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Die
Erfindung betrifft ein System zur Zuführung von Kraftstoff in wenigstens
einen Brennraum einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von
Anspruch 1 näher
definierten Art.
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Ein
gattungsgemäßes System
ist aus der
DE 195
27 628 A1 bekannt. Bei dieser Zweitakt-Brennkraftmaschine
mit im Verbrennungszylinder integrierter, an eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
angeschlossener Kraftstoffeinspritzkammer ist zwecks verbesserten
Einblasens des Kraftstoffs im Kurbelgehäuse oder im Zylinder ein Hubkolben-Luftkompressor
integriert.
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Die
DE 37 85 441 T3 beschreibt
einen im Tank angeordneten Brennstoffpumpensatz für Einspritzbrennkraftmaschinen,
bei welchem zwei Ejektorpumpen Brennstoff in zwei unabhängige Reservoire
pumpen.
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Die
DE 43 30 720 C2 zeigt
eine Kraftstoffeinspritzeinlage für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen,
bei welcher die Einspritzdüsen über Hochdruckpumpen
versorgt werden. Die Hochdruckpumpen enthalten jeweils Druckwandler,
welche mit einem stufenförmigen
Kolben arbeiten.
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Aus
der
DE 195 18 414
A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung von
Brennstoff zu einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei welcher
von einem Kompressor eine Leitung in eine Mischkammer führt, wobei
in der Leitung eine Regelvorrichtung angeordnet ist.
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Eine
Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung
eines Tankentlüftungssystems
ist aus der
DE 43 35
126 A1 bekannt. Dabei ist ein Drei-Wege-Ventil vorgesehen, das
eine Membrandose mit einem Anschluss verbindet, über den je nach Schaltstellung
Umgebungsluft zuströmen
kann, sowie mit einer Leitung, über
die je nach Schaltstellung die in der Membrandose gespeicherte Umgebungsluft
zum Saugrohr strömen
kann.
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Ein
weiteres Kraftstoffzuführsystem
ist aus der
EP 04 21
358 A1 bekannt. Bei diesem bekannten System wird der Kraftstoff
in eine jedem Brennraum zugeordnete Mischkammer gespritzt und mit
zusätzlichem
Luftdruck direkt in den Brennraum eingeblasen. Es ist ein gemeinsamer
Kraftstoffkanal vorgesehen, über
welchen der Kraftstoff den Mischkammern zugeführt wird. Hierzu muss der Kraftstoff
unter einem höheren
Druck als dem Druck der Einblaseluft stehen, um eine Einspritzung
in die Mischkammern, welche unter dem Druck der Einblaseluft stehen, überhaupt
zu ermöglichen.
Das Verfahren, mit welchem ein derartiges System betrieben wird,
wird auch als OCP-Verfahren bezeichnet.
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Bei
solchen Systemen werden entweder zwei hintereinander geschaltete,
meist elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpen verwendet oder es
wird alternativ eine größere und
aufwendigere Kraftstoffpumpe eingesetzt, die das notwendige Druckniveau erreichen
kann. Da zwischen Kraftstoff und Einblaseluft eine möglichst
konstante Druckdifferenz herrschen sollte, wird diese durch einen
meist mechanisch ausgeführten
Regler eingeregelt.
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Der
Nachteil des beschriebenen Systems ist jedoch, dass der Kraftstoff
ständig
gegen den Druck der Einblaseluft gefördert werden muss, weshalb
die zweite oder eine aufwendigere Kraftstoffpumpe notwendig sind
und somit Nachteile bezüglich
der Leistungsaufnahme entstehen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Zuführung von
Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zu
schaffen, bei welchem der Kraftstoff in einfacher Weise auf ein
Druckniveau angehoben werden kann, welches über demjenigen Druckniveau
des unter Druck stehenden gasförmigen
Mediums liegt. Hierbei sollen möglichst
einfache Bauteile zum Einsatz kommen und es soll darüber hinaus
eine zuverlässige Einspritzung
von Kraftstoff gewährleistet
sein.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten
Merkmale gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße Speichereinrichtung
zum Zwischenspeichern des Kraftstoffs muss dieser nicht mehr gegen
den hohen Druck des unter Druck stehenden gasförmigen Mediums bzw. des Einblasemediums
gefördert
werden, sondern lediglich gegen einen weitaus geringeren Druck,
wie z.B. den atmosphärischen
Druck. Wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen,
der Kraftstoffdruck erst in der Speichereinrichtung auf das notwendige
Niveau gebracht wird, ist es vorteilhafterweise nicht mehr notwendig,
den Kraftstoff gegen den Druck des Einblasemediums zu fördern und
es kann eine sehr viel einfacher aufgebaute, kostengünstigere
und zuverlässigere
Pumpe zum Fördern
von Kraftstoff eingesetzt werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten
Ausführungsbeispielen.
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Es
zeigt:
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1 eine
erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
zur Zuführung
von Kraftstoff;
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2 eine
zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
zur Zuführung
von Kraftstoff;
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3 eine
dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
zur Zuführung
von Kraftstoff; und
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4 eine
vierte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
zur Zuführung
von Kraftstoff.
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1 zeigt
ein System zur Zuführung
von Kraftstoff in Brennräume 1 einer
nur schematisch angedeuteten Brennkraftmaschine 2, in diesem
Fall einer direkteinspritzenden und nach dem Otto-Prinzip arbeitenden
Brennkraftmaschine 2. Jedem Brennraum 1 ist jeweils
ein Einblaseventil 3 von an sich bekannter Bauweise zugeordnet.
Hierbei weist jedes Einblaseventil 3 eine Mischkammer 4 auf,
in welcher Kraftstoff mit unter Druck stehendem gasförmigen Medium,
im vorliegenden Fall mit der sogenannten Einblaseluft, vermischt
und anschließend
den Brennräumen 1 zugeführt wird.
Der Kraftstoff wird über
einen Kanal 5 einzeln den Mischkammern 4 und somit den
Brennräumen 1 zugeführt. Hierzu
sind in dem Kanal 5 jeweils einem der Einblaseventile 3 bzw.
der Brennräume 1 zugeordnete
Kraftstoffeinspritzventile 6 vorgesehen.
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Die
Einblaseluft wird den Einblaseventilen 3 über eine
Luftleitung 7 zugeführt,
an welcher sich am gegenüberliegenden
Ende ein Luftverdichter zur Erhöhung
des Druckes und zur Zufuhr von Einblaseluft in die wenigstens eine
Mischkammer 4, nämlich
ein Kompressor 8, befindet. Der Kompressor 8 erhält Frischluft
aus einer Frischluftleitung 9, komprimiert diese und führt sie
dann über
die Luftleitung 7 den Einblaseventilen 3 in an
sich bekannter Weise zu. Um den Druck in der Luftleitung 7 verändern zu
können,
kann der Kompressor 8 elektrisch oder mechanisch regelbar
ausgeführt
sein.
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Der
Kraftstoff wird dem Kanal 5 durch eine Kraftstoffpumpe 10 aus
einem nicht dargestellten Kraftstofftank zugeführt. Allgemein handelt es sich bei
der Kraftstoffpumpe 10 um eine Einrichtung zur Zufuhr von
Kraftstoff in den Kanal 5. Der Kraftstoff wird hierbei
jedoch zunächst
von der Kraftstoffpumpe 10 über eine Kraftstoffleitung 11 in
eine Speichereinrichtung 12 gefördert. Von der Speichereinrichtung 12 gelangt
der Kraftstoff dann über
eine weitere Kraftstoffleitung 13 zu dem Kanal 5.
Die Speichereinrichtung 12 weist zwei Speicherräume 14a und 14b auf,
welchen jeweils entsprechende Druckräume 15a und 15b zugeordnet
sind. In jedem Speicherraum 14a und 14b befindet
sich jeweils eine mit einem Koppelelement 16a bzw. 16b verbundene
Membran 17a bzw. 17b. In den Druckräumen 15a und 15b sind ebenfalls
Membranen 18a und 18b angeordnet, welche auf der
den Membranen 17a und 17b gegenüberliegenden
Seiten der Koppelelemente 16a und 16b angebracht
sind. Somit ergibt sich eine Verbindung der Membran 17a mit
der Membran 18a über das
Koppelelement 16a und der Membran 17b mit der
Membran 18b über
das Koppelelement 16b.
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Die
Membranen 18a und 18b der Druckräume 15a und 15b weisen
hierbei eine größere Fläche als
die Membranen 17a und 17b der Speicherräume 14a und 14b auf.
Auf diese Weise kann durch Aufbringen von Druck auf die Druckräume 15a und 15b der
Druck in den Speicherräumen 14a und 14b erhöht werden,
wobei das Verhältnis
des Drucks in den Speicherräumen 14a und 14b zu
dem Druck in den Druckräumen 15a und 15b dem
umgekehrten Verhältnis
der Größe der Membranen 17a und 17b der Speicherräume 14a und 14b zu
der Größe der Membranen 18a und 18b der
Druckräume 15a und 15b entspricht.
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Zum
Aufbringen von Druck auf die Druckräume 15a und 15b zweigt
von der Luftleitung 7 eine Druckleitung 19 ab,
in welcher sich ein Regelventil 20 befindet, welches auch
entfallen kann. Zum Aufbringen von Druck auf die Druckräume 15a und 15b wird also
der bereits vorhandene Druck des Kompressors 8 verwendet.
Von den Druckräumen 15a und 15b weg
führt eine
Abführleitung 21,
welche in der Frischluftleitung 9 zu dem Kompressor 8 mündet. In
nicht dargestellter Art und Weise kann sich auch in der Luftleitung 7 und
in der Kraftstoffleitung 11 jeweils ein Regelventil befinden.
Dies kann aus Gründen
der Gemischaufbereitung, zum Verkürzen der Einspritzzeit oder
zur Verringerung von Reibung sinnvoll sein. Durch die Regelventile
können
verschiedene Druckverhältnisse
eingestellt werden.
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Um
die Speichereinrichtung 12 ansteuern zu können, sind
die Leitungen 11 und 13 durch ein erstes Schaltelement 22 und
die Leitungen 19 und 21 durch ein zweites Schaltelement 23 unterbrochen. Mit
anderen Worten sind die Leitungen 11 und 13 an das
Schaltelement 22 angeschlossen und die Leitungen 19 und 21 sind
an das Schaltelement 23 angeschlossen. Die Schaltelemente 22 und 23 können hierbei
in bekannter Weise ausgebildete Servoventile sein. Um ein gleichmäßiges Schalten
der Schaltelemente 22 und 23 zu gewährleisten
und um den Steuerungsaufwand zu verringern, können die Schaltelemente 22 und 23 miteinander
mechanisch gekoppelt werden. Wenn sich die Schaltelemente 22 und 23, wie
im vorliegenden Fall dargestellt, in einem ersten Schaltzustand
befinden, so ist der Speicherraum 14b mit der Kraftstoffleitung 11 verbunden
und wird durch die Kraftstoffpumpe 10 mit Kraftstoff befüllt. Im
maximalen Befüllungszustand
des Speicherraums 14b ist das Koppelelement 16b mit
der Membran 18b maximal in Richtung des Druckraumes 15b ausgelenkt. Der
Speicherraum 14a ist über
das Schaltelement 22 mit der Kraftstoffleitung 13 verbunden
und kann somit Kraftstoff an den Kanal 5 abgeben. Dies
wird dadurch ermöglicht,
dass sich das Schaltelement 23 ebenfalls in dem ersten
Schaltzustand befindet, in welchem auf den dem Speicherraum 14a zugeordneten
Druckraum 15a Druck aufgebraucht wird, da dieser mit der Druckleitung 19 verbunden
ist. Dieser Druck lenkt die Membran 18a und somit über das
Koppelelement 16a die Membran 17a in den Speicherraum 14a aus, wodurch
der Kraftstoff mit hohem Druck in die Leitung 13 gedrückt wird.
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Da,
wie oben beschrieben, die Membranen 17a und 17b für eine Übersetzung
des in dem Druckraum 15a anstehenden Druckes sor gen, wird
der Kraftstoff aus dem Speicherraum 14a mit hohem Druck
dem Kanal 5 zugeführt,
wobei der Druck höher ist
als derjenige, der von dem Kompressor 8 für die Einblaseluft
erzeugt wird. Das oben beschriebene Befüllen des Speicherraums 14b ist
möglich,
da der Druckraum 15b durch die Stellung des Schaltelements 23 mit
der Abführleitung 21 verbunden
und somit drucklos ist.
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Um
nunmehr die notwendige Kraftstoffversorgung für den Kanal 5 und
somit für
die Brennräume 1 der
Brennkraftmaschine 2 sicherzustellen, werden die Schaltelemente 22 und 23 je
nach Bedarf geschaltet, wobei deutlich wird, dass bei Einnehmen
eines zweiten Schaltzustandes (nicht dargestellt) der Speicherraum 14b über die
Kraftstoffleitung 13 mit dem Kanal 5 verbunden
ist und aufgrund der Tatsache, dass der Druckraum 15b mit
der Druckleitung 19 verbunden ist, seinen Kraftstoff an
den Kanal 5 abgibt. Gleichzeitig wird bei diesem zweiten
Schaltzustand der Speicherraum 14a durch die Kraftstoffpumpe 10 mit
Kraftstoff befüllt.
Es ist somit ein alternierend arbeitendes System zur Zuführung von
Kraftstoff in die Brennräume 1 der
Brennkraftmaschine 2 gegeben. Es muss hierbei beim Befüllen der
Speicherräume 14a und 14b nur
gegen den in der Abführleitung 21 anstehenden
atmosphärischen
Druck gefördert
werden, wodurch eine konventionelle Kraftstoffpumpe 10 verwendet
werden kann. Die Kraftstoffpumpe 10 muss nur während der
Befüllung
eines der beiden Speicherräume 14a oder 14b betrieben werden.
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In 2 ist
ein ähnliches
System wie in 1 dargestellt, bei welchem jedoch
die Speichereinrichtung 12 anders aufgebaut ist. Diese
weist zwar wiederum die Speicherräume 14a und 14b sowie
die zugeordneten Druckräume 15a und 15b auf,
welche wie in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 in
gleicher Weise mit den Leitungen 11, 13, 19 und 21 verbunden
sind. Auch die Schaltelemente 22 und 23 sind in
gleicher Weise angeordnet. Im Unterschied zu 1 sind jedoch
keine Koppelelemente mit Membranen vorgesehen, sondern die Speicherräume 14a und 14b sind
durch Kolben 24a und 24b von den Druckräumen 15a und 15b getrennt.
Auf die Kolben 24a und 24b wirken in den Druckräumen 15a und 15b angeordnete
Federeinrichtungen 25a und 25b. Die Erhöhung des
Kraftstoffdrucks in den Speicherräumen 14a und 14b über den
von dem Kompressor 8 erzeugten und in der Luftleitung 7 herrschenden Druck
wird somit durch die Federeinrichtung 25a und 25b erreicht,
wobei beim Fördern
von Kraftstoff in die Speicherräume 14a und 14b zusätzlich zum
atmosphärischen
Druck auch die Federkraft überwunden werden
muss. Allerdings muss nicht gegen den Druck der Einblaseluft in
der Luftleitung 7 gefördert werden.
Die Füllung
und Entleerung der Speicherräume 14a und 14b wird
jedoch wie gemäß 1 durch
alternierendes Schalten der Schaltelemente 22 und 23 durchgeführt.
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Statt
der Federeinrichtungen 25a und 25b wäre es alternativ
auch möglich,
nicht dargestellte Stufenkolben zu verwenden und so für eine Druckübersetzung
zu sorgen. Die beschriebenen Federeinrichtungen 25a und 25b könnten auch
mit den oben erwähnten
oder auch mit den weiter unten folgenden Membranen zusammen eingesetzt
werden.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Systems zur Zuführung
von Kraftstoff in die Brennräume 1 der
Brennkraftmaschine 2. Wiederum ist die Speichereinrichtung 12 auf
eine andere Weise aufgebaut, wobei die Speicherräume 14a und 14b sowie
die Druckräume 15a und 15b erhalten
bleiben. Diese sind allerdings durch einfache Membranen 26a und 26b voneinander
getrennt, ohne dass hierzu Koppelelemente vorgesehen sind, wie dies
bei 1 der Fall ist. Im Unterschied zu 1 ist
jedoch in der Luftleitung 7 ein Druckregelventil 27 vorgesehen, durch
welches der Druck in der Luftleitung 7 begrenzt werden
kann. An dem Druckregelventil 27 zweigt von der Luftleitung 7 eine
weitere Rückführleitung 28 ab, welche
in die Abführleitung 21 mündet. Das
Regelventil 27 in der Luftleitung 7 ist wie auch
das Regelventil 20 in der Druckleitung 19 in diesem
Ausführungsbeispiel
erforderlich, da durch die Regelventile 20 und 27 die
notwendige Druckdifferenz zwischen den Speicherräumen 14a und 14b sowie
den Druckräumen 15a und 15b erreicht
wird. Es ist nämlich
hier möglich,
an dem Regelventil 20, welches den Druck in der Druckleitung 19 und
somit den an den Druckräumen 15a und 15b anstehenden
Druck regelt, einen höheren
Druck einzustellen als an dem Regelventil 27, welches den
Druck der Einblaseluft regelt. Durch die Druckeinstellung an den
Regelventilen 20 und 27 kann somit gewährleistet
werden, dass der Kraftstoffdruck in den Speicherräumen 14a und 14b einen
höheren
Wert erreicht als der Druck der Einblaseluft in der Luftleitung 7.
Auch in diesem Fall sind die Schaltelemente 22 und 23 miteinander
gekoppelt und werden zum abwechselnden Zuführen von Kraftstoff in den
Kanal 5 und zur Befüllung
des jeweiligen Speicherraums 14a oder 14b alternierend
geschaltet.
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4 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform
des Systems zur Zuführung
von Kraftstoff, welches bei allen drei oben erläuterten Systemen eingesetzt
werden kann. Hierbei wird durch eine separate, von dem Kompressor 8 unabhängige Druckerzeugungseinrichtung,
nämlich
einen Kompressor 29, welcher nur sehr schematisch dargestellt
ist, dafür
gesorgt, dass der Kraftstoffdruck in der Speichereinrichtung 12 höher ist
als der Druck der Einblaseluft in der Luftleitung 7. Als
Kompressor 29 kann z.B. ein bereits an einer Hydraulik
einer nicht dargestellten Pumpe einer Servolenkung vorhandener Kompressor
oder eine beliebige andere Einrichtung verwendet werden, welche
in der Lage ist, den notwendigen Druck aufzubringen. Die Abführleitung 21 führt nunmehr
nicht mehr zu dem Kompressor 8, sondern zu dem Kompressor 29 und
die Druckleitung 19 ist ebenfalls nicht mehr mit der von
dem Kompressor 8 ausgehenden Luftleitung 7 verbunden.
Es entsteht somit ein von dem Kompressor 8 völlig unabhängiges System,
mit welchem in gleicher Weise in den Speicherräumen 14a und 14b ein
Kraftstoffdruck erzeugt werden kann, der über demjenigen der Einblaseluft steht.
Es ist jedoch noch immer der Kompressor 8 zur Erzeugung
des Drucks der Einblaseluft in der Luftleitung 7 vorgesehen.
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Wie
bereits oben erwähnt
ist diese Ausführungsform
mit allen drei bisher beschriebenen Speichereinrichtungen 12 möglich, wobei
wiederum die Schaltelemente 22 und 23 vorgesehen
sind, welche für
einen alternierenden Ablauf des Abgebens von Kraftstoff an den Kanal 5 bzw.
der Befüllung
des jeweiligen Speicherraumes 14a und 14b sorgen.