DE1776003A1

DE1776003A1 - Brennstoffzufuehrsystem fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1776003A1
Application number: DE19681776003
Authority: DE
Inventors: Jackson Harold Ernest
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-09-04
Filing date: 1968-08-31
Publication date: 1970-10-22
Also published as: ES357827A1; FR1578681A; CH481309A; US3685503A; AT291683B; GB1229914A; SE349633B; NL6812527A; BE720393A

Description

Beschreib ung

zum Patentgesuch

der Fa- Petrol Injection Limited und Harold Ernest Jackson, Valley Road, Plympton, Plymouth, Devon, England bzw. . "Panorama" Vicarage Road, Plympton. St. Mary. Devon« England

betreffend:

Brennstoffzuführsystem für Brennkraftmaschinen,

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzufuhrsystem für Brennkraft ms chinen und ist besonders, jedoch nicht ausschließlich, für Brennkraftmaschinen geeignet, die mit Benzin als Brennstoff arbeiten und in Fahrzeugen, wie z. B-. Kraftwagen, Verwendung finden.

Eine Schwierigkeit beim Betrieb derartiger Brennkraftmaschinen besteht darin, daß die Gaseintrittsgeschwindigkeit im Teillastbereich bei solchen Maschinen gering ist, so dass das Kraftstoff- Luftgemisch ungleichmäßig ist, was zu einem unwirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch führt und auch unerwünschte Bestandteile, wie . z.B. Kohlenmonoxyd und unverbrannte Kohlenwasserstoffe, in den Abgasen der Maschine zur Folge hat.

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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeit zu verringern.

Ein Brennstoffzuführsystera für Brennkraftmaschinen mit einer Anzahl von Ansaugrohren, die an die Einlassöffnungen der Maschine angeschlossen sind, und mit einer Anzahl von Einrichtungen für die gesonderte Zufuhr von Brennstoff zu den entsprechenden Ansaugrohren, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch erste Einrichtungen für die Regulierung des an dem Einlass zu den Ansaugrohren wirksamen Gasstroms, durch ein weiteres Rohr mit verhältnismäßig geringem Querschnitt, ferner durch gt Gasfluß- Reguliereinrichtungen, die den Gasstrom in dem weiteren Rohr beeinflussen, durch Einrichtungen für die Brennstoffzufuhr in das weitere Rohr, das seinerseits ebenfalls an die Einlassöffnungen der Masehiaa angeschlossen ist, und durch eine solche Verbindung der ersten und der weiteren Reguliereinrichtungen, daß bei Arbeit der Maschine mit geringer Kraft der gesamte Gasstrom durch das weitere Rohr geht, und dass bei höheren Belastungen die erste Reguliereinrichtung Gas in die Ansaugrohre eintreten lässt.

Weitere Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen

Pig, 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Brennstoffzuführsystems gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Lage der

Einzelteile des in Pig, I gezeigten Ausführungsbeispiels an einem Vierzylindermotor,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Kraftstoff-Zufuhr- Kontrolleinrichtungen für das in Fig. ι und 2 gezeigte System und

Fig. ty eine Einzelheit des in Fig. 1-3 gezeigten Brennstoff zuführsystems. 0098 A3/0887

In Pig. 1 1st mit 1 eine Einlassungsöffnung im Zylinderkopf 2 einer Brennkraftmaschine bezeichnet. Ein Ansaugrohr 3 ist mit der öffnung· 1 ausgerichtet und an dieser unter Zwischenschaltung einer Dichtung 4, beispielsweise mittels Bolzen oder Stiftschrauben, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, angebracht. Das Rohr 3 ist an eine Füll- oder Luftkammer 5 angeschlossen, die mehreren Einlassrohren gemeinsam ist. Obgleich lediglich ein Einlassrohr 3 in Pig. I gezeigt ist, versteht es sich, daß im allgemeinen einige Einlassrohre vorgesehen sind, und möglichst jedem Zylinder der MaschiHB wird jeweils ein Einlassrohr zugeordnet sein. Das Einlassrohr 3 ist mit einer Einspritzdüse 6 versehen, die mittels einer flexiblen Kraftstoffleitung 7 an eine Kraftstoffpumpe und an ein Regulierventil, die beide in Fig. 1 nicht dargestellt sind, angeschlossen ist.Jedes Einlassrohr 3 ist mit einer gesonderten Einspritzdüse 6 versehen, die an die Kraftstoffpumpe und das Regulierventil angeschlossen ist.

