DE1233652B - Einrichtung zur Regelung der Brennstoffeinspritzmenge bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F02d

Deutsche Kl.: 46b2-16

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1233 652
G 281181 a/46 b2
7. Juni 1957
2. Februar 1967

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Brennstoffeinspritzmenge bei Brennkraftmaschinen in Abhängigkeit von mehreren voneinander unabhängigen Motorbetriebsbedingungen, einschließlich Anlassen, Warmlaufen, Beschleunigen und Bremsen. Bei solchen Einrichtungen ist es bekannt, eine einzige Zündvorrichtung mit einer Reihe von Steuergliedern vorzusehen, die auf die verschiedenen Motorbetriebsbedingungen ansprechen und über einen einzigen Hebel auf ein einziges Ventil einwirken, das die Brennstoffzufuhr zu den Einspritzdüsen regelt. Bei Brennstoffeinspritzanlagen ist es ferner bekannt, für die Zumessung des Brennstoffs einen schwimmenden zweiarmigen Hebel zu verwenden, auf den die von verschiedenen Motorbetriebsbedingungen abhängigen Stellkräfte einwirken, und durch die Bewegung dieses Hebels den wirksamen Auslaßquerschnitt eines Überströmventils in der Brennstoffzuleitung und damit den Druck des Brennstoffs in einer Kammer zu ändern, die mit dem Auslaß über ein kalibriertes, etwa in der Mitte des Hebels angelenktes Nadelventil verbunden ist.

Die Erfindung bezweckt, den Einfluß der verschiedenen Stellkräfte, der eine hieraus resultierende Ventilstellung bringt, willkürlich durch Einbringung einer weiteren Stellkraft ohne nachteilige Auswirkung auf die schwimmende Anordnung des Hebels auszuschalten und somit diese eine Mindestanzahl von Teilen erfordernde Anordnung des Hebels beibehalten zu können.

Die Erfindung besteht darin, daß der Hebel in an sich bekannter Weise als schwimmender zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, auf dessen Hebelarme die durch die Motorbetriebsgrößen gegebenen Stellkräfte einwirken, während etwa in der Hebelmitte das Ventil angelenkt ist, und daß eine willkürlich von Hand einbringbare, die übrigen Stellkräfte überwindende Stellkraft auf den Hebel an der Anlenkstelle des Ventils in Ventilschließrichtung wirkt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Brennstoffeinspritzanlage nach der Erfindung.

Eine Brennstoffeinspritzanlage, die Brennstoff in die Einlaßkanäle einer Brennkraftmaschine einspritzt, enthält einen Brennstoffbehälter 36, eine Brennstoff-Förderpumpe 38, eine Einspritzpumpe 40 und eine Zündeinrichtung 42. Die Brennstoff-Förderpumpe 38, die zweckmäßig eine Membranpumpe ist, saugt Brennstoff aus dem Brennstoffbehälter 36 an und so fördert ihn in eine Förderleitung 46. Die Einspritzpumpe 40 ist zweckmäßig als Verdrängerpumpe ausEinrichtung zur Regelung der
Brennstoffeinspritzmenge bei
Brennkraftmaschinen

Anmelder:

General Motors Corporation,

Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K. Walther, Patentanwalt,

Berlin, Bolivarallee 9

Als Erfinder benannt:

John Dolza, Fenton, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 14. Juni 1956 (591450)

gebildet, die eine ihrer Drehzahl direkt proportionale Fördermenge hat. Die Antriebswelle 50 der Einspritzpumpe 40 wird von dem Motor, beispielsweise von dessen Nockenwelle, angetrieben. Die Einspritzpumpe 40 enthält eine Abscheidekammer 52, die mit der Förderleitung 46 der Brennstoff-Förderpumpe 38 verbunden ist. Die Brennstoff-Förderpumpe 38 versorgt die Abscheidekammer 52 mit einem erheblichen Brennstoffüberschuß gegenüber der Aufnahme der Einspritzpumpe 40.

