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Kraft stoffeinspritzanlage
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanlage
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Kraftstoffeinspritzanlage
bekannt, bei der ein Federspeicher vorgesehen ist, um eine gewisse Zeit nach dem
Abstellen der Brennkraftmaschine in der Kraftstoffeinspritzanlage einen Druck aufrechtzuerhalten,
der über dem Dampfdruck des Kraftstoffes liegt, so daß in dieser Zeit eine Dampfblasenbildung
in der Kraftstoffeinspritzanlage vermieden wird und keine Startschwierigkeiten durch
zunächst eingeblasenen Kraftstoffdampf auftreten.
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Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß der Federspeicher nur über
eine begrenzte Zeit den erforderlichen
Kraftstoffdruck aufrechterhalten
kann, während sich danach Dampf in der Kraftstoffeinspritzanlage bildet und sich
hierdurch Startschwierigkeiten ergeben Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße
Kraftstoffeinspritzanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat
demgegenüber den Vorteil, daß das Startverhalten insbesondere das Heißstartverhalten
der Brennkraftmaschine ver bessert wird und ein sicheres Anlaufen der Brennkraftmaschine
nach dem Start gewährleistet ist. So wird auch eine übermäßige Wärme zufuhr in den
Kraftstoff vermieden, die sich durch eine dauernde Umwälzung größerer Kraftstoffmengen
ergibt.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen KraStstoffeinspritzanlagG
möglich.
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Vorteilhaft ist esn das Dampfabscheideventil auf einem höheren Niveau
anzuordnen, als jedes Einspritzventil.
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Besonders vorteilhaft ist auch die Möglichkeit des Einsatzes von durchspülten
Kraftstoffeinspritzventilen in Kraftstoffeinspritzanlagenn bei denen die Kraftstoffzum
messung nicht in den Einspritzventilen erfolgt.
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Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen Figur 1 eine mechanische
Kraftstoffeinspritzanlage mit einem
Dampfabscheideventil, Figur 2 eine elektrische Kraftstoffeinspritzanlage mit einem
Dampfabscheideventil.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Bei der in Figur 1 dargestellten
mechanischen Kraftstoffeinspritzanlage strömt die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung
über einen Saugrohrabschnitt 1 in einen konischen Abschnitt 2, in dem ein Luftmeßorgan
3 angeordnet ist und weiterhin durch einen Saugrohrabschnitt 4 mit einer willkürlich
betätigbaren Drosselklappe 5 zu einem Sammelsaugrohr 6 und von dort über Saugrohrabschnitte
7 zu einem oder mehreren Zylindern 8 einer gemischverdichtenden fremdgezündeten
Brennkraftmaschine. Das Luftmeßorgan 3 ist eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete
Platte 3, die sich im konischen Abschnitt 2 des Saugrohres beispielsweise nach einer
annähernd linearen Funktion der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge bewegt,
wobei fU eine konstante am Luftmeßorgan 3 angreifende Rückstellkraft sowie einen
konstanten vor dem Luftmeßorgan 3 herrschenden Luftdruck, der zwischen dem Luftmeßorgan
3 und der Drosselklappe 5 herrschende Druck ebenfalls konstant bleibt. Das Luftmeßorgan
3 steuert ein Zumeß- und Mengenteilerventil 10. Zur Übertragung der Stellbewegung
des Luftmeßorgans 3 dient ein mit ihm verbundener Schwenkhebel 11, der gemeinsam
mit einem Korrekturhebel 12 an einem Drehpunkt 13 gelagert ist und bei seiner Schwenkhewegung
das als Steuerschieber 14 ausgebildete bewegliche Ventilteil des Zumeß- und Mengenteilerventils
10 betätigt.
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An einer Gemischregulierschraube 15 läßt sich das gewünschte Kraftstoff-Luft-Gemisch
einstellen. Die dem Schwenkhebel 11 abgewandte Stirnfläche 16 des Steuerschiebers
14 wird von Druckflüssigkeit beaufschlagt,
deren Druck auf die Stirnfläche
16 die Rückstellkraft auf das Luftmeßorgan 3 erzeugt.
