DE2713915C2 - Brennstoffsteuersystem für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffsteuersystem für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruches.

Es ist ein Brennstoffsteuersystem dieser Art bekannt (DE-OS 25 31 061), bei dem die Brennstoffaufteilung mit Hilfe eines Verteilers erfolgt, durch den ein von einer Brennstoffzumeßeinrichtung kommender Brennstoffzufluß mit Hilfe zweier Drosseln in zwei Teilströme aufgeteilt wird und diese nach dem Durchgang durch Membranventile über zugeordnete Auslässe abgegeben werden. Dies bedeutet, daß für den Fall, daß ein Brennstoffstrom in drei oder mehr Teilströme aufgeteilt werden soll, weitere Verteiler an die Auslaßöffnungen des vorhergehenden Verteilers angeschlossen werden müssen. Je größer die Anzahl der Teilströme bzw. der Einspritzdüsen, um so mehr Verteiler müssen aufeinanderfolgend zur Stromgabelung verwendet werden. Um bei einer solchen Einrichtung eine wirklich gleichförmige Verteilung des Brennstoffs zu erreichen, müssen die einzelnen Drosseln mit einer außerordentlich hohen Fertigungsgenauigkeit hergestellt werden. Für das Aufteilen eines Brennstoffstroms in zwei Teilströme genau gleicher Menge müssen zwei Drosseln absolut gleiche Abmessung besitzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Brennstoffsteuersystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, bei dem auch bei Herstellungstoleranzen zwischen den einzelnen Verteilerventilen eine genaue gleichmäßige Aufteilung des Brennstoffstroms auf die einzelnen Brennstoffdüsen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Erfindungsgemäß kann der Druck in der vierten Kammer sehr fein mittels der veränderbaren Drossel eingestellt werden, so daß das sich dadurch ergebende Feindruekeinstellventil, das für jede Düse gesondert vorgesehen ist, die Herstellungtoieranzen unter den einzelnen Verteilerventilen ausgleichen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Querschnitt einer Ansaugluft-Zumeßvorrichumg, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

F i g. 2 einen schematischen Querschnitt einer Brennstoffzumeßvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einem schematisch dargestellten Brennstoffsteuersystern,

Fig.3 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, eines Verteilers und

Fig.4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 wird die Luft von einem Luftfilter 2 durch ein Ansaugrohr 3 einer konventionellen Verbrennungsmaschine 1 mit Funkenzündung zugeführt. Innerhalb des Ansaugrohrs 3 befindet sich ein Drosselventil 4, das seinerseits mit einem nicht gezeigten Gaspedal

gekoppelt ist. Stromauf des Drosselventils 4 liegt eine Luftzumeßvorrichtung 5, die die Menge der in die Maschine 1 einzusaugenden Luft zumißt

Die Luftzumeßvorrichtung 5 umfaßt ein Fühlventil 6, das innerhalb des Ansaugrohrs 3 schwingfähig angeordnet ist, mit einer Brennstoffzumeßwelle 8, die sich zusammen mit dem Fühlventil dreht, sowie eine Rückholfeder 7, die so gespannt ist, daß sie der Drehung des Fühlventils 6 entsprechend dem Ansaugluftstrom Widerstand bietet.

Ein druckempfindliches Stellglied, allgemein mit 9 bezeichnet, dient dazu, die Druckdifferenz über dem Fühlventil 6 auf einer bestimmten Höhe zu halten. Das Stellglied besitzt ein Gehäuse 10, das mittels einer Membran 11 in eine obere Druckkammer 12 und eine untere Druckkammer 13 unterteilt if*. Die Membran 11 ist mit einer Verbindungsstange 14 zum Fühlventil 6 mechanisch gekoppelt. Die obere Druckkammer 12 steht mit einer Druckanzapföffnung 15 stromab des Fühlventils 6 in Verbindung, während die untere Druckkammer 13 mit dem Ansaugrohr 3 stromauf des Fühlventils 6 in Verbindung steht.

