DE19519689A1

DE19519689A1 - Druckluftbetriebene DI- oder IDI-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit optionaler Luftunterstützung und Einspritzdüsen ohne bewegliche Mechanik

Info

Publication number: DE19519689A1
Application number: DE19519689A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Ufermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Kraftstoffeinspritzvorrichtungen für Brennkraftmaschinen haben eine große Verbreitung erfahren und werden in vielfältigen Technologien eingesetzt.

Die Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art unterscheidet sich vorrangig von anderen Technologien dadurch, daß zur Druckerzeugung und Abspritzung von Kraftstoffteilmengen keine mechanischen Systeme mehr zum Einsatz kommen sondern Druckluft. So kann die allgemein kurze Zeitspanne zur Gemischaufbereitung insbesondere bei schnellaufenden Zweitaktern, besser genutzt werden und ist auch darüberhinaus eine den motorischen Verhältnissen angepaßte optimierte Steuerung kleinster Kraftstoffteilmengen möglich. Die druckluftbetriebene und luftunterstützte Einspritzung läßt aufgrund ihres Arbeitsprinzips in wesentlich kürzerer Zeit einen Zerstäubungsgrad von weniger als 10µ bei mehr als 85% der Kraftstofftröpfchen in Form der Einblasung eines Kraftstoff-Luftgemisches durch Ummantelung des Kraftstoffes mit Luft beim Austritt aus der Düse zu, wobei die exakt zu dosierende Kraftstoffteilmenge der jeweiligen Luftmenge im optimierten Mischungsverhältnis zugegeben werden kann, so daß, wie bei Dieselmotoren, bei benzinbetriebenen Brennkraftmaschinen die Kraftstoffmenge der Belastung besser angepaßt werden kann, was zu weiterer Benzineinsparung und geringerer Umweltbelastung führt, da sowohl im Teillastbereich als auch im Vollastbereich mit vollem Verdichtungsdruck gearbeitet werden kann. Durch Abspritzung dieses Gemisches in den Raum um die Zündkerze besteht eine sichere Zündsituation, auch in Form der Schichtladung für Magermotoren. Weiter wirkt sich nicht mehr nachteilig aus, daß konstruktionsbedingt, hohe Druckverluste entstehen, die den Abspritzvorgang ungünstig beeinflussen. In einer weiteren Ausführungsform wird auch die konventionelle Düsennadel des Einspritzventils durch einen Ventildruckraum mit hohem Luftdruck ersetzt, so daß eine Einspritzdüse ohne Mechanik entsteht, wobei der der Druck im abzuspritzenden Raum immer unter dessen im Ventildruckraum liegt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine preiswerte, funktionssichere und kostengünstige Vorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoffen unter Einsatz druckluftbetriebener und luftunterstützter Einspritzung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, mit der die vom Motormanagement vorgegebenen Kraftstoffteilmengen mit der erforderlichen Frequenz, der gewünschten Standzeit, möglichst ohne Druckverluste und relativ verschleißfrei, in sequentieller Multipoint-Einspritzung, oder auch in zwei- oder mehrstufiger Technik, abgespritzt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die von diesem Anspruch abhängigen Ansprüche gekennzeichnet.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden;

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen Lösungsvorschläge nach Anspruch 1 bis zu den Ausführungsformen gemäß Anspruch 19. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 zeigt die in einem Fördergehäuse (3) nach allen Seiten dichtende und drehende Förderscheibe (4) die mit den konzentrisch eingebrachten Förderbohrungen (5, 5′, 10, 11) versehen ist. Die Förderscheibe (4) wird vom Motor (14) über die Motorachse (13) angetrieben und kann in einer ersten Betriebsart kontinuierlich drehen und in einer weiteren Betriebsart drehzahlgesteuert laufen oder so gestoppt werden, daß eine Ventilwirkung entsteht, da die Förderscheibe (4) , bezogen auf die Einlaßöffnungen, nun zwischen zwei Förderbohrungen stehend, die Druckluft aus dem Kompressor (20) nicht mehr durchläßt. Die Förderbohrungen (5, 10, 11) der Förderscheibe (4) nehmen laufend Kraftstoff über den Kraftstofftank (8) und die Druckpumpe (7) bzw. die Saugpumpe (2) auf. Es kann jeweils nur eine Förderbohrung, bei Bedarf aber auch durch einen einseitig oder beidseitig förderbohrungsaxial und segmentweise verlaufenden Ringkanal im Fördergehäuse (3) oder in der Förderscheibe (4) selbst, Kraftstoff aufnehmen. Nach Kraftstoffaufnahme durch die Förderbohrungen werden diese durch die Drehung der Förderscheibe an den Ausbringungsort verbracht. Hier sind wiederum Bohrungen in das Fördergehäuse eingelassen, so daß die über den Kompressor (20) anstehende Druckluft entweder unmittelbar oder über das Druckluftventil (19) bzw. Kraftstoffventil (17) gesteuert, den Kraftstoff aus der Förderbohrung (5′) schlagartig ausdruckt und über die Förderleitung (16) zur Einspritzdüse (15) transportiert. Es sind zwei Betriebsarten möglich.

