DE2356335A1

DE2356335A1 - Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem antrieb

Info

Publication number: DE2356335A1
Application number: DE2356335A
Authority: DE
Inventors: Hermann Sturm
Original assignee: Bach and Co GmbH
Current assignee: Bach and Co GmbH
Priority date: 1973-11-10
Filing date: 1973-11-10
Publication date: 1975-05-15

Description

Bach & Co. Heilbronn, den 9.11.1973

71 Heilbronn
Rosenbergstr. 22

Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem Antrieb

Die Erfindung betrifft ein Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem Antrieb des Pumpenaggregats.

Bei Otto- und Drehkolbenmotoren ist es bekannt, anstatt der Aufbereitung des Kraftstoff-Luftgemisches in einem Vergaser eine Einspritzung des Kraftstoffes in flüssiger Form vorzunehmen. Die Einspritzung kann hierbei sowohl in die Ansaugleitung als auch direkt in-die Zylinder erfolgen. Es sind Einspritzsysteme bekannt geworden, bei welchen eine zentrale Kraftstoffpumpe den zur Einspritzung vorgesehenen Kraftstoff dauernd unter dem für Einspritzung und Zerstäubung notwendigen Druck hält. Die Einspritzung selbst erfolgt durch, den einzelnen Zylindern zugeordnete, mechanisch oder elektromagnetisch gesteuerte Einspritzventile. Solche Systeme sind aufwendig deshalb, weil Druckerzeugung und Einspritzung mit getrennten Bauelementen durchgeführt werden.

Weiterhin ist ein Einspritzsystem bekannt geworden, bei welchem ein kombiniertes, aus Kraftstoffpumpe und Einspritzdüse bestehendes Aggregat Verwendung findet, wobei die Betätigung mittels piezoelektrischer Kraft erfolgt. Dieses System benötigt zwar weniger Bauelemente, der piezoelektrische Antrieb jedoch erfordert eine sehr hohe Antriebsspannung, welche nicht unmittelbar der Kraftfahrzeugbatterie entnommen werden kann. Außerdem lassen sich rait Piezoelementen nur sehr geringe Hubhöhen erreichen.

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Weiterhin sind Einspritzpumpen mit elektromagnetischem Antrieb bekannt geworden, welche mit einem nahezu geschlossenen Eisenkreis arbeiten. Auf Grund des langsamen Magnetfeldanstiegs im geschlossenen Eisenkreis arbeiten solche Pumpen sehr träge und sind für Verbrennungsmotoren hoher Drehzahl nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem Antrieb des Pumpenaggregats zu schaffen, welche den Bau eines Einspritz-Systems mit möglichst geringem Aufwand gestattet und welches in der Lage ist, Einspritz-Vorgänge in rascher Folge durchzuführen, wobei auf einfache Weise eine Dosierung des zur Einspritzung gelangenden Kraftstoffes möglich sein soll.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Antrieb des Pumpenaggregats nach dem elektrodynamischen Prinzip erfolgt. Gemäß einer Ausbildung der Erfindung besteht dieses Antriebssystem aus einer vom Arbeitsstroa durch flossenen, ortsfesten und vorzugsweise scheibenförmigen Antriebsspule und einer annähernd gleichachsig angeordneten Antriebsscheibe. Vorteilhaft kann diese Antriebsscheibe aus einem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit und geringen spezifischem Gewicht, vorzugsweise Aluminium bestehen. Es ist zweckmäßig, wenn Antriebsspule und Antriebsscheibe etwa die gleiche geometrische Form besitzen, um eine voll« Ausnutzung des auf die Antriebsscheibe abstoßend wirkenden Feldes der Antriebsspule zu erreichen.

Das elektrodynamische Prinzip geaäß der Erfindung läßt sich auch in der Weise verwirklichen, daß der ortsfesten Antriebe spule eine zu dieser wenigsten* annähernd gleichachsig angeordnete mit den beweglichen Teil des Pumpenaggregats verbunden und vorzugsweise scheibenförmig ausgebildete xweite

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Antriebsspule zugeordnet ist.

