AT412229B

AT412229B - Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: AT412229B
Application number: AT2862001A
Authority: AT
Original assignee: Bitter Engineering & Systemtec
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2004-11-25
Also published as: WO2002066808A1; ATA2862001A; EP1362170B1; EP1362170A1; DE50202043D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einem Ansaugrohr, in dem eine Drosselklappe schwenkbar angeordnet ist, auf der eine Kraftstoffeinspritzdüse befestigt ist.

Um die immer höheren Anforderungen an Brennkraftmaschinen hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Abgasemission zu erfüllen, ist es erforderlich die in das Saugrohr eingespritzte Kraftstoffmen- ge und den Einspritzzeitpunkt in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftma- schine sorgfältig zu steuern. Dazu wird im Allgemeinen ein elektronisches Steuergerät verwendet, das mit mehreren Sensoren in Verbindung steht, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfassen. Der Aufwand für ein solches Kraftstoffeinspritzsystem einschliesslich der erforderlichen Pumpen, Düsen und dergleichen ist für Brennkraftmaschinen wie sie in Kraftfahrzeugen Verwen- dung finden zumeist akzeptabel, bei kleineren und kostengünstigen Brennkraftmaschinen jedoch sehr problematisch.

Verschiedene Ansätze haben das Ziel verfolgt durch Anordnung von Kraftstoffeinspritzdüsen auf der Drosselklappe selbst Verbesserungen zu erzielen, ohne aufwändige Steuerungen vorsehen zu müssen. Solche Lösungen sind beispielsweise in der US 3,202,404 A, der US 3,771,504 A, der US 4,259,935 A oder GB 2 131 876 A beschrieben. Diese Lösungen sind zwar konstruktiv relativ einfach, können aber die hohen Anforderungen an Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen nicht erfüllen.

Aus der US 4,108,128 A ist ein Kraftstoffzufuhrsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem Kraftstoff über eine Drosselklappe in das Saugrohr eingespritzt wird. Die Drosselklappe ist mit einer neben dem Saugrohr befindlichen Dosiereinrichtung verbunden, die über ein Luftmen- genmessgerät angesteuert wird. Die bekannte Vorrichtung besitzt ebenfalls einen relativ aufwendi- gen Aufbau und das Ansprechverhalten ist durch die Abstände zwischen der Luftmengenmessvor- richtung und der Dosiereinrichtung sowie zwischen der Dosiereinrichtung und der Drosselklappe selbst begrenzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es diese Nachteile zu vermeiden und ein Kraftstoffein- spritzsystem zu schaffen, das bei einfachem und kostengünstigen Aufbau eine fein abgestimmte Steuerung der Kraftstoffeinspritzung ermöglicht.

Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass unmittelbar auf der Drossel- klappe weiters eine Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung angeordnet ist. Durch die erfindungsgemässe Lösung kann ein externes Steuergerät entfallen, wodurch eine wesentliche Vereinfachung und Kostenreduktion möglich ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Drosselklappe ein Pumpelement zur Erzeugung oder Steigerung des Einspritzdrucks angeord- net ist. In besonders bevorzugter Weise ist das Pumpenelement dazu als piezoelektrischer Aktua- tor ausgebildet. Auf diese Weise wird eine weitere Vereinfachung erzielt und es wird praktisch das gesamte Kraftstoffeinspritzsystem auf der Drosselklappe konzentriert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn auf der Drosselklappe weiters mindestens ein Sensor zur Erfassung einer für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung relevanten Eingangsgrösse angeordnet ist. Wesentliche Eingangsgrössen für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung sind insbesondere der Druck und die Temperatur der Ansaugluft. Die entsprechenden Sensoren können direkt auf der Drosselklappe vorgesehen sein, wodurch nicht nur eine hohe Messgenauigkeit erzielt wird, son- dern der Bauaufwand weiter verringert wird. Produktionstechnisch ist es dabei besonders günstig, wenn die Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung als einstückiger Bauteil ausgebildet ist, der den Sensor umfasst.

In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 schematisch die relevanten Teile einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemässen Kraftstoffeinspritzsystem, die Fig. 2 und 3 axonometrische Darstel- lungen verschiedener Ausführungsvarianten der Erfindung, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante und Fig. 5a, 5b und 5c den Einspritzvorgang bei einer piezo- elektrischen Einspritzdüse.

In der Fig. 1 ist ein Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt, in dem ein Kolben 2 beweglich angeordnet ist. In herkömmlicher Weise wird der Gaswechsel über ein Einlassventil 3 und ein Auslassventil 4 gesteuert, die über Nocken 5 beziehungsweise 6 betätigt werden. Eine Zündkerze 7 dient zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Im Einlasskanal 8 ist eine Drossel-

klappe 9 schwenkbar angeordnet auf der eine Kraftstoffeinspritzdüse 10 befestigt ist. Der Ein- spritzstrahl ist mit 11 gekennzeichnet. Die Ansaugluft wird gemäss dem Pfeil 12 von einem Samm- ler 13 zum Ansaugrohr 8a und dem Einlasskanal 8 geführt.