Einmal kann die Förderbohrung (5′) mittels Druckluft total vom Kraftstoff ausgeblasen werden, wobei der dann mitgegebene Druckluftanteil über das Druckluftventil (19) und den Luftdruck im Kompressor oder die Motordrehzahl gesteuert werden kann. Zum anderen kann aus der Förderbohrung (5′) nur ein bestimmter Kraftstoffanteil ausgepreßt werden, so daß immer ein Kraftstoffrestvolumen verbleibt, was zu einer sicheren druckluftfreien Kraftstoffeinspritzung führt. Der in der Förderbohrung (5′) verbleibende Kraftstoffrest und die Druckluft werden kurz darauf aus der Förderbohrung (10) über die Absaugleitung (9) und die Saugpumpe (2) unter Bildung eines negativen Druckes abgesaugt, um eine schnelle anschließende Neufüllung der Förderbohrungen sicherzustellen. Im gleichen Arbeitsgang wird auch der Leckölringnut (12, 12′) immer von Leckölresten befreit. Um dem Motormanagement rechtzeitig geeignete Daten für den nächsten Abspritzvorgang zur Verfügung zu stellen, kann neben der allgemeinen Volumenvorgabe durch die Förderbohrungen, in einer bevorzugten Ausführungsform eine Kraftstoffmaßeberechnung über interaktive Unwuchtmessungen der Förderscheibe erfolgen. Die Funktionen werden über das zentrale Motormanagement gesteuert.

Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 vornehmlich dadurch, daß die Einspritzdüse (21) ohne Düsennadel arbeitet. Die Düsennadel wird durch den Ventildruckraum (24) , der jede optimierte und physikalisch zulässige Form und Größe annehmen kann, ersetzt. Über das Druckluftumlenkventil (23) , die Druckluftzuleitung (25) und die Druckluftkanäle (22, 22′) kann der Ventildruckraum (24) nach Beendigung des Abspritzvorgangs schlagartig mit einem Druck beaufschlagt werden, der über dem Druck in den abzuspritzenden Raum liegt. Hierdurch kann aus der Förderleitung (16) kein Kraftstoff mehr nachdieseln und die Arbeitsfrequenz kann wegen fehlender Mechanik höher liegen. Weiter werden die Düsenöffnungen, auch beim Arbeitstakt, laufend gereinigt und gekühlt, was zu längeren Standzeiten und größerer Betriebssicherheit führt. Das Kraftstoffventil (17) kann als zusätzliches Ventil aktiviert werden. In dieser Ausführungsform kann auch eine luftunterstützte Einspritzung nach Fig. 1 erfolgen. Weiter ist jedoch auch über das Druckluftumlenkventil (23) eine direkte Ummantelung des Kraftstoffs mit Druckluft im Ventildruckraum (24) möglich. Alle Funktionen werden über das zentrale Motormanagement gesteuert.