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Die Kraftstoffversorgung erfolgt durch eine Elektrokraftstoffpumpe
19, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 20 ansaugt und über einen Kraftstoffilter
22 und eine Kraftstoffversorgungsleitung 23 dem Zumeß- und Mengenteilerventil 10
zuführt. Ein Systemdruckregler 24 hält den Systemdruck in der Kraftstoffeinspritzanlage
konstant.
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Die Kraftstoffversorgungsleitung 23 führt über verschiedene Abzweigungen
zu Kammern 26 des Zumeß- und Mengenteilerventils 10, so daß die eine Seite einer
Membran 27 durch den Kraftstoffdruck beaufschlagt wird. Die Kammern 26 stehen ebenfalls
mit einer Ringnut 28 des Steuerschiebers 14 in Verbindung. Je nach Stellung des
Steuerschiebers 14 öffnet die Ringnut 28 mehr oder weniger Steuerschlitze 29 die
zu je einer Kammer 30 führen, die durch die Membran 27 von der Kanmer 26 getrennt
ist. Aus den Kammern 30 gelangt der Kraftstoff über Einspritzleitungen 33 zu den
einzelnen Einspritzventilen 34, die in der Nähe der Motorzylinder 8 im Saugrohrabschnitt
7 angeordnet sind. Die Membran 27 dient als bewegliches Teil je eines Flachsitzventiles,
das durch eine Feder 35 bei nicht arbeitender Kraftstoffeinspritzanlage offen gehalten
wird. Die je aus einer Kammer 26 und 30 gebildeten Membrandosen bewirken, daß unabhängig
von der zwischen der Ringnut 28 und den Steuerschlitzen 29 bestehenden Überdeckung,
also unabhängig von der zu den Einspritzventilen 34 strömenden Kraftstoffmenge das
Druckgefälle an den Zumeßventilen 28, 29 weitgehend konstant bleibt. Damit ist gewährleistet,
daß der Verstellweg des Steuerschiebers 14 und die zugemessene Kraftstoffmenge proportional
sind.
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Bei einer Schwenkbewegung des Schwenkhebels 11 wird das Luftmeßorgan
3 in den konischen Abschnitt 2 bewegt, so daß der sich zwischen Luftmeßorgan und
Konus ändernde Ringquerschnitt beispielsweise annähernd proportional zum Verstellweg
des Luftmeßorgans 3 ist.
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Die die konstante Rückstellkraft auf den Steuerschieber 14 erzeugende
Druckfüssigkeit ist Kraftstoff. Hierfür zweigt von der Kraftstoffversorgungsleitung
23 eine Steuerdruckleitung 36 ab, die durch eine Abkopplungsdrossel 37 von der Kraftstoffversorgungsleitung
23 getrennt ist. Mit der Steuerdruckleitung 36 ist über eine Dämpfungsdrossel 38
ein Druckraum 39 verbunden, in den der Steuerschieber 14 mit seiner Stirnfläche
16 ragt.
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In der Steuerdruckleitung 36 ist ein Drucksteuerventil 42 angeordnet,
über das die Druckflüssigkeit durch eine Rücklaufleitung 43 drucklos zum Kraftstoffbehälter
20 gelangen kann. Durch das dargestellte Drucksteuerventil 42 ist der Druck der
die Rückstellkraft erzeugenden Druckflüssigkeit während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine
nach einer Temperatur- und Zeitfunktion änderbar. Das Drucksteuerventil 42 ist als
Flachsitzventil ausgebildet, mit einem festen Ventilsitz 44 und einer Membran 45,
die in Schließrichtung des Ventils von einer Feder 46 belastet wird. Die Feder 46
wirkt über einen Federteller 47 und einen Übertragungsstift 48 auf die Membran 45.
Bei Temperaturen unterhalb der Motorbetriebstemperatur wirkt der Federkraft.46 eine
Bimetallfeder 49 entgegen, auf der ein elektrischer Heizkörper 50 angeordnet ist,
dessen Aufheizung nach dem Start zu einer Verminderung der Kraft der Bimetallfeder
49 auf die Feder 46 führt, wodurch der Steuerdruck in der Steuerdruckleitung 36
ansteigt.
