DE2634446A1

DE2634446A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2634446A1
Application number: DE19762634446
Authority: DE
Inventors: Kei Kimata; Tsugito Nakazeki; Saburo Oshima
Original assignee: NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1975-07-31
Filing date: 1976-07-30
Publication date: 1977-02-10
Also published as: GB1555506A; FR2319776B1; US4164923A; IT1073406B; FR2319776A1

Description

Patentanwälte Dip!.-Ing. E. Ecier Dlpl.-Ing. K. Schieoehke

β München 40, Elisaae..- Jtr..,:e34

NTN Toyo Bearing Co. Ltd./Japan

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit Ansaugrohr oder Verteilungssystem, wobei der Kraftstoff intermittierend eingespritzt wird.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der der Ausgang einer Strömungsmeßeinrichtung, die die gesamte, von einer Verbrennungskraftmaschine angesaugte Kraftstoffmenge direkt mißt, der Strömungssteuerung der Einspritzvorrichtung zugeordnet ist.

Es sind verschiedene Kraftstoffeinspritzanlagen des Verteilertyps für Verbrennungskraftmaschinen bekannte Fig. 1

609886/0912

in der Zeichnung zeigt eine derartige Einspritzvorrichtung.

1. Ein Rotor a ist als Zylinder ausgeführt mit einem Einlaß b für unter Druck stehenden Kraftstoff am einen Ende, während das andere Ende geschlossen ist und die Außenfläche ein dreieckiges Fenster c aufweist.

2. Auf dem Rotor a sitzt eine Büchse d, die am Umfang so viele in gleichem Abstand angeordnete Ausmündungen e aufweist, wie die Kraftmaschine Zylinder hat. Diese Ausmündungen befinden sich an Stellen, die dem dreieckigen Fenster c des Rotors a zugeordnet sind.

3. Ein Ständer f besitzt Fensteröffnungen g an den den Ausmündungen e in der Büchse d zugeordneten Stellen. Jede Fensteröffnung g ist mit einer am Ansaugstutzen der Zylinder angebrachten Einspritzdüse verbunden.

Die in Figo 1 gezeigte "Vorrichtung arbeitet wie folgt: Der unter einem bestimmten Druck stehende Kraftstoff gelangt in den Raum h im Rotor a, der mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine umläuft. Mit der Drehung des Rotors a passiert das dreieckige Fenster c nacheinander die Ausmündungen e, so daß der unter Druck stehende Kraftstoff durch die Ausmündungen e zu den Einspritzdüsen gelangt. Wenn man den Ventilöffnungsdruck der Einspritzdüsen auf einem festen Wert hält, ist auch der Druckunterschied auf beiden Seiten der Ausmündungen e konstant und die durchgehende Kraftstoffmenge ist der Zeitdauer proportional, in der die Ausmündung e an dem dreieckigen Fenster c liegt. Das bedeutet, daß die in einem Zeitraum eingespritzte Kraftstoffmenge der Maschinendrehzahl umgekehrt proportional ist. Außerdem wird die

809886/0912

Büchse d mit den Ausmündungen e abhängig von der von der Maschine angesaugten Luftmenge axial derart verschoben, daß sie bei großer Kraftstoffmenge nach links und bei kleiner Kraftstoffmenge nach rechts verschoben wird_o Die in der Zeiteinheit injizierte Kraftstoffmenge erhöht oder verringert sich somit abhängig von der strömenden Luftmenge. Wenn sich der Rotor a mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine dreht, wird den einzelnen Zylindern bei zwei Umdrehungen der Kurbelwelle einmal Kraftstoff zugeführt, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit proportional ist der gesamt'en Kraftstoffmenge dividiert durch die Anzahl der Umdrehungen pro Minute und damit der in der Zeiteinheit verbrauchten Luftmenge. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der Vorgang der Teilung der gesamten angesaugten Luftmenge durch die Drehzahl sowie die Kraftstoffverteilung und die Dosierfunktion, die für intermittierend arbeitende, von der Menge der angesaugten Luftströmung abhängige Einspritzanlagen erforderlich sind, von einer einzigen Vorrichtung ausgeführt werden.

Diese beschriebene Vorrichtung hat verschiedene Nachteile: Die Passungen zwischen Rotor und Büchse sowie zwischen Büchse und Ständer können Kraftstoff austreten lassen, was den Dosierfehler erhöht. Außerdem benötigt die Vorrichtung drei sehr genau zu bearbeitende Teile. Sowohl Rotor als

auch Büchse und Ständer müssen mit sehr kleiner Toleranz gefertigt werden, was den Arbeits- und Zeitaufwand zur Herstellung dieser Teile sehr erhöht.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen vermeidet diese Teile. Das Hauptgehäuse der Vorrichtung weist eine langgestreckte, zylindrische Bohrung, eine KraftstoffVersorgungsöffnung

809886/0912

und mehrere zu der Bohrung führende Kraftstoffdosieröffnungen auf. Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Rotor, dessen Einlaßöffnung mit der Kraftstoffversorgungsöffnung im Hauptgehäuse in Verbindung steht, durch eine einzige, den Dosieröffnungen im Hauptgehäuse zugeordnete Dosieröffnung sowie durch eine mit den beiden öffnungen in Verbindungstehende Bohrung, durch Mittel zum Antrieb des Rotors, abhängig von der Maschinendrehzahl, durch Steuereinrichtungen, die den Rotor abhängig von der angesaugten Luftmenge verschieben, und durch Kraftstoffversorgungseinrichtungen, die der Versorgungsöffnung im Hauptgehäuse den Kraftstoff über ein Druckregelventil zuführen, derart, daß die Zeit zur Verbindung zwischen jeder Dosieröffnung des Hauptgehäuses und der Dosieröffnung des Rotors abhängig von der Maschinendrehzahl und der angesaugten Luftmenge gesteuert wird, wobei die gesamte angesaugte Luftmenge durch die Maschinendrehzahl dividiert wird und die Dosierung und Verteilung des Kraftstoffes erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der der von der gesamten angesaugten Luftmenge dividiert durch die Maschinendrehzahl abhängige Betrieb sowie die Dosierung und Verteilung des Kraftstoffes von einem einzigen Mechanismus exakt ausgeführt wird.

