DE2810177C2

DE2810177C2 - Kraftstoff-Zumeßventil einer Kraftstoff-Einspritzan lage

Info

Publication number: DE2810177C2
Application number: DE2810177A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1978-03-09
Filing date: 1978-03-09
Publication date: 1982-10-21
Also published as: FR2419401A1; US4266571A; GB2016115B; IT7920633A0; JPS54129230A; IT1111207B; FR2419401B1; SE441028B; DE2810177A1; SE7901924L; GB2016115A

Description

40

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoff-Zumeßventil einer Kraftstoff-Einspritzanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Kraftstoff-Zumeßventil dieser Art (DE-OS 19 34 703) wird die gesamte Kraftstoffmenge für alle Einspritzdüsen über einen veränderlichen Drosselquerschnitt zugemessen, und diese Menge wird dann durch einen Verteiler auf die einzelnen Einspritzdüsen verteilt Das Hauptproblem bei derartigen Einspritzanlagen, bei denen die einzelnen Einspritzdüsen so individuell mit Kraftstoff versorgt werden, besteht darin, daß jeder Einspritzdüse genau die gleiche Kraftstoffmenge zugefühht werden muß, da sonst die einzelnen Zylinder unterschiedlich arbeiten. Besonders kritisch ist dies im Leerlauf und im unteren Teillastgebiet, da dort nur außerordentlich geringe Kraftstoffmengen zugegeben werden dürfen. So beträgt bei einer ausgeführten Anlage die Leerlaufmenge pro Zylinder etwa mm³ pro Arbeitsspiel und der Zumeßfehler darf nur etwa 5%, d. h. 03 mm³, betragen, um einerseits einen einwandfreien Leerlauf zu erreichen und andererseits den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen so niedrig wie möglich zu halten. Diese Werte können bei Zumessung der gesamten Kraftstoffmenge und nachfolgender Aufteilung dieser Menge auf die einzelnen Einspritzdüsen nicht eingehalten werden, da dies voraussetzen würde, daß alle Einspritzleitungen und alle Einspritzdüsen absolut gleich sind, was aufgrund der unvermeidlichen Fertigungstoleranzen nicht machbar ist Außerdem wird beim Verstopfen einer Einspritzdüse die sonst dieser Düse zugeteilte Kraftstoßmenge auf die anderen Einspritzdüsen verteilt, so daß den zugehörigen Zylindern ein überfettetes Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, was eine Erhöhung der Schadstoffanteile im Abgas zur Folge hat

Es sind zwar anders aufgebaute Kraftstoff-Zumeßventile bekannt, (siehe z. B. DE-OS 24 23 110), bei denen der Kraftstoff den einzelnen Einspritzdüsen individuell zugemessen wird, jedoch handelt es sich hierbei um Bauarten, bei denen der Steuerkolben längsverschiebbar ist und mit einer Umfangskante schmale, rechteckige Zumeßschlitze übersteuert, die im Steuerzylinder gleichmäßig über den Umfang desselben verteilt in einer Ebene angeordnet sind. Die erforderliche Axialbewegung des Steuerkolbens bedingt eine entsprechende Umsetzung der Dreh- oder Schwenkbewegung des vorzugsweise als Schwenkklappe oder Stauscheibe ausgebildeten Luftmeßorgans, wozu aufwendige, relativ viel Platz beanspruchende und massebehaftete Übertragungselemente erforderlich sind. Auch ist die Anzahl der Zumeßschlitze, die am Umfang des Steuerzylinders untergebracht werden können, begrenzt, da diese in einer Ebene liegen. Schließlich müssen die rechteckigen Zumeßschlitze, um die vorher erwähnte äußerst geringe Leerlaufmenge zumessen zu können, außerordentlich schmal sein (Breite etwa 0,1 —0,0£ mm), wodurch einerseits die Fertigung verteuert und andererseits die Gefahr von Verstopfungen durch Fremdkörper erhöht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoff-Zumeßventil der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine gleichzeitige, jedoch voneinander unabhängige Zumessung von gleichen Kraftstoffmengen zu mehreren Einspritzdüsen mit höchster Präzision und mit einem relativ geringen Fertigungsaufwand erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst

Gegenüber dem Kraftstoff-Zumeßventil, von dem die Erfindung ausgeht, wird durch die dreieckige Form der Durchtrittsöffnungen im Zusammenwirken mit der schraubenförmig verlaufenden Nut, die eine gleichförmig steigende Steuerkante bildet, ein quadratisches Verhältnis zwischen dem Verstellweg des Steuerkolbens und der Änderung des Drosselquerschnittes erreicht, so daß einem doppelten Weg des Steuerkolbens eine vierfache Vergrößerung oder Verkleinerung des Drosselquerschnitts entspricht Dadurch erstreckt sich die Kraftstoffzumessung vom unteren Lastbereich bis zur halben Last über einen wesentlich größeren Schwenkwinkel des Steuerkolbens als im daran anschließenden Lastbereich bis Vollast Dies hat zur Folge, daß besonders im untersten Lastbereich eine äußerst genaue Kraftstoffzumessung in Abstimmung mit der angesaugten Luftmenge ermöglicht wird, so daß ein Rundlauf der Brennkraftmaschine im Leerlauf bei äußerst geringem Kraftstoffverbrauch und geringster Schadstoffemission gewährleistet ist Dadurch, daß die dreieckförmigen Durchtrittsöffnungen entsprechend der Steigung der schraubenförmigen Nut versetzt zueinander angeordnet sind, läßt sich eine größere Anzahl von Durchtrittsöffnungen unterbringen als bei der Anordnung aller Durchtrittsöffnungen in einer Ebene. Die dreieckförmigen Durchtrittsöffnungen können auf verhältnismäßig einfache Weise durch Funkenerosion mit großer Präzision hergestellt werden. Die schraubenför-

mige Nut kann durch Drehen hergestellt werden, wobei mit einer einzigen Maschineneinstellung die Steuerkante für beliebig viele Durchtrittsöffnungen entsteht

Es sei bemerkt, daß dreieckförmige Durchtrittsöffnungen bei anders aufgebauten Kraftitoff-Einspritz-Anlagen mit intermittierender Einspritzung bereits bekannt sind (siehe DE-OS 26 34 446). Hierbei ist jeder Einspritzdüse eine dreieckförmige Durchtrittsöffnung zugeordnet, die im Steuerzylinder angeordnet ist Die Durchtrittsöffnungen sind gleichmäßig über den Umfang des Steuerzylinders verteilt und liegen in einer Ebene. Der Steuerkolben wird von der Brennkraftmaschine angetrieben und ist durch ein Luftmengen-Meßvorgang axial verschiebbar. Er weist eine kreisrunde Austrittsöffnung auf, die mit Kraftstoff versorgt wird und mit den Durchtrittsöffnungen nacheinander in Verbindung kommt Wenn eine größere Anzahl von Einspritzdüsen versorgt werden soll, so können auch zwei Reihen von Durchtrittsöffnungen übereinander im Steuerzylinder angeordnet werden, wobei dann der Steuerkolben zwei Austrittsöffnungen für Kraftstoff aufweist, von denen jeweils eine mit einer Reihe von Durchtrittsöffnungen zusammenwirkt Abgesehen davon, daß es sich hierbei um eine aufwendige, einen eigenen Antrieb erfordernde Einspritzanlage mit intermittierender Kraftstoffeinspritzung handelt, wird durch das Zusammenwirken der dreieckförmigen Durchtrittsöffnungen mit einer kreisförmigen Austrittsöffnung der vorher erwähnte, bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag vorhandene quadratische Zusammenhang zwischen Verstellweg des Steuerkolbens und freigegebenem Drosselquerschnitt nicht erreicht Die Versorgung von einzelnen Reihen von Durchtrittsöffnungen durch individuelle Austrittsöffnungen stellt außerordentlich hohe Anforderungen an die Herstellung, um für alle Durchtrittsöffnungen stets jeweils den gleichen Drosselquerschnitt zu gewährleisten.

