amount of fluid to be delivered is determined solely by the precisely definable stroke of the reciprocating piston, which is thus indirectly electrically controlled via the metering device.
Mit der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung wird eine langzeitstabile, exakte Dosierung der Fluidmenge bei im Vergleich zu Perestalpumpen beträchtlichen Durchsätzen gewährleistet.With the pump device according to the invention, a long-term stable, exact metering of the fluid quantity is ensured with considerable throughputs in comparison to perestal pumps.
Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung ist auch als Einspritzvorrichtung zum Zuführen von Kraftstoff an den Brennraum einer Brennkraftmaschine geeignet. Mit ihr kann der notwendige Druck mit der erforderlichen zeitlichen Präzision aufgebaut werden und sie besitzt die erforder- liehe mechanische Festigkeit zum Einsatz an einer Brennkraftmaschine. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist eineThe pump device according to the invention is also suitable as an injection device for supplying fuel to the combustion chamber of an internal combustion engine. It can be used to build up the necessary pressure with the required time precision and it has the required mechanical strength for use on an internal combustion engine. In a preferred embodiment of the pump device according to the invention, a
Verzögerungseinrichtung vorgesehen, die den Druckaufbau der Pumpeinrichtung verzögert. Hierdurch weisen die Druckpulse flacher ansteigende und abfallende Flanken auf, wodurch sich der gesamte Druckpuls bei einem geringeren Maximaldruck verbreitert. Die Pausen zwi- sehen den Druckpulsen werden entsprechend verringert, was für die Zuführung von Fluiden an Chemoreaktoren von Vorteil ist, da die in den Reaktoren ablaufenden chemischen bzw. biochemischen Reaktionen bei zu großen Pausen unterbrochen oder zumindest erheblich gehemmt werden können, wodurch der Wirkungsgrad des Chemoreaktors beeinträchtigt wird. Diese Pausen werden bei der bevorzugten Ausführungsform mit einer Verzögerungseinrich- tung deutlich verringert.Delay device is provided which delays the pressure build-up of the pump device. As a result, the pressure pulses have flanking rising and falling edges, as a result of which the entire pressure pulse widens at a lower maximum pressure. The pauses between the pressure pulses are correspondingly reduced, which is advantageous for the supply of fluids to chemoreactors, since the chemical or biochemical reactions taking place in the reactors can be interrupted or at least considerably inhibited if the pauses are too long, thereby reducing the efficiency of the Chemoreactor is affected. In the preferred embodiment, these pauses are significantly reduced with a delay device.
Bei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen sind die erzeugten Drücke in der Regel wesentlich größer als bei Chemoreaktoren. Besitzen derartige Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einen nicht- zwangsgeführten Kolben, der in Förderrichtung frei beweglich gelagert ist, wie es bei z.B. elek- tromagnetisch angetriebenen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen der Fall ist, so entstehen aufgrund des verzögerten Öffnungsverhalten des Einspritzventils Verluste bei der Energieübertragung, d.h., daß der nicht-zwangsgeführte Kolben erheblich abgebremst wird, bevor das Einspritzventil vollständig geöffnet ist.The pressures generated in fuel injectors are generally much greater than in chemoreactors. Such fuel injection devices have a non-positively driven piston which is freely movable in the conveying direction, as is the case with e.g. If electromagnetically driven fuel injection devices are the case, the delayed opening behavior of the injection valve leads to losses in energy transmission, i.e. the non-positively driven piston is braked considerably before the injection valve is fully opened.
In Fig. 18 ist der Druckverlauf einer herkömmlichen, eine Hubkolbenpumpe als Förderelement aufweisenden Einspritzvorrichtung, die insbesondere nach dem Festkörper-Energiespeicherprinzip arbeitet, gezeigt. Der Druck an der Einspritzdüse steigt zu einem Zeitpunkt ti schlagartig auf den maximalen Druck Pmax an. Aufgrund von Druckreflexionen an der Einspritzdüse ist der Einspritzdruck nicht konstant, sondern kann erheblich schwanken. Insbesondere treten häufig Drucktäler (in Fig. 18 bei t2) auf, die zu einer wesentlichen Verschlechterung des Einspritzverhaltens und insbesondere der Tröpfchenqualität führen. In diesen Drucktälern kann der Druck unter dem Düsenöffnungsdruck der Einspritzdüse abfallen, so daß es zu kurzzeitigen Unterbrechungen beim Einspritzvorgang kommen kann. Dies kann zu erheblichen Beeinträchtigungen beim Zünd- und Brennverhalten im Brennraum der Brennkraftmaschine führen. Am Ende des Einspritzpulses nimmt der Einspritzdruck durch den sich stetig verlangsamenden Förderkolben allmählich ab, so daß die anfänglich gute Zerstäubungswirkung (bei Pmaχ) abnimmt. Diese Undefinierten Druckzustände am Ende des Einspritzpulses werden zusätzlich von einem Prellen der Düsennadel überlagert, wodurch sowohl die Tröpfchengröße als auch die Kraftstoffmenge unkontrollierbar wird.18 shows the pressure profile of a conventional injection device having a reciprocating piston pump as the delivery element, which operates in particular according to the solid-state energy storage principle. The pressure at the injection nozzle suddenly rises to the maximum pressure P max at a point in time ti. Due to pressure reflections at the injection nozzle, the injection pressure is not constant, but can fluctuate considerably. In particular, pressure troughs often occur (in FIG. 18 at t 2 ), which lead to a significant deterioration in the injection behavior and in particular in the droplet quality. In these pressure valleys, the pressure can drop below the nozzle opening pressure of the injection nozzle, so that there can be brief interruptions in the injection process. This can lead to considerable impairments in the ignition and combustion behavior in the combustion chamber of the internal combustion engine. At the end of the injection pulse, the injection pressure gradually decreases due to the continuously slowing delivery piston, so that the initially good atomizing effect (at P ma χ) decreases. These undefined pressure states at the end of the injection pulse are additionally superimposed by a bouncing of the nozzle needle, as a result of which both the droplet size and the amount of fuel become uncontrollable.
Durch die Verzögerungseinrichtung werden diese Nachteile vermieden und ein besserer Energieübertrag erzielt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen schematisch:These disadvantages are avoided by the delay device and better energy transfer is achieved. The invention is described in more detail below using the drawings as an example. They show schematically:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung imFig. 1 shows a first embodiment of the pump device according to the invention in
Querschnitt, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung imCross section, Fig. 2 shows a second embodiment of the pump device according to the invention in
Querschnitt, Fig. 3 ein Diagramm, das den Druckverlauf bei einer herkömmlichen Hubkolbenpumpe und den Druckverlauf bei der Pumpenvorrichtung aus Fig. 2 zeigt,3, a diagram showing the pressure curve in a conventional reciprocating piston pump and the pressure curve in the pump device from FIG. 2,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung imFig. 4 shows a third embodiment of the pump device according to the invention in
Querschnitt, Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung imCross section, Fig. 5 shows a fourth embodiment of the pump device according to the invention in
Querschnitt, Fig. 6 ein Pumpe-Düse-System mit einem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung im Querschnitt, Fig. 7 ein Pumpe-Düse-System mit einem sechsten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung im Querschnitt, bei der die Dosiereinrichtung und die Pumpeinrichtung in einer Linie angeordnet sind, Fig. 8 ein Pumpe-Düse-System mit einem siebten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung im Querschnitt, bei der die Dosiereinrichtung und die Pumpeinrichtung in einer Linie angeordnet sind, und eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen ist, Fig. 9 ein Pumpe-Düse-System mit einem achten Ausführungsbeispiel der erfindungs- gemäßen Pumpenvorrichtung im Querschnitt, bei der die Dosiereinrichtung und die Pumpeinrichtung in einer Linie angeordnet sind, Fig. 10 ein Pumpe-Düse-System mit einem neunten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung im Querschnitt, mit einer pneumatisch betätigten Pumpeinrichtung, Fig. 11 ein Pumpe-Düse-System mit einem zehnten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung im Querschnitt, bei der die Dosiereinrichtung und die Pumpeinrichtung in einer Linie angeordnet sind, wobei die Pumpeinrichtung pneumatisch betätigt wird, Fig. 12 ein Diagramm, das den Druckverlauf in einem Brennraum zeigt und in welchem die Bereiche gekennzeichnet sind, an welchen unter Druck stehendes Gas zurCross-section, Fig. 6 shows a pump-nozzle system with a fifth embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, Fig. 7 shows a pump-nozzle system with a sixth embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, in which the metering device and the pump device in a line 8 shows a pump-nozzle system with a seventh exemplary embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, in which the metering device and the pump device are arranged in a line, and a delay device is provided, FIG. 9 shows a pump-nozzle system with an eighth embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, in which the metering device and the pump device are arranged in a line, FIG. 10 shows a pump-nozzle system with a ninth embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, with a pneumatically operated pumping device 11, a pump-nozzle system with a tenth exemplary embodiment of the pump device according to the invention in cross-section, in which the metering device and the pump device are arranged in a line, the pump device being actuated pneumatically, FIG. 12 a diagram showing the pressure curve shows in a combustion chamber and in which the areas are marked to which gas under pressure is used
Betätigung einer erfindungsgemäßen pneumatischen Einspritzvorrichtung abgezogen werden kann, Fig. 13a eine Dosiereinrichtung mit sehr kleinem Schadraum im Querschnitt,Actuation of a pneumatic injection device according to the invention can be deducted, 13a a dosing device with a very small clearance in cross section,
Fig. 13b eine bei der in Fig. 13a gezeigten Dosiereinrichtung verwendete Ventilscheibe,13b shows a valve disk used in the metering device shown in FIG. 13a,
Fig. 14 ein elftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung im Querschnitt,14 shows an eleventh embodiment of a pump device according to the invention in cross section,
Fig. 15 ein zwölftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung im Querschnitt,15 shows a twelfth exemplary embodiment of a pump device according to the invention in cross section,
Fig. 16 eine dreizehntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung im Querschnitt,16 shows a thirteenth exemplary embodiment of a pump device according to the invention in cross section,
Fig. 17 eine vierzehntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpenvor- richtung im Querschnitt,17 shows a fourteenth exemplary embodiment of a pump device according to the invention in cross section,
Fig. 18 einen Druckverlauf an der Einspritzdüse bei Verwendung einer herkömmlichen Einspritzvorrichtung, und18 shows a pressure curve at the injection nozzle when using a conventional injection device, and
Fig. 19 einen Druckverlauf an der Einspritzdüse bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung.19 shows a pressure curve at the injection nozzle when using a pump device according to the invention.
In Fig. 1 ist schematisch ein Pumpensystem mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung 1 gezeigt.1 schematically shows a pump system with a first exemplary embodiment of a pump device 1 according to the invention.
Die Pumpenvorrichtung 1 ist über eine Druckleitung 2 mit einem Anschlußteil 3 verbunden. Das Anschlußteil 3 ist an eine Reaktionskammer (nicht dargestellt) eines Chemoreaktors zum Zuführen eines Fluids angeordnet.The pump device 1 is connected to a connection part 3 via a pressure line 2. The connecting part 3 is arranged on a reaction chamber (not shown) of a chemoreactor for supplying a fluid.
Die Pumpenvorrichtung 1 weist eine Pumpeinrichtung 4 und eine Dosiereinrichtung 5 auf. Die Pumpeinrichtung 4 ist eine elektromagnetisch betriebene Hubkolbenpumpe mit einem zweiteili- gen aus einem Betätigungskolben 6 und einem Speicherkolben 7 bestehenden Hubkolben.The pump device 1 has a pump device 4 and a metering device 5. The pump device 4 is an electromagnetically operated reciprocating piston pump with a two-part reciprocating piston consisting of an actuating piston 6 and a storage piston 7.
Der Betätigungskolben 6 ist ein Anker eines Elektromagneten 8 und lagert in einem zylinder- förmigen Ankerraum 9, der von einem ersten Rohrabschnitt 10 eines Gehäusekörpers 11 begrenzt wird. Außenseitig sitzt auf dem ersten Rohrabschnitt 10 der rohrförmige Elektromagnet 8.The actuating piston 6 is an armature of an electromagnet 8 and is mounted in a cylindrical armature space 9 which is delimited by a first tube section 10 of a housing body 11. On the outside, the tubular electromagnet 8 is seated on the first tube section 10.
Der Rohrabschnitt 10 und der Elektromagnet 8 sind von einem Pumpengehäuse 12 umfaßt, das auch das in Förderrichtung 13 rückwärtige Ende des Rohrabschnittes 10 mit einem Dek- kelabschnitt 14 abschließt. Innenseitig am Deckelabschnitt 14 sitzt ein aus z.B. einem Elasto- mermaterial, duroplastischem Material oder Messing bestehendes Anschlagelement 15 für den Betätigungskolben 8. Der Betätigungskolben 6 ist aus einem zylinderförmigen Körper ausgebildet, der an der Innenfläche des ersten Rohrabschnittes 10 anliegt. An der Mantelfläche des Betätigungskolbens 6 können Längsnuten eingebracht sein, so daß bei einer Bewegung des Betätigungskolbens 6 in Förderrichtung 13 oder entgegen zur Förderrichtung 13 ein im Ankerraum befindliches Fluid am Betätigungskolben 6 vorbeiströmen kann und dessen Bewegung nicht hemmt. Vorzugsweise ist jedoch der Ankerraum 9 gegenüber den Fluid führenden Bereichen abgedichtet und frei von Fluid. Bei einer solchen Ausführungsform sind keine Längsnuten am Ankerkörper vorzusehen.The pipe section 10 and the electromagnet 8 are encompassed by a pump housing 12, which also closes the rear end of the pipe section 10 in the conveying direction 13 with a cover section 14. On the inside of the cover section 14 there is a stop element 15, for example made of an elastomer material, thermosetting material or brass, for the actuating piston 8. The actuating piston 6 is formed from a cylindrical body which bears on the inner surface of the first tube section 10. Longitudinal grooves can be introduced on the lateral surface of the actuating piston 6, so that when the actuating piston 6 moves in the conveying direction 13 or counter to the conveying direction 13, a fluid located in the armature space can flow past the actuating piston 6 and does not inhibit its movement. However, the armature space 9 is preferably sealed off from the areas carrying fluid and free of fluid. In such an embodiment, no longitudinal grooves are to be provided on the anchor body.
Am in Förderrichtung 13 vorderen Ende des Ankerraums 9 bildet der Gehäusekörper 1 1 einen gegenüber dem Innendurchmesser des Ankerraumes 9 dünneren von einem Ringsteg 16 begrenzten Durchgang, in dem eine Anschlagbuchse 17 eingesetzt ist. Die Anschlagbuchse 17 steht vom Ringsteg 16 in den Ankerraum 9 vor und bildet mit ihrer entgegen zur Förderrichtung 13 weisenden Stirnkante eine Anschlagkante 18.At the front end of the armature chamber 9 in the direction of conveyance 13, the housing body 11 forms a passage, which is thinner than the inner diameter of the armature chamber 9 and is delimited by an annular web 16, in which a stop bush 17 is inserted. The stop bush 17 protrudes from the ring web 16 into the armature space 9 and forms a stop edge 18 with its end edge pointing opposite to the conveying direction 13.
In der Anschlagbuchse 17 lagert verschieblich der Speicherkolben 7. Der Speicherkolben 7 weist an seinem entgegen zur Förderrichtung 13 zeigenden Ende eine die Anschlagkante 18 der Anschlagbuchse 17 übergreifende Anschlagscheibe 19 auf.The storage piston 7 is displaceably mounted in the stop bush 17. The storage piston 7 has, at its end pointing opposite to the conveying direction 13, a stop disk 19 which overlaps the stop edge 18 of the stop bush 17.
Der Durchmesser der Anschlagscheibe 19 ist kleiner als der Innendurchmesser des Ankerrau- mes 9.The diameter of the stop disk 19 is smaller than the inner diameter of the armature space 9.
Zwischen dem Betätigungskolben 6 und dem in Förderrichtung 13 rückwärtigen Anschlagelement 15 ist eine Feder 20 angeordnet. Die Feder 20 beaufschlagt den Betätigungskolben 6 zusammen mit dem Speicherkolben 7 in Förderrichtung 13, also in Richtung zur Druckkammer 21.A spring 20 is arranged between the actuating piston 6 and the stop element 15 rearward in the conveying direction 13. The spring 20 acts on the actuating piston 6 together with the storage piston 7 in the conveying direction 13, that is to say in the direction of the pressure chamber 21.
Der Betätigungskolben 6 und der Speicherkolben 7 werden gemeinsam im ersten Rohrabschnitt 10 bewegt. Sie können deshalb auch einteilig ausgebildet sein.The actuating piston 6 and the accumulator piston 7 are moved together in the first pipe section 10. Therefore, they can also be made in one piece.
Im Gehäusekörper 11 ist eine der Pumpeinrichtung 4 in Förderrichtung 13 vorgeordnete Druckkammer 21 ausgebildet. Die Druckkammer 21 weist eine Anschlußöffnung 22 zum Anschließen der zum Anschlußteil 3 führenden Druckleitung 2 als auch eine zur Dosiereinrichtung 5 führende Öffnung 23 auf. In der Anschlußöffnung 22 ist ein Standdruckventil 24 eingesetzt, das erst ab einem gewissen Durchlaßdruck innerhalb der Druckkammer 21 die Anschlußöffnung frei- gibt. In der zur Dosiereinrichtung 5 führenden Öffnung sitzt ein Überströmventil 25, das ein in Richtung zur Druckkammer 21 öffnendes Rückschlagventil ist. Die Druckkammer 21 erstreckt sich bis in den Innenbereich der Anschlagbuchse 17, so daß sie bzgl. der Pumpeinrichtung 4 von der Innenwandung der Anschlagbuchse 17 und der in Förderrichtung 13 vorderen Stirnfläche des Speicherkolbens 7 begrenzt ist.A pressure chamber 21 arranged upstream of the pump device 4 in the conveying direction 13 is formed in the housing body 11. The pressure chamber 21 has a connection opening 22 for connecting the pressure line 2 leading to the connection part 3 and also an opening 23 leading to the metering device 5. In the connection opening 22, a standing pressure valve 24 is used, which only opens the connection opening from a certain passage pressure within the pressure chamber 21. In the opening leading to the metering device 5 there is an overflow valve 25 which is a check valve opening in the direction of the pressure chamber 21. The pressure chamber 21 extends into the inner region of the stop bushing 17, so that it relates to the pump device 4 is limited by the inner wall of the stop sleeve 17 and the front end face of the accumulator piston 7 in the conveying direction 13.
Die Dosiereinrichtung 5 ist an demselben Gehäusekörper 11 wie die Pumpeinrichtung 4 aus- gebildet und weist einen zweiten Rohrabschnitt 26 auf, der sich quer zur Förderrichtung 13 der Pumpeinrichtung 4, nämlich in Pumprichtung 27, erstreckt. In dem zweiten Rohrabschnitt 26 lagert verschieblich ein Dosierkolben 28, der aus einem rohrförmigen Ankerkörper 29 und einem an dessen beiden Stirnseiten vorstehenden Führungsstift 30 besteht. Der Führungsstift 30 lagert mit seinen beiden Enden jeweils in einer ortsfest in den zweiten Rohrabschnitt einge- setzten Führungsbuchse 31 , 32.The metering device 5 is formed on the same housing body 11 as the pump device 4 and has a second tube section 26 which extends transversely to the conveying direction 13 of the pump device 4, namely in the pumping direction 27. A metering piston 28, which consists of a tubular armature body 29 and a guide pin 30 projecting on its two end faces, is displaceably mounted in the second tube section 26. The guide pin 30 is supported with its two ends in a guide bushing 31, 32 inserted in a fixed manner in the second tube section.
Am in Pumprichtung vorderen Bereich der Dosiereinrichtung 5 ist ein nach innen vorstehender Ringsteg 33 ausgebildet. Zwischen dem Ringsteg 33 und der vorderen Stirnseite des Ankerkörpers 29 ist eine Dosierfeder 34 eingesetzt, die den Dosierkolben 28 in Richtung zur rück- wärtigen Führungsbuchse 32 drückt.An inwardly projecting annular web 33 is formed on the area of the metering device 5 which is at the front in the pumping direction. A metering spring 34 is inserted between the ring web 33 and the front end face of the armature body 29 and presses the metering piston 28 in the direction of the rear guide bush 32.
Außenseitig am zweiten Rohrabschnitt 26 ist zur Betätigung des Dosierkolbens 28 ein den zweiten Rohrabschnitt 26 umgreifender Elektromagnet 35 angeordnet. Der Elektromagnet 35 und der zweite Rohrabschnitt 26 sind von einem Dosiereinrichtungsgehäuse 36 umfaßt, das auch das in Pumprichtung 27 rückwärtige Ende der Dosiereinrichtung 5 mit einem Deckelabschnitt 37 abschließt.On the outside of the second pipe section 26, an electromagnet 35 is arranged around the second pipe section 26 to actuate the metering piston 28. The electromagnet 35 and the second tube section 26 are surrounded by a metering device housing 36, which also closes the rear end of the metering device 5 in the pumping direction 27 with a cover section 37.
Im Bereich zwischen dem Überströmventil 25 und dem Hubbereich des Dosierkolbens 28 mündet in den zweiten Rohrabschnitt 26 eine Fluidzufuhrleitung 38. Am Mündungsbereich der Fluidzufuhrleitung 38 zum zweiten Rohrabschnitt 26 ist ein Rückschlagventil 39 angeordnet, das einen Rückfluß in die Fluidzufuhrleitung 38 verhindert.In the area between the overflow valve 25 and the stroke area of the metering piston 28, a fluid supply line 38 opens into the second pipe section 26. At the opening area of the fluid supply line 38 to the second pipe section 26, a check valve 39 is arranged, which prevents backflow into the fluid supply line 38.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der erste Rohrabschnitt 10 und der zweite Rohrabschnitt 26 des Gehäusekörpers 11 im rechten Winkel zueinander angeordnet. Diese Anordnung ist kompakt und daher zweckmäßig, aber sie ist nicht notwendig. Die beiden Rohrabschnitte können mit einem beliebigen anderen Winkel zueinander angeordnet sein; z.B. ist es auch möglich, daß die Pumpeinrichtung 4 und die Dosiereinrichtung 5 diametral gegenüberliegend zur Druckkammer 21 angeordnet sind.In this exemplary embodiment, the first pipe section 10 and the second pipe section 26 of the housing body 11 are arranged at right angles to one another. This arrangement is compact and therefore convenient, but it is not necessary. The two pipe sections can be arranged at any other angle to one another; e.g. it is also possible that the pump device 4 and the metering device 5 are arranged diametrically opposite to the pressure chamber 21.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Dosiereinrichtung 5 vorgesehen. Es können jedoch auch zwei oder mehrere Dosiereinrichtungen vorgesehen sein, die jeweils an die Druckkammer 21 münden. Die Dosiereinrichtungen sind z.B. sternförmig in einer zu der Zeichenebene von Fig. 1 senkrecht stehenden Ebene um die Druckkammer 21 angeordnet.In the embodiment shown in FIG. 1, only one metering device 5 is provided. However, two or more metering devices can also be provided, each opening to the pressure chamber 21. The dosing devices are, for example, star-shaped in one to the drawing plane of Fig. 1 perpendicular to the pressure chamber 21 is arranged.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung erläutert.The mode of operation of the first exemplary embodiment of the pump device according to the invention is explained below.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Zustand der Pumpenvorrichtung befindet sich der Speicherkolben 7 durch den von der Feder 20 auf die aus dem Betätigungskolben 6 und dem Speicherkolben 7 bestehende Einheit ausgeübten Druck mit seiner Anschiagscheibe 19 anliegend auf der An- schlagkante 18 der Anschlagbuchse 17, d.h., der Speicherkolben 7 ist vollständig in die Anschlagbuchse 16 eingeschoben.In the state of the pump device shown in FIG. 1, the accumulator piston 7 rests on the abutment edge 18 of the stop bush 17 due to the pressure exerted by the spring 20 on the unit consisting of the actuating piston 6 and the accumulator piston 7 with its washer 19. that is, the storage piston 7 is fully inserted into the stop bush 16.