Unter Bezug auf Fig.2 wird als nächstes ein Brennstoffversorgungssystem beschrieben. Es umfaßt eine Brennstoffzumeßvorrichtung 16, die obere und untere Gehäuseabschnitte 17 und 18 besitzt, zwischen denen eine metallische Membran 19 angeordnet ist. Ein Lager- oder Zylinderelement 20 ist fest in die Gehäuseabschnitte 17 und 18 eingesetzt und besitzt eine zylindrische Bohrung, die mit einer Brennstoffzumeßöffnung 21 und einem Brennstoffeinlaß 22 in Verbindung steht. Die Öffnungsfläche der Brennstoffzumeßöffnung 21 wird abhängig von der Ansaugluftmenge gesteuert. Dies wird nachfolgend im einzelnen beschrieben. Die Brennstoffzumeßwelle 8, die gemeinsam mit dem Fühlventil 6 drehbar ist, ist drehbar in die zylindrische Bohrung des Elements 20 eingesetzt und besitzt eine Brennstoffzumeßfläche 23, die der Brennstoffzumeßöffnung 21 gegenüberliegt, sowie eine Ringnut 24, welche mit dem Brennstoffeinlaß bzw. der Brennstoffeinlaßöffnung 22 in Verbindung steht.

Der obere und der untere Gehäuseabschnitt 17 und 18 und die metallische Membran 19 bilden eine obere Kammer 25 und eine untere Kammer 26, die mit der

Erennstoffzumeßöffnung 21 bzw. dem Brennstoffeinlaß 22 in Verbindung stehen. Eine Brennstoffleitung 27 erstreckt sich in die obere Kammer 25. Ihr unteres Ende endet in einem Ventilsitz. Eine Schraubenfeder 28 befindet sich in der oberen Kammer 25, um die metallische Membran 19, die als Ventilelement dient, nach unten vorzuspannen. Die Membran 19 und die Brennstoffleitung 27 bilden ein Differenzdruck-Regulierventil /Vi), das die Druckdifferenz des Brennstoffs über der öffnung auf einer bestimmten Höhe hält.

Eine Brennstoffversorgungsquelle besteht aus einem Brennstofftank 30, einer Brennstoffpumpe 31, die den Brennstoff unter Druck setzt, einem Druckregulator 32 und einer Rückführleitung 33. Brennstoff kann mit einem bestimmten Druck der Brennstoffzumeßvorrichtung 16 über eine Brennstoffversorgungsleitung 34, die mit der unteren Kammer 26 in der Brennstoffzumeßvorrichtung in Verbindung steht, zugeführt werden.

Der Verteiler 35 besitzt einen Brennstoffeinlaß 36, der mit der Brennstoffleitung 27 der Brennstoffzumeßvorrichtung 16 in Verbindung steht, eine Brennstoffrückführöffncing 38, die über einen Druckregulator 37 mit dem Brennstofftank 30 zur Rückführung überschüssigen Brennstoffs in Verbindung steht, einen zweiten Brennstoffeinlaß 39, der mit der Brennstoffversorgungsquelle in Verbindung steht, und Brennstoffausgänge 40a bis 4Od, die mit Brennstoffeinspritzdüsen N in Verbindung stehen, weiche sich in abgezweigte Ansaugrohre für jeweilige Zylinder der Maschine 1 öffnen.

Als nächstes wird anhand der Fig.3 und 4 der Verteiler 35 im einzelnen beschrieben. Er besteht aus dreigeteilten Gehäuseabschnitten 41, 42 und 43 mit einer ersten metallischen Membran 44 zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseabschnitt 41 und 42 und einer zweiten metallischen Membran 45 zwischen dem zweiten und dem dritten Gehäuseabschnitt 42 und 43. Diese Gehäuseabschnitte 41, 42 und 43 und die metallischen Membranen 44 und 45 sind mit Hilfe von acht Bolzen 46 fest miteinander verbunden. Der Verteiler 35, der für eine 4-Zylindermaschine gedacht ist, besitzt vbr Paare oberer und unterer Kammern 47 und 48, die von dem ersten und dem zweiten Gehäuseabschnitt 41 und 42 und der ersten metallischen Membran 44 gebildet werden, sowie vier Paare oberer und unterer Kammern 49 und 50, die von dem zweiten und dem dritten Gehäuseabschnitt 42 und 43 und der zweiten meiallischen Membran 45 gebildet werden. Der Verteiler 35 besitzt ferner eine Mittelkammer 51, die vom zweiten Gehäuseabschnitt 42 und der zweiten metallischen Menbran 45 gebildet wird.

Jede obere Kammer 4Γ steht über einen Brennstoffkanal 52 mit dem Brennstoffeinlaß 36 und über eine feste Öffnung 53, die in der ersten metallischen Membran 44 ausgebildet ist, mit der unteren Kammer 48 in Verbindung. Ein Ventilsitz 54 ist innerhalb der oberen Kammer 47 gegenüber der öffnung 53 angeordnet. Auf diese Weise bilden der Ventilsitz 54 und die Öffnung 53 ein Verteilerventil Vi.