Die Füll- oder Luftkammer 5 ist mit einem Haupt- Lufteinlassrohr 8 versehen, das entweder eine direkte Verbindung zu der Atmosphäre oder durch geeignete Luftfilter hindurch herstellt. Das Rohr 8 enthält eine erste und eine zweite Drosselklappe 9 bzw. Io herkömmlicher Bauart, die jedoch auch in einer anderen geeigneten Form ausgebildet sein können. Zwischen den Drosselk]4>pen 9 und Io befindet sich ein Rohrabschnitt 11 mit einer seitlichen öffnung 12, die durch ein Rohr 13 an eine LängskanalanOrdnung 14 angeschlossen ist, die sich entlang der Luftkammer 5 erstreckt. Einstückig mit der Kanalanordnung 14' ist eine Rohrleitung 15 ausgebildet, die mittels einer oder mehrerer öffnungen 16 an die Kanalanordnung 14 angeschlossen ist und die Auslassöffnungen 17 aufweist, die sich mit ähnlichen öffnungen 18 in den Seit enwandungen der Einlassrohre 3 decken. Die Kanalanordnung 14 ist mit dem Auslassrohr 19 so verbunden, daß sie mit diesem in gutem Wärmekontakt steht. In Fig. 1 deuten zwei gestrichelt gezeichnete konzentrische Kreise eine weitere Einspritzdüse 2o an, die zum Einspritzen oder Eindüsen von Kraftstoff in den durch das Rohr 13 in die

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Kanalanordnung 14 strömenden Luftstrom vorgesehen Ist.

Die Arbeitsweise der in Pig. I gezeigten Anordnung sei in folgendem beschrieben , wobei von der Schließstellung beider Drosselklappen 9 undlo ausgegangen wird. Auf dieser Arbeitsstufe öffnet anfangs lediglich die Drosselklappe 9/ und nachdem diese bis zu einem vorbestimmten Maß geöffnet ist, führt ein weiteres öffnen der Drosselklappe 9 dazu, daß die Drosselklappe Io öffnet, und zwar mit einer größeren Geschwindigkeit als die Drosselklappe 9, so dass, wenn die Drosselklappensteuerung voll geöffnet ist auch beide Drosselklappen 9 und Io in ihre vollständige Öffnungsstellung gelangt sind. Anfangs strömt deshalb, während lediglich die Drosselklappe 9 geöffnet ist, Luft In den Rohrabschnitt 11 und wird, da die Drosselklappe Io geschlossen ist, durch das Rohr 13 in die Kanalanordnung 14 geleitet, die ihrerseits durch Wärmeübergang von dem Auslass- oder Auspuffrohr 19 erhitzt ist. An dem Ende der Kanalanordnung 14, an dem die Luft aus dem Rohr 13 in die Kanalanordnung Ik einströmt, wird Kraftstoff mittels der Einspritz- oder Eindüsvorrichtung 2o eingespritzt bzw,, elngedüst, und dieser Kraftstoff wird in der erhitzten Luft und bei Berührung mit den Wandungen der Kanalanordnung Ik verdampft und bildet ein Kraftstoff- Luftgemisch von Im wesentlichen einheitlichen Anteilen. Das Kraftstoff- Luftgeratech tritt durch die öffnung 16 in die Rohrleitung 15 ein und strömt von dort durch öffnungen 17 und 18 in das Einlassrohr 3» von dem es In die Einlassöffnung 1 der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Ein ähnliches Kraftstoffluftgemisch wird über die anderen Ansaugrohre in die anderen Einlassöffnungen der Brennkraftmaschine zugeführt.

Wird die Drosselklappe 9 welter geöffnet, so wird ein zunehmendes Luftvolumen entlang dem Rohr 13 und in einer solchen Weise zugeführt, daß die Maschine mehr Kraft in der üblichen Weise entwickeln kann. Sobald die Drosselklappe 9 eine vorbestimmte Öffnungsstellung erreicht hat, beginnt auch die Drosselklappe Io zu öffnen, und ein weiteres öffnen der Drosselklappe 9

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führt zu einem größeren öffnen der Drosselklappe Io. Die Luft kann nun in die Füll- oder Luftkammer 5 strömen, und auf-grund des geringeren Luftströmungswiderstandes wird ein Luftanteil in das Ansaugrohr 3 über die Füll- oder Luftkammer 5 strömen, der im Verhältnis größer ist als die über das Rohr 13 strömende Luftmenge. Weiteres öffnen der Drosselklappen 9 und Io führt zu einem beinahe vollständigen Aufhören des Luftstromeß durch das Rohr 13» so dass nahezu die gesamte Luft in die Luftkammer 5 strömt und dann in das Ansaugrohr 3 und die anderen Ansaugrohre.