Die Zumeßeinrichtung 42 besteht aus einem Gehäuse 72 mit einem Brennstoffteil 74 am Boden und einem Gestängeteil 76 im oberen Teil. Der Brennstoffteil 74 hat eine Verteilerkammer 78 mit einem Einlaß 80 am Boden und einem obenliegenden Auslaß 82. Eine Mehrzahl von im wesentlichen gleich ausgebildeten Einspritzleitungen 84 erstreckt sich radial von der Mitte der Verteilerkammer 78 zu den benachbarten Motoreinlaßventilen. Eine Brennstoffleitung 90 verbindet den Auslaß 64 der Einspritzpumpe 40 mit dem Einlaß 80 der Verteilerkammer 78, so daß die gesamte Fördermenge der Einspritzpumpe 40 der Kammer 78 an deren Boden zugefördert wird und die Verteilerkammer 78 durch die Einspritzleitungen 84 oder den Auslaß 82 verläßt. Der Einlaß 80 zur Verteilerkammer 78 enthält ein

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Rückschlagventil 86, das als federbelastetes (Feder 138) Einwegventil ausgebildet ist, um in der Brennstoffleitung 90 einen bestimmten Druck zu halten, der im wesentlichen eine Dampfbildung verhindert. Zusätzlich werden Dämpfe, die sich in den Einspritzleitungen 84 bei heißem Motor, der einige Zeit gestanden hat, gebildet haben, gehindert, in die Brennstoffleitung 90 und die Einspritzpumpe 40 zurückzuströmen. Es ist zweckmäßig, wenn das Volumen der gesamten Anlage und insbesondere das der Verteilerkammer 78 so klein wie möglich ist, um das Volumen von gebildeten Dämpfen gering zu halten und eine schnelle Wiederauffüllung der Anlage mit Brennstoff zu gestatten, wenn sich in dieser Dämpfe gebildet haben sollten.

In dem Auslaß im oberen Teil der Verteilerkammer 78 ist ein Überströmnadelventil 92 vorgesehen, welches das Abströmen durch den Auslaß regelt. Der überströmende Brennstoff sammelt sich am Boden des Gestängeteils 76 des Gehäuses und ao fließt durch eine Überströmleitung 93 ab. Die gesamte Fördermenge der Einspritzpumpe 40 gelangt also in die Verteilerkammer 78 und verläßt diese durch die Einspritzleitungen 84 und/oder das Überströmventil 92, wobei die durch die Einspritzleitungen 84 zugemessene Brennstoffmenge durch die Stellung des Nadelventils 92 geregelt wird. Die Gleichmäßigkeit der Brennstoffzuleitung zu den einzelnen Zylindern des Motors hängt von der Symmetrie der Verteilung der Einspritzleitungen 84 um die Verteilerkammer 78 ab und besonders von den Einspritzdüsen 95 am Ende der Einspritzleitungen 84, welche Düsen untereinander gleich ausgebildet sind.

Wie bereits erwähnt, wird die durch die Einspritzleitungen 84 zu den Zylindern strömende Brennstoffmenge durch die Stellung des Nadelventils 92 geregelt, welches den von der Verteilerkammer 78 überströmenden Brennstoffanteil bestimmt, der durch die Überströmleitung 93 abfließt. Um den Brennstoff richtig zuzumessen, wird das Nadelventil 92 daher durch Einrichtungen eingestellt, die von den Motorbetriebsgrößen abhängig sind. Da der der Verteilerkammer 78 zuströmende Brennstoff der Motordrehzahl proportional ist, wird der durch das Nadelventil 92 überströmende Brennstoffanteil in Abhängigkeit von der Dichte der Luft beim Eintritt in die Zylinder geregelt. Das Nadelventil 92 ist daher arbeitsmäßig über ein Gestänge 97 mit einer Druckmembran 94 verbunden, auf die die Dichte der angesaugten Luft anspricht.

Das Gestänge 97 besteht aus einem schwimmenden zweiarmigen Hebel 98, dessen eines Ende 100 mit der Membran 94 und dessen anderes Ende 102 mit einem einstellbaren Zapfen 104 verbunden sind. Das Nadelventil 92 ist in der Mitte des zweiarmigen Hebels 98 angeschlossen. Auf die eine Seite der Membran 94 wirkt der Außenluftdruck, während auf ihre andere Seite der Druck der Luft im Ansaugleitungssystem der Brennkraftmaschine wirkt. Eine Feder 108 wirkt dem Luftdruck entgegen, so daß die Membran 94 eine Lage einnimmt, die der Luftdichte entspricht. Die Stellung der Membran 94 wird dann über den zweiarmigen Hebel 98 auf das Nadelventil 92 übertragen. Die Membran 94 bewegt das Nadelventil 92 einwärts oder auswärts und regelt damit die den einzelnen Zylindern zugeteilte Brennstoffmenge. Es kann notwendig sein, die Gestalt der Nadel zu profilieren, so daß die Zumeßwirkung genau mit der Brennstoffanforderung des Motors übereinstimmt.

