DE19918423A1

DE19918423A1 - Einspritzanlage für flüssige Medien

Info

Publication number: DE19918423A1
Application number: DE1999118423
Authority: DE
Inventors: Denys F Hackert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2000-10-26

Abstract

Es wird eine Einspritzanlage für flüssige Medien, insbesondere für die Kraftstoffeinspritzung von Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei der als Verdrängungsmittel in einer Hochdruckpumpe elektrisch erregbare Piezoelemente (3) dienen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einspritzanlage für flüssige Medien, insbesondere für die Kraftstoffeinspritzung in Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. In vielen Bereichen der Technik, aber insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung, ist eine Einspritzung von flüssigen Medien, beispielsweise Dieselkraftstoff, unter hohem Druck erforderlich. Während früher bei Dieselmotoren in die Vorkammer des Motors zu Beginn des Druckhubs eingespritzt wurde, wird zunehmend direkt in den Brennraum des Motors eingespritzt, vor allem, um dadurch den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Für eine solche Direkteinspritzung sind verhältnismäßig hohe Einspritzdrücke mit über 1000 bar erforderlich, die bei den bekannten Einspritzpumpen nur mit erheblichem Aufwand erzielbar sind. Aus diesem Grunde ist auch die Pumpedüse mehr und mehr, besonders bei größeren Dieselmotoren, eingeführt worden, bei der Pumpe und Düse zu einer Einheit verbunden sind. Hierdurch wird vor allem vermieden, daß sich die, auch beim Dieselkraftstoff vorhandene Kompressibilität unerwünscht auf. die Kraftstoffmengensteuerung auswirkt. Sowohl bei Einspritzanlagen mit Kraftstoffeinspritzpumpen - Reihenpumpen oder Verteilerpumpen -, welche über Druckleitungen mit den an der Brennkraftmaschine angeordneten Einspritzdüsen verbunden sind, als auch bei Pumpedüsen, dient ein mechanischer Kolben als Verdrängungsmittel für das flüssige Medium. In diesem Fall handelt es sich bei dem Medium um Dieselkraftstoff. Ein solcher Pumpenkolben muß radial abgedichtet werden, was bei dem bei der Direkteinspritzung gegebenen hohen Drücken nicht unerhebliche Probleme darstellt.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Die erfindungsgemäße Einspritzanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs weist demgegenüber den Vorteil auf, daß aufgrund des Ausdehnens und Zusammenziehens des Piezoelements eine Volumenänderung des Pumpenarbeitsraums erfolgt. Nach der elektrischer Erregung des Piezoelements ist keine Abdichtung zum flüssigen Medium hin erforderlich. Es werden lediglich Mittel benötigt, die vermeiden, daß die Piezokristalle vom flüssigen Medium getränkt werden könnten, bzw. der erforderliche elektrische Anschluß einen Kurzschluß erfahren könnte.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Piezoelemente zum Medium hin durch Kunststoffmanschetten getrennt. Besonders Folien aus Polyvenylidenfluorid (PVDF) oder auch PVC weisen Eignungen hierfür auf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind im Arbeitsraum der Hochdruckpumpe nebeneinander Ringsegemente aus Piezoelementen angeordnet, die unabhängig voneinander erregbar sind. Hierdurch können sowohl eine Voreinspritzung als auch Korrekturen während der Haupteinspritzung vorgenommen werden. Außerdem kann nach erfolgter Einspritzung der Druck im Pumpenarbeitsraum nochmals erhöht werden, um ein Rückströmen des Mediums in den Pumpenarbeitsraum zu verhindern. In diesem Fall ist kein zusätzliches Rückströmventil notwendig. Anstelle eines zusätzlichen Piezosegments kann zur Verhinderung des Rückströmens des Mediums in den Pumpenarbeitsraum auch ein Ventil, beispielsweise ein Magnetventil, vorgesehen sein. Durch die Piezosegmente kann zudem der große erforderliche Unterschied im Einspritzmengenbedarf leichter angepaßt werden. Anstelle von Ringsegmenten können auch Plattensegmente vorgesehen sein. Diese können entweder parallel zu einer festen Wand oder parallel zu weiteren Plattensegmenten angeordnet sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erifndung ist die Hochdruckpumpe mit der Düse zu einer Einheit als Pumpedüse verbunden, so daß zusätzliche Druckleitungen entfallen.

