DE2053140A1 - Kraftstoff Fordereinrichtung fur Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

R. 73
27.10.1970 Lr/Sz

Anlage zur

ROBERO? BOSCH GMBH, Stuttgart

Krafts tpff-ffördereinrichtunp; für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Fördereinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere solchen mit elektromagnetisch betätigbaren, unter wenigstens annähernd konstantem Kraftstpffdruck stehenden Einspritzventilen, deren jeweilige Öffnungsdauer durch einen von einer drehzahlsynchron ausgelösten Steuereinrichtung gelieferten Impule bestimmt wird, mit einer durch einenj Elektromotor angetriebenen Hauptpumpe und mit einem an deren Ausgang angeschlossenen Druckregler.

Bei den seither in großer Zahl gebauten, elektrisch gesteuerten Benzineinspritzanlagen wird die Kraftstoff-Förderpumpe von

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einem Elektromotor angetrieben, dessen Drehzahl so hoch gewählt ist, daß auch bei der niedrigsten, beim Betrieb der Brennkraftmaschine sich einstellenden Spannung einer für die Zündanlage der Brennkraftmaschine vorgesehenen Sammlerbatterie eine ausreichende Kraftstoff menge unter einem Druck von 2 atü vor den Einspritzventilen zur Verfugung steht.

Bei extrem hohen Betriebstemperaturen der Brennkraftmaschine können sich jedoch Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß die geförderte Kraftstoffmenge oberhalb einer Kraftstofftemperatur von ca. 50⁰C sehr rasch mit steigender Temperatur abnimmt. Diese Erscheinung wird u. a. dadurch verursacht, daß der Siedebeginn der typischen Vergaserkraftstoffe bei etwa 25°C bei einem Druck von 1 ata liegt. Die Pumpe muß demgemäß bei Temperaturen oberhalb von 35°C den entsprechend der Temperaturdifferenz zwischen Tank und Pumpe entstehenden Dampf fördern, was bewirkt, daß die Fördermenge entsprechend dem Verhältnis von Dampf zu Kraftstoffvolumen abnimmt.

Ein weiterer Grund liegt darin, daß die diskontinuierliche Saugwirkung der Pumpe Druckschwankungen auf ihrer Saugseite verursacht, wodurch sich infolge des StrömungswiderStandes in der Zuleitung zur Pumpe und dem Saugkanal der Pumpe ein sich zeitlich ändernder Unterdruck gegenüber dem Tank ergibt. Auch hierdurch entsteht Kraftstoffdampf, der die Fördermenge der Pumpe reduziert. Ein dritter Grund ist darin zu sehen, daß die Kühlung der Pumpe teilweise durch den Kraftstoff erfolgt. Venn der Kraftstoff Dampf enthält, so wird weniger Wärme abgeführt und die Pumpe erwärmt sich stärker, wodurch die sich bildende Dampfmenge vergrößert wird. Dai sich dann die Wärmeabfuhr weiter verringert und die Dampfbildung gesteigert wird, ergibt eich Im Ergebnis eine stark absinkende Fördermenge.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses durch Dampfblasenbildung verursachte Absinken der Fördermenge zu verhindern. Erfindungsgemäß ist hierzu bei einer Kraftstoff-Fördereinrichtung der eingangs beschriebenen Art vorgesehen, daß zwischen der Hauptpumpe und einem Kraftstoff-Vorratsbehälter eine Vorförderpumpe angeordnet ist,' die vom gleichen Motor wie die Hauptpumpe angetrieben ist, den Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter ansaugt und der Hauptpumpe mit geringem, eine Dampfbildung am Eingang der Hauptpumpe verhindernden überdruck zuführt. Die Fördermenge der Förderpumpe wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung derart bemessen, daß bei hohen Temperaturen die an die Hauptpumpe gelieferte Kraftstoffmenge auch dann . nicht unterschritten wird, wenn sich in der Vorförderpumpe Dampfblasenbildung einstellen sollte. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe und dem Eingang der Hauptpumpe ein auf etwa 0,5 atü eingestelltes Überdruckventil vorgesehen ist, das an eine zum Vorratsbehälter führende Rücklaufleitung angeschlossen ist, welche den - insbesondere bei tiefen Temperaturen im Überschuß von der Vorförderpumpe gelieferten Kraftstoff aufnimmt.