Die obere Kammer 49 ist über einen Brennstoffkanal 55 mit der unteren Kammer 48 des Verteilerventils V₂ verbunden, während die untere Kammer 50 über einen Brennstoffkanal 56, eine Öffnung 57 festgelegter Größe, die Mittelkammer 51 und einen Brennstoffkanal 58 mit dem zweiten Brennstoffeinlaß 39 verbunden ist. Eine Brennstoffleitung 59, die über einen Brennstoffkanal 60 mit dem Brennstoffausgang 40a, 40b, 40c oder 40c/ verbunden ist, erstreckt sich nach unten in die obere Kammer 49 und besitzt iin freies Ende, das in einen Ventilsitz endet, welcher mit der zweiten metallischen Membran 45, die als Ventilelement dient, zusammenwirkt. Die untere Kammer 50 steht über einen Steuerdurchlaß 61 und einen Brennstoffkanal 62 mit der Brennstoffrückführöffnung oder -leitung 38 in Verbindung. Das Ausmaß oder die Fläche der öffnung des Steuerdurchlasses 61, der mit dem Brennstoffkanal 62 verbunden ist, wird durch eine Feindruckeinstellvorrichtung, die allgemein mit 66 bezeichnet ist, eingestellt. Die Feindruckeinstellvorrichtung 66 besteht aus einer Einstellstange 63, die in den dritten Gehäuseabschnitt 43 geschraubt ist und einsitückig mit einem Schaft geringeren Durchmessers ausgebildet ist, welcher das Ausmaß der öffnung des Steuerdurchlasses 61 zum Brennstoffkanal 62 steuert. Die Feindruckeinstellvorrichtung besitzt ferner eine Rückholfeder 64 und einen O-Ring 65 zu Dichtzwecken. Auf diese Weise bilden die obere und die untere Kammer 49 und 50, die zweite metallische Membran 45 und die Brennstoffleitung 59 ein Druckausgleichventil Vj, während die Feindn^keinstellvorrichtung 66 als variable öffnung dient, die die Feineinstellung des Brennstoffdrucks· zuläßt, der auf das Druckausgleichventil V3 ausgeübt werden soll.

Als nächstes wird die Betriebsweise des Brennstoffsteuersystems des oben beschriebenen Aufbaus beschrieben. Gemäß Fig. 1 wird die der Maschine 1 zuzuführende Luftmenge mittels des Drosselventils 4 gesteuert und strömt vom Luftfilter 2 durch das Ansaugrohr 3 in Richtung des angegebenen Pfeils, wobei das Fühlventil 6 geöffnet wird. Das Fühlvenlil 6 schwingt auf und wird in einer Gleichgewichtsstellung gehalten, die von der Kraft abhängt, weiche die Luft auf das Fühlventil 6 ausübt, von der Kraft, die vom pneumatischen Stellglied 9 übertragen wird, und von der Kraft der Rückholfeder 7.

Da das Fühlventil 6 sich zusammen mit der BrennstoffzumeOwelle 8 dreht, bestimmt dessen Brennstoffzumeßfläche 23 das Ausmaß der Öffnung der Brennstoffzurneßöffnung 21 abhängig von der Ansaugluftmenge.

Inzwischen ist der Brennstoff vom Brennstofftank 30 miKsls der Brennstoffpumpe 31 unter Druck gesetzt worden und mittels des Druckregulators 32 auf einem bestimmten Druck gehallen worden, so daß der Brennstoff unter diesem bestimmten Druck durch die Brennstoffleitung 34 in die untere Kammer 26- in der Brennstoffzumeßvorrichtun^ 16 fließt und auf die metallische Membran 19 diesen Druck ausübt. Von der unteren Kammer 26 fließt der Brennstoff durch den Brennstoffeinlaß 22 in die Ringnut 24 und durch einen Raum zwischen der Zylinderbohrung und der Brennstoffzumeßfläche 23 der Brennstoffzumeßwelle 8 sowie die Brennstoffzumeßöffnung 21 in die obere Kammer 25. Van der oberen Kammer 25 fließt der Brennstoff durch die Brennstoffleitung 27 zum Brennstoffeinlaß 36 des Verteilers 35 mit einer unten beschriebenen Strö'-iungsrate. Das Ausmaß der öffnung des Differenzdruckregulierventils Vj, das vom unteren Ende der Brennstoffleitung 27 und der metallischen Membran 19 gebildet wird, ist υ eingestillt, daß der Druck über der metallischen Membran 19 und damit über der Brennstoffzumeßöffnung 21 auf einem bes'immten Differenzdruck gehalten werden kann, welcher von der Festigkeit der metallischen Membran 19 und der Kraft der Schraubenfeder 28 abhängt. Daher wird die in alle Zylinder gelieferte Brennstoffmenge abhängig vom Öffnungsmaß der Brennstoffzumeßöffnung 21 gesteuert, das heißt abhämzie von der Menee der

Ansaugluft.

