DE1601419A1

DE1601419A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE1601419A1
Application number: DE19681601419
Authority: DE
Inventors: Jacques Bassot; Louis Monpetit
Original assignee: Societe des Procedes Modernes dInjection SOPROMI
Current assignee: Societe des Procedes Modernes dInjection SOPROMI
Priority date: 1967-02-22
Filing date: 1968-02-21
Publication date: 1971-07-08
Also published as: SE330635B; ES354454A3; FR1522293A; GB1168023A; US3516395A

Description

zur Patentanmeldung

SOCIETE DES PROCEDES"MODEHHES -D»INJECTIOF SOPROMI 103, Avenue du Mareehal FOCH,; 78 - LES MUREAUX (Yvelines),

Frankreich

■betreffend

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungsmotoren

Es ist bereits bekannt, elektromagnetische Einspritzdüsen zu verwenden, um Kraftstoff in VerbrennungsmOtorei ι einzuspritzen.

Jedoch erwies es sich insbesondere bei Dieselmotoren als notwendig^ ziemlich große Kraftstoffmengen unter hohem Druck und sehr hoher Geschwindigkeit einzuspritzen, wobei ein geringer Gesamtdurchmesser beibehalten werden muß, der den im allgemeinen sehr engen durch die Einströmungsöffnung der Verbrennungskammer- bedingten Grenzen entspricht.

Tatsächlich ist der zulässige Hub eines Ventils, das von einem Elektromagneten gesteuert wird, begrenzt. Hin-. sichtlich eines gegebenen Einspritzdruckes variiert deshalb

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die Abgabemenge als eine einfache lineare Funktion vom Ventildurchmesser, während der hydrostatische Druck aus einer Kraft resultiert, die sich mit dem Quadrat dieses Durchmessers ändert. Folglich ändert sich der G-esamtdurchmesser einer" Einspritzdüse dieser Art praktisch im Verhältnis zu seiner Abgabemenge, da die Anziehungskraft eines Elektromagneten zu den gegenüberliegenden Flächen proportional ist. Infolgedessen kann ein System dieser Art in der Praxis nicht auf Motoren abgestimmt werden, die ursprünglich nicht für eine solche Verwendung bestimmt sind.

Es ist ebenfalls bekannt, elektromagnetische Schiebeventil-Einspritzdüsen zu verwenden, um die vorgenannte Schwierigkeit zu überwinden. Solche Einspritzvorrichtungen haben jedoch den doppelten Hachteil, daß sie eine beträchtliche Verschiebung des beweglichen Teiles des Schiebeventile s erfordern, was beträchtliche Verzögerungen mit sich bringt. Dazu kommt noch, daß eine solche Einspritzvorrichtung eine beträchtliche Flüssigkeitsmenge zwischen der Öffnung des Einspritzers und dem Steuer-Schiebeventil benötigt, wodurch die Einspritzung und die Verbrennung merklich gestört werden.

Schließlich, ist bekannt, daß die Dosier-Einspritzpumpen, die dazu dienen, Kraftstoff unter hohem Druck einzuspritzen, hinsichtlich des kleinen Drehungswinkels

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'der Kurbelwelle eines Dieselmotors extrem teuer sind, und daß es schwierig ist* sie zu bauen und in einem einwandfreien Betriebszustand zu erhalten«