Ferner wird durch die Erfindung eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung geschaffen, bei der ein Kraftstoffdosier- und -Verteilungsmechanismus und eine Strömungsmeßeinrichtung zur direkten Messung der angesaugten Luftmenge direkt gekoppelt sind, so daß der Ausgang der Strömungsmeßeinrichtung der Dosierungssteuerung der Kraftstoffdosier- und -verteilungseinrichtung genau zugeordnet ist_o

609886/091 2

Die ausführliche Erläuterung der Erfindung erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnungc In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine bekannte Kraftstoffeinsprit zvorrichtung, von der die Erfindung ausgeht,

Figo 2 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung für einen Vierzylinder-Viertaktmotor,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4- eine vergrößerte Darstellung der Öffnungsfläche einer Dosieröffnung,

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen den axialen Stellungen einer Ausmündung während des Betriebes, abhängig von der Maschinen- bzw. Motordrehzahl,

Fig. 6 eine Ansicht der Öffnungsfläche der Dosieröffnung,

Fig. 7a bzw. 7t> je ein Beispiel für die Veränderung der Dosieröffnung eines dreieckigen Hohlraumes,

Fig. 8a bzw« 8b Kombinationen einer Dosieröffnung im Hauptgehäuse und einer Dosieröffnung im Rotor gemäß der Erfindung,

Figo 9a bzw. 9b je eine weitere Kombination dieser Dosieröffnungen,

Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der

609886/091 2

Erfindung für einen 2indstrahlmotor ("Torch-Ignition Type Engine"),

Fig. 11 einen Längsschnitt durch eine detailliertere Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 2 und

Fig. 12 einen Längsschnitt durch eine weitere modifizierte Ausführungsform.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Fig.

2 erkennt man einen Kraftstoffdosier- und -Verteilungsmechanismus A sowie ein Flächenströmungsmeßgerät B.

In dem zylindrischen Hauptgehäuse 1 der Kraftstoffdosier- und -verteilungseinrichtung A ist ein Rotor 2 drehbar und in Längsrichtung verschiebbar. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Schmierung von Rotor 2 und Gehäuse 1 mit Benzin (Kraftstoff). Einwandfreier Betrieb ohne Festgehen ist gewährleistet, wenn das Spiel zwischen Rotor 2 und dem Hauptgehäuse 1 größer als 2 Mikron und kleiner als 7 Mikron oder 1/3000 des Rotordurchmessers ist. Das Hauptgehäuse 1 ist mit einer Kraftstoffversorgungsöffnung 3 und mit Kraftstoffverteilungsöffnungen 4 versehen. Die öffnung

3 erhält über eine Pumpe 6 aus einem Tank 5 den Kraftstoff, dessen Druck durch ein Regelventil 8 so geregelt wird, daß die richtige Druckrelation zu dem Unterdruck im Saugrohr 7 besteht.

Die Anzahl der Kraftstoffverteilungsöffnungen 4 stimmt mit der Zylinderanzahl des Motors überein. Die öffnungen 4-sind in einer zur Achse des Hauptgehäuses 1 senkrechten Ebene im gleichen Abstand angeordnet, wobei jede Öffnung über ein Kraftstoffröhrchen 10 mit einer Einspritzdüse 9 am Ansaugstutzen der Zylinder in Verbindung steht. Das

609886/0912

Hauptgehäuse 1 hat eine lange Verbindungsbohrung 11 zur Verbindung der gegenüberliegenden Seiten des Rotors 2_O Der Rotor ist mit Einlaßöffnungen 12 und einer Auslaßöffnung 13 an den Stellen versehen, die der Kraftstoffversorgungsöffnung 3 bzw. den KraftStoffverteilungsöffnungen 4 des Hauptgehäuses 1 zugeordnet sind. Ein- und Auslaßöffnungen 12 und 13 sind über einen Hohlraum 14 im Rotor 2 miteinander verbunden.

Die Versorgungsöffnung 4 des Hauptgehäuses 1 ist mit einem Ringraum 16 an der Innenseite einer den Rotor aufnehmenden Bohrung I5 verbunden. Dadurch stehen die Einlaßöffnungen 12 des Rotors 2 über den Ringraum 16 dauernd mit der KraftstoffVersorgungsöffnung 3 des Gehäuses 1 in Verbindung. Die Teile der KraftStoffverteilungsöffnungen 4 des Gehäuses 1, die nach der Innenseite der den Rotor aufnehmenden Bohrung I5 offen sind, sind Dosieröffnungen 17i die gemäß Fig. 4 je einen dreieckigen Hohlraum begrenzen, von dem eine der drei Seiten entlang dem Umfang verläuft. Die Anzahl der Dosieröffnungen I7 und der Verteilungsöffnungen 4 für den Kraftstoff stimmt mit der Zylinderanzahl des Motors überein. Bei einem Vierzylindermotor sind deshalb gemäß Fig. 3 jeweils vier öffnungen im gleichen Abstand am Umfang verteilt.