Es wird nun erneut auf die F i g. 3 und 4 Bezug genommen. Der Brennstoff fließt vom Einlaß 36 durch den Brennstoffkanal 52 in jede obere Kammer 47 des Verteilers 35 und von hier weiter durch die Öffnung 53. die die erste metallische Membran 44 durchsetzt, in die untere Kammer 48. Von der unteren Kammer 48 fließt der Brennstoff durch den Brennstoffkanal 55 in die obere Kammer 49 des Druckausgleichventils ΙΊ. Von hier fließt der Brennstoff durch die Brennstoffleitung 59, den Brennstoffkanal 60 und den Brennstoffauslaß 40a. 40b, 40c oder 40d zur Düse N, durch die der Brennstoff in ein Zweigansaugrohr (nicht gezeigt) der Maschine I eingespritzt wird.

Inzwischen fließt der unter Druck stehende Brennstoff von der Brennstoffversorgungsquelle auch in den zweiten Einlaß 39 und weiter durch ilen Brennstoffkanal 58 in die Mittelkammcr 51. Von der Mittelkammer 51 fließt der Brennstoff durch die Öffnung 57 und die Brennstoffkanal 56 in die vier unteren Kammern 50. Von der unteren Kammer 50 kehrt der Brennstoff durch den Stcuerdurchlaß 61. den Brennstoffkanal 62. die Brennstoffzuführleitung 38 und den Driickregulator 37 zum Brennstofftank 30(F i g. 2) zurück.

Der Druck des Brennstoffs, der in die untere Kammer 50 geflossen ist. wird mittels der Druckregulatoren 32 und 37 im wesentlichen auf einer bestimmten Höhe gehalten und ferner mittels der Fcindruckeinstellvorrichtung 66 genau eingestellt. Da der Druck in der unteren Kammer 50 in der oben beschriebenen Weise konstant ist, veranlaßt der in die obere Kammer 49 fließende Brennstoff, daß sich die zweite metallische Membran 45 nach unten auslenkt, bis das Druckgleichgewicht zwischen der oberen und der unteren Kammer 49. 50 hergestellt ist. Als folge davon hängt schließlich das Öffnungsmaß der von der Brennstoffleitung 59 und der zweiten metallischen Membran 45 gebildeten öffnung vom Druck in der unteren Kammer 50 ab. Da die obere Kammer 49 mit der unteren Kammer 48 in Verbindung steht, ist der Druck in letzterer gleich dem Druck in der ersteren und damit dem Druck in der unteren Kammer 50. Die oberen Kammern 47 sind mit dem gemeinsamen Brennstoffeinlaß 36 über die Brennstoffkanäle 52 verbunden, so daß diese Kammern 47 denselben Druck besitzen und folglich die metallische Membran 44 in diesen Kammern 47 um dasselbe Ausmaß ausgelenkt wird. Als Ergebnis besitzen die einzelnen veränderlichen Öffnungen, die von der festen öffnung 53 und dem Ventilsitz 54 gebildet werden, dasselbe öffnungsmaB, so daß die Druckdifferenzen über diesen veränderlichen Öffnungen ebenfalls gleich sind. Als Folge davon ist die Menge oder Strömungsrate des durch die feste Öffnung 53 fließenden Brennstoffs dieselbe, so daß die gleiche Menge Brennstoff den jeweiligen Zylindern aufgeladen werden kann.

