DE3130115A1

DE3130115A1 - Arrangement for driving a valve in a fuel injector for internal combustion engines

Info

Publication number: DE3130115A1
Application number: DE19813130115
Authority: DE
Inventors: Toshiro Makimura; Shigetaka Obu Aichi Takada; Yukihiro Nagoya Aichi Watanabe
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1981-07-27
Publication date: 1982-03-25
Also published as: JPS5726262A; JPH028139B2

Abstract

In a fuel injector for the intermittent injection of liquid fuel by the reciprocating movement of a valve fixed to a movable iron core, which can be pulled up by a solenoid and is acted upon counter to the direction of attraction by a compression spring arranged in a fixed iron core, an arrangement is proposed for driving the valve, in which the effective attraction gap S (mm<2>) between the movable iron core and the fixed iron core is adjusted to a range of 10 </= S </= 40 (mm<2>) and the coil winding N of the solenoid to a range of 50 </= N </= 250 (turns). The rise characteristic of the attraction force F of the solenoid in relation to the time t is determined by the value 1/N<2>S. <IMAGE>

Description

Anordnung zum Antrieb eines Ventils in einemArrangement for driving a valve in one

Brennstoffinjektor für Motoren mit innerer Verbrennung Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Antrieb eines Ventils in einem Brennstoffinjektor für Motoren mit innerer Verbrennung und bezieht sich insbesondere auf eine Verbesserung in der Ansprechcharakteristik des Injektors0 Bei einem bekannten Brennstoffinjektor für Motoren mit innerer Verbrennung, bei der eine Magnetspule zum Antrieb eines Ventils benutzt wird, ist ein Injektorgehäuse aus ferromagnetischem Material, ein Eisenkern und ein mit dem Ventil verbundener, einen magnetischen Hub bildender Kolben vorgesehen.Fuel injector for internal combustion engines The invention relates to an arrangement for driving a valve in a fuel injector for internal combustion engines and specifically relates to an improvement in the response characteristics of the injector0 In a known fuel injector for internal combustion engines with a solenoid to drive a Valve is used, an injector housing made of ferromagnetic material, a Iron core and a piston connected to the valve, forming a magnetic stroke intended.

Der Kolben erhalt eine Anzugekraft, die relativ groß ist im Vergleich mit der durch die Magnetspule verbrauchten elektrischen Energie.The piston receives a tightening force that is relatively large in comparison with the electrical energy consumed by the solenoid.

In diesem Falle ist die Induktivität der Magnetspule so groß, daß der Anstieg des Erregerstromes der Magnetspule im Anfangsstadium eines aufgegebenen Impulses verzögert wird, und daher ist bei üblichen elektromagnetischen Brennstoffinjektoren die Ansprechzeit des Ventiles zur Zumessung einer geringen Brennstoffmenge im allgemeinen begrenzt auf zwei msec. Aus diesem Grunde ist, wie später beschrieben wird, bei einem Ein-Punkt-Brennstoff-Injektions-System, bei der ein einziger Injektor für den Motor verwendet wird, das Ansprechen des Injektors langsam während einer öffnungszelt des Ventils von 1,5 bis 2 msec. Im allgemeinen liegt die Ventilöffnungszeit eines derartigen Ein-Punkt-Brennstoff-Inj ektions-Systems im Bereich von 1,5 bis 4,5 msec. Der Nachteil bei einem derartigen Brennstoffinjektor besteht darin, daß die Genauigkeit der Brennstoffzumessung reduziert ist während des Flusses geringer Brennstoffmengen beim Leerlauf.In this case, the inductance of the magnetic coil is so great that the increase in the excitation current of the solenoid in the initial stage of an abandoned Pulse is delayed, and therefore is with conventional electromagnetic fuel injectors the response time of the valve for metering a small amount of fuel in general limited to two msec. For this reason, as will be described later, at a single point fuel injection system that uses a single injector for When the engine is used, the injector's response is slow during an opening period of the valve from 1.5 to 2 msec. In general, the valve open time is one such a one-point fuel injection system in the range of 1.5 to 4.5 msec. The disadvantage with such a fuel injector is that the accuracy the fuel metering is reduced during the flow of small amounts of fuel when idling.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden, und eine Anordnung zum Antrieb des Ventils bei einem Brennstoffinjektor für Motoren mit innerer Verbrennung zu schaffen, bei dem sogar dann, wenn die Offnungszeit des Ventiles innerhalb einer msec liegt, der Injektor in der Lage ist, auf einen Antriebs impuls schnell und genau anzusprechen, so daß eine geringe Brennstoffmenge zugemessen werden kann.The invention is based on the object of avoiding this disadvantage, and an arrangement for driving the valve in a fuel injector for engines to create with internal combustion, in which even if the opening time of the Valve is within one msec, the injector is able to respond to a drive to respond to impuls quickly and accurately, so that a small amount of fuel is metered can be.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung einer beispielsweise Ausführungsform.Further features and advantages of the invention emerge from the following Description of an example embodiment.

