DE2053000A1

DE2053000A1 - Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE2053000A1
Application number: DE19702053000
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Phys Dr 7250 Leonberg Jaggle Günther Dipl Ing 7000 Stuttgart Knapp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1970-10-28
Filing date: 1970-10-28
Publication date: 1972-05-04
Also published as: FR2109860A5; US3777726A; GB1373238A

Description

R. 54
22.10.1970 Kh/Kb

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmust erhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart KraftstoffeinSpritzanlage

Die Erfindung "betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für mehrzylindrige, gemischverdichtende,fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit einer Verteilereinrichtung und Zumeßventilen, die gemeinsam willkürlich verstellbar die zu den Einspritzventilen strömende Kraftstoffmenge bestimmen, wobei an jedem Zumeßventil ein möglichst konstantes Druckgefälle herrscht, indem in den Kraftstoffstrom je ein Differenzdruckventil eingeschaltet ist, dessen Durchströmquerschnitt von einem nachgiebigen Glied änderbar ist, auf das einerseits der stromabwärts und andererseits der stromaufwärts des Zumeßventils herrschende Kraft stoff druck wirkt,

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Bei derartigen Kraftstoffeinspritzanlagen kann die in das Saugrohr der Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge den jeweiligen Arbeitsbedingungen sehr, genau angepaßt werden. Dabei bewirkt die den Betriebsbedingungen entsprechende Stellgröße am Zumeßventil eine Änderung des Zumeßquerschnittes, wobei eine entsprechend dem DurchstrÖmquerschnitt gleichbleibend genaue Kraftstoffzumessung dadurch erfolgt, daß am Zumeßventil ein möglichst konstantes Druckverhältnis aufrechterhalten wird und somit die Zumessung unabhängig von den Drücken vor und nach dem Zumeßventil ist.

Es ist bekannt, bei derartigen Kraftstoffeinspritzanlagen Verteilereinrichtungen mit Zumeßventilen zu verwenden, deren Steuerschieber durch axiales Verschieben einen mehr oder weniger langen Abschnitt der Steuerschlitze freigeben, wobei als Differenzdruckventil ein Flachsitzventil dient, dessen bewegliches Teil durch eine Membran gebildet wird (DOS 1 8O5O66) Es hat sich gezeigt, daß bei Brennkraftmaschinen mit großer Ventilüberschneidung die kontinuierliche Einspritzung im Gebiet niederer Drehzahlen und großer Last zu einem starken Anstieg von unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas führt. Der Gaswechsel in den Zylindern der Brennkraftmaschine ist für hohe Drehzahlen abgestimmt, wodurch bei niederen Drehzahlen aufgrund der gleichzeitig geöffneten Ein- und Auslaßventile ein Austausch von Luft-Brennstoff-Gemisch auf der Einlaßseite und Abgas auf der Auslaßseite stattfindet, mit der Folge, daß unverbranntes Gemisch in den Auslaß gelangt. Bei kleiner Last und besonders im Leerlauf geht dieser unerwünschte Einfluß zurück, da die geschlossene Drosselklappe im Saugrohr den Gasaustausch behindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrundej eine Einspritzanlage zu entwickeln, bei der diesö genahnten Nachteile vermieden werden* -3-

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einspritzung der zugemessenen Kraftstoffmenge im Bereich niederer Drehzahlen intermittierend und im Saughub erfolgt und mit steigender Drehzahl selbsttätig in eine kontinuierliche übergeht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß stromabwärts jedes Differenzdruckventiles ein Speicherraum mit einem Speicherglied angeordnet ist, und daß als Speicherglied ein Speicherkolben dient, der entgegen einer Rückstellkraft axial verschiebbar ist und mit Nockenwellendrehzahl rotiert, und daß als Rückstellkraft eine möglichstweiche Blattfeder verwendet wird, die gleichzeitig als reibungsarme Kupplung für den Antrieb des Speicherkolbens durch das Zahnrodgetriebe mit llockenwellendrehzahl dient.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist derart, daß als Rückstellkraft Kraftstoff dient.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Spcicherkolben an seiner. Umfang in axialer Richtung eine Nut von bestimmter Länge hat,, die zum Speicherraum hin offen ist.