Infolge der Herstellungstoleranz, d. h. der Änderung der Herstellungsgenauigkeit, kann jedoch die oben beschriebene gleichförmige Brennstoffverteilung in der Praxis nicht erhalten werden. Um dieses Problem zu lösen, wird der Druck in der unteren Kammer 48 in einer im folgenden beschriebenen Weise eingestellt. Wie 5 oben beschrieben, ist der Druck in der unteren Kammer 48 gleich dem Druck in der unteren Kammer 50. Wenn das Öffnungsmaß des Steuerdurchlasses 61 zum Brennstoffkanal 62 mit Hilfe der Feindruckeinstellvorrichtung 66 durch Verschieben der Einstellstange 63

ίο eingestellt wird, kann daher der Druck in der unteren Kammer 50 und damit der Druck in der unteren Kammer 48 einzeln gesteuert werden. Als Folge kann die Druckdifferenz über jeder einzelnen Öffnung 5 3 gleich und gleichförmig gehalten werden, so daß der

η Brennstoff gleichförmig verteilt wird. Die Feder 64 in der Fcmdnickcinslcllvorrichtung 66 dient dazu, die Einstellslange 63 an einer Einstellstellung /ti halten, wahrend der O-Ring 65 einen l.eckfluß des Brennstoffs nach außen verhindert.

Aul diese Weise kann der Brennstoff, der miiteis eier Brennstol'fzumellvorrichtung 16 proportional der Ansaugluftmenge zugemessen wurde, vom Verteiler 35 gleichförmig verteilt werden, so daß der Brennstoff den jeweiligen /ylindern in einer Menge zugeführt werden

2s kann, die der Ansaugluftmenge in optimaler Weise proportional ist.

Die Erfindung wurde soweit in Verbindung mit einer 4-Zylinder Maschine beschrieben. Der Verteiler 35 kann aber auch abhängig von einer anderen Zylinder-

jo zahl geeignet abgewandelt werden. Anstelle des Zumessens des Brennstoffs in Abhängigkeil von der Ansaugluftmengt·. die vom Fühlventil 6 erfaßt wird, kann der Brennstoff durch Fühlen des Ansaugluftuntcrdrucks. der Drehzahl oder anderer geeigneter Faktoren.

die für die Betriebszustände der Maschine repräsentativ sind, zugemessen werden.

Zusammengefaßt wird mit der Erfindung ein Brennstoffsteuersystem für eine Mehrzylinder-Verbrennungsmaschine geschaffen, bei der der Brennstoff mittels einer Brennstoffzumeßvorrichtung zugemessen wird, welche eine Brennstoffzumeßöffnung aufweist, deren Öffnungsmaß abhängig von der Ansaugluftmenge veränderlich ist. Ein Differenzdruckregulierventil hält den Differenzdruck über der Brennstoffzumeßöffnung auf einer bestimmten Höhe. Ein Verteiler besitzt eine der Anzahl von Zylindern der Maschine entsprechende Anzahl von Verteilerventilen, von denen jedes hydraulisch mit der Brennstoffzumeßvorrichtung in Verbindung steht. Eine der Anzahl der Zylinder entsprechende Anzahl von Druckausgleichventilen ist vorgesehen, von denen jedes mit jedem Verteilerventil in Verbindung steht. Die gesamte den jeweiligen Zylindern zuzuführende Brennstoffmenge wird mittels der Brennstoffzumeßvorrichtung proportional zur Ansaugluftmenge genau zugemessen, und der zugemessene Brennstoff wird mittels des Verteilers unter den Brennstoffeinspritzdüsen gleichförmig verteilt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Brennstoffsteuersystem für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung, auf deren Einspritzdüsen eine Brennstoffmenge aufgeteilt wird, indem jeder Einspritzdüse der Brennstoff jeweils durch ein Verteilerventil mit nachgeschaltetem Druckausgleichsventil zugeführt wird, von denen das Verteilerventil ein Membranventil mit einer ersten und einer von dieser durch eine Membran getrennten zweiten Kammer gebildet ist, die durch eine in der Membran befindliche und durch einen Ventilsitz gesteuerte öffnung mit der ersten Kammer in Strömungsverbindung steht, und von denen das Druckausgleichsventil ebenfalls ein Membranventil mit einer dritten und einer von dieser durch eine Membran getrennten vierten Kammer gebildet ist und die dritte Kammer mit der zweiten Kammer verbunden ist und eine durch die Membran gesteuerte und mit der zugehörigen Einspritzdüse verbundene Brennstoffleitung enthält, und die vierte Kammer auf einem konstanten Druck gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede vierte Kammer (50) über eine Dosieröffnung (57) mit einer Quelle für unter konstantem Druck stehendes Strömungsmittel sowie über einen Durchfiüßkanal (62) mit einem Ablauf (38) verbunden ist und die Durchflußrate durch den Durchflußkanal (62) mit Hufe einer veränderbaren Drossel (66) einstellbar ist.