DE2914750A1

DE2914750A1 - Verfahren und vorrichtung zur abgabe abgemessener fluessigkeiten, insbesondere in kleinen mengen und bei hohen geschwindigkeiten, beispielsweise zur kraftstoffeinspritzung bei ottomotoren mit innerer verbrennung

Info

Publication number: DE2914750A1
Application number: DE19792914750
Authority: DE
Inventors: Kenneth Noel Johnsen; Michael Leonard Mckay; Tony Ralph Sarich
Original assignee: Orbital Engine Co Pty Ltd
Current assignee: Orbital Engine Co Pty Ltd
Priority date: 1978-04-14
Filing date: 1979-04-09
Publication date: 1979-10-18
Also published as: JPS6487870A; ES496496A0; GB2018906B; JPH0112942B2; IT1198310B; JPH0474541B2; FR2422939B1; BE875585A; BR7902236A; AU4582779A; ES8201687A1; GB2102501A; GB2102501B; DE2914750C2; IT7921848A0; JPS54137112A; AU523968B2; ES479498A1; GB2018906A; FR2422939A1

Description

PFENNING · MAAS · MEINIG · SPOTT

Patentanwälte · Kurfflratenciamm 170, D 1000 Bertin 15

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PATENTANWÄLTE BERLIN · MÜNCHEN

J. Pfenning, DipWng. - Berlin Or. I. Maas, Dip! -Chem. - München K. H. Meinig, CHpl.-Phys. - Berlin Dr. G Spott, Dipl.-Chem. - München

	Zugelassene Vertreter beim Europaischen Patentamt
	BÜRO BERLIN: I Kurfürstendamm 170 ID 1000 Berlin 15
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	Telex: 5215 880
Unser Zeichen Our reference	Berlin Date
Pf/schu	. April 19 79

ORBITAL ENGINE COMPANY PROPRIETARY LIMITED
4 Whipple Street, Balcatta, Australien

Verfahren und Vorrichtung zur Abgabe abgemessener Flüssigkeiten, insbesondere in kleinen Mengen und bei hohen Geschwindigkeiten, beispielsweise zur Kraftstoffeinspritzung bei Ottomotoren mit innerer Verbrennung

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zumessung von, insbesondere in kleinen Mengen und mit hohen Geschwindigkeiten abzugebenden Flüssigkeiten, Die Erfindung ist insbesondere geeignet zur Zumessung von Kraftstoff zu einem Ottomotor mit Innerei Verbrennung; sie kann jedoch auch für andere geeignete Zwecke Anwendung finden, beispielsweise für die Zumessung von Additiven oder Reaktionsmittel in Industrieprozessen, beispielsweise chemischen Prozessen. Die Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die Zumessung von Kraftstoff zu Ottomotoren beschrieben.

Die Vorteile der Kraftstoffzumessung zu einem Motor durch ein Einspritzsystem gegenüber einem Vergasersystem sind wohl bekannt. Wegen der zuverlässigen Steuerung der dem Motor zuzuführenden Brennstoffmenge durch ein Einspritzsystem ergibt sich ein niedrigerer Brennstoffverbrauch bei einer höheren Leistung. Brennstoffeinspritzsysteme führen zu einer geringeren Luftverschmutzung durch die Abgase und zu verbesserten Start- und Beschleunigungscharakteristiken des Motors.

Obwohl eine Zahl von wirksamen Brennstoffeinspritzsystemen bekannt ist, wird der Vergaser immer noch bevorzugt zum Zumessen von Brennstoff zu dem Motor verwendet, da er

