DE2054911A1

DE2054911A1 - Regelorgan für eine Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE2054911A1
Application number: DE19702054911
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing.; Eckert Konrad Dipl.-Ing.Dr. 7000 Stuttgart; Knapp Heinrich Dipl.-Phys.Dr. 7250 Leonberg Schwartz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1970-11-07
Filing date: 1970-11-07
Publication date: 1972-05-10
Also published as: SE363375B; FR2113004A5; ES396757A1; US3739758A; GB1374444A; AT309902B; IT940485B

Description

3. Nov. 1970 Kh/Kb

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsnusterhilfsanmeliung

BZJiv 30SCH GnEH, 7 Stuttgart 1

Repelorg;an für eine KraftstoffeinspritzanlgRe

Die Erfindung betrifft ein Regelorgan für eine Kraftstoffeinsprit ζ anlage für gemischverdichtende,fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit kontinuierlicher Einspritzung in das Saugrohr, in dem ein Heßorgan sowie eine willkürlich betätigbare Drosselklappe hintereinander angeordnet sind, von denen ersteres proportional der durchströmenden Luftmenge gegen eine möglichst konstante Rückstellkraft bewegt wird, wobei als Rückstellkraft Druckflüssigkeit dient, die kontinuierlich und unter normalerweise konstanten Druck mindestens mittelbar das bewegliche Teil eines in der Kraftstoffleitung angeordneten Mengenteilerventils für die Zumessung einer der Luftmenge proportionalen Kraftstoffmenge betätigt. . .·,· ο..

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Kraftstoffeinspritzanlagen dieser Art haben den Zweck, für alle Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine selbsttätig ein günstiges Kraftstoff-Luft-Gemisch-Verhältnis zu schaffen, um eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffes zu ermöglichen und dadurch bei höchst möglicher Leistimg der Brennkraftmaschine bzw. kleinst möglichem Kraftstoffνerbrauch die Entstellung von giftigen Abgasen zu vermeiden oder mindestens stark zu vermindern. Die Kraftstoffmenge muß daher den Erfordernissen jedes Betriebszustandes der Brennkraftmaschine entsprechend sehr genau zugemessen und die Proportionalität zwischen Luftmenge und Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von den Motorkenngrößen wie Drehzahl, Last und Temperatur geändert werden.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzanlage dieser Arb (siehe US-Patentschrift 2 937 858) erfolgt die Änderung dieser Proportionalität in Abhängigkeit von Motorkenngrößen, indem die am MeBorgan angreifende Rückstellkraft verändert wird. Hierzu wirkt am Meßorgan einerseits die Kraft einer Feder und andererseits ein entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine gedrosselter Kraftstoffdruck. Die Drosselung des Kraftstoffdruckes erfolgt durch ein Drucksteuerventil, das von einer auf die Druckdifferenz des Gesamtdruckes im Saugrohr vor und nach dem Keßorgan ansprechenden Membrandose betätigbar ist, unter Berücksichtigung des Druckabfalls an der Drosselklappe. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß in der das Drucksteuerventil aufnehmenden Kammer der Membrandose, die aus zwei verhältnismäßig großflächigen Membranen gebildet wird, um eine ausreichende Verstellwirkung des Drucksteuerventils bei Druckänderungen zu erreichen, der Gegendruck in der Rückstromleitung zur Pumpenansaugseite wirkt,

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der einen größeren Vert als der Atmosphärendruck hat und zusätzlich noch stark schwankt. Dadurch wird die eine Membran der Membrandose, auf die einerseits der Unterdruck nach dem Meßorgan und andererseits der Gegendruck wirkt, in entgegengesetzter Richtung beansprucht wie die andere Membran, auf die der Druckunterschied zwischen Gegendruck und Atmosphärendruck wirkt. Beide Membranen sind durch ein Verbindungsglied starr miteinander verbunden, von dessen Stellung der Durchströmquerschnitt des Drucksteuerventiles abhängt. Die entgegengesetzte Beanspruchung der Membranen hat durch ihre starre Verbindung miteinander ein Verspannen der Membranen zur Folge, was dazu führt, daß die Verstellung des Drucksteuerventils und damit auch des Meßorgans und des Zumeßventils nicht mehr den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine entspricht.

