DE2057972C3

DE2057972C3 - Für fremdgezündete Brennkraftmaschinen bestimmte Kraftstoffeinspritzvorrichtung für den Kaltstart

Info

Publication number: DE2057972C3
Application number: DE2057972A
Authority: DE
Inventors: Friedbert 7014 Kornwestheim Michel; Josef Dipl.-Ing. Steiner; Gerhard Dipl.-Ing. Stumpp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1970-11-25
Filing date: 1970-11-25
Publication date: 1975-06-26
Also published as: AT318976B; DE2057972B2; FR2116047A5; GB1373933A; DE2210251A1; DE2057972A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine für fremdgezündete Brennkraftmaschinen bestimmte Kraftstoffeinspritzvorrichtung für den Kaltstart mit direkt vor der Einspritzstelle erfolgender elektrischer Erwärmung des Kraftstoffs und derart geregelter Heizleistung, daß der überwiegende Teil des in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzubringenden Kraftstoffs in die zur Teilnahme an der motorischen Verbrennung notwendige Gasphase übergeht und bei der die Erwärmung des Kraftstoffs durch einen in einem Kraftstoffeinspritzventil angeordneten elektrischen Heizkörper erfolgt.

Eine solche Einspritzvorrichtung für den Kaltstart soll aus Gründen des Umweltschutzes und wegen der zunehmenden Strenge der Gesetze über die Reinhaltung der Luft die Abgabe von Schadstoffen an die Umgebungsluft soweit wie möglich vermeiden und auf jeden Fall unterhalb der zulässigen Grenze halten.

Bei einer bekannten Einrichtung (DT-PS 650 965) wird der Anlaßbrennstoff bis zur Dampfbildung erwärmt, um das Ingangsetzen der Brennkraftmaschine dem Belieben des Fahrers zu entziehen und ein Einschalten der Brennkraftmaschine erst möglich zu machen, wenn der Anlaßbrennstoff in einer erforderlichen Menge erwärmt bzw. verdampft worden ist. Dies geschieht jedoch in einem zum Saugrohr der Brennkraftmaschine führenden Heizrohr. Mit einer solchen Einrichtung kann wohl eine unterschiedliche Aufheizdauer des Anlaßbrennstoffs erzielt werden, eine Aufheizdauer in Abhängigkeit von der für die Gemischbildung maßgebenden Motortemperatur kann jedoch nicht erreicht werden. Diese Einrichtung benötigt daher verhältnismäßig viel Kraftstoff, da sie nicht genau genug steuerbar ist. Die ochadstoffabgabe der Maschine kann nicht wünschenswert gering gehalten werden.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung (FR-PS 1 451 276) ist ein elektrischer Heizkörper für den Kraftstoff in einem Einspritzventil angeordnet. Aber auch dieser Einrichtung fehlen besondere Steuereinrichtungen für die Heizleistung des Heizkörpers in dem Einspritzventil, die eine geringe Schadstoffabgabe sichern würden.

Es ist ferner bekannt, die Heizleistung entsprechend dem Wärmebedarf in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors zu steuern (OE-PS 127 239, FR-PSlOIl 288).

Allen erwähnten Kraftstoffvorheuvorrichtungen unter Druck ist jedoch gemeinsam, daß sie sich auf die Erleichterung der Verbrennung von Schweröl in Benzinmotoren beziehen oder einfach eine Verbesserung der Kraftstoffaufbereitung von Dieselmotoren darstellen. Selbst wenn sie sich auf die drucklose Vorwärmung eines Gemisches beziehen, müssen Kaltstart und Lauf bei kalter Maschine durch andere Maßnahmen sichergestellt werden.

Bei Kaltstart eines Motors haben sowohl Kraftstoff und Motor als auch Kraftstoffdosierungs- und -aufbereitungsanlage Umgebungstemperatur angenommen. Über dem Kraftstoff herrscht wie über jeder Flüssigkeit der seiner Temperatur entsprechende Dampfdruck, und die beim gemischverdichtenden Motor vorbeistreichende Verbrennungsluft wird entsprechend dem Dampfdruck und der Berührungszeit mit Kraftstoffdampf angereichert. Diese Kraftstoffkonzentration reicht bei tiefen Temperaturen nicht dazu aus, ein zündfähiges Gemisch herzustellen, so daß bei gleicher Berührungszeit eine größere Kraftstoffoberfläche zur Verfügung gestellt werden muß, um die Zündfähigkeitsgrenze zu erreichen. Dies führt in herkömmlichen Kaltstartanlagen bei Vergaser- oder Saugrohreinspritzsystemen zum Einbringen der 30- bis 50fachen Kraftstoffmenge während des Kaltstartvorgangs mit den entsprechenden Folgen für Schadstoffemission, Schmierölverdünnung und Kraftstoffverbrauch. Während des Laufs bei kalter Maschine wird die Mehrmenge dann allmählich mit dem Ansteigen der Motortem-