Gleichzeitig befindet sich der Dosierkolben 28 in seinem Ausgangszustand, in dem er durch die Dosierfeder 34 von der Druckkammer 21 weg gegen die rückwärtige Führungsbuchse 32 ge- drückt wird. Diesen Ausgangszustand nimmt die Pumpenvorrichtung nach einem abgeschlossenen Pumpvorgang an.At the same time, the metering piston 28 is in its initial state in which it is pressed by the metering spring 34 away from the pressure chamber 21 against the rear guide bush 32. The pump device assumes this initial state after a completed pumping process.
Zur Vorbereitung eines Pumpvorganges werden ein oder mehrere Dosiervorgänge ausgeführt, bei welchen der Dosierkolben 28 der Dosiereinrichtung 5 vom Elektromagneten 35 betätigt wird, so daß er jeweils Fluid in die Druckkammer 21 fördert. Der Förderdruck ist hierbei geringer als der Durchlaßdruck des Standdruckventils 24, so daß das Fluid nicht in die zum Einspritzventil 3 führende Druckleitung 2 abfließen kann.To prepare for a pumping process, one or more metering processes are carried out, in which the metering piston 28 of the metering device 5 is actuated by the electromagnet 35, so that it in each case conveys fluid into the pressure chamber 21. The delivery pressure is lower than the passage pressure of the auxiliary pressure valve 24, so that the fluid cannot flow into the pressure line 2 leading to the injection valve 3.
Das in die Druckkammer 21 zugeführte Fluid schiebt den Speicherkolben 7 um einen exakt festlegbaren, variablen Speicherhub in den Ankerraum 9 der Pumpeinrichtung 4 entgegen der Wirkung der Speicherkolbenfeder 20. Das Überströmventil 25 verhindert ein Zurückströmen des Fluides in die Dosiereinrichtung 5. Durch das in der Druckkammer 21 befindliche Fluid und der auf den Förderkolben 7 wirkenden Speicherkolbenfeder 20 wird nach Abschluß des Dosiervorganges der Förderkolben 7 in seiner Stellung gehalten, so daß eine vorbestimmte Men- ge an Fluid in der Druckkammer 21 gespeichert ist.The fluid fed into the pressure chamber 21 pushes the accumulator piston 7 by an exactly definable, variable accumulator stroke into the armature space 9 of the pump device 4 against the action of the accumulator piston spring 20. The overflow valve 25 prevents the fluid from flowing back into the metering device 5 21 located fluid and the storage piston spring 20 acting on the delivery piston 7 is held in position after the dosing process of the delivery piston 7, so that a predetermined amount of fluid is stored in the pressure chamber 21.
Der Speicherhub kann durch einen oder mehrere Dosiervorgänge ausgeführt werden, daß heißt, daß der Dosierkolben 28 einen oder mehrere Förderhübe ausführt, um das Fluid zum Verdrängen des Speicherkolbens 7 in die Druckkammer 21 zu fördern. Wird ein Speicherhub mit mehreren Dosiervorgängen ausgeführt, so kann eine kleine Dosiereinrichtung 5 verwendet werden, um einen dennoch beträchtlichen Speicherhub zu erzeugen. Dies erlaubt eine Miniaturisierung der gesamten Pumpenvorrichtung. Nach dem Dosiervorgang wird der Magnet 35 der Dosiereinrichtung 5 stromlos geschaltet und der Dosierkolben 28 von der Dosierfeder 34 in seinen Ausgangszustand gedrückt, wodurch Fluid aus der Fluidzufuhrleitung 38 angesaugt wird.The storage stroke can be carried out by one or more metering processes, that is to say that the metering piston 28 carries out one or more delivery strokes in order to convey the fluid for displacing the storage piston 7 into the pressure chamber 21. If a storage stroke is carried out with several dosing processes, a small dosing device 5 can be used in order to generate a nevertheless considerable storage stroke. This allows miniaturization of the entire pump device. After the metering process, the magnet 35 of the metering device 5 is switched off and the metering piston 28 is pressed into its initial state by the metering spring 34, as a result of which fluid is sucked out of the fluid supply line 38.
Zum Pumpen des in der Druckkammer 21 gespeicherten Fluides wird der Betätigungskolben 6 vom Elektromagnet 8 der Pumpeinrichtung in Förderrichtung 13 bewegt. Hierbei betätigt der Betätigungskolben 6 den Speicherkolben 7 und bewegt ihn in Förderrichtung 13.To pump the fluid stored in the pressure chamber 21, the actuating piston 6 is moved in the conveying direction 13 by the electromagnet 8 of the pump device. Here, the actuating piston 6 actuates the accumulator piston 7 and moves it in the conveying direction 13.
Der Speicherkolben 7 verdrängt bei seiner Bewegung in Förderrichtung 13 das sich in der Anschlagbuchse 17 im Bereich seines Förderhubes befindliche Fluid.The storage piston 7 displaces the fluid located in the stop bush 17 in the region of its delivery stroke when it moves in the delivery direction 13.
Das Fluid wird somit durch das Standdruckventil 24, die Druckleitung 2 und das Anschlußteil 3 der Reaktionskammer eines Chemoreaktors zugeführt.The fluid is thus fed through the standing pressure valve 24, the pressure line 2 and the connecting part 3 to the reaction chamber of a chemoreactor.
Da der Förderhub des Speicherkolbens 7 dem Speicherhub entspricht, der mittels der Dosiereinrichtung 5 exakt voreingestellt wird, ist die vom Förderkolben 7 zu verdrängende Fluidmenge bzw. die der Reaktionskammer zugeführte Fluidmenge exakt festgelegt.Since the delivery stroke of the storage piston 7 corresponds to the storage stroke, which is precisely preset by means of the metering device 5, the amount of fluid to be displaced by the delivery piston 7 or the amount of fluid supplied to the reaction chamber is precisely defined.
Bei der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung wird somit die einzuspritzende Fluidmenge durch den mittels der Dosiereinrichtung einstellbaren Speicherhub bestimmt. Der Speicherhub des Speicherkolbens 7 unterliegt keinen Alterungserscheinungen, so daß eine langzeitstabile Dosierung der Pumpmenge gewährleistet ist.In the pump device according to the invention, the amount of fluid to be injected is thus determined by the storage stroke that can be adjusted by means of the metering device. The accumulator stroke of the accumulator piston 7 is not subject to any signs of aging, so that long-term stable metering of the pump quantity is ensured.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung gezeigt. Es besitzt im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel, weshalb gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und eine ausführliche Beschreibung weggelassen werden kann.2 shows a second exemplary embodiment of the pump device according to the invention. It has essentially the same structure as the first embodiment, which is why the same parts are denoted by the same reference numerals and a detailed description can be omitted.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel darin, daß der Betätigungskolben 6 als Hohlkörper mit einer zylinderförmigen Mantelwandung 6a, einer in Förderrichtung 13 rückwärtigen Bodenwandung 6b und einen am in Förderrichtung 13 vorderen Endbereich nach innen vorstehenden Ringsteg 6c ausgebildet ist.The second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment in that the actuating piston 6 is designed as a hollow body with a cylindrical jacket wall 6a, a bottom wall 6b rearward in the conveying direction 13 and an annular web 6c projecting inward at the front end region in the conveying direction 13.
Der hohle Betätigungskolben 6 begrenzt somit einen Verschieberaum 40. In den Verschieberaum 40 greift der Speicherkolben 7 ein, wobei der Speicherkolben 7 aus einem langgestreckten, zylinderförmigen Grundkörper 7a und einem in Förderrichtung 13 rückwärtigen, scheibenförmigen, radial nach außen vorstehenden Führungsteil 7b besteht. Der Führungsteil 7b hintergreift den nach innen vorstehenden Vorsprung 6c des Betätigungskol- bens 6, wobei der Führungsteil an der Innenfläche der Mantelwandung 6a anliegt. Der Speicherkolben 7 ist somit mit seinem Führungsteil 7b verschieblich im Betätigungskolben 6 gelagert.The hollow actuating piston 6 thus delimits a displacement space 40. The storage piston 7 engages in the displacement space 40, the storage piston 7 consisting of an elongated, cylindrical base body 7a and a disk-shaped, radially outwardly projecting guide part 7b in the conveying direction 13. The guide part 7b engages behind the inwardly projecting projection 6c of the actuating piston 6, the guide part abutting the inner surface of the jacket wall 6a. The storage piston 7 is thus slidably mounted in the actuating piston 6 with its guide part 7b.
Zwischen dem Führungsteil 7b des Speicherkolbens 7 und der Bodenwandung 6b des Betäti- gungskolbens 6 ist eine Kopplungsfeder 41 eingesetzt. Der Betätigungskolben 6 und der Speicherkolben 7 bilden somit ein federgekoppeltes System.A coupling spring 41 is inserted between the guide part 7b of the accumulator piston 7 and the bottom wall 6b of the actuating piston 6. The actuating piston 6 and the accumulator piston 7 thus form a spring-coupled system.
Dieses federgekoppelte System bildet eine Verzögerungseinrichtung, deren Funktion unten erläutert wird.This spring-coupled system forms a delay device, the function of which is explained below.
Die Mantelwandung 6a des Betätigungskolbens 6 weist einen sich in Axialrichtung erstreckenden Längsschtitz auf, so daß in den Verschieberaum 40 eindringendes Fluid in oder entgegen zur Förderrichtung 13 abfließen kann und weder die Relativbewegung zwischen dem Betätigungskolben 6 und dem Dosierkolben 9, noch die Verschiebbewegung des Betätigungskolbens 6 in der Pumpeinrichtung 4 behindert.The jacket wall 6a of the actuating piston 6 has a longitudinal slot extending in the axial direction, so that fluid penetrating into the displacement space 40 can flow in or against the conveying direction 13 and neither the relative movement between the actuating piston 6 and the metering piston 9, nor the displacement movement of the actuating piston 6 hindered in the pumping device 4.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels erläutert.The mode of operation of the second exemplary embodiment is explained below.
Die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht im wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispieles, wobei durch die spezielle Ausbildung des Hubkolbens als federgekoppeltes System der Druckaufbau verzögert erfolgt.The mode of operation of the second exemplary embodiment essentially corresponds to that of the first exemplary embodiment, the pressure build-up being delayed due to the special design of the reciprocating piston as a spring-coupled system.
Bei Hubkolbenpumpen ohne einem derartigen federgekoppelten System wird das Medium, insbesondere wenn es eine inkompressible Flüssigkeit ist, mit kurzzeitigen Druckpulsen (I in Fig. 3) befördert. Ein solcher Druckpuls weist eine sehr steil ansteigende und abfallende Flanken auf. Derartige, plötzliche Druckänderungen, die mit hoher Frequenz ausgeführt werden, erzeugen ein lautes Geräusch und Schwingungen, die die gesamte Vorrichtung negativ beeinflussen können. Diese enorm steilen Flanken verursachen zudem Überlagerungsschwingungen, die zu Funktionsstörungen führen können. Die zwischen zwei Druckpulsen I auftretenden, relativ langen Pausen, können bei einem Chemoreaktor zur Unterbrechung der chemischen bzw. biochemischen Reaktion führen. Dies bedeutet, daß die Reaktion bei jedem Druckpuls neu gestartet werden müßte, bzw. nicht in der gewünschten Weise ablaufen würde. Dadurch, daß der Speicherkolben 7 mittels der Kopplungsfeder 41 an den Betätigungskolben 6 gekoppelt ist, wird ein Druckpuls II (Fig. 3) mit flacher ansteigenden und abfallenden Flanken erzeugt.In reciprocating piston pumps without such a spring-coupled system, the medium is conveyed with short-term pressure pulses (I in FIG. 3), especially if it is an incompressible liquid. Such a pressure pulse has very steeply rising and falling edges. Such sudden pressure changes, which are carried out at high frequency, produce a loud noise and vibrations which can negatively affect the entire device. These extremely steep flanks also cause superimposed vibrations that can lead to malfunctions. The relatively long pauses occurring between two pressure pulses I can lead to an interruption of the chemical or biochemical reaction in a chemoreactor. This means that the reaction would have to be restarted with each pressure pulse or would not proceed in the desired manner. Characterized in that the accumulator piston 7 is coupled to the actuating piston 6 by means of the coupling spring 41, a pressure pulse II (FIG. 3) with flatter rising and falling flanks is generated.
Da der Speicherkolben 7 beim Druckaufbau mit seinem Führungsteil 7b in den Verschieberaum 40 gegen die Federwirkung der Koppiungsfeder 41 eingeschoben wird, wird der Druckaufbau des Druckpulses II verzögert. Durch diese Verzögerung des Druckaufbaus ist der erreichte Maximaldruck geringer, wobei der Druckpuls II jedoch wesentlich länger andauert.Since the accumulator piston 7 is pushed with its guide part 7b into the displacement space 40 against the spring action of the coupling spring 41 when the pressure builds up, the pressure build-up of the pressure pulse II is delayed. As a result of this delay in the build-up of pressure, the maximum pressure reached is lower, but the pressure pulse II lasts considerably longer.
Diese zeitliche Verlängerung des Druckpulses II wird durch Zwischenspeicherung von der mittels dem Elektromagneten 8 auf den Betätigungskolben 6 eingebrachten Energie in der Kopplungsfeder 41 erzielt, die nach Abschluß des Betätigungshubes des Betätigungskolbens 6 an den Speicherkolben 7 abgegeben wird.This time extension of the pressure pulse II is achieved by buffering the energy introduced into the actuating piston 6 by means of the electromagnet 8 in the coupling spring 41, which energy is delivered to the accumulator piston 7 after the actuation stroke of the actuating piston 6 has been completed.
Hierdurch kann die Dauer eines einzelnen Druckpulses II verlängert werden, wobei die Frequenz und die Dauer der in den Elektromagneten 8 eingespeisten Strompulse unverändert bleibt. Bei der zweiten Ausführungsform ist das zeitliche Druck/Pausen-Verhältnis wesentlich höher als bei einer Hubkolbenpumpe, die keinen federgekoppelten Hubkolben aufweist. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die im Chemoreaktor ablaufenden chemischen Reaktionen auf starke Druckschwankungen und Druckpausen empfindlich ansprechen.As a result, the duration of an individual pressure pulse II can be extended, the frequency and the duration of the current pulses fed into the electromagnet 8 remaining unchanged. In the second embodiment, the pressure / pause ratio over time is considerably higher than in the case of a reciprocating piston pump which does not have a spring-coupled reciprocating piston. This is particularly advantageous if the chemical reactions taking place in the chemoreactor are sensitive to strong pressure fluctuations and pressure pauses.
Die Kopplungsfeder 41 ist mit Vorspannung eingesetzt, wobei die Federhärte und die Vorspannung so eingestellt sind, daß der Speicherkolben 7 nicht an der Bodenwandung 6b anschlägt. Das heißt, daß die von der Kopplungsfeder 41 im zusammengedrückten Zustand erzeugte Federkraft größer als die durch den Maximaldruck der Druckpulse II auf den Speicherkolben 7 ausgeübte Gegenkraft ist.The coupling spring 41 is inserted with a prestress, the spring hardness and the prestress being set such that the storage piston 7 does not strike the bottom wall 6b. This means that the spring force generated by the coupling spring 41 in the compressed state is greater than the counterforce exerted on the accumulator piston 7 by the maximum pressure of the pressure pulses II.
Die Pumpenvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel vereint somit die Vorteile einer hohen Dosiergenauigkeit mit denen einer geringen Pulsation. Sie ist deshalb für die Zuführung von Medien an Chemoreaktoren besonders gut geeignet.The pump device according to the second embodiment thus combines the advantages of high metering accuracy with those of low pulsation. It is therefore particularly well suited for the supply of media to chemoreactors.
Auch bei dieser Ausführungsform können mehrere Dosiereinrichtungen 5 an eine gemeinsame Druckkammer 21 angeschlossen sein. Werden die Dosiereinrichtungen 5 im gleichen Takt be- trieben, so werden die von den einzelnen Dosiereinrichtungen 5 zugeführten Fluide unmittelbar in der Druckkammer 21 gemischt und dem Chemoreaktor zugeführt. Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung übernimmt somit eine Mischfunktion, wobei die Fluide gemischt und sofort nach dem Mischen dem Chemoreaktor zugeführt werden. Dies ist ideal für schnell ablaufendeIn this embodiment too, a plurality of metering devices 5 can be connected to a common pressure chamber 21. If the metering devices 5 are operated in the same cycle, the fluids supplied by the individual metering devices 5 are mixed directly in the pressure chamber 21 and fed to the chemoreactor. The pump device according to the invention thus takes on a mixing function, the fluids being mixed and immediately be fed to the chemoreactor after mixing. This is ideal for fast-paced
Reaktionen, da ohne Standzeit die Fluide gemischt und im Chemoreaktor reagieren können. Mit der erfindungsgemäßen, mischenden Pumpenvorrichtung können einem Chemoreaktor über lediglich einen einzigen Anschluß mehrere reaktive Fluide zugeführt werden.Reactions because the fluids can mix and react in the chemoreactor. With the mixing pump device according to the invention, several reactive fluids can be fed to a chemoreactor via only a single connection.
Die Dosiereinrichtungen 5 können auch alternierend betrieben werden, wobei jeweils eine einzige Dosiereinrichtung ein bestimmtes Fluid während eines Arbeitstaktes der Pumpeinrichtung zuführt, die das Fluid zum Chemoreaktor weiterbefördert. Während des nächsten Arbeitstaktes wird von einer anderen Dosiereinrichtung ein weiteres Fluid zugeführt. Bei diesem Verfahren werden die Fluide aufeinanderfolgend, abwechselnd durch eine Pumpeinrichtung dem Chemoreaktor zugeführt. Die vollständige Vermischung erfolgt dann erst in der Reaktionskammer des Chemoreaktors.The metering devices 5 can also be operated alternately, with a single metering device in each case supplying a specific fluid to the pump device during a work cycle, which pump device conveys the fluid to the chemoreactor. Another fluid is supplied from another metering device during the next work cycle. In this method, the fluids are fed to the chemoreactor in succession, alternately by a pump device. The complete mixing then takes place only in the reaction chamber of the chemoreactor.
Das Mengenverhältnis der zu mischenden Fluide kann durch die Frequenz und den Hub, mit welchem der Dosierkolben 28 betätigt wird, eingestellt werden. Der Querschnitt der Dosiereinrichtungen kann entsprechend den zu erwartenden Fluidmengen ausgewählt werden. Zur Erzielung hoher Fluiddurchsätze können mehrere Dosiereinrichtungen 5 vorgesehen werden, die eventuell auch das gleiche Fluid fördern.The quantity ratio of the fluids to be mixed can be adjusted by the frequency and the stroke with which the metering piston 28 is actuated. The cross section of the metering devices can be selected according to the expected fluid quantities. To achieve high fluid throughputs, several metering devices 5 can be provided, which may also convey the same fluid.
Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung, die im wesentlichem dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Gleiche Teile sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen versehen.Fig. 4 shows a third embodiment of a pump device according to the invention, which corresponds essentially to the first embodiment. The same parts are therefore provided with the same reference numerals.
An die Druckkammer 21 mündet ein zu einer Verzögerungskammer 42 führender Durchgang 43. Die Verzögerungskammer 42 ist sacklochartig mit einer Mantelwandung 44 und einer Bodenwandung 45 ausgeführt und weist eine hohlzylindrische Form auf. In ihr ist ein Verzögerungskolben 46 verschieblich gelagert, der bündig mit der Mantelwandung 44 der Verzögerungskammer 42 abschließt. An der von der Druckkammer 21 abgewandten Seite des Verzögerungskolbens 46 ist eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Druckfeder 47 in die Bodenwan- düng 45 eingebracht, die mit Vorspannung zwischen dem Verzögerungskolben 46 und der in der Bodenwandung 45 eingebrachten Ausnehmung eingesetzt ist.A passage 43 leading to a delay chamber 42 opens onto the pressure chamber 21. The delay chamber 42 is designed like a blind hole with a jacket wall 44 and a bottom wall 45 and has a hollow cylindrical shape. In it a delay piston 46 is slidably mounted, which is flush with the jacket wall 44 of the delay chamber 42. On the side of the delay piston 46 facing away from the pressure chamber 21, a recess for receiving a compression spring 47 is made in the bottom wall 45, which is inserted with a prestress between the delay piston 46 and the recess made in the bottom wall 45.
Die Funktionsweise dieses dritten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend erläutert.The operation of this third embodiment is explained below.
Bei Stromschaltung des Elektromagneten 8 wird der Betätigungskolben 6 und der Dosierkolben 7 vom Magneten 8 in Förderrichtung 13 bewegt, wodurch das Fluid aus der Druckkammer 21 zum Anschlußteil 3 verdrängt wird. Wird ein durch die Vorspannung der Druckfeder 47 in der Verzögerungskammer 42 eingestellte Verzögerungsdruck P in der Druckkammer 21 erreicht, so entweicht das Fluid in die Verzögerungskammer 42, wobei der Verzögerungskolben 46 in die Verzögerungskammer 42 eingeschoben wird. Hierdurch wird der Druckaufbau in derWhen the electromagnet 8 is switched on, the actuating piston 6 and the metering piston 7 are moved by the magnet 8 in the conveying direction 13, as a result of which the fluid is displaced from the pressure chamber 21 to the connecting part 3. If a by the bias of the compression spring 47 in the Delay chamber 42 reaches the set deceleration pressure P in the pressure chamber 21, the fluid escapes into the delay chamber 42, the delay piston 46 being pushed into the delay chamber 42. As a result, the pressure build-up in the
Druckkammer 21 und folglich in der Druckleitung 2 verzögert, so daß der Druck nicht schlagar- tig zunimmt, sondern allmählich ansteigt.Pressure chamber 21 and consequently delayed in the pressure line 2, so that the pressure does not increase abruptly, but rather increases gradually.
Die Federhärte der Feder 47 und der maximale Hub (= Abstand zwischen dem Verzögerungskolben 46 und der Bodenwandung 45 im Ausgangszustand) des Verzögerungskolbens 46 sind so gewählt, daß der Verzögerungskolben 46 nicht an der Bodenwandung 45 anschlägt. Hier- durch werden die Druckspitzen, wie beim zweiten Ausführungsbeispiel, „abgefedert".The spring hardness of the spring 47 and the maximum stroke (= distance between the delay piston 46 and the bottom wall 45 in the initial state) of the delay piston 46 are selected so that the delay piston 46 does not strike the bottom wall 45. As a result, the pressure peaks are “cushioned”, as in the second exemplary embodiment.