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billiger in der Herstellung und weniger aufwendig in der Pflege ist, weil er mit Niederdruck betrieben wird. Der bei Brennstoffeinspritzsystemen erforderliche hohe Druck macht eine sehr große Präzision in der Abmessung und in der Oberflächenbearbeitung vieler Einzelteile, insbesondere in Brennstoffpumpen und Zumeßvorrichtungen, erforderlich und verlangt eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit bezüglich der Abdichtung zwischen sich bewegenden Teilen. Bei bekannten Brennstoffeinspritzsystemen wird die Einspritzung in der Regel erzielt durch mechanisch arbeitende Vorrichtungen, beispielsweise Kolben-Zylinderanordnungen, und angesichts des hohen für die Einspritzung des Brennstoffes erforderlichen Druckes treten entsprechend hohe Kräfte auf und verzehren eine erhebliche Energie und erfordern besondere Materiell« und Oberflächenbehandlungen zur Vermeidung eines Abriebes

In der US-PS 3 698 368 ist ein Brennstoffeinspritzsystem für Zweitaktmotoren beschrieben, es ist jedoch nicht bekannt, daß dieses System mit kommerziellem Erfolg verwendet werden kann. Bei einigen Ausführungsformen dieses Systems gemäß der Beschreibung ist ein starker Kolben vorgesehen, so daß diese Ausführungsform die vorstehend angegebenen Nachteile besitzen.

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Bei einer Ausführungsform findet eine Membranpumpe Verwendung, und der Saughub der Pumpe wird verändert, zum Zwecke der Zumessungder Menge der abzugebenden Flüssigkeit. Die sehr hohe Flexibilität der Membrane steht der Erzielung genau abgemessener Flüssigkeitsmengen entgegen.

Aufgrund der relativ hohen Herstellungskosten der bekannten Brennstoffeinspritzsysteme finden diese bisher bei üblichen Fahrzeugen der Mittelklasse praktisch keine Verwendung. Bei den wachsenden Anforderungen zur Verhinderung von Luftverschmutzungen durch Auspuffgase bietet sich das Brennstoffeirispritzsystem zur Verwendung für alle Motorfahrzeuge an unter der Voraussetzung, daß dies bei vernünftigen Kosten möglich ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zumessung von Flüssigkeiten, beispielsweise zur Zumessung von Brennstoff an Ottomotoren mit innerer Verbrennung, zu schaffen, die sich durch einwandfreie und zuverlässige Arbeitsweise auszeichnen, die keine hohen Anforderungen bei der Herstellung bezüglich der Toleranzen und der Oberflächenbearbeitung erfordern, und die kostensparend sind.

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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Kammer mit der Flüssigkeit gefüllt wird, daß der Kammer Gas zugeleitet wird mit einem zur Verdrängung der Flüssigkeit aus der Kammer bei selektiver Öffnung einer Kammerauslaßöffnung ausreichendem Druck, und daß die aus der Kammer durch Zugabe des Gases zu verdrängende Flüssigkeitsmenge gesteuert wird zur Regulierung der Menge der abzugebenden Flüssigkeit.

Um eine gleichbleibende Genauigkeit und Wiederholbarkeit bei der abgemessenen Menge der aus der Kammer abzugebenden Flüssigkeit zu gewährleisten, ist es wichtig, daß die Kammer vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt wird vor der Zugabe des Gases. Nach der Verdrängung jeder zugemessenen Flüssigkeitsmenge ist es weiter wichtig, daß die Kammer von rückständigem Gas gesäubert wird, bevor die nächstfolgende zugemessene Flüssigkeitsmenge abgegeben wird.

Zweckmäßigerweise wird die Flüssigkeit zirkulierend durch die Kammer geführt, so daß alles Gas aus der Kammer abgeführt ist vor Beginn des Abgabezyklus, und wenn die Abgabe der Flüssigkeit erfolgt, wird die Zirkulation unterbrochen, so daß die Kammer unter Abschluß mit Flüssig keit gefüllt ist.

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Ein besonderes Verfahren nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Flüssigkeit durch eine Kammer zirkulieren gelassen wird, um die Kammer mit Flüssigkeit gefüllt zu halten, daß die Zirkulation in Zeitabständen unterbrochen wird, das Gas zu der Kammer während der Unterbrechung der Zirkulation mit einem Druck zugeführt, der ausreicht, die Flüssigkeit aus der Kammer bei entsprechender öffnung einer Auslaßöffnung zu verdrängen, und daß die Menge der aus der Kammer durch die Zugabe des Gases zn verdrängenden Flüssigkeit gesteuert wird zum Zwecke der Regelung der Menge der abgegebenen Flüssigkeit.