Bezugszeichenliste

1 Kraftstoffleitung
2 Saugpumpe
3 Fördergehäuse
4 Förderscheibe
5 Förderbohrung, während der Befüllung
5′ Förderbohrung, kurz vor dem Ausblasen des Kraftstoffs
6 Kraftstoffeinlaßbohrung
6′ Kraftstoffauslaßbohrung
7 Druckpumpe
8 Kraftstofftank
9 Absaugleitung
10 Förderbohrung, kurz nach der Kraftstoffausblasung und bei der negativen Druckerzeugung
11 Förderbohrungen, beim Transport von Kraftstoffteilmengen
12 Leckölringnut
12′ Leckölringnut
13 Motorachse
14 Motor
15 Einspritzdüse mit mechanischem Ventil
16 Förderleitung
17 Kraftstoffventil
18 Drucklufteinlaßbohrung
18′ Druckluftauslaßbohrung
19 Druckluftventil
20 Kompressor
21 Einspritzdüse ohne mechanisches Ventil
22 Druckluftkanal
22′ Druckluftkanal
23 Druckluftumlenkventil
24 Ventildruckraum
25 Druckluftzuleitung

Claims

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit oder ohne Luftunterstützung für Benzin, Diesel oder Gas, bei der die in einem Fördergehäuse (3) hervorgerufene Abspritzung von Kraftstoffteilmengen durch Einwirkung von Druckluft auf vorgegebene Teilvolumina in Form von Durchbohrungen rotierender Scheiben oder Walzen dadurch gekennzeichnet, daß in einer bevorzugten Ausführungsform einer Förderscheibe (4) zu transportierende Kraftstoffteilmengen durch axialkonzentrisch oder auch zahnradähnliche Aushebungen, auch am Außen- oder Innenrand der Förderscheibe, in die Förderscheibe (4) eingebrachter Förderbohrungen (5) ganz, oder auf einem Teilsektor des die Förderscheibe (4) flüssigkeits- und gasdicht umgebenden Fördergehäuses (3) , zum einen die Kraftstoffeinlaßbohrung (6) und Kraftstoffauslaßbohrung (6′) und zum anderen die Drucklufteinlaßbohrung (18) und die Druckluftauslaßbohrung (18′) eingebracht sind, die mit ihrer jeweiligen Lage auf der Kreisbahn den Öffnungen der Förderbohrungen (5, 5′, 10, 11) mit denen der Förderscheibe (4) bei der jeweiligen Befüllungs- oder Leerungssituation übereinstimmen oder auch nicht, so daß sie den vom Kraftstofftank (8) und über die Druckpumpe (7) an einer bestimmten Stelle eintretenden Kraftstoff zum weiteren Transport über die Saugpumpe (2) und nach Drehung der Förderscheibe (4) bis zu einem beliebigen oder bestimmten Auslaßort, z. B. in Position der Förderbohrung (5′), gelagerte Kraftstoffteilmenge schlagartig über die Druckluft des Kompressors (20) in Form eines Flüssigkolbens oder Sprühnebels ganz oder teilweise und mit oder ohne vorgegebener Druckluftanteile über die Förderleitung (16) zur konventionellen Einspritzdüse (15) oder zur mittels Druckluft gesteuerten Einspritzdüse (21) druckt und hier nach konventioneller Art oder in Form der luftunterstützten Einspritzung abspritzt.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die ganz - oder teilweise ausgeblasene Kraftstoffteilmenge aus der Förderbohrung (5′) transportiert worden ist und auch die über die Einspritzdüse (15) abzuspritzende Gesamtmenge erfolgt ist, wird unmittelbar das Druckluftumlenkventil (23) aktiviert und die Druckluft über die Druckluftzuleitung (25) und die Druckluftkanäle (22, 22′) in den Ventildruckraum (24) umgelenkt, wo immer ein höherer Luftdruck ansteht als im nachfolgenden Einspritzraum.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Druckluftumlenkventil (23) nach ganz- oder teilweiser Ausblasung der Förderbohrung (5′) zur Steuerung der luftunterstützten Einspritzung beliebig, auch in Verbindung mit dem Kraftstoffventil (17) geschaltet werden kann.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Förderscheiben (11) in Reihe oder parallel geschaltet sind und jeweils von einem Motor (14) oder auch von mehreren Motoren getrieben werden können und auf jeweils ein Einspritzdüse (15, 21) oder auch mehrere wirken können.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Fördergehäuse (3) intern oder extern Sensoren zur Positionserkennung der Förderscheibe (4) besitzt bzw. eine Positionserkennung über die Schrittmotorsteuerung gegeben ist.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß eine Messung des geförderten Kraftstoffvolumens, bzw. dessen Masse, über optische-, akustische- oder kapazitive Sensoren erfolgt oder über interaktive statische- bzw. dynamische Unwuchtmessungen der Förderscheibe (4).