peratur zurückgenommen, bis beim Erreichen der Beiriebstemperatur das Normalmaß erreicht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Kaltstart mit normalem Ottokraftstoff ohne Mehrmenge möglichst vom ersten Kompressionshub ab Verbrennung und Hochlaufen des Motors zu erreichen und während des Laufs bei kalter Maschine ohne Anreicherung auszukommen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Heizkörper nicht nur bei Kaltstart, son- ίο dem auch während des Betriebes bei vorübergehend abgekühlter Brennkraftmaschine selbsttätig

temperaturabhängig sich einschaltet, wobei die Temperaturmeßeinrichtungen für das Einschalten des Heizkörpers sich an solchen Stellen der Brennkraftmabchine befinden, die die Verbrennungsgemisch-Temperatur beeinflussen, z. B. Kraftstofftemperatur im Einspritzventil, Temperatur der Verbrennungsluft an der Einspritzstelle, Zylinderkopftemperatur, Kühlwassertemperatur, und daß die Heizleistung in Abhängigkeit von der Temperatur durch die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands des Heizkörpers steuerbar ist (Kaltleiter). Dieses letztgenannte Merkmal ermöglicht darüber hinaus, die Steuerungseinrichtung für die Kraftstofftemperatur einfach zu gestalten.

Um die Wärmeübertragung an den Kraftstoff auf kleinem Raum und mit kleiner Übertragermasse durchzuführen, besteht nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Heizkörper aus einer Vielzahl von Kapillarröhrchen oder engen Spalten, z. B. aus einem Whiskerpaket, und ist nach außen gut wärmeisoliert.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist auf möglichst feine Zerstäuber und gute Verteilung des eingebrachten Brennstoffs gerichtet und besteht darin, daß der Öffnungsdruck des Einspritzventils mindestens so hoch eingestellt ist, daß bei der Expansion im engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit auftritt.

Da sich der Kraftstoff bei der Erwärmung ausdehnt und die hieraus resultierende Drucksteigerung im Rohrsystem das Einspritzorgan öffnen und unkontrolliert Kraftstoff in den Saugraum entweichen lassen könnte, was aus Gründen der Schadstoffemission, der Überhitzung des Heizelements und des hohen Stromverbrauchs vermieden werden soll, hat ein weiterer Ausgestaltungsgedanke zum Inhalt, daß die Heizung nur bei sich drehender Brennkraftmaschine eingeschaltet werden kann, wobei es besonders zweckmäßig ist, wenn das Sich-Drehen der Brennkraftmaschine von einem Drosselorgan an der Luftströmung im Saugrohr erkannt wird.

Um den Grundsätzen der Sicherheit zu entsprechen, muß im Saugraum von der Selbstzündtemperatur des Gemisches ein ausreichender Abstand eingehalten werden, was in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens dadurch erreicht wird, daß die Kraftstofftemperatur nach oben begrenzt wird.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß die Schadstoffemission bei Kaltstart und Lauf bei kalter Maschine nicht mehr höher ist als im Normalbetrieb und daß die Vorrichtung für Kaltstart und Lauf bei kalter Maschine einfacher ist als viele entsprechende heute übliche Anlagen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Vorrichtung für Kaltstart und Lauf bei kalter Maschine, angebaut an eine Brennkraftmaschine, in vereinfachter Darstellung,

F i g. 2 den in ein Einspritzventil eingebauten Heizkörper.

Aus einem Kraftstoffbehälter 1 wird der Kraftstoff mit einer Kraftstoffpumpe 2 einer Zündeinrichtung 3 zugeführt. Das Drosselorgan 4 mißt die angesaugte Luftmenge, und die Zumeßeinrichtung 3 teilt den Einspritzventilen 6 über die Rohrleitung 5 die entsprechende Kraftstoffmenge zu. Die Einspritzventile 6 spritzen den Kraftstoff in die Einzelsaugrohre 7 der Brennkraftmaschine ein. In jedem Einspritzventil sitzt ein Heizkörper 8, der mit elektrischen Zuleitungen 9 versehen und mittels einer Isolation 10 möglichst gut wärmeisoliert ist.

Der mit Kraftstoff gefüllte Raum des Ventils ist nach außen durch eine Ventilnadel 11 abgeschlossen, deren öffnungsdruck durch eine Feder 12 bestimmt wird.

Die Heizleistung wird vom Steuerorgan 13 gesteuert, das Signale von den Temperaturfühlern 14, 15, 16, 17 und von einem Schalter 18 erhält. Der Temperaturfühler 14 überwacht die maximale Kraftstofftemperatur im Einspritzventil 6 nach der Heizstrecke, der Fühler 15 mißt die Temperatur der Verbrennungsluft an der Einspritzstelle, der Fühler 16 mißt die 2Lylinderkopftemperatur und der Fühler 17 bei wassergekühlten Motoren die Kühlwassertemperatur. Ein Schalter 18 gibt das Signal für einen vorhandenen Luftstrom in der Saugleitung und zeigt damit an, ob die Brennkraftmaschine läuft oder stillsteht.