Einen weiteren Nachteil bringt die Verwendung einer Feder als Rückstellkraft dadurch mit sich, daß die Feder möglichst weich und lang sein muß (flache Charakteristik), um eine weitgehend konstante Rückstellkraft zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinsprit ζ anlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, die auch auf geringe Druckänderungen der Luft exakt anspricht und bei der ein Einfluß des Gegendruckes auf das Regelorgan vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Regelorgan als Flachsitzventil ausgebildet und in Abhängigkeit von der Druckdifferenz am Meßorgan und durch Vergleich mit der Druckdifferenz im Rückstromkreis entgegen einer Feder betätigbar ist und eine vom Kraft st off druck beaufschlagte erste Membran hat, die als bewegliches Teil des Flachsitzventils dient und kleiner als eine mit ihr über einen

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Distanzbolzen fest verbundene zweite Membran ist, auf die die Druckdifferenz am MeiEorgan wirkt.

Ein derartiges Regelorgan ermöglicht eine große Verstärkung auch kleiner Druckdifferenζänderungen am Meßorgan, die z.B. a\if Reibung des Heßorgans oder des beweglichen Teils des Mengenteilerventils beruhen können, wodurch aufgrund einer sofortigen vorübergehenden Änderung der Rückstellkraft die Auslenkung des Meßorgans korrigiert wird. Y/eiterhin gestattet dieses Regelorgan nicht nur einen Ausgleich des Druckabfalls am Luftfilter, sondern ist auch unempfindlich gegenüber dem schwankenden Tankgegendruck.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß die Abnahmestelle für den Druck stromabwärts des Keßorgans, . das als Platte ausgebildet und am einen Ende eines ortsfest am anderen Ende gelagerten Schwenkhebels befestigt ist, unmittelbar hinter dem Meßorgan und möglichst in dessen Mitte angeordnet ist.

Bei der Druckabnahme unmittelbar hinter dem Meßorgan und in . dessen Mitte unterliegt die Meßstelle keinem durch Strömungsvorgänge bewirkten Druckabfall.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der durch das Regelorgan bewirkte an sich konstante Druck in Abhängigkeit entweder von der Drosselklappenstellung und/ oder von dem stromabwärts der Drosselklappe im Saugrohr sich einstellenden Druck und/oder in Abhängigkeit von mindestens einer TempereOurkenngröße änderbar. Als übertragungsglied der Motorkenngrößen auf das Regelorgan kann eine Kurvenscheibe, ein Raumnocken oder elektrische Stellgrößen dienen.

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Ein Ausführungs"beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher "be schriet en. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzanlage mit Regelorgan, Fig. 2 j 3 und 4 andere verschieden ausgeführte Regelorgane.

In dem Saugrohr 1 strömt die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung an einem pendelnd aufgehängten Heßorgan 2 und einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 3 vorbei zu einem oder mehreren nicht dargestellten Zylindern einer Brennkraftmaschine. Das Meßorgan 2 ist als eine quer zur Strömungsrichtu.ig und in ihrem mittleren Bereich an einem Schwenkhebel 4 befestigte Platte dargestellt,wobei der Schwenkhebel 4 in einer Ebene um den Drehpunkt 5 schwenkbar ist. Das Meßorgan kann jedoch auch ein quer zur Strömungsrichtung verschiebbarer Kolben sein. In jedem Fall bewegt sich das Meßorgan 2 im Saugrohr 1 nach einem bestimmten Gesetz, welches annähernd eine lineare Funktion der durch das Saugrohr strömenden Lu'tiaenge darstellt, wobei für eine konstante am Meßorgan 2 angreifende Rückstellkraft, sowie einen konstanten vor dem Meßorgan 2 herrschenden Luftdruck auch . der zwischen Meßorgan 2 und Drosselklappe 3 herrschende Druck nahezu konstant bleibt.