Es bedeutet: Fig. 1 eine Kurvendarstellung zum Vergleich der Charakteristik des erfindungsgemäßen Injektors mit der Charakteristik des bekannten Injektors; Fig 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung; Fig. 3 Schnitt durch den Injektor; und Fig. 4 bis 6 Kurvencharakteristiken des erfindungsgemäßen Injektors.It means: FIG. 1 shows a graph for comparing the characteristics of the injector according to the invention with the characteristics of the known injector; 2 shows a schematic representation of the arrangement according to the invention; Fig. 3 section through the injector; and Figs. 4 to 6 are curve characteristics of the invention Injector.

Die Fig. 2 zeigt ein Ein-Punkt-Brennstoff-Injektions-System mit einem Ansaugrohr M, einem Motor E, einem Brennstofftank T und einer Batterie B.Fig. 2 shows a one-point fuel injection system with a Intake pipe M, an engine E, a fuel tank T and a battery B.

Der Brennstoff beispielsweise Benzin, wird aus einem Brennstofftank T über eine Brennstoffpumpe 1 und ein Brennstoffilter zu einem Brennstoffdruckregler 3 gefördert, der seinerseits den Brennstoff zu einem Injektor 5 fördert unter konstantem Druck unter Wirkung des in dem Ansaugrohr M herrschenden und durch eine Leitung P1 zugeführten Unterdruckes, wobei gleichzeitig überschüssiger Brennstoff durch eine Leitung P2 dem Brennstofftank T wieder zugeführt wird.The fuel, for example gasoline, is obtained from a fuel tank T via a fuel pump 1 and a fuel filter to a fuel pressure regulator 3 promoted, which in turn promotes the fuel to an injector 5 under constant Pressure under the action of the prevailing in the suction pipe M and through a line P1 supplied negative pressure, while at the same time excess fuel is fed back to the fuel tank T through a line P2.

Der Unterdruck des Ansaugrohres M, der durch einen Druckfühler 6 ermittelt wird, und ein Zündungstriggersignal aus einer Zündspule 8, die mit der Motorgeschwindigkeit synchronisiert ist, werden in einen Steuerkreis 7 des magnetischen Injektors S eingegeben. Durch diese eingegebenen Signale wird der Steuerkreis 7 aktiviert zur Bestimmung der Größe eines Antriebsimpulses, der auf den Magnetinjektor 5 gegeben wird.The negative pressure of the intake pipe M, which is determined by a pressure sensor 6 is, and an ignition trigger signal from an ignition coil 8, which varies with the engine speed is synchronized, are input to a control circuit 7 of the magnetic injector S. The control circuit 7 is activated for determination by these input signals the size of a drive pulse that is given to the magnetic injector 5.