Die Vorspannkraft wird vorzugsweise so gering wie möglich eingestellt, damit möglichst frühzeitig die Verzögerung des Druckanstieges beginnt. Die Federhärte wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß nach dem vollständigen Hub des Verzögerungskolbens 46 in der Verzöge- rungskammer 42 die von der Druckfeder 47 ausgeübte Kraft geringfügig größer als die durch den maximalen Druck der Druckpulse II auf den Verzögerungskolben 46 ausgeübte Druckkraft ist.The pretensioning force is preferably set as low as possible so that the deceleration of the pressure rise begins as early as possible. The spring hardness is expediently chosen such that after the delay piston 46 has been completely lifted in the delay chamber 42, the force exerted by the compression spring 47 is slightly greater than the pressure force exerted on the delay piston 46 by the maximum pressure of the pressure pulses II.
Eine viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt, das zwei Dosiereinrichtun- gen 5, 5' und eine Pumpeinrichtung 4 aufweist. Die Dosiereinrichtungen 5, 5' sind identisch wie beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet, weshalb eine erneute Beschreibung weggelassen werden kann.A fourth exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 5, which has two metering devices 5, 5 ' and a pump device 4. The metering devices 5, 5 ' are identical to those in the first and second exemplary embodiments, which is why a new description can be omitted.
Die Pumpeinrichtung 4 ist eine doppeltwirkende Pumpeinrichtung mit einem Betätigungskolben 6 und zwei Speicherkolben 17, 17'. Der Betätigungskolben 6 lagert verschieblich in einem zylinderförmigen Ankerraum 9, der von einem ersten Rohrabschnitt 10 eines Gehäusekörpers 11 begrenzt wird. Auf dem ersten Rohrabschnitt 10 sitzen außenseitig zwei Elektromagneten 8, 8'. Die zwei Elektromagneten 8, 8' sind symmetrisch um eine Symmetrieebene 48 angeordnet, die senkrecht zur Längsrichtung des ersten Rohrabschnittes 10 angeordnet ist und diesen an sei- ner Längsmitte schneidet. Die Elektromagnete 8,8' sind wiederum von einem Pumpengehäuse 12 umfaßt. Angrenzend an die Elektromagnete 8, 8' sind in den ersten Rohrabschnitt 10 jeweils magnetische Luftspalte ausgebildet, d. h., daß der Rohrabschnitt 10 ringförmige Unterbrechungen aufweist, in welchen Ringelemente 49 aus magnetische nicht leitfähigen Material angeordnet sind.The pump device 4 is a double-acting pump device with an actuating piston 6 and two storage pistons 17, 17 ' . The actuating piston 6 is slidably supported in a cylindrical armature space 9, which is delimited by a first tube section 10 of a housing body 11. On the outside of the first tube section 10 there are two electromagnets 8, 8 ' . The two electromagnets 8, 8 ' are arranged symmetrically about a plane of symmetry 48, which is arranged perpendicular to the longitudinal direction of the first pipe section 10 and intersects it at its longitudinal center. The electromagnets 8, 8 ' are in turn surrounded by a pump housing 12. Adjacent to the electromagnets 8, 8 ' , magnetic air gaps are formed in the first tube section 10, ie the tube section 10 has annular interruptions in which ring elements 49 made of magnetic non-conductive material are arranged.
An denen beiden von der Symmetrieebene 48 entfernten Enden des Ankerraums 9 bildet der Gehäusekörper 1 1 einen gegenüber dem Innendurchmesser des Ankerraumes 9 dünneren von einem Ringsteg 16 bzw. 16 ' begrenzten Durchgang, in dem jeweils eine Anschlagbuchse 17,At the two ends of the armature space 9 that are distant from the plane of symmetry 48, the housing body 11 forms one that is thinner than the inner diameter of the armature space 9 an annular web 16 or 16 ' limited passage, in each of which a stop bush 17,
17 ' eingesetzt ist. Die Anschlagbuchsen 17, 17 ' stehen vom Ringsteg 16, 16 ' in den Ankerraum 9 vor und bilden mit ihrer entgegen zur Förderrichtung 13 bzw. 13 ' weisenden Stirnkante eine Anschlagkante 18 bzw. 18'.17 'is used. The stop bushings 17, 17 'project from the annular rib 16, 16' in the armature space 9, and form with their counter to the conveying direction 13 and 13 'facing end edge a stop edge 18 or 18'.
In den Anschlagbuchsen 17, 17 ' lagern jeweils verschieblich die Speicherkolben 7,7'. Die Speicherkolben 7, 7' weisen jeweils an ihren entgegen zu den Förderrichtungen 13 bzw. 13' zeigenden Enden einen die Anschlagkanten 18, 18' der Anschlagbuchsen 17, 17 ' übergreifende Anschlagscheibe 19, 19 ' auf.The storage pistons 7, 7 ' are each slidably supported in the stop bushings 17, 17 ' . The storage pistons 7, 7 ' each have, at their ends pointing opposite to the conveying directions 13 and 13 ', a stop disc 19, 19 'which overlaps the stop edges 18, 18 ' of the stop bushes 17, 17 ' .
Der Betätigungskolben 6 ist ein zylinderförmiger Körper, der mit seiner Mantelfläche an der Innenwandung des ersten Rohrabschnittes anliegt. Vorzugsweise weist der Betätigungskolben 6 an seiner Mantelfläche Längsnuten auf, an welchen ein den Ankerraum 9 füllendes Fluid vorbeiströmen kann.The actuating piston 6 is a cylindrical body, which lies with its outer surface against the inner wall of the first tube section. The actuating piston 6 preferably has longitudinal grooves on its lateral surface, which a fluid filling the armature space 9 can flow past.
Zwischen den Stirnflächen des Betätigungskolben 6 und den Ringstegen 16, 16' sind jeweils Zentrierfedern 50, 50' eingesetzt. Die Zentrierfedern 50, 50' sind identisch ausgebildet, das heißt, daß sie die gleiche Länge und Federhärte aufweisen. Die Zentrierfedern 50, 50' halten den Betätigungskolben 6 symmetrisch um die Längsmitte des ersten Rohrabschnittes 10 bzw. symmetrisch um die Symmetrieebene 48.Centering springs 50, 50 ' are inserted between the end faces of the actuating piston 6 and the ring webs 16, 16 ' . The centering springs 50, 50 ' are of identical design, that is to say that they have the same length and spring hardness. The centering springs 50, 50 ' hold the actuating piston 6 symmetrically about the longitudinal center of the first tube section 10 or symmetrically about the plane of symmetry 48.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des vierten Ausführungsbeispiels erläutert.The mode of operation of the fourth exemplary embodiment is explained below.
Die Dosiereinrichtungen 5, 5' fördern Fluide, wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbei- spielen, in die Druckkammern 21 , 21 ' so daß die Speicherkolben 7, 7' einen entsprechenden Speicherhub ausführen.The metering devices 5, 5 ' convey fluids, as in the exemplary embodiments described above, into the pressure chambers 21, 21 ' so that the storage pistons 7, 7 ' carry out a corresponding storage stroke.
Wenn z. B. der Magnet 8 unter Strom geschaltet wird, wird der Betätigungskolben 6, der zu den beiden Magneten 8, 8' einen Anker darstellt, in den Magneten 8 in die erste Förderrichtung 13 gezogen. Der Betätigungskolben 6 schlägt hierbei auf den ersten Speicherkolben 7 auf, so daß dieser einen Förderhub ausführt und das Fluid aus der ersten Druckkammer 21 verdrängt.If e.g. B. the magnet 8 is energized, the actuating piston 6, which is an anchor to the two magnets 8, 8 ' , is pulled into the magnet 8 in the first conveying direction 13. The actuating piston 6 strikes the first accumulator piston 7 so that it executes a delivery stroke and displaces the fluid from the first pressure chamber 21.
Die während des Förderhubes komprimierte erste Zentrierfeder 50 bewegt, nachdem die Stromschaltung des Magneten 8 beendet ist, den Betätigungskolben 6 wieder zurück in seine Ausgangsstellung. Vorzugsweise wird gleichzeitig mit dieser Zurückbewegung des Betätigungskolbens 6 der zweite Magnet 8' unter Strom geschaltet, so daß der Betätigungskolben 6 auf den zweiten Speicherkolben 7' auftrifft und diesen in die zweite Förderrichtung 13' ver- schiebt. Nach Beendigung der Stromschaltung des zweiten Magneten 8' und des zweiten Förderhubes wird der Betätigungskolben 6 von der zweiten Zentrierfeder 50' wieder zurück in seine Ausgangsstellung bewegt. An diese Zurückbewegung kann sich ein weiterer Förderhub am ersten Speicherkolben 7 anschließen.The first centering spring 50, compressed during the delivery stroke, moves the actuating piston 6 back into its starting position after the current switching of the magnet 8 has ended. Preferably, the second magnet 8 'is energized simultaneously with this return movement of the actuating piston 6, so that the actuating piston 6 strikes the second accumulator piston 7' and displaces it in the second conveying direction 13 '. pushes. After the current switching of the second magnet 8 'and the second delivery stroke has ended, the actuating piston 6 is moved back into its starting position by the second centering spring 50'. A further delivery stroke on the first accumulator piston 7 can follow this return movement.
Diese Pumpenvorrichtung wird vorzugsweise so betrieben, daß während des Förderhubs an einem der beiden Speicherkolben 7, 7' am gegenüberliegenden Speicherkolben 7, 7' von der entsprechenden Dosiereinrichtung Fluid zugeführt wird. Dadurch, daß der eine Speicherkolben „geladen" wird, während der andere Speicherkolben einen Förderhub ausführt, kann der Betä- tigungskolben 6 ohne Unterbrechung zwischen den beiden Speicherkolben hin und her bewegt werden und in schneller Folge eine Vielzahl von Förderpulsen ausführen.This pump device is preferably operated such that is supplied during the delivery stroke of one of the two accumulator piston 7, 7 'at the opposite accumulator piston 7, 7' of the corresponding metering fluid. Because one of the accumulator pistons is “loaded” while the other accumulator piston is carrying out a delivery stroke, the actuating piston 6 can be moved back and forth between the two accumulator pistons without interruption and execute a large number of conveying pulses in rapid succession.
Mit dieser Pumpenvorrichtung können zwei hochreaktive Fluide einem Chemoreaktor zugeführt werden, wobei sie erst im Chemoreaktor gemischt werden. Durch das Vorsehen der doppelt- wirkenden Pumpeinrichtung wird ein kostengünstiger, einfacher Aufbau geschaffen, der, wenn er mit der Resonanzfrequenz des hin und her schwingenden Betätigungskolbens 6 betrieben wird, wenig elektrische Leistung zur Förderung der Fluide benötigt.With this pump device, two highly reactive fluids can be fed to a chemoreactor, whereby they are only mixed in the chemoreactor. The provision of the double-acting pump device creates an inexpensive, simple structure which, when operated at the resonance frequency of the oscillating actuating piston 6, requires little electrical power to convey the fluids.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es grundsätzlich möglich, daß die Spei- cherkolben 7, 7' sich im Ruhezustand aus ihren jeweiligen Anschlagbuchsen 17, 17', bspw. aufgrund der Schwerkraft, herausbewegen. Bei einem Betrieb mit einer bestimmten Förderfrequenz von bspw. 50 Hz ist dies praktisch nicht relevant, da die Speicherkolben 7, 7' bei der ersten hin und her Bewegung des Betätigungskolben 6 in die Anschlagbuchsen 17, 17' eingeschoben werden und das in die Druckkammer 21 , 21 ' eingeführte Fluid ein erneutes, unkontrol- liertes Herausbewegen der Speicherkolben 7, 7' aus den Anschlagbuchsen 17, 17' verhindert.In the exemplary embodiment shown in FIG. 5, it is fundamentally possible for the storage pistons 7, 7 'to move out of their respective stop bushes 17, 17' in the idle state, for example due to gravity. This is practically irrelevant for operation with a specific delivery frequency of 50 Hz, for example, since the accumulator pistons 7, 7 'are pushed into the stop bushes 17, 17' during the first reciprocating movement of the actuating piston 6, and this into the pressure chamber 21 , 21 'introduced fluid prevents a renewed, uncontrolled moving out of the storage pistons 7, 7' from the stop bushings 17, 17 '.
Für einen Betrieb mit längeren Förderpausen kann es zweckmäßig sein, die Zentrierfedern 50, 50' zwischen dem Betätigungskolben 6 und den Speicherkolben 7, 7' vorzusehen, so daß die Speicherkolben 7, 7' von den Zentrierfedern in die Anschlagbuchsen 17, 17' eingeschoben werden würden.For operation with longer pauses in delivery, it may be expedient to provide the centering springs 50, 50 'between the actuating piston 6 and the storage pistons 7, 7', so that the storage pistons 7, 7 'are pushed into the stop bushes 17, 17' by the centering springs would.
Eine Zentrierung des Betätigungskolbens 6 im ersten Rohrabschnitt 10 ist zweckmäßig, aber wenn die Pumpenvorrichtung mit kontinuierlich hin und her schwingenden Betätigungskolben betrieben werden soll, nicht notwendig, da dann der Betätigungskolben 6 nicht in der durch die Zentrierfedern festgelegten mittigen Ausgangsstellung verweilt. Bei ausreichender Dimensionierung der Magnete 8, 8' kann der Betätigungskolben 6 auch ohne Unterstützung der Zen- trierfedern von einer an einem Speicherkolben anliegenden Stellung in Richtung zum anderenA centering of the actuating piston 6 in the first pipe section 10 is expedient, but is not necessary if the pump device is to be operated with continuously oscillating actuating pistons, since the actuating piston 6 then does not remain in the central starting position defined by the centering springs. If the magnets 8, 8 'are sufficiently dimensioned, the actuating piston 6 can also be springs from one position against a storage piston towards the other
Speicherkolben bewegt werden. Die Zentrierfedern können hierbei auch weggelassen werden.Storage pistons are moved. The centering springs can also be omitted here.
Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung ist oben anhand eines Pumpensystems beschrie- ben, bei dem das Fluid mittels eines Anschlußteils der Reaktionskammer zugeführt wird. Dieses Anschlußteil kann z.B. ein Druckventil oder ein beliebiges anderes Anschlußelement sein, um das Fluid in die Reaktionskammer einzuleiten.The pump device according to the invention is described above with reference to a pump system in which the fluid is supplied to the reaction chamber by means of a connecting part. This connector can e.g. a pressure valve or any other connection element to introduce the fluid into the reaction chamber.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind zum Zuführen eines oder mehrerer Fluide an einen Chemoreaktor vorgesehen. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung auch zum Zuführen von Fluid an andere Einrichtungen verwendet werden. So können die Pumpenvorrichtungen zum Zuführen von Kraftstoff an einen Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Das Anschlußteil 3 ist bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine Einspritzdüse 3, die unmittelbar angrenzend am Brennraum angeordnet ist.The exemplary embodiments described above are intended for supplying one or more fluids to a chemoreactor. Of course, the pump device according to the invention can also be used to supply fluid to other devices. The pump devices can thus be used to supply fuel to a combustion chamber of an internal combustion engine. In a fuel injection device, the connection part 3 is an injection nozzle 3 which is arranged directly adjacent to the combustion chamber.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Pumpenvorrichtungen beschrieben, die als Einspritzvorrichtungen für Brennkraftmaschinen ausgelegt sind. Sie können gleichermaßen auch zum Zuführen von Flüssigkeiten an Chemoreaktoren verwendet werden.In the following, further exemplary embodiments of pump devices according to the invention are described which are designed as injection devices for internal combustion engines. They can also be used to supply liquids to chemoreactors.
In Fig. 6 ist schematisch eine Einspritzvorrichtung gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung 1 gezeigt. Diese Einspritzvorrichtung ist ein Pumpe-Düse-System mit einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung, deren Druckleitung an eine Einspritzdüse 3 angeschlossen ist.6 schematically shows an injection device according to a fifth exemplary embodiment of a pump device 1 according to the invention. This injection device is a pump-nozzle system with a pump device according to the invention, the pressure line of which is connected to an injection nozzle 3.
Dieses fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichem dem ersten Ausführungsbeispiel. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.This fifth embodiment corresponds essentially to the first embodiment. The same parts are labeled with the same reference numerals.
Der in Fig. 6 gezeigte Betätigungskolben 6 ist zweiteilig aus einem Ankerkörper 52 und einem Führungsrohr bzw. Führungsstift 55 ausgebildet. Er kann gleichermaßen einteilig ausgebildet sein und es ist auch möglich einen lediglich durch den Rohrabschnitt 10 geführten Anker ohne Führungsstift vorzusehen.The actuating piston 6 shown in FIG. 6 is formed in two parts from an armature body 52 and a guide tube or guide pin 55. It can also be formed in one piece and it is also possible to provide an anchor that is only guided through the pipe section 10 without a guide pin.
In der Mantelfläche des Ankerkörpers 52 sind Längsnuten eingebracht und der Führungsstift 55 ist bspw. hohl, falls der Ankerraum mit Kraftstoff geflutet ist, so daß bei einer Bewegung des Betätigungskolbens 6 in Förderrichtung 13 oder entgegen zur Förderrichtung 13 ein im Ankerraum befindlicher Kraftstoff am Betätigungskoiben 6 vorbeiströmen kann und dessen Bewe- gung nicht hemmt. Vorzugsweise ist jedoch der Ankerraum 9 gegenüber den Kraftstoff führenden Bereichen abgedichtet und frei von Kraftstoff. Bei einer solchen Ausführungsform sind keine Längsnuten am Ankerkörper vorzusehen.Longitudinal grooves are made in the lateral surface of the armature body 52 and the guide pin 55 is hollow, for example, if the armature space is flooded with fuel, so that when the actuating piston 6 moves in the conveying direction 13 or counter to the conveying direction 13, a fuel located in the armature space on the actuating piston 6 can flow past and its movement not inhibit. However, the armature space 9 is preferably sealed off from the areas carrying fuel and is free of fuel. In such an embodiment, no longitudinal grooves are to be provided on the anchor body.
Eine Ankerfeder 50 ist zwischen dem Ringsteg 16 des Gehäusekörpers 11 und der in Förderrichtung 13 weisenden Stirnfläche des Betätigungskolbens 6 eingesetzt. Eine Speicherkolbenfeder 51 ist zwischen der Anschlagscheibe 19 und der in Förderrichtung 13 weisenden Stirnfläche des Betätigungskolbens 6 eingesetzt. An dieser Stirnfläche ist eine Ausnehmung 53 eingebracht, in welcher die Speicherkolbenfeder 51 sitzt und in welcher die Speicherkolbenfeder 51 beim Zusammendrücken derselben aufgenommen wird. An der Anschlagscheibe 19 ist die Speicherkolbenfeder 51 von einem Ringsteg 54 umfaßt.An armature spring 50 is inserted between the annular web 16 of the housing body 11 and the end face of the actuating piston 6 pointing in the conveying direction 13. A storage piston spring 51 is inserted between the stop disk 19 and the end face of the actuating piston 6 pointing in the conveying direction 13. On this end face, a recess 53 is made, in which the storage piston spring 51 sits and in which the storage piston spring 51 is received when the same is compressed. The storage piston spring 51 is surrounded by an annular web 54 on the stop disk 19.
Durch das erfindungsgemäße Vorsehen einer Dosiereinrichtung 5 und einer Pumpeinrichtung 4 wird das Dosieren der Kraftstoffmenge von der Erzeugung des Kraftstoffeinspritzdruckes ent- koppelt.The provision of a metering device 5 and a pump device 4 in accordance with the invention decouples the metering of the fuel quantity from the generation of the fuel injection pressure.
Da der Speicherkolben 7 nach dem Dosiervorgang bei einer größeren einzuspritzenden Kraftstoffmenge weiter in den Ankerraum 9 als bei einer kleineren einzuspritzenden Kraftstoffmenge ragt, ist der Beschleunigungsweg des Betätigungskolbens 6 bei größeren einzuspritzenden Kraftstoffmengen geringer als bei kleineren Kraftstoff mengen. Bei kleineren Kraftstoffmengen ist die Länge des Beschleunigungsweges größer als bei großen Kraftstoffmengen, wodurch die vom Betätigungskolben gespeicherte kinetische Energie größer als bei großen Kraftstoffmengen ist. Dies hat zur Folge, daß kleinere Kraftstoffmengen mit höherem Druck als größere Kraftstoffmengen eingespritzt werden. Hierdurch werden kleinere Kraftstoffmengen sehr fein zerstäubt und im Brennraum unmittelbar im Bereich hinter der Düse abgebremst. Größere mit geringerem Druck eingespritzte Kraftstoffmengen bilden hingegen größere Tropfen, die weiter in den Brennraum eindringen. Dieser Effekt ist für das Zündverhalten der Brennkraftmaschine sehr vorteilhaft, da die kleineren Kraftstoffmengen in der Nähe der Einspritzdüse 3 abgebremst werden und durch eine entsprechende Anordnung der Zündkerze exakt gezündet werden kön- nen, wohingegen größere Kraftstoffmengen im Brennraum gleichmäßig verteilt sind und dementsprechend gut abbrennen. Diese für den Brennvorgang ideale Verteilung des Kraftstoffes, bei welchem kleinere Kraftstoffmengen im Bereich der Zündkerze angereichert sind und größere Kraftstoffmengen im Brennraum gleichmäßiger verteilt sind, wird als Ladungsschichtung bezeichnet.Since the accumulator piston 7 protrudes further into the armature space 9 after a dosing process with a larger quantity of fuel to be injected than with a smaller quantity of fuel to be injected, the acceleration path of the actuating piston 6 is smaller with larger quantities of fuel to be injected than with smaller quantities of fuel. With smaller amounts of fuel, the length of the acceleration path is greater than with large amounts of fuel, as a result of which the kinetic energy stored by the actuating piston is greater than with large amounts of fuel. As a result, smaller amounts of fuel are injected with higher pressure than larger amounts of fuel. As a result, small amounts of fuel are atomized very finely and braked in the combustion chamber directly in the area behind the nozzle. Larger amounts of fuel injected at lower pressure, on the other hand, form larger drops that penetrate further into the combustion chamber. This effect is very advantageous for the ignition behavior of the internal combustion engine, since the smaller amounts of fuel in the vicinity of the injector 3 are braked and can be ignited exactly by arranging the spark plug accordingly, whereas larger amounts of fuel are evenly distributed in the combustion chamber and accordingly burn well. This ideal distribution of the fuel for the combustion process, in which smaller amounts of fuel are enriched in the area of the spark plug and larger amounts of fuel are more evenly distributed in the combustion chamber, is called charge stratification.
Ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in Fig. 7 gezeigt. Bei dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung sind die Pumpeinrichtung 4 und die Dosiereinrichtung 5 entlang einer Linie angeordnet. Diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist einen im wesentlichen rohrförmigen Gehäusekörper 1 1 , der aus einem ersten Rohrabschnitt 10 und einem zweiten Rohrabschnitt 26 besteht, die zueinander koaxial angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrabschnitt 11 , 26 eine Querplatte 57 ausgebildet ist. Im Bereich des ersten Rohrabschnittes 10 ist die Pumpeinrichtung 4 und im Bereich des zweiten Rohrabschnittes 26 ist angrenzend zur Querplatte 57 die Dosiereinrichtung 5 und in Förderrichtung 13 nachfolgend die Druckkammer 21 ausgebildet.A sixth exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention is shown in FIG. 7. In this fuel injection device, the pump device 4 and the metering device 5 are arranged along a line. This fuel injection device has an essentially tubular housing body 1 1, which consists of a first pipe section 10 and a second pipe section 26, which are arranged coaxially with one another, a transverse plate 57 being formed between the first and the second pipe sections 11, 26. The pump device 4 is formed in the area of the first pipe section 10 and in the area of the second pipe section 26 the metering device 5 is formed adjacent to the transverse plate 57 and subsequently the pressure chamber 21 in the conveying direction 13.
