DE2217655A1

DE2217655A1 - Vorrichtung zur betaetigung eines einspritzorgans mit elektromagnetischer steuerung

Info

Publication number: DE2217655A1
Application number: DE2217655A
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P Antrag
Original assignee: Automobiles Peugeot SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA
Priority date: 1971-07-08
Filing date: 1972-04-12
Publication date: 1973-01-25
Also published as: DE2336575C3; DE2336575B2; FR2145080A5; US3802626A; AT318977B; DE2336575A1; GB1397115A

Description

62-18.621P(18.622H) 12. H. 1972

AUTOMOBILES PEUGEOT. Paris (Frankr.)

Vorrichtung zur Betätigung eines Einspritzorgans mit elektromagnetischer Steuerung

Die Erfindung betrifft allgemein Brennkraftmaschinen, mit Kraftstoffeinspritzung; sie bezieht sich insbesondere auf eine Betätigungsvorrichtung für ein Einspritzorgan, das eine Kammer aufweist, die teilweise von einem Sitz begrenzt ist, mit dem das bewegliche Ventil-Element des Einspritzorgans zusammenwirkt, und die dieses bewegliche Element um-

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gibt sowie selektiv über einen Verteiler- oder Steuerschieber unter Druck setzbar ist, der seinerseits elektrisch oder elektronisch durch einen Elektromagneten gesteuert wird.

Eine elektronische Steuerung bedeutet, daß die Betätigungsvorrichtung für die Einspritzung ein elektronisches Rechengerät umfaßt, das in Abhängigkeit von einer gewissen Anzahl von Betriebsparametern Steuersignale zu Elektromagneten leitet, die ihrerseits unmittelbar oder mittelbar die Betätigung des Einspritzorgans veranlassen.

Im allgemeinen haben die Einspritzorgane oder Einspritzdüsen eine Ventil- oder Düsennadel, die in dem Düsenhalter angeordnet ist, der auch die Betätigungselemente enthält, welche das Anheben der Düsennadel und infolgedessen den Einspritzvorgang bewirken.

Ganz allgemein können diese Bauelemente in eine von zwei unterschiedlichen Gruppen eingereiht werden:

In der ersten Gruppe wird das Anheben der Düsennadel unmittelbar durch die Wirkung einer Magnetvorrichtung ausgelöst, für welche die Nadel den beweglichen "Anker" bildet. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß man größere magnetische Kräfte ausüben muß, denn es ist die Kraft der Rückstellfeder der Düsennadel zu überwinden und gegebenenfalls auch der hydraulische Druck, der von dem Kraftstoff auf den rückwärtigen Teil der Düsennadel ausgeübt wird.

In der zweiten Gruppe erfolgt das Anheben der Düsennadel durch die Wirkung des Kraftstoffdrucks, der in einer in der Nähe der Spitze der Nadel vorgesehenen Ringkammer

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wirkt, die teilweise durch den Sitz der Düsennadel begrenzt ist; das Unterdrucksetzen dieser Kammer oder die Druckentlastung erfolgen mittels eines Absehlußventiis, das seinerseits von einer elektromagnetischen Vorrichtung betätigt wird. Dieses Abschlußventil kann ein Kugelventil oder ein zylindrischer Steuerschieber sein, der Führungen oder Kolben hat, welche die Verbindung zwischen seitlich in das Gehäuse des Schiebers mündenden Leitungen unterbrechen odor herstellen. Diese Art der Betätigung hat ebenfalls Nachteile. So bedingt das Kugelventil eine elektromagnetische Vorrichtung mit einer gewissen größeren Leistung, um die Druckkraft der zu steuernden Flüssigkeit zu überwinden und das Kugelventil hat außerdem eine Betätigungszeit, die von dem Druck abhängig ist; man darf also diesen Druck nicht ändern, wie es an sich wünschenswert wäre, ura die Einspritzdauer bei zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine zu verringern und die Einspritzung nicht über einen zu großen Kurbelwinkel zu erstrecken.

Der Steuerschieber seinerseits kann kraftmäßig ausgeglichen werden, er bedingt aber einen verhältnismäßig großen Hub, was zu langsamen Öffnungs- oder Schließvorgängen der Düsennadel führt, ein Nachteil, den man nur teilweise beheben kann, indem man eine ausreichend kräftige elektromagnetische Betätigungsvorrichtung vorsieht, um die Trägheitskräfte schnell zu überwinden.

Man erkennt, daß die bekannten Vorrichtungen alle erhebliche Nachteile aufweisen; die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Betätigungsvorrichtung für ein Einspritzorgan zu schaffen, die eine Beseitigung dieser Machteile gestattet.