Eine andere ebenfalls bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß als Speicherglied eine Membran dient und dem Speicherraum ein durch einen monostabilen Hi; 1 ti ν it ι ο to:·- ir.it konstanter Kippzeit gesteuertes Zerhackventil mehre s ei. nltet ist, sowie daß dor mono stabile Multivibrator* drehzahl synchron von seinem stabilen in reinen instru.-ilc-ri Z\;stand kippbar ist,und daß der Zündverteiler der Brenn":: mf tr aschine Kontakte zur Auslösung des monostabil cn j-ii;] ti vibrators aufweist. ^,

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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist derart, daß im Bereich niederer Drehzahl und kleiner Last das Zerhackventil in Abhängigkeit vom Unterdruck oder der, Drosselklappenstellung ständig offen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. "1 einen Schnitt durch die Kraftstoffeinspritzanlage, Fig. 2 einen Schnitt durch die Kraftstoffeinspritzanlage

mit Kraftstoff als Rückstellkraft, Fig. 3 zwei Diagramme, die den Speicherkolbenweg und die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Zeit bei

niederen Drehzahlen darstellen, Fig. 4 ein Schema der Vorrichtung mit einem elektronisch gesteuerten Zerhackventil,

Fig. 5a-c eine Darstellung verschiedener Tastverhältnisse des Multivibrators.

In Fig. 1 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage dargestellt mit einem Gehäuse 1, einer Zwischenplatte 2, einem Bodendeckel 3 und einem Deckel 4. Zwischen das Gehäuse 1 und die Zwischenplatte 2 ist eine Metallmembran 5 eingespannt, die im Bereich von gleichmäßig um die Gehäuseachse verteilten Axialbohrungen diese in Kanra^r;rn 6 und 7 teilend als bewegliches Teil von Differenzdruo'.:ventilen dient. In diesem Ausführungsbeispiel handelt ··.: sich um eine Verteilereinrichtung für einen 4-ZylinoV: -;tor, also um vier Differenzdruckventile. Bei jedem die? ·.. Ventile bildet die Membran mit einem feststehend in ein- :* Ebene mit der Membraneinspannung angeordneten Ventilsitz 9 ein Flachsitzventil. Der Ventilsitz wird von einem Ventilsitzträr;or 10 aufgenommen, der in das Gehäuse 1 eingeschraubt ist und eine Bohrung 11 enthält,

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durch die der Kraftstoff in den Speieherraum 12 gelangen kann. Eine Schraubenfeder 13 belastet die Membran über einen Federteller 14 in Öffnungsrichtung, so daß das Differenzdruckventil außer Betrieb geöffnet ist.

Die im Bodendeckel 3 befindlichen Abschnitte der Kammern 7 sind durch einen nacheinander durch diese Abschnitte verlaufenden, nicht dargestellten Ringkanal miteinander so verbunden, daß ein Flüssigkeitsstrom zwar vom ersten über den zweiten und dritten zum vierten Abschnitt gelangen kann, nicht jedoch vom ersten direkt zum vierten Abschnitt, Von einem Kraftstoffbehälter 17 führt eine Leitung 18 über eine kontinuierlich fördernde Kraftstoffpumpe 19 "und eine Bohrung 20 zu dem oben genannten ersten Abschnitt der Kammern 7. Vom letzten, also vierten Abschnitt führt über ein nicht dargestelltes Druckhalteventil eine Rückstromleitung zurück zum Kraftstoffbehälter 17.

In einer durch die gesamte Verteilereinrichtung gehenden Axialbohrung 23 ist eine Laufbuchse 24 angeordnet, die durch eine elastin'; ο Dichtbuchse 25» die aus Gummi bestehen kann, gegen Verscl. ,en und Verdrehen gesichert ist, wozu die Buchse durch ;.nen Stopfen 26 gegen eine zwischen Bodendeckel 3 und Zwischenplatte 2 gelagerte Scheibe 27 axial zusammengepreßt wird.