Die Pumpeinrichtung 4 weist einen in einem Ankerraum 9 gelagerten Betätigungskolben 6 auf, der aus einem rohrförmigen Ankerkörper 52 und einem den Ankerkörper 52 in Längsrichtung durchsetzenden Ankerstift 55, der an beiden Stirnflächen des Ankerkörpers 52 vorsteht, besteht. Der Ankerraum 9 ist vom ersten Rohrabschnitt 10 des Gehäusekörpers 11 begrenzt. Auf der Mantelfläche des ersten Rohrabschnittes 10 sitzt ein Elektromagnet 8. Der Rohrabschnitt 11 und der Elektromagnet 8 sind von einem Pumpengehäuse 12 umfaßt, das auch das in Förderrichtung 13 rückwärtige Ende des Rohrabschnittes 10 mit einem Deckelabschnitt 14 abschließt.The pump device 4 has an actuating piston 6 which is mounted in an armature space 9 and which consists of a tubular armature body 52 and an armature pin 55 which penetrates the armature body 52 in the longitudinal direction and which projects on both end faces of the armature body 52. The armature space 9 is delimited by the first tube section 10 of the housing body 11. An electromagnet 8 sits on the lateral surface of the first pipe section 10. The pipe section 11 and the electromagnet 8 are encompassed by a pump housing 12, which also closes the rear end of the pipe section 10 in the conveying direction 13 with a cover section 14.
Am in Förderrichtung 13 vorderen Ende des Rohrabschnittes 10 ist die einteilig mit dem ersten Rohrabschnitt 10 ausgebildete Querplatte 57 angeordnet, in deren Mitte ein Durchgang eingebracht ist. In diesem Durchgang sitzt eine Führungsbuchse 56. Am rückwärtigen Ende des Ankerraums 9 befindet sich eine weitere Führungs- bzw. Anschlagbuchse 15. In den beiden Führungsbuchsen 15, 56 ist der Ankerstift 55 des Betätigungskolbens 6 verschieblich gelagert. Zwischen der in Förderrichtung 13 nach vorne weisenden Stirnfläche des Ankerkörpers 52 und der Querplatte 57 ist eine Ankerfeder 50 eingesetzt, die den Betätigungskolben 6 entgegen zur Förderrichtung 13 mit einer Kraft beaufschlagt.Arranged at the front end of the pipe section 10 in the conveying direction 13 is the transverse plate 57 which is formed in one piece with the first pipe section 10 and in the middle of which a passage is made. A guide bushing 56 is seated in this passage. At the rear end of the armature space 9 there is a further guide bushing or stop bushing 15. The armature pin 55 of the actuating piston 6 is displaceably mounted in the two guide bushings 15, 56. An armature spring 50 is inserted between the end face of the armature body 52 pointing forward in the conveying direction 13 and the transverse plate 57, which acts on the actuating piston 6 with a force counter to the conveying direction 13.
Die am zweiten Rohrabschnitt 26 angeordnete Dosiereinrichtung 5 weist einen Dosierkolben 28 auf, der aus einem rohrförmigen Ankerkörper 29 und einem an dessen beiden Stirnseiten vorstehenden Führungsstift 30 besteht. Der Führungsstift 30 lagert mit seinen beiden Enden jeweils in der in der Querplatte eingesetzten Führungsbuchse 56 bzw. in einer Anschlagbuchse 17. Die Anschlagbuchse 17 ist in einem Durchgang eingesetzt, der von einem am zweiten Rohrabschnitt 26 nach innen vorstehenden Ringsteg 16 begrenzt wird. Zwischen dem Ankerkörper 29 des Dosierkolbens 28 und der in der Querplatte 57 eingesetztenThe metering device 5 arranged on the second pipe section 26 has a metering piston 28, which consists of a tubular armature body 29 and a guide pin 30 projecting on its two end faces. The guide pin 30 is supported with its two ends in the guide bushing 56 inserted in the cross plate or in a stop bushing 17. The stop bushing 17 is inserted in a passage which is delimited by an annular web 16 projecting inwards on the second tube section 26. Between the armature body 29 of the metering piston 28 and that inserted in the cross plate 57
Führungsbuchse 56 ist eine Dosierfeder 34 eingesetzt, die den Dosierkolben 28 mit einer Kraft in Förderrichtung 13 beaufschlagt und gegen die Anschlagbuchse 17 drückt.A bushing 56 is inserted into the guide bushing 56, which acts on the metering piston 28 with a force in the conveying direction 13 and presses it against the stop bushing 17.
Im Bereich der Dosiereinrichtung 5 ist außenseitig am zweiten Rohrabschnitt 26 ein weiterer Magnet 35 zum Betätigen des Dosierkolbens 28 angeordnet, der von einem zylinderförmigen Dosiereinrichtungsgehäuse 36 umschlossen ist.In the area of the metering device 5, a further magnet 35 for actuating the metering piston 28 is arranged on the outside on the second pipe section 26, which is enclosed by a cylindrical metering device housing 36.
Die der Dosiereinrichtung 5 in Förderrichtung 13 vorgeordnete Druckkammer 21 wird seitlich vom zweiten Rohrabschnitt 26 begrenzt. Dieser die Druckkammer 21 begrenzende Rohrabschnitt 26 ist in Förderrichtung 13 vorne mit einer Anschlußöffnung 22 zum Anschließen der zur Einspritzdüse 3 führenden Hochdruckleitung 2 versehen. In der Anschlußöffnung ist ein Standdruckventil 24 eingesetzt, das erst ab einem gewissen Durchlaßdruck innerhalb der Druckkammer 21 öffnet und die Verbindung zum Einspritzventil 3 freigibt.The pressure chamber 21 arranged upstream of the metering device 5 in the conveying direction 13 is laterally delimited by the second pipe section 26. This pipe section 26 delimiting the pressure chamber 21 is provided in the conveying direction 13 at the front with a connection opening 22 for connecting the high-pressure line 2 leading to the injection nozzle 3. A standing pressure valve 24 is used in the connection opening, which only opens from a certain passage pressure within the pressure chamber 21 and releases the connection to the injection valve 3.
Im Bereich der Anschlagbuchse 17 mündet zwischen dem Standdruckventil 24 und dem Dosierkolben 28 eine Kraftstoffzuführung 58 in die Druckkammer 21. In der Kraftstoffzuführung 58 ist ein Rückschlagventil 39 angeordnet, das einen Rückfluß in eine an die Kraftstoffzuführung 58 angeschlossene Kraftstoffzufuhrleitung 38 verhindert.In the area of the stop bushing 17, a fuel supply 58 opens into the pressure chamber 21 between the auxiliary pressure valve 24 and the metering piston 28. A check valve 39 is arranged in the fuel supply 58, which prevents a backflow into a fuel supply line 38 connected to the fuel supply 58.
Die Funktionsweise dieses sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist ähnlich zu der des fünften Ausführungsbeispiels und wird nachfolgend erläutert.The operation of this sixth embodiment of the invention is similar to that of the fifth embodiment and is explained below.
Während des Dosiervorganges wird der Magnet 35 der Dosiereinrichtung 5 unter Strom ge- setzt, so daß der Dosierkolben 28 entgegen zur Förderrichtung 13 einen Speicherhub ausführt und aus der Kraftstoffzufuhrleitung 38 Kraftstoff ansaugt. Der im Bereich der Anschlagbuchse 17 befindliche Kraftstoff kann wegen des Standdruckventils 24 und des Rückschlagventils 38 nicht entweichen und sperrt eine Zurückbewegung des Dosierkolbens 28. Am Ende des Dosiervorganges wird der Magnet 35 stromlos geschaltet, wobei der Dosierkolben 28 in der Stel- lung des Speicherhubes verbleibt, da einerseits seine Zurückbewegung gesperrt ist und andererseits die Dosierfeder 34 den Dosierkolben 28 in Förderrichtung 13 beaufschlagt. Hierbei fungiert der Dosierkolben 28 als Speicherkolben, da er eine vorbestimmte Kraftstoffmenge im Druckraum 21 speichert.During the metering process, the magnet 35 of the metering device 5 is energized so that the metering piston 28 executes a storage stroke counter to the conveying direction 13 and sucks fuel out of the fuel supply line 38. The fuel in the area of the stop bushing 17 cannot escape due to the stationary pressure valve 24 and the check valve 38 and blocks a return movement of the metering piston 28. At the end of the metering process, the magnet 35 is de-energized, the metering piston 28 remaining in the position of the storage stroke , since on the one hand its return movement is blocked and on the other hand the metering spring 34 acts on the metering piston 28 in the conveying direction 13. Here, the metering piston 28 acts as a storage piston, since it stores a predetermined amount of fuel in the pressure chamber 21.
Beim Einspritzvorgang wird der Magnet 8 der Pumpeinrichtung 4 unter Strom gesetzt, so daß der Betätigungskolben 6 in Förderrichtung bewegt wird, wobei er während einer Beschleunigungsphase kinetische Energie speichert. Am Ende der Beschleunigungsphase trifft der Betä- tigungskolben 6 auf den Dosierkolben 28 auf und überträgt seine kinetische Energie auf diesen. Der Dosierkolben 28 wird in die Anschlagbuchse 17 gedrückt, bis er mit der vorderen Stirnfläche des Ankerkörpers 29 auf der Anschlagkante 18 der Anschlagbuchse 17 auftrifft und gestoppt wird. Der Förderhub entspricht somit dem Speicherhub und die vom Dosierkolben 28 verdrängte Kraftstoffmenge der während des Dosiervorganges angesaugten und gespeicherten Kraftstoffmenge. Da die vom Dosierkolben verdrängte Kraftstoffmenge in die Hochdruckleitung 2 gefördert wird und mittels der Einspritzdüse 3 in den Brennraum eingespritzt wird, ist die eingespritzte Kraftstoffmenge exakt durch den Dosiervorgang bemessen und unabhängig von sich mit der Zeit verändernden Parametern, wie z.B. dem Öffnungsdruck und Durchlaßwiderstand der Einspritzdüse.During the injection process, the magnet 8 of the pump device 4 is energized so that the actuating piston 6 is moved in the conveying direction, wherein it stores kinetic energy during an acceleration phase. At the end of the acceleration phase, the operator Cleaning piston 6 on the metering piston 28 and transfers its kinetic energy to this. The metering piston 28 is pressed into the stop bushing 17 until it strikes the front end face of the armature body 29 on the stop edge 18 of the stop bushing 17 and is stopped. The delivery stroke thus corresponds to the storage stroke and the amount of fuel displaced by the metering piston 28 corresponds to the amount of fuel drawn in and stored during the metering process. Since the amount of fuel displaced by the metering piston is conveyed into the high-pressure line 2 and is injected into the combustion chamber by means of the injector 3, the amount of fuel injected is measured precisely by the metering process and is independent of parameters which change over time, such as the opening pressure and flow resistance of the injector .
In Fig. 8 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung gezeigt. Es besitzt im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das sechste Ausführungsbeispiel, weshalb gleiche Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen sind und eine ausführliche Beschreibung weggelassen werden kann.8 shows a seventh exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention. It has essentially the same structure as the sixth embodiment, which is why the same parts are given the same reference numerals and a detailed description can be omitted.
Bei diesem Ausführungsbeispiel mündet an der Druckkammer 21 ein zu einer Verzögerungskammer 42 führender Durchgang 43. Die Verzögerungskammer 42 ist sacklochartig mit einer Mantelwandung 44 und einer Bodenwandung 45 ausgeführt und weist eine hohlzylindrische Form auf. In ihr ist ein Verzögerungskolben 46 verschieblich gelagert, der bündig mit der Mantelwandung 44 der Verzögerungskammer 42 abschließt. An der von der Druckkammer 21 abgewandten Seite des Verzögerungskolbens 46 ist eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Druckfeder 47 in die Bodenwandung 45 eingebracht, die mit Vorspannung zwischen dem Verzögerungskolben 46 und der in der Bodenwandung 45 eingebrachten Ausnehmung eingesetzt ist.In this exemplary embodiment, a passage 43 leading to a delay chamber 42 opens out at the pressure chamber 21. The delay chamber 42 is designed like a blind hole with a jacket wall 44 and a bottom wall 45 and has a hollow cylindrical shape. In it a delay piston 46 is slidably mounted, which is flush with the jacket wall 44 of the delay chamber 42. On the side of the delay piston 46 facing away from the pressure chamber 21, a recess for receiving a compression spring 47 is made in the bottom wall 45, which is inserted with prestress between the delay piston 46 and the recess made in the bottom wall 45.
Die Funktionsweise dieses siebten Ausführungsbeispiels entspricht beim Dosiervorgang demjenigen aus dem sechsten Ausführungsbeispiel, wobei beim Einspritzvorgang eine Verzögerung des Druckaufbaus wie beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel erfolgt..The operation of this seventh exemplary embodiment corresponds to that of the sixth exemplary embodiment in the metering process, the pressure build-up being delayed in the injection process as in the second and third exemplary embodiments.
Beim Einspritzvorgang wird der Betätigungskolben 6 vom Magneten 8 in Förderrichtung 13 beschleunigt, wobei er während einer Beschleunigungsphase kinetische Energie speichert. Am Ende der Beschleunigungsphase trifft der Betätigungskolben 6 auf den Dosierkolben 28 auf und überträgt seine kinetische Energie auf diesen, wodurch Kraftstoff aus der Druckkammer 21 zur Einspritzdüse 3 verdrängt wird. Wird ein durch die Vorspannung der Druckfeder 47 in der Verzögerungskammer 42 eingestellteDuring the injection process, the actuating piston 6 is accelerated in the conveying direction 13 by the magnet 8, wherein it stores kinetic energy during an acceleration phase. At the end of the acceleration phase, the actuating piston 6 hits the metering piston 28 and transmits its kinetic energy to it, as a result of which fuel is displaced from the pressure chamber 21 to the injection nozzle 3. Is set by the bias of the compression spring 47 in the delay chamber 42
Verzögerungsdruck Pv in der Druckkammer 21 erreicht, so entweicht Kraftstoff in die Verzögerungskammer 42, wobei der Verzögerungskolben 46 in die Verzögerungskammer 42 eingeschoben wird. Hierdurch wird der Druckaufbau in der Druckkammer 21 und folglich in der Hochdruckleitung 2 verzögert, so daß der Druck nicht schlagartig zunimmt, sondern allmählich ansteigt. Der Verzögerungsvorgang endet, wenn der Verzögerungskolben 46 an der Bodenwandung 45 anschlägt. Die Verzögerungsdauer wird durch die Federhärte der Feder 47 und den Hub des Verzögerungskolbens 46 festgelegt.Delay pressure P v reached in the pressure chamber 21, fuel escapes into the delay chamber 42, the delay piston 46 being inserted into the delay chamber 42. As a result, the pressure build-up in the pressure chamber 21 and consequently in the high-pressure line 2 is delayed, so that the pressure does not increase suddenly, but rather increases gradually. The deceleration process ends when the deceleration piston 46 strikes the bottom wall 45. The delay time is determined by the spring hardness of the spring 47 and the stroke of the delay piston 46.
Der Verzögerungsdruck liegt vorzugsweise im Bereich von P = 1/2PDuse bis Pv = Pouse, wobei PDuse der Düsenöffnungsdruck der Einspritzdüse 3 ist. Die Federhärte der Druckfeder 47 ist so gewählt, daß der Verzögerungsvorgang zumindest während der Öffnungsphase des Einspritzventils andauert. Die Federhärte der Druckfeder 47 und der Hub des Verzögerungskolbens 46 sind vorzugsweise so gewählt, daß der Verzögerungskolben 46 bei einem Enddruck PEnde von 1 ,5PDuse bis 3PDuSe an der Bodenwandung 45 anschlägt.The delay pressure is preferably in the range of P = 1 / 2P nozzle to P v = pouse wherein P nozzle is the nozzle opening pressure of the injection nozzle. 3 The spring hardness of the compression spring 47 is selected so that the deceleration process lasts at least during the opening phase of the injection valve. The spring hardness of the compression spring 47 and the stroke of the delay piston 46 are preferably chosen so that the delay piston 46 strikes the bottom wall 45 at a final pressure P En de of 1.5P Du to 3P DuS e.
Der Vorgang des Druckaufbaus in dem in der Druckkammer 21 und der Hochdruckleitung 2 befindlichen Kraftstoff kann in drei Phasen unterteilt werden:The process of building up pressure in the fuel in the pressure chamber 21 and the high-pressure line 2 can be divided into three phases:
1.) Zunächst wird der Kraftstoff unter Druck gesetzt, bis der Druck den Verzögerungsdruck P einnimmt. Während diesem Druckanstieg führt wegen der Inkompressibilität des Kraftstoffes der Dosierkolben 28 nur eine minimale Bewegung aus, weshalb dieser Druckanstieg quasi schlagartig erfolgt.1.) First, the fuel is pressurized until the pressure assumes the deceleration pressure P. During this pressure increase, because of the incompressibility of the fuel, the metering piston 28 carries out only a minimal movement, which is why this pressure increase takes place suddenly.
2.) Mit dem Erreichen des Verzögerungsdruckes P beginnt die Verzögerungsphase, während der der weitere Druckaufbau verzögert wird. Während dieser Verzögerungsphase öffnet sich das Einspritzventil, wobei der Öffnungsvorgang nicht schlagartig, sondern über einem bestimmten Zeitraum andauernd erfolgt. Da während des Öffnungsvorganges des Einspritzventils der Druckaufbau verzögert wird, wird erreicht, daß an der erst teilweise geöffneten Einspritzdüse ein geringerer Anteil an Druckenergie reflektiert wird, die bei der nachfolgenden Reflexion die Bewegung des Dosierkolbens abbremst und zu Druckschwankungen beim Einspritzvorgang führen würde.2.) When the deceleration pressure P is reached, the deceleration phase begins, during which the further pressure build-up is delayed. During this delay phase, the injection valve opens, the opening process not taking place suddenly, but continuously over a certain period of time. Since the pressure build-up is delayed during the opening process of the injection valve, it is achieved that a smaller proportion of pressure energy is reflected at the only partially opened injection nozzle, which slows down the movement of the metering piston during the subsequent reflection and would lead to pressure fluctuations during the injection process.
3.) Die Federhärte der Druckfeder 47 und der Hub des Verzögerungskolbens 46 ist bspw. so gewählt, daß der Verzögerungsvorgang unmittelbar nach dem vollständigen Öffnen des Einspritzventils abgeschlossen ist, so daß der weitere Druckanstieg wieder mit maximaler Anstiegsrate erfolgt. Diese Verzögerungseinrichtung verzögert den Druckaufbau während des Öffnungsvorganges der Einspritzdüse, wodurch vermieden wird, daß Druckwellen an der nur teilweise geöffneten Einspritzdüse reflektiert werden und die Bewegung des Dosierkolbens abbremsen. Hierdurch wird ein bessere Energieübertragung und während des Einspritzvorganges ein gleichmäßigeres Druckniveau erzielt.3.) The spring hardness of the compression spring 47 and the stroke of the delay piston 46 is selected, for example, so that the deceleration process is completed immediately after the injection valve is fully opened, so that the further pressure rise takes place again at the maximum rate of increase. This delay device delays the build-up of pressure during the opening process of the injection nozzle, thereby preventing pressure waves from being reflected at the only partially opened injection nozzle and braking the movement of the metering piston. This results in better energy transmission and a more uniform pressure level during the injection process.
Diese Verzögerungseinrichtung kann bei allen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung vorgesehen werden, wobei sie an die Druckkammer 21 oder an die Hochdruckleitung 2 mündend angeordnet ist; eine Anordnung möglichst nahe am Dosierkolben ist jedoch bevorzugt.This delay device can be provided in all of the exemplary embodiments of the present application, it being arranged opening to the pressure chamber 21 or to the high-pressure line 2; however, an arrangement as close as possible to the metering piston is preferred.
Die Verzögerungseinrichtung kann anstelle mit einer separaten Kammer auch mit einem z.B. zwischen dem Betätigungskolben und dem Dosierkolben angeordneten Feder- oder Dämp- fungselement ausgebildet sein, das die Energieübertragung vom Betätigungskolben auf den Dosierkolben verzögert.The delay device can also be replaced with a e.g. between the actuating piston and the metering piston arranged spring or damping element that delays the energy transfer from the actuating piston to the metering piston.
In Fig. 9 ist ein achtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung gezeigt. Es besitzt im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das sechste Ausführungsbei- spiel, weshalb gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und eine ausführliche Beschreibung weggelassen werden kann.FIG. 9 shows an eighth exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention. It has essentially the same structure as the sixth embodiment, which is why the same parts are denoted by the same reference numerals and a detailed description can be omitted.
Das achte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom siebten Ausführungsbeispiel darin, daß der Betätigungskolben 6 unmittelbar am Dosierkolben 28 anliegt und in der Pumpeinrichtung 4 lediglich eine einzige Feder 20 zwischen dem Betätigungskolben 6 und der in Förderrichtung 13 rückwärtigen Führungsbuchse 15 angeordnet ist. Die Feder 20 beaufschlagt den Betätigungskolben 6 zusammen mit dem Dosierkolben 28 in Förderrichtung 13, also in Richtung zur Druckkammer 21.The eighth exemplary embodiment differs from the seventh exemplary embodiment in that the actuating piston 6 bears directly against the metering piston 28 and in the pump device 4 only a single spring 20 is arranged between the actuating piston 6 and the guide bush 15 rearward in the conveying direction 13. The spring 20 acts on the actuating piston 6 together with the metering piston 28 in the conveying direction 13, that is to say in the direction of the pressure chamber 21.
Der Betätigungskolben 6 und der als Speicherkolben fungierende Dosierkolben 28 führen gemeinsam sowohl den Speicherhub als auch den Förderhub aus. Bei dieser Ausführungsform können der Betätigungskolben 6 und der Dosierkolben 28 einteilig ausgebildet sein.The actuating piston 6 and the metering piston 28, which acts as a storage piston, execute both the storage stroke and the delivery stroke together. In this embodiment, the actuating piston 6 and the metering piston 28 can be formed in one piece.
Ein Pumpe-Düse-System mit einem neunten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in Fig. 10 gezeigt. Der Aufbau dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung entspricht im wesentlichen dem des fünftenA pump-nozzle system with a ninth exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention is shown in FIG. 10. The structure of this fuel injection device corresponds essentially to that of the fifth
Ausführungsbeispieles und unterscheidet sich von diesem lediglich in der Ausführung derEmbodiment and differs from this only in the design of the
Pumpeinrichtung 4.Pump device 4.