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An den Einspritzventilen 34 sind Spülleitungen 52 so angeordnet, daß
der über die Einspritzleitungen 33 jedem Einspritzventil 34 zugeführte Kraftstoff
das Einspritzventil durchströmt und danach in die jeweilige Spülleitung 52 gelangt.
Die Spülleitungen 52 münden in einem Dampfabscheideventil 53, das eine Schwimmerkammer
54 aufweist, in der ein auf Kraftstoff schwimmender Schwimmerkörper 55 geführt ist.
Der schwimmkörper 55 kann dabei aus einem Material geringerer Dichte als Kraftstoff
bestehen oder als schwimmender Hohlkörper ausgebildet sein. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Schwimmerkörper 55 als Kugel ausgebildet, die gleichzeitig
als bewegliches Ventilteil des Dampfabscheideventils 53 dient und wie dargestellt
ist auf dem sich in der Schwimmerkammer 54 befindlichen Kraftstoff schwimmend von
diesem gegen einen festen Ventilsitz 56 gepreßt wird und damit das Dampfabscheideventil
53 sperrt, so daß kein Kraftstoff aus den Spülleitungen 52 über die stromabwärts
des Dampfabscheideventils 53 vorgesehene Rücklaufleitung 45 zum Kraftstoffbehälter
20 zurückströmen kann.
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Von der Kraftstoffversorgungsleitung 23 zweigt stromaufwärts des Kraftstoffzumeß-
und Mengenteilerventils 10 eine Kraftstoffbypaßleitung 58 ab, die stromabwärts eines
Absperrventiles 59 über Teilbypaßleitungen 60 in jede Einspritzleitung 33 mündet.
In jeder Teilbypaßleitung 60 ist ein in Richtung zur Einspritzleitung 33 hin öffnendes
Rückschlagventil vorgesehen. Das Absperrventil 59 soll bei geöffnetem Dampfabscheideventil
53 ebenfalls geöffnet sein, so daß Kraftstoff von der Kraftstoffversorgungsleitung
25 über die Kraftstoffbypaßleitung 58 und die Teilbypaßleitungen 60 in die einzelnen
Einspritzleitungen
33 gelangen kann und bei geschlossenem Dampfabscheideventil 53 die Kraftstoffbypaßleitung
58 schließen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Absperrventil 59
beispielsweise als Elektromagnetventil 59 ausgebildet, in dessen Stromkreis 62 ein
Schalter 63 vorgesehen ist, der über einen Taster 64 die Stellung des beweglichen
Ventilteiles 55 des Dampfabscheideventils 53 abtastet und bei geschlossenem Dampfabscheideventil
53 beispielsweise den Schalter 63 schließt, so daß bei ebenfalls geschlossenem Zünd-
und Startschalter 65 der Brennkraftmaschine das Elektromagnetventil 59 die Kraftstoffbypaßleitung
58 schließt.
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Das Absperrventil 59 könnte auch so ausgebildet sein, daß es direkt
durch das bewegliche Ventilteil oder den chwimmerkörper 55 des Dampfabscheideventils
53 betätigt wird. Das Dampfabscheideventil 53 kann auch so ausgebildet sein, daß
es einen Schwimmerkörper hat, der auf ein gesondertes bewegliches Ventilteil, das
mit dem festen Ventilsitz zusammenarbeitet, einwirkt.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Kraftstoffeinspritzanlage ist
folgende: Wird die Brennkraftmaschine durch Betätigung des Zünd- und Startschalters
65 gestartet, so beginnt die Elektrokraftstoffpumpe 19 Kraftstoff über die Kraftstoffversorgungsleitung
23 zu fördern. Solange in der Kraftstoffeinspritzanlage noch Dampfblasen enthalten
sind, werden diese mit dem Kraftstoff zum Dampfabscheideventil 53 gefördert, dessen
Schwimmerkörper 55 so lange noch nicht den festen Ventilsitz 56 abschließt, wie
die Kraftstoffmenge in der Schwimmerkammer 54 noch nicht ausreicht, den Schwimmerkörper
55 gegen den festen
Ventilsitz 56 zu pressen. Solange der feste
Ventilsitz 56 des Dampfabscheideventils 53 noch nicht durch den Schwimmerkörper
55 verschlossen wird, kann über das Dampfabscheideventil 53 Dampf in die Rücklaufleitung
43' und von dort zum Kraftstoffbehälter 20 strömen. Da während des Startens der