Aus der FR-ZP 76 333 ist ein handbetätigter Wasserhahn bekanntgeworden, dessen Gehäuse eine dreieckförmige Durchtrittsöffnung und dessen Küken eine schraubenförmige Nut aufweist, die bei Drehung des Kükens miteinander zusammenwirken, um eine möglichst genaue Flüssigkeitsregelung zu erreichen. Diese auf einem entfernten technischen Gebiet liegende Druckschrift konnte keine Anregung zu einer ähnlichen Ausbildung des Kraftstoffzumeßventils geben, da die Forderung an die Genauigkeit der Regelung bzw. Steuerung in den beiden Fällen grundverschieden sind. Da bei Wasserhähnen die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe nicht vorlag, läßt sich aus der genannten Druckschrift auch nicht die Erkenntnis gewinnen, daß sich durch die Kombination eines dreieckigen Steuerfensters mit einer schraubenförmigen Nut eine Charakteristik erzielen läßt, die vom Leerlauf bis Vollast eine den Idealverhältnissen sehr nahe kommende progressive Kraftstoffzumessung ermöglicht Insbesondere läßt sich aus dieser Druckschrift auch keine Anregung zur Versorgung mehrerer Verbraucher gleichzeitig mit exakt der gleichen Flüssigkeitsmenge entnehmen.

Aus der GB-PS 13 51 127 ist ein Gashahn bekanntgeworden, der ein Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß sowie ein im Gehäuse verdrehbares Küken mit einer Steuernut aufweist Im Gehäuse ist weiterhin eine Mehrzahl von Steueröffnungen vorgesehen. Je nach der Winkelstellung des Kükens kann der Einlaß mit dem Auslaß über eine dieser Steueröffnungen verbunden werden, die jeweils unterschiedliche Drosselpfade eröffnen, um auf diese Weise die abgegebene Gasmenge zu verändern. Die Steueröffnucgen kommen weder gleichzeitig zum Einsatz, noch sind sie bzw. die anschließenden Strömungspfade gleich, so daß eine Anregung zu dem erfindungsgemäßen Vorschlag hierdurch nicht gegeben ist Das gleiche gilt für eine Kraftstoff-Fördervorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß DE-PS 9 58 790, bei der der Durchströmquerschnitt eines Rückströmventils in Abhängigkeit vom Förderdruck dadurch verändert wird, daß längs einer Schraubenlinie angeordnete öffnungen in einem längsverschieblichen Steuerkolben nach und nach geöffnet werden, um den Druck des in der Einspritzanlage zugeführten Kraftstoffes konstant zu halten. Auch hier werden die öffnunnen nicht gleichzeitig freigegeben, es wird

somit auch keine gleichzeitige Änderung aller öffnungen durchgeführt und es ist schließlich auch nur ein Verbraucher, nämlich die Rückflußleitung, vorgesehen.

Schließlich zeigt die US-PS 39 53 547 einen Vergaser, bei dem die Kraftstoffzufuhr über eine in einem drehbaren Steuerkolben angeordnete schraubenförmige Nut erfolgt, die mit einer Durchtrittsöffnung im Steuerzylinder zusammenwirkt Ober die Form der Durchtrittsöffnung ist nichts ausgesagt Eine gleichzeitige Versorgung mehrerer Verbraucher ist nicht vorgesehen. Eine Anregung zu dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist auch hier nicht gegeben.

Die Durchtrittsöffnungen können in Längsrichtung des Steuerzylinders übereinander angeordnet sein, und zwar in einem Abstand, der dem Abstand zwischen benachbarten Gängen der schraubenförmigen Nut entspricht

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschriebea Es zeigen

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoff-Zumeßventil mit einem Steuerkolben und einem Steuerzylinder in schematischer Darstellung,

Fig.2 eine Abwicklung des Steuerzylinders von F i g. 1 mit vier über den Umfang verteilten Durchtrittsöffnungen,

F i g. 3 einen Steuerkolben in einer zweiten Ausführungsform,

F i g. 4 einen Steuerzylinder für den in F i g. 3 dargestellten Steuerkolben, und

F i g. 5 ein Diagramm, aus dem das Verhältnis zwischen dem Verstellwinkel des Steuerkolbens zu der Änderung des Drosselquerschnitts hervorgeht