Als Vorförderpumpe eignen sich vorwiegend Pumpen mit kontinuierlicher Kraftstoff-Förderung, wie Flügel-, Spiral-, Schneckenoder Fliehkraftpumpen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorförderpumpe an ihrer Antriebswelle thermisch gegenüber dem antreibenden Motor isoliert ist. Zweckmäßig werden die Querschnitte und die Form des zur Vorförderpumpe führenden Ansaugkanals so reichlich bemessen, daß eine möglichst geringe Drosselung des Kraftstoff4^tiekstroms erfolgt, um die Entstehung eines zu großen Ansaugförderdruckes zu vermeiden. Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn die Vorförderpumpe als Seitenkanalpumpe ausgebildet ist.

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Weitere-Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel einer Kraftstoff-Fördereinrichtung für eine elektronisch gesteuerte Saugrohr-Einspri-fczanlage einer Brennkraftmaschine.

Ee Beigen:

Fig. 1 die Einspritzanlage in einem Übersichtsbild und teilweise in schematischer Barstellung,

Pig. 2 die aus einer Vorförderpumpe, einem Überdruckventil und einer Hauptpumpe bestehende Kraftstoff-Fördereinrichtung jeweils in ihrem Quer- bzw. Längsschnitt,

Fig. 5 als abgewandeltes Ausführungsbeispiel eine Fördereinrichtung mit einer als Seitenkanalpumpe ausgebildeten Vorförderpumpe und einer als Rollenzellenpumpe ausgebildeten Hauptpumpe im Querschnitt und teilweise in der Ansicht und

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV durch die Seitenkanalpumpe nach Fig. 3.

Die Benzineinspritzeinrichtung nach Fig. 1 ist zum Betrieb einer als Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienenden Vierzylinderbrennkraftmaschine 10 bestimmt, deren Zündkerzen 11 an eine nicht dargestellte Hochspannungszündanlage angeschlossen sind. In unmittelbarer Nähe der nicht dargestellten Einlaßventile der Brennkraftmaschine sitzt auf den zu den einzelnen Zylindern führenden Verzweigungestutzen des Ansaugrohres 12 je ein elektromagnetisch betätlgbares Einspritzventil 15. Jedem Eingangsventil wird über eine der bei 14 angedeuteten Kraftstoffleitungen aus einem Verteiler 15 Kraftstoff zugeführt. Der Kraftstoff wird im Verteiler und in den Leitungen 14 durch eine bei 16

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angedeutete, durch einen Elektromotor M angetriebene Fördereinrichtung aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 18 angesaugt und einem dem Verteiler 15 vorgeschalteten Druckregler 17 zugeführt, der die Aufgabe hat, den Druck des vor den Einspritzventilen anstehenden Kraftstoffs auf einem praktisch konstanten Wert von etwa 2 atü zu halten.

Jedes der Einspritzventile 1$ enthält.eine nicht dargestellte Magnetisierungswicklung, deren eines Ende an Masse liegt, während das andere Ende jeder der Wicklungen über Anschlußleitungen 19 mit einem von vier Widerständen 20 verbunden ist. Die Widerstände 20 sind zusammen an den Kollektor eines bei 21 dargestellten Leistungstransistors angeschlossen, der von einem im folgenden näher beschriebenen, in Wirklichkeit wesentlich komplizierteren elektronischen Regel- und Steuergerät 25 über einen Transistorverstärker 22 mit rechteckförmigen Steuerimpulsen 23 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 24 versorgt wird und dabei einen die Einspritzventile 15 über die Dauer dieser Impulse öffnenden Strom liefert. Zur öffnungsdauer proportional ist die bei jedem Einspritzvorgang in das Ansaugrohr 12 und von dort in die Zylinder gelangende Einspritzmenge, die den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepaßt werden muß. ·