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorerwähnten Schwierigkeiten zu überwinden und ein elektronisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren zu schaffen, das in Kombination eine Kraftstoffpumpe mit konstantem Druck und eine oder mehrere Einspritzvorrichtungen umfaßt. Jede Vorrichtung besteht aus einem Zylinder mit /"--verhältnismäßig kleinem Durchmesser und dem zugehörigen Kolben, der einerseits mit einer oder mehreren Einspritzdüsen und andererseits über ein Rückschlagventil und ein Elektroventil mit der erwähnten Pumpe verbunden ist und außerdem einen Zylinder mit größerem Durchmesser umfaßt, der koachsial mit dem kleinen Zylinder angeordnet ist, wobei der große Zylinder mit einem Kolben versehen ist, dessen eine "Fläche am kleinen Kolben anliegt. Eine zusätzliche Verbindung wird durch ein Dreiwegeventil zwischen der . ■ \ erwähnten lumpe und der Kammer hergestellt, die von der anderen Fläche des großen Kolbens und dem gesehlossehen Ende des großen Zylinders gebildet wird. Das Dreiwegeventil wird synchron mit der Rotation des Motors betätigt, um ■ die Kammer des großen Zylinders mit der Pumpe oder mit lern Kraftstoffbehälter abwechselnd zu verbinden. Schließlich ist eine elektronische Steuervorriehtung für das Elektro,-

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ventil vorgesehen und so gesteuert, daß das Elektroventil während der Zeitspanne offen gehalten wird, die nötig ist, um die einzuspritzende Kraftstoffmenge in den kleinen Zylinder einzuführen* Diese Zeitspanne kann durch die elektronische Vorrichtung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors variiert werden. In dieser Zeit ■ steht der große Zylinder mit dem Kraftstoffbehälter in Verbindung^ während jede Einspritzung in dem Moment stattfindet, in dem das Dreiwegeventil die Zuführung von unter Druck stehendem Kraftstoff von der Pumpe zum großen Kolben zuläßt, der demzufolge den kleinen Kolben nach unten stößt. Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß eine Pumpe 2 bei relativ niedrigem Druck die Einspritzflüssigkeit aus dem Kraftstoffbehälter 1 herauspumpt. Diese Pumpe 2 hat keinerlei Dosier- bzw. Zumeßfunktion. Die Flüssigkeit wird einerseits zu einem Elektroventil 3 bekannter Ausbildung und andererseits bei 10a zu einem Dreiwegeventil und schließlich zu einem Druckregelventil 13 geleitet, welches die überschüssige fördermenge wieder in den Vorratstank 1 zurückleitet. Pur gewisse Verwendungszwecke kann ein hydraulischer Druckspeicher (der nicht in den Zeichnungen dargestellt ist) an eine Sieile der gemeinsamen

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Verbindung zwischen Pumpe 2, Elektroventil 3> Dreiwegeventil 10 und Druckregelventil 13 angeschlossen werden. Die Auslassöffnung 10b des Dreiwegeventils 10 ist mit dem Kraftstoffbehälter 1 verbunden. Die untere Abflussöffnung des Electro vent ils 3 steht über ein Rückschlag- ■ "' ' ventil 4 mit einem Zylinder 6 in Verbindung, in dem ein Kolben 5 verschiebbar gelagert ist. Dieser Zylinder hat eine weitere Öffnung 14, die mit der eigentlichen Einspritzdüse verbunden ist. -~» -.-..- ™

Außerdem ist ein Kolben 7, der über dem Kolben 5 ■ angeordnet ist, verschiebbar in einem Zylinder S gelagert, --■ dessen obere Kammer mit dem Einlaß 10c des Dreiwegeventils verbunden ist und eine Feder 9 von geringer Kraft aufweist, die die Kolben 7 und 5 in Anlage aneinander halt.

Die Kammer 15, die zwischen den Zylindern 6 und 8 gebildet ist, ist über eine Bohrleitung 11 mit dem Kraftstoffbehälter verbunden. Diese Kammer nimmt die Leckverluste zwischen"dem Zylinder 8 und dem Kolben 7 und zwischen dem Zylinder'#"UM dem Kolben 5 auf. Die Öffnung der Rohrleitung" 11 ist so angeordnet, daß sie, sobald-4er große Kolben 7 das Ende seiner Abwärtsbewegung erreicht, verschlossen wird, wodurch eine hydraulische Sperre geschaffen wird. '":

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Das Ventil 3 wird elektrisch, gesteuert mittels einer elektronischen Vorrichtung 12 bekannter Art.

