DE3016171A1

DE3016171A1 - Brennstoff-einspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE3016171A1
Application number: DE19803016171
Authority: DE
Inventors: Christopher London Costello
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1980-02-19
Filing date: 1980-04-26
Publication date: 1981-08-20
Also published as: IT1140892B; DD150636A5; ES8103280A1; AU5820280A; GB2069718B; GB2069718A; BR8002677A; PL225902A1; ES491301A0; CA1147428A; AU531862B2; JPS56118528A; SU971116A3; IT8021539A0; FR2476229A1; US4351299A; HU181542B; ZA802218B

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Brennstoff-Einspritzeinrichtung für die Zuführung von Brennstoff zu einer Maschine mit interner Verbrennung, insbesondere ein Brennstoff-Einspritzsystem mit einem Pumpkolben, der in einer Bohrung verschiebbar ist, einem Auslaß an dem einen Ende der Bohrung, einem ventilgesteuerten Einlaß an dem einen Ende der Bohrung, einer elektromagnetischen Einrichtung, die mit Strom gespeist wird, um die Bewegung des Kolbens auf das eine Ende der Bohrung zu zu verursachen, einer elastischen Einrichtung, die wirksam ist, wenn die Stromzufuhr angehalten wird, um die Bewegung des Kolbens von dem einen Ende der Bohrung fort zu bewirken, und mit einer Wandlereinrichtung, die ein Signal liefert, das die Stellung des Kolbens in der Bohrung anzeigt.

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Wenn ein solches Brennstoffsystem dazu verwendet wird, Brennstoff einer Maschine zuzuführen, muß es möglich sein, den Hub des Kolbens zu verändern, um die Menge des der Maschine zugeführten Brennstoffs verändern zu können. Dies kann dadurch geschehen, daß die Rückbewegung des Kolbens bei seiner Fortbewegung von dem genannten einen Ende der Bohrung unter der Einwirkung der elastischen Einrichtung angehalten wird. Wenn die Stellung, in der der Kolben während seiner Rückkehrbewegung angehalten wird, verändert wird, ändert sich auch die Menge des zugeführten Brennstoffes, wobei natürlich angenommen ist, daß der Kolben sich stets zu dem einen Ende der Bohrung hin bewegt, wenn Brennstoff durch den Auslaß abgegeben wird. Das Anhalten der Bewegung des Kolbens während seiner Rückbewegung ist möglich, indem auf ihn eine gerade ausreichende Kraft ausgeübt wird, um die Kraft auszugleichen, die von der elastischen Einrichtung und von etwaigem Brennstoff druck in der Bohrung, wenn der Brennstoff der Bohrung unter Druck zugeführt wird, ausgeübt wird. Wenn die elektromagnetische Einrichtung direkt auf den Kolben einwirkt, muß der Stromfluß in der elektromagnetischen Einrichtung sorgfältig eingestellt werden, um zu gewährleisten, daß die Kolbenbewegung in der erforderlichen Stellung angehalten wird. Das System ist daher kompliziert und umfangreich; zusätzlich bedeutet die Tatsache, daß Strom der elektromagnetischen Vorrichtung zu anderen Zeitpunkten zugeführt werden muß als wenn die Brennstoffeinspritzung stattfindet, daß eina zusätzliche Leistung erforderlich ist, um das System zu betreiben; diese zusätzliche Leistung führt zur Wärmeerzeugung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Brennstoffsystems der vorstehend genannten Art, das besonders einfach und zweckmäßig sein soll.

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Erfindungsgemäß enthält das Brennstoffsystem der genannten Art eine erste Elektronikeinrichtung, welche die Erregung der elektromagnetischen Einrichtung bewirkt, eine zweite Elektronikeinrichtung, welche die Abschaltung der elektromagnetischen Einrichtung bewirkt, und eine dritte Elektronikeinrichtung zur Zuführung des erforderlichen Brennstoff-Signals zu der zweiten Elektronikeinrichtung, wobei die zweite Elektronikeinrichtung ferner das Signal aus dem Wandler empfängt, wodurch die Zufuhr des elektrischen Stroms zu der elektromagnetischen Einrichtung nach einer vorbestimmten Bewegung des Tauchkolbens abgeschaltet wird, so daß der Tauchkolben unter der Wirkung der elastischen Einrichtung in seine Anfangsstellung zurückgelangen kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Aufriß-Schnittansicht einer Ausfuhrungsform einer Brennstoffpumpe;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Steuerungssystems; und

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Brennstoffabgabe und der Stromzufuhr zu einem Teil der Pumpe.