Die durch die Einspritzeinrichtungen 6 und 2o einge-

düste Kraftstoffmenge wird in bekannter Weise in Abhängigkeit M von den Offenstellungen der Drosselklappen Io bzw. 9 reguliert mit der Ausnahme, daß bei abnehmendem Luftstrom in dem Rohr 13 mit zunehmendem öffnen der Drosselklappe Io die durch die Qfee 2o eingedüste Kraft stoffmenge entsprechend dem öffnen der Drosselklappe Io verringert wird.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Auslegung der Einzelteile für ein Brennstoffzuführsystem, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde, für eine Vierzylindermaschine. In Fig. 2 hat der Zylinderkopf 21 der Maschine vier Einlassöffnungen, an die Einlass- oder Ansaugrohre 22, 23 , 24 bzw. 25 angeschlossen sind, die mit ihrem anderen ^ Ende mit einer Füll- oder Luftkammer 26 in Verbindung stehen. ™ Die Ansaugrohre 22- 25 sind mit entsprechenden Einspritzdüsen 27 ,28, 29 und 3o ausgestattet zum Eindüsen von Kraftstoff in den Luftstrom. Die Auslass- oder Auspuffrohre 31,32,33 und 3¹J sind an entsprechende Auslassöffnungen in dem Zylinderkopf 21 angeschlossen, und eine Kanalanordnung 35 i3t so angeordnet, daß sie in gutem Wärmekontakt mit diesen Rohren steht. Die Kanalanordnung 35 ist durch ein Rohr 36 an das Haupt- Luftansaugrohrvangeschlossen, das die Luft zu der Luftkammer 26 zuführt. Das Rohr 36 1st an dae Haupt- Luftansaugrohr 37 zwischen ersten und zweiten Drosselklappen 38 und 39 angeschlossen.

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Eine weitere Kraftstoff-Einspritzdüse 4ο ist an dem Ende der Kanalanordnung 35 vorgesehen, wo das Rohr 36 in die Kanalanordnung 35 mündet, öffnungen 41,42,43 und 44 verbinden die Kanalanordnung 35 mit den Ansaug- oder Einlassrohren 22,23,24 bzw. 25 für den Durchtritt des erhitzten Kraftstoff- Luftgemisches, das so, wie oben unter Bezugnahme auf Fig, I beschrieben, gebildet worden ist.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Regulierung der Kraftstoffzufuhr für das in Fig. 2 an einer Vierzylindermaschine gezeigte Kraft stoffzufuhrsystem. In Fig. 3 tragen Einzelteile, die denen in Fig. 2 entsprechen, die gleichen Bezugszeichen wie in dieser Zeichnungsdarstellung. Der Kraftstoff, beispielsweise Benzin, wird von einem geeigneten Vorratsbehälter durch eine Leitung 5o in das System zugeführt, wo eine Pumpe 51, die elektrisch oder mechanisch von der Maschine angetrieben sein kann, den Kraftstoff in dem Rest des Systems unter Druck setzt. Der unter Druck gesalzte Kraftstoff wird durch eine Leitung 52 zu einem Regulierventil 53 gefördert, das mechanisch mit der zweiten Drosselklappe 39 gekuppelt ist. Der regulierte Kraftstoffzufluss wird dann entlang der Leitung 54 zu einer Verteil einrichtung 55 gefördert, die durch entsprechende flexible Leitungen 56,57,58 und 59 an die Einspritzdüsen 27,28,29 und angeschlossen ist. Die Verteileinrichtung 55 dient dazu, den Kraft stoffluss durch die vier Einspritzdüsen 27 bis 3o zu vergleichmäßigen. Der unter Druck gesetzte Kraftstoff strömt auch von der Pumpe 51 entlang einer Leitung 6o zu einem zweiten Regulierventil 61 , das mechanisch mit beiden Drosselklappen

38 und 39 gekuppelt ist. Der zugemessene Kraftstoffzufluß von dem Ventil 6l wird entlang einer flexiblen Leitung 62 zu der Einspritzdüse 4o am Ende der Kanalanordnung 35 gefördert.