Das hierzu dienende Regel- und Steuergerät 25 ist in Pig, I mit unterbrochenen Linien umrahmt und besteht im wesentlichen aus einem monostabilen Kippgerät, das einen ersten Kipptransistor T^ vom pnp-Typ und einen zweiten Transistor Tg ^m*·* ^^er gleichen Zonenfolge enthält. Die Emitter beider Transistoren sind über eine Plusleitung 26 mit dem Pluspol einer als Betriebsstromquelle dienenden, nicht dargestellten Fahrzeugbatterie mit einer Nennspannung von 12,6 Volt verbunden. Vom Kollektor des ersten Transistors T,, führt ein Arbeite widerstand

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und vom Kollektor des zweiten Transistors To ein Arbeitswiderstand 28 zu einer gemeinsamen, mit Masse verbundenen Minusleitung 29> die an den Minuspol der Fahrzeugbatterie angeschlossen ist.

Im Ruhezustand des Kippgeräts 25 wird der Transistor T^ durch den von seiner Basis zur Minusleitung 29 führenden Widerstand

30 leitend gehalten; der Transistor Tp ist dann gesperrt. Der instabile, die Öffnungsdauer der Magnetventile 13 bestimmende Kippvorgang des Kippgeräts wird dann eingeleitet, wenn der bei

31 angedeutete, mit der Kurbelwelle 24 umlaufende Nocken den ihm zugeordneten Schaltarm 32 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder gegen seinen mit der Plusleitung 26 verbundenen Gegenkontakt drückt und daher den Steuerkondensator 33, der sich bis zu diesem Zeitpunkt über einen mit der Plusleitung 25 verbundenen Widerstand 34 und einen mit der Minusleitung 29 verbundenen Widerstand 35 aufladen konnte, an seiner negativ geladenen Elektrode mit der Plusleitung verbindet. Dadurch wird der Transistor T^ gesperrt, der Transistor Tp und zusammen mit ihm auch der Leistungstransistor 21 werden stromleitend und die Magnetventile 13 geöffnet. Die Magnetventile schließen dann wieder, wenn die Transistoren T„ und T« des monostabilen Kipp-

% es,

geräte in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren.

Dieser Zeitpunkt richtet sich nach der Induktivität der in den Kollektorkreis des Transistors Tp eingeschalteten Primärwicklung 37, die zusammen mit einer Sekundärwicklung 38 und einem verstellbaren Eisenkern 39 einen Transformator bildet. Der Eisenkern 39 ist über ein Gestänge 40 mit der Membran einer an das Ansaugrohr 12 angeschlossenen Druckdose 41 gekuppelt und wird unter Verkleinerung der Induktivität um so weiter zwischen der Primär- und Sekundärwicklung herausgezogen, je

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niedriger der im Ansaugrohr herrschende absolute Druck ist. Dieser Druck ist um so niedriger, je kleiner der öffnungswinkel der bei 43 angedeuteten, mit einem Gaspedal 49 verstellbaren Drosselklappe und je höher die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist.

Die Sekundärwicklung 38 ist mit einem Wicklungsende an die Basis des Transistors T^ und mit ihrem anderen Ende an den Verbindungspunkt zweier zwischen der Plusleitung 26 und der Minusleitung 29 liegender Widerstände 43, 44 angeschlossen. Sobald der Schaltarm 32 seinen Gegenkontakt berührt und über eine Diode 42 den Transistor T^ sperrt, kann der Transistor Tg einen über die Primärwicklung 37 fließenden Strom liefern, der mit einer zur Induktivität umgekehrt proportionalen Geschwindigkeit ansteigt und in der Sekundärwicklung 38 eine Spannung induziert, die den Transistor T2 unabhängig von der weiteren Stellung des Schaltarms 32 stromleitend hält, und zwar so lange, bis der Strom in der Primärwicklung 37 annähernd den Sättigungswert erreicht hat. Die induzierte, den Transistor T^ über die Diode 45 sperrende Spannung wird mit zunehmender Annäherung an diese Sättigung kleiner und sinkt schließlich soweit ab, daß die negative, durch die Widerstände 43, 44 eingestellte Basisvorspannung am Transistor T,- überwiegt und den Transistor T,. in seinen ursprünglich leitenden Zustand zurückkehren läßt. Sobald dies eintritt, wird der Leistungstransistor 21 gesperrt und der Einspritzvorgang beendet.