In der Laufbuchse 24 gleitet axial gegen die Kraft einer Feder 30 verschiebbar ein Steuerschieber 31 » der eine Ringnut 32 besitzt. In der Laufbuchse 24 befinden sich Längsnuten 33» die durch achsparallele Steuerschlitze 34 mit der Innenbohrung der Laufbuchse verbunden sind. Je nach Lage des Steuerschiebers 31 steuert somit die Ringnut 32 einen mehr oder weniger langen Abschnitt der Steuerschlitze 3^· auf. In

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der Laufbuchse befinden sich außerdem eine Radialbohrung 36, die eine ständige Verbindung zwischen der Ringnut 32 und einem im Bodendeckel angeordneten durch die Zwischenplatte 2 und die Dichtbuchse 25 sowie Laufbuchse 24 begrenzten Ringkanal 37 herstellt. Von diesem Hingkanal 37 führen radial verlaufende Kanäle 38 zu dem die einzelnen Kammern 7 verbindenden, genannt en Ringkanal. Die Längsnuten 33 der Laufbuchse 24 sind über Kanäle 39 mit der Kammer 6 der Differenzdruckventile verbunden, wobei jedem Differenzdruckventil eine fc Längsnut 33 mit ihrem Steuerschlitz 34 zugeordnet ist.

Die Verteilereinrichtung hat folgende Wirkungsweise:

Der Kraftstoff gelangt aus dem Kraftstoffbehälter 17 über die Leitung 18, die kontinuierlich fördernde Kraftstoffpumpe 19 und die Bohrung 20 in eine der Kammern 7 der Differenzdruekventile und strömt von dort durch den erwähnten, nicht dargestellten Ringkanal zu der anderen Kammer 7 der weiteren Differenzdruckventile. Über Kanäle 38 gelangt der Kraftstoff in den Ringkanal 37 und von dort über die Radialbohrung 36 in die Ringnut 32 des Steuerschiebers. Von der Ringnut 32 strömt der Kraftstoff durch die Steuerschlitze 34- zugemessen P in die Längsnuten 33 und von dort über Kanäle 39 in die Kammern 6 der Differenzdruckventile.

Membransteifigkeit und Kraft der Feder 13 sind so ausgelegt, daß bei Änderung eines vorgesehenen Druckgefälles zwischen den beiden Kammern 6 und 7 des Differenzdruckventiles sich der Durchströmquerschnitt zwischen Membran und Ventilsitz solange ändert, bis dieses Druckgefälle wieder erreicht ist.

Nach Passieren des jeweiligen Differenzdruckventiles gelangt der Kraftstoff über Bohrungen 11 in entsprechende Speicher-

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räume 12, deren Volumina durch in Bohrungen 42 entgegen Blattfedern 44 axial verschiebbar gelagerten Speicherkolben 43 änderbar sind. Die Blattfedern 44 stützen sich einerseits in Aussparungen 45 der Speicherkolben und andererseits in Aussparungen 46 der Zahnräder 47 ab, die sich im Eingriff mit einem Zahnrad 54 befinden, das mit einer Welle 55 verbunden ist, die mit Nockenwellendrehzahl rotiert. Jeder Speicherkolben 43 hat an seinem Umfang in axialer Richtung eine Nut 48, die an ihrer dem Speicherraum 12 zugewandten Seite ständig zum Speicherraum hin offen ist. Aus den Speicherräumen 12 gelangt Kraftstoff bei entsprechender Stellung der Speicherkolben 43 bzw. der Nuten 48 über Auslaßbohrungen 49 in Leitungen 50» clie zu Einspritzventil en 51 führen. Zwischen den Bohrungen 42 und den Speicherkolben 43 durchleckender Kraftstoff kann aus dem Raum 52 über eine Leitung 53 drucklos in den Kraftstoffbehälter abfließen.

Die obenbeschriebene Vorrichtung wirkt folgendermaßen:

Der am Ztuneßventil 32,34 zugemessene Kraftstoff gelangt über das Differenzdruckventil 5»9 in den Speicherraum 12 und verschiebt den Speicherkolben 43 in axialer Richtung entgegen der Kraft der Blattfeder 44, die als reibungsarme Kupplung wirkend den Speicherkolben mit dem mit Nockenwellendrehzahl rotierenden Zahnradgetriebe 47,54 verbindet. Der kontinuierlich zugemessene Kraftstoff wird bei nie deren Drehzahlen durch diese Vorrichtung zerhackt, da eine Einspritzung jeweils nur dann erfolgt, wenn sich die Nut 48 des Speicherkolbens 43 mit der Auslaßbohrung 49 in überdeckung befindet. Bei höheren Drehzahlen stellt sich der Speicherkolben infolge der zunehmenden Masseeinflüsse und der größeren zugemessenen Kraftstoffmenge dann so ein, daß er durchsatzabhängig einen gewissen Durchströmquerschnitt an der Auslaßbohrung 49 ständig freigibt. Länge und Breite der Hut 48 sind den Kennwerten der Brennkraftmaschine angepaßt. o_