Ü8S Meßorgan 2 wirkt über den Schwenkhebel 4 unmittelbar auf einen Steuerschieber 6 eines Zumeß- und Mengenteilerventils 7· Die dem Schwenkhebel 4 abgewandte Stirnseite 9 des Steuerschiebers 6 wird durch eine unter konstantem Druck stehende Flüssigkeit beaufschlagt, die als Rückstellkraft des Meßargans 2 dient.

Die Kraftstoff Versorgung erfolgt über eine Kraftstoffpumpe 10., · die durch einen Elektromotor 11 angetrieben den Kraftstoff

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aus einem Behälter 12 ansaugt und ihn über eine Leitung 13 dem Mengenteilerventil 7 zuführt. Von der Leitung 13 zweigt eine Rücklaufleitung 14 ab, in die ein Druckbegrenzungsventil 15 geschaltet ist. Aus der Leitung 13 gelangt der Kraftstoff in einen Kanal 16 im Gehäuse des Mengenverteilerventils 7· Der Kanal 16 führt zn einer Ringnut 17 des Steuerschiebers und weiterhin über verschiedene Abzweigungen zu Kammern 18, so daß die eine Seite einer Membran 20 durch diesen Kraftstoffdruck beaufschlagt wird. Je nach Stellung des Steuerschiebers 6 verdeckt die Ringnut 17 mehr oder weniger Steuerschlitze 21, die durch Kanäle 22 zu je einer Kammer 19 führen, die durch die Membran 20 von der Kammer 18 getrennt ist. Aus der Kammer 19 gelangt der Kraftstoff über Kanäle 23 zu den einzelnen nicht dargestellten Einspritzventilen, die in der Nahe der Motorzylinder im Saugrohr angeordnet sind. Die Membran 20 dient als bewegliches Teil eines Flachsitzventiles, das durch die Feder 24 außer Betrieb der Kraftstoffeinspritzanlage offengehalten wird. Die je aus einer Kammer 18 und gebildeten Membrandosen bewirken, daß unabhängig von der zwischen der Ringnut 17 und den Steuerschlitzen 21 bestehenden Überdeckung, also unabhängig von der zu den Einspritzventilen strömenden Kraftstoffmenge das Druckgefälle an dem Zumeßventil 17,21 weitgehend konstant bleibt. Damit ist gewährleistet, daß der Verstellweg des Steuerschiebers 6 und die zugemessene Kraftstoffmenge proportional sind.

Bei der Schwenkbewegung des Schwenkhebels 4 wird die Platte des Meßorgans 2 in einen Konus 8 des Saugrohrs 1 bewegt,so daß der sich zwischen Platte und Konus ändernde Ringquerschnitt proportional zum Verstellweg des Meßorgans 2 ist. Falls diese Voraussetzung gegeben ist, besteht eine lineare Abhängigkeit der Stellbewegung des Meßorgans 2 und der Verschieb ebewegung des Steuerschiebers 6, so daß der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge stets eine proportionale Kraftstoffmenge zugemessen wird. n_

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Die als konstante Rückstellkraft auf den Steuerschieber 6 wirkende Druckflüssigkeit ist Kraftstoff. Hierfür zweigt von der Leitung 13 eine Leitung 27 ab, die in den Raun 28 ir.ündet, in de-n. der Steuerschieber 6 mit seiner den Schwenkhebel 4 abgewandten Stirnseite 9 ragt. In der Leitung 27 ist eine Vordrossel 29 angeordnet, mittels welcher der Versorgune-skreis-