Eine Rücklauföffnung 18 zur Verbindungsbohrung 11 geht über ein Kraftstoffröhrchen 19 zum Kraftstofftank 5. Die Auslaßöffnung I3 des Rotors 2 besitzt eine Ausmündung 20 an einer solchen Stelle, daß sie bei Drehung des Rotors 2 nacheinander mit den vier Dosieröffnungen I7 verbunden ist. Der Hohlraum 14 ist von einer Abdeckung 21 verschlossen. Eine Welle 22 zum Antrieb des Rotors 2 ist in Lagern 23 gelagert. Die am Rotor 2 bzw. der Welle 22 festgemachten Elemente 24 bzw. 25 bilden eine axial verschiebbare

609886/0912

Wellenkupplung und dienen zur Übertragung eines Drehmoments ~/on der Welle 22 sum Rotor 2. Eine Feder 26 bzw. ein Stab oder Stößel 27 sind nach rechts und links bewegbar im Ausgang des Flächenströmungsmessers B zur Steuerung der in den Motor gesaugten Luftmenge. Der Rotor 2 wird durch die Feder 26 gegen das vordere Ende des Stößels 27 gedruckt, so daß seine axiale Stellung durch Bewegungen des Stößels 27 verändert wird_o Die Pumpe 6 für den unter Druck stehenden Kraftstoff kann elektrisch oder vom Motor angetrieben werden.

Die dargestellte Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird am Motor bzw. der Verbrennungskraftmaschine auf geeignete Weise angebracht. Die Welle 22 wird über (nicht gezeigte) Zahnriemen, Zahnräder und dergleichen genau abhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben. Der von der Pumpe aus dem Tank 5 gelieferte Kraftstoff geht über das Druckregelventil 8 zur KraftstoffVersorgungsöffnung 3· Da der Druck des Regelventils 8 vom Luftdruck im Saugrohr 7 gesteuert wird, wird der Druckunterschied im Saugrohr 7? d. h. der Druck in der Auslaßöffnung der Kraftstoffeinspritzdüse 9 und der Druck in der KraftstoffVersorgungsöffnung 3 konstant gehaltene Der Kraftstoff geht durch die öffnung 3 und den Ringraum 17 über die Einlaßöffnung 12 des Rotors 2 in den Raum 14. Bei Drehung des Rotors 2 bewegt sich die Ausmündung 20, die zur Kraftstoffauslaßöffnung 13 des Rotors 2 offen ist, am Umfang entlang den Dosieröffnungen 17 j den dreieckigen Hohlräumen in der Bohrung 1J? zur Aufnahme des Rotors. In Fig. 4, die die Form der Dosieröffnungen 17 zeigt, wird die Ausmündung 20 in der Richtung A*B bewegt. An der Stelle A beginnt die Ausmündung 20 mit der öffnung zur Dosieröffnung 17· Sie schließt an der Stelle B· Da der Ventilöffnungsdruck der Kraftstoffeinspritzdüse 9^ d. h.

609886/0912

der Druckunterschied in der Dosieröffnung 17 und der Kraftstoffversorgungsöffnung 3, d. h. im Raum 14, konstant gehalten wird, fließt der Kraftstoff aus dem Raum 14 mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit über die Ausmündung 20 in die Dosieröffnung 17» solange die Ausmündung 20 mit der Dosieröffnung 17 verbunden ist. Da die Fläche der Ausmündung 20 konstant ist, ist die in die Dosieröffnung 17 strömende Kraftstoffmenge proportional zur Öffnungszeit_o Der Kraftstoff fließt dann durch das Kraftstoffröhrchen 10 zur Einspritzdüse 9» von der er in den Ansaugstutzen des Motors eingespritzt wird. Die Einspritzung erfolgt synchron mit dem Ansaugvorgang des Motors. Die Öffnungszeit der Ausmündung 20 ist proportional dem Abstand 1 in Fig. 4 und umgekehrt proportional der Umfangsgeschwindigkeit der Ausmündung, d. h. der Motordrehzahl. Wenn der Rotor 2 durch den Stößel 27 axial verschoben wird, ändert sich seine Stellung im Bereich C-D und die Strecke 1 wird entsprechend verändert.

Die Dosieröffnungen zur Steuerung der injizierten Kraftstoffmenge sind nicht beschränkt auf die Kombination einer Ausmündung 20 und einer Dosieröffnung 17, bestehend aus einem dreieckigen Hohlraum gemäß Fig. 8a. Der Rotor 2 kann gemäß Fig. 8b anstelle der Ausmündung 20 einen engen, axialen Schlitz 20' aufweisen, während die dreieckige Dosieröffnung 17 durch einen quadratischen oder rechteckigen Hohlraum I7¹ ersetzt ist, von dem zwei oder vier Seiten am Umfang verlaufen. Dadurch verändert die axiale Verschiebung des Rotors 2 die Öffnungslänge des Schlitzes 20' gegenüber dem rechteckigen Hohlraum 17'» wodurch die Steuerung der injizierten Kraftstoffmenge auf ähnliche Weise . erfolgt wie oben beschrieben. Alternativ kann gemäß Fig. 9a bzw. 9b das Hauptgehäuse eine Ausmündung 20" oder einen Schlitz 20'" aufweisen, während der Rotor mit einer

609886/0912

dreieckigen oder viereckigen Dosieröffnung 17" oder 17"' versehen ist. In diesem Fall müssen jedoch eine oder mehrere Vertiefungen mit einer Öffnungsfläche gleich dem KraftstoffVersorgungsdruck multipliziert mit der Bohrungsfläche und dividiert durch den Einspritzdruck zu Ausgleichszwecken jeweils diametral gegenüber der öffnung 17" oder 17'" vorhanden sein.