Normalerweise kann der Druck in der Ansaugleitung des Motors als Anzeige für die durch den Motor strömende Luft dienen, wenn die Einlaßkanäle nicht auf Resonanz ausgelegt sind. Ist letzteres jedoch der Fall, so stellt der Luftdruck in der Ansaugleitung nur eine ungenaue Angabe des Luftstromes dar, da er im Resonanzfall die Resonanz in den Einlaßkanälen nicht berücksichtigt. Es ist daher zweckmäßig, die Membran 94 einem anderen Luftdruck auszusetzen. Beispielsweise kann ein Impulsmittler 110 benutzt werden, der wahlweise eine Kammer 112 für die Membran 94 mit den verschiedenen Einlaßkanälen des Motors unmittelbar in der Nähe der Einlaßventile verbindet. Der Impulsmittler 110 liefert einen Mittelwert aller Drücke in allen Einlaßkanälen, der über eine Leitung 136 der Membrankammer 112 zugeleitet wird, um das Nadelventil 92 zu betätigen. Die besten Ergebnisse werden erreicht, wenn der Mittelwert in einer Zeit gewonnen wird, in der die zu- und abnehmende Bewegung des Luftstroms bei Resonanzbedingungen berücksichtigt wird.

Die bisher beschriebene Anlage ist geeignet, das gewünschte Luft-Brennstoff-Verhältnis über den ganzen Belastungsbereich des Motors einzuhalten. Beim Anlassen eines kalten Motors ist es jedoch erwünscht, ein beträchtlich reicheres Gemisch zu haben als die normale Zumeßanlage ermöglicht. Es sind daher Einrichtungen vorgesehen, die die normale Zumeßwirkung ergänzen und den Zustrom der zugemessenen Brennstoffmenge während des Anlaßvorganges erhöhen. Hierzu wird das Nadelventil 92 tiefer in die Öffnung 82 bewegt als dies durch die Membran 94 erfolgt. Da die Einspritzpumpe 40 stets beträchtlich mehr Brennstoff liefert, als der Motor benötigt, wird hierdurch die Brennstoffzufuhr zu den Zylindern erhöht. Die Stellung des Nadelventils 92 kann von Hand oder durch irgendeine geeignete Einrichtung gesteuert werden. Da die Anforderung einer wesentlich höheren Brennstoffmenge beim Anlaßvorgang vorliegt, ist ein Elektromagnet 122 in den Anlasserkreis eingeschaltet. Läßt der Fahrer den Motor an, so drückt der Elektromagnet 122 einen Hebel 124 nieder, der einen Kolben 123 trägt. Der Kolben 123 zwingt einen Kolben 125 am oberen Ende des Nadelventils 92 nach unten, und dieses schließt den Auslaß 82. Somit wird die gesamte Brennstoffmenge, die von der Einspritzpumpe 40 in die Verteilerkammer 78 gelangt, den verschiedenen Motorzylindern zugeteilt.

Zusätzlich kann zur Anreicherung des Gemischs durch Schließen des Nadelventils 92 eine zusätzliche Brennstoffmenge in die Verteilerkammer 98 geliefert werden. Hierzu ist in der Förderleitung 46 der Brennstoff-Förderpumpe 38 ein Ventil 126 vorgesehen, das in geöffnetem Zustand den von der Brennstoff-Förderpumpe 38 geförderten Brennstoff unter Umgehung der Einspritzpumpe 40 unmittelbar in die Verteilerkammer 78 leitet. Dieses Ventil kann von Hand oder durch selbsttätige Einrichtungen betätigt werden, beispielsweise durch ein Gestänge 128 oder einen Elektromagneten 130, der im Anlasserkreis liegt. Bei Benutzung dieser Einrichtung während des Anlaßvorganges fördert die Brennstoff-Förderpumpe 38 außer dem über die Einspritzpumpe 40 zugemessenen Brennstoff eine große nicht zugemessene Brennstoffmenge den Zylindern zu. Dies hat gegen-

über der ersten Anordnung den Vorteil, daß die große von der Brennstoff-Förderpumpe 38 kommende Brennstoffmenge die ganze Anlage schnell mit Brennstoff anfüllt und etwa vorhandene Dämpfe austreibt. Dies ist besonders wichtig, sofern Schwierigkeiten beim Anlaufen der Einspritzpumpe 40 bestehen und/oder deren Fördermenge sehr klein ist, weil die Anlaßdrehzahlen gering sind. Es sei noch erwähnt, daß diese Anreicherungsmöglichkeiten für den Kaltstart sowohl einzeln als auch gemeinsam benutzt werden können.