Die Vorrichtung zum Kaltstart und Lauf bei kalter Maschine arbeitet wie folgt:

Der elektrisch beheizte Heizkörper 8 wärmt den Kraftstoff, der durch das Ventil strömt, auf Temperatu ren auf, bei denen der Kraftstoff außerhalb des Ventils bei der Entspannung in den Saugrohrstutzen zu einem möglichst großen Teil verdampft. Dabei wird der öffnungsdruck im Interesse einer guten 21erstäubung des Kraftstoffs zweckmäßig so gewählt, daß bei der Entspannung im engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit auftritt, was bekanntermaßen immer dann der Fall ist, wenn das Verhältnis zwischen öffnungsdruck und Saugraumdruck größer oder gleich dem kritischen Druckverhältnis ist. Nach oben ist die Kraftstofftemperatur begrenzt durch die Sicherheitsforderung, daß das Gemisch im Saugraum nicht die Selbstzündtemperatur erreichen darf.

Der Heizkörper wird im Interesse einer raschen Funktion beim Kaltstart mit möglichst kleiner Masse und großer wärmeübertragener Oberfläche ausgestattet und gegenüber den übrigen Teilen der Brennkraftmaschine gut wärmeisoliert eingebaut.

Die Heizleistung wird vom Steuerorgan 13 so gesteuert, daß die obengenannten Temperaturforderungen erfüllt werden. Es verarbeitet dazu die Signale der Fühler 14 bis 17.

Heizleistung und Dauer der Erwärmung können auch von zusätzlichen Einflußgrößen wie Motordrehzahl, Last, Außentemperatur, Kühllufttemperatur, Verbrennungsraumtemperatur, Abgastemperatur und ihren Kombinationen abhängig gemacht werden. Die Heizleistung wird während des Betriebes dann wieder eingeschaltet, wenn die Temperalurverhältnisse am Motor dies erfordern, wie z. B. nach längerer Talfahrt.

Um das Ziel der möglichst geringen Schadstoffemission zu erreichen und das Überhitzen des Heizkörpers zu vermeiden, sorgt das Steuerorgan durch Verarbeitung des Signals von Schalter 18 dafür, daß die Heizung nur bei laufendem Motor eingeschaltet werden kann, weil sonst bei der Erwärmung des Kraftstoffs und sei-

ner damit verbundenen Volumenvergrößerung der Druck im Kraftstoffraum der Düse bis zum öffnungsdruck ansteigen und unkontrolliert Kraftstoff in den Saugraum gelangen könnte.

Eine mögliche Steuerschaltung verzichtet auf die Verarbeitung des Signals von Schalter 18 beim Kaltstart, so daß der Kraftstoff vor dem Betätigen des Starters vorgeheizt werden kann.

Verschiedene Funktionen, die in der Zeichnung zu Verdeutlichung einzeln dargestellt sind, können ii einem Bauteil vereinigt werden, wenn z. B. bei eine elektrischen Widerstandsheizung die Temperaturab hängigkeit des Widerstandsmaterials so gewählt win (Kaltleiter), daß die Begrenzung der Kraftstofftempe ratur unmittelbar ohne Mitwirkung von Fühler 14 um Steuerorgan 13 erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Für fremdgezündete Brennkraftmaschinen bestimmte Kraftstoffeinspritzvorrichtung für den Kaltstart mit direkt vor der Einspritzquelle erfolgender elektrischer Erwärmung des Kraftstoffs und derart geregelter Heizleistung, daß der überwiegende Teil des in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzubringenden Kraftstoffs in die zur Teilnähme an der motorischen Verbrennung notwendige Gasphase übergeht, und bei der die Erwärmung des Kraftstoffs durch einen in einem Kraftstoff einspritzventil angeordneten elektrischen Heizkörper erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper nicht nur bei Kaltstart, sondern auch während des Betriebes bei vorübergehend abgekühlter Brennkraftmaschine selbsttätig temperaturabhängig sich einschaltet, wobei die Temperaturmeßeinrichtungen für das Einschalten des Heizkörpers sich an solchen Stellen der Brennkraftmaschine befinden, die die Verbrennungsgemisch-Temperatur beeinflussen, z. B. Kraftstofftemperatur im Einspritzventil (Fühler 14), Temperatur der Verbrennungsluft an der Einspritzstelle (Fühler 15), Zylinderkopftemperatur (Fühler 16), Kühlwassertemperatur (Fühler 17), und daß die Heizleistung in Abhängigkeit von der Temperatur durch die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands des Heizkörpers (8) steuerbar ist (Kaltleiter).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (8) aus einer Vielzahl von Kapillarröhrchen oder engen Spalten besteht und nach außen wärmeisoliert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (8) aus einem Whis· kerpaket besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungsdruck des Einspritzventils (6) mindestens so hoch eingestellt ist, daß bei der Expansion im engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit auftritt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung nur bei sich drehendem Motor einschaltbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drosselorgan (4) das Sich-Drehen der Brennkraftmaschine an der Luftströmung im Saugrohr erkennt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Kraftstofftemperatur nach oben begrenzt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Heizleistung so begrenzt ist, daß bei der kleinsten vorkommenden Einspritzmenge die Selbstentzündungstemperatur nicht erreicht wird.