Die zur Verbrennung im Zylinder des Motors erforderliche Luftmenge ist proportional dem Verhältnis von pro Zeiteinheit angesaugter Luftmenge dividiert durch die Drehzahl. Wenn somit der Stößel 27 proportional der Luftmenge nach C verschoben wird, wenn die. Luftmenge zunimmt, und nach D, wenn sie abnimmt, (vergleiche Fig. 4-), so kann der pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoff proportional zu der pro Zeiteinheit benötigten Luftmenge verändert werden. Dadurch bleibt das Mischungsverhältnis von angesaugter Luft und Kraftstoff im Zylinder konstant. Außerdem wird die in den Zylinder gesaugte Luftmenge durch eine Luftdrosselklappe 28 gesteuert. Die unter den tatsächlichen Betriebsverhältnissen von Kraftfahrzeugmotoren verwendeten axialen Stellungen des Rotors 2 sind in Fig. 5 schraffiert, wobei die horizontale Achse so unterteilt ist, daß die Markierung 0 der Stellung C und die Markierung 1 der Stellung D in Fig. 4- entspricht.

Die Öffnungsfläche der Dosieröffnungen 17 muß in Form und Größe gleich sein, wenn allen Zylindern die gleiche Kraftstoff menge zugeführt werden soll. Venn die Zylinder jedoch unterschiedliche Kraftstoffmengen erhalten sollen, werden Größe und Form entsprechend verändert. Wenn es sich beispielsweise um einen Vierzylindermotor mit magerem und fettem Gemisch handelt, bei dem zwei Zylindern ein fettes Gemisch und den beiden anderen Zylindern ein mageres

609886/091 2

Gemisch so zugeführt wird, daß sie das fette -und magere Gemisch abwechselnd erhalten, so ergibt sich ein befriedigender Motorlauf, wenn die Ansichten der Innenseiten der Dosieröffnungen 17 im Hauptgehäuse 2 nach Fig. 2 denjenigen nach Pig. 6 entsprechen. Ebenso kann die Form der Dosieröffnungen 17 gemäß der Ausgangscharakteristik des Luftströmungsmessers korrigiert werden. Hierzu sind die Formen in Fig. 9a bzw. 9b gezeigt.

Die gezeigten Ausführungsformen beziehen sich auf einen Vierzylinder-Viertaktmotor. Die Erfindung ist aber auch bei Viertaktmotoren mit einem bis drei Zylindern anwendbar, wenn entsprechend der Zylinderanzahl eine bis drei Kraftstoffverteilöffungen 4 vorgesehen werden. Außerdem eignet sich die Erfindung für sechs, acht oder mehr Zylinder, wobei gemäß Fig. 10 Kraftstoffverteilventile 4- in zwei Eeihen mit jeweils drei, insgesamt sechs Ventilen angeordnet werden, während der Eotor 2 mit um 180 gegeneinander versetzten Ausmündungen 20 versehen ist, die sich an den Stellen befinden, die den beiden Eeihen von Kraftstoff Verteilöffnungen 17 zugeordnet sindo

Im folgenden wird die Steuerung der Längsstellung des Eotors 2 beschrieben.

Me längesteuerung des Eotors 2 erfolgt durch den Flächenströmungsmesser B in Fig. 2. Der Flächenströmungsmesser B befindet sich in einem Hauptgehäuse 30 als !Teil des Ansaugkanals des Motors, wobei der Stößel 27 mit dem konzentrischen Eotor 2 axial verschiebbar ist und durch eine Feder 3I gegen den Eotor gedruckt wird. Umgekehrt wird der Eotor 2 gegen das rechte Ende des Stößels 27 gedrückt.

Eine Luftströmungsmeßklappe 32 in Form einer Scheibe ist

609886/0912

am Stößel 27 festgemacht, während ein ringförmiger Körper 33 mit schräger Innenseite im Hauptgehäuse 30 mit der Luftströmungsmeßklappe 32 zusammenwirkt und einen ringförmigen, freien Raum 34- definiert, der als variable Ausmündung wirktο Das Hauptgehäuse 30 besitzt eine Lufteinlaßöffnung 35 und eine Auslaßöffnung 36, deren Luftsteuerklappe 28 mit einem Gaspedal kraftschlüssig verbunden isto Zwischen der Steuerklappe 28 und der Meßklappe 32 befindet sich eine Kammer 37 und vor der Meßklappe 32 liegt ein Hohlraum 38. Das Steuerventil 32 wird so gesteuert, daß der Druckunterschied zwischen dem Druck Pq im Raum 38 und dem Druck P ^ in der Zwischenkammer 37 konstant bleibt· Hierzu muß die Öffnungsfläche des ringförmigen freien Raumes 3^· verändert werden. Hierzu ist am linken Ende des Steuerstößels 27 ein Regler 39 vorgesehen. Eine Membran 40 des Reglers 39 ist mit dem linken Ende des Stößels 27 verbunden und die linke Seite 4-0 steht mit der Zwischenkammer 37 über ein Röhrchen und ein Servoventil 41 in Verbindung, zur Steuerung des Druckes in der linken Kammer und der rechten Kammer, die nach außen offen ist. In einem Übergangszustand ändert sich der Druck P^. in der Zwischenkammer 37 mit dem Öffnungsgrad der Steuerklappe 28 so, daß bei größerer öffnung der Druck in der Zwischenkammer 37 zurückgeht, wodurch der Druck in der linken Kammer, die mit der Kammer 37 über das Servoventil 41 verbunden ist, zurückgeht, wodurch die Membran 40 nach links bewegt wird. Dadurch geht auch das Meßventil 32 nach links und vergrößert den ringförmigen, freien Raum 34. Gleichzeitig wird der Rotor 2 der Kraftstoffdosier- und -verteilereinrichtung A nach links geschoben, wodurch die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht wird. Da die Verbindungsbohrung 11 im Hauptgehäuse 1 den Druck auf beiden Seiten des Rotors ausgleicht, erfolgt die gleichzeitige Bewegung des Rotors nach links sehr weich. Der Steuerstößel 27 besitzt mit dem