2 γ 32 lauf 13 des Zumeßventils 7 vom. SteuerdruckkreislaufVc.es Regelorgans 33 abgekoppelt wird. Hinter der Vordrossel 29 zweigt von der Leitung 27 eine Leitung 32 zu einem Hegelorgan 33 ab, um dann von dort über eine Rücklaufleitung 35 eun Kraftstoffbehälter 12 zu gelangen. Durch das Regelorgen 33 werden mögliche auf der Reibung des Steuerschiebers 6 bzw. des Schwenkhebels 4 beruhende Verstellfehler korrigiert, indem vorübergehend der Druck im Raun 28, also die normalerweise konstante Rückstellkraft des Steuerschiebers 6 bzw. des KeBorgans 2, erhöht bzw. verringert wird.

Als Regelorgan 33 dient ein Flachsitzventil mit einem festen Ventilsitz 36 und einer als bewegliches Teil ausgebildeten ersten Membran 37. Das Flachsitzventil 36»37 wird in Öffnungsrichtung "von der aus der Leitung 32 in die Kammer 3^ gelangenden Druckflüssigkeit beaufschlagt und außerdem über die Rückstromleitung 35 von dem Tankgegendruck. In Schließrichtung wirkt über einen mit der ersten Membran 37 fest verbundenen Distanzbolzen 38 und eine mit diesem fest verbundene größere zweite Membran 39 eine Feder 40. Die Feder 40 stützt sich einerseits auf einem mit der zweiten Membran 39 fest verbundenen Federteller 41 und andererseits auf einen Federteller 42 ab und befindet sich in einer Kammer 45 des Regelorgans 33· Auf die zweite Membran 39 wirkt normalerweise eine konstante Druckdifferenz, indem in die Kammer 44 über

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eine Luftleitung 43 der Druck im Saugrohr 1 zwischen dem nicht dargestellten Luftfilter und dem Meßorgan 2 geleitet wird und in die Kammer 45 über eine Luftleitung 46 der normalerweise konstante Druck zwischen Meßorgan 2 und Drossel 3. Um möglichst keinen Me3fehler durch Luftströmungen zu erhalten, ist die Meßstelle 47 der Luftleitung 46 im Saugrohr 1 unmittelbar hinter dem Meßorgan 2 angeordnet. Sobald nun aufgrund irgend welcher Reibungswirkungen das Meßorgan 2 nicht entsprechend der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge ausgelenkt wird, ändert sich auch der Druck zwischen Meßorgan 2 und Drosselklappe 3· Diese Änderung des konstanten Druckes im Saugrohr wird über die Luftleitung 46 in den Raum 45 des Regelorgans 33 übertragen, wodurch beispielsweise .bei Verringerung dieses Druckes die Membran 39 entgegen der Kraft der Feder 40 verschoben wird, so daß mehr Kraftstoff über das Flachsitzventil 36,37 zum Kraftstoffbehälter 12 abströmen kann. Aufgrund dieses Mehröffnens des Flachsitzventils 36,37 nimmt der Druck im Raum 28 des Kengenteilerventils 7 ab,und die Reibungskräfte können überwunden werden, wonach der Druck im Raum 45 ansteigt und dann aufgrund einer Verringerung des Durchströmquerschnitts am Flachsitzventil 36,37 der vorherige konstante Druck im Raum 28 wieder hergestellt wird.

Die Gegendruckunempfindlichkeit des Regelorganes 33 beruht auf dem großen Flächenverhältnis A^q/A,^, das etwa 15OO beträgt, wobei A,q die Fläche der zweiten Membran 39 bezeichnet, auf die die Druckdifferenz der Luft am Meßorgan wirkt und A,g den Teil der ersten Membran 37, auf den der Gegendruck in der Rücklaufleitung 35 wirkt.