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Durch das Zerhacken der kontinuierlich zugemessenen Kraftßtoffmenge mit Hilfe der obenbeschriebenen Vorrichtung kann die Einspritzung des Kraftstoffes so gezielt in das Saugrohr »fahrend des Ansaughubes erfolgen, daß ein Austausch zwischen Kraftstoff-Luft-Gemisch und Abgas im Bereich niederer Drehzahlen verhindert wird. Für den Bereich niederer Drehzahlen und großer Last ergibt sich somit ein wesentlich geringerer Kraftstoffverbrauch. Der Gaswechsel ist abgestimmt für hohe ρ Drehzahlen, für die auch die zerhackte, also intermittierende Einspritzung selbsttätig in eine kontinuierliche Einspritzung übergeht.

Die in Fig. 2 dargestellte Kraftstoffeinspritzanlage unterscheidet sich von der obenbeschriebenen Vorrichtung dadurch, daß als Rückstellkraft des Speicherkolbens 4-3 Kraftstoff dient, wofür von der Leitung 18 eine Leitung 56 abzweigt, in die ein Druckregelventil 57 geschaltet ist, das im Raum 52 einen konstanten Druck aufrechterhält und von dem eine Rückflußleitung 58 zum Kraftstoffbehälter 17 zurückführt. Die Speicherkolben 4-3 besitzen zum Raum 52 hin Innenbohrungen - 61, in die KupplungsteiIe 62 ragen, deren Schlitze 63 mit * sich in den Speicherkolben abstützenden Radialstiften 64-zusammenwirken. Die Kupplungsteile 62 sind fest mit den Zahnrädern 4-7 verbunden, die mit dem von der Welle 55 angetriebenen Zahnrad 54- in Eingriff stehen und mit Nockenwellendrehzahl rotieren.

Die Verwendung von Kraftstoff als Druckflüssigkeit ermöglicht ein exaktes Einhalten einer konstanten Rückstellkraft auf die Speicherkolben 43 bei jeder axialen Stellung der Speicherkorben.

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Der zeitliche Verlauf der Speicherwirkung während der Zeit t ist anhand des Kolbenhubes s und der Einspritzmenge Q in Fig. 3 für niedere Drehzahlen dargestellt. Stehen sich die Nut 48 des Speicherkolbens 43 und die Auslaßbohrung 49 gegenüber, so erfolgt die Einspritzung in das Saugrohr. Das Speichervolumen und der Kolbenhub nehmen dabei solange ab, bis die Verbindung zwischen der Nut 48 und der Auslaßbohrung 49 durch Verdrehen des Speicherkolbens unterbrochen wird. Die dabei direkt in den Ansaughub der Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge entspricht der sonst in diesem Zeitabschnitt kontinuierlich eingespritzten Kraftstoffmenge.

In Fig. 4 ist mit 67 eine Speichermembran bezeichnet, die als nachgiebiges Glied den Speicherraum 12 abschließt und von einer Schraubenfeder 68 belastet wird. Der Speicherraum 12 ist über eine Leitung 69 mit einem Zerhackventil 70 einfachster Bauart verbunden, das von einem monostabilen Multivibrator 71 gesteuert wird und in geöffnetem Zustand den Kraftstofffluß in die Leitung 50 zur Einspritzdüse 51 freigibt. Die Auslösung der Impulse erfolgt durch im nicht dargestellten Zündverteiler der Brennkraftmaschine eingebaute Kontakte 72. Die Verwendung einer Membran als Speicherglied hat den Vorteil, daß sie sehr massearm hergestellt werden kann. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende.