Die diesem elektrodynamischen System innewohnenden Vorteile, wie schnelles Ansprechen und hohe Beschleunigung, werden erfindungsgemäß auch noch dadurch erreicht und verbessert, daß die Antriebsspule (n) über eine schnellwirkende Schaltvorrichtung aus einer Stromquelle niedrigen Innenwiderstandes, vorzugsweise aus einem Kondensator, betrieben werden, wobei der Stromverlauf impulsweise erfolgt. Hierbei kann zur Anpassung an das Pumpenaggregat die Polung der Magnetfelder der beiden Antriebsspulen so gewählt werden, daß sie entweder eine gegenseitige Anziehung oder eine gegenseitige Abstoßung bewirken.

In allen vorstehend genannten Anordnungen gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, auf der dem beweglichen Teil des Antriebs abgewandten Seite der ortsfesten Antriebsspule ein Kraftlinienleitstück aus magnetisch gut leitfähigem Material anzuordnen. Dadurch läßt sich eine Verstärkung des Magnetfeldes auf der Antriebsseite erreichen. Es ist zweckmäßig, dieses Kraftlinienleitstück scheibenartig auszubilden und mit einem, radial bis zum Hände verlaufenden Schlitz zu versehen. Dieser Schlitz verhindert die Ausbildung von Wirbelströmen, welche das Spulenfeld der Antriebsspule schwächen würden.

Die Antriebsspulen sind gemäß der Erfindung scheibenartig ausgebildet und können vorteilhaft aus Flachdraht gewickelt werden*

Als Pumpenaggregat können gemäß der Erfindung sowohl Kolbenais auch Membranpumpen Verwendung finden. Es ist von Vorteil, die bewegliche Membranscheibe so auszubilden, daß sie etwa flächengleich mit der Antriebsspule und in geringem Abstand gegenüber angeordnet ist. Das Ein- und Ausschalten

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des Spulenstroms erfolgt vorteilhaft mittels elektronisch gesteuerter Halbleiter-Bauelemente. Die der Kolben- und Membranrückführung dienenden Pederelemente sollen so bemessen sein, daß die Rückführzeit wesentlich länger, vorzugsweise zehnmal langer als die Hubzeit beim Einspritzvorgang ist.

Eine Regulierung der Einspritzmenge kann gemäß der Erfindung sowohl durch Veränderung des Spulenstroms als auch durch eine mechanische Begrenzung der Hubhöhe des Pumpenaggregats erfolgen. Im Pumpenaggregat können gemäß der Erfindung Ventile angeordnet sein, welche sowohl ein Ansaugen des Kraftstoffs, als auch ein Einspritzen beim Stromfluß durch die Antriebsspule (n) bewirken.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von vier in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.

In Figoi ist der Aufbau eines mit Hubkolben arbeitenden Einspritzpumpenelements dargestellt. Der elektrodynamische Antrieb besteht aus der Spule 1 und der achsgleich angeordneten Antriebsscheibe 2, welche mit dem Kolben 3 fest verbunden ist. In Ruhelage werden Antriebsscheibe 2 und Kolben 3 durch die Rückholfeder 4 in der oberen (Ruhe) Lage gehalten. Bei Einschalten des Schalters 8 fließt aus der niederohmigen Stromquelle 7 sofort ein hoher Strom durch die Windungen der Antriebsspule 1. Das sich ohne Verzögerung ausbildende starke Magnetfeld der Spule stößt die aus elektrisch gut leitendem Material bestehende Antriebsscheibe 2 ab, sodaß der Kolben 3 nach unten bewegt wird. Die zur Düse 14 und zum Kraftstoff-Zufluß 6 zugeordneten Ventile 11 bewirken zunächst das Einspritzen einer bestimmten, vom Kolbenhub abhängigen Kraftstoffmenge. Wird das Magnetfeld z.B. durch Öffnen des Schalters 8 wieder aufgehoben, so bewegt sich der Kolben 3 nach oben in seine Ausgangsstellung zurück, unter der Wirkung der Rückholfeder 4· c

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Hierbei wird neuer Kraftstoff angesaugt. Die Rückholung soll langsamer als das Einspritzen erfolgen,um eine Dampfbildung zu vermeiden.

