DE19834851A1 - Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Bekannte Brennstoffzuführvorrichtungen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen haben den Nachteil, daß erst nach einer gewissen Zeitspanne eine direkte Einspritzung eines Brennstoff-Luft-Gemisches mit den Einblaseventilen möglich ist, so daß es beim Start zu einer Erhöhung der Abgasemissionen kommt. DOLLAR A Zur Verbesserung wird ein Brennstoffzuführsystem (1) für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit zumindest einem Einblaseventil (2) zur Gemischbildung in einem Brennraum (4), welchem Brennstoff über eine Brennstoffleitung (10) und über ein Luftsystem (18; 20; 22) Luft unter Druck zugeführt wird, mit einem Druckregelventil (30) zwischen dem Luftsystem (18; 20; 22) und der Brennstoffleitung (10), wobei im Luftsystem (18; 20; 22) ein Rückschlagventil (45) verbaut ist. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Brennstoffzuführsystem ist für fremdgezündete Brennkraftmaschinen vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1. Es ist bereits ein Brennstoffzuführsystem bekannt (SAE-Paper 98P-136, 1988, Rodney Houston, Geoffrey Cathcart, Orbital Engine Company, Perth, Western Australia, "Combustion and Emissions Characteristics of Orbital's Combustion Process Applied to Multi-Cylinder Automotive Direct Injected 4-Stroke Engines", Seiten 1-12), das, wie auf Seite 4 in Fig. 7 dargestellt ist, ein Einblaseventil zur Gemischbildung im Brennraum bekannter Bauart aufweist. Dem Einblaseventil wird sowohl Brennstoff über eine Brennstoffleitung als auch über eine Luftzuführleitung Luft unter Druck zugeführt. Das Einblaseventil kann nur bei ausreichendem Druck in der Luftzuführleitung ein gut aufbereitetes Brennstoff-Luft-Gemisch in einem Brennraum der Brennkraftmaschine erzeugen. Ein Verdichter liefert dabei die verdichtete Luft zum Beispiel über ein die einzelnen Einblaseventile miteinander verbindendes Sammelrohr (air-rail) in die Luftzuführleitung zu jedem einzelnen Einblaseventil. Des weiteren ist an der Luftzuführleitung ein Druckregelventil angeschlossen. Das Druckregelventil ist über eine Brennstoffregelleitung an die Brennstoffleitung des Einblaseventils angeschlossen, um abhängig vom Verdichterdruck in der Luftzuführleitung den Brennstoffdruck in der Brennstoffleitung zum Einblaseventil auf einen bestimmten Druck zu regeln. Der Brennstoffdruck muß über dem Druck in der Luftzuführleitung liegen, um ein Abspritzen des Brennstoffs in den Luftstrom des Einblaseventils zu erhalten, so daß ein Brennstoff-Luft-Gemisch die Austrittsöffnung verlassen kann. Der Brennstoff wird dabei aus einem Brennstofftank über eine Brennstoffpumpe in die Brennstoffleitung gefördert, wobei über eine neben der Luftzuführleitung und der Brennstoffregelleitung am Druckregelventil angeschlossene Tankrücklaufleitung überschüssig geförderter Brennstoff in den Brennstofftank zurückgeführt wird, um einen gleichbleibenden Brennstoffdruck in der Brennstoffleitung zu erhalten.

Beim Startvorgang der Brennkraftmaschine kann der Verdichter erst nach einer gewissen Zeitverzögerung ein für das Einblaseventil zur Gemischaufbereitung erforderlichen Mindestluftdruck aufbauen, der erforderlich ist, um ein gute Gemischaufbereitung zu erhalten. Bis dahin findet eine Abgabe von Brennstoff aus dem Einblaseventil im wesentlichen ohne zugemischte Luft statt, so daß beim Startvorgang eine Erhöhung der Emissionen an schädlichen Bestandteilen im Abgas erfolgt. Ein schnelles Starten der Brennkraftmaschine mit optimaler Gemischaufbereitung und geringen Abgasemissionen ist daher nicht möglich.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß nur eine kurze Zeitspanne bis zu einer erstmals möglichen Gemischausblasung am Einblaseventil erforderlich ist, so daß beim Start der Brennkraftmaschine nur sehr geringe Abgasemissionen auftreten. Vorteilhafterweise ergibt sich damit auch ein verringerter Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch l angegebenen Brennstoffzuführsystems möglich.