609886/0912

Lager eine Reibungsdämpfung 42 zur Bewegungssteuerung des Steuerstößels 27· Die Dämpfung 42 ist z. B. eine Hülse aus einem weichen und verschleißfesten Material, "beispielsweise Nylon, und "besitzt mehrere axiale Schlitze von der Mitte nach einem Ende, während eine außen anliegende Feder 43 radial nach innen drückt, wodurch der Steuerstößel 27 ausreichend gebremst wird.

Das Flächenströmungsmeßgerät B nach Fig. 2 arbeitet wie folgt: Die durch die Lufteinlaßöffnung 35 des Hauptgehäuses 30 des Meßgerätes B über ein nicht gezeigtes Filter eintretende Luft passiert nacheinander den Raum 38, den ringförmigen freien Raum 37 um das Meßventil 32 und die Zwischenkammer 37 mit der Steuerklappe 28 und gelangt in den Ansaugstutzen 7 des Motors. Das pro Zeiteinheit durch den ringförmigen freien Raum 34 strömende Luftvolumen ist proportional der Wurzel des Druckunterschiedes P^ zwischen dem Raum 38 und der Zwischenkammer 37 und der öffnung des ringförmigen, freien Raumes 34_O Wenn in Fig. 2 die vom Motor angesaugte Luftmenge über ein Gaspedal und die Steuerklappe 28 gesteuert wird, bleibt der Druckunterschied P₁^ zwischen dem Raum 38 und der Kammer 37 konstant, indem die Öffnung des ringförmigen Raumes 34 eingestellt wird. Die Größe der Luftströmung kann somit durch die öffnung des ringförmigen freien Raumes 34 ermittelt werden. Da in der Ausführungsform nach Fig.2 die öffnung . des ringförmigen freien Raumes 34 ausschließlich der axialen Stellung des Strömungsmeßventils 32 zugeordnet ist, ist auch die axiale Stellung des Rotors 2 der Größe der Luftströmung genau zugeordnet. Da die axiale Stellung des Rotors die von der Kraftstoffdosier- und -verteileinrichtung A pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt, folgt daraus, daß das Verhältnis von zugeführter Luft und Kraftstoff auf einem festen Wert gehalten wird.

609886/091 2

Dies ist besonders für abgasarme Motoren wichtig, bei denen das Luft-Kraftstoff-Gewichtsverhältnis konstant gehalten werden muß.

Die konische Innenseite des ringförmigen Körpers 33 kann durch gerade Linien begrenzt sein. Ebenso kann die Form an die Eigenschaften der Kraftstoffdosier- und -verteileinrichtung A angepaßt werden.

Der Regler 39 steuert die axiale Stellung der Strömungsmeßklappe 32 so, daß der erwähnte Druckunterschied P₀^ konstant gehalten wird. In Fig. 2 mit einer Servoeinrichtung, betrieben vom Unterdruck in der Zwischenkammer 37» steuert der Ausgang des Servoventils 41, der eine Abweichung von P^ des Einstellventils erfaßt und verstärkt, den Druck auf die Membran 40 des Reglers 39.-

Der Druckunterschied P^ erzeugt einen Schub, der das Luftströmungsmeßventil 32 nach links zu verschieben sucht. Die Summe dieser Kräfte, die Kraft der Feder 26 und die Kraft der Membran 40 wird durch die Kraft zur Deformation der Feder 31 ausgeglichen. Wenn Pj von dem eingestellten Druck abweicht, ändert sich infolge des auf das Meßventil 32 wirkenden Druckunterschiedes P. auch diese Schubkraft. Die Änderung dieser Kraft unterstützt den Regler 39 bei der Korrektur der Stellung des Meßventils 32 in der Richtung, daß P₀^ auf den eingestellten Wert zurückgeht.

Dadurch wird die Fähigkeit des Meßventils 32 verbessert, einer plötzlichen Betätigung der Steuerklappe 28 folgen zu können. Durch eine zu große Empfindlichkeit könnte es dagegen zu Schwingungen kommen, was durch die Reibungsdämpfung 42 verhindert wird. Die trockene Reibung der Dämpfung 42 verhindert eine Korrekturbewegung (die axiale Bewegung

609886/091 2

des Ventils), wenn sich P₀^ nur geringfügig ändert, doch sind Korrekturbewegungen ohne weiteres möglich, wenn sich der Druck auf die Membran 40 infolge Betätigung der Servoeinrichtung ändert·

Die Außführungsform nach Figo 2, eine Kombination des Flächenströmungsmessers B und der Kraftstoffdosier- und -verteilungseinrichtung A ist einfach in der Konstruktion, arbeitet genau und stellt somit eine wenig aufwendige und gut funktionierende Kraftstoffeinspritzvorrichtung dar.