Bei diesem Steuerungssystem hängt die jeweilige Einspritzmenge von dem vor den Einspritzventilen herrschenden Kraftstoffdruck ab. Damit dieser auch unter extrem hohen Betriebstemperaturen auf einem konstanten Wert von etwa 2 atü gehalten werden kann, ist die Fördereinrichtung 16 als zweistufige Pumpe aufgebaut und enthält demgemäß eine mit ihrem Ausgang an den Druckregler 17 angeschlossene Hauptpumpe 51 und eine zwischen dieser und

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und dem Kraftstoffvorratsbehälter 18 angeordnete Vorförderpumpe 52, die vom gleichen Elektromotor M angetrieben wird wie die Hauptpumpe 51· Die Vorförderpumpe 52 saugt aus dem Vorratsbehälter 18 den Kraftstoff in einer den höchsten Bedarf übersteigenden Menge an und führt ihn der Hauptpumpe 51 mit geringem, eine Dampfbildung am Eingang der Hauptpumpe verhindernden Überdruck au. Dieser Überdruck wird durch ein Ventil 53 auf einen Wert von etwa 0,5 atü begrenzt, weil bei die sem Druckwert der Ventilteller 54- des in seinem Längsschnitt in Pig. 2 wiedergegebenen Überdruckventils von seinem Site 55 entgegen der Kraft einer Schließfeder 56 abgehoben wird und dann dem Kraftstoff den Rücklauf in Richtung des Pfeiles R über eine in Fig. 1 bei 56 angedeutete, in den Vorratsbehälter 18 einmündende Rücklaufleitung freigibt.

Wie Fig. 2 weiterhin erkennen läßt, ist die Hauptpumpe 51 als Rollenzellenpumpe bekannter Bauart ausgebildet und enthält in einem exzentrisch zu ihrem rohrförmigen Gehäuse 61 gelagerten Rotor 62 sechs in radialen Schlitzen 63 gelagerte Rollen 64, die bei dem im Uhrzeigersinne erfolgenden Umlauf des Rotors 62 den Kraftstoff mit einem Druck von mehr als 2 atü über die Ausgangsleitung 65 dein Druckregler 17 zuführen.

Die Vorförderpumpe 52 ist als Flügelpumpe ausgebildet und enthält ebenfalls einen exzentrisch zu einem Führungszylinder 66 angeordneten Rotor 67, in welchem vier im Querschnitt rechteckförmige Flügelblätter 68 geführt sind. Der Ansaugstutzen 70 des äußeren Pumpengehäuses 71 ist über eine in Fig. 1 bei 72 angedeutete Ansaugleitung mit dem Innenraum des Kraftstoffvorratsbehälters 18 verbunden und saugt über das nahe am Boden mündende Ansaugrohr den Kraftstoff an und fördert ihn in einer den höchsten Kraftstoffbedarf übersteigenden Menge in das Innere des Überdruckventils 55» von wo aus der Kraftstoff zur Haupt-

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pumpe 51 gelangt. Die Querschnitte und die Form der Ansaugleitung 72 sowie des im Innern des Gehäuses 71 angeordneten, in den Führungsmantel 66 eingeschnittenen Ansaugkanals 73 sind so bemessen, daß eine möglichst geringe Drosselung des Kraftstoffstroms erfolgt, um die Entstehung eines zu großen Unterdrucks an der Ansaugseite der Vorförderpumpe und demgemäß auch die Ausbildung von Dampfblasen zu verhindern. Zwischen der Antriebswelle 75 und der Ankerwelle des Elektromotors M ist eine thermische Isolierung 78 vorgesehen, welche verhindert, daß die beim Betrieb des Elektromotors entstehende Verlustwärme auf die bereits durch Eigenreibung thermisch beanspruchte Vorförderpumpe gelangen kann.

