DE19918226A1 - Kraftstoffeinblasventil - Google Patents

Abstract

Ein Kraftstoffeinblasventil zur Einblasung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfaßt ein Ventilgehäuse (11, 12, 13) mit einer darin angeordneten Mischkammer (6), die wechselweise über ein Entlüftungsventil (23) mit der Umgebung oder über ein Lufteinblasventil (15) mit einer Druckluftleitung (9) verbindbar ist. In die Mischkammer (6) ist über ein Kraftstoffeinspritzventil (7) Kraftstoff einspritzbar. Aus der Mischkammer (6) ist ein Kraftstoff/Luft-Gemisch über ein Gemischausblasventil (8) in den Brennraum blasbar. DOLLAR A Um den Bauaufwand zu minimieren, wird die Mischkammer (6) in einer hohlen Ventilnadel (26) ausgebildet und die hohle Ventilnadel (26) an ihrem brennraumfernen Ende mit einem Lufteinblasventil (15) und an ihrem brennraumnahmen Ende mit einem Gemischausblasventil (8) versehen. Zwischen dem Lufteinblasventil (15) und dem Gemischausblasventil (8) ist an der Ventilnadel (26) ein Eintlüftungsventil (23) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinblasventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Die europäische Patentanmeldung 0 364 147 A2 beschreibt ein Kraftstoffeinblasventil zur Einblasung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilge­ häuse und einer darin angeordneten Mischkammer. Die Misch­ kammer ist wechselweise über ein Entlüftungsventil mit der Umgebung oder über ein Lufteinblasventil mit einer Druck­ luftleitung verbindbar. In die Mischkammer ist über ein Kraftstoffeinspritzventil Kraftstoff einspritzbar, so daß dadurch ein Kraftstoff/Luft-Gemisch entsteht, das von der Mischkammer aus mittels einem Gemischausblasventil in den Brennraum einblasbar ist.

Dieses Kraftstoffeinblasventil benötigt ein Elektromagnet­ ventil für die Kraftstoffeinspritzung und ein weiteres für die Lufteinblasung in die Mischkammer sowie ein weiteres Ventil für die Gemischeinblasung in die Brennkammer.

Diese Konstruktion bedingt einen erheblichen Bauaufwand und gestattet keine exakte Steuerung der Einblasung des Kraft­ stoff/Luft-Gemisches in den Brennraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraft­ stoffeinblasventil der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem mit geringem Bauaufwand eine exakte Einblasung von Kraftstoff in den Brennraum eines Otto-Direkteinspritz­ motors erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinblasventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Da die hohle Ventil­ nadel, die zugleich die Mischkammer bildet, drei Ventil­ funktionen wahrnimmt, ist deren Steuerung zwangskoordiniert und dadurch exakt. Der dazu erforderliche Bauaufwand ist gering, da nur ein Elektromagnet zur Betätigung der drei Ventile erforderlich ist.

Die Zuordnung der einzelnen Ventilfunktionen der hohlen Ventilnadel findet in der Weise statt, daß bei geöffnetem Gemischausblasventil zugleich das Lufteinblasventil ge­ öffnet und das Entlüftungsventil geschlossen ist sowie um­ gekehrt.

Die Kraftstoffeinspritzung in die als Mischkammer ausgebil­ dete hohle Ventilnadel ist dadurch möglich, daß diese an ihrem brennraumfernen Ende eine Öffnung aufweist, durch die Kraftstoff aus einem koaxial zur hohlen Ventilnadel ange­ ordneten Kraftstoffeinspritzventil einspritzbar ist.

Dadurch, daß das Lufteinblasventil als Membranventil ausge­ bildet ist, wobei die Membran vorzugsweise aus Polymer be­ steht und mit der hohlen Ventilnadel einstückig ausgeführt ist, und daß ein äußerer Rand der Membran zwischen einem oberen Ventilgehäuse und einem mittleren Ventilgehäuse dichtend befestigt ist, können das Gemischausblasventil und das Lufteinblasventil gasdicht geschlossen werden. Dazu müssen Lage und Nachgiebigkeit der Polymermembran so ab­ gestimmt werden, daß Längentoleranzen der hohlen Ventilna­ del ausgeglichen werden, so daß eine zuverlässige Dichtheit in der Schließposition erreicht wird. Der Kraftstoff wird in die entlüftete Mischkammer eingespritzt. Dazu genügt der Einspritzdruck einer Saugrohreinspritzanlage mit kosten­ günstiger Niederdruck-Kraftstoffversorgung und Saug­ rohreinspritzventilen.

Da eine vordere Stirnfläche des Kraftstoffeinspritzventils die Dichtfläche der Membran ist, strömt die Einblasluft durch einen Ringspalt konzentrisch auf die Einspritzöffnung des Kraftstoffeinspritzventils zu. Wegen der dort herrschenden hohen Strömungsgeschwindigkeit der Einblasluft und den damit verbundenen niedrigen dynamischen Drücken ist auch ein nachträgliches Einspritzen von Kraftstoff in die zum Brennraum geöffnete und druckluftbeaufschlagte Misch­ kammer mit geringem Einspritzdruck möglich.

Die einzelnen Kraftstoffeinblasventile sind durch zumindest eine Druckluftleitung und eine Entlüftungsleitung als Teile einer Versorgungsschiene verbunden.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den ab­ hängigen Ansprüchen. Ein Ausführungsbeispiel ist nach­ folgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Funktionsschema einer Kraftstoffeinblasanlage,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Kraftstoffeinblasventil in vergrößerter Darstellung.

In Fig. 1 ist ein Funktionsschema einer Kraftstoffein­ blasanlage 1 dargestellt, mit einem Kraftstoffeinblasventil 2, einem Luftkompressor 3, einer Kraftstoffpumpe 4 und einem Umschaltventil 5. Das Kraftstoffeinblasventil 2 weist eine Mischkammer 6, ein Kraftstoffeinspritzventil 7 und ein Gemischausblasventil 8 auf. Das Umschaltventil 5 ist vor­ zugsweise als 4/2 Wegeventil ausgeführt. Die Mischkammer 6 ist über das Umschaltventil 5 mit einer Druckluftleitung 9 des Kompressors 3 oder mit dessen Ansaugleitung 10 ver­ wendbar.

Das Kraftstoffeinspritzventil 7 steht mit einer Kraftstoff­ pumpe 4 in Strömungsverbindung. Das Kraftstoffeinströmven­ til 7 ist elektromagnetisch- oder hierzu quarzgesteuert und spritzt Kraftstoff in die Mischkammer 6, wenn diese entlüf­ tet ist. Das in der Mischkammer befindliche Kraft­ stoff/Luft-Gemisch wird durch Umschalten des Umschaltven­ tils 5 mit Druckluft beaufschlagt. Durch das geöffnete Ge­ mischausblasventil wird aufgrund des durch die Druckluft erzeugten Überdrucks das Kraftstoff/Luft-Gemisch aus der Mischkammer 6 in den Brennraum der Brennkraftmaschine ge­ blasen.

Da während der Einspritzzeit des Kraftstoffeinspritzven­ tils 7 in der Mischkammer 6 in etwa Umgebungsdruck herrscht, kann der Kraftstoffeinspritzdruck niedrig liegen, so daß eine kostengünstige Saugrohreinspritzanlage aus­ reicht. Dies hat außerdem den Vorteil einer niedrigen Leistungsaufnahme. Ein nachträgliches Einspritzen von Kraftstoff, während geöffneter und druckbeaufschlagter Mischkammer 6, ist wegen der hohen Strömungsgeschwindig­ keiten und den damit verbundenen niedrigen dynamischen Drücken in der Mischkammer 6 möglich.

In Fig. 2 ist eine technische Ausführung des Kraftstoffein­ blasventils 2 mit integrierter Umschaltventilfunktion dar­ gestellt. Dabei besitzt das Kraftstoffeinblasventil 2 ein oberes Gehäuse 11, ein mittleres Gehäuse 12 und ein unteres Gehäuse 13. Das mittlere Gehäuse 12 ist in das obere Gehäuse 11 und das untere Gehäuse 13 in das mittlere Ge­ häuse 12 gesteckt.

Das obere Gehäuse 11 weist eine nach oben sich stufenförmig erweiternde Bohrung 14 auf, in die ein handelsübliches Saugrohreinspritzventil als Lufteinblasventil 15 mit einem ersten Dichtring 16 und einem zweiten Dichtring 17 einge­ setzt ist. Das Lufteinblasventil 15 liegt mit einer Schul­ ter 18 auf dem oberen Rand des oberen Gehäuses 11 in axialer Richtung gesichert auf und ist über einen ersten Stecker 19 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Steuergerät verbunden. Im oberen Gehäuse 11 befinden sich eine Druckluftleitung 9, die mit einem Druckluftraum 20 am einspritzseitigen Ende des Kraftstoffeinspritzventils 7 verbunden ist, und eine Entlüftungsleitung 21, die über eine Verbindungsleitung 22 mit einem Entlüftungsventil 23 verbunden ist.

Im mittleren Gehäuse 12 ist ein Elektromagnet 24 mit einem zweiten Stecker 25 angeordnet, wobei der Elektromagnet 24 eine im mittleren und unteren Gehäuse 12, 13 längsverschieblich geführte Ventilnadel 26 konzentrisch umgibt. Der Elektromagnet 24 bewirkt die Hubbewegung der Ventilnadel 26, die hohl und als Mischkammer 6 ausgebildet ist.

Am brennraumfernen Ende der hohlen Ventilnadel 26 ist eine Membran 27 aus einem Polymer anvulkanisiert, deren äußerer Rand 28 zwischen oberem und mittlerem Gehäuse 11, 12 dich­ tend eingeklemmt ist und deren radiale Fläche zusammen mit der Stirnseite des benachbarten Endes des Kraftstoffein­ spritzventils 7 die hohle Ventilnadel 26 gegen die Druck­ luftleitung 9 abdichtet.

Die hohle Ventilnadel 26 ist zum Kraftstoffeinspritzventil 7 hin offen, so daß dieses Kraftstoff in die als Mischkam­ mer 6 ausgebildete hohle Ventilnadel 26 spritzen kann, wäh­ rend die Mischkammer 6 von der Druckluftleitung 9 getrennt ist. Im brennraumfernen Bereich ist die hohle Ventilnadel 26 als Entlüftungsventil 23 ausgebildet, dessen Ventilsitz die Verbindungsleitung 22 zur Entlüftungsleitung 21 be­ herrscht. Am brennraumseitigen Ende der hohlen Ventilnadel 26 ist das Gemischausblasventil 8 angeordnet.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinblasventil 2 funktioniert folgendermaßen:
Bei geschlossenem Gemischausblasventil 8 dichtet die Mem­ bran 27 die als Mischkammer 6 fungierende hohle Ventilnadel 26 gegen die Druckluftleitung 9 ab. Diese doppelte Dichtung ist durch die Elastizität der Membran 27 möglich, da diese die Längentoleranz der hohlen Ventilnadel 26 überbrückt. Gleichzeitig steht das Entlüftungsventil 23 offen, wodurch in der Mischkammer 6 der Druck der Saugseite des Luftkom­ pressors 3 oder der Brennkraftmaschine herrscht. Deshalb kann die Einspritzung des Kraftstoffs in die Mischkammer 6 mit dem bei Saugrohreinspritzung üblichem niedrigen Druck erfolgen.

Wenn der Einspritzvorgang abgeschlossen und der für die Verbrennung geeignete Zeitpunkt gekommen ist, wird die hohle Ventilnadel 26 durch den Elektromagneten 24 in Rich­ tung Brennraum bewegt, wodurch das Entlüftungsventil 23 ge­ schlossen und gleichzeitig das Gemischausblasventil 8 ge­ öffnet wird. Durch die Druckluftzufuhr infolge des von der Membran 27 freigegebenen Lufteinblasventils 15 kann die Gemischeinblasung vollzogen werden kann.

Eine Nacheinspritzung von Kraftstoff bei geöffneter Ventil­ nadel 26 ist wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit und den damit verbundenen geringen dynamischen Drücken in der Mischkammer 6 durchaus möglich.

Die Gemischeinblasung in den Brennraum der Brennkraft­ maschine wird durch elektromagnetische Betätigung der hohlen Ventilnadel 26 und demzufolge Schließen des Ge­ mischausblasventils 15 abgeschlossen. Gleichzeitig erfolgt das Öffnen des Entlüftungsventils 23, wodurch die Misch­ kammer entlüftet und für die nächste Kraftstoffeinspritzung vorbereitet wird.

Claims (10)

1. Kraftstoffeinblasventil zur Einblasung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilgehäuse (11, 12, 13) und einer darin angeordne­ ten Mischkammer (6), die wechselweise über ein Entlüf­ tungsventil (23) mit der Umgebung oder über ein Luft­ einblasventil (15) mit einer Druckluftleitung (9) ver­ bindbar ist und in die über ein Krafstoffeinspritzven­ til (7) Kraftstoff einspritzbar und von der aus ein Kraftstoff/Luft-Gemisch über ein Gemischausblasventil (8) in den Brennraum einblasbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (6) in einer hohlen Ventilnadel (26) ausgebildet ist, und daß die hohle Ventilnadel (26) an ihrem brennraumfernen Ende das Lufteitiblasventil (15) und an ihrem brenn­ raumnahen Ende das Gemischausblasventil (8) aufweist, und daß zwischen beiden Enden das Entlüftungsventil (23) vorgesehen ist.

2. Kraftstoffeinblasventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur gemeinsamen Betätigung der drei Ventile (8, 15, 23) ein Elektromagnet (24) vorgesehen ist.

3. Kraftstoffeinblasventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei geöffnetem Gemischaus­ blasventil (8) zugleich das Lufteinblasventil (15) ge­ öffnet und das Entlüftungsventil (23) geschlossen ist.

4. Kraftstoffeinblasventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Ventilnadel (26) an ihrem brennraumfernen Ende eine Öffnung aufweist, durch die Kraftstoff aus einem koaxial zur hohlen Ven­ tilnadel (26) angeordneten Kraftstoffeinspritzventil (7) einspritzbar ist.

5. Kraftstoffeinblasventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lufteinblasventil (15) eine Membran (27) umfaßt, die mit der hohlen Ventilna­ del (26) einstückig ausgebildet ist.

6. Kraftstoffeinblasventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer Rand (28) der Membran (27) zwischen einem oberen Ventilgehäuse (11) und einem mittleren Ventilgehäuse (12) dichtend befestigt ist.

7. Kraftstoffeinblasventil nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (27) aus einem Polymer besteht.

8. Kraftstoffeinblasventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftstoffeinspritz­ ventil (7) ein Saugrohreinspritzventil vorgesehen ist.

9. Kraftstoffeinblasventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine radiale Stirnfläche des Kraftstoffeinspritzventils (7) eine Dichtfläche für die Membran (27) bildet.

10. Kraftstoffeinblasventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckluftleitung (9) und eine Entlüftungsleitung (21) Teile einer Versor­ gungsschiene der Kraftstoffeinblasventile (2) sind.