Der Magnetinjektor 5 mißt eine Brennstoffmenge ab und injiziert sie in das Ansaugrohr 11 zur Erzielung einer Brennstoffluftmischung für den Motor E mit der durch ein Luftfilter A induzierten Luft.The magnetic injector 5 measures an amount of fuel and injects it into the intake pipe 11 to achieve a fuel-air mixture for the engine E. with the air induced by an air filter A.

Die Fig. 3 zeigt den Brennstoffinjektor 5, der ein Gehäuse 9 aus ferromagnetischem Material besitzt, an dessen linker Seite ein Ventilgehäuse 11 mittels eines Befestigungsgliedes 10 angeordnet ist.Fig. 3 shows the fuel injector 5, which has a housing 9 made of ferromagnetic Has material, on the left side of which a valve housing 11 by means of a fastening member 10 is arranged.

Ein Ventil 13 ist hin- und herbeweglich in dem Ventilgehäusell angeordnet, wobei die Größe der Bewegung begrenzt ist zwischen der vorderen Fläche des Befestigungsgliedes 10 und der konischen Kgntaktfiäche 12a-des Nadelventils 13. Wenn das Nadelventil 13 sich zur Einspritzdüse 12 bewegt, und die konische Sitzfläche 13a des Ventiles 13 mit der konischen Kontaktfläche 12a der Einspritzdüse 12 in Kontakt tritt, ist die- Einspritzdüse 12 geschlossen, und wenn das Ventil 13 sich zum Befestigungselement 10 bewegt und der Flansch 14 des Nadelventiles 13 an der Vorderfläche des Befestigungegliedes 10 anliegt, ist die Einspritzdüse 12 geöffnet In dieser Offenstellung fließt der Brennstoff durch einen in dem Befestigungsglied 10 angeordneten Kanal und durch einen das Ventil 13 umgebenden Ringspalt 16, und wird durch die Einspritzdüse 12 abgegeben.A valve 13 is arranged to be movable to and fro in the valve housing, the amount of movement being limited between the front surface of the mounting member 10 and the conical contact surface 12a of the needle valve 13. When the needle valve 13 moves towards the injector 12, and the conical seat 13a of the valve 13 comes into contact with the conical contact surface 12a of the injection nozzle 12 the injection nozzle 12 is closed, and when the valve 13 is to Fastener 10 moves and the flange 14 of the needle valve 13 on the front surface of the fastening member 10 is applied, the injection nozzle 12 is open. In this open position, the flows Fuel through a channel disposed in the mounting member 10 and through an annular gap 16 surrounding the valve 13, and is passed through the injection nozzle 12 submitted.

Ein Magnetspule 19 ist in dem Injektorgehäuse 9 mittels einer Kappe 17 und einer O-Ring-Dichtung 18 aufgenommen zur Verhinderung einer Leckage des Brennstoffes, und die Spulenwindung N des Injektors 5 ist vorzugsweise eingestellt in einem Bereich von 50 Q N 5 250 (turn). Ein feststehender Eisenkern 20, der mit Preßsitz in der Kappe 17 aufgenommen ist, ragt in die Magnetspule 19 ein über einen O-Ring 22 zur Verhinderung einer Brennstoff leckage.A solenoid 19 is in the injector housing 9 by means of a cap 17 and an O-ring seal 18 added to prevent leakage of the fuel, and the coil turn N of the injector 5 is preferably set in a range from 50 Q N 5 250 (turn). A fixed iron core 20, the press fit in the Cap 17 is received, protrudes into the solenoid 19 via an O-ring 22 to Prevention of fuel leakage.