Es wird nun auf Fig. 1 der Zeichnung Bezug genommen. Ein Pump/Einspritzelement 10 enthält ein hohles zylinderförmiges, abgestuftes Gehäuse 11, dessen schmaleres Ende eine Einspritzventileinheit 12 haltert. Diese enthält einen Düsenkörper 13, der an einem Ende abgestuft ist, um in das Gehäuse eingesetzt werden zu können. Das Gehäuse 11 und der Düsenkörper 13 sind bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel z.B. durch Elektronenstrahlschweißung befestigt.

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Eine Bohrung ist in dem Düsenkörper 13 gebildet, und
in dieser Bohrung ist verschiebbar ein Ventilteil 14 mit einem Kopfstück 15 angeordnet, das in Eingriff mit einem Sitz gelangen kann, der am Außenende des Düsenkörpers 13 gebildet ist. Das Ventilteil 14 ist verdünnt oder mit
einer Ausnehmung versehen, damit Brennstoff, wenn das
Kopfstück 15 von dem Sitz angehoben ist, durch die Bohrung in die zugeordnete Verbrennungskammer der zugeordneten
Maschine strömen kann. Das Ventilteil erstreckt sich von dem vom Sitz entfernten Ende der Bohrung fort und trägt
einen Anschlag 16, mit dem es an einem Ende einer gewickelten Druckfeder 17 in Eingriff gelangt. Das andere Ende der Feder 17 ist mit dem Düsenkörper 13 in Eingriff. Der Kopf wird in Eingriff mit dem Sitz vorgespannt und wird davon durch den Druck des Brennstoffes angehoben, der in einer Pumpkammer 18 in dem schmaleren Teil des Gehäuses 11 erzeugt wird.

Das Volumen der Pumpkammer wird durch einen Pump-Tauchkolben 19 verändert, der in einer Bohrung verschiebbar ist, welche innerhalb einer mit einem Flansch versehenen Hülse 20 verschiebbar ist, wobei diese Hülse an einer Abstufung befestigt ist, die in der Innenoberfläche des schmaleren Teils des Gehäuses 11 gebildet ist. Der Tauchkolben 19 ist elastisch in Richtung auswärts belastet, d.h. in einer solchen Richtung, daß das Volumen der Pumpkammer 18 vergrößert wird, und zwar durch eine gewickelte Druckfeder 21, die sich
zwischen der Hülse 20 und einem im Tauchkolben gebildeten Kopf 22 erstreckt. Die Hülse wird durch geeignete Deformierung des Gehäuses 11 in Stellung gehalten.

Der Tauchkolben 19 ist mit Durchlässen oder Kanälen versehen, die ein Rückschlagventil 23 enthalten, und mittels dieses Ventils kann Brennstoff in die Pumpkammer einströmen, wenn der
Tauchkolben durch die Feder 21 auswärts bewegt wird. Der

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Tauchkolben kann aber auch während seiner Auswärtsbewegung eine Öffnung in der Wandung der Hülse freigeben, damit Brennstoff in die Pumpkammer einströmen kann.

Um die Einwärtsbewegung des Tauchkolbens 19 zu bewirken, ist eine elektromagnetische Vorrichtung vorgesehen, die allgemein mit 24 bezeichnet ist und in dem breiteren Teil des Gehäuses aufgenommen ist. Die elektromagnetische Vorrichtung enthält einen hohlzylindrischen Anker 25, der angrenzend an die Innenoberfläche des breiteren Teil des Gehäuses 11 angeordnet und aus magnetisierbarem Material gebildet ist. Das Endstück des Ankers, das dem schmaleren Teil des Gehäuses am nächsten liegt, ist auf einem Teil 26 befestigt, das auf einer mittleren Halterung 27 verschiebbar gelagert ist. Das Teil 26 ist ferner mit einer hohlen, geschlitzten Verlängerung 28 versehen, die so angeordnet ist, daß sie mit dem Kopfstück 22 des Tauchkolbens in Eingriff gelangen kann. Das Halterungselement 27 sitzt an seinem unteren Ende in einem Lager 28A, welches das Halterungsteil in dem Gehäuse 11 in Stellung bringt.