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Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Betätigungsvorrichtung für ein Einspritzorgan, das eine Kammer aufweist, die teilweise von einem Sitz begrenzt ist, mit dem das bewegliche Element des Einspritzorgans zusammenwirkt, und die dieses bewegliche Element umgibt, sowie selektiv über einen Verteiler- oder Steuerschieber unter Druck setzbar ist, der seinerseits durch einen Elektromagneten gesteuert wird, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schieber an seinen beiden End-Stirnflachen der gleichen Druckkraft unterworfen ist und zwei einander entgegengesetzt angeordnete Steuerflächen hat, während das den Schieber aufnehmende Gehäuse zwei einander entgegengesetzt angeordnete Sitze aufweist, die zusammen drei Kammern begrenzen, von denen die eine mit dem Einspritzorgan, eine andere mit einer Druckkraftstoff-Quelle, etwa einer Druck- oder Einspritzpumpe, und die dritte mit einem Raum verbunden ist, in dem ein kleinerer Druck als der Druck der Druckkraftstoff-Quelle herrscht, etwa atmosphärischer Druck.

Bei einer derartigen Anordnung ist der Verteiler- oder Steuerschieber vollkommen kraftmäßig ausgeglichen und braucht außerdem nur einen sehr geringen Hub; daraus folgt eine gewisse Anzahl von Vorteilen, die klarer aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ersichtlich werden, in der auf die Zeichnung Bezug genommen wird, in der zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein mit der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung ausgestattetes Kraftstoff-Einspritzorgan und dessen Halterung;

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Fig. 2 eine in größerem Maßstab gehaltene Einzeldarstellung des erfindungsgemäß verwendeten Verteiler- oder Steuerschiebers.

Die Fig. 1 zeigt einen Düsenhalter 1, in den die eigentliche Einspritzdüse eingesetzt ist; diese besteht aus eisern Düsenkopf 2 und einer Düsennadel 3· Die Einspritzdüse ist in dem Düsenhalter durch eine Überwurfmutter h festgehalten und die Düsennadel 3 wird durch eine Feder 5 belastet, die sich an ihrem anderen Ende auf einen Gewindestopfen 6 abstützt, an dem ein Anschluß 7 angebracht ist; dieser Anschluß ist mit einem Raum verbunden, in dem ein Druck herrscht, der in der Nähe des Atmosphärendrtxckes liegt.

Der Düsenkopf 2 hat an seinem Ende eine Ausspritzöffnung 8, diese ist innen begrenzt durch einen Sitz 9 für das Ende der Düsennadel 3· Eine Ringkammer 10 ist in der Nälie der Ausspritzöffnung in dem Düsenkopf um die Düsennadel herum ausgebildet; eine Zuleitung 11, die an eine Druckkrafΐ-stoff-Quelle angeschlossen ist„ im vorliegenden Fall an eine Einspritzpumpe, mündet in diese Ringkammer 10»

Der Düsenhalter 1 hat einen seitlichen stutzenartigen Vorsprung 1a, in dem ein Verteilerschieber 12 und ein Elektromagnet 13 untergebracht sind; der Elektromagnet dient zur Betätigung des Schiebers, wie weiter unten ausführlich erläutert wird. Dieser seitliche Vorsprung ist über einen Gewindestutzen 1b mit der Druckseite der nicht dargestellten Kraftstoff- oder Einspritzpumpe verbunden.

Der Verteiler- oder Steuerschieber 12 (Fig. 2) hat ein aus den Bauteilen 14, 15, 16, 17 zusammengesetztes Gehäuse,

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das zwei koaxiale Bohrungen 18, 19 von gleichem Durchmesser und dazwischen eine zentrale Kammer 20 von größerem Durchmesser enthält. Die zentrale Kammer ist über einen Leitungszug 21, 22, 2} mit der Zuleitung 11 verbunden, die in die Ringkammer 10 des Düsenkopfes 2 mündet; die an der linken Seite in der Fig. 2 gelegene Kammer 18 ist mit der Druckseite der Einspritzpumpe verbunden. Die rechts in der Fig. gelegene Kammer 19 ist ebenfalls über einen seitlichen Kanal Zk und eine Leitung 25 unter Druck gesetzt. In dem Gehäuse des Schiebers ist der eigentliche Steuerschieber 26 verschiebbar gelagert, der - von seiner in der Zeichnung links gelegenen Seite ausgehend ~ einen mit einer Längsnut versehener. Kolben oder Führung-zapf en 27 aufweist, der in der Bohrung I3 gleitet, ferner einen zentralen verdickten Abschnitt 28, der zwei gegensinnig zueinander geneigte aktive kcmisr.he Ventilflächen 29. 30 aufweist, die dazu bestimmt sind, rn.it zwei durch das Gehäuse gebildeten Sitzflächen 31 ι 32 zusammenzuwirken; dann schließt sich ein voll ausgeführter zylindrischer Führungszapfen oder Kolben 33 an, der in der Bohrung 19 geführt ist. Bei dem ausgewählten Ausführungsbeispiel haben die Flächen 29, 30 und die Sitze 31» 32 eine Kegelstumpfform mit etwas voneinander abweichenden Spitzenwinkeln.