Bei der Ausführungsform nach Fig· 2 hat das Meßventil 32 des Strömungsmessers B die Form einer einfach herzustellenden Scheibe, die konzentrisch zum Rotor 2 der Dosier- und Verteileinrichtung A angebracht ist, so daß die Bewegung des Luftströmungsmeßventils direkt auf den Rotor 2 übertragbar ist, so daß die Betätigung mit minimaler Ansprechverzögerung erfolgt. Da außerdem die erzeugenden Linien der konischen Innenseite des ringförmigen Körpers 33, die den Trichter des Luftströmungsmessers bilden, einfach entsprechend den Eigenschaften der Dosiersektion korrigierbar sind, ist eine Anpassung ohne weiteres möglich. Da außerdem eine Kraft, die durch die Abweichung des eingestellten Wertes vom Druckunterschied P₀^ entsteht, der auf das scheibenförmige Luftströmungsmeßventil 32 wirkt, in die Richtung geht, daß die Abweichung ausgeglichen wird, ist das Ansprechen auf plötzliche Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit ausreichend. Schwingungen werden wieder durch die auf die Welle 27 des Ventils 32 wirkende Reibungsdämpfung verhindert.

Die Konstruktion des beschriebenen Flächenströmungsmessers B kann mit rotierenden Ventilen und Klappen ausgeführt werden. Die Ausführungsform ist daher zur genauen

609886/0912

Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für Verbrennungsmotoren durch, die Verwendung einer Kombination aus Kraftstoffdosier- und -verteileinrichtung einschließlich eines Rotors mit einer Mündung oder einem Schlitz und einem Flächenströmungsmesser auf verschiedene Weise modifizierbar.

Figo 10 zeigt die Anwendung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Erfindung bei einem Zündstrahlmotor ("Torch-Ignition Type Engine")· Die beiden Ausstoßöffnungen sind gleichphasig angeordnet, so daß der Hilfskammer und der Hauptverbrennungskammer zum gleichen Zeitpunkt Gemisch von verschiedenem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zuführbar ist.

Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung erlaubt somit mit dem gleichen Mechanismus die Einspritzsteuerung und Kraftstoffverteilung, abhängig von der Drehzahl. Da die Einspritzung synchron mit dem Saughub des Motors erfolgt, wird der Kraftstoff gut zerstäubt. Infolge der Lagerung des Rotors auf einem Kraftstoffilm ist der Verschleiß gering und die Betriebsdauer sehr groß. Man kommt somit zu einer einfachen aber genauen Einspritzvorrichtung. Da ferner de,r Kraftstoffdosier- und -Verteilmechanismus und die Flächenströmungsmeßeinrichtung für die Ansaugluft zusammengefaßt sind, ist der Anbau am Verbrennungsmotor einfach. Durch geringfügige Konstruktionsänderungen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bei Mehrzylindermotoren, <2öadstrshlmotoren ("Torch-Ignition Type Engine") und anderen Motoren einsetzbar_o

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform eines Servoventils zur Verwendung mit einer Steuerung oder Regelung zum öffnen und Schließen eines Luftströmungsmeßventils in einem

609886/0912

Flächenst römungsme s ser .

Das Servoventil 45 umfaßt eine Druckeinstellmembran 47, erfaßt Abweichungen vom eingestellten Wert des Druckunterschiedes auf "beiden Seiten eines Luftströmungsmeßventils 46 in einem Kanal, wobei Kammern O und P durch die Druckeinstellmembran 47 getrennt sind und ein Steuerventil 48 mit der Einstellmembran 47 für den Druckunterschied verbunden ist. Eine Kammer Q ist mit der Kammer 0 über eine variable Ausmündung 49 zwischen dem Steuerventil 48 und seinem Ventilsitz verbunden. Eine Kammer R enthält einen Federbalg 50, der ein Gas mit dem gleichen Druck und der gleichen Temperatur wie die umgebende Atmosphäre enthält, zur Korrektur des eingestellten Druckes der Einstellmembran 47 infolge von DichteSchwankungen der hereinkommenden Luft, wobei sich die wirksame Fläche durch die Formel ausdrucken läßt: wirksame Fläche der Druckunterschiedeinst ellmembran multipliziert mit dem Referenzdruckunterschied und dividiert durch den Druck des eingeschlossenen Gases.

In den Kammern 0 und R wirkt ein Druck P^, wie er vor dem Luftströmungsmeßventil 46 vorhanden ist, während in der Kammer P ein Druck P^ in eine Zwischenkammer 52 wirkt, die zwischen dem Luftströmungsmeßventil 46 und einer Steuerklappe 5Ί liegt. Die Kammer Q ist mit der linken Kammer eines Reglers 53 uncl mit der Zwischenkammer 52 über eine feste Engstelle 54 verbunden. Außerdem ist der Federbalg 50 mit der Druckunterschiedeinstellmembran 47 verbunden.