7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine oder mehrere Förderbohrungen (11) zentrisch querachsig oder exzentrisch querachsig zur Förderscheibe (4) liegen, wobei die Ein- und Auslaßbohrungen (6, 6′,18, 18′) des Fördergehäuses (3) , für Kraftstoff und Druckluft, dann jeweils nach einer Drehung der Förderscheibe (5) , oder nun besser Förderwalze genannt, um 90° erreicht werden.

8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbohrungen in Form der Förderbohrungen (11) die Förderscheibe (4) achsialkonzentrisch durchlaufen und gleiche- oder unterschiedliche Volumina, auch alternierend, aufweisen, oder daß eine Förderscheibe (4) mehrere konzentrische Kreise mit wiederum gleichen oder ungleichen oder alternierenden Volumina aufweist bzw. das konzentrisch angebrachte Förderbohrungen jeweils kreisringbezogen, gleiche oder unterschiedliche Volumina der Förderbohrungen aufweisen und diese einzeln, teilweise oder in ihrer Gesamtheit über einen oder mehrere Kompressoren bzw. Ventile abgespritzt werden können.

9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß in die Motorachse (13) oder das Fördergehäuse (3) eine Ringnut zur Absaugung von Lecköl eingearbeitet ist und daß die Absaugleitung (9) zur Bildung eines negativen Druckes in der bereits ganz oder teilweise vom Kraftstoff geleerten Förderbohrung (5′), durch einen in das Fördergehäuse einseitig oder beidseitig eingelassenen Ringkanal, an eine oder gleichzeitig mehrere Förderbohrung geführt wird.

10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Förderscheibe (4) hermetisch dicht vom nichtferromagnetischen Fördergehäuse (3) umschlossen und ferromagnetisch aufgebaut ist oder selbst Magnete enthält, um eine berührungslose Steurung von außen zu ermöglichen.

11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines geringeren Widerstandes und zur schnellen Kraftstoffzerstäubung die Förderbohrungen zur Druckluftauslaßbohrungsseite (18′) hin konisch gearbeitet sind und in ein größeres Lumen münden, oder daß dieser Mechanismus an einer anderen Stelle auf dem Wege zu den Einspritzventilen erfolgt.

12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Förderscheibe (4) über einen Schrittmotor, Analogmotor erfolgt oder daß der Antrieb der Förderscheibe (4) über einen Druckluftmotor bzw. eine Druckluftturbine läuft.

13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzufuhr mittels einer Druckpumpe (7) oder einer Saugpumpe (2) bzw. mittels beider Pumpen geschieht und daß die Pumpen elektrisch oder mittels Druckluft getrieben werden können.

14. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckpumpe (7) und Förderscheibe (4) und zwischen Förderscheibe (4) und Saugpumpe (2) Ventile geschaltet sind, die über das zentrale Motormanagement gesteuert werden können.

15. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines einseitig oder beidseitig beliebig segmenthaft verlaufenden Ringkanals, eingelassenen in die Innenseiten des Fördergehäuses (3) , mehr als eine Förderbohrung (5) seitens der Druckpumpe (7) und Saugpumpe (2) gleichzeitig angesteuert werden können.

16. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines einseitig oder beidseitig beliebig segmenthaft verlaufenden Ringkanals an der Außenseite des Fördergehäuses (3) mehr als eine Einlaßbohrung und Auslaßbohrung seitens des Kompressors gleichzeitig oder auch einzeln angesteuert werden kann.

17. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckerzeugung ein Kompressor (20) eingesetzt wird, der über das Motormanagement gesteuert wird oder auch nicht.

18. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwei- oder mehrstufige Einspritzverfahren oder die sequentielle Multipoint-Einspritzung zum Einsatz kommen.

19. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß alle Steuerungen über das zentrale Motormanagement koordiniert werden.