Brennkraftmaschine an den Kraftstoffzumeßstellen 28, 29 eine relativ kleine Kraftstoffmenge
zugemessen wird, also die Durchspülung der Einspritzleitungen 33 und Einspritzventile
34 relativ lange dauern würde, ist die Kraftstoffbypaßleitung 58 mit dem als Elektromagnetventil
ausgebildeten Absperrventil 59 vorgesehen, daß die Kraftstoffbypaßleitung so lange
geöffnet hält, wie das Dampfabscheideventil 53 geöffnet ist. Schließt das Dampfabscheideventil
53, so ist die Kraftstoffeinspritzanlage mit Kraftstoff aufgefüllt und über den
Taster 64 wird der Schalter 63 im Stromkreis 62 des Elektromagnetventils 59 geschlossen,
so daß das Elektromagnetventil schließt und die Kraftstoffbypaßleitung 58 gesperrt
wird. Die in den einzelnen Teilbypaßleitungen 60 angeordneten Rückschlagventile
61 verhindern eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den einzelnen Einspritzleitungen
33.
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Die in Figur 2 dargestellte elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage
ist zum Betrieb einer Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine 67 bestimmt und umfaßt
als wesentliche Bestandteile vier elektromagnetisch betätigbare Einspritzventile
68, denen aus einem Verteiler 69 über je eine Rohrleitung 70 der einzuspritzende
Kraftstoff zugeführt wird, eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe 71, die
Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 72 fördert, einen Druckregler 73, der den
Kraftstoffdruck
auf einen konstanten Wert regelt sowie eine im
folgenden näher beschriebene elektronische Steuer- und Regeleinrichtung, die durch
einen mit der Nockenwelle 74 der Brennkraftmaschine gekoppelten Signalgeber 75 bei
jeder Nockenwellenumdrehung zweimal ausgelöst wird und dann je einen rechteckigen
elektrischen Offnungsimpuls J für die Einspritzventile 68 liefert. Die in der Zeichnung
angedeutete Dauer ti der bffnungsimpulse bestimmt die öffnungsdauer der Einspritzventile
und demzufolge diejenige Kraftstoffmenge5 welche während der jeweiligen öffnungsdauer
aus dem Innenraum der unter einem praktisch konstanten Kraftstoffdruck von 2 bar
stehenden Einspritzventile 68 austritt. Die Magnetwicklungen 76 der Einspritzventile
sind zu je einem Entkopplungswiderstand 77 in Reihe geschaltet und an eine gemeinsame
Verstärkungs-und Leistungsstufe einer elektronischen Steuereinrichtung 78 angeschlossen,
die wenigstens einen Leistungstransistor enthält, welcher mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke
in Reihe mit den Entkopplungswiderständen 77 und den einseitig an Masse angeschlossenen
Magnetwicklungen 76 angeordnet ist.
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Bei gemischverdichtenden, mit Fremd zündung arbeitenden Brennkraftmaschinen
der dargestellten Art wird durch die bei einem einzelnen Ansaughub in einen Zylinder
gelangende Ansaugluftmenge diejenige Kraftstoffmenge festgelegt, die während des
nachfolgenden Arbeitstaktes vollständig verbrannt werden kann. Für eine gute Ausnutzung
der Brennkraftmaschine ist es notwendig, daß nach dem Arbeitstakt kein wesentlicher
Luftüberschuß vorhanden ist. Um das gewünschte stöchiometrische Verhältnis zwischen
Ansaugluft und Kraftstoff zu erzielen,
ist im Ansaugrohr 79 der
Brennkraftmaschine stromabwärts eines Filters 80, jedoch stromaufwärts ihrer mit
einem Gaspedal 81 verstellbaren Drosselklappe 82 ein Luftmengenmesser LM vorgesehen
der im wesentlichen aus einer Stauscheibe 83 und einem veränderbaren Widerstand
R besteht, dessen verstellbarer Abgriff 84 mit der Stau scheibe gekoppelt ist. Der
Luftmengenmesser LM arbeitet mit der elektronischen Steuereinrichtung 78 zusammen,
welche an ihrem Ausgang die Einspritzimpulse t. liefert.