Die Innenoberfläche des Ankers ist mit einem schraubenförmigen Gewinde, das zwei Anfänge aufweist, versehen, welches zwei schraubenförmige Rippen 29 bildet. Das genannte mittlere Halterungsteil bildet ferner ein Joch und ist ebenfalls mit zwei schraubenförmigen Rippen 30 versehen. Die dargestellten Oberflächen der Rippen 29, 30 sind zur Längsachse der Pump/Einspritzeinrichtung geneigt und in dem (gezeigten) Ruhezustand der elektromagnetischen Vorrichtung voneinander beabstandet. Das mittlere Halterungsteil trägt in den zwei schraubenförmigen Rillen zwischen den Rippen 30 eine elektrische Wicklung 31, die zweckmäßigerweise dadurch gebildet ist, daß ein Drahtstück entlang einer Rinne von einem Ende des Halterungsteils ausgehend aufgewickelt wird und zu dem einen Ende des Halterungsteils entlang der anderen Rille zurück-

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kehrt. Die Wicklung kann die erforderliche Anzahl von Windungen erhalten; beim Erregen der Wicklung nehmen die zwei Rippen 30 entgegengesetzte magnetische Polarität an, und Flußwege werden aufgebaut, welche die Luftspalte zwischen den Rippen 29 und 30 enthalten. Infolgedessen wird der Anker durch die Magnetkräfte in einer solchen Richtung bewegt, daß der magnetische Widerstand des Luftspaltes reduziert wird und dabei eine Einwärtsbewegung des Tauchkolbens 19 bewirkt, wodurch der Brennstoffdruck in der Pumpkammer erhöht wird. Wenn der Druckanstieg ausreicht, um das Kopfstück 15 des Ventilteils von seinem Sitz abzuheben, wird Brennstoff der zugeordneten Verbrennungskammer zugeführt. Wenn die Wicklung abgeschaltet wird, werden Tauchkolben und Anker in die gezeigte Stellung zurückgeführt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die von der Rate abhängt, mit der Brennstoff in die Kammer 18 unter Einwirkung der Feder 21 einströmen kann.

Das mittlere Halterungsteil 27 wird von einem Endverschluß

32 getragen, der an dem Gehäuse 11 durch eine Haltemutter

33 festgelegt ist. Der Endverschluß bildet einen Brennstoffeinlaß 34, der mit dem Innenraum des breiteren Teils des Gehäuses über einen Kanal 36 in Verbindung ist. Ferner ist ein elektrischer Anschluß 35 vorgesehen, der mit einem Ende der Wicklung 31 verbunden ist, während das ar.dere Ende mit dem Endverschluß verbunden ist.

In die Pump/Einspritzeinrichtung ist ein Wandler einbezogen, der eine Anzeige über die Stellung des Ankers liefert; der Wandler enthält ein Kernstück 37, das um das Halterungsteil 27 herum angeordnet und mit einer umlaufenden Rille versehen ist, in der eine Wicklung 38 angeordnet ist. Der Anker haltert einen Ring 39, der aus elektrisch leitendem Material gebildet ist. Während der Anker sich bewegt, verändert sich die Induktivität der Wicklung 38.

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Es wird nun auf Pig. 3 Bezug genommen, wo ein Stromimpuls 40 gezeigt ist, der an die Wicklung 31 angelegt wird. Der Tauchkolben beginnt dann die Bewegung abwärts entgegen der Federwirkung. Diese Bewegung ist durch den Teil 41 der oberen Kurve verdeutlicht. Wenn die Stromzufuhr aufhört, erfolgt eine geringe Welterbewegung des Tauchkolbens aufgrund seiner Massenträgheit und auch aufgrund der Tatsache, daß der Fluß in dem Magnetkreis nicht sofort zusammenbricht. Kurz danach hört jedoch die Bewegung des Tauchkolbens entgegen der Federwirkung auf, und er bewegt sich in der umgekehrten Richtung, wie durch den Teil 42 der Kurve verdeutlicht ist, und zwar unter der Einwirkung der Feder 21. Durch Verändern der Zeitlänge des Strompulses kann also die Menge des der Maschine zugeführten Brennstoffes verändert werden.

Wenn Brennstoff in eine Maschine eingespritzt wird, so muß gewährleistet werden, daß die Brennstoffabgabe zur richtigen Zeit erfolgt; daher müssen Wandler vorgesehen sein, die ein Signal abgeben können, das die Maschinenstellung angibt. Es müssen also verschiedene Arbeitsbedingungen der Maschine berücksichtigt werden, und ferner muß gewährleistet werden, daß die Geschwindigkeit der Maschine innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten wird.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Die Wicklung 31 ist dort ebenso wie die Wandlerwicklung 38 eingezeichnet.

Die Wicklung 31 empfängt ihren Betriebsstrom aus einer Ausgangsschaltung 43, die durch eine erste und eine zweite Elektronikeinrichtung gesteuert wird. Die erste Elektronikeinrichtung enthält einen Schaltkreis 44, der der Schaltung 43 ein Signal zuführen kann, wenn der Wicklung 31 Strom zugeführt werden soll. Ein Schaltkreis 44 empfängt ein Signal aus der Schaltung 45.