In der Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung detaillierter dargestellt. Bei der Ausführungsvariante von Fig. 2 ist die Drosselklappe 9 auf einer Drosselklappenwelle 14 befestigt. Die Drosselklappenwelle 14 ist hohl, so dass über einen Anschluss 15 Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter zugeführt werden kann. Über einen elektrischen Kontakt 16 wird die not- wendige Energie der Drosselklappe zugeführt. In der Drosselklappe integriert ist eine hier nicht sichtbare Einspritzdüse mit einer Einspritzöffnung 17. Ein Temperatursensor 18 und ein Drucksen- sor 19 bestimmen die notwendigen Parameter für die Steuerung des Einspritzvorgangs.

Die Ausführungsvariante von Fig. 3 entspricht weitgehend der von Fig. 2 mit dem Unterschied, dass zusätzlich eine Infrarotschnittstelle 21 für Diagnose und Programmierung auf der Drossel- klappe 9 vorgesehen ist. Weiters ist die Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung als einstückiger Bauteil 22 ausgebildet, der fest mit der Drosselklappe 9 verbunden ist und der als Hybridsteuergerät ausgebildet ist.

Bei der Ausführungsvariante von Fig. 4 ist ein externes Steuergerät 23 vorgesehen, das über Steuerleitungen 24 mit der Drosselklappe 9 in Verbindung steht. Wie bei den vorigen Ausführungs- varianten wird der Kraftstoff über eine Bohrung 25 in der Drosselklappenwelle 14 zugeführt und zunächst über ein erstes Ventil 26 gesteuert. Der Kraftstoff gelangt weiter über eine Expansions- kammer 27 zu einem Magnetventil 28, das die eigentliche Kraftstoffeinspritzung steuert. In der Expansionskammer 27 sind Heizelemente 29 angeordnet, die in einer einem Tintenstrahldrucker vergleichbaren Weise den Ausstossimpuls des Kraftstoffes erzeugen.

Bei der Ausführungsvariante von Fig. 5a, 5b und 5c wird der Kraftstoff über eine flexible Lei- tung 30 zur Drosselklappe 9 geführt. Auf der Drosselklappe 9 ist ein Pumpelement 31 angeordnet, das aus einem ersten Kolben 32 besteht, der von einem ersten piezoelektrischen Aktuator 33 angetrieben ist. Im ersten Kolben 32 ist ein weiterer Kolben 34 beweglich angeordnet, der von einem weiteren piezoelektrischen Aktuator 35 angetrieben ist, der sich innerhalb des ersten piezo- elektrischen Aktuators 33 befindet. Das Pumpelement 31 wird mit Kraftstoff gefüllt, wenn der weitere Kolben 34 in der in der Fig. 5a gezeigten Stellung die Verbindung einer Zufuhrbohrung 37 zum Zylinderraum 36 freigibt. Die Einspritzmenge kann durch die Öffnungsdauer festgelegt wer- den. Es ist aber auch möglich, die Einspritzmenge über die Stellung des ersten Kolbens 32 vor dem Einspritzhub festzulegen.

Der Einspritzhub wird bewirkt, indem der erste Kolben 32 in der Richtung des Pfeils 38 nach unten bewegt wird, wobei der weitere Kolben 34 den Zylinderraum 36 verschliesst. Dieser Vorgang ist in Fig. 5c dargestellt. Ein solches Pumpelement 31 besitzt einen einfachen Aufbau und ist robust und sicher im Betrieb.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es in besonders kostengünstiger Weise eine Vielzahl von Parametern bei der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung zu berücksichtigen und damit einen Kraft- stoffverbrauch und geringe Emissionswerte zu erzielen.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einem
Ansaugrohr (8a), in dem eine Drosselklappe (9) schwenkbar angeordnet ist, auf der eine
Kraftstoffeinspritzdüse (10) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar auf der Drosselklappe (9) eine Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung angeord- net ist.

Claims

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Dros- selklappe (9) ein Pumpelement (31) zur Erzeugung oder Steigerung des Einspritzdrucks angeordnet ist.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pump- element (31) als piezoelektrischer Aktuator (33,35) ausgebildet ist.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Drosselklappe (9) weiters mindestens ein Sensor (18, 19) zur Erfassung einer für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung relevanten Eingangsgrösse angeordnet ist. <Desc/Clms Page number 3>

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als Drucksensor (19) ausgebildet ist.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als Temperatursensor (18) ausgebildet ist.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung als einstückiger Bauteil aus- gebildet ist, der den Sensor (18, 19) umfasst.

8. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine hohle Drosselklappenwelle (14) vorgesehen ist, über die die Kraftstoffzufuhr erfolgt.

9. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung eine Infrarotschnittstelle (21) aufweist.

HIEZU 5 BLATT ZEICHNUNGEN