Der Arbeitsvorgang bei einem Einzylindermotor vollzieht sich wie folgt:

Der Motor betätigt· einerseits die Pumpe 2 und andererseits entweder direkt im Falle eines Zweitaktmotors oder mit halber Drehzahl im Falle eines Viertaktmotors das fe Dreiwegeventil 10, das abwechselnd 10a und 10b mit 10c verbindet und schließlich eine nicht dargestellte elektrische Vorrichtung, die dazu dient, die elektronische Vorrichtung im richtigen Augenblick auszulösen.

Es wird angenommen, daß der Beginn einer Periode so gewählt ist, daß der kleine Kolben 5 in diesem Moment in seiner tiefsten Lage ist (wie in der Zeichnung gezeigt), unmittelbar nach Beendigung einer Einspritzung. Die Vorrichtung 12 bewirkt das Öffnen des Elektroventils 3 während fe einer Zeitspanne, die von der elektronischen Vorrichtung in Abhängigkeit von den augenblicklichen Betriebsbedingungen des Motors bestimmt bzw. berechnet wird. ¥ährend dieser Zeit wird als Folge der Stellung des Dreiwegeventils, durch welches eine Verbindung zwischen 10a 'und 10b hergestellt wird, und infolge des von der Pumpe 2 gelieferten Flüssigkeitsdrucks die Flüssigkeit, welche durch das Elektroventil3

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und das Rückschlagventil 4fließt, in den Zylinder' 6 gedrückt, IM die Kolben 5 und 7 nach oben zu bewegen. Falls der Injector bzw. die Einspritzdüse, welche mit der Öffnung 14 verbunden ist, für einen Drück ausgelegt ist, der hoher als der von der Pumpe 2 entwickelte Druck ist, ist der Durchfluß durch diese Öffnung gleich null. Wenn sich das Elektröventil 3unter der Wirkung der elektronischen Vorrichtung 12 wieder schließt, ist daher eine auf elektrischem Wege dosierte Kraftstoffmenge in den Zylinder 6 unterhalb des Kolbens 5eingeführt worden. Da die Öffnungen 1Oe und IQb weiterhin miteinander in Verbindung stehen, ist der Druck gleich dem Druck im Kraftstoffbehälter, der durch den Druck der Feder 9 ganz geringfügig erhöht wird. In dem Moment, in dem die Verbindung zwischen 10b und 10c durch die Betätigung des Dreiwegeventils 10 unterbrochen und stattdessen eine Verbindung zwischen 10c Und 10a geschaffen wird, wobei _t falls erforderlich, die beiden Vorgänge durch eine beträchtliche Zeitspanne getrennt sein können, wirkt der von der Pumpe' 2 entwickelte Druck auf den Kolben 7 ein und presst die vorher abgemessene bzw. dosierte Flüssigkeit durch die Öffnung 14 aus. In der Hat übersteigt nun der Drück der Flüssigkeit denjenigen der Pumpe 2 um ein Vielfaches entsprechend dem DUrchffiesserverhältnis der Kolben 7 Tirid 5. Folglich wird die Einspritzung sehr schnell unter hohem DrUck durchgeführt.

Wenn der Kolben 7 durch die Wirkung einer bereits vorstehend erwähnten hydraulischen (oder mechanischen) Sperre angehalten wird, ist die Einspritzung, "beendet, und. der Zyklus kann wiederholt werden»

Es. ist er/sichtlich, daß die Zeit des Durchflusses durch das Elektroventil beträchtlich länger als die Einspritzdauer/ sein kann; tatsächlich, kann die Zeit,, die für die Einfüliung des Zylinders 6 "bestimmt ist,, Yiel länger- sein, als die Bauer der Einspritzang selbst.