Sobald der Motor gezündet hat und mit eigener Kraft läuft, sind die für das Anlassen erforderlichen großen Brennstoffmengen nicht langer erforderlich. Da aber der Motor mindestens für eine kurze Zeit nach dem Anlassen mit unternormalen Temperaturen arbeitet, ist für diese Warmlaufzeit ein etwas reicheres Gemisch erwünscht als bei normalem Betrieb. Es ist daher eine temperaturempfindliche Einrichtung in Form einer Bimetallfeder 132 vorgesehen, die auf die Temperatur des Motors anspricht, um die Wirkung der Zumeßeinrichtung abzuwandeln. Die Bimetallfeder 132 ist mit dem einstellbaren Zapfen 104 verbunden, an den das Ende 102 des zweiarmigen Hebels 98 angeschlossen ist. Dieses Ende kann auf und ab bewegt werden und wandelt die Zumeßwirkung der Membran 94 ab. Bei kaltem Motor bewegt die Bimetallfeder 132 den Zapfen 104 nach unten, der dann das Nadelventil 92 in den Auslaß 82 bewegt. Obwohl die Membran 94 in normaler Weise weiterarbeitet, teilt das nach unten bewegte Nadelventil 92 dem Motor ein etwas reicheres Gemisch zu. Nähert sich der Motor seiner normalen Betriebstemperatur, so hebt die Bimetallfeder 132 den Zapfen 104 an, so daß die normale Zumeßwirkung wieder hergestellt wird. Wenn auch eine Brennstoffeinspritzanlage der beschriebenen Art genügend schnell anspricht, um im wesentlichen jede Zeitverzögerung der Brennstoffversorgung der Zylinder zu verhindern, kann es bei einigen Motoren zweckmäßig sein, Einrichtungen zur Gemischanreicherung beim Beschleunigen vorzusehen. In diesem Fall wird wiederum eine zusätzliche Brennstoffzufuhr zur Verteilerkammer 78 vorgesehen oder aber die Einstellung des Nadelventils 92 geändert. Der letztere Weg ist vorzuziehen. Zu diesem Zweck ist der Kolben 123 mit dem Motordrosselklappengestänge verbunden. Der Kolben 123 sitzt in einem Zylinder mit dem Kolben 125 am oberen Ende des Nadelventils 92, wobei zwischen den beiden Kolben 123 und 125 ein Luftraum vorgesehen ist. Wird die Motordrosselklappe plötzlich geöffnet, so werden der Hebel 124 und der Kolben 123 in den Zylinder nach unten bewegt, so daß der Luftkörper zwischen dem Kolben 123 und 125 zusammengedrückt wird. Der Kolben 125 wird dadurch nach unten gedrückt, und das Nadelventil 92 bewirkt eine Vergrößerung der den Zylindern zuströmenden Brennstoffmenge. Die Anordnung ist so gewählt, daß die Luft zwischen den Kolben 123 und 125 allmählich ins Freie entweichen kann, so daß die normale, von dieser Einrichtung unbeeinflußte Zumeßwirkung aufrechterhalten wird, sofern nicht ein plötzliches Öffnen der Drosselklappe erfolgt. Normale Bewegungen der Drosselklappe beeinflussen die normale Zumeßwirkung nicht. Wird die Drosselklappe plötzlich geschlossen, so tritt Schubbetrieb ein, bei dem der Motor auf Überdrehzahlen gebracht wird. Dies führt zu einem sehr hohen Einlaßvakuum, das der vollständigen Verbrennung des Brennstoffs schädlich ist. Außerdem ergibt der dann verbrauchte Brennstoff keine Nutzleistung für den Antrieb und wird vergeudet. Es ist daher höchst erwünscht, den Brennstoffzufluß bei Überdrehzahlen des Motors zu verhindern. Dies wird durch eine Membran 134 ermöglicht, die dem Druck in der Luftleitung 136 ausgesetzt ist und arbeitsmäßig mit einem Ventil 87 verbunden ist. Bei normalem Betrieb sichert die Feder 138 das richtige Arbeiten des Rückschlagventils 86. Wird jedoch die Drosselklappe geschlossen und läuft der Motor im Schubbetrieb, so wird das Einlaßvakuum sehr hoch; die Membran 134 öffnet das Ventil 87 und senkt damit den auf das Ventil 86 wirkenden Brennstoffdruck ab. Der von der Einspritzpumpe 40 kommende Brennstoff wird damit über die Überströmleitung a zum Vorratsbehälter 36 abgeleitet. Es gelangt somit kein Brennstoff in die Verteilerkammer 78.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Brennstoffeinspritzmenge bei Brennkraftmaschinen in Abhängigkeit von mehreren voneinander unabhängigen Motorbetriebsbedingungen, einschließlich Anlassen, Warmlaufen, Beschleunigen und Bremsen, mit einer einzigen Zumeßvorrichtung mit einer Reihe von Steuergliedern, die auf die verschiedenen Motorbetriebsbedingungen ansprechen und über einen einzigen Hebel auf ein einziges Ventil einwirken, das die Brennstoffzufuhr zu den Einspritzdüsen regelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (97) in an sich bekannter Weise als schwimmender zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, auf dessen Hebelarme die durch die Motorbetriebsgrößen gegebenen Stellkräfte einwirken, während etwa in der Hebelmitte das Ventil (92) angelenkt ist, und daß eine willkürlich von Hand einbringbare, die übrigen Stellkräfte überwindende Stellkraft auf den Hebel an der Anlenkstelle des Ventils in Ventilschließrichtung wirkt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des schwimmenden zweiarmigen Hebels (97) in Abhängigkeit von mindestens zwei der nachstehend aufgeführten Motorbetriebsgrößen gleichzeitig gesteuert wird:

a) vom Druck in der Ansaugleitung, vorzugsweise dem mittleren Druck in den Ansaugleitungen;

b) von den Verhältnissen beim Anlassen, insbesondere beim Kaltstart;

c) von den Verhältnissen unmittelbar nach dem Start (Wannlaufenlassen des Motors);

d) von den Verhältnissen bei starker Beschleunigung (plötzliches Durchtreten des Gaspedals).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, bei der der Hebel mittels einer kalibrierten Ventimadel die Größe des Austrittsquerschnitts eines Überströmventils und damit den Brennstoffdruck in einer Verteilerkammer regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerkammer (78) im wesentlichen zylindrische Gestalt hat, wobei sich an ihrem einen Ende der Brennstoffeinlaß (90) mit einem Rückschlagventil (86) und an ihrem ande-

ren Ende ein Auslaß (82) für das Nadelventil (92) befindet und die Brennstoffeinspritzleitungen (84) quer zur Zylinderachse abzweigen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerkammer (78) im wesentlichen zylindrische Gestalt hat, wobei sich an ihrem einen Ende der Brennstoffeinlaß (90) mit einem Rückschlagventil (86) und an ihrem anderen Ende ein Auslaß (82) für die Ventilnadel (92) befindet und die Brennstoffeinspritzleitungen (84) quer zur Zylinderachse abzweigen.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzleitungen (84) rings um die Verteilerkammer (78) in einer gemeinsamen Ebene liegend mit gleichem Abstand voneinander radial angeschlossen sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 2 b, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnet (122) in den Anlasserstromkreis geschaltet ist, der beim Anlassen des Motors über einen Hebel (124) und ao Kolben (123, 125) den Anlenkpunkt des zweiarmigen Hebels (97) in Ventilschließrichtung bewegt.

7. Einrichtung nach Anspruch 2 b und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnet (130) in den Anlasserstromkreis geschaltet ist, der beim Anlassen des Motors ein Ventil (126) öffnet, durch das Brennstoff unter Umgehung der Einspritzpumpe (40) in die zur Verteilerkammer (78) führende Leitung (46) gefördert wird.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzanlage beide Anreicherungsvorrichtungen gleichzeitig besitzt.

9. Einrichtung nach Anspruch 2c und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Temperatur des Motors ansprechende Bimetallfeder (132) über einen einstellbaren Zapfen (104) das Nadelventil (92) im Auslaß (82) der Verteilerkammer (78) im Sinne einer Brennstoffanreicherung während der Warmlaufzeit des Motors bewegt.

10. Einrichtung nach Anspruch 2d, dadurch gekennzeichnet, daß das Nadelventil (92) über ein Gestänge (124) mit der Motordrosselklappe verbunden ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Gestänge (124) ein Luftpuffer zwischen zwei Kolben (123, 125) vorgesehen ist und die Durchmesser dieser Kolben so bemessen sind, daß die eingeschlossene Luft kontinuierlich entweichen kann.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (87) vorgesehen ist, das bei hohem Einlaßvakuum (Lastumkehr) die gesamte von der Einspritzpumpe (40) gelieferte Brennstoffmenge über eine Überströmleitung (93 a) zum Brennstoffbehälter (36) ableitet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 712 708, 900 637;
britische Patentschriften Nr. 562 664, 719 077;
USA.-Patentschrift Nr. 2 611595.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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