Es ist auch noch eine Leitung 3^ vorgesehen, die von der Kammer 35 ausgeht, welche zwischen der Ventilfläche 30 und dem vollen Führungszapfen 33 liegt; diese Leitung führt zu dem oberen Teil des Düsenhalters 1. Zwischen der Wand des Düsenhalters, die den Boden der Bohrung 19 bildet, und dem Führungszapfen 33 des Schiebers ist eine Feder 36 eingefügt, die den Schieber in seiner in Fig. 2 dargestellten Stellung zu halten sucht.

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Der Elektromagnet 13 hat eine Wicklung 37 und eimern beweglichen Teil 38» der einen spitz zulaufendes Stift trägt und sich mit dessen in der Pig» 2 nach rechts gerichteten Ende auf die benachbarte Endstirnfläeli© des Schiebers 26 abstützt.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ergibt sich wie folgt! Der Kraftstoff, der unter Überdruck von der Einspritzpumpe geliefert wird, dringt in das Einspritzorgan über den Anschluß Ib ein. Dieser Druckkraftstoff fließt an dem Elektromagneten 13 vorbei durch die Längsnuten im linksseitigen Schieberführungszapfen 2? und außerdem in die Kammer 19 über den Kanal 24 und die Leitung 25· Man erkennt, daß der doppelt v/irksame Schieber 26 von beiden Enden her durch hydraulische Drücke ausgeglichen ist und daß nur die Feder 36 auf ihn einwirkt, um die Ventilflache 30 von ihrem Sitz 32 abzuheben und die Ventilfläche 29 auf deren Sitz 31 zu drücken» In diesel" Stellung des Schiebers ist die Ringkammer 10 im Düsenkopf in Verbindung mit der Atmosphäre über die Leitungen 1 i , 23, 22, 21, die Kammer 20, 35 und die Leitung 34.

Wenn der Elektromagnet 13 durch ein von dem elektronischen, nicht dargestellten Rechengerät geliefertes Signal erregt wird, stößt sein beweglicher Ankerteil 38 den Schieber 26 in der Zeichnung nach rechts zurück, wobei die Feder 36 zusammengedrückt wird. Die Verbindung zwischen der Kammer 20 und der Entlastungsleitung 34 wird dann geschlossen, während der Kraftstoffinjektionsdruck in dieser Kammer 20 wirksam wird und von dort auch in der Ringkammer 10, die der Kraftstoff über die Leitungen 21, 22, 23 und 11 erreicht. Die Düsennadel 3 der Düse wird dann gegen die Kraft

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ihrer Rückstellfeder 5 nach oben gedrückt, und die Kraftstoffeinspritzung erfolgt durch die Düsenöffnung 8, bis die Spule 37 des Elektromagneten nicht mehr mit Strom gespeist wird.

Wenn der Schieber 26 durch den Elektromagneten verschoben wird, ist der Durchlaßquerschnitt, der freigelegt wird, um das Hindurchfließen des Kraftstoffes zu gestatten, relativ groß, selbst wenn der Schieberweg nur klein ist; die Querschnittsfläche erstreckt sich über den gesamten Umfang der Ventilsitzbohrung. Da außerdem der Schieber an seinen beiden Endstirnflächen ausgeglichenen hydraulischen Kräften unterworfen und seine Masse sehr klein ist, braucht der Elektromagnet nur eine gegebenenfalls sehr kleine Leistung zu haben, wobei jedoch geeignete Kennwerte für die Geschwindigkeit der Öffnungs- und Schließbewegung gewährleistet sein müssen. Dieser Elektromagnet kann infolgedessen kleine Abmessungen und einen geringen Stromverbrauch haben, was ebenfalls eine Verringerung der Leistungskennwerte der elektronischen Bauteile möglich macht, welche die Leistungsstufe des Rechengerätes bilden.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist in die Zuflußleitung 11 eine kalibrierte Drosselbohrung 39 eingefügt, die auf den Kraftstoffdurcheatz während des Einspritzvorganges einwirkt. Dank der Anwesenheit dieser Drosselstelle bleibt die Menge des eingespritzten Kraftstoffes unbeeinflußt von einer gegebenenfalls auftretenden Verschmutzung der Nase der Düse, deren Durchlaßquerschnitt dann wesentlich größer gewählt werden kann als der Durchlaßquerschnitt der Drossel 39.