Nach einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden durch den Pumpenarbeitsraum mehrere Düsen mit Medium versorgt, welche durch Magnete oder Piezoelemente auch steuerbar sind.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Pumpedüse mit fünf verschiedenen Arbeitsstellungen des Piezoelements

Fig. 2 eine Einspritzanlage mit einer zentralen Hochdruckpumpe und magnetgesteuerten Einspritzdüsen

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Für die in Fig. 1 dargestellte Pumpedüse sind von a bis e fünf verschiedene Arbeitsstellungen dargestellt. Die Pumpedüse weist einen Pumpenarbeitsraum 1 auf, der in dem Gehäuse 2 einer Hochdruckpumpe angeordnet ist, in dem außerdem vier ringförmige Piezosegmente 3 angeordnet sind. Diese Piezosegmente 3 sind über nicht dargestellte elektrische Leitungen mit einer elektrischen Stromquelle verbunden, wobei über ein entsprechendes Steuergerät diese Piezosegmente 3 unabhängig voneinander und nach Bedarf elektrisch erregbar sind. Der Pumpenarbeitsraum 1 wird über eine Kraftstoffleitung 4 und ein Rückschlagventil 5 mit Kraftstoff versorgt. Auf der der Kraftstoffleitung 4 abgewandten Seite schließt sich an den Pumpenarbeitsraum 1 eine Kraftstoffdüse 6 an, über die der Kraftstoff unmittelbar in die Brennkammer der Brennkraftmaschine, also den Motorzylinder, eingespritzt wird.

a zeigt den Pumpenarbeitsraum vor der Einspritzung, wobei die Piezosegmente 3 in Ausgangsstellung sind.

Bei b ist ein Piezosegment erregt, wodurch eine entsprechende Menge Kraftstoff durch die Einspritzdüse eingespritzt wurde, was beispielsweise einer Voreinspritzung dienen kann.

Bei c sind drei der Piezosegmente 3 erregt, wodurch eine entsprechende Kraftstoffmenge eingespritzt wurde. Die eingespritzte Kraftstoffmenge hängt einerseits ab von der Anzahl der erregten Piezosegmente 3 und anderseits vom Grad der elektrischen Erregung derselben. Da bei der Pumpedüse eine offene Verbindung zwischen Brennkammer des Motors und Pumpenarbeitsraum besteht, kann über die elektrische Steuerung eine Nachkorrektur des Kraftstoffdruckes im Pumpenarbeitsraum erfolgen. Dieser Druck im Pumpenarbeitsraum entspricht aufgrund der offenen Verbindung dem Arbeitsdruck in der Brennkammer des von der Pumpedüse versorgten Motorzylinders.

In c nimmt der Pumpenarbeitsraum wieder seine Ausgangsstellung ein, für die über das Rückschlagventil 5 er wieder mit neuem Kraftstoff versorgt wird.

In Fig. 2 ist eine Einspritzanlage gezeigt, bei der eine Hochdruckpumpe 7 vorhanden ist, deren innerer Aufbau in etwa dem des Pumpenarbeitsraums 1 aus Fig. 1 entspricht. Diese Hochdruckpumpe 7 wird über eine Leitung 8 von einer Förderpumpe 9 her aus einem Behälter 10 mit Kraftstoff versorgt, wobei über eine Rückleitung 11 überschüssiger Kraftstoff wieder in den Behälter zurückgefördert wird. Von dieser Hochdruckpumpe 7 führt eine Hochdruckleitung 12 zu einem Verteiler 13, welcher den zugemessenen Kraftstoff auf einzelne Kraftstoffeinspritzdüsen 14 verteilt, von denen nur eine dargestellt ist. Alternativ kann, wie gestrichelt dargestellt, die Hochdruckpumpe 7 über Hochdruckleitungen 15 mit den einzelnen Einspritzdüsen 14 verbunden werden, von denen nur eine dargestellt ist, wobei dann allerdings diese Hochdruckdüsen, wie gezeigt, über Magnete 16 gesteuert werden müssen.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlenliste

1

Pumpenarbeitsraum

2

Gehäuse

3

Piezosegmente

4

Kraftstoffleitung

5

Rückschlagventil

6

Kraftstoffdüse

7

Hochdruckpumpe

8

Leitung

9

Förderpumpe

10

Kraftstoffbehälter

11

Rücklaufleitung

12

Hochdruckleitung

13

Verteiler

14

Einspritzdüse

15

Hochdruckleitung

16

Magnet

Claims

1. Einspritzanlage für flüssige Medien, insbesondere für die Kraftstoffeinspritzung von Brennkraftmaschinen,

- mit einer Einspritzdüse (6, 14),
- mit einer mindestens einen mit der Einspritzdüse (6, 14) verbindbaren Pumpenarbeitsraum (1) aufweisenden Hochdruckpumpe (2, 7),
- mit einer Förderpumpe (9), um das Medium von einem Behälter (10) zur Hochdruckpumpe (2, 7) zu fördern und
- mit einem im Pumpenarbeitsraum (1) der Hochdruckpumpe (2, 7) angeordneten Verdrängungsmittel (3) für das Medium,

dadurch gekennzeichnet, daß als Verdrängungsmittel elektrisch erregbare Piezoelemente (3) dienen.

2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoelemente (3) zum Medium hin durch Kunststoffmanschetten odgl. getrennt sind.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeitsraum (1) nebeneinander als Ringsegemente (3) ausgebildete Piezoelemente angeordnet sind, die unabhängig voneinander erregbar sind.

4. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe (2) mit der Einspritzdüse (6) zu einer Einheit als Pumpedüse verbunden ist (Fig. 1).

5. Einspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe (7) mehrere Einspritzdüsen (14) versorgt, welche über einen Verteiler (13) gesteuert sind oder durch Magnete (16) bzw. Piezoelemente auch steuerbar sind.