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Die zweite Elektronikeinrichtung enthält einen Schaltkreis 46, der ein Signal zu der Leistungsschaltung 43 führen kann, wenn der Stromfluß in der Wicklung 31 angehalten werden soll. Der Schaltkreis 4 6 empfängt ein Ausgangssignal aus einer Vergleicherschaltung 47. Ein Eingang der Vergleicherschaltung erhält ein Signal, das die Stellung des Tauchkolbens angibt und aus der Wandlerwicklung 38 über eine Impulsformerschaltung 4 8 gewonnen wird. Der andere Eingang der Vergleicherschaltung 47 liegt an einer dritten Elektronikeinrichtung 49, die z.B. einen "Brennstoffversorgungsplan" enthalten kann. Die Schaltung 49 kann auch eine Hauptschaltung sein. Der Ausgang der Schaltung 4 9 führt das erforderliche Brennstoffsignal. Ein Eingangssignal der Schaltung 49 ist ein Brennstoffbedarf ssignal, das aus einem Wandler 50 erhalten wird, der dem Gaspedal des Fahrzeuges zugeordnet sein kann, das von der Maschine angetrieben wird. Durch Niederdrücken des Gaspedals derart, daß die Brennstoffzufuhr zu der Maschine erhöht wird, wird eine Vergrößerung des der Schaltung 4 9 zugeführten Signals bewirkt. Die Schaltung 49 empfängt ferner ein Signal, das die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine anzeigt, und zwar aus einer Dekodierschaltung 51, die ein Signal aus einem Geschwindigkeitswandler 52 empfängt. Die Schaltung 4 9 kann ferner weitere Signale empfangen, die verschiedene Betriebsparameter der Maschine angeben, z.B. den Druck der dem Einlaßtrichter zugeführten Luft oder die Maschinentemperatur. Wenn die Schaltung 49 ein "Brennstoffversorgungsplan" ist, so ist das Ausgangssignal dieser Schaltung ein Signal, dessen Wert für den Brennstoffbedarf, die Maschinengeschwindigkeit und andere Betriebsparameter geeignet ist. Dieses Signal wird aus einem Speicher erhalten. Wenn die Schaltung 49 eine Hauptschaltung ist, wird das von der Schaltung 49 erzeugte Signal in dieser erzeugt. Die Schaltung 4 9 gewährleistet, daß für eine gegebene Geschwindigkeit die maximale Brennstoffmenge, die der Maschine zugeführt werden kann, nicht überschritten wird, und wenn die Maschi-

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nengeschwindigkeit ihren maximal zulässigen Wert erreicht, so sinkt dieses Signal ab, um die Brennstoffzufuhr zu der zugeordneten Maschine herabzusetzen und möglicherweise zu unterbinden.

Eine vierte Elektronikeinrichtung ist vorgesehen, um den Zeitpunkt der Brennstoffabgabe zu bestimmen. Die vierte Elektronikeinrichtung enthält einen sogenannten "Taktsteuerplan", der mit 53 bezeichnet ist und das Maschinengeschwindigkeitssignal aus einem Dekoder 51 sowie ein Maschinen-Stellungssignal aus einer Schaltung 54 erhält, wobei diese Signale über Impulsformschaltungen 55, 56 zugeführt werden und Signale aus Wandlern 57, 58 die Kurbelwellenstellung der Maschine bzw. die Nockenwellenstellung derselben darstellen. Aus diesen Signalen kann die Schaltung 54 eine Anzeige über die Maschinenstellung bilden. Dieses Signal wird dem "Taktsteuerplan" zugeführt, der ein Signal erzeugt, wenn es erforderlich ist, daß die Brennstoffzufuhr beginnt. Der "Taktsteuerplan" kann auch ein Signal aus der Schaltung 49 erhalten, da es erwünscht ist, daß die Taktsteuerung der Brennstoff abgabe sich in Übereinstimmung mit der der Maschine zugeführten Brennstoffmenge ändert, welche die Belastung der zugeordneten Maschine darstellt.

Wenn im Betrieb der "Taktsteuerplan" ein Ausgangss'ignal erzeugt, das den erforderlichen Beginn der Brennstoffeinspritzung anzeigt, liefert die Schaltung 44 ein Steuersignal an die Schaltung 43, um der Wicklung 31 Strom zuzuführen. Der Strom in der Wicklung 31 nimmt zu, und an irgendeinem Punkt beginnt der Tauchkolben seine Bewegung, um Brennstoff durch den Auslaß abzugeben. Die Bewegung des Tauchkolbens wird der Vergleicherschaltung 47 über den Wandler angezeigt, und wenn die vorbestimmte Bewegung des Tauchkolbens stattgefunden hat, gibt die Schaltung 46 ein Steuersignal ab, das die Stromzufuhr zu der Wicklung 31 unterbindet.