Die Kraft der Feder 40 des Regelorgans 33 ist mit Hilfe des verstellbaren Federtellers 42 änderbar. Diese Verstellung

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kann durch ein temperaturabhängig arbeitendes Glied 50 (Dehnstoffregler) erfolgen, durch das bei kaltem Motor die Feder 40 weniger zusammengedrückt wird als bei warmem Motor. Somit ist das Flachsitzventil 36,37 bei kaltem Motor mehr geöffnet und demzufolge der Druck im Raum 28 des Mengenteilerventils geringer und die eingespritzte Eraftstoffmenge im Verhältnis zur Luftmenge größer als bei warmem Motor.

Die Druckbeaufschlagung des Baumes 28 erfolgt .über die Dämpfungsdrossel 30. Diese Dämpfungsdrossel bewirkt eine weitgehend temperaturunabhängige Dämpfung der Bewegung der Platte 2, da Kraftstoff als Dämpfungsflüssigkeit verwendet wird, dessen Viskosität sich wenig mit der Temperatur ändert. Diese Dämpfung ist zur Begrenzung des Überschwingens bein Gasgeben notwendig und damit zur Einstellung des Fahrverhaltens, ferner zur Begrenzung der Wirkung von Saugstößen des Motors.

Bei dem Beispiel nach Fig. 2 ist die Vorspannung der Feder 40 durch von Motorkenngrößen abhängige Stellgrößen ander- ■ bar, indem ein Rauinnocken 53» der mit der Drosselklappe 3 verdrehbar und in Abhängigkeit von dem stromabwärts der Drosselklappe 3 im Saugrohr herrschenden Unterdruck axial verschiebbar ist, auf den Federteller 42 der Feder 40 wirkt. Der Raumnocken 53 ist hierfür auf der Welle

54 der Drosselklappe 3 axial verschiebbar gelagert. Die Drehbewegung der Welle 54 wird durch einen Mitnahmewinkel

55 auf den Raumnocken 53 übertragen. Der Raumnocken 53 ist mit seiner einen Stirnseite an der Membran 56 einer'Unterdruckkammer 57 drehbar befestigt. Die Unterdruckkammer ist durch eine Leitung 58 mit einer stromabwärts der Drosselklappe gelegenen Stelle des Saugrohrs verbunden. Bei ausreichendem Druck wird der Raumnocken 53 durch die Membran

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entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 59 axial verschoben. Der Raumnocken wird durch einen Stift 60 abgetastet, dessen Stellbewegung über den Federteiler 42 auf die Feder 40 übertragen wird, deren Vorspannung somit den Druck der Rückstellkraft auf das Keßorgan 2 bestimmt.

Heßgrößen für Last und Drehzahl sind die Drosselklappen-Stellung und der Saugrohrunterdruck, so daß die Rückstellkraft zweckmäßig in Abhängigkeit von diesen geändert wird. Dies erfolgt dadurch, daß je nach Stellung der. Drosselklappe 3 bzw. je nach Kche des Druckes im Saugrohr durch entsprechendes Verdrehen bzw. axiales Verschieben des. Rauamockens 53 die Kraft der Feder 40 des Regelorgans 33 geändert wird. Steht beispielsweise bei Vollast die Drosselklappe in einer Stellung, in der das Saugrohr voll geöffnet ist, so wünscht nan die höchste Leistung, d.h. ein relativ reiches Gemisch. Da die Vorspannung der Feder 40 des Regelorgans 33 den Druck des Kraftstoffes bestimmt, der die Stirnseite 9 des Steuerschiebers 6 beaufschlagt, muß die am Meßorgan 2 angreifende Rückstellkraft gering verringert werden, bo daß der Steuerschieber 6 in eine Stellung verschoben wird, in der die Steuerschlitze 21 weiter geöffnet sind und eine entsprechende größere Kraftstoffmenge zur Einspritzung gelangt. Umgekehrt, erfolgt im Teillastbetrieb durchjfeinen relativ höheren Druck auf der Stirnseite 9 des Steuerschiebers 6 ein relativ kleiner Ausschlag des Meßorgans 2, wodurch das Gemisch verarmt wird.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei den die Vorspannung der Feder 40 des Regelorgans 33 durch eine Kurvenscheibe 63 geändert wird, die lediglich durch den stromabwärts der Drosselklappe im Saugrohr herrschenden Druck axial verschoben wird. Hierzu ist die Kurvenscheibe 63 auf