An der linken Seite des feststehenden Eisenkernes 20 ist ein bewegbarer mit dem Ende des Ventiles 13 verbundener Eisenkern 21 angeordnet, der bei Erregung der Magnetspule 19 zu dem feststehenden Eisenkern 20 hin angezogen wird. Zwischen dem bewegbaren Eisenkern 21 und dem feststehenden Eisenkern 20 befindet sich ein effektiver Anzugsspaltraum S (mm2), der vorzugsweise ebenfalls eingestellt ist auf einen Bereich von 10 # S # 40 (mm2).On the left side of the fixed iron core 20 is a movable one arranged with the end of the valve 13 connected iron core 21, which when energized the solenoid 19 is attracted to the fixed iron core 20. Between the movable iron core 21 and the fixed iron core 20 are located effective tightening gap S (mm2), which is preferably also set to an area of 10 # S # 40 (mm2).

Wie die Fig. 3 zeigt, ist zwischen einer Oberfläche 23 des feststehenden Eisenkerns 20 und dem beweglichen Eisenkern 21 eine Druckfeder 24 angeordnet. Die Druckfeder 24 beaufschlagt den beweglichen Eisenkern 21 und das Ventil 13 in einer der Anzugsrichtung entgegengesetzt gerichteten Richtung, wodurch die Sitzfläche des Ventils 13 mit der konischen Kontaktfläche 12a der Einspritzdüse 12 in Anschlag tritt.As shown in FIG. 3, is between a surface 23 of the fixed Iron core 20 and the movable iron core 21, a compression spring 24 is arranged. the Compression spring 24 acts on the movable iron core 21 and the valve 13 in one the direction of tightening is opposite to the direction of tightening, thereby reducing the seat surface of the valve 13 with the conical contact surface 12a of the injection nozzle 12 in abutment occurs.

Es ist auch eine externe Anschlußleitung 25 der Magnetspule 19 durch-die Kappe 17 in Verbindung mit einer externen Kraftquelle vorgesehen. Ein Stöpsel 26 ist mit einem nicht dargestellten Brennstoffzuflußrohr verbunden und bildet einen Teil des feststehenden Eisenkerns 20. Außerdem ist ein Brennstofffilter 27 vorgesehen.There is also an external connection line 25 of the solenoid 19 through-the Cap 17 is provided in connection with an external power source. A plug 26 is connected to a fuel supply pipe, not shown, and forms one Part of the fixed iron core 20. In addition, a fuel filter 27 is provided.

Nach Beschreibung der Erfindung wird nachstehend die Grundlage der vorerwähnten Einstellungen angegeben. Wenn der Strom I durch die Magnetspule 19 fließt, läßt sich die Anzugskraft F wie folgt ausdrücken: F4C (NI)2S , wobei N die Windung der Magnetspule 19 und S den effektiven Anzugsspaltraum bedeutet.Having described the invention, the basis of the the aforementioned settings. When the current I through the solenoid 19 flows, the tightening force F can be expressed as follows: F4C (NI) 2S, where N is the Turn of the solenoid 19 and S means the effective tightening gap.

Der Strom I kann ausgedrückt werden als: I = V/R [1-EXP (-Rt/L)], wobei R der ohmsche Widerstand der Magnetspule 19, V die aufgegebene Spannung und L die Induktivität H der Magnetspule 19 ist.The current I can be expressed as: I = V / R [1-EXP (-Rt / L)], where R is the ohmic resistance of the solenoid 19, V the abandoned Voltage and L is the inductance H of the solenoid 19.

Der Strom I ändert sich mit der Zeit t.The current I changes with time t.

Da R der innere Widerstand der Magnetspule 19 und L die Beziehung L@CN2S ist, ist R proportional der Windung N, und als Ergebnis wird eine Beziehung L/R@CNS erhalten.Since R is the internal resistance of the solenoid 19 and L is the relationship L @ CN2S, R is proportional to the winding N, and as a result, a relationship becomes L / R @ CNS received.

Die Näherungsformel der Serienentwicklung von EXP (-Rt/LJ ist (l-Rt/L) und wenn diese in die obige Gleichung des Stromes I eingesetzt wird, ergibt sich folgende Gleichung: 1 = V/R [1-(1-Rt/L)].The approximation formula for the series development of EXP (-Rt / LJ is (l-Rt / L) and when this is plugged into the above equation of current I, we get the following equation: 1 = V / R [1- (1-Rt / L)].