Es ist ebenso ersichtlich, daß die Kolben 5 und 7 eine geringe Sesamtgröße haben und z.B. einen !Durchmesser von 6 bzw. 12 mm aufweisen können und in der Halterung der Einspritzdüse gelagert sein können, so daß der Abstand zwischen dem Zylinder 6 und der Einspritzdüse sehr klein ist und ein Rückprall der Einspritznadel praktisch unmöglich ist.

Falls die Torrichtung bei Mehrzylindermaschinen angewendet wird, sind verschiedene Anordnungen möglich.

Gemäß den Abänderungen, die offenbar bei dem Dreiwegeventil gemacht werden müßten, könnte auch im Einspritzsystem ein Verteiler vorgesehen werden, der zwischen der Auslaßöffnung 14 und den verschiedenen Einspritzdüsen eingesetzt wird. Es ist auch möglich, in jeder Düsenhaiterung eine Einspritzvorrichtung 5, 6, 7, 8 zu verwenden und gleichfalls ein Rückschlagventil 4 einzubauen und eine der Anzahl

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der Zylinder entsprechende Zahl von elektromagnetischen Ventilen zu benützen. Jedoch kann man den erzielten Zeitgewinn nutzbringend verwenden bei Benutzung nur eines einzigen Elektroventils 3. In diesem iall wird ein ÜTiederdruekverteiler zwischen dem Elektroventil 3 und den verschiedenen Düsenhalterungen angeordnet. -

Wie ersichtlich ist, liegt es im Bahmen der vor- ^ liegenden Erfindung, eine besondere Druckquelle-"für den Antrieb des großen Kolbens 7 vorzusehen, wie z.B. Grase, die innerhalb der Zylinder des Motors komprimiert werden. In diesem Pail ist der große Zylinder 8 direkt mit dem Zylinder des Motors verbunden und die Einspritzung erfolgt, wenn der Druck im Zylinder des Motors groß genug ist, um den großen Kolben 7 und den kleinen Kolben 5 zu verschieben.

Alle in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale und Angaben werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht. *

- Ansprüche -

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Claims

Ansprüche
(wörtliche Übersetzung)

1. Elektronisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß es in Kombination die folgenden Merkmale umfaßt:

a) eine^Kraftstoffpumpe (2) mit konstantem Druck und eine oder mehrere Einspritzvorrichtungen, von denen jede aus einem Zylinder (6) mit relativ kleinem Durchmesser und einem zugehörigen Kolben (5) besteht, der einerseits mit einer oder mehreren Einspritzdüsen und andererseits durch ein Rückschlagventil (4) und ein Magnet- bzw« Elektroireotil (j5) mit der Pumpe (2) verbunden ist und außerdem einen Zylinder (8) mit größerem Durehmesser umfaßt, der koachsial zum kleinen Zylinder (6) angeordnet ist, wobei der große Zylinder (8) mit einem Kolben (7) ausgestattet ist, dessen erste Stirnfläche am kleinen Kolben (5) angreift, wobei zusätzlich eine Verbindung zwischen der Kammer, die von der zweiten Stirnfläche des großen Kolbens (7) und dem geschlossenen Ende des großen

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Zylinders (8) und einer Druekquelle geschaffen wird und '* .

b) eine- .elektronische Steuerung (12) für das ventil (5)» die so eingestellt ist, daß das Elektroventil (3) während'der Zeitspanne offengehalten wird, die notwendig ist, um die mit Hilfe" ■-*" de~r' elektronischen Steuerung (12) nach den Betrietos- ;-- - bedinguligen des. Motors variierbare Kraftstoff-Einspritzmenge in den kleinen Zylinder (6) eiiazu- ·-. fuhr ein'" wobei v/ährend dieser Zeitspanne der gröiße Zylinder (8) nicht unter Druck steht und die Einspritzung in dem Augenblick stattfindet, indem der von der Druekquelle ausgehende Druck gröS genug ist, um den großen und den kleinen Kolben (5*7} zn-' verschieben. .