Das in Fig. 3 dargestellte, abgewandelte Ausführungsbeispiel stellt eine Fördereinrichtung dar, bei welcher, wie bei der Fördereinrichtung nach Fig. 2, die Hauptpumpe von einer Rollenzellenpumpe 51 gebildet wird. Im Gegensatz zum vorher beschriebenen Ausfiihrungsbeispiel ist hier als Vorförderpunpe eine Seitenkanalpumpe 82 vorgesehen. Derartige Seitenkanalpumpen sind in ihrem konstruktiven Aufbau bekannt und enthalten einen mit radialen Flügeln 83 besetzten Rotor 84, welcher auf einer Antriebswelle 85 sitat und den zu fordernden Kraftstoff über einen Ansaugstutzen 86 ansaugt. In einer Seitenwand 87 des Pumpengehäuses ist ein außerhalb des Schwenk« bereichs der Flügel 83 verbleibender Seitenkanal 88 vorgesehen, der das konstruktive Hauptmerkmal der Pumpe bildet und den Vorteil mit sich bringt, daß nach dem Stillsetzen der Pumpe so viel Kraftstoff im Seitenkanal verbleibt, daß nach dem erneuten Einschalten die Pumpe sofort Kraftstoff anzusaugen vermag. Darüber hinaus besteht ein wesentliches Merkmal einer derartigen Seitenkanalpumpe darin, daß die Fördermenge der Seitenkanalpumpe mit steigendem Gegendruck stark abnimmt. Hierdurch ergibt

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sich der Vorteil, die als Vorförderpuripe wirkende Seitenkanalpumpe 82 direkt mit der als Rollenzellenpumpe ausgebildeten Hauptpumpe zu verbinden und auf einen im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 vorgesehenen Druckregler 53 verzichten zu können. Dies ergibt eine wesentliche Vereinfachung der Anordnung, wobei außerdem sichergestellt ist, daß die Vorförderpumpe sofort ansaugbereit ist.

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Claims (4)

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   Ansprüche

   il J Kraftstoff-Fördereinrichtung für Brennkraftmaschinen, inabesondere solchen mit elektromagnetisch betätigbaren, unter wenigstens annähernd konstantem Kraftstoffdruck stehenden Einspritzventilen, deren Jeweilige Öffnungsdauer durch einen von einer drehzahlsynchron ausgelösten Steuereinrichtung gelieferten Impuls bestimmt wird, mit einer durch einen Elektromotor angetriebenen Hauptpumpe und mit einem an deren Ausgang angeschlossenem Druckregler, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hauptpumpe (51) und einem Kraftstoffvorratsbehälter (18) eine Vorförderpurape (52) angeordnet ist, die vom gleichen Motor (M) angetrieben ist, den Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter ansaugt und der Hauptpumpe mit geringem, eine Dampfbildung am Eingang der Hauptpumpe verhindernden Überdruck zuführt.
2. 2. Kraftstoff-Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe (51) und dem Eingang der Hauptpumpe ein bei einem Überdruck von etwa 0,5 atü öffnendes Überdruckventil (53) vorgesehen ist, das an eine «um Vorratsbehälter (18) führende Rücklaufleitung (56) angeschlossen ist, welche den im Überschuß von der Vorförderpumpe gelieferten Kraftstoff aufnimmt.

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3. 3. Kraftstoff-Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet·, daß als Vorförderpumpe (51) eine Seitenkanalpumpe (82) verwendet ist, bei welcher die Fördermenge mit steigendem Gegendruck stark abnimmt.
4. 4. Kraftstoff-Fördereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle der Vorförderpumpe (75) gegenüber dem Elektromotor (M) thermisch isoliert ist.

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