Auf Grund des erfindungsgemäßen elektrodynamischen Systems ist zur Betätigung des Kolbens 3 kein Magnetsystem mit geschlossenem Eisenkreis notwendig. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt gerade darin, daß im elektromagnetischen Arbeitskreis kein Eisen verwandt wird. Damit kann sich das magnetische, dem Antrieb dienende Feld sofort aufbauen. Unter Verwendung dieses Prinzips lassen sich Pumpenantriebe mit hoher Ansprechgeschwindigkeit, starken Betätigungskräften und ausreichend großen Hubwegen bauen.

Durch zeitgenaue Steuerung des Schalters 8 ergibt sich auch bei hohen Drehzahlen ein dementsprechend zeitgenau steuerbarer Einspritzvorgang. Die Einspritzmenge läßt sich sehr leicht dadurch regeln, daß die Spannung der Stromquelle 7 verändert wird. Dadurch ergibt sich ein stärkeres oder schwächeres Spulenfeld und damit eine größere oder kleinere Einspritzmenge.

In Fig.2 ist die Antriebsscheibe 2 gemäß Fig.1 durch eine bewegliche, mit dem Kolben 5 des Pumpenaggregats 19 verbundene Antriebsspule TO ersetzt. Im Ruhezustand liegen beide Antriebs spulen aneinander. Ihre Wicklungen sind so geschaltet, daß beim Fluß des Arbeitsstromes ihre beiden Magnetfelder entgegengesetzt gerichtet sind und eine starke Abstoßung voneinander bewirken. Sie können auch so geschaltet sein, daß ihre Magnetfelder gleich gerichtet sind. In diesem Fall kann man von der anziehenden Wirkung Gebrauch machen.

Von Vorteil ist es, wenn als Stromquelle 7 ein Kondensator und als Schalter 8 ein Thyristor Verwendung findet. Beim Zünden des Thyristors fließt ein impulsartiger Strom vom

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Kondensator durch die Antriebsspulen. Dieser Strom klingt schnell ab und ändert kurzzeitig infolge des durch Kondensator und Spuleninduktivität bedingten AusSchwingvorgangs seine Richtung. Dadurch wird der Thyristor wieder in den Sperrzustand versetzt und ist nach sehr kurzer Zeit wieder schaltbereit für den nächsten Einspritzvorgang.

Mit einer solchen Anordnung gemäß Fig.2 lassen sich Ansprechzeiten von ca. 20 Mikrosekunden, Arbeitshubzeiten von ca. 1 Millisekunde und Arbeitshübe von bis zu 10 Millimetern erreichen. Der Einspritzdruck kann bis zu 15 bar betragen, bei Einspritzmengen von ca. 20 mm3.

Die Einspritzmenge läßt sich leicht dadurch regeln, daß z.B. die Spannung der Stromquelle ? verändert wird. Dies kann leicht auf elektronischem Wege geschehen, wobei dies in einem zentralen Steuergerät unter Berücksichtigung aller für einen optimalen Betrieb des Motors, auch im Hinblick auf Unschädlichkeit der Abgase, erfolgen kann. Als Stromquelle kann z.B. die Kraftwagenbatterie verwendet werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausbildung der Erfindung in der Art, daß das elektrodynamische Antriebssystem auf eine Membranpumpe einwirkt. Hierbei ist der fest angeordneten Antriebsspule 1 eine bewegliche Antriebsscheibe 2 zugeordnet, welche mit einer Ausformung 15 auf der Membran 13 aufliegt. Bei Einschalten des Spulenstroms wird die Antriebsscheibe 2 nach unten gedrückt und betätigt die Membran 13· Ein oberhalb der Antriebsspule 1 fest angeordnetes Kraftlinienleitstück 9 erhöht die Konzentration des Spulenfeldes auf der Antriebsseite. Hierdurch wird eine etwa zweifach größere Antriebskraft erreicht. Ein Gehäuse 16 hält die einzelnen Teile zusammen. Die Ventile 11 im Kraftstoffzufluß 6 und Düsenausgang 17 steuern Ansaug- und EinspritzVorgang.

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Zusammen mit einer Membranpumpe lassen sich die im einfachen Aufbau des elektrodynamischen Systems liegenden Vorteile voll ausnutzen und gestatten den Bau eines Einspritzpumpenelementes, welches besonders geeignet für eine Massenfertigung bei günstigstem Preis ist.