Die Menge der bei Zuführung des Gases zu verdrängenden Flüssigkeit kann gesteuert werden durch Änderung der relativen Stellungen des Gaseintrittes in die Kammer und des Flüssigkeitsaustrittes aus der Kammer. Wenn das Gas in die Kammer eingeleitet wird, wird nur diejenige Flüssigkeit durch das einströmende Gas verdrängt, die zwischen der Gaseintrittsöffnung und der Flüssigkeitsauslaßöffnung liegt, und diejenige Flüssigkeit außerhalb dieses Raumes wird nicht verdrängt.

Bei der Einleitung des Gases in die Kammer ergibt sich eine Trennfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit

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über dem Kammerquerschnitt. Diese Trennfläche bewegt sich in Längsrichtung der Kammer von dem Punkt des Gaseintrittes zu dem Punkt des Flüssigkeitsauslasses und verdrängt unter Absenken der Trennfläche die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsauslaß. Wenn die Trennfläche eine Lage erreicht, in der die Flüssigkeit nicht mehr in direkter Verbindung mit dem Flüssigkeitsauslaß steht, wird eine Bewegung der Trennfläche verhindert, so daß die Verdrängung der Flüssigkeit aufhört.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann die Menge der zu verdrängenden Flüssigkeit gesteuert werden durch Einstellung des Volumens der Kammer zwischen dem Punkt des Gaseintrittes und dem Punkt des Flüssigkeitsauslasses, wobei diese Punkte fixiert bleiben können.

Die der Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Kammer mit einem selektiv freigebbaren Auslaßkanal, durch Betätigungsvorrichtungen zur Füllung der Kammer mit Flüssigkeit zur Vorbereitung des Flüssigkeitsauslasses, durch Betätigungsvorrichtungen zur selektiven Einführung des Gases in die Kammer mit einem Druck, der zur Verdrängung der Flüssigkeit bei Freigabe des Auslaßkanales ausreicht, und durch Vorrichtungen zur Steuerung der Menge der aus der Kammer

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durch das eingeleitete Gas zu verdrängenden Flüssigkeit.

Eine spezifische erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt eine mit einem selektiv freigebbaren Auslaßkanal versehene Kammer, Vorrichtungen zum Zirkulieren der Flüssigkeit durch die Kammer, um diese mit Flüssigkeit gefüllt zu halten. Vorrichtungen zur unterbrechung der Zirkulation in Zeitabständen, Vorrichtungen zur Zuführung des Gases zu der Kammer mit einem Druck, der zur Verdrängung der Flüssigkeit aus der Kammer während der Unterbrechung der Zirkulation und bei öffnung eines Auslaßventiles ausreicht, und Vorrichtungen zur Steuerung der Menge der aus der Kammer durch das Gas zu verdrängenden Flüssigkeit.

Die Flüssigkeit wird durch einen geschlossenen Kreislauf durch die Kammer gepumpt, und es sind Einlaß- und Auslaßventile vorgesehen zur temporären Abtrennung der Kammer von dem geschlossenen Kreislauf zur Unterbrechung der Zirkulation in der Kammer. Das Auslaß- und Einlaßventil sind so angeordnet, daß die Kammer während der Zirkulation mit Flüssigkeit gefüllt gehalten wird. Bei Schließung des Einlaß- und des Auslaßventiles werden die Ventile während der Einleitung des Gases in die Kammer solange geschlossen gehalten, bis die Verdrängung der Flüssigkeit durch das Gas durchgeführt ist.

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Die Kammer ist weiter mit Kanälen für den Eintritt des Gases in die Kammer und den Auslaß der zu verdrängenden Flüssigkeit aus der Kammer versehen, und eine oder beide Kanäle sind bewegbar. Die Menge der aus der Kammer durch das eintretende Gas zu verdrängenden Flüssigkeit kann somit durch Bewegung des einen oder beider Kanäle gesteuert werden, um durch Annäherung der Kanäle die zu verdrängende Flüssigkeitsmenge zu verringern oder durch Entfernung voneinander zu vergrößern!.