In F i g. 1 ist ein Kraftstoff-Zumeßventil dargestellt, das im wesentlichen aus einem Steuerkolben 1 und einem Steuerzylinder 2 besteht, der in einem angedeuteten Gehäuse 3 dicht eingesetzt ist Der Steuerkolben 1 ist im Steuerzylinder 2 drehbar angeordnet und weist eine Steuerkante 4 auf, die von der Nutflanke einer schraubenförmig verlaufenden Nut 5 mit einem vierekkigen Querschnitt gebildet wird. Die Nut 5 steht über eine Ringnut 6 mit einem Zuflußkanal 7 und über eine Ringnut 8 mit einem Rücklaufkanal 9 in Verbindung. Im Steuerzylinder 2 sind bei diesem Ausführungsbeispiel vier Durchtrittsöffnungen 10 mit einem dreieckigen Querschnitt angeordnet, die mit der Steuerkante 4 des Steuerkolbens 1 zusammenwirken. Die Durchtrittsöffnungen 10 sind gleichmäßig über den Umfang des Steuerzylinders 2 verteilt und entsprechend der Steigung der schraubenförmigen Nut 5 in Längsrichtung des Steuerzylinders 2 zueinander versetzt An jede Durchtrittsöffnung 10 schließt sich ein Abflußkanal U an.

Der zu drosselnde Kraftstoff wird durch eine nicht gezeigte Pumpe über den Zuflußkanal 7 und die Ringnut

6 in die Nut 5 des Steuerkolbens 1 gefördert. Entsprechend einer das Saugrohr einer nicht gezeigten Brennkraftmaschhine durchströmenden Luftmenge wird der Steuerkolben 1 über den Betätigungszapfen 12 verdreht, wodurch von der Steuerkante 4 der Nut 5 und jeder Durchtrittsöffnung 10 ein mehr oder weniger großer Drosselquerschniit freigegeben und eine entsprechende Kraftstoffmenge über jeden Abflußkanal 11 abgegeben wird. Der überschüssige Kraftstoff fließt aus der Nut 5 über den Rücklaufkanal 9 in einen nicht gezeigten Vorratsbehälter ab.

In F i g. 2 sind die vier gleichmäßig über den Umfang des Steuerzylinders 2 verteilten und entsprechend der Steigung der schraubenförmigen Nut 5 in Längsrichtung versetzten Durchtrittsöffnungen 10 (aus F i g. 1) in einer Abwicklung des Steuerzylinders gezeigt Die Strecke U ist identisch mit dem Umfang des Steuerkolbens 1, wobei die Teilung Γ entsprechend der Anzahl von vier Durchtrittsöffnungen 10 ein Viertel von U beträgt 5 ist die Steigung der Nut 5. Die Durchtrittsöffnungen sind vorzugsweise so angeordnet, daß ihre durch die Spitze gelegten Symmetrieachsen A etwa parallel zu der Längsachse des Steuerzylinders 2 verlaufen. Es ist aber auch möglich, daß die Symmetrieachse rechtwinkelig bzw. senkrecht zur Steuerkante 4 steht, wie dies gestrichelt angedeutet ist

Durch diese Anordnung wird beim Drehen des Steuerkolbens 1 und Vorbeiführen der Steuerkante 4 an den vier Durchtrittsöffnungen 10 jeweils der gleiche Drosselquerschnitt gebildet Wenn die Kraftstoff-Einspritzanlage der Brennkraftmaschine nicht in Betrieb ist, nimmt die Steuerkante 4 des Steuerkolbens 1 die Stellung entlang der strichpunktierten Linie 4a ein, während die Steuerkante bei Vollast etwa entlang der Linie Ab verläuft In der gezeigten Stellung wird von der Steuerkante 4 und den Durchtrittsöffnungen 10 ein Drosselquerschnitt gebildet, der einer Stellung im unteren Lastbereich entspricht und zur besseren Verdeutlichung schraffiert dargestellt ist Zwischen dem vom Steuerkolben 1 bei seiner Drehung zurückgelegten Weg und dem dadurch geänderten Drosselquerschnitt an der Steuerkante 4 und der Durchtrittsöffnung 10 ergibt sich ein quadratisches Verhältnis, derart, daß bei einem doppelten Weg des Steuerkolbens eine vierfache Vergrößerung oder Verkleinerung des Drosselquerschnittes erfolgt Dadurch wird im untersten bis mittleren Lastbereich eine sehr genaue Kraftstoffzumessung erreicht

Bei dem in F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet worden, jedoch mit einem Strich. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß die schraubenförmige Nut 5' eine der Anzahl der Durchtrittsöffnungen 10' entsprechende Anzahl von Steigungen nach Art eines Flachgewindes aufweist Für die Steuerung von beispielsweise vier Durchtrittsöffnunnen sind demnach vier in Längsrichtung übereinander angeordnete Steuerkanten 4' erforderlich.