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Die elektronische Steuereinrichtung 78 enthält zwei zueinander jeweils
in entgegengesetztem Betriebszustand befindliche und hierzu kreuzweise miteinander
rückgekoppelte Transistoren, sowie einen Energiespeicher, welcher als Kondensator
ausgebildet sein kann, jedoch statt dessen auch als Induktivität realisierbar ist.
Die Dauer des jeweiligen Entladevorganges des Energiespeichers ergibt die Öffnungsdauer
t. der Einspritzventile. Hierzu muß der Energiespeicher vor jedem Entladevorgang
jeweils in definierter Weise geladen werden.
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Damit die Entladedauer bereits unmittelbar die notwendige Information
über die auf den einzelnen Ansaughub entfallende Luftmenge enthält, erfolgt die
Aufladung durch einen im dargestellten Ausführungsbeispiel in Form des Signalgebers
75 wiedergegebenen Ladeschalter, der synchron mit den Kurbelwellenumdrehungen betätigt
wird und bewirkt, daß der Energiespeicher während der sich über einen festgelegten,
konstanten Drehwinkel der Kurbelwelle hinweg erstreckenden badeimpulse LJ mit einer
Aufladequelle verbunden iSt9 welche während dieser Lade impulse jeweils einen Ladestrom
liefert. Im vorliegenden Fall sei angenommen, daß der Signalgeber 75, welcher bei
der
praktischen Verwirklichung aus einem bistabilen, von den Zündimpulsen jeweils in
seine entgegengesetzte Betriebslage gelangenden Multivibrator bestehen kann, über
einen Kurbelwellenwinkel von 1800 geschlossen und anschließend über den gleichen
Drehwinkel hinweg geöffnet ist.
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Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist auch bei dem Ausführungsbeispiel
einer Kraftstoffeinspritzanlage nach Figur 2 eine von jedem Einspritzventil 68 zu
dem Dampfabscheideventil 53 führenden Spülleitung 52 vorgesehen. Das möglichs auf
einem höheren Niveau als jedes Einspritzventil 68 angeordnete Dampfabscheideventil
53 kann in gleicher Weise aufgebaut sein, wie das bereits zu Figur 1 beschriebene
Dampfabscheideventil. Stromabwärts des Dampfabscheideventils 53 führt die Rücklaufleitung
43' zum Kraftstoffbehälter 72 zurück.
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Wird die Kraftstoffeinspritzanlage nach Figur 2 gestartet, so kann
solange über das Dampfabscheideventil 53 Dampf in die Rücklaufleitung 43' aus der
Kraftstoffeinspritzanlage abströmen, bis die Kraftstoffeinspritzanlage völlig mit
Kraftstoff gefüllt ist und das Dampfabscheideventil 53 in der oben beschriebenen
Weise schließt. Die Anordnung eines erfindungsgemäßen Dampfabscheideventils 53 bei
den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 gewährleistet somit ein sicheres
Starten der Brennkraftmaschine ohne Aussetzer und vermeidet eine übermäßige rezufuhr
in den Kraftstoff durch eine länger dauernde Umwälzung größerer Kraftstoffmengen.
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Kraftstoffeinspritzanlage Zusammenfassung Es wird eine Kraftstoffeinspritzanlage
vorgeschlagen, die zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine dient Die Kraftstoffeinspritzanlage
umfaßt mindestens ein Einspritzventil (34, 68)> von dem eine Kraftstoff-Spülleitung
(52) zu einem Dampfabscheideventil (53) führte dessen Schließung durch einen auf
Kraftstoff schwimmenden Schwimmerkörper (55) bewirkt wird, und über das nach dem
Starten der Brennkraftmaschine Dampf in eine Rücklaufleitung (43') abströmen kann.
Es werden somit beim Starten ae Brennkraftmaschine alle Leitungen und Aggregate
der Kraftstoffeinspritzanlage mit Kraftstoff gefüllt, so daß ein sicherer Start
gewährleistet ist.