Die Vorrichtung zur Steuerung der aus der Kammer zu verdrängenden Flüssigkeitsmenge kann entweder von Hand oder automatisch durch ein auf die jeweils gegebenen Bedingungen abgestelltes Programm betätigt werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Verdrängung der Flüssigkeit aus der Kammer durch Einleitung eines Gases erfolgt und nicht durch Bewegung eines Kolbens der eine geeignete Dichtung besitzen muß, die dem erforderlichen hohen Druck widersteht. Eine solche Dichtung muß auch unempfindlich gegen hohe Geschwindigkeiten und hohe Arbeitsfrequenzen sein, die sich aus jedem Arbeitshub und jedem Rückhub bei jeder Verdrängung der Flüssigkeit aus der Kammer ergeben. Demgegenüber ist bei der vorliegenden Erfindung eine Bewegung nur dann

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erforderlich, wenn Veränderungen der Brennstoffabgabe erfolgen müssen, und diese Bewegungen sind klein, sehr selten und erfolgen langsam im Vergleich zu der Bewegung eines mechanischen Pumpenkolbens.

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, und es bedeutet:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer

Durchführung des Verfahrens zur Abgabe abgemessener Flüssigkeitsmengen;

Fig. 2 Darstellung gemäß Fig. 1 mit einer Anordnur zur Steuerung der Ventile;

Fig. 3 Schnittdarstellung durch die Vorrichtung;

Fig. 4 teilweiser Schnitt gemäß Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 vergrößerte Schnittdarstellung der Kammer gemäß Fig. 3.

Die Zeichnungen und die anschließende Beschreibung zeigen die Anwendung der Erfindung für ein Brennstoffeinspritz-

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system für Motoren mit innerer Verbrennung, die Erfindung

Weise
ist jedoch in gleicher/anwendbar für andere Arten von Flüssigkeiten, bei denen abgemessene Mengen für einen an sich beliebigen Zweck erforderlich sind. Die verschiedenen Teile des Systems gemäß Fig. 1 und 2 zeigen die üblichen Symbole.

Gemäß Fig. 1 wird die Zumeßkammer 2 gebildet durch ein feststehendes Teil 1 und ein bewegliches Teil 3, das in der Bohrung des feststehenden Teiles 1 frei dichtend beweglich ist. Der Brennstoff wird aus dem Brennstofftank 100 mittels einer Niederdruck-Brennstoffpumpe 101 gefördert und über das Ventil 102 der Zumeßkammer 2 an dem Eintrittskanal 6 zugeführt. Wenn die Kammer 2 gefüllt ist, fließt der überschüssige Brennstoff aus der Zumeßkammer 2 über das zwischen dem bewegbaren Teil 3 und dem Teil 1 bestehende Spiel durch den Austrittskanal 7 und von dort durch das Ventil 103 zum Brennstofftank 100 zurück. Eine Dichtung 104 ist zwischen

dem beweglichen Teil und dem feststehenden Teil 1 vorgesehen, um eine Leckage zu verhindern.

Das unter hohem Druck stehende Gas befindet sich in einer Gasquelle 105 und kann nicht in die Zumeßkammer 2 fließen, da das Ventil 106 und damit der in dem beweglichen Teil 3

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angeordnete Gaseintrittskanal 14 geschlossen ist. Der Brennstoff kann nicht aus der Zumeßkammer 2 über den Gaseintrittskanäl abfließen, da das Ventil 106 geschlossen ist. Außerdem kann der Brennstoff nicht aus der Zumeßkammer 2 über den Auslaßkanal 9 abfließen, da das diesem zugeordnete Ventil 107 ebenfalls geschlossen ist.