Der in Fig.4 gezeigte Steuerzylinder 2' nimmt in seiner Bohrung den in Fig.3 dargestellten Steuerkolben 1' auf. Die entsprechend der Anzahl der Abflußkanäle 11' vorgesehenen vier Durchtrittsöffnungen 10' sind in Längsrichtung des Steuerzylinders 2' übereinander angeordnet und weisen einen Abstand untereinander auf, welcher der Steigung S'der schraubenförmigen Nut 5' des Steuerkolbens Γ in F i g. 3 entspricht -

Das Verhältnis der zugemessenen Kraftstoffmenge an den Durchtrittsöffnungen zum Verstellwinkel des Steuerkolbens ist aus dem Diagramm in F i g. 5 ersichtlich. Hierbei ist mit Q die vom Drosselquerschnitt, der von der Steuerkante und der Durchtrittsöffnung gebildet wird, zugemessene Kraftstoffmenge und mit W der Verstellwinkel des Steuerkolbens bezeichnet Die Linie C stellt die von einer dreieckigen Durchtrittsöffnung 10 in einem quadratischen Verhältnis zum Verstellwinkel des Steuerkolbens zugemessene Kraftstoffmenge dar. Die sinusförmige strichpunktierte Linie B zeigt die zugemessene Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Verstellwinkel bei dem Zumeßventil gemäß DE-OS 19 34 703.

Das erfindungsgemäße Kraftstoff-Zumeßventil ist verhältnismäßig einfach herstellbar und hat einen geringen Raumbedarf. Es ist unempfindlich gegen eventuelle im Kraftstoff vorkommende Schmutzteilchen und von der Viskosität des Kraftstoffes unabhängig. Je nach Wahl der Steigung und Anzahl der schraubenförmigen Gänge kann der Verstellwinkel des Steuerkolbens gegenüber der Durchtrittsöffnung größer oder kleiner gewählt und dadurch die Feinfühiigkeit der Regelung den Erfordernissen angepaßt werdea

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoff-Zumeßventil einer Kraftstoff-Einspritzanlage für eine gemischverdichtende, fremd- gezündete Brennkraftmaschine mit kontinuierlicher Einspritzung durch mehrere jeweils einem Zylinder zugeordnete Einspritzdüsen, das einen in einem Steuerzylinder angeordneten zylindrischen Steuerkörper aufweist, der zur Zumessung einer in einem bestimmten Verhältnis zu einer das Saugrohr der Brennkraftmaschine durchströmenden Luftmenge stehenden Kraftstoffmenge relativ zum Steuerzylinder drehbar ist und eine schräge Steuerkante trägt, die zusammen mit einem im Steuerzylinder angeordneten und mit einem Abflußkanal in Verbindung stehenden Durchtritt einen veränderlichen Drosselquerschnitt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen, jedoch voneinander unabhängigen Zumessung von gleichen Kraft- stoffmengen zu den Einspritzdüsen, in der Wand des Steuerzylinders (2 bzw. 2") mehrere dreieckförmige Durchtrittsöffnungen (10 bzw. IC) angeordnet sind, von welchen jede einer Einspritzdüse zugeordnet ist, in der Außenfläche des Steuer- kolbens (1 bzw. 1') eine mit einem Zuflußkanal (7) in Verbindung stehende, schraubenförmige verlaufende Nut (5 bzw. 5') vorgesehen ist, die mit einer Nutflanke die Steuerkante (4 bzw. 4') für alle Durchtrittsöffnungen bildet, und die dreieckförmigen Durchtrittsöffnungen (10) entsprechend der Steigung (S) der schraubenförmigen Nut (5) versetzt zueinander angeordnet sind

2. Kraftstoff-Zumeßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dreieckförmigen Durchtrittsöffnungen (10') in Längsrichtung des Steuerzylinders (2') übereinander angeordnet sind.