Die Pumpeinrichtung 4 wird pneumatisch betrieben. Sie weist ein Pumpengehäuse 60 auf. Im Pumpengehäuse 60 ist eine hohlzylindrische Betätigungskolbenkammer 62 ausgebildet, in welcher ein Betätigungskolben 6 verschiebbar angeordnet ist. Der Betätigungskolben 6 ist ein an einer Stirnseite offener hohlzylindrischer Kolben mit einem Kolbenboden 63 und einer Kolbenwandung 64. Die Kolbenwandung 64 liegt formschlüssig an der Innenwandung der Betäti- gungskolbenkammer 62 an.The pump device 4 is operated pneumatically. It has a pump housing 60. A hollow cylindrical actuating piston chamber 62 is formed in the pump housing 60, in which an actuating piston 6 is slidably arranged. The actuating piston 6 is a hollow cylindrical piston which is open on one end face and has a piston head 63 and a piston wall 64. The piston wall 64 bears in a form-fitting manner against the inner wall of the actuating piston chamber 62.
Zwischen dem Kolbenboden 63 und der in Förderrichtung 13 rückwärtigen Stirnseite der Betätigungskolbenkammer 62 ist eine Betätigungskolbenfeder 67 eingesetzt, die den Betätigungskolben 6 mit einer Kraft in Förderrichtung 13 beaufschlagt.An actuating piston spring 67 is inserted between the piston head 63 and the front end of the actuating piston chamber 62 in the conveying direction 13, which acts on the actuating piston 6 with a force in the conveying direction 13.
Koaxial zur Betätigungskolbenkammer 62 ist eine in diese mündende Speicherbohrung 65 eingebracht. Die Speicherbohrung 65 ist in Förderrichtung 13 vor der Betätigungskolbenkammer 62 angeordnet und weist einen kleineren Durchmesser als die Betätigungskolbenkammer 62 auf, so daß am Mündungsbereich der Speicherbohrung 65 bzgl. der Betätigungskolbenkammer 62 eine Ringstufe 66 ausgebildet ist. Der Betätigungskolben 6 ist mit seinem Kolbenboden 63 in Richtung zur Speicherbohrung 65 weisend angeordnet. In der Speicherbohrung 65 lagert ein massiver, bolzenförmiger Speicherkoiben 7.A storage bore 65 opening into this is coaxial with the actuating piston chamber 62. The storage bore 65 is arranged in the conveying direction 13 in front of the actuating piston chamber 62 and has a smaller diameter than the actuating piston chamber 62, so that an annular step 66 is formed at the mouth area of the storage bore 65 with respect to the actuating piston chamber 62. The actuating piston 6 is arranged with its piston head 63 pointing in the direction of the storage bore 65. A massive, bolt-shaped storage disk 7 is stored in the storage bore 65.
Unmittelbar angrenzend an die Ringstufe 66 ist eine seitliche in die Betätigungskoibenkammer 62 mündende Steueröffnung 68 angesetzt. An der Steueröffnung 68 ist ein Steuerventil 70 angeordnet, das über eine Pneumatikleitung mit einem Brennraum verbunden ist. Das Steuerventil 70 ist ein an sich bekanntes elektromagnetisch betriebenes Pneumatikventil zum Öffnen und Schließen eines Durchganges.Immediately adjacent to the ring step 66 is a control opening 68 which opens into the actuating piston chamber 62. A control valve 70 is arranged at the control opening 68 and is connected to a combustion chamber via a pneumatic line. The control valve 70 is a known electromagnetically operated pneumatic valve for opening and closing a passage.
Diese pneumatisch betriebene Pumpeinrichtung 4 ist mit der am Pumpengehäuse 60 nach außen mündenden Speicherbohrung 65 an einer Öffnung des im übrigen Gehäusekörpers 11 die Druckkammer 21 begrenzenden Bereichs angesetzt, so daß sich die Druckkammer 21 bis in den Innenbereich der Speicherbohrung 65 erstreckt und sie bzgl. der Pumpeinrichtung 4 von der Innenwandung der Speicherbohrung 65 und der in Förderrichtung 13 vorderen Stirnfläche des Speicherkolbens 6 begrenzt ist. Nachfolgend wird die Funktionsweise des sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung erläutert.This pneumatically operated pump device 4 is placed with the storage bore 65 opening outward on the pump housing 60 at an opening of the region delimiting the pressure chamber 21 in the rest of the housing body 11, so that the pressure chamber 21 extends into the inner region of the storage bore 65 and it relates to the Pump device 4 is delimited by the inner wall of the storage bore 65 and the front end face of the storage piston 6 in the conveying direction 13. The mode of operation of the sixth exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention is explained below.
Nach einem Einspritzvorgang befindet sich die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in dem in Fig. 10 gezeigten Zustand, d.h., daß der Betätigungskolben 6 von der Betätigungskolbenfeder 67 gegen die Ringstufe 66 gedrückt und der Dosierkolben 28 in seinem Ausgangszustand, in dem er durch die Dosierfeder 34 von der Druckkammer 21 weg gegen die rückwärtige Führungsbuchse 32 gedrückt wird.After an injection process, the fuel injection device is in the state shown in FIG. 10, that is to say that the actuating piston 6 is pressed by the actuating piston spring 67 against the ring stage 66 and the metering piston 28 in its initial state, in which it is released from the pressure chamber 21 by the metering spring 34 is pressed away against the rear guide bush 32.
Am Ende eines Verbrennungsvorganges im Brennraum der Brennkraftmaschine öffnet das Steuerventil 70 kurz die Steueröffnung 68, wodurch sich zwischen der Ringstufe 66 und dem Kolbenboden 63 ein Gasdruck ausbildet, der den Betätigungskolben 6 gegen die Wirkung der Betätigungskolbenfeder 67 von der Ringstufe 66 abhebt. Von diesem Gasdruck wird der Speicherkolben 7 in die Speicherbohrung 65 gedrückt, wobei wegen der unterschiedlichen Quer- schnitte jedoch die auf den Speicherkolben 7 wirkende Kraft wesentlich geringer als die auf den Betätigungskolben 6 wirkende Kraft ist.At the end of a combustion process in the combustion chamber of the internal combustion engine, the control valve 70 briefly opens the control opening 68, as a result of which a gas pressure is formed between the ring stage 66 and the piston crown 63, which lifts the actuating piston 6 against the action of the actuating piston spring 67 from the ring stage 66. The storage piston 7 is pressed into the storage bore 65 by this gas pressure, but due to the different cross sections, the force acting on the storage piston 7 is considerably less than the force acting on the actuating piston 6.
Erst nach dem Vorspannen der Pumpeinrichtung 4 mittels des Gasdruckes wird der Dosiervorgang gestartet. Hierbei fördert die Dosiereinrichtung 5 in identischer Weise wie beim fünften Ausführungsbeispiel Kraftstoff in die Druckkammer 21 , wodurch der Speicherkolben 7 in der Speicherbohrung 65 entgegen zur Förderrichtung 13 und somit entgegen der Wirkung des Gasdruckes verschoben wird (= Speicherhub). Der in Druckkammer 21 gespeicherte Kraftstoff kann wegen des Überströmventils 25 nicht abströmen, weshalb der Speicherkolben 7 in der Stellung des Speicherhubes gehalten wird und eine exakt definierte Kraftstoffmenge gespei- chert ist.The metering process is only started after the pump device 4 has been pretensioned by means of the gas pressure. In this case, the metering device 5 delivers fuel into the pressure chamber 21 in an identical manner as in the fifth exemplary embodiment, as a result of which the storage piston 7 in the storage bore 65 is displaced in the direction opposite to the conveying direction 13 and thus against the effect of the gas pressure (= storage stroke). The fuel stored in pressure chamber 21 cannot flow out because of the overflow valve 25, which is why the accumulator piston 7 is held in the position of the accumulator stroke and a precisely defined amount of fuel is stored.
Zum Einspritzvorgang öffnet das Steuerventil 70 die Steueröffnung 68, wodurch das in der Betätigungskolbenkammer 62 befindliche Gas ausströmt, der Betätigungskolben 6 von der Betätigungskolbenfeder 67 in Förderrichtung 13 beschleunigt wird und den Speicherkolben nach einer Beschleunigungsphase in die Speicherbohrung drückt. Beim Auftreffen des Betätigungskolbens 6 auf die Ringstufe 66 bzw. des Speicherkolbens 7 auf den Gehäusekörper 11 wird der Fördervorgang gestoppt, wobei der Förderhub wiederum exakt dem Speicherhub entspricht. Da der Speicherhub von der Dosiereinrichtung 5 exakt einstellbar ist, kann eine vorbestimmte variable Kraftstoffmenge unabhängig von Alterungserscheinungen im Pumpe-Düse-System dosiert werden. In Fig. 11 ist schematisch ein Pumpe-Düse-System mit einem zehnten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, pneumatisch angetriebenen Kraftstoffeinspritzvorrichtung gezeigt.For the injection process, the control valve 70 opens the control opening 68, as a result of which the gas located in the actuating piston chamber 62 flows out, the actuating piston 6 is accelerated in the conveying direction 13 by the actuating piston spring 67 and presses the accumulator piston into the accumulator bore after an acceleration phase. When the actuating piston 6 hits the ring step 66 or the accumulator piston 7 on the housing body 11, the conveying process is stopped, the conveying stroke in turn corresponding exactly to the accumulator stroke. Since the storage stroke can be set exactly by the metering device 5, a predetermined variable fuel quantity can be metered in the pump-nozzle system independently of signs of aging. FIG. 11 schematically shows a pump-nozzle system with a tenth exemplary embodiment of a pneumatically driven fuel injection device according to the invention.
Bei dieser Einspritzvorrichtung sind der Dosierkolben 28 und der Betätigungskolben 6 ähnlich wie beim sechsten Ausführungsbeispiel in einer Linie angeordnet. Diese Einspritzvorrichtung weist einen im wesentlichen rohrförmigen Gehäusekörper 11 auf. Am in Einspritzrichtung 13 rückwärtigen Ende ist der Gehäusekörper mit einer Abschlußplatte 71 abgeschlossen. Am in Einspritzrichtung 13 vorderen Endbereich des rohrförmigen Gehäusekörpers 11 ist eine Anschlußöffnung 22 zum Anschließen der zur Einspritzdüse 3 führenden Hochdruckleitung 2 vor- gesehen.In this injection device, the metering piston 28 and the actuating piston 6 are arranged in a line similar to the sixth embodiment. This injection device has an essentially tubular housing body 11. At the rear end in the direction of injection 13, the housing body is closed with an end plate 71. At the front end region of the tubular housing body 11 in the injection direction 13, a connection opening 22 is provided for connecting the high-pressure line 2 leading to the injection nozzle 3.
Benachbart zur Anschlußöffnung 22 ist eine Anschlagbuchse 17 vorgesehen, die in einem von einem nach innen vorstehenden Ringsteg begrenzten Durchgang eingesetzt ist. Der Dosierkolben 28 weist wiederum einen rohrförmigen Ankerkörper 29 mit einem an seinen beiden Stirn- Seiten vorstehenden Führungsstift 30 auf. Mit dem in Einspritzrichtung 13 nach vorne zeigenden Bereich des Führungsstiftes 30 lagert der Dosierkolben 28 in der Anschlagbuchse 17. Zwischen der Anschlagbuchse 17 und der Anschlußöffnung 22 ist ein Standdruckventil 24 angeordnet.A stop bushing 17 is provided adjacent to the connection opening 22 and is inserted in a passage delimited by an inwardly projecting ring web. The metering piston 28 in turn has a tubular armature body 29 with a guide pin 30 protruding on its two end faces. With the region of the guide pin 30 pointing forward in the injection direction 13, the metering piston 28 is supported in the stop bushing 17. A standing pressure valve 24 is arranged between the stop bushing 17 and the connection opening 22.
Im Bereich der Anschlagbuchse 17 mündet zwischen dem Standdruckventil 24 und dem Dosierkolben 28 eine Kraftstoffzuführung 58 in der Druckkammer 21. In der Kraftstoffzuführung 58 ist ein Rückschlagventil 39 angeordnet, das einen Rückfluß in eine an die Kraftstoffzuführung 58 angeschlossene Kraftstoffzufuhrleitung 38 verhindert.In the area of the stop bushing 17, a fuel supply 58 opens into the pressure chamber 21 between the auxiliary pressure valve 24 and the metering piston 28. A check valve 39 is arranged in the fuel supply 58, which prevents backflow into a fuel supply line 38 connected to the fuel supply 58.
Zwischen dem Dosierkolben 28 und der Abschlußplatte 71 befindet sich der Betätigungskolben 6 im rohrförmigen Gehäuse 1 1. Der Betätigungskolben 6 weist einen etwa becherförmigen Körper mit einer Mantelwandung 72 und einer Bodenwandung 73 auf. Mit seiner Mantelwandung 72 lagert der Betätigungskolben 6 formschlüssig in dem rohrförmigen Gehäuse 11 und ist mit seiner Bodenwandung 73 in Einspritzrichtung 13 nach hinten angeordnet. In der von dem becherförmigen Betätigungskolben 6 begrenzten zylinderförmigen Ausnehmung lagert der Dosierkolben 28 mit seinem in Einspritzrichtung 13 nach hinten vorstehenden Führungsstift 30.The actuating piston 6 is located in the tubular housing 11 between the metering piston 28 and the end plate 71. The actuating piston 6 has an approximately cup-shaped body with a jacket wall 72 and a bottom wall 73. With its jacket wall 72, the actuating piston 6 is positively supported in the tubular housing 11 and is arranged with its bottom wall 73 in the injection direction 13 to the rear. In the cylindrical recess delimited by the cup-shaped actuating piston 6, the metering piston 28 is supported with its guide pin 30 projecting rearward in the injection direction 13.
Zwischen der Bodenwandung 73 und dem Dosierkolben 28 ist eine Dosierfeder 34 eingesetzt.A metering spring 34 is inserted between the bottom wall 73 and the metering piston 28.
Am rückwärtigen Mantelbereich weist der Betätigungskolben 6 eine Aussparung auf, in der eine Betätigungskolbenfeder 67 sitzt, die sich an der Abschlußplatte 71 des Gehäuses 11 abstützt. Zur Betätigung des Dosierkolbens 28 ist am rückwärtigen Bereich ein das Gehäuse 1 1 umschließender Elektromagnet 8 angeordnet.At the rear jacket area, the actuating piston 6 has a recess in which an actuating piston spring 67 sits, which is supported on the end plate 71 of the housing 11. To actuate the metering piston 28, an electromagnet 8 enclosing the housing 11 is arranged on the rear region.
Am rohrförmigen Gehäuse 1 1 ist angrenzend und in Einspritzrichtung 13 rückseitig am Ringsteg 16 eine Pneumatiköffnung 74 ausgebildet. Außenseitig ist an das Gehäuse 11 ein Steuerventil 70 angesetzt, das eine pneumatische Verbindung zwischen der Pneumatiköffnung 74 und einem Druckgasreservoir freigeben und absperren kann. Das Steuerventil 70 ist ein an sich bekanntes elektromagnetisch betriebenes Pneumatikventil zum Öffnen und Schließen ei- nes Durchganges. In den Raum, in dem sich der Dosierkolben 28 und der Betätigungskolben 6 befinden, der Ankerraum 9, kann somit unter Druck stehendes Gas zugeführt werden.A pneumatic opening 74 is formed on the tubular housing 11 adjacent and in the injection direction 13 on the rear of the annular web 16. On the outside, a control valve 70 is attached to the housing 11, which can release and shut off a pneumatic connection between the pneumatic opening 74 and a compressed gas reservoir. The control valve 70 is a known electromagnetically operated pneumatic valve for opening and closing a passage. Gas under pressure can thus be supplied into the space in which the metering piston 28 and the actuating piston 6 are located, the armature chamber 9.
Der Dosierkolben 28 weist im Mantelbereich seines Ankerkörpers 29 zumindest eine Längsnut 75 auf, durch welche ein in den Ankerraum eintretendes Gas in den vom Dosierkolben 28 rückwärtigen Bereich weitergeleitet werden kann.The metering piston 28 has at least one longitudinal groove 75 in the jacket area of its armature body 29, through which a gas entering the armature chamber can be passed on to the area rearward from the metering piston 28.
Nachfolgend wird die Funktionsweise dieses zehnten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The mode of operation of this tenth exemplary embodiment is explained in more detail below.
Während eines Dosiervorganges wird der Dosierkolben 28 vom Magneten 8 entgegen zur Ein- spritzrichtung 13 betätigt, so daß Kraftstoff aus der Kraftstoffzuführung angesaugt und in der Druckkammer 21 im Bereich zwischen dem Standdruckventil 24 und dem Dosierkolben 28 gespeichert wird. Da der Kraftstoff wegen des Rückschlagventils 39 nicht aus dem Druckraum 21 entweichen kann, ist der Dosierkolben 28 in seiner Lage fixiert.During a metering process, the metering piston 28 is actuated by the magnet 8 counter to the injection direction 13, so that fuel is drawn in from the fuel supply and stored in the pressure chamber 21 in the area between the standing pressure valve 24 and the metering piston 28. Since the fuel cannot escape from the pressure chamber 21 because of the check valve 39, the metering piston 28 is fixed in its position.
Zum Betätigen des Dosierkolbens 28 wird der Betätigungskolben 6 mittels eines unter Druck stehenden Gases vorgespannt. Das Gas wird über die Pneumatiköffnung 74 dem Ankerraum zugeführt und durch die im Dosierkolben 28 eingebrachte Längsnut 75 in den Bereich zwischen dem Dosierkolben 28 und dem Betätigungskolben 6 eingeführt, so daß der Betätigungskolben 6 aufgrund des erhöhten Gasdruckes nach hinten gegen die Betätigungskolbenfeder 67 ge- drückt und die Betätigungskolbenfeder 67 vorgespannt wird. Der Dosierkolben verbleibt in seiner Stellung, da er sowohl von der Dosierfeder 34 als auch von dem unter Druck stehenden Gas in Einspritzrichtung 13 beaufschlagt wird und durch den im Druckraum 21 befindlichen Kraftstoff seine Bewegung in Einspritzrichtung 13 gesperrt ist.To actuate the metering piston 28, the actuating piston 6 is prestressed by means of a gas under pressure. The gas is supplied to the armature chamber via the pneumatic opening 74 and is introduced into the area between the metering piston 28 and the actuating piston 6 through the longitudinal groove 75 made in the metering piston 28, so that the actuating piston 6 presses backward against the actuating piston spring 67 due to the increased gas pressure and the actuating piston spring 67 is biased. The metering piston remains in its position since it is acted upon both by the metering spring 34 and by the gas under pressure in the injection direction 13 and its movement in the injection direction 13 is blocked by the fuel in the pressure chamber 21.
Beim Öffnen des Steuerventils 70 kann das Gas aus dem Ankerraum entweichen, wodurch der Betätigungskolben 6 aufgrund der Federspannung der Betätigungskolbenfeder 67 in Einspritz- richtung beschleunigt wird, bis er auf den Dosierkolben 28 auftrifft und auf diesen seine Energie überträgt, um den im Druckraum 21 befindlichen Kraftstoff abzuspritzen.When the control valve 70 is opened, the gas can escape from the armature space, as a result of which the actuating piston 6 is injected due to the spring tension of the actuating piston spring 67. Direction is accelerated until it strikes the metering piston 28 and transmits its energy to it in order to spray off the fuel in the pressure chamber 21.
Das Vorspannen des Betätigungskolbens 6 kann auch zeitlich vor dem Betätigen des Dosier- kolbens 28 mittels des Magneten 8 erfolgen, wobei jedoch die oben beschriebene Reihenfolge, bei der zuerst der Dosiervorgang und dann das Vorspannen des Betätigungskolbens ausgeführt wird, bevorzugt wird, da dann der Dosierkolben 28 beim Dosieren lediglich gegen die Betätigungskolbenfeder 67 arbeitet und nicht auch gegen einen erhöhten Gasdruck arbeiten muß.The biasing of the actuating piston 6 can also take place before the actuation of the metering piston 28 by means of the magnet 8, but the sequence described above, in which the metering process is carried out first and then the biasing of the actuating piston, is preferred, since then the metering piston 28 only works against the actuating piston spring 67 during metering and does not also have to work against an increased gas pressure.
Als Gasdruckreservoir kann der Brennraum der mit dem erfindungsgemäßen PDS-System ausgestatteten Brennkraftmaschine verwendet werden. In Fig. 12 ist der Druckverlauf während eines Arbeitstaktes in einem Brennraum gezeigt. Im Bereich vor dem oberen Totpunkt OT steigt der Druck aufgrund der durch die Kolbenbewegung erzeugten Kompression vom Atmosphärendruck allmählich auf einen Kompressionsdruck an. Nach der Zündung, die in der Regel kurz nach dem Erreichen des oberen Totpunktes ausgelöst wird, steigt der Druck schlagartig auf ein Vielfaches des Kompressionsdruckes an und fällt danach durch die Kolbenbewegung steil ab, wobei nach dem Öffnen des Auslaßventils der Druck im Brennraum bis auf den Atmosphärendruck zurückgeht.The combustion chamber of the internal combustion engine equipped with the PDS system according to the invention can be used as the gas pressure reservoir. 12 shows the pressure profile during a work cycle in a combustion chamber. In the area before top dead center OT, the pressure gradually increases from atmospheric pressure to a compression pressure due to the compression generated by the piston movement. After ignition, which is usually triggered shortly after reaching top dead center, the pressure suddenly rises to a multiple of the compression pressure and then drops sharply due to the piston movement, with the pressure in the combustion chamber except for after opening the exhaust valve Atmospheric pressure decreases.
Zur Betätigung der erfindungsgemäßen pneumatischen Einspritzvorrichtung kann während des Druckabfalles (I in Fig. 12) etwa auf Höhe des Kompressionsdruckes Gas abgezogen und der Einspritzvorrichtung zum Vorspannen des Betätigungskolbens zugeführt werden.To actuate the pneumatic injection device according to the invention, gas can be drawn off at about the level of the compression pressure during the pressure drop (I in FIG. 12) and fed to the injection device for prestressing the actuating piston.
Das beim Entladen der Einspritzvorrichtung ausströmende Gas wird z.B. dem Brennraum wie- der zugeführt (II in Fig. 12), wobei der Brennraumdruck zu diesem Zeitpunkt kleiner als der Speicherdruck in der Einspritzvorrichtung ist. Der Zeitpunkt des Entladens der Einspritzvorrichtung ist durch den Zeitpunkt des Einspritzvorganges festgelegt, so daß er bei einem Einzylindermotor immer mit dem Druckanstieg zusammenfällt. Bei einem Mehrzylindermotor kann die einem bestimmten Zylinder zugeordnete Einspritzvorrichtung mit dem Gas eines anderen Zylinders angesteuert werden, so daß der Entladevorgang der Einspritzvorrichtung mit der Phase zusammenfallen kann, während der etwa atmosphärischer Druck im Brennraum herrscht.The gas flowing out when the injector is discharged is e.g. fed back to the combustion chamber (II in FIG. 12), the combustion chamber pressure at this point in time being lower than the storage pressure in the injection device. The time of unloading the injection device is determined by the time of the injection process, so that it always coincides with the pressure increase in a single-cylinder engine. In the case of a multi-cylinder engine, the injector assigned to a specific cylinder can be controlled with the gas from another cylinder, so that the discharge process of the injector can coincide with the phase during which the atmospheric pressure prevails in the combustion chamber.