Unter der Voraussetzung, daß L/R@CNS, R@CN und V konstant sind, wird folgende Beziehung erhalten: 1l/N El- (l-t/NS)) = t/N25 Demzufolge ist die Anziehungskraft F: F@C (NI)2S = (N.t/N2S)2.S = t2/N2S, und die obige Gleichung zeigt, daß die Anstiegscharakteristik der Anziehungskraft F in Abhängigkeit von der Zeit t bestimmt ist durch den Wert 1/N2S.Provided that L / R @ CNS, R @ CN and V are constant, becomes obtain the following relationship: 1l / N El- (l-t / NS)) = t / N25 Accordingly, the attractive force F: F @ C (NI) 2S = (N.t / N2S) 2.S = t2 / N2S, and the above equation shows that the rise characteristic the force of attraction F is determined as a function of time t by the value 1 / N2S.

Die Fig. 4 zeigt eine Beziehung zwischen der Anzugskraft F und der Zeit t, wobei N ein Parameter ist. Wie aus der Kurve gemäß Fig. 4 ersichtlich ist, wird der Anstieg der Anzugskraft F in der Zeit t schärfer, wenn die Windung N der Magnetspule 19 herabgesetzt ist. Die Fig. 5 zeigt in ähnlicher Weise eine Beziehung zwischen der Anzugskraft F und der Zeit t, wobei S ein Parameter ist, und es ergibt sich, daß der Anstieg der Anzugskraft F schärfer wird, wenn der effektive Anzugsspaltraum S vermindert wird.Fig. 4 shows a relationship between the attraction force F and the Time t, where N is a parameter. As can be seen from the curve according to FIG. 4, the increase in the tightening force F in the time t becomes sharper when the winding N is the Solenoid 19 is reduced. Fig. 5 similarly shows a relationship between the tightening force F and the time t, where S is a parameter, and it gives it is found that the increase in the tightening force F becomes sharper as the effective tightening gap space S is decreased.

Die Fig. 6 zeigt Beziehungen zwischen der Windung N und dem entgegengesetzten effektiven Anzugsspaltraum S in drei Fällen, bei denen die geforderten Zeiten für die Anzugskraft F zur Erzielung eines Wertes von 300 g eingestellt sind auf 0,1 msec, 0,2 msec und 0,3 msec.Fig. 6 shows relationships between the winding N and the opposite effective tightening gap S in three cases in which the required times for the tightening force F to achieve a value of 300 g are set to 0.1 msec, 0.2 msec and 0.3 msec.