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Wenn auch bei dem Ausführungsbeispiel vorgesehen wurde, auf die beiden Endstirnflächen des Schiebers 26 den Druck des von der Einspritzpumpe gelieferten Kraftstoffs einwirken zu lassen, kann ein gleiches Resultat erzielt werden, indem man die beiden Endstirnflächen einem anderen Druck aussetzt, der beispielsweise der Entlastungsdruck sein kann, der in der Nähe des atmosphärischen Druckes liegt. Die dabei erforderliche Änderung der Leitungsführung und der Ausbildung des Steuerschiebers ist für den Fachmann ohne weiteres klar und es war nicht nötig, 3ie darzustellen oder in der Beschreibung zu erläutern. Weiterhin ist die Ausbildung oder Anpassung des eigentlichen Einspritzorgans nicht kritisch, und die Erfindung läßt sich genausogut bei Zapfenoder Lochdüsen anwenden.

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Claims

Patentansprüche

\1j/Betätigungsvorrichtung für ein Einspritzorgan, das eine Kammer aufweist, die teilweise von einem Sitz begrenzt ist, mit dein das bewegliche Element des Einspritzorgans zusammenwirkt, und die dieses bewegliche Element umgibt, sowie selektiv über einen Verteiler- oder Steuerschieber unter Druck setzbar ist, der seinerseits durch einen Elektromagneten gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (26) an seinen beiden End-Stirnflächen der gleichen Druckkraft unterworfen ist und zwei einander entgegengesetzt angeordnete Steuerflächen (29, 30) hat, während das den Schieber aufnehmende Gehäuse (i4 - 17) zwei einander entgegengesetzt angeordnete Sitze (3I» 32) aufweist, die zusammen drei Kammern (20, 18, 35) begrenzen, von denen die eine (20) mit dem Einspritzorgan (1, 2), eine andere (18) mit einer Druckkraftstoff-Quelle, etwa einer Druck- oder Einspritzpumpe, und die dritte (35) mit einem Raum verbunden ist, in dem ein kleinerer Druck als der Druck der Druckkraftstoff-Quelle herrscht, etwa atmosphärischer Druck.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Düsenhalter (1) ein Gehäuse (tk - 17) befestigt ist, das drei koaxiale Bohrungen (18, 19, 20) enthält: zwei seitliche Bohrungen (18, 19) von gleichem Durchmesser und eine zentrale Bohrung (20) von größerem Durchmesser, daß die Sitze (31* 32) an den Verbindungsstellen der seitlichen mit der mittleren Bohrung liegen, daß das Abschlußglied (Schieber 26) einen verdickten zentralen Abschnitt (28)

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aufweist, an dem die wirksamen Ventilflächen (29, 30) vorgesehen sind, und daß zwei seitliche Führungszapfen (27* 33) des Schiebers in den seitlichen Bohrungen gleiten, während Leitungsverbindungen (24, 25) zum Schieberausgleich den gleichen Druck auf die Enden der Führungszapfen wirken lassen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichdruck der Druck auf der Druckseite der Einspritzpumpe ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer (27) der beiden Führungszapfen (27, 33) mit Längsnuten versehen ist, die den Durchtritt des Druckkraftstoffes in die benachbarte seitliche Kammer (28) ermöglichen und daß ein Abzweigungsweg (24, 25) ebenfalls das Hindurchfließen des Druckkraftstoffes in die am Ende des anderen Führungszapfens (33) befindliche seitliche Kammer (19) gestattet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Führungszapfen (33) eine glatte Umfangsfläche hat und mit der ihm benachbarten Schieber-Steuerfläche (30) und dem benachbarten Teil des Gehäuses die andere seitliche Kammer (35) begrenzt, die mit dem Raum verringerten Druckes verbunden ist.

6. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisches Glied (36) den Schieber (26) in derjenigen Stellung zu halten sucht, in der die zentrale Kammer (20) mit der seitlichen

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Kammer (35) in Verbindung steht, in der der kleinste Druck herrscht.

7. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine kalibrierte Drossel (39) in die Verbindung zwischen dem Verteilerschieber (12) und derjenigen Kammer (10) eingeschaltet ist, die teilweise durch den Sitz (9) des beweglichen Elementes (Düsennadel 3) der Einspritzdüse begrenzt ist.

8. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ihre wesentlichen Teile in einen seitlichen Vorsprung (la) eines Düsenhalters (1) eingebaut sind, der seinerseits Aufnahmen für einen Düsenkopf (2) und eine Düsennadel (3) aufweist.

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