In der pneumatischen Verbindungsleitung zwischen dem Brennraum und der Einspritzvorrich- tung kann ein zusätzliches Ventil vorgesehen sein, mit welchem das Gas beim Entladen der Einspritzvorrichtung in einen Raum mit geringem, d.h. z.B. atmosphärischen Druck, abgeleitet werden kann. Anstelle des Brennraumes kann bei 2-Taktmotoren das Kurbelgehäuse als Gasdruckreservoir verwendet werden, in welchem die darin befindliche Luft aufgrund der Kolbenbewegung zyklisch komprimiert wird.An additional valve can be provided in the pneumatic connecting line between the combustion chamber and the injection device, with which the gas can be discharged when the injection device is discharged into a room with a low, ie, for example, atmospheric pressure. Instead of the combustion chamber, the crankcase can be used as a gas pressure reservoir in 2-stroke engines, in which the air contained therein is cyclically compressed due to the piston movement.
Diese pneumatisch betriebenen Einspritzvorrichtungen sind vor allem für Brennkraftmaschinen vorgesehen, die über kein eigenes elektrisches Bordnetz verfügen, mit welchem elektrische Energie in ausreichender Leistung zur Verfügung gestellt wird. Bei diesen Vorrichtungen wird der Hauptenergiebeitrag, nämlich die Bewegung des Betätigungskolbens mittels pneumatisch übertragener Energie ausgeführt, wohingegen die Steuerfunktionen, die nur einen geringen Energieverbrauch aufweisen, jedoch sehr exakt ausgeführt werden müssen, elektrisch angesteuert werden.These pneumatically operated injection devices are primarily intended for internal combustion engines that do not have their own electrical system, with which electrical energy is provided in sufficient capacity. In these devices, the main energy contribution, namely the movement of the actuating piston, is carried out by means of pneumatically transmitted energy, whereas the control functions, which have only a low energy consumption but have to be carried out very precisely, are controlled electrically.
Eine bevorzugte Dosiereinrichtung ist in den Fig. 13a und 13b gezeigt. Gleiche Teile wie bei den oben beschriebenen Dosiereinrichtungen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. So weist diese Dosiereinrichtung 5 wiederum einen Rohrabschnitt 26 auf, der von einem Magneten 35 umschlossen ist. Der Rohrabschnitt 26 und der Magnet 35 sind von einem Gehäuse 36 umfaßt.A preferred metering device is shown in FIGS. 13a and 13b. The same parts as in the metering devices described above are provided with the same reference numerals. This metering device 5 in turn has a tube section 26 which is enclosed by a magnet 35. The tube section 26 and the magnet 35 are surrounded by a housing 36.
Im Rohrabschnitt 26 lagert ein Dosierkolben 28, der aus einem Ankerkörper 29 und einem Kolbenkörper 30a ausgebildet ist. Der Kolbenkörper 30a ist stabförmig mit einem geringeren Durchmesser als der Ankerkörper 29 ausgebildet und in Förderrichtung 76 der Dosiereinrichtung 5 koaxial vor dem Ankerkörper 29 angeordnet. Der Kolbenkörper 30a ist mit seinem vorderen Ende in einer Führungsbuchse 31 verschieblich gelagert. An seinem rückwärtigen Ende weist der Kolbenkörper 30a einen radial nach außen vorstehenden Ringsteg 77 auf, wobei zwischen dem Ringsteg 77 und der Führungsbuchse 31 eine Dosierfeder 34 eingespannt ist.A metering piston 28, which is formed from an armature body 29 and a piston body 30a, is supported in the tube section 26. The piston body 30a is rod-shaped with a smaller diameter than the armature body 29 and is arranged coaxially in front of the armature body 29 in the conveying direction 76 of the metering device 5. The front end of the piston body 30a is slidably mounted in a guide bush 31. At its rear end, the piston body 30a has an annular web 77 projecting radially outward, a metering spring 34 being clamped between the annular web 77 and the guide bushing 31.
Am in Förderrichtung 76 rückseitigen Bereich des Rohrabschnittes 26 ist ein Lekagerohr 78 eingesetzt. Das Lekagerohr 78 erstreckt sich durch eine Öffnung im Gehäuse 36 nach außen und bildet mit seiner nach vorne zeigenden Stirnfläche einen Anschlag 79 für den Dosierkolben 28. Der Dosierkolben 28 liegt in seiner Ausgangsstellung, d.h. in der aufgrund der Federkraft der Dosierfeder 34 nach rückwärts verschobenen Stellung, an dem Anschlag 79 an.At the rear of the pipe section 26 in the conveying direction 76, a Lekagerrohr 78 is inserted. The Lekagerohr 78 extends through an opening in the housing 36 to the outside and forms with its front-facing end face a stop 79 for the metering piston 28. The metering piston 28 is in its initial position, i.e. in the position displaced backwards due to the spring force of the metering spring 34, on the stop 79.
Die Führungsbuchse 31 weist an seinem in Förderrichtung 76 vorderen Ende eine radial nach außen vorstehende Ringscheibe 79 auf. Die Ringscheibe 79 ist an ihrer Rückseite mit einem Dichtring gegen den Rohrabschnitt 26 abgedichtet und besitzt an ihrer Vorderseite im Bereich der Durchgangsöffnung eine flache etwa sphärische Ausnehmung 80. In Förderrichtung 76 ist der Ausnehmung 80 eine Ventileinrichtung 81 vorgeordnet.The guide bush 31 has at its front end in the conveying direction 76 a radially outwardly projecting annular disk 79. The ring disk 79 is sealed on its rear side with a sealing ring against the pipe section 26 and has on the front side in the area the through opening has a flat, approximately spherical recess 80. In the conveying direction 76, the recess 80 is preceded by a valve device 81.
Die Ventileinrichtung 81 weist eine unmittelbar an der Ringscheibe 79 des Rohrabschnittes 26 anliegende kreisförmige Metallscheibe 82 und eine kreisförmige Ventilscheibe 83 auf. Die Metallscheibe ist mit einem Einlaßloch 84 und einem Auslaßloch 85 versehen. Das Einlaßloch 84, das Auslaßloch 85, die sphärische Ausnehmung 80 und der sich bis zum Dosierkolben erstrek- kende Durchgang der Führungsbuchse 31 begrenzen eine Ventilkammer 86.The valve device 81 has a circular metal disk 82 which bears directly against the annular disk 79 of the pipe section 26 and a circular valve disk 83. The metal disc is provided with an inlet hole 84 and an outlet hole 85. The inlet hole 84, the outlet hole 85, the spherical recess 80 and the passage of the guide bush 31 which extends as far as the metering piston delimit a valve chamber 86.
Die Ventilscheibe 83 ist vorzugsweise ein dünnes Metallplättchen aus Federstahl, das vorzugsweise beidseitig mit Gummi oder Kunststoff beschichtet ist. An der Ventilscheibe 83 ist jeweils eine Einlaßzunge 87 und eine Auslaßzunge 88 mit einem schmalen u-förmigen Schnitt freigeschnitten. Die zwei Scheiben 82, 83 werden von einem Gehäusedeckel 89 gehalten, der lösbar am Gehäuse 36 befestigt ist und eine kreisförmige Ausnehmung aufweist, in der die beiden Scheiben 82, 83 angeordnet sind. In dem Gehäusedeckel 89 ist ein Kraftstoffzufuhrka- nal 90 ausgebildet, der im Bereich der Einlaßzunge 87 an der Ventilscheibe 83 mündet. Am Kraftstoffzufuhrkanal 90 ist ein am Gehäusedeckel 89 radial nach außen vorstehender Kraft- stoffzufuhrstutzen 91 angesetzt, an dem eine Kraftstoffzufuhrleitung angeschlossen werden kann. Im Gehäusedeckel 89 ist zudem ein Kraftstoffauslaßkanal 92 eingebracht, der mit einer Öffnung 93 im Bereich der Auslaßzunge 88 an der Ventilscheibe 83 mündet.The valve disk 83 is preferably a thin metal plate made of spring steel, which is preferably coated on both sides with rubber or plastic. On the valve disk 83, an inlet tongue 87 and an outlet tongue 88 are cut free with a narrow u-shaped cut. The two disks 82, 83 are held by a housing cover 89 which is detachably attached to the housing 36 and has a circular recess in which the two disks 82, 83 are arranged. A fuel supply channel 90 is formed in the housing cover 89 and opens into the area of the inlet tongue 87 on the valve disk 83. On the fuel feed channel 90, a fuel feed nozzle 91 protrudes radially outward on the housing cover 89 and to which a fuel feed line can be connected. In the housing cover 89, a fuel outlet duct 92 is also introduced, which opens at the valve disk 83 with an opening 93 in the region of the outlet tongue 88.
Die an der Einlaßzunge 87 mündende Öffnung 94 des Kraftstoffzufuhrkanals 90 ist so klein, daß sie vollständig von der Einlaßzunge 87 abgedeckt werden kann. D.h., die Öffnung 94 liegt innerhalb des Freischnittes der Einlaßzunge (Fig. 13b). Die Einlaßöffnung 84 der Metallscheibe 82 ist so groß, daß sie vollständig die Einlaßzunge 87 umfaßt. Wenn sich die Einlaßzunge 87 in der Scheibenebene befindet, deckt sie vollständig den Kraftstoffzufuhrkanal 90 zu, so daß die Zufuhr von Kraftstoff unterbrochen ist. Da die Einlaßöffnung 84 der Metallscheibe 82 die Zunge 87 vollständig umfaßt, kann die Einlaßzunge 87, in die Einlaßöffnung 84 abgebogen werden, so daß sie einen Durchgang zwischen dem Kraftstoffzufuhrkanal 90 und der Ventilkammer 86 freigibt. Die Einlaßzunge 87 bildet somit mit den Öffnungen 84 und 94 ein als Rückschlagventil ausgebildetes Einlaßventil 95, das einen Kraftstofffluß aus der Ventilkammer 86 in den Kraftstoffzufuhrkanal 90 unterbindet.The opening 94 of the fuel supply channel 90 opening at the inlet tongue 87 is so small that it can be completely covered by the inlet tongue 87. That is, the opening 94 is within the clearance of the inlet tongue (Fig. 13b). The inlet opening 84 of the metal disk 82 is so large that it completely surrounds the inlet tongue 87. When the inlet tongue 87 is in the disk plane, it completely covers the fuel supply channel 90, so that the supply of fuel is interrupted. Since the inlet opening 84 of the metal disc 82 completely surrounds the tongue 87, the inlet tongue 87 can be bent into the inlet opening 84 so that it clears a passage between the fuel supply channel 90 and the valve chamber 86. The inlet tongue 87 thus forms, with the openings 84 and 94, an inlet valve 95 designed as a check valve, which prevents a fuel flow from the valve chamber 86 into the fuel supply channel 90.
Die Auslaßöffnung 85 der Metallscheibe 82 ist hingegen so klein, daß sie innerhalb des Freischnittes der Auslaßzunge 88 liegt (Fig. 13b), d.h., die Auslaßöffnung ist so klein, daß sie vollständig von der Auslaßzunge 88 abgedeckt werden kann. Wenn sich die Auslaßzunge 88 in der Scheibenebene befindet, deckt sie vollständig die Auslaßöffnung 85 ab, so daß der Durchgang von der Ventilkammer 86 zum Auslaßkanal 92 unterbrochen ist.The outlet opening 85 of the metal disk 82, on the other hand, is so small that it lies within the cutout of the outlet tongue 88 (FIG. 13b), ie the outlet opening is so small that it can be completely covered by the outlet tongue 88. If the outlet tab 88 in the disc plane, it completely covers the outlet opening 85, so that the passage from the valve chamber 86 to the outlet channel 92 is interrupted.
Die Öffnung 93 des Auslaßkanals 92 ist größer als der Freischnitt der Auslaßzunge 88, so daß die Auslaßzunge 88 in die Öffnung 93 abgebogen werden kann und einen Durchgang zwischen der Ventilkammer 86 und dem Auslaßkanal 92 freigibt. Die Auslaßzunge 88 bildet somit mit den Öffnungen 85, 93 ein als Rückschlagventil ausgebildetes Auslaßventil 96, das einen Kraftstofffluß aus dem Auslaßkanal 92 in die Ventilkammer 86 unterbindet.The opening 93 of the outlet channel 92 is larger than the free cut of the outlet tongue 88, so that the outlet tongue 88 can be bent into the opening 93 and opens a passage between the valve chamber 86 and the outlet channel 92. The outlet tongue 88 thus forms with the openings 85, 93 an outlet valve 96 designed as a check valve, which prevents fuel flow from the outlet channel 92 into the valve chamber 86.
Nachfolgend wird die Funktionsweise dieser Dosiereinrichtung 5 erläutert.The mode of operation of this metering device 5 is explained below.
Wenn der Dosierkolben 28 aus seiner Ausgangsstellung vom Magneten 35 betätigt wird, d.h., der Dosierkolben wird in Förderrichtung 76 bewegt, verdrängt er Kraftstoff aus der Ventilkammer 86 durch das Auslaßventil 96 in den Auslaßkanal 92. Während der Kraftstoffverdrängung sperrt das Einlaßventil 95. Bei der Rückbewegung des Dosierkolbens in seine Ausgangsstellung wird Kraftstoff aus dem Kraftstoffzufuhrkanal 90 durch das Einlaßventil 95 angesaugt. Hierbei sperrt das Auslaßventil 96.When the metering piston 28 is actuated from its starting position by the magnet 35, ie the metering piston is moved in the conveying direction 76, it displaces fuel from the valve chamber 86 through the outlet valve 96 into the outlet channel 92. During the fuel displacement, the inlet valve 95 locks. During the return movement of the metering piston into its starting position, fuel is drawn in from the fuel supply channel 90 through the inlet valve 95. Here, the exhaust valve 96 blocks.
Durch die Ausbildung der beiden Ventilzungen 87, 88 auf einer einzigen Scheibe 83 wird eine sehr kleine Ventilkammer 86 erhalten. Dies bedeutet, daß mit dieser Dosiereinrichtung 5 eine Pumpeinrichtung mit äußerst kleinem Schadraum geschaffen wurde. Große Schadräume sind bei Pumpeinrichtungen zum Fördern von Flüssigkeiten nachteilig, denn wenn sie nicht vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sind, kann es sein, daß der Pumphub lediglich eine Luftsäule komprimiert und entspannt, ohne daß Flüssigkeit gepumpt wird.A very small valve chamber 86 is obtained by forming the two valve tongues 87, 88 on a single disk 83. This means that with this metering device 5, a pump device with an extremely small damage space was created. Large harmful spaces are disadvantageous in the case of pumping devices for conveying liquids, because if they are not completely filled with liquid, the pump stroke may only compress and relax an air column without liquid being pumped.
Diese spezielle Ausgestaltung der Dosiereinrichtung ist nicht nur bei Einspritzvorrichtungen vorteilhaft, sondern kann auch bei beliebigen anderen Hubkolbenpumpeinrichtungen verwendet werden. Als Dosiereinrichtung für Einspritzvorrichtungen ist diese Pumpanordnung jedoch besonders vorteilhaft, da mit einem extrem kleinen Schadraum die Pumpeinrichtung 4 geflutet werden kann, wobei beim Fluten die Pumpeinrichtung 4 nicht betätigt werden muß, so daß deren Schadraum (=Druckkammer 21 ) in beliebiger Größe gestaltet werden kann.This special configuration of the metering device is not only advantageous in the case of injection devices, but can also be used in any other reciprocating piston pump device. However, this pump arrangement is particularly advantageous as a metering device for injectors, since the pump device 4 can be flooded with an extremely small clearance, the pump device 4 not having to be actuated during flooding, so that its clearance (= pressure chamber 21) can be designed in any size .
Bei einigen der oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtungen ist eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen (Fig. 2, Fig. 4, Fig. 6, Fig. 8). Diese Verzögerungseinrichtung stellt einen selbständigen erfinderischen Gedanken dar, der auch bei einer Pumpenvorrichtung ohne Dosiereinrichtung realisiert werden kann. In den Fig. 14 bis 17 sind derartig ausgebildete Pumpenvorrichtungen gezeigt. Diese Pumpenvorrichtungen sind als Einspritzvorrichtungen ausgelegt. Sie können selbstverständlich auch zum Fördern sonstigerIn some of the exemplary embodiments of the pump devices according to the invention described above, a delay device is provided (FIGS. 2, 4, 6, 8). This delay device represents an independent inventive idea that can also be implemented in a pump device without a metering device. 14 to 17 such pump devices are shown. These pump devices are as Injectors designed. You can of course also fund other projects
Fluide, insbesondere Flüssigkeiten, verwendet werden.Fluids, especially liquids, can be used.
Fig. 14 zeigt schematisch ein elftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einspritz- Vorrichtung im Querschnitt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen versehen.14 schematically shows an eleventh embodiment of an injection device according to the invention in cross section. The same parts are provided with the same reference numerals as in the exemplary embodiments described above.
Diese Einspritzvorrichtung weist ein etwa rohrförmiges Gehäuse 1 1 auf, das am in Förderrichtung 13 rückwärtigen Ende durch einen Gehäusedeckel 14 abgeschlossen ist. Das in Förder- richtung 13 vordere Ende bildet eine Anschlußöffnung 22 zur Aufnahme einer Druckleitung 2, die zu einer Einspritzdüse 3 führt.This injection device has an approximately tubular housing 11, which is closed at the rear end in the conveying direction 13 by a housing cover 14. The front end in the conveying direction 13 forms a connection opening 22 for receiving a pressure line 2, which leads to an injection nozzle 3.
Im Inneren des rohrförmigen Gehäuses 11 ist am rückwärtigen Ende eine rohrförmige Führungsbuchse 15 eingesetzt, in welcher ein Anker 6 mit einem an seiner rückwärtigen Stirnseite ausgebildeten Führungsstift 55 verschieblich gelagert ist. Der Anker 6 weist einen im wesentlichen zylinderförmigen Grundkörper 52 auf, der mit seiner Mantelwandung an der Innenwandung des rohrförmigen Gehäuses 1 1 anliegt. An der rückwärtigen Stirnseite des Grundkörpers 52 ist der Führungsstutzen 55 angesetzt. An der in Förderrichtung vorderen Stirnseite des Ankers 6 ist eine sacklochartige, etwa hohlzylindrische Ausnehmung 100 eingebracht. Ein Stück beabstandet von der vorderen Stirnfläche des Ankers 6 ist in der Ausnehmung 100 ein Führungsbereich 101 durch eine konzentrische Führungsausnehmung mit größerem Innendurchmesser als die übrige Ausnehmung 100 ausgebildet. Der Führungsbereich 101 ist somit sowohl in Förderrichtung 13 als auch entgegen zur Förderrichtung 13 durch jeweils eine Ringkante 102, 103 begrenzt.Inside the tubular housing 11, a tubular guide bush 15 is inserted at the rear end, in which an armature 6 is slidably mounted with a guide pin 55 formed on its rear end face. The armature 6 has an essentially cylindrical base body 52 which bears with its outer wall against the inner wall of the tubular housing 11. The guide socket 55 is attached to the rear end face of the base body 52. On the front end side of the armature 6 in the conveying direction, a blind hole-like, approximately hollow cylindrical recess 100 is made. A distance from the front end face of the armature 6, a guide region 101 is formed in the recess 100 by a concentric guide recess with a larger inner diameter than the rest of the recess 100. The guide area 101 is thus delimited both in the conveying direction 13 and counter to the conveying direction 13 by an annular edge 102, 103 in each case.
In Förderrichtung 13 ist dem Anker 6 ein Förderkolben 104 vorgeordnet, der mit seinem rückwärtigen Ende in die Ausnehmung 100 des Ankers 6 ragt. Das rückwärtige Ende des Förderkolbens 104 bildet ein Führungsteil 105 das einen nach außen vorstehenden und in den Führungsbereich 101 des Ankers 6 eingreifenden Ringsteg 106 aufweist. Das Führungsteil 105 ist in der Ausnehmung 100 verschieblich gelagert, wobei die Relativbewegung zwischen dem Anker 6 und dem Förderkolben 104 durch die Ringkanten 102, 103 begrenzt ist, die als Anschläge für den Ringsteg 106 des Führungsteils 105 dienen. Der Förderkolben 104 entspricht dem Speicherkolben 7 des zweiten Ausführungsbeispiels (Fig. 2).A conveying piston 104 is arranged upstream of the armature 6 in the conveying direction 13, and its rear end projects into the recess 100 of the armature 6. The rear end of the delivery piston 104 forms a guide part 105 which has an outwardly projecting ring web 106 which engages in the guide region 101 of the armature 6. The guide part 105 is displaceably mounted in the recess 100, the relative movement between the armature 6 and the delivery piston 104 being limited by the ring edges 102, 103, which serve as stops for the ring web 106 of the guide part 105. The delivery piston 104 corresponds to the storage piston 7 of the second exemplary embodiment (FIG. 2).
Zwischen dem Führungsteil 105 des Förderkolbens 104 und dem Boden der sacklochartigen Ausnehmung 100 des Ankers 6 ist eine Druck- bzw. Kopplungsfeder 41 mit Vorspannung ein- gesetzt, welche den Führungsteil 105 des Förderkolbens 104 gegen die vordere Ringkante 103 drückt.Between the guide part 105 of the delivery piston 104 and the bottom of the blind hole-like recess 100 of the armature 6, a compression or coupling spring 41 is pre-tensioned. set, which presses the guide part 105 of the delivery piston 104 against the front ring edge 103.
Das in Förderrichtung 13 vordere Ende des Förderkolbens 104 lagert in einer Führungsbuchse 17. Die Führungsbuchse 17 ist in einen von der Innenwandung des rohrförmigen Gehäuses 11 nach innen vorstehenden Ringsteg 16 eingesetzt. Der Ringsteg 16 begrenzt einen in dem rohrförmigen Gehäuse 11 zwischen ihm und dem rückwärtigen Deckel 14 ausgebildeten Ankerraum 9, in dem der Anker 6 verschieblich angeordnet ist.The front end of the delivery piston 104 in the conveying direction 13 is supported in a guide bushing 17. The guide bushing 17 is inserted into an annular web 16 projecting inwards from the inner wall of the tubular housing 11. The annular web 16 delimits an anchor space 9 formed in the tubular housing 11 between it and the rear cover 14, in which the anchor 6 is arranged displaceably.
Die Führungsbuchse 17 ragt nach hinten ein Stück in den Ankerraum 9 und weist an ihrem vorderen Ende einen nach außen vorstehenden Ringsteg 17a auf, mit dem sie den Ringsteg 16 des Gehäuses 3 hintergreift.The guide bushing 17 protrudes a little towards the rear into the armature space 9 and has at its front end an outwardly projecting annular web 17a with which it engages behind the annular web 16 of the housing 3.
Zwischen dem Ringsteg 16 des Gehäuses und dem Anker 6 ist eine Rückstell- bzw. Ankerfe- der 50 angeordnet, welche den Anker 6 entgegen der Förderrichtung 13 drückt. Die Rückstellfeder 50 ist eine sehr weiche Feder, die ohne oder nur mit sehr geringer Vorspannung eingesetzt ist, so daß sie lediglich bei der Rückstellung des Ankers 6 dessen Reibungskräfte überwindet, aber der Bewegung des Ankers 6 in Förderrichtung 13 keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzt.A return spring 50 is arranged between the ring web 16 of the housing and the armature 6 and presses the armature 6 against the conveying direction 13. The return spring 50 is a very soft spring, which is used without or only with very little pretension, so that it only overcomes the frictional forces when the armature 6 is reset, but does not provide any appreciable resistance to the movement of the armature 6 in the conveying direction 13.
Im Bereich des Ringsteges 16 ist eine Kraftstoffzufuhröffnung 107 eingebracht, die sich von außen radial nach innen durch das Gehäuse 1 1 und der Führungsbuchse 17 erstreckt. Außenseitig ist an der Kraftstoffzufuhröffnung 107 am Gehäuse 1 1 ein Anschlußstutzen 38 zum Anschließen einer Kraftstoffzufuhrleitung (nicht dargestellt) ausgebildet. In der Kraftstoffzufuhröff- nung 107 ist ein Rückschlagventil 39 angeordnet, das einen Kraftstofffluß zurück in die Kraftstoffzufuhrleitung sperrt.In the area of the ring land 16, a fuel supply opening 107 is introduced, which extends radially inward from the outside through the housing 11 and the guide bushing 17. On the outside, a connecting piece 38 for connecting a fuel supply line (not shown) is formed on the fuel supply opening 107 on the housing 11. A check valve 39 is arranged in the fuel supply opening 107 and blocks a fuel flow back into the fuel supply line.
Am in Förderrichtung 13 vorderen Ende der Führungsbuchse 17 ist ein Standdruckventil 24 angeordnet, das die Verbindung zur Einspritzdüse 3 sperrt, sofern der am Standdruckventil 24 anliegende Druck geringer als ein bestimmter Durchlaßdruck Pdurch ist. Der Durchlaßdruck ist in der Regel erheblich geringer als der Öffnungsdruck PDuSe der Einspritzdüse 3, bei welchen sich die Einspritzdüse 3 öffnet.At the front end of the guide bushing 17 in the conveying direction 13, a parking pressure valve 24 is arranged, which blocks the connection to the injection nozzle 3, provided that the pressure applied to the parking pressure valve 24 is less than a certain passage pressure P through . The passage pressure is generally considerably lower than the opening pressure P DuSe of the injector 3 at which the injector 3 opens.
Der durch das Rückschlagventil 39, das Standdruckventil 24 und der in Förderrichtung vorde- ren Stirnfläche des Förderkolbens 104 begrenzte Bereich bildet eine Druckkammer 21. Im Bereich des Ankerraums 9 ist außenseitig am Gehäuse 11 ein Elektromagnet 8 zum Betätigen des Ankers 6 angeordnet.The area delimited by the check valve 39, the standing pressure valve 24 and the front face of the delivery piston 104 in the conveying direction forms a pressure chamber 21. In the area of the armature space 9, an electromagnet 8 for actuating the armature 6 is arranged on the outside of the housing 11.
Nachfolgend wird die Funktionsweise dieses elften Ausführungsbeispieles der Erfindung er- läutert.The mode of operation of this eleventh exemplary embodiment of the invention is explained below.
In der in Fig. 14 gezeigten Ausgangsstellung liegt der Anker 6 mit seiner rückwärtigen Stirnfläche an der Führungsbuchse 15 an und der Förderkolben 104 liegt mit seinem Führungsteil 105 an der vorderen Ringkante 103 des Ankers 6 an.In the starting position shown in FIG. 14, the armature 6 rests with its rear end face on the guide bush 15 and the delivery piston 104 rests with its guide part 105 on the front ring edge 103 of the armature 6.
Der Anker 6 wird vom Elektromagneten 8 in Förderrichtung 13 angetrieben, wobei zunächst der Förderkolben 104 vom Anker 6 gegen den in der Druckkammer 21 und in der Druckleitung 2 befindlichen Kraftstoff gedrückt wird, ohne daß sich deren relative Position verändert (bei a in Fig. 19). Der Förderkolben 104 setzt hierbei den Kraftstoff unter Druck, wobei beim Erreichen des Durchlaßdruckes Pdurc des Standdruckventils 24 sich das Standdruckventil 24 öffnet und die Verbindung zur Einspritzdüse 3 freigibt. Beim Erreichen des Öffnungsdruckes PDuse der Einspritzdüse 3 öffnet sich die Einspritzdüse 3 und Kraftstoff wird von der Einspritzdüse 3 in den Verbrennungsraum (nicht dargestellt) abgespritzt. Solange der Druck im Kraftstoff kleiner als der Düsenöffnungsdruck ist, erfolgt wegen der Vorspannung der Druckfeder 41 keine Rela- tivbewegung zwischen dem Förderkolben 104 und dem Anker 6. Der Druckaufbau bis zum Düsenöffnungsdruckes PDuse erfolgt quasi schlagartig, da wegen der Inkompressibilität des Kraftstoffes die aus Anker und Förderkolben bestehenden Einheit nur eine minimale Bewegung bis zum Erreichen des Düsenöffnungsdruckes PDuse ausführt.The armature 6 is driven by the electromagnet 8 in the conveying direction 13, the delivery piston 104 being first pressed by the armature 6 against the fuel located in the pressure chamber 21 and in the pressure line 2 without the relative position thereof changing (at a in FIG. 19 ). The delivery piston 104 pressurizes the fuel, wherein when the passage pressure P is reached by the auxiliary pressure valve 24, the auxiliary pressure valve 24 opens and releases the connection to the injector 3. When the opening pressure P Du se of the injector 3 is reached, the injector 3 opens and fuel is injected from the injector 3 into the combustion chamber (not shown). As long as the pressure in the fuel is lower than the nozzle opening pressure, there is no relative movement between the delivery piston 104 and the armature 6 due to the prestressing of the compression spring 41. The pressure build-up to the nozzle opening pressure P Duse occurs almost instantaneously, because of the incompressibility of the fuel anchor and delivery piston existing unit to reach the nozzle opening pressure P nozzle performs only a minimal movement.
Erfindungsgemäß wird der Förderkolben 104 ab einem bestimmten Druck in der Druckkammer 21 bzw. in der Hochdruckleitung 2, der nachfolgend als Verzögerungsdruck P bezeichnet wird, in die Ausnehmung 100 entgegen der Federwirkung der Druckfeder 41 geschoben, wodurch der weitere Druckaufbau verzögert wird.According to the invention, the delivery piston 104 is pushed from a certain pressure in the pressure chamber 21 or in the high-pressure line 2, which is referred to below as the deceleration pressure P, into the recess 100 against the spring action of the compression spring 41, whereby the further pressure build-up is delayed.
Dieser Verzögerungsdruck P entspricht der Vorspannkraft Fvor, mit welcher die Druckfeder 41 zwischen dem Förderkolben 104 und dem Anker 6 eingespannt ist, geteilt durch die Querschnittsfläche Aiben des Förderkolbens 104:This delay corresponds to pressure P against the biasing force F with which the pressure spring 41 between the feed piston 104 and the armature is clamped 6, divided by the cross sectional area A i ben of the delivery plunger 104:
Da die Vorspannkraft genau einstellbar ist, ist auch der Verzögerungsdruck exakt festlegbar. Since the preload force can be set precisely, the deceleration pressure can also be set exactly.
Vorzugsweise wird der Verzögerungsdruck auf den Öffnungsdruck der Einspritzdüse eingestellt (Pv = PDUSΘ), so daß der Druckanstieg ab dem Erreichen des Öffnungsdruckes PDuSe der Einspritzdüse vermindert wird. Hierdurch wird zunächst mit einer kleinen Bewegung des Ankers 6 und des Förderkolbens 104 in Förderrichtung 13 der in der Druckkammer 21 und in der Druckleitung 2 befindliche Kraftstoff auf den Düsenöffnungsdruck komprimiert.The deceleration pressure is preferably set to the opening pressure of the injection nozzle (Pv = P DUSΘ ), so that the pressure rise is reduced when the opening pressure P DuSe of the injection nozzle is reached. As a result, the fuel in the pressure chamber 21 and in the pressure line 2 is first compressed to the nozzle opening pressure with a small movement of the armature 6 and the delivery piston 104 in the delivery direction 13.
Mit dem Erreichen des Düsenöffnungsdruckes PDuse wird das Öffnen der Einspritzdüse 3 eingeleitet.When the nozzle opening pressure P Duse is reached, the opening of the injection nozzle 3 is initiated.
Nach dem Erreichen des Düsenöffnungsdruckes bewegt sich der Anker 6 mit einer Führungsgeschwindigkeit in Förderrichtung 13. Der Förderkolben 104 wird mit einer verminderten Ge- schwindigkeit in Förderrichtung 13 bewegt, da der Förderkolben entgegen der Federwirkung der Feder 41 in die Ausnehmung des Ankers 6 eintaucht (bei b in Fig. 19). Es besteht somit eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Förderkolben 104 und dem Anker 6. Durch diese im Vergleich zum Anker 6 verminderte Geschwindigkeit des Förderkolbens 104 wird die Energieübertragung vom Anker 6 auf den Förderkolben 104 bzw. auf den Kraftstoff vermindert.After reaching the nozzle opening pressure, the armature 6 moves in the conveying direction 13 at a guide speed. The conveying piston 104 is moved at a reduced speed in the conveying direction 13, since the conveying piston immerses into the recess of the armature 6 against the spring action of the spring 41 (at b in Fig. 19). There is therefore a relative speed between the delivery piston 104 and the armature 6. This reduced speed of the delivery piston 104 compared to the armature 6 reduces the energy transfer from the armature 6 to the delivery piston 104 or to the fuel.
Hierdurch wird die im Anker eingebrachte kinetische Energie nicht durch die noch nicht vollständig geöffnete Einspritzdüse abgebaut und die Erzeugung von zwischen der Einspritzdüse 3 und dem Förderkolben 104 hin und her reflektierten Druckwellen gering gehalten.As a result, the kinetic energy introduced into the armature is not reduced by the not yet fully opened injection nozzle, and the generation of pressure waves reflected back and forth between the injection nozzle 3 and the delivery piston 104 is kept low.
Die Federhärte der Druckfeder 41 und der Hub des Führungsteils 106 im Führungsbereich 101 ist vorzugsweise so bemessen, daß zumindest während eines ersten Teils der Öffnungsphase der Einspritzdüse 3, während der sich die Einspritzdüse 3 nur langsam öffnet, der Druckaufbau verzögert wird. Die Verzögerungsphase soll dann abgeschlossen werden, d.h., daß das Führungsteil 105 des Förderkolbens 104 an der in Förderrichtung 13 rückwärtigen Ringkante 102 des Ankers 6 anschlägt, wenn die von der Druckfeder 41 ausgeübte Federkraft einem Verzögerungsenddruck PEnde ausübt, der dem 1 ,5- bis 3-fachen Düsenöffnungsdruck (PEnde = 1 ,5PDuse bis 3PDuse) entspricht. Je größer der Verzögerungsenddruck ist, desto träger ist das Ansprechverhalten der Einspritzvorrichtung, aber desto stärker können Drucktäler während des Einspritzvorganges ausgeglichen werden. Nach der Verzögerungsphase wird der Förderkolben 104 mit der Führungsgeschwindigkeit desThe spring hardness of the compression spring 41 and the stroke of the guide part 106 in the guide region 101 are preferably dimensioned such that the pressure build-up is delayed at least during a first part of the opening phase of the injection nozzle 3, during which the injection nozzle 3 opens only slowly. The deceleration phase is then to be completed, that is to say that the guide part 105 of the delivery piston 104 abuts against the ring edge 102 of the armature 6, which is at the rear in the direction of travel 13, when the spring force exerted by the compression spring 41 exerts an end deceleration pressure P end that corresponds to the 1.5 to 3 times the nozzle opening pressure (P En de = 1, 5PDuse to 3P Du se) corresponds. The greater the final deceleration pressure, the slower the response of the injector, but the more pressure valleys can be compensated for during the injection process. After the delay phase, the delivery piston 104 is at the guide speed of the
Ankers 6 in Förderrichtung 13 bewegt, so daß der Druck mit maximaler Anstiegsrate auf denArmature 6 moves in the conveying direction 13, so that the pressure at the maximum rate of increase to
Maximaldruck PMAX weiter ansteigt (bei c in Fig. 19).Maximum pressure P MAX continues to increase (at c in Fig. 19).
Der Düsenöffnungsdruck PDüse liegt typischerweise im Bereich von 1 bis 5 MPa und die Querschnittsfläche A oi en des Förderkolbens 104 beträgt üblicherweise 5 bis 20 mm2. Bei dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Düsenöffnungsdruck PDüse= 2 MPa und die Querschnittsfläche 12 mm2, so daß mit einer Federvorspannkraft von Fvor= 24 N der Verzögerungsdruck P auf den Öffnungsdruck der Einspritzdüse 3 eingestellt wird.The nozzle opening pressure P nozzle is typically in the range from 1 to 5 MPa and the cross-sectional area A oi e n of the delivery piston 104 is usually 5 to 20 mm 2 . In the exemplary embodiment shown in FIG. 14, the nozzle opening pressure P nozzle = 2 MPa and the cross-sectional area 12 mm 2 , so that the retarding pressure P is set to the opening pressure of the injection nozzle 3 with a spring preload force of F before = 24 N.
Der Druck im zu fördernden Kraftstoff steigt bis auf den Maximaldruck P AX an, der höher als bei vergleichbaren herkömmlichen Einspritzvorrichtungen ist, da nur ein relativ geringer Energieeintrag während der Öffnungsphase der Einspritzdüse erfolgt, so daß eine höhere Energieausbeute erzielt wird und weniger störende Druckreflexionen erzeugt werden.The pressure in the fuel to be pumped rises to the maximum pressure P AX , which is higher than in comparable conventional injection devices, since only a relatively small amount of energy is introduced during the opening phase of the injection nozzle, so that a higher energy yield is achieved and less disturbing pressure reflections are generated .
Der Kraftstoff wird dann mit etwa konstantem Druck PMAX eingespritzt, da die Reflexionen der Druckwellen weitgehend vermieden werden (bei d in Fig. 19). Sollten dennoch eventuell Drucktäler auftreten (gestrichelte Linie bei t2 in Fig. 19) ist durch die mit der Druckfeder 104 gespeicherte Energie sichergestellt, daß diese nicht unter den Düsenöffnungsdruck abfallen, da derart tiefe Drucktäler durch die in der Druckfeder gespeicherte Energie ausgeglichen werden.The fuel is then injected at an approximately constant pressure P MAX , since the reflections of the pressure waves are largely avoided (at d in FIG. 19). Should pressure troughs nevertheless occur (dashed line at t 2 in FIG. 19), the energy stored with the pressure spring 104 ensures that these do not drop below the nozzle opening pressure, since such deep pressure troughs are compensated for by the energy stored in the pressure spring.
Bei der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung arbeitet während der Öffnungsphase des Einspritzventils der Anker 6 nicht gegen die entgegen zur Förderrichtung laufenden Druckwellen und der von der noch nicht vollständig geöffneten Einspritzdüse gebremsten Kraftstoffsäule, sondern überträgt die in ihm eingebrachte Energie erst vollständig auf die Kraftstoffsäule nachdem die Einspritzdüse vollständig geöffnet ist.In the injection device according to the invention, during the opening phase of the injection valve, the armature 6 does not work against the pressure waves running counter to the direction of delivery and the fuel column braked by the not yet fully opened injection nozzle, but rather only transfers the energy introduced into it to the fuel column after the injection nozzle has opened completely is.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung ist, daß am Ende des Einspritzpulses, wenn die durch den Elektromagneten auf die Anker/Kolben-Einheit ausgeübte Kraft geringer wird und sich der hierdurch erzeugte Förderdruck verringert, die in der Druckfeder 41 gespeicherte Energie den Förderkolben 104 vorantreibt, bis dieser mit seinem Führungsteil 105 schlagartig an der vorderen Ringkante 103 des Ankers 6 anschlägt und gestoppt wird. Der Einspritzpuls wird somit schlagartig beendet und weist an seinem Ende ei- nen abrupten Abfall auf (bei e in Fig. 19). Hierdurch werden am Endbereich des Einspritzpulses exakte Druckverhältnisse erzielt, wodurch sich sowohl das Abspritzverhalten (gleichmäßige Tröpfchengröße) als auch die Dosierbarkeit des Kraftstoffes wesentlich verbessern. Beim obigen Ausführungsbeispiel ist der Verzögerungsdruck auf den Öffnungsdruck der Einspritzdüse eingestellt (Pv = PDUSΘ)- Dies ist eine vorteilhafte Ausführungsform. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der Verzögerungsdruck sollte zumindest den halben Öff- nungsdruck der Einspritzdüse betragen (Pv = V∑PDuse)- Denn durch einen sogenannten Brandungseffekt im Bereich der Einspritzdüse 3, d.h. durch sich überlagernde Druckwellen kann es zu einer lokalen Drucküberhöhung kommen, die bis etwa das doppelte des regulären Druckes in der Druckleitung 8 betragen kann. Durch eine solche Drucküberhöhung kann die Einspritzdüse 3 schon vor Erreichen des eigentlichen Öffnungsdruckes geöffnet werden, so daß dann eine Verzögerung des weiteren Druckaufbaues zweckmäßig ist, um eine möglichst gute Energieübertragung zu erzielen.Another significant advantage of this injection device according to the invention is that at the end of the injection pulse, when the force exerted by the electromagnet on the armature / piston unit becomes lower and the delivery pressure generated thereby decreases, the energy stored in the compression spring 41 drives the delivery piston 104 until it abruptly strikes with its guide part 105 on the front ring edge 103 of the armature 6 and is stopped. The injection pulse is thus abruptly ended and has an abrupt drop at its end (at e in FIG. 19). As a result, exact pressure conditions are achieved at the end region of the injection pulse, as a result of which both the spray behavior (uniform droplet size) and the meterability of the fuel are significantly improved. In the above embodiment, the deceleration pressure is set to the opening pressure of the injection nozzle (P v = P DUSΘ ) - this is an advantageous embodiment. However, the invention is not limited to this. The deceleration pressure should be at least half the opening pressure of the injection nozzle (P v = V∑P D us e ) - because a so-called surf effect in the area of the injection nozzle 3, that is to say due to pressure waves overlapping, can lead to a local pressure increase which can be up to can be about twice the regular pressure in the pressure line 8. By such a pressure increase, the injection nozzle 3 can be opened before the actual opening pressure is reached, so that a delay in the further pressure build-up is then expedient in order to achieve the best possible energy transfer.
Um möglichst wenig Reflexionen der Druckwelle zu erhalten, sollte der Verzögerungsdruck Pv möglichst gering sein. Ein zu geringer Verzögerungsdruck Pv beeinträchtigt jedoch das An- sprechverhalten des Pumpe-Düse-Systems. Ein Verzögerungsdruck im Bereich von P = 12P use bis Pv = PDUSΘ stellt einen geeigneten Kompromiß zwischen den Anforderungen an die Verminderung der Erzeugung von Druckreflexionen als auch an das Ansprechverhalten dar.In order to obtain as few reflections from the pressure wave as possible, the deceleration pressure P v should be as low as possible. If the deceleration pressure P v is too low, however, the response behavior of the pump-nozzle system is impaired. A deceleration pressure in the range from P = 1 2P use to Pv = P DUSΘ represents a suitable compromise between the requirements for reducing the generation of pressure reflections and the response.
Ein zwölftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung ist in Fig. 15 gezeigt.A twelfth exemplary embodiment of an injection device according to the invention is shown in FIG. 15.
Dieses Ausführungsbeispiel weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das elfte Ausführungsbeispiel auf, weshalb gleiche Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen sind.This embodiment has essentially the same structure as the eleventh embodiment, which is why the same parts are provided with the same reference numerals.
Gegenüber dem elften Ausführungsbeispiel unterscheidet es sich lediglich in der Ausbildung der Ausnehmung 100 im Anker 6 und des Führungsteils 105 des Förderkolbens 104.Compared to the eleventh embodiment, it differs only in the design of the recess 100 in the armature 6 and the guide part 105 of the delivery piston 104.
Am Boden der sacklochartigen Ausnehmung 100 ist eine flachzylindrische Dämpfungsaus- nehmung 108 mit einer Mantelwandung 109 eingebracht. An der in Förderrichtung 13 rückwär- tigen Stirnseite des Förderkolbens 104 ist ein flachzylindrischer Dämpfungsstempel 110 mit einer Mantelfläche 111 ausgebildet, der im wesentlichen die gleiche Querschnittsform wie die Dämpf ungsausnehmung 108 besitzt, so daß der Dämpfungsstempel 1 10 mit geringem Spiel in die Dämpfungsausnehmung 108 paßt.At the bottom of the blind hole-like recess 100, a flat cylindrical damping recess 108 with a jacket wall 109 is made. On the rear side of the delivery piston 104 in the conveying direction 13, a flat-cylindrical damping punch 110 is formed with a lateral surface 111, which has essentially the same cross-sectional shape as the damping recess 108, so that the damping punch 110 fits into the damping recess 108 with little play .
In diesem Ausführungsbeispiel ist keine Druckfeder zwischen dem Förderkolben 104 und dem Anker 6 vorgesehen. Der Ringsteg 106 des Förderkolbens 104 ist mit Längsnuten (nicht dargestellt) versehen, so daß der Förderkolben, solange der Dämpfungsstempel 110 sich außerhalb der Dämpfungsausnehmung 108 befindet, im wesentlichen widerstandsfrei in der mit Kraftstoff gefüllten Ausnehmung 100 des Ankers 6 verschoben werden kann. Der widerstandslose Verschiebeweg X ist in Fig. 15 gezeigt.In this exemplary embodiment, no compression spring is provided between the delivery piston 104 and the armature 6. The ring web 106 of the delivery piston 104 is provided with longitudinal grooves (not shown), so that the delivery piston can be moved in the fuel-filled recess 100 of the armature 6 essentially without resistance as long as the damping plunger 110 is located outside the damping recess 108. The resistance-free displacement path X is shown in FIG. 15.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des zwölften Ausführungsbeispiels erläutert.The operation of the twelfth embodiment will be explained below.
Der Anker 6 wird vom Elektromagneten 8 in Förderrichtung 13 bewegt, wobei er entlang des Verschiebeweges X zur Speicherung kinetischer Energie im wesentlichen widerstandslos beschleunigt wird. Nachdem der Verschiebeweg X zurückgelegt worden ist, dringt der Dämpfungsstempel 110 in die Dämpfungsausnehmung 108 ein, wobei zwischen der Mantelwandung 109 der Dämpfungsausnehmung 108 und der Mantelfläche 111 des Dämpfungsstempel 110 sich ein schmaler Spalt ausbildet, so daß der zwischen den Dämpfungsstempel 110 und der Dämpfungsausnehmung 108 befindliche Kraftstoff nur allmählich entweichen und der Dämpfungsstempel 1 10 nur durch die Dämpfung verzögert in die Dämpfungsausnehmung 108 eindringen kann. Hierdurch wird die kinetische Energie vom Anker 6 auf den Förderkolben 104 übertragen, wobei durch die Dämpfung die Übertragung der kinetischen Energie nicht schlagartig sondern allmählich über den Zeitraum Δt verteilt erfolgt, den der Dämpfungsstempel 110 zum vollständigen Eindringen in die Dämpfungsausnehmung 108 benötigt.The armature 6 is moved in the conveying direction 13 by the electromagnet 8, wherein it is accelerated along the displacement path X for storing kinetic energy essentially without resistance. After the displacement path X has been covered, the damping punch 110 penetrates into the damping recess 108, a narrow gap being formed between the jacket wall 109 of the damping recess 108 and the jacket surface 111 of the damping punch 110, so that the gap between the damping punch 110 and the damping recess 108 existing fuel can only escape gradually and the damping plunger 1 10 can only enter the damping recess 108 with a delay due to the damping. As a result, the kinetic energy is transmitted from the armature 6 to the delivery piston 104, the damping not transmitting the kinetic energy abruptly but gradually over the period of time Δt that the damping plunger 110 requires to penetrate completely into the damping recess 108.
Dies bewirkt einen entsprechend über die Zeitdauer Δt verzögerte Übertragung der Energie vom Förderkolben auf den zu fördernden Kraftstoff, wodurch der Druckaufbau nicht schlagartig, sondern verzögert erfolgt. Diese Verzögerung erfolgt vom Anfang des Einspritzpulses und dau- ert zumindest solange, bis die Einspritzdüse 3 vollständig geöffnet ist. Die Dauer der Verzögerung kann durch die Tiefe der Dämpfungsausnehmung 108 bzw. der Spaltbreite zwischen dem Dämpfungsstempel 110 und der Dämpfungsausnehmung 108 festgelegt werden. Durch diese Verzögerung der Energieübertragung werden Reflexionen an der nur teilweise geöffneten Einspritzdüse 3 und die damit verbundenen Nachteile vermieden.This causes a correspondingly delayed transfer of the energy from the delivery piston to the fuel to be delivered over the time period Δt, as a result of which the pressure build-up does not occur suddenly, but with a delay. This delay occurs from the beginning of the injection pulse and lasts at least until the injection nozzle 3 is completely open. The duration of the delay can be determined by the depth of the damping recess 108 or the gap width between the damping plunger 110 and the damping recess 108. This delay in energy transmission prevents reflections from the only partially opened injection nozzle 3 and the disadvantages associated therewith.
Bei obigem Ausführungsbeispiel ist die Verzögerungseinrichtung zum Verzögern des Druckaufbaus eine mechanische Dämpfungseinrichtung bestehend aus dem Dämpfungsstempel 110 und der Dämpfungsausnehmung 108. Im Rahmen der Erfindung kann die Dämpfungseinrichtung auch anders ausgebildet sein, z.B. aus einem plastisch verformbaren Dämpfungsstempel, der sich beim Auftreffen des Ankers auf den Förderkolben plastisch verformt und so den Druckaufbau im Kraftstoff verzögert. Ein dreizehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 16 gezeigt.In the above exemplary embodiment, the delay device for delaying the pressure build-up is a mechanical damping device consisting of the damping plunger 110 and the damping recess 108. Within the scope of the invention, the damping device can also be designed differently, for example from a plastically deformable damping plunger, which is found when the armature hits the armature The delivery piston is plastically deformed, thus delaying the build-up of pressure in the fuel. A thirteenth embodiment of the invention is shown in FIG. 16.
Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich wie das elfte und zwölfte Ausführungsbeispiel ausgeführt, so daß gleiche Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen sind.This embodiment is similar to the eleventh and twelfth embodiments, so that the same parts are given the same reference numerals.
Der Förderkolben 104 und der Anker 6 sind hierbei einteilig ausgeführt.The delivery piston 104 and the armature 6 are in this case made in one piece.
An die Druckkammer 21 mündet ein zu einer Verzögerungskammer 42 führender Durchgang 43. Die Verzögerungskammer 42 ist genauso wie die des dritten (Fig. 4) und des siebten (Fig. 8) Ausführungsbeispiels ausgebildet.A passage 43 leading to a delay chamber 42 opens onto the pressure chamber 21. The delay chamber 42 is constructed in exactly the same way as that of the third (FIG. 4) and the seventh (FIG. 8) exemplary embodiment.
Die Funktionsweise dieses dreizehnten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend erläutert.The operation of this thirteenth embodiment is explained below.
Die Anker/Kolben-Einheit wird vom Magneten 8 in Förderrichtung 13 bewegt, wodurch Kraft- stoff aus der Druckkammer 21 zur Einspritzdüse 3 verdrängt wird. Wird der durch die Vorspannung der Druckfeder 47 in der Verzögerungskammer 42 eingestellte Verzögerungsdruck P in der Druckkammer 21 erreicht, so entweicht Kraftstoff in die Verzögerungskammer 42, wobei der Verzögerungskolben 46 in die Verzögerungskammer 42 eingeschoben wird. Hierdurch wird der Druckaufbau in der Druckkammer 21 und folglich in der Hochdruckleitung 2 verzögert, so daß der Druck nicht schlagartig zunimmt, sondern allmählich ansteigt. Der Verzögerungsvorgang endet, wenn der Verzögerungskolben 46 an der Bodenwandung 45 anschlägt. Die Verzögerungsdauer wird durch die Federhärte der Feder 47 und dem Hub des Verzögerungskolbens 46 in der Verzögerungskammer 42 festgelegt. Hierdurch werden in gleicher weise, wie beim oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, Reflexionen der Druckwellen vermieden und der in Fig. 19 gezeigte Druckverlauf erzielt.The armature / piston unit is moved by the magnet 8 in the conveying direction 13, as a result of which fuel is displaced from the pressure chamber 21 to the injection nozzle 3. If the deceleration pressure P set in the deceleration chamber 42 by the pretension of the compression spring 47 is reached in the pressure chamber 21, fuel escapes into the deceleration chamber 42, the deceleration piston 46 being pushed into the deceleration chamber 42. As a result, the pressure build-up in the pressure chamber 21 and consequently in the high-pressure line 2 is delayed, so that the pressure does not increase suddenly, but rather increases gradually. The deceleration process ends when the deceleration piston 46 strikes the bottom wall 45. The delay period is determined by the spring hardness of the spring 47 and the stroke of the delay piston 46 in the delay chamber 42. In this way, reflections of the pressure waves are avoided in the same way as in the first exemplary embodiment described above, and the pressure curve shown in FIG. 19 is achieved.
Für die Bemessung der Vorspannkraft und der Federhärte der Druckfeder 47 gelten die gleichen, oben anhand des elften Ausführungsbeispiels beschriebenen Regeln, um den Druckaufbau zu verzögern, Druckschwankungen auszugleichen und am Ende des Einspritzpulses einen schlagartigen Druckabfall zu erzeugen.The same rules described above with reference to the eleventh exemplary embodiment apply to the dimensioning of the prestressing force and the spring hardness of the compression spring 47 in order to delay the pressure build-up, to compensate for pressure fluctuations and to produce an abrupt pressure drop at the end of the injection pulse.
Ein vierzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 17 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich wie das dreizehnte Ausführungsbeispiel ausgebildet, weshalb gleiche Teile mit gleichem Bezugszeichen bezeichnet sind.A fourteenth embodiment of the invention is shown in FIG. This embodiment is similar to the thirteenth embodiment, which is why the same parts are designated with the same reference numerals.
Gegenüber dem dreizehnten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das vierzehnte Ausführungsbeispiel lediglich in der Ausbildung der Anker/Kolben-Einheit. Der Anker 6 und der Förderkolben 104 sind als separate Bauteile ausgebildet, wobei der Anker 6 aus einem zylindrischen Grundkörper 52 mit einem bzgl. der Förderrichtung 13 an seiner rückwärtigen Stirnseite angesetzten Führungsstutzen 55 besteht. Der Anker wird wiederum von einer Rückstellfeder 50, die sich am nach innen in das Gehäuse 11 vorstehenden Ringsteg 16 abstützt, entgegen zur Förderrichtung 13 gedrückt. Die Rückstellfeder 50 ist ohne oder nur mit geringer Vorspannung eingesetzt, so daß sie dem Anker 6 bei einer Bewegung in Förderrichtung praktisch keinen Widerstand entgegensetzt und dieser bei einer Betätigung durch den Elektromagneten 8 im wesentlichen widerstandslos beschleunigt werden kann.Compared to the thirteenth embodiment, the fourteenth embodiment differs only in the design of the armature / piston unit. The armature 6 and the delivery piston 104 are designed as separate components, the armature 6 consisting of a cylindrical base body 52 with a guide connection 55 attached to the rear end side with respect to the delivery direction 13. The armature is in turn pressed against the conveying direction 13 by a return spring 50, which is supported on the ring web 16 projecting inward into the housing 11. The return spring 50 is used without or only with a slight pretension, so that it provides practically no resistance to the armature 6 when moving in the conveying direction and this can be accelerated essentially without resistance when actuated by the electromagnet 8.
Der Förderkolben 104 ist in der in den Ringsteg 16 eingesetzten Führungsbuchse 17 in Axiai- richtung verschieblich gelagert. Der Förderkolben 104 ist im wesentlichen stabförmig mit einem an seinem vorderen Ende radial nach außen vorstehenden Ringsteg 1 12 ausgebildet, der das in Förderrichtung 13 vordere Ende der Führungsbuchse 17 hintergreift. Zwischen der vorderen Stirnseite des Förderkolbens 104 und der dem Förderkolben 104 gegenüberliegenden Innenwandung der Druckkammer 21 ist eine Förderkolbenrückstellfeder 113 eingesetzt, die den Förderkolben 104 entgegen der Förderrichtung 13 drückt, so daß in der in Fig. 17 gezeigten Ausgangsstellung der Ringsteg 1 12 an der vorderen Stirnfläche der Führungsbuchse 17 anschlägt.The delivery piston 104 is slidably mounted in the guide bushing 17 inserted in the ring web 16 in the axial direction. The delivery piston 104 is essentially rod-shaped with an annular web 1 12 projecting radially outward at its front end, which engages behind the front end of the guide bushing 17 in the delivery direction 13. Between the front end of the delivery piston 104 and the inner wall of the pressure chamber 21 opposite the delivery piston 104, a delivery piston return spring 113 is inserted, which presses the delivery piston 104 against the delivery direction 13, so that in the initial position shown in FIG. 17, the ring web 1 12 on the front Front face of the guide bush 17 strikes.
In der Ausgangsstellung, in der sowohl der Förderkolben 104 als auch der Anker 6 durch die jeweiligen Rückstellfedern 50, 113 gegen ihren jeweiligen rückwärtigen Anschlag gedrückt sind, sind der Anker 6 und der Förderkolben 104 um einen Abstand X voneinander beabstandet.In the starting position, in which both the delivery piston 104 and the armature 6 are pressed against their respective rear stops by the respective return springs 50, 113, the armature 6 and the delivery piston 104 are spaced apart by a distance X.
An die Druckkammer 21 mündet wiederum eine identisch wie beim dreizehnten Ausführungs- beispiel ausgebildete Verzögerungskammer 42, in der ein von einer Druckfeder 47 beaufschlagter Verzögerungskolben 46 lagert.A delay chamber 42, which is identical to that in the thirteenth exemplary embodiment and in which a delay piston 46 acted upon by a compression spring 47, opens onto the pressure chamber 21.
Die Funktionsweise des vierzehnten Ausführungsbeispiels entspricht im wesentlichen dem des dreizehnten Ausführungsbeispiels, wobei bei Erregung des Magneten 8 jedoch zunächst der Anker 6 alleine, im wesentlichen widerstandslos beschleunigt wird. Nachdem der Anker 6 den Weg X zurückgelegt hat, trifft er auf den Förderkolben 104 auf und überträgt seine kinetische Energie schlagartig auf den Förderkolben 104. Der Förderkolben 104 verdrängt den in der Druckkammer 21 befindlichen Kraftstoff, wobei nach dem Erreichen des Verzögerungsdruckes Pv der weitere Druckaufbau wie beim dreizehnten Ausführungsbeispiel durch die Verzöge- rungseinrichtung (Verzögerungskammer 42, Verzögerungskolben 46, Druckfeder 47) verzögert wird. Dieses Ausführungsbeispiel kombiniert somit, das aus dem Stand der Technik bekannte Festkörper-Energiespeicherprinzip und die erfindungsgemäße Verzögerung des Druckaufbaues.The method of operation of the fourteenth embodiment essentially corresponds to that of the thirteenth embodiment, but when the magnet 8 is excited, the armature 6 alone is accelerated essentially without resistance. After the armature 6 has covered the path X, it strikes the delivery piston 104 and suddenly transfers its kinetic energy to the delivery piston 104. The delivery piston 104 displaces the fuel in the pressure chamber 21, the further one after reaching the deceleration pressure P v Pressure build-up as in the thirteenth exemplary embodiment is delayed by the delay device (delay chamber 42, delay piston 46, compression spring 47). This exemplary embodiment thus combines the solid-state energy storage principle known from the prior art and the delay in pressure build-up according to the invention.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, daß eine Verzögerung des Druckaufbaues eine höhere Energieübertragung bei Hubkolbenpumpen mit nicht-zwangsgeführten Anker/Kolben- Einheiten erzielt, insbesondere wenn der Druckaufbau im wesentlichen schlagartig erfolgt, bei dem die Gefahr der Erzeugung von nicht kontrollierbaren Druckwellen entsteht.In summary, it can be stated that a delay in the pressure build-up achieves a higher energy transfer in reciprocating pumps with non-positively guided armature / piston units, in particular when the pressure build-up occurs essentially suddenly, with the risk of generating pressure waves which cannot be controlled.
Bei einigen der oben beschrieben Ausführungsbeispielen ist die Dosiereinrichtung jeweils eine Hubkolbenpumpe, die während des Dosiervorganges Fluid in die Druckkammer und fördert und damit den Speicherkolben um einen Speicherhub verschiebt. Die Erfindung ist nicht auf diese Art von Dosiereinrichtung beschränkt; vielmehr ist es auch möglich, z.B. einen weiteren Elektromagneten vorzusehen, der den Speicherkolben unmittelbar bewegt, d.h., daß der Speicherkolben einen Anker zu diesem weiteren Elektromagneten darstellt. In some of the exemplary embodiments described above, the metering device is in each case a reciprocating piston pump which, during the metering process, pumps fluid into and into the pressure chamber and thus displaces the accumulator piston by one accumulator stroke. The invention is not restricted to this type of metering device; rather, it is also possible, e.g. to provide a further electromagnet which moves the storage piston directly, i.e. that the storage piston is an armature to this further electromagnet.

Claims

Patentansprüche claims
1. Pumpenvorrichtung mit einer als Hubkolbenpumpe ausgebildeten Pumpeinrichtung (4), die mittels eines Hubkolbens (6, 7) Fluid verdrängt, einem Anschlagelement (17, 18), das den Förderhub des Hubkolbens (6, 7) in Förderrichtung (13) begrenzt, und einer elektrisch und unabhängig von der Pumpeinrichtung (4) angetriebenen Dosierein- richtung (5) zum Festlegen der einzuspritzenden Fluidmenge durch Verschieben des1. Pump device with a pump device (4) designed as a reciprocating piston pump that displaces fluid by means of a reciprocating piston (6, 7), a stop element (17, 18) that limits the delivery stroke of the reciprocating piston (6, 7) in the conveying direction (13), and an electrically and independently of the pump device (4) driven metering device (5) for fixing the amount of fluid to be injected by shifting the
Hubkolbens (6, 7) gegenüber dem Anschlagelement (17, 18) um einen bestimmten, variablen Speicherhub, der dem Förderhub entspricht.Reciprocating piston (6, 7) relative to the stop element (17, 18) by a certain, variable storage stroke, which corresponds to the delivery stroke.
2. Pumpenvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Hubkolben (6, 7) zweiteilig aus einem Betätigungskolben (6) und einem Speicherkolben (7) ausgebildet ist, wobei der Speicherkolben (7) gegenüber dem Betätigungskolben (6) in Förderrichtung (13) vorgeordnet ist.2. Pump device according to claim 1, characterized in that the reciprocating piston (6, 7) is formed in two parts from an actuating piston (6) and a storage piston (7), the storage piston (7) relative to the actuating piston (6) in the conveying direction (13 ) is upstream.
3. Pumpenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinrichtung (5) eine separat von der Pumpeinrichtung (4) ausgebildete weitere Fördereinrichtung ist, die zum Speichern Fluid in einem der Pumpeinrichtung (4) vorgeordneten Druckraum (21 ) befördern kann, wobei der Druckraum (21 ) an seiner Verbin- düng zu einem Anschlußteil (3) durch ein Standdruckventil (24) begrenzt ist, das erst ab einem bestimmten Durchlaßdruck öffnet, wobei der Durchlaßdruck so bemessen ist, daß das Standdruckventil (24) bei einer von der Dosiereinrichtung (5) in die Druckkammer (21 ] ausgeführten Fluidförderung nicht öffnet, wohingegen das Standdruckventil bei einer mit höherem Druck erfolgenden Fluidförderung durch die Pumpeinrichtung (4) sich öffnet.3. Pump device according to claim 1 or 2, characterized in that the metering device (5) is a separate conveying device which is formed separately from the pumping device (4) and which can convey fluid in a pressure chamber (21) arranged upstream of the pumping device (4), the pressure chamber (21) being delimited at its connection to a connection part (3) by a stand pressure valve (24) which only opens from a certain passage pressure, the passage pressure being dimensioned such that the stand pressure valve (24) at one of of the metering device (5) into the pressure chamber (21) fluid delivery does not open, whereas the standing pressure valve opens when the fluid is pumped with higher pressure by the pump device (4).
4. Pumpenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinrichtung (5) einen Elektromagneten aufweist und der Hubkolben4. Pump device according to claim 1 or 2, characterized in that that the metering device (5) has an electromagnet and the reciprocating piston
(28) Anker dieses Elektromagneten ist, so daß der Hubkolben zum Ausführen des(28) armature of this electromagnet is so that the reciprocating piston for executing the
Speicherhubes vom Elektromagneten mit einer Kraft beaufschlagt wird.Storage stroke is acted upon by the electromagnet with a force.
5. Pumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dosiereinrichtungen (5) zum Zuführen jeweils eines Fluids zu der Pumpeinrichtung (4) vorgesehen sind.5. Pump device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a plurality of metering devices (5) are provided for supplying a respective fluid to the pump device (4).
6. Pumpenvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer als Hubkolbenpumpe ausgebildeten Pumpeinrichtung (4), die mittels eines nicht- zwangsgeführten Hubkolbens Fluid verdrängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtung (4) eine Verzögerungseinrichtung aufweist, die derart ausge- bildet ist, daß die Energieübertrag vom Hubkolben (6, 7) auf das Fluid verzögert erfolgt.6. Pump device, in particular according to one of claims 1 to 5, with a pump device (4) designed as a reciprocating piston pump which displaces fluid by means of a non-positively guided reciprocating piston, characterized in that the pump device (4) has a delay device which is designed in such a way is that the energy transfer from the reciprocating piston (6, 7) to the fluid is delayed.
7. Pumpenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubkolben (6, 7) zweiteilig aus einem Betätigungskolben (6) und einem Spei- cherkolben (7) ausgebildet ist, wobei der Speicherkolben (9) gegenüber dem Betätigungskolben (6) in Förderrichtung (13) vorgeordnet ist, und der Betätigungskolben (6) und der Speicherkolben (7) zueinander verschieblich angeordnet und mit einer Kopplungsfeder (41 ) miteinander gekoppelt sind.7. Pump device according to claim 6, characterized in that the reciprocating piston (6, 7) is formed in two parts from an actuating piston (6) and a storage piston (7), the storage piston (9) relative to the actuating piston (6) in the conveying direction (13) is arranged upstream, and the actuating piston (6) and the storage piston (7) are arranged displaceably relative to one another and are coupled to one another with a coupling spring (41).
8. Pumpenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskolben (6) als Hohlkörper mit einer zylinderförmigen Mantelwandung (6a), einer in Förderrichtung (13) rückwärtigen Bodenwandung (6b) und einem am in Förderrichtung (13) vorderen Endbereich nach innen vorstehenden Ringsteg (6c) ausgebildet ist, der Speicherkolben (7) mit einem Ende im Betätigungskolben (6) lagert und einen radial nach außen vorstehenden Führungsteil (7b) aufweist, wobei der Speicherkolben (7) mit dem Führungsteil (7b) den Ringsteg (6c) des Betätigungskolbens (6) hintergreift, und zwischen dem im Betätigungskolben (6) lagerndem Ende des Speicherkolbens (7) und der Bodenwandung (6b) des Betätigungskolbens die Kopptungsfeder (41 ) eingesetzt ist. 8. Pump device according to claim 7, characterized in that the actuating piston (6) as a hollow body with a cylindrical jacket wall (6a), a rear wall in the conveying direction (13) (6b) and an inwardly projecting at the front end region in the conveying direction (13) Ring web (6c) is formed, the storage piston (7) has one end in the actuating piston (6) and has a radially outwardly projecting guide part (7b), the storage piston (7) with the guide part (7b) holding the ring web (6c) engages behind the actuating piston (6), and the coupling spring (41) is inserted between the end of the storage piston (7) which is supported in the actuating piston (6) and the bottom wall (6b) of the actuating piston.
. Pumpenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung durch eine an die Druckkammer (21 ) mündende Verzögerungskammer (42) ausgebildet ist, in der ein Verzögerungskolben (46) verschieb- lieh angeordnet ist, der auf seiner von der Druckkammer (21 ) abgewandten Seite von einer Feder (47) abgestützt ist.. Pump device according to claim 6, characterized in that the deceleration device is formed by a deceleration chamber (42) opening onto the pressure chamber (21), in which a deceleration piston (46) is arranged, which on its opposite side from the pressure chamber (21) Side is supported by a spring (47).
10. Pumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gekennzeichnet durch, zwei Dosiereinrichtungen (5) und eine einzige Pumpeinrichtung (4), wobei die Pumpeinrichtung (4) doppeltwirkend ausgebildet ist und zwei Speicherkolben (7, 7') aufweist, die von einem dazwischen angeordneten Betätigungskolben (6) betätigt werden.10. Pump device according to one of claims 1 to 9, characterized by two metering devices (5) and a single pump device (4), the pump device (4) being double-acting and having two storage pistons (7, 7 ' ), one of them in between arranged actuating piston (6) are actuated.
11. Pumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenvorrichtung nach dem Festkörper-Energiespeicherprinzip arbeitet und einen Beschleunigungskörper aufweist, der während einer nahezu widerstandslosen Beschleunigungsphase kinetische Energie speichert, und eine die Beschleunigungsphase unterbrechende Einrichtung zum Erzeugen eines Druckstoßes durch Übertragen der gespeicherten kinetischen Energie auf den Kraftstoff vorgesehen ist.11. Pump device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the pump device works according to the solid-state energy storage principle and has an accelerator body, which stores kinetic energy during an almost resistance-free acceleration phase, and a device interrupting the acceleration phase for generating a pressure surge by transmission the stored kinetic energy is provided on the fuel.
12. Chemoreaktor zum Ausführen einer chemischen bzw. biochemischen Reaktion in einer Reaktionskammer, gekennzeichnet durch eine Pumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Zuführen eines oder mehrerer Fluide an die Reaktionskammer.12. Chemoreactor for carrying out a chemical or biochemical reaction in a reaction chamber, characterized by a pump device according to one of claims 1 to 11 for supplying one or more fluids to the reaction chamber.
13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Zuführen von Kraftstoff an eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Pumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und einem Einspritzventil13. Fuel injection device for supplying fuel to a combustion chamber of an internal combustion engine, characterized by a pump device according to one of claims 1 to 11 and an injection valve
(3), das in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine mündet. (3) which opens into a combustion chamber of an internal combustion engine.
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