Das Servoventil 45 arbeitet wie folgt: Wenn das Gaspedal zur Öffnung der Steuer- oder Drosselklappe 5I durchgetreten wird, geht der Druck P^ in der Zwischenkammer zurück und der Druck in der Kammer P steigt an. Dadurch entsteht

609886/091 2

ein Druckunterschied an der Einstellmembran 47, die sich verschiebt und die Öffnungsfläche der variablen Ausmündung 49 verringert. Dadurch wird der Druck P in der Kammer Q verringert, der zwischen P,, und Pp veränderbar ist. Der Druck P in der Kammer Q wirkt auf die linke Kammerseite des Keglers 53, wodurch der Druck P_n im Federbalg des Reglers 53 heruntergeht und die Bewegung des Steuerstößels 55 des Federbalges 54 nach links bewegt. Die Bewegung des Steuerstößels 55 bewegt das daran festgemachte Meßventil 46, wodurch der ringförmige freie Raum 57 zwischen dem Ventil 46 und dem konischen Ringkörper 56 geöffnet wird. Dadurch steigt Pp allmählich an und das Meßventil 46 wird geöffnet, bis P^ - P₂ auf den eingestellten Wert gegangen ist. Wenn die Drosselklappe 51 geschlossen ist und P₂ ansteigt, erfolgt der umgekehrte Vorgang· Wenn sich Druck und/oder Temperatur der hereinkommenden Luft ändern, so erfolgt eine geringfügige Ausdehnung oder Zusammenziehung des Federbalges 50 zur Veränderung des anfangs eingestellten Wertes der Druckunterschiedeinstellmembran 47, wodurch die Menge der angesaugten Luft abhängig von deren Dichteschwankungen ausgeglichen wird.

Fig. 12 zeigt eine Rückführregelung für den eingestellten Wert der Druckunterschiedeinstellmembran des Servoventils, so daß man ein optimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhält. In diesem Fall wird die Membran auf einen Wert eingestellt, der gegenüber dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis etwas auf der fetteren Seite liegt.

Die Rückführungsregelung umfaßt einen Sensor 61 in einem Auspuffrohr 60 zur Erfassung von Schwankungen in der Zusammensetzung des Auspuffgases, einen Verstärker 62 für den Ausgang des Sensors 61, einen vom Verstärker gesteuerten Grenzsehalter 63 und eine im Federbalg 64 des Servo-

609886/091 2

ventils eingebaute Heizeinrichtung 65° Für den Sensor 61 zur Steuerung "bzw. Aufrechterhaltung des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet man einen Sauerstoffkonzentrationssensor mit der elektromotorischen Kraft von Zirkoniumdioxyd (ZrOo) ο Zirkoniumdioxyd zeigt im Bereich des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine sprunghafte Spannungsänderung. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter dem theoretischen Wert liegt, d. h_o auf der fetteren Seite, ist die Sauerstoffkonzentration des Auspuffgases gering, so daß der Sensor 61 ein Ausgangssignal liefert. Dieses Ausgangssignal wird vom Verstärker verstärkt und schaltet über den Schalter 63 die Heizeinrichtung 65 ein, wodurch der Federbalg etwas gedehnt wird und die Membran 66 nach oben geschoben wird. Dadurch ist der anfangs eingestellte Druckunterschiedswert wieder korrigiert. Die Öffnungsfläche der variablen Mündung 67 ist größer, wodurch der Druck P_n in der Kammer Q ansteigt und das Meßventil 68 bis zum Ausgleich nach rechts bewegt wird. Dadurch wird auch der Rotor 69 der Kraftstoffdosier- und -verteileinrichtung A nach rechts bewegt, die eingespritzte Kraftstoffmenge geht zurück und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auf die magere Seite gebracht. Nach Verschiebung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach der mageren Seite liefert der Sensor 61 kein Ausgangssignal mehr und die Heizeinrichtung 65 wird abgeschaltet, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so korrigiert wird, daß es auf der fetten Seite liegt. Die Rückführungsregelung hält so über den Ausgang des Sensors 61 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Bereich des theoretischen Wertes. Anstelle des Pederbalges 68 kann in der Nähe der Heizeinrichtung ein Bimetall vorgesehen werden, das bei Einschaltung der Heizeinrichtung die Druckunterschiedsmembran nach oben verschiebt .

609886/0912

In den Ausführuhgsbeispielen nach den Fig. 11 und 12 stimmen die Kraftstoffdosier- und -verteileinrichtung A und der Elächenströmungsmesser B mit den entsprechenden Teilen nach Figo2 überein, so daß eine detaillierte Beschreibung entfallen kann.

Patentanwälte

t)lp!.-!ng. E. Eder

t)lpl.-lng. K. Schieschka

8 München 40, Elisabethstraße 34

609886/0912

Claims

Dipl.-mg. E. Eder
Dipl.-Ing. K. Schieschke

§ München 40, ElisjoethstraQsM

Patentansprüche

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen, bei der ein Hauptgehäuse eine langgestreckte, zylindrische Bohrung, eine Kraftstoffversorgungsöffnung und mehrere zur Bohrung führende Kraftstoffdosieröffnungen aufweist, gekennzeichnet durch einen in der zylindrischen Bohrung des Gehäuses angeordneten zylindrischen Rotor, der eine Einlaßöffnung besitzt, verbunden mit der KraftstoffVersorgungsöffnung des Gehäuses, und eine Dosieröffnung, verbunden mit der Einlaßöffnung und der Dosieröffnung des Gehäuses zugeordnet, durch einen von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine abhängigen Rotorantrieb, durch eine Steuereinrichtung zur Verschiebung des Rotors in Längsrichtung, abhängig von der angesaugten Luftmenge, und durch eine Kraftstoffversorgungseinrichtung, die der KraftstoffVersorgungsöffnung des Gehäuses über einen Druckregler Kraftstoff derart zuführt, daß die Zeit zur Verbindung der einzelnen Dosieröffnungen des Gehäuses und der Dosieröffnung des Rotors von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und der angesaugten Luftmenge abhängt.