Durch die Verwendung eines Druckluftspeichers ergibt sich in vorteilhafter Weise eine weitere Verkürzung der Zeitspanne, bis eine erstmalige Gemischausblasung mit den Einblaseventilen erfolgen kann.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Schaltbild der Komponenten des Brennstoffzuführsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 ein Schaltbild der Komponenten des erfindungsgemäßen Brennstoffzuführsystems gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist in schematisch vereinfachter Darstellungsweise ein Schaltbild der Komponenten eines Brennstoffzuführsystems 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Brennstoffzuführsystem 1 ist für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine vorgesehen und besitzt zumindest ein Einblaseventil 2. Das Einblaseventil 2 gibt dabei aus einer Austrittsöffnung 3 ein Brennstoff-Luft-Gemisch direkt in einen Brennraum 4 einer Brennkraftmaschine ab, wonach eine Verbrennung durchgeführt wird. Es liegt somit eine Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung in Verbindung mit einem luftunterstütztem Einspritzsystem vor. Der Aufbau und die Betriebsweise derartiger Einblaseventile 2 sind dem Fachmann zum Beispiel aus dem in der Einleitung genannten SAE-Paper 9BP- 136, Seite 10, Fig. 21 hinreichend bekannt. Ergänzend weisen wir auf die Veröffentlichung WO 87/02419 hin, die beispielhaft ein derartiges Einblaseventil 2 zeigt.

Das Einblaseventil 2 ist über eine Brennstoffleitung 10 beispielsweise über ein Sammelrohr 11 (fuel-rail), einem Brennstoffilter 12 und einer Brennstoffpumpe 15 an einen Brennstofftank 14 angeschlossen. Des weiteren ist das Einblaseventil 2 an ein Luftsystem, das sich aus einer Luftleitung 18, einem Luftsammelrohr 19 (air-rail) und einer Verdichterleitung 22 zusammensetzt, angeschlossen. Die Verdichterleitung 22 führt zu einem Verdichter 23, der Luft zum Beispiel aus einem Drosselklappenstutzen 25 über eine Drosselstutzenleitung 26 ansaugt, um diese in der Verdichterleitung 22 anschließend beispielsweise auf etwa 6,5 bar zu verdichten. Ein erstes Druckbegrenzungsventil 24 gewährleistet dabei die Einhaltung eines möglichst gleichbleibenden Verdichterdrucks. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der Sammelrohre 11 und 19 entsprechende Einzelleitungen für zum Beispiel vier Einblaseventile 2 vorzusehen, um diese mit Brennstoff und Luft versorgen zu können.

Von dem Luftsammelrohr 19 führt eine Luftsteuerleitung 20 zu einem Druckregelventil 30. Das. Druckregelventil 30 besitzt zum Beispiel eine federbelastete Membran, um eine an das Druckregelventil 30 angeschlossene Verbindungsleitung 31 über beispielsweise einen an der Membran angebrachten Schließkörper abhängig vom Differenzdruck in der Luftsteuerleitung 20 regeln zu können, so daß mehr oder weniger Brennstoff über die Verbindungsleitung 31 in eine am ersten Druckregelventil 30 angeschlossene Tankrücklaufleitung 32 abfließen kann Über ein elektronisches Steuergerät 35 erfolgt die Steuerung des Einblaseventils 2 und der weiteren Komponenten des Brennstoffzuführunsystems 1, wie zum Beispiel Tankentlüftungsventil 36, Zündsystem 37, Abgasrückführventil 38, Sensoren 39 und elektronische Motorleistungssteuerung (Egas) 40.

Beim Start der Brennkraftmaschine wird zur weiteren Verbesserung der Gemischaufbereitung das Einblaseventil 2 beim Kompressionshub eines Kolbens 5 geöffnet, ohne daß dabei eine Brennstoffabspritzung mittels des Einblaseventils 2 vorgenommen wird. Der im Brennraum 4 erhöhte Druck kann sich bei offenem Einblaseventil 2 auch im Luftsystem 18, 20, 22 des Einblaseventils 2 einstellen, so daß gegenüber einer ausschließlichen Befüllung des Luftsystems 18, 20, 22 mittels des Verdichters 23 ein schnellerer Druckaufbau im Luftsystem 18, 20, 22 möglich ist. Es hat sich gezeigt, daß bereits wenige Umdrehungen der Brennkraftmaschine bzw. Kompressionshübe des Kolbens 5 genügen, um einen für die Gemischausblasung ausreichenden Luftdruck im Einblaseventil 2 zu erzielen. Eine weitere Verbesserung des Druckaufbaus im Einblaseventil 2 ergibt sich durch ein Sperr- bzw. Rückschlagventil 45, das im Luftsystem 18, 20, 22, vorzugsweise in der Luftzuführleitung 18 zum Einblaseventil 2, untergebracht ist. Bei der Druckluftbefüllung des Einblaseventils 2 vom Brennraum 4 her schließt das Rückchlagventil 45, so daß sich das vom Brennraum 4 im Einblaseventil 2 und in der Luftzuführleitung 18 eingeschlossene Luftvolumen reduziert. Durch das in dieser Weise reduzierte, eingeschlossene Luftvolumen findet eine gegenüber ohne Rückschlagventil 45 beschleunigte Druckluftbefüllung im Einblaseventil 2 statt, so daß eine kurze Zeitspanne ausreicht, bis es zu einer erstmaligen Gemischausblasung am Einblaseventil 2 kommt. Damit ergibt sich nahezu unmittelbar an den Start der Brennkraftmaschine eine Abgabe eines gut aufbereiteten Brennstoff-Luft-Gemisches aus der Austrittsöffnung 3 des Einblaseventils 2, wodurch sich gegenüber einer Abgabe von Brennstoff ohne zugemischte Luft eine deutliche Verringerung der schädlichen Bestandteile im Abgas ergibt. Vorzugsweise ist das Rückschlagventil 45 in einem Leitungsabschnitt der Luftzuführleitung 18 untergebracht, der nahe des Einblaseventils 2 liegt, so daß durch eine kurze Leitung das zu verdichtende Luftvolumen möglichst klein gehalten wird.

In Fig. 2 ist in schematisch vereinfachter Darstellungsweise ein Schaltbild der Komponenten eines Brennstoffzuführsystems 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei alle gleichen oder gleichwirkenden Teile mit denselben Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 gekennzeichnet sind. Vorzugsweise zusätzlich zu dem Rückschlagventil 45 ist zwischen dem Rückschlagventil 45 und dem Einblaseventil 2 ein Druckluftspeicher 48 im Luftsystem 18, 20, 22 parallel zur Luftzuführleitung 18 geschaltet. Der Druckluftspeicher 48 wird während des Motorbetriebs, sobald der Systemdruck im Luftsystem 18, 20, 22 seinen Sollwert von zum Beispiel 6,5 bar erreicht hat, vom Verdichter 23 aufgeladen. Gesteuert wird dies über ein zweites Druckbegrenzungsventil 49, das in einer von der Luftzuführleitung 18 abzweigenden Befüllungsleitung 51 des Druckluftspeichers 48 untergebracht ist. Das zweite Druckbegrenzungsventil 49 öffnet hierzu beim Überschreiten eines unterhalb des Sollwerts des Systemdrucks liegenden Drucks und ist ansonsten geschlossen. In einer von der Luftzuführleitung 18 abzweigenden Abgabeleitung 52 ist ein Druckluftschaltventil 53 vorgesehen. Beim Start der Brennkraftmaschine öffnet dieses, zum Beispiel vom Steuergerät 35 gesteuert, um eine Abgabe der im Druckluftspeicher 48 enthaltenden Luft in das Einblaseventil 2 zu ermöglichen, wodurch sehr schnell ein bestimmter Druck an den Einblaseventilen 2 aufgebaut werden kann. Bei dem Druckluftschaltventil 53 kann es sich beispielsweise um ein elektromagnetisch betätigbares Ventil bekannter Bauart handeln. Durch die beim Start durchgeführte, zusätzliche Abgabe von Druckluft aus dem Druckluftspeicher 48 ergibt sich eine weitere Verkürzung der Zeitspanne, bis eine erstmalige Gemischausblasung mit dem Einblaseventil 2 stattfinden kann. Überdies wird die Tätigkeit des Verdichters 23 unterstützt, so daß ein Aufbau des erforderlichen Systemdrucks im Luftsystem 18, 20, 22 beschleunigt wird. In einer nicht dargestellten Abwandlung der Erfindung ist es auch möglich, den Druckluftspeicher 48 ohne Rückschlagventil 45 in dem Luftsystem 18, 20, 22 unterzubringen. Denkbar ist auch, den Druckluftspeicher 48 weiter stromauf des Einblaseventils 2, beispielsweise stromauf des Luftsammelrohres 19 an der Verdichterleitung 22 anzubauen.

Claims (7)

1. Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Einblaseventil zur Gemischbildung in einem Brennraum, welchem Brennstoff über eine Brennstoffleitung und über ein Luftsystem Luft unter Druck zugeführt wird, mit einem Druckregelventil zwischen dem Luftsystem und der Brennstoffleitung, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftsystem (18; 20; 22) ein Rückschlagventil (45) verbaut ist.

2. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (45) in einer Luftzuführleitung (18) des Luftsystems nahe des Einblaseventils (2) verbaut ist.

3. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftsystem (18) zwischen dem Rückschlagventil (45) und dem Einblaseventil (2) ein Druckluftspeicher (48) verbaut ist.

4. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Befüllungsleitung (51) des Druckluftspeichers (48) ein Druckbegrenzungsventil (49) verbaut ist.

5. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Abgabeleitung (52) des Druckluftspeichers (48) ein Druckluftschaltventil (53) verbaut ist.

6. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckluftschaltventil (53) beim Start der Brennkraftmaschine eine Offenstellung einnimmt.

7. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckluftschaltventil (53) von einem elektronischen Steuergerät (35) ansteuerbar ist.