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Wie bereits erwähnt wurde, führt der Tauchkolben seine
Bewegung unter dem Einfluß der Massenträgheit und des
abfallenden Magnetflusses fort. Die durch diese Weiterbewegung verursachte zusätzliche Brennstoffmenge kann in der Schaltung 4 9 berücksichtigt werden. Sobald der Tauchkolben jedoch angehalten ist, beginnt er seine Bewegung in entgegengesetzter Richtung unter der Einwirkung der Feder, und der Brennstoff wird in die Pumpkammer gesaugt. Der Tauchkolben kehrt in seine Ursprungsstellung zurück.

Es ist ersichtlich, daß die Brennstoffabgabe nicht bereits erfolgt, wenn der Wicklung 31 elektrischer Strom zugeführt wird, denn der Magnetfluß muß sich zunächst aufbauen, und
der Brennstoffdruck in der Pumpkammer muß auf einen solchen Wert ansteigen, daß der Ventilkopf der Einspritzdüse von
seinem Sitz abgehoben wird. Diese Verzögerung, die in Fig. nicht gezeigt ist, muß berücksichtigt werden, und dies geschieht in der Schaltung 53.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN

MB 19-1530

Lucas Industries Limited, Birmingham, Großbritannien

Brennstoff-Einspritzeinrichtung

PATENTANSPRÜCHE

Brennstoff-Einspritzeinrichtung für die Zufuhr von Brennstoff zu einer Maschine mit interner Verbrennung, gekennzeichnet durch:

- einen Pumpkolben (19), der in einer Bohrung verschiebbar ist;

- einen Auslaß an einem Ende der Bohrung;

- einen ventilgesteuerten Brennstoffeinlaß an dem genannten einen Ende der Bohrung;

- eine elektromagnetische Einrichtung (24), die mit elektrischem Strom gespeist wird, so daß dadurch die Bewegung des Pumpkolbens zu dem genannten einen Ende der Bohrung hin verursacht wird;

- eine elastische Einrichtung (21), die wirksam ist, wenn die Stromzufuhr angehalten wird, zur Bewegung des Pumpkolbens von dem genannten einen Ende der Bohrung fort;

PATENTANWALT DIPL-PHVS. LUTZ H PRÜFER D-8OOO MÜNCHEN OO · WILLROIDERSTR. β · TEL. (Ο8Θ) S4064O

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- eine Wandlereinrichtung (37, 38, 39) zur Bildung eines Signals, das die Stellung des Pumpkolbens innerhalb der , Bohrung angibt;

- eine erste Elektronikeinrichtung (44), die die Erregung der elektromagnetischen Einrichtung bewirkt;

- eine zweite Elektronikeinrichtung (46), die die Abschaltung der elektromagnetischen Einrichtung bewirkt;

- eine dritte Elektronikeinrichtung (4 9) für die Zufuhr des erforderlichen Brennstoffsignals zu der zweiten Elektronikeinrichtung;

- wobei die zweite Elektronikeinrichtung ferner das Signal aus dem Wandler empfängt, wodurch die Zufuhr von elektrischem Strom zu der elektromagnetischen Einrichtung nach einer vorbestimmten Bewegung des Pumpkolbens abgeschaltet wird, so daß der Pumpkolben unter der Einwirkung der elastischen Einrichtung (21) in seine Anfangsstellung zurückgelangen kann.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vierte Elektronikeinrichtung (53) für die Zufuhr eines Signals zu der ersten elektromagnetischen Einrichtung (24), wobei die vierte Elektronikeinrichtung Mittel (57, 58) zur Bildung eines Signals, das die Stellung der rotierenden Teile der zugeordneten Maschine angibt, enthält und wobei die vierte Elektronikeinrichtung das erforderliche Brennstoffsignal und ein Signal empfängt, welches die Maschinengeschwindigkeit angibt, wodurch Brennstoff der zugeordneten Maschine zu einem Zeitpunkt zugeführt wird, der sich in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit und der Menge des der Maschine zugeführten Brennstoffes ändert.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektronikeinrichtung (49) ein Signal empfängt, das die Maschinengeschwindigkeit anzeigt.

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4. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektronikeinrichtung (46) einen Vergleicher (47) enthält, der das Signal aus dem Wandler (38) mit dem Signal aus der dritten Elektronikeinrichtung (49) vergleicht.

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