2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosieröffnungen des Hauptgehäuses als dreieckige Fenster ausgeführt sind, wobei eine der drei Seiten nach dem Umfang offen ist·

3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosieröffnungen zylindrische Öffnungen sind, daß der Rotor eine Dosieröffnung in Form eines dreieckigen Fensters aufweist, das mit einer

609886/091 2

von seinen drei Seiten nach dem Umfang hin offen ist, und daß eine Vertiefung eine Öffnungsfläche besitzt, die durch die Formel definiert ist: Druck der Kraftstoffversorgung multipliziert mit der Fensteröffnungsfläche und dividiert durch den Einspritzdruck, wobei die Vertiefung zum Ausgleich der auf den Rotor wirkenden radialen Kraft dient.

4. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosieröffnungen des Hauptgehäuses als rechteckige Fenster ausgeführt sind, wobei zwei der vier Seiten am Umfang verlaufen, und daß die Dosieröffnung des Rotors als Schlitz ausgebildet ist.

5· Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosieröffnungen des Hauptgehäuses als Schlitze ausgeführt sind, während der Rotor eine Dosieröffnung in Form eines rechteckigen Fensters aufweist, das mit zwei von vier Seiten nach dem Umfang offen ist, und daß eine Vertiefung vorhanden ist mit einer Öffnungsfläche, die sich nach der Formel bestimmt: Kraftstoff Versorgungsdruck multipliziert mit der Fensteröffnungsfläche und dividiert durch den Einspritzdruck, wobei die Vertiefung der auf den Rotor wirkenden, radialen Kraft dient·

6. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 3 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefυ der Fensteröffnung versetzt ist.

gekennzeichnet, daß die Vertiefung um 180° gegenüber

7. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler den Druckunterschied zwischen der KraftstoffVersorgungsöffnung und dem Saugrohr konstant hält.

609886/091 2

Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler den Druckverlust auf beiden Seiten eines Satzes von Dosieröffnungen konstant hält ο

9c. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptgehäuse an einer Stelle, an der es nicht dauernd in Kraftstoff eintaucht, mindestens eine langgestreckte Längsbohrung aufweist, die die beiden Seiten des in der Bohrung angeordneten Rotors verbindet·

10. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum öffnen -und Schließen eines Strömungsmeßventils in einem Kanal eine Strömungsmeßeinrichtung für die angesaugte Luft an einer Seite des Hauptgehäuses so angebracht ist, daß der Druckunterschied auf beiden Seiten des Meßventils konstant bleibt und daß die Öffnungszeit zur Verbindung der einzelnen Dosieröffnungen des Hauptgehäuses mit der Dosieröffnung des Rotors, abhängig von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und vom Öffnungsgrad des Strömungsmeßventils gesteuert wird.

11. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmeßeinrichtung für die angesaugte Luft als Teil des Ansaugrohres ausgeführt ist«,

12. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmeßventil eine Scheibe aufweist und mit einem konischen, ringförmigen Körper einen ringförmigen Freiraum begrenzt.

13. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch

609886/0912

gekennzeichnet, daß der Öffnungsgrad des Strömungsmeßventils mit der Scheibe von der Längsverschiebung des Rotors über einen Steuerstößel abhängt, der in Reihe mit dem Ventil angebracht ist.

14. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuerstößel und dem Haupt~ gehäuse eine Reibungsdämpfung vorhanden ist.

15° Einspritzvorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Rotor mit einer Dosieröffnung, der mit den Dosieröffnungen des Hauptgehäuses in Verbindung steht, durch einen von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine abhängigen Rotorantrieb und durch eine Servosteuerung zum öffnen und Schließen des Strömungsmeßventils der Strömungsmeßeinrichtung, bestehend aus einem druckempfindlichen Verstärker, wodurch eine Druckunterschiedeinstellmembran Druckschwankungen auf beiden Seiten des Strömungsmeßventils gegenüber dem eingestellten Druck erfaßt, und aus einer Steuerung zum öffnen und Schließen des Strömungsmeßventils durch das Ausgangssignal des druckempfindlichen Verstärkers.

16. Einspritzvorrichtung nach Anspruch I5, gekennzeichnet durch eine Korrektureinrichtung für den eingestellten Wert des druckempfindlichen Verstärkers der Servosteuerung.

17. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung einen mit der Druckunterschiedseinstellmembran verbundenen Pederbalg aufweist, der ein Gas mit dem Druck und der Temperatur der normalen Umgebungsluft enthält, und daß die wirksame Fläche des Federbalges gleich ist der wirksamen

609886/0912

-25- 2634448

Fläche der Druckunterschiedseinstellmembran multipliziert mit dem Referenzdruckunterschied und dividiert durch den Druck des eingeschlossenen Gases·

18. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der druckempfindliche Verstärker so ausgeführt ist, daß die Druckunterschiedseinstellmembran auf einen Wert eingestellt ist, der ein kraftstoff reiches Gasgemisch bewirkt, und daß die Korrektureinrichtung einen am Auspuffrohr angebrachten Auspuffgassensor auftireist, einen vom Ausgangssignal des Sensors geöffneten und geschlossenen Schalter, eine durch den Schalter betätigbare Heizeinrichtung und eine durch die Heizeinrichtung betätigbare wärmeempfindliche Einrichtung, derart, daß der eingestellte Wert der Druckunterschiedseinstellmembran so korrigiert wird, daß bei Einschaltung der Heizeinrichtung ein kraftstoffarmes Gasgemisch geliefert wird.

19· Einspritzvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Auspuffgassensor unter Verwendung der elektromotorischen Kraft von Zirkoniumdioxyd auf Sauerstoff anspricht.

20. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeempfindliche Einrichtung ein in einem Federbalg eingeschlossenes Gas enthält.

e Einspritzvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeempfindliche Einrichtung als Bimetall ausgeführt ist.

«München 40.

609886/0912