2. Kraftstoffeinspritzsystera nach Anspruch 1, dadiareh .g-e k e n_v ή ze ic h η e t ₃. daß als Druekquelle die komnriinierien'"Gase innerhalb der Zylinder des Motors dienen, wobei diese*'Zylinder mit dem großen Zylinder (8) der jewelllgen Einspritzvorrichtung verbunden sind.

•5.' Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 dadurch -,g e k* e η η ζ e i c-:h η e t> i- daß die Pumpe (2) als Druekquelle dient,_:wobei über ein Dreiwegeventil |10) eine" ITerbindung konstahten Druckes zwischen' der Pumpe (2) und der

• von der zweiten Stirnfläche des großen Kolbens (7) und dem geschlossenen Ende des großen Zylinders (8) gebildeten Kammer hergestellt ist und das Dreiwegeventil (10) synchron mit der Rotation des Motors so gesteuert wird, daß die Kammer des großen Zylinders (8) abwechselnd mit der Pumpe (2) oder dem Kraftstoffbehälter (l) verbunden ist und die elektronische Steuervorrichtung (12) für das Elektroventil (j5), so eingestellt ist, daß das Elektroventil (j5) während der Zeitspanne offengehalten wird, die notwendig istj um die mit Hilfe der elektronischen Steuervorrichtung (12) nach den Betriebsbedingungen des Motors variierbare Kraftstoff-Einspritzmenge in den kleinen ZyI in-, der (6) einzuführen, wobei während dieser Zeitspanne der große Zylinder (8) mit dem Kraftstoffbehälter (1) verbunden ist, während jeweils eine Einspritzung in dem Augenblick stattfindet, in dem das Dreiwegeventil (10) die Zuführung von unter Druck stehendem Kraftstoff von der Pumpe (2) zum Kolben (7) freigibt, der infolgedessen den kleinen Kolben (5) nach unten stößt.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß ein Verteiler zwischen der Einspritzvorrichtung und den Einspritzdüsen der Zylinder des Motors vorgesehen ist, derart, daß in der Reihenfolge der Zündung der Zylinder eine Verbindung zwischen den Einspritzdüsen und der Einspritzvorrichtung hergestellt wird.

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5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Anzahl der Zylinder entsprechende Zahl von Einspritzvorrichtungen vorgesehen ist, die der Reihe nach von einer gleichen Zahl van Elektroventilen (?) gesteuert werden, wobei das Dreiwegeventil (10) dafür bestimmt ist, die verschiedenen Einspritzvorrichtungen nacheinander und in der Reihenfolge_ der Einspritzung mit der Pumpe (2j oder mit dem Kraftstoffbehälter (l) zu verbinden. ·

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1> dadurch g e k e η η ze i c h η e t , daß eine der Anzahl der Zylinder entsprechende'Zahl von Einspritzvorrichtungen vorgesehen ist, von denen, jede über einen zwischengeschalteten Verteiler in der Reihenfolge der Einspritzungen von einem Elektroventil (;?) gesteuert wird, wobei das Dreiwegeventil die verschiedenen Einspritzungsvorrichtungen nacheinander ■ und in der Reihenfolge der Einspritzungen mit.der Pumpe oder mit dem Kraftstoffbehälter verbindet.

J. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß eine zur Rückführung der Leckverluste dienende Verbindung (11) zwischen dem Raum (15), zwischen dem großen und kleinen Zylinder (6,8) und dem Kraftstoffbehälter (1) vorgesehen ist.

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8. Kraftstoffeinspritzsystein nach Anspruch J, dadurch gekenn-" zeichnet, daß die Ausflußöffnurig für die Flüssigkeit so angeordnet ist, daß der große Kolben (7) diese öffnung im Endpunkt seiner Abwärtsbewegung zur Erzielung einer hydraulischen Arretierung verschließt.

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