Mit Ausnahme des Abgabe- oder Verdrängungszyklus wird die Zumeßkammer 2 durch die Pumpe 101 mit Brennstoff gefüllt gehalten, wobei die Menge des in der Zumeßkammer 2 befindlichen Brennstoffes bestimmt ist durch die Stellung des beweglichen Teiles 3 relativ zu dem feststehenden Teil 1.

Um eine abgemessene Brennstoffmenge aus der Kammer 2 abzugeben, werden die Ventile 102, 103 geschlossen, so daß kein weiterer Brennstoff über die Kanäle 6, 7 in die Zumeßkammer 2 eintreten oder aus ihr austreten kann. Die Ventile 106, 107 werden dann geöffnet, so daß Gas mit hohem Druck aus der Quelle 105 in die Zumeßkammer über den Gaseintrittskanal 14 eintreten kann und die in der Kammer 2 enthaltene abgemessene Brennstoffkammer durch den Auslaßkanal 9 und das geöffnete Ventil 107 in die Leitung 108 verdrängt. Hierdurch wird die abgemessene Brennstoffmenge in den Motor eingespritzt.

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Es muß genug Gas in die Zumeßkammer 2 eintreten, um die abgemessene Brennstoffmenge zu verdrängen; die Gasmenge kann jedoch zweckmäßigerweise dieses Minimum überschreiten, wobei das überschüssige Gas durch den Auslaßkanal 9 mit dem Brennstoff verdrängt wird.

um diesen Zyklus zu wiederholen, werden die Ventile 106, 107 geschlossen und die Ventile 102, 103 geöffnet, so daß restliches Gas in der Zumeßkammer 2 durch den Kanal 7 und das Ventil 103 in den mit einer Entlüftung versehenen Brennstofftank 100 ausgetrieben wird. Der Brennstoff zirkuliert nun wieder durch die Zumeßkammer 2 mittels der Pumpe 101 und füllt die Kammer 2 mit Brennstoff Normalerweise arbeitet die Pumpe 101 kontinuierlich, wenn die Einspritzvorrichtung sich in Benutzung befindet.

Die während jedes Zyklus abgegebene Brennstoffmenge wird gesteuert durch die Stellung des beweglichen Teiles 3 in der Bohrung des feststehenden Teiles 1, da der Gaseintrittskanal 14 am inneren Ende des beweglichen Teiles und der Brennstoffauslaßkanal 9 an dem gegenüberliegenden Ende der Kammer 2 angeordnet sind, so daß sämtlicher in der Kammer 2 befindliche Brennstoff bei Einleitung des Gases durch den Kanal 14 verdrängt wird.

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Wenn der Auslaßkanal 19 in der Wandung der Kammer 2 im Abstand von ihrem Ende angeordnet ist, ist die Menge der durch den Kanal 9 zu verdrängenden Flüssigkeit bestimmt durch das Volumen der Kammer zwischen dem Gaseintrittskanal 14 und dem Brennstoffaustrittskanal 9. In beiden vorstehenden Fällen wird die Menge des zu verdrängenden Brennstoffes in jedem Zyklus gesteuert durch die Stellung des beweglichen Teiles 3« Die Anordnungen des Brennstoffaustrittskanales 9 und des Gaseintrittskanales 14 können vertauscht sein, wobei der Austrittskanal 9 in dem beweglichen Teil 3 und der Gaseintrittskanal in dem feststehenden Teil 1 angeordnet sind.

Di© Ventile 102,103, 106 und 107 gemäß Fig« I können aus der Zumeßstellung in die Abgabe™ oder Verdrängungsstellung gebracht werden mittels eines pneumatischen Signales _r 'das, wie Fig«, 2 zeigte von einem Steuerventil 109 in zeitlicher Abhängigkeit von dem Motorzyklus erzeugt wirdo Bei Betätigung des steuerventiles 109 wird unter hohem Druck stehendes Gas auf jedes Ventil 102,103,, 106,107 gegeben zur öffnung der Ventile 106, 107 und zum Schließen der Ventile 102, 103, um sie aus der Zumeßstellung in die Abgabestellung su bringen. Bei Rückkehr des Steuerventils 109 in seine Ausgangsstellung wird der Gasdruck in den Steuerleitungen der Ventile 10^,103,106 unc

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'Alia die Atmosphäre entlüftet, und die Ventile 102,103 3££nen sich, während sich die Ventil 106,107 schließen.

Einige der in den Fig. i und 2 gezeigten Ventile können als Rückschlagventile ausgebildet sein.

Eine vorzugsweise Ausführungsform der Vorrichtung wird anschließend anhand der Fig„ 3,4 und 5 beschrieben, bei denen einander entsprechende Bestandteile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Die Vorrichtung besitzt ein Gehäuse 1 mit einer annähernd mittig in ihm angeordneten Zumeßkammer 2. Vier voneinande: unabhängige Kanäle sind der ZumeSkammer 2 zugeordnet, nämlich ein Brennstoffeintrittskanal 6, ein Brennstoffaustrittskanal 7p ein Gaseintrittskanal 14 und ein ÄuslaBkanal 19„ Der Brennstoffeintrittskanal 6 steht in Verbindung mit den Brennstoffleitungen 4 und 5, wobei die Leitamg 4 in eine ömfangsfläche des" Gehäuses 1 mündet, um mit der Brennstofförderpumpe verbunden zu werden. Der Brennstoffaustrittskanal 7 ist mit der Brennstoffleitung 8 verbunden, die ebenfalls in eine Umfangsfläche des Gehäuses 1 mündet und an eine Rückleitung zum Brennstofftank angeschlossen ist. Wenn die Kanäle 6, 7 offen sind, kann der Brennstoff aus dem Tank

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100 durch die Zumeßkammer 2 zirkulieren_r wobei er über die Leitungen 4, 5 und den Kanal 6 in die Kammer eintritt und sie über den Kanal 7 und die Leitung 8 verläßt.

Der Brennstoffeintrittskanal 6 und der Brennstoffaustrittskanal 7 werden durch Ventilkörper 22, 27 gesteuert, die ihrerseits durch identische Steuermechanisme betätigt werden. Die Ventilkörper 22, 27 sind mit den Enden von Stangen 21 und 26 verbunden, die an ihren anderen Enden an Membranen 19, 24 befestigt sind. Die Federn 20, 25 wirken über die Membranen und die Stangen, um die Ventilkörper 22 und 27 in offener Stellung in den Kanälen 6 und 7 zu halten.

Es kann ein Druck auf die Membranen 19, 24 über die Anschlüsse 18, 23 ausgeübt werden, um gegen die Wirkung der Federn 20 und 25 die Kanäle 6, 7 durch die Ventilkörper 22, 27 zu verschließen.

Der Auslaßkanal 9 ist normalerweise durch die Ventilkugel 10 verschlossen, die durch die auf die Stange wirkende Feder 13 in geschlossener Stellung gehalten ist, Die Membrane 30 ist an der Stange 12 befestigt, so daß das Kugelventil 10 in die den Kanal 9 freigebende Offen-"

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stellung bewegt wird, wenn ein Druck auf die Membrane 30 über den Anschluß 28 ausgeübt wird.

Der bewegliche Teil 3 ist in das Gehäuse 1 eingeschraubt koaxial mit der Zumeßkammer 2. Der bewegliche Teil 3 besitzt einen rohrförmigen vorspringenden Abschnitt 37, der über eine geeignete Dichtung 41 in die Zumeßkammer 2 hineinragt und an seinem unteren Ende den Gaseintrittskanal 14 trägt. Der Ventilkörper 15 schließt den Kanal 14 durch die Feder 17, die über eine koaxial in dem Abschnitt 37 liegende Stange auf den Ventilkörper 15 wirkt. Die Membrane 36 ist an der Stange 16 befestigt, so daß bei Auftreten von Druck in den Kammern 35 der Ventilkörper 15 angehoben wird, um den Kanal 14 zu öffnen, wie später beschrieben wird.

Die Kammern 35 stehen über Kanäle 34 mit der Kammer 33 in Verbindung, die wiederum mit einem Kanal 32 verbunden ist, der in der ümfangsfläche des Gehäuses 1 bei 31 endet, um an eine unter hohem Druck stehende Gasquelle angeschlossen zu werden. Der Gaseintrittskanal 14 steht mit der Kammer über den Ringraum zwischen der Stange 16 und dem Abschnitt 37 des beweglichen Teiles 3 in Verbindung.

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Ein Drehung des beweglichen Teiles 3 in dem Gewinde des Gehäuses 1 führt zu einer Absenkung des unteren Endes des Abschnittes 37 in der Zumeßkairaner 2, um ihr Volumen zu verändern, wobei gleichzeitig der Gaseintrittskanal 14 in seiner Lage in der Zumeßkairaner 2 geändert wird, um die bei jedem Zyklus verdrängte Brennstoffmenge zu steuern. Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende:

1. Bei normalerweise offenen Brennstoffeintritt- und

Brennstoffaustrittkanälen 6 und 7 und bei normalerweise geschlossenem Gaseintrittskanal 14 und Auslaßkanal 19 zirkuliert der Brennstoff durch die Zumeßkammer 2, um diese mit Brennstoff gefüllt zu halten.

2. Druck wird ausgeübt auf die Membranen 19, 24 zum Schließen der Brennstoffeintritts- und Brennstoffaustrittskanäle 6 und Tg was zu einer Isolierung einer Brennstoffmenge in der Zumeßkammer 2 führt, wobei die Menge abhängt von der Stellung des rohrförmigen Abschnittes 37 des beweglichen Teiles 3 in der Zumeßkammer 2.

3. Druck wird auch auf die Membranen 30 und 36 gegeben, so daß die Ventilkörper 15, IO die Kanäle 14, 9 öffnen. Durch den geöffneten Kanal 14 tritt Gas unter

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Druck in die Zurneßkammer 2 ein, so daß der in ihr enthaltene Brennstoff durch den nun offenen Auslaßkanal 9 und durch die Leitung 18 verdrängt wird. Auf diese Weise wird die in der Zurneßkammer 2 abgemessene Flüssigkeitsmenge über die Leitung 38 an den Motor abgegeben.

4. DieMembranen 19, 24, 36 und 30 werden von dem Gasdruck entlastet, so daß die Brennstoffeingangs- und austrittskanale 6, 7 geöffnet und der Gaseintrittskanal und der Auslaßkanal 9 geschlossen werden.

5. Der Brennstoff zirkuliert wieder durch die Zumeßkammer 2, reinigt sie von dem Gas und füllt sie mit Brennstoff, so daß die Vorrichtung für den nächsten Zyklus zur Verfügung steht.

Der hohe Druckimpuls des Gases, das aus dem Kanal 14 austritt, trifft auf den stehenden Brennstoff in der Zumeßkammer 2 auf, und der gebrochene Weg, durch den sowohl der Brennstoff als auch das Gas entweichen, führt zu einem Aufbrechen des Brennstoffes in kleine Tröpfchen. Wenn außerdem die Brennstoff-Gasmischung in den Raum gelangt, in dem die Einspritzung erfolgt, ergibt sich eine

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weitere Zerstäubung des Brennstoffes. Der Grad der Zerstäubung, das heißt, die durchschnittliche Tröpfchengröße des erzeugten Nebels, wird bestimmt durch mehrere Faktoren, wie durch das Gas-Brennstoffverhältnis des Nebels, durch den Druckabfall, der bei der Injektion auftritt, und durch die Ausbildung der Düsen, durch die die Einspritzung erfolgt. Diese Parameter können in weitem Bereich geändert werden.

Die aus der Zumeßkammer 2 verdrängte Brennstoffmenge während jedes Verdrängungsvorganges wird verändert durch Einstellung des beweglichen Teiles 3 in dem Gehäuse 1. Durch Drehung des bewegbaren Teiles 3 werden der Kanal 14, der Ventilkörper 15, die Stange 16, die Kammer 35, die Membrane 36 und die Feder 17 in axialer Richtung als eine Einheit verschoben. Bei dieser axialen Verschiebung wird der den Gaseintrittskanal 14 tragende rohrförmige Abschnitt 37 des beweglichen Teiles 3 in dem Gehäuse 1 zu dem Auslaßkanal 9 hin oder von ihm weg bewegt, wodurch die Brennstoffmenge, die in der Zumeßkammer 2 zwischen den beiden Kanälen 14, 9 aufgenommen werden kann, geändert und damit auch die Brennstoffmenge, die bei jedem Verdrängungsvorgang abgemessen wird.

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Bei der Vorrichtung befinden sich lediglich die Dichtungen 40 und 41 in Kontakt mit sich bewegenden Teilen während des Betriebes, diese Bewegungen treten jedoch nur dann auf, wenn eine Veränderung der zugemessenen Brennstoffmenge erfolgt; sie sind daher sehr klein und sehr selten.

Die Einstellung des beweglichen Teiles 3 oder des entsprechenden Teiles bei abgewandelten Ausführungsformen der Vorrichtung kann erfolgen auf elektrischem oder mechanischem Wege oder durch ein unter Druck stehendes Medium. Die Abtastung einer erforderlichen Einstellung und der Grad der Einstellung können bestimmt werden durch geeignete Tastvorrichtungen in Abhängigkeit von der Motorbelastung, den Druckbedingungen in dem Motorzylinder und/oder in der Saugleitung, oder durch unmittelbare Steuerung von Hand.

Die zur Betätigung der verschiedenen Ventilkörper und zur Erzielung des Gasdruckes zur Einspritzung erforderlichen Druckimpulse können von einer unabhängigen Pumpe erhalten werden, die gegebenenfalls mit einem Polster-Reservoir ausgestattet sein kann. Die Pumpe kann mit einem Druck arbeiten, der hoch genug ist, die Druckbedingungen der Einspritzvorrichtung zu erfüllen, oder es kann eine

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Niederdruckpumpe verwendet werden, die in Verbindung mit einem Druckverstärker arbeitet, um den erforderlichen Druck zur Verfügung zu stellen. Der Niederdruck kann auch dem MOtorzylinder an einem bestimmten Punkt über eine bestimmte Zeitdauer während des Arbeitszyklus des Motors entnommen werden zur Betätigung der Ventile und der Einspritzvorrichtung.

Die Anordnung und die Arbeitsweise der Ventilkörper in der Einspritzvorrichtung gemäß Fig. 3 bis 5 können im Rahmen der Erfindung Veränderungen erfahren, da die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Beispielsweise kann das den Zufluß des unter Druck stehenden Gases zur Meßkammer 2 steuernde Ventil 15 in dem stationären Gehäuse 1, und das den Brennstoff zur Einspritzvorrichtung freigebende Ventil 10 in dem beweglichen Teil 3 vorgesehen sein. Es ist auch möglich, alle Teile und Ventile in fester Beziehung zueinander in dem stationären Gehäuse 1 anzuordnen, und den beweglichen Teil 3 lediglich zur Veränderung des aus der Zumeßkammer 2 durch das Gas zu verdrängenden Brennstoffes zu benutzen.

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Eine abgewandelte Vorrichtung, bei der sämtliche Kanäle und die ihnen zugeordneten Ventile in fester Beziehung zueinander stehen, ist in Fig. 6 dargestellt.

Die Ausfuhrungsform besteht aus einem Gehäuse 61 mit einer mittig in diesem angeordneten Zumeßkammer 62. Das bewegliche Element 63 ist axial gleitend in dem Gehäuse 61 aufgenommen und ragt in die Zumeßkammer hinein. Vier unabhängige Kanäle stehen mit der Zumeßkammer 62 in Verbindung, nämlich ein Brennstoff-eintritts kanal 66, ein Brennstoffaustrittskanal 67, ein Gaseinlaßkanal 74 und ein Brennstoffauslaßