DE19719800C1

DE19719800C1 - Injector for free piston engine

Info

Publication number: DE19719800C1
Application number: DE1997119800
Authority: DE
Inventors: Kurt Wilhelm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-10
Filing date: 1997-05-10
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2017-05-11

Abstract

The injector has one or more injection pumps (1-3) for each chamber (9) of the engine, which is defined between the axially moving piston and the respective cylinder head. The feed stroke of the pump piston (1) is in the direction of the engine chamber (9). The injection pump is formed as a free-piston pump. The stroke of the pump piston is limited in one direction by a damping spring (7). The pump piston has a peripheral weight (3) axially movable with it for feed of the fuel through its momentum.

Description

Die bekannten Einspritzanlagen für Freikolbenmotore sind in der für Kurbelwellenmotore üblichen Bauart ausgeführt, die Ein spritzpumpe ist am oder im Motorblock eingebaut, diese Systeme erfordern einen hohen technischen Aufwand, sie verbrauchen rela tiv viel Energie um den Kraftstoff einzuspritzen, sie berück sichtigen nicht die physikalischen Gegebenheiten des Freikolben motors. In der deutschen Auslegeschrift 26 30 004 ist eine andere Einspritzanlage beschrieben wobei die Einspritzpumpe und die Einspritzdüse im Motorkolben eingebaut sind. Der Antrieb der Einspritzpumpe liegt außerhalb des Motorkolbens und erfolgt durch einen Aufschlagbolzen. Wendet der Motorkolben am oberen Todpunkt endet die Kraftstofförderung. Dies ist ein Mangel der besonders bei größeren Motoren unakzeptabel wäre, und der mit einfachen zusätzlichen Vorrichtungen nicht lösbar erscheint. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß der Aufschalgbolzen mit relativ hoher Geschwindigkeit auf den Pumpenkolben aufsetzt, dadurch entsteht eine schlagartige Druckerhöhung im Pumpenar beitsraum, wodurch Klopfgeräusche und Druckwellen entstehen.The known injection systems for free-piston engines are in the designed for crankshaft engines usual design, the one injection pump is installed on or in the engine block, these systems require a high technical effort, they consume rela a lot of energy to inject the fuel, do not see the physical conditions of the free piston motors. In German interpretation 26 30 004 another injection system described the injection pump and the injection nozzle are installed in the engine piston. The drive the injection pump is located outside the engine piston and takes place by an impact bolt. The engine piston turns at the top Fuel delivery ends at the point of death. This is a lack of would be unacceptable, especially with larger engines, and with simple additional devices does not seem solvable. A Another disadvantage arises from the fact that the Aufschalgbolzen touches the pump piston at a relatively high speed, this creates an abrupt pressure increase in the pumpar beitsraum, which creates knocking noises and pressure waves.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzanlage für Freikolbenmotore zu schaffen, die einen relativ geringen technischen Aufwand erfordert. Für den Eigenbe trieb wenig Energie verbraucht und die physikalischen Gegeben heiten des Freikolbenmotors berücksichtigt und auch nutzt. Wobei die Kraftstofförderung auch noch nach dem Wenden des Motorkol bens am oberen Totpunkt erfolgen kann, und der Druckanstieg im Pumpenarbeitsraum am Anfang relativ langsam und nicht schlagar tig erfolgt.The present invention is therefore based on the object Injection system for free piston engines to create the one requires relatively little technical effort. For your own consumed little energy and the physical conditions units of the free-piston engine are taken into account and also used. In which the fuel delivery even after turning the engine column bens can take place at top dead center, and the pressure increase in Pump workspace is relatively slow at the beginning and not beatable done.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Einspritzpumpe vorgeschlagen, die als Freikolbenpumpe ausgeführt ist und im Motorkolben bzw. in dem mitschwingenden Zylinderkopf eingebaut wird. Hierdurch werden die physikalischen Gegebenheiten des Freikolbenmotors voll genutzt. Der Aufbau der Freikolbenpumpe ist sehr einfach und sie erzeugt zum richtigen Zeitpunkt den erforderlichen Druck. Eine Regelung des Einspritzzeitpunktes ist nicht unbedingt erforder lich, dies ist systembedingt.To solve the problem, an injection pump is proposed which is designed as a free piston pump and in the engine piston or is installed in the oscillating cylinder head. Hereby the physical conditions of the free-piston engine become full utilized. The construction of the free piston pump is very simple and it generates the necessary pressure at the right time. A Regulation of the injection timing is not absolutely necessary Lich, this is due to the system.

Entsprechend der Größe und Anwendung des Motors ist zur Regelung der Einspritzmenge vorgesehen, den Pumpenkolben oder den Pumpen zylinder zu drehen, den Pumpenzylinder axial zu verschieben, die Hubhöhe des Pumpenkolbens durch eine verschiebbare Begrenzungs vorrichtung zu ändern; es ist auch zweckmäßig den Pumpenkolben mit einer Bohrung zu versehen, die den Pumpenarbeitsraum öffnet, bevor der Pumpenkolben den oberen Totpunkt erreicht hat.According to the size and application of the engine is for regulation the injection quantity provided, the pump piston or the pumps to rotate the cylinder, to axially move the pump cylinder, the Lifting height of the pump piston thanks to a movable limitation device to change; it is also convenient the pump piston to provide a hole that opens the pump work space, before the pump piston has reached top dead center.

Je nach Bauart des Freikolbenmotors und des gewählten Einbauor tes der Einspritzpumpe kann es sinnvoll sein das flexible Teil der Vorrichtung zur Kraftstoffzufuhr als einseitig schiebbarer Pleuel, Gelenkpleuel oder als Gleitflächenübergang mit den ent sprechenden Bohrungen auszuführen. Depending on the design of the free-piston engine and the chosen installation location The flexible part can be useful for the injection pump the device for fuel supply as one-sided sliding Connecting rod, joint connecting rod or as a sliding surface transition with the ent speaking holes.

Werden steuerbare Einspritzdüsen gewählt oder ist eine elektri sche Zündung erforderlich können ein oder mehrere piezoelektri sche Bauteile die erforderliche Spannung liefern.Are controllable injection nozzles selected or is an electri cal ignition may require one or more piezoelectric components provide the required voltage.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einer Schemazeichnung erläutert.The invention is described below using a schematic drawing explained.

Fig. I zeigt ein Ausführungsbeispiel der Einspritzanlage auszugsweise im Längsschnitt. Fig. I shows an embodiment of the injection system in extracts in longitudinal section.

Die Niederdruckpumpe (10) fördert den Kraftstoff über das Gelenkpleuel (11) zum Motorkolben (8), dort gelangt er über ent sprechende Bohrungen (5) in den Pumpenarbeitsraum (2) der Ein spritzpumpe.The low-pressure pump ( 10 ) delivers the fuel via the articulated connecting rod ( 11 ) to the engine piston ( 8 ), where it passes through appropriate holes ( 5 ) in the pump work chamber ( 2 ) of the injection pump.

Der Motorkolben (8) wendet am unteren Totpunkt, der Pumpenkolben (1) mit der Gewichtsmasse (3) liegt schon länger an der hydrau lischen Hubbegrenzung (6), der Motorkolben wird beschleunigt. Die Ein- und Auslaßschlitze werden geschlossen, im Arbeitsraum (9) des Motors erhöht sich der Gasdruck. Etwa bei einer Verdich tung 3 : 1 ändert der Vektor, der axialwirkenden Kräfte die auf den Motorkolben wirken, das Vorzeichen. Der Motorkolben wird entsprechend der Druckerhöhung im Motorenarbeitsraum immer stär ker abgebremst. Der Pumpenkolben (1) widersetzt sich der Abbrem sung und übt dadurch eine Kraft auf die Feder (4) aus. Die Mas senträgheitskräfte werden immer größer, die Federkraft wird überwunden, der Druck in den Pumpenarbeitsraum steigt zunehmend immer schneller an, die Düsennadel hebt ab und Kraftstoff wird eingespritzt. Die Bohrung (5) erreicht die Öffnung, der Druck entspannt sich, die Düsennadel setzt wieder auf. Der Pumpenkolben setzt auf das Kraftstoffpolster (7) auf.The engine piston ( 8 ) turns at bottom dead center, the pump piston ( 1 ) with the weight ( 3 ) has been at the hydraulic stroke limit ( 6 ) for a long time, the engine piston is accelerated. The inlet and outlet slots are closed, the gas pressure increases in the engine's working space ( 9 ). At a compression ratio of 3: 1, the vector changes the sign of the axially acting forces acting on the engine piston. The engine piston is increasingly braked according to the pressure increase in the engine workspace. The pump piston ( 1 ) opposes the braking solution and exerts a force on the spring ( 4 ). The inertia forces are getting bigger, the spring force is overcome, the pressure in the pump workspace is increasing faster and faster, the nozzle needle is lifting and fuel is being injected. The bore ( 5 ) reaches the opening, the pressure relaxes, the nozzle needle comes back on. The pump piston sits on the fuel cushion ( 7 ).

Der Motorkolben hat gewendet. Erreicht die Verdichtung etwa 3 : 1 dann haben sich die Massenkräfte soweit verringert, daß die Feder anfängt den Pumpenkolben zurückzuschieben, etwa später wirken dann noch die Massenkräfte. Kraftstoff wird angesaugt, bis der Pumpenkolben auf die hydraulische Hubbegrenzung aufsetzt. Der Motorkolben erreicht den unteren Totpunkt und wendet, der Zyklus beginnt von neuem.The engine piston has turned. Compression reaches about 3: 1 then the mass forces have decreased so far that the Spring begins to push the pump piston back, about later then the mass forces still act. Fuel is drawn in until the pump piston sits on the hydraulic stroke limitation. The engine piston reaches bottom dead center and turns that Cycle starts again.

Claims

1. Injection system for free-piston engines with devices for supplying fuel to an injection pump, with an injection nozzle arranged in an engine piston or in the axially oscillating cylinder head, to which the fuel is supplied by the injection pump for injection into a working area of the engine, characterized in that for everyone Working space ( 9 ) of the engine one or more injection pumps ( 1 , 2 , 3 ) are present, which are axially acting in the engine piston ( 8 ) or in the axially oscillating cylinder head so that the delivery stroke of the pump piston ( 1 ) in the direction of Engine work space ( 9 ), and that the injection pumps are designed as free piston pumps ( 1 , 2 , 3 ), the stroke of the pump piston ( 1 ) in one direction by a stroke limiter ( 6 ) and in the other direction by a fuel cushion ( 7 ) is limited, and that the drive of the pump piston ( 1 ) to promote the fuel, by the inertia of it Mass and by the inertia of an axially movable and with the Pumpenkol ben ( 1 ) firmly connected mass ( 3 ) happens when the engine piston ( 8 ) brakes in the area of its top dead center and is accelerated again.

2. Injection system for free-piston engines according to claim 1, characterized in that mechanically, hydraulically or electrically controllable devices are provided which can rotate the pump piston ( 1 ) axially in both directions.

3. Injection system for free-piston engines according to claim 1 characterized, that mechanical, hydraulic or electrical devices are present that axially the pump cylinder in both directions can rotate and move.

4. injection system for free piston engines according to claim 2 characterized, that devices for limiting the stroke of the pump piston are present are mechanically, hydraulically or electrically adjustable are.

5. Injection system for free piston engines according to claim 4 characterized, that the pump piston has a bore that the pump ar beitsraum opens before top dead center is reached.

6. injection system for free piston engines according to claim 5 characterized, that the fuel delivery devices to the engine piston or at least one einsei to the axially movable cylinder head have sliding connecting rods.

7. Injection system for free piston engines according to claim 5 characterized, that the fuel delivery devices to the engine piston or have at least one connecting rod to the cylinder head.

8. Injection system for free piston engines according to claim 5 characterized, that the fuel supply to the engine piston or to the cylinder the head happens over axially sliding surfaces, which have corresponding holes.

9. injection system for free piston engines according to claim 6, 7 or 8 characterized, that at least one axially loose mass of weight in the engine piston or is present in the axially oscillating cylinder, which is one-sided or acts on both sides of piezoelectric components.