Während die mechanische Kupplung des Ventils 53 mit der Drosselklappe 39 nach bekannten Prinzipien folgen kann, ist die Kupplung des Regulierventils 61 an beide Drosselklappen 38 und

39 komplexer. Die Kupplung der Drosselklappe 38 an die Einrich tung 61 ist insofern ähnlich derjenigen des Ventils 53 an die

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Drosselklappe 39, als die Kraftstoffzufuhr zu der Einspritzdüse ko mit zunehmender öffnung der Drosselklappe 38 gesteigert wird, wobei die Steigerungsrate z.B. durch eine geeignete Kurvenscheibe reguliert wird. So wie die Drosselklappe 39 öffnet, muß jedoch die Kraftstoffzufuhr zu der Einspritzdüse 4o reduziert werden, da der Luftstrom über die Düse 4o verringert wird, wenn die Drosselklappe 39 progressiv geöffnet wird. Eine zweite Kurvenscheibe geeigneter Form kann für diese Steuerung verwendet werden.

Es sei nun auf Fig. 4 Bezug genommen, wo wiederum die in Fig, 3 verwendeten Bezugszeichen für diejenigen Einzelteile benutzt werden, die auch in Fig. 3 erscheinen. In Fig.¹! ^ ist ein Beispiel einer mechanischen Kupplung zwischen der ™

erst Qi Drosselklappe 38 und der zweiten Drosselklappe 39 gezeigt. Wie in den vorhergehenden Beispielen sind die Drosselklappen 38 und 39 als sogenannte Flügelventile gezeigt, die auf Wellen 7o bzw. 71 angebracht sind. Auf der Welle 7o ist ein Arm 72 angebracht, der durch ein Zugseil 73 beispielsweise mit dem Gaspedal eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. An dem von der Welle 7o entfernten Ende des Armes 72 ist ein Stift 7²J vorgesehen, der entlang einem Schlitz 75 in dem Verbindungsglied 76 frei gleiten kann. Das andere Ende des Verbindungsgliedes 76 ist an dem Stift 77 an einem zweiten Arm 78 , der an der Welle 71 angebracht ist, schwenkbar gelagert. Der Arm 78 ist kürzer als der Arm 72. M

Wenn sich die in Fig. 2 gezeigte Anordnung in Betrieb befindet, zieht das Zugseil 73, wenn das Gaspedal progressiv niedergedrückt wird, den Arm 72 nach rechts, wodurch dieser mit der Welle 7o im Uhrzeigersinn verschwenkt wird, so dass die Drosselklappe 38 öffnet. Wenn der Stift 7¹* das rechtsseitige Ende des Schlitzes 75 erreicht, wird das Verbindungsglied 76 nach rechts bewegt, so dass die Drosselklappe 39 durch Verschwenken des Armes 78 geöffnet wird. Die gegenseitigen Längen der Arme 72 und 78 sind unter Berücksichtigung der Länge des Schlitzes 75 so aufeinander abgestimmt, daß

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bei völlig geöffneter Drosselklappe 38 auch die Drosselklappe 39 vollständig geöffnet ist.

Es versteht sich , daß aus der vorstehenden Beschreibung viele Einzelteile, die nicht unmittelbar zur Beschreibung der Erfindung beitragen, fortgelassen worden sind, wie z.B. keine Befestigungsmittel zwischen den verschiedenen Teilen gezeigt sind, keine Federn zum Schließen der Drosselklappen , und wie auch die sonst sichtbaren zusätzlichen Teile der in Pig· 3 gezeigten Maschine zur besseren Klarheit weggelassen worden sind. Außerdem lässt sich die Erfindung selbstverständlich auf Ma schinen mit jeder Anzahl von Einlassöffnungen anwenden.

Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf ein System beschrieben worden ist, in dem eine Zusatz- Kraftstoffzufuhr für kleine Drosselklappen- Öffnungsstellungen eine erhitze Kanalanordnung benutzt, ist es nicht unbedingt erforderlich, daß diese Kanalanordnung erhitzt oder erwärmt wird,denn die erhöhte Luftgeschwindigkeit entlang den relativ engen Luftwegen des Zusatz-Kraftstoffzufuhrsystems führt bereits selbst zu einer verbesserten Durchmischung von Luft und Kraftstoff, so dass die Erhitzung der Kanalanordnung In bestimmten Anwendungsfällen nicht notwendig sein kann. Obgleich in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Kanalanordnung durch Auspuffgas erhitzt wird, können natürlich a^ch andere Heizeinrichtungen Verwendung finden, z.B. eine elektrische Beheizung oder ein Wassermantel, durch den die Kühlflüssigkeit der Maschine zirkuliert.