Bei den in den Fig.1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist es von Vorteil, auf der der Antriebsseite abgewandten Seite der feststehenden Antriebsspule 1 ein Kraftlinienleitstück 9 gemäß Fig.4 anzuordnen, welches aus einem Material guter magnetischer und möglichst schlechter elektrischer Leitfähigkeit besteht, wie z.B. Magneteisen. Es ist außerdem noch notwendig, durch einen radial verlaufenden Schlitz 18 Wirbelströme zu unterbinden, welche das Magnetfeld der Antriebsspule 1 sonst stark dämpfen und die Wirksamkeit verschlechtern würden.

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Claims

Patentansprüche

1.) Einspritzpumpenelement mit elektromagnetischem Antrieb des Pumpenaggregats, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb desselben nach dem elektrodynamischen Prinzip erfolgt.

2. Einspritzpumpenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitende Antriebssystem aus einer vom Arbeitsstrom durchflossenen, ortsfesten und vorzugsweisen scheibenförmigen Antriebsspule (1) und einer annähernd gleichachsig angeordneten, mit dem beweglichen Teil des Pumpenaggregats (19) verbundenen Antriebsscheibe (2) besteht.

5· Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (2) aus einem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit und geringen spezifischen Gewichts, vorzugsweise Aluminium, besteht.

4· Einspritzpumpenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitende Antriebssystem aus einer ortsfest angeordneten Antriebsspule (i) und einer zu dieser wenigstens annähernd gleichachsig angeordneten, mit dem beweglichen Teil des Pumpenaggregate (19) und vorzugsweise scheibenförmig ausgebildeten Antriebsspule (10) besteht.

5. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspule (n) über eine schnellwirkende Schaltvorrichtung (θ) aus einer Stromquelle (7) niederen Innenwiderstandes vorzugsweise aus einem Kondensator betrieben werden, wobei der Stromver— lauf vorzugsweise impulsartig erfolgt.

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6. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 4 und 51 dadurch gekennzeichnet, daß die Polung der Magnetfelder der beiden Antriebsspulen (1) und (lO) so gewählt ist, daß sich beim Fließen des Arbeitsstroms eine gegenseitige Abstoßung ergibt.

7. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polung der Magnetfelder der beiden Antriebsspulen (1) und (10) so gewählt ist, daß sich beim Fließen des Arbeitsstroms eine gegenseitige Anziehung ergibt.

8. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß auf der, dem beweglichen Teil des Antriebs abgewandten Seite der ortsfesten Antriebsspule (1) ein Kraftlinienleitstück (9) aus magnetisch leitfähigem Material angeordnet ist.

9. Einspritzpumpenelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftlinienleitstück (9) scheibenartig ausgebildet ist und daß es wenigstens eine, radial verlaufende, vorzugsweise bis zum Rand sich erstreckende, schlitzartige Unterbrechung (12) enthält.

10. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspule (n) (i,10) als scheibenförmig ausgebildete Flachdrahtwicklung ausgebildet ist/sind.

11. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Pumpenaggregat (19) eine Kolbenpumpe Verwendung findet.

12. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Pumpenaggregat (19) eine Membranpumpe Verwendung findet.

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13. Einspritzpumpenelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Membranscheibe (13) so ausgebildet ist, daß sie etwa flächengleich mit der Antriebsspule (i) und dieser in geringem Abstand gegenüber angeordnet ist.

14· Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Ein- und Ausschalten des Spulenstroms mittels elektronisch gesteuerter Halbleiter-Bauelemente erfolgt.

15· Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kolben- oder Membranrückführung dienenden Federelemente (4) so bemessen sind, daß die Rückführzeit wesentlich länger, vorzugsweise zehnmal länger ist als die Hubzeit beim Einspritzvorgang.

16. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung der Einspritzmenge durch Veränderung des Spulenstroms erfolgt.

17· Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung der Einspritzmenge durch eine mechanische Begrenzung der Hubhöhe des Pumpenaggregates (19) erfolgt.

18. Einspritzpumpenelement nach den Ansprüchen 1 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenaggregate (19) Ventile (11) enthalten, welche sowohl ein Ansaugen des Kraftstoffs, als auch ein Einspritzen beim Stromfluß durch die Antriebsspule (n) ('1,1O) bewirken.

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