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Hollen 64 gelagert. Die Stellbewegung wird ebenfalls durch einen Stift 60 auf den Federtellei* 42 übertragen. Die Drosselklappe steht also hier in keinerlei Verbindung mit der Kurvenscheibe. Die änderung der Vorspannung der Feder 40 und damit die Änderung der Rückstellkraft des Keßorgans 2 erfolgt also drehzahlabhängig und lastabhängig.

In dem in Fig. 4 dargestellten AusführungsbeiEpiel v:ird hingegen der Stift 60 von einer Kurvenscheibe 66 verstellt, die auf der V/elle 54 der Drosselklappe 3 befestigt ist, so daß beim Verstellen der Drosselklappe 3 also Verdrehen der Welle 54 der Stift 60 von der- Kurvenscheibe 66 verstellt wird. Hier erfolgt also nur eine lastabhängige Änderung der Rückstellkraft des Keßorgans 2.

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Claims

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Ansprüche

M. Regelorgan für eine Kraftstoffeinspritzanlege für gemischverdichtende,fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit kontinuierlicher Einspritzung in das Saugrohr, in den ein Meßorgan sowie eine willkürlich betätigbare Drosselklappe hintereinander angeordnet sind, von denen ersteres proportional der durchströmenden Luftmenge gegen eine möglichst konstante Rückstellkraft bewegt wird, wobei als Rückstellkraft Druckflüssigkeit dient, die kontinuierlich und unter normalerweise konstantem Druck mindestens mittelbar das bewegliche Teil eines in der Kraftstoffleitung angeordneten MengenteilerventiIs für die Zumessung einer der Luftmenge proportionalen Kraftstoffmenge betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß daß Regelorgon (33) als Flachsitzventil ausgebildet und in Abhängigkeit von der Druckdifferenz am Meßorgan (2) und durch Vergleich mit der Druckdifferenz im Rückstromkreiß (34»35) entgegen einer Feder (40) betätigbar ist und eine vom Kraftstoffdruck beaufschlagte erste Membran (37) hat, die als bewegliches Teil des Flachsitzventils dient und kleiner als eine mit ihr über einen Distanzboleen (38) fest verbundene zweite Membran (39) ist, auf die die Druckdifferenz am Meßorgan wirkt. -15-

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2. Regelorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnähmesteile (47) für den Druck stromabwärts des ließorgans (2), das als Platte (2) ausgebildet und am einen Ende eines ortsfest am anderen Ende gelagerten Schwenkhebels (4) befestigt ist, urmittelbar hinter dem Meßorgan (2) und möglichst in dessen Mitte angeordnet ist.
3. Regelorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Regelorgan (33) bewirkte konstante Druck der Druckflüssigkeit in Abhängigkeit von mindestens einer Temperaturkenngröße (50) änderbar ist (Fig. 1). -
4. Regelorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Regelorgan (33) bewirkte konstante Druck der Dr.uckflüssigkeit in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung änderbar ist.
5. Regelorgan nach Anspruch 1, 4.ai||MPch gekennzeichnet, daß der durch das Regelorgan (33)" be#iriete konstante Druck der Druckflüssigkeit in Abhängigkeit ties stromabwärts der Drosselklappe (3) in Saugrohr sich einstellenden Drucks änderbar ist.

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6. Regelorgan nach Anspruch 4 und 5> dadurch gekennzeichnet, daß zur übertragung der Motorkenngrößen auf das Regelorgan (33) ein Raunmocken (53) dient.
7. Regel organ nach einem der Ansprüche 3 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur tbertragung der Motorkenngrcfien auf das Regelorgan eine Kurvenscheibe (63^6) dient. _N

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