In einer abgewandelten Ausfuhrungsform der Erfindung kann die Zusatz-Kraftstoffzufuhr mittels eines Vergasers an Stelle einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, wie oben beschrieben, erfolgen.

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Claims

Patentansprüche

1. Brennstoffzuführsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Anzahl von Ansaugrohren, die an die Einlassöffnungen der Maschine angeschlossen sind, und mit einer Anzahl von Einrichtungen für die gesonderte Zufuhr von Brennstoff zu den entprechenden Ansaugrohren, gekennzeichnet durch erste Einrichtungen ( lo,39)für die Regulierung des an dem Einlass zu den Ansaugrohren (3,41,42,43,44) wirksamen Gasstroms, durch ein weiteres Rohr (13, 14,35,36) mit verhältnismäßig geringem Querschnitt, ferner durch Gasfluß-Reguliereinrichtungen (9,38), die den Gasstrom in dem weiteren Rohr beeinflussen, durch Einrichtungen (2o,4o) für die Brennstoffzufuhr in das weitere Rohr, das seinerseits ebenfalls an die Einlassöffnungen der Maschine angeschlossen ist, und durch eine solche Verbindung der ersten und der weiteren Reguliereinrichtungen (9,lo,38,39), daß bei Arbeiten der Maschine mit geringer Kraft der gesamte Gasstrom durch das weitere Rohr (13,14,15,16,1853J 36,35,41,42,43,44) geht, und daß bei höheren Belastungen die erste Reguliereinrichtung (lo,39) Gas in die Ansaugrohre (3,41, ä 42,43,44,) eintreten lässt.

2. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Rohr(l4 , 35) erhitzt ist.

3. Brennstoffzufuhrsystem nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Rohr(14,35) durch heiße Abgase der Maschine erhitzt 1st.

4. Brennstoffzuführsystem nach Älnem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Jede der Anzahl von

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Einrichtungen für die Kraftstoffzufuhr eine Einspritzdüse (6,2o,27,28,29,3o,4o) umfasst , der Kraftstoff unter Druck zugeführt wird.

5. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reguliereinrichtung den Luftstrom in die Ansaugrohre (3,41,42,43,44,) reguliert.

6. Brennstoffzufuhrsystem nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Einrichtung für die Kraftstoffzufuhr eine Einspritzdüse (2o,4o) umfasst, zu der Kraftstoff unter Druck zugeführt wird.

7. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß eine Füll- oder Luftkammer(5,26 ) an die Ansaugrohre (3,41,42,43,44) angeschlossen ist, dai die Luftkammer (5,26) ein Lufteinlassrohr (11,37) aufweist, in dem sich die weitere Reguliereinrichtung befindet, und daß das weitere Rohr (13,36) angeschlossen ist für die Aufnahme von durch die weitere Reguliereinrichtung zugeführter Luft, wobei die Kupplung zwischen der ersten und der weiteren Reguliereinrichtung (9,lo, 38,39) so ist, daß bei geringer Maschinenbelastung lediglich die weitere Reguliereinrichtung (9,38) geöffnet ist, und daß für höhere Maschinenbelastung auch die erste Reguliereinrichtung (lo,39) geöffnet ist.

8. Brennstoffzufuhrsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein gesondertes Elnlass-oder Ansaugrohr( 3,41,42,43,44,) für jede Einlassöffnung der Maschine.

9. Brennstoff zuführsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Rohr( 13,14 15,16,17,18,36,35) an jedes Einlass- oder Ansaugrohr (3,41,42, 43,44) an eher solchen Stelle angeschlossen ist, daß der Strom

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von dem weiteren Rohr in die Ansaugrohre nicht direkt durch die erste Reguliereinrichtung (lo,39) kontrolliert wird.

10. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 5 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Einrichtungen für die Kraftstoffzufuhr Kraftstoff in einer Menge erhält, die abhängt von der Stellung der ersten Reguliereinrichtung. (lo,39).

11. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Einrichtung (20,¹Io) für die Zufuhr von Kraftstoff diesen in einer Menge erhält, die abhängt von den Stellungen sowohl der ersten (lo,39) als auch der weiteren Regullereinrichtungen (9,38).

12. Brennstoffzuführsystem nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff Benzin ist.

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