Beim Betrieb wird der durch den Brennstoffdruckregler 3 auf einen konstanten Druck eingeregelte Brennstoff aus dem Brennstoffzuflußrohr über den Stöpsel 26 durch das Brennstoffilter 27 zu dem Magnetinjektor 5 geführt. Ein Impuls, dessen Größe der Arbeitsbedingung des Motors E entspricht, wird von dem Steuerkreis 7 durch die Anschlußleitung 25 auf die Magnetspule 19 gegeben. Wenn die Magnetspule 19 durch den aufgegebenen Impuls erregt wird, wird der bewegliche Eisenkern 21 zu dem feststehenden Eisenkern 20 gegen die Kraft der Druckfeder 24 angezogen. Beim Anzug tritt der Flansch 14 des Ventils 13 in Anschlag an das Befestigungsglied 10, wobei die Einspritzdüse 12 geöffnet ist. In der Offenstellung fließt der Brennstoff durch den Abstand zwischen dem feststehenden Eisenkern 20 und dem bewegbaren Eisenkern 21 und wird durch die Einspritzdüse 12 abgegeben. Wie vorstehend gesagt wurde; ist der wirksame Anzugsspaltraum S (mm2) und die Spulenwindung N der Magnetspule 19 spezifisch begrenzt, so daß die auf den bewegbaren Eisenkern 21 wirkende Anzugskraft im Anfangsstadium der Aufgabe des Impulses verringert werden kann. Hierbei wird der Brennstoff mit großer Genauigkeit zugemessen und sogar in sehr kleinen Mengen, und wie aus Fig. 1 hervorgeht, kann eine Zumessung einer sehr kleinen Brennstoffmenge erreicht werden bei einer öffnungszeit des Ventils von weniger als 1 msec, was erforderlich ist zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Injektors. Während nach dem Stand der Technik die Brennstoffzumessung während der Betätigung vom Leerlauf zur vollen Motorbelastung erreicht wird durch Verwendung einer Mehrzahl von Injektoren für jeden Zylinder des Motors, kann gemäß der Erfindung die Brennstoffzumessung erfolgen bei Verwendung eines einzigen Injektors.During operation, the fuel pressure regulator 3 is set to one constant pressure regulated fuel from the fuel supply pipe via the stopper 26 passed through the fuel filter 27 to the magnetic injector 5. An impulse whose The size of the working condition of the engine E corresponds to the control circuit 7 by the connecting line 25 is given to the solenoid 19. When the solenoid 19 through When the applied pulse is excited, the movable iron core 21 becomes the fixed one Iron core 20 against the force of the Compression spring 24 tightened. At the When tightening, the flange 14 of the valve 13 comes into contact with the fastening member 10, wherein the injector 12 is open. In the open position, the fuel flows by the distance between the fixed iron core 20 and the movable iron core 21 and is discharged through the injector 12. As said above; is the effective tightening gap S (mm2) and the coil turn N of the magnet coil 19 specifically limited, so that the attraction force acting on the movable iron core 21 can be decreased in the initial stage of the impulse release. Here is the fuel is metered with great accuracy and even in very small quantities, and as can be seen from Fig. 1, a metering of a very small amount of fuel can be achieved with an opening time of the valve of less than 1 msec, which is necessary is to improve the efficiency of the injector. While after the stand technology, the fuel metering during actuation from idle to full Engine load is achieved by using a plurality of injectors for each cylinder of the engine, the fuel metering can take place according to the invention when using a single injector.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform kann an sich beliebige Abwandlungen erfahren unter der Voraussetzung, daß sie in dem der Erfindung zuzumessenden Schutzbereich liegen.The embodiment according to the invention can in itself be any number of modifications Experienced provided that they are in that of the invention to be assigned protection area.

Claims

Claims 1. Fuel injector for intermittent injection liquid fuel in an internal combustion engine with a back and forth moveable injection valve connected to a moveable iron core, which can be attracted by a magnetic coil and against the direction of attraction by a arranged in a fixed iron core compression spring is acted upon, characterized by an arrangement for driving the valve (13), in which either an effective existing between the movable iron core (21) and the fixed iron core (2V) Tightening gap) (mm2) or the turn (N) of the magnet coil (19) can be relatively reduced 2. fuel injector according to claim 1, characterized in that both the effective tightening gap (S) (mm2) and the coil turn (N) (turn) relative 3. Fuel injector according to claim 1, characterized in that that the effective tightening gap (S) (mm2) is between 10 and 40 mm2 (10 # S # 40 (mm2) is set 4. Fuel injector after Claim 1, characterized in that the coil turn on a range between 50 and 250 turns (50 f N # 250 (turn) is set.

5. Fuel injector according to claim 2, characterized in that the relationship between the effective tightening gap (S) and the coil turn (N) set to a range of 1 x 105 S S x N - 2 x 106 (mm2. Turn2) is.

6. Fuel injector according to one of claims 1 to 5, characterized in that that one via an external connection line (25) to the solenoid coil (19) of the injector (5) connected control circuit (7) is provided, which by means of a sensor (6) determined negative pressure of the intake pipe (M) and by an ignition trigger signal the ignition coil (8) can be activated and a drive pulse is sent to the injector (5) corresponding size there.