Der in der Verteilereinrichtung zugemessene Kraftstoff gelangt vom Speicherraum 12 über eine Leitung 69 bei höheren Drehzahlen ohne Unterbrechung im Zerhackventil 70 in die Leitung 50 zur Einspritzdüse 51· Im Bereich niederer Drehzahlen wird das Zerhackventil 70 von dem monostabilen Multivibrator 71, der aus dem Endtransistor selbst und einem schwächeren Transistor besteht, gesteuert, wobei dessen Auslösung durch

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die im Zündverteiler eingebauten Kontakte 72 erfolgt. Die Impulszeit des monostabilen Multivibrators ist so ausgelegt, daß bei niederer Drehzahl das in der Fig. 5ä gezeigte Tastverhältnis entsteht, bei mittlerer Drehzahl beginnt die Einspritzung durch Aneinanderrücken der Impulse entsprechend Fig. 5b kontinuierlich zu werden und bei hoher Drehzahl (Fig. 5c) ist sie ganz kontinuierlich.

Wie bei der vorher beschriebenen mechanischen Lösung erfolgt die Einspritzung im Bereich niederer Drehzahlen in das Saugrohr während des Ansaughubes der Brennkraftmaschine. Der übergang von intermittierender Einspritzung zu kontinuierlicher Einspritzung beruht darauf, daß die Ansprechzeit des Zerhackventils bei höherer Drehzahl unterschritten wird.

Es hat sich gezeigt, daß die Abgaswerte bei niederer Drehzahl im Gebiet niederer Last besser sind, wenn die Einspritzung kontinuierlich erfolgt. Mit der elektrischen Schaltung ist es leicht möglich, dies zu verwirklichen, indem die elektrischen Zerhackventile 70 unterdruck- oder drosselklappenabhängig ständig geöffnet werden. Somit ergibt sich eine weitere günstige Anpassung an das Kennfeld der Brennkraftmaschine, indem im Bereich kleiner Drehzahl und großer Leistung intermittierend eingespritzt wird, während im Bereich niederer Last und höherer Drehzahl kontinuierlich eingespritzt wird. Die elektronische Lösung erlaubt weiterhin ein einfaches Abstoppen der Kraftstoffzufuhr im Schiebebetrieb durch Unterdrücken der elektrischen Impulse.

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Claims

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Ansprüche

Γ1. kraftstoffeinspritzanlage für mehrzylindrige,gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit einer Verteilereinrichtung und Zumeßventilen, die gemeinsam willkürlich verstellbar die zu den Einspritzventilen strömende Kraftstoffmenge bestimmen, wobei an jedem Zumeßventil ein möglichst konstantes Druckgefälle herrscht, indem in den Kraftstoffstrom je ein Differenzdruckventil eingeschaltet ist, dessen Durchströmquerschnitt von einem nachgiebigen Glied änderbar ist, auf das einerseits der stromabwärts und andererseits der stromaufwärts des Zumeßventils herrschende Kraftstoffdruck wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung der zugemessenen Kraftstoffmenge im Bereich niederer Drehzahlen intermittierend und im Saughub erfolgt und mit steigender Drehzahl selbsttätig in eine kontinuierliche übergeht.
2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts jedes Differenzdruckventiles (5)9) ein Speicherraum (12) mit einem Speicherglied (4J,67) angeordnet ist.

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3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ale Speicherglied ein Speicherkolben (45) dient, der entgegen einer Rückstellkraft (44) axial verschiebbar ist und mit Nockenwellendrehzahl rotiert.
4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellkraft eine möglichst weiche Blattfeder (44) verwendet wird, die gleichzeitig als reibungßarme Kupplung für den Antrieb des Speicherkolbens (43) durch das Zahnradgetriebe (47,54) mit Nockenwellendrehzahl dient.
5· Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellkraft Kraftstoff dient.
6. KraftstoffeinSpritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkolben (43) an seinem Umfang in axialer Richtung eine Nut (48) von bestimmter Länge hat, die zum Speicherraum (12) hin offen ist.
7. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherglied eine Wembran (67) dient

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und dem Speicherraum (12) ein durch einen monostabilen Multivibrator (71) mit konstanter Kippzeit gesteuertes Zerhackventil (70) nachgeschaltet ist.
8. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator (71) drehzahlsynchron von seinem stabilen in seinen instabilen Zustand kippbar ist.
9. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß der Zündverteiler der Brennkraftmaschine Kontakte (72) zur Auslösung des monostabilen Multivibrators (71) aufweist.
10. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich niederer Drehzahl und kleiner Last das Zerhackventil (70) in Abhängigkeit vom Unterdruck oder der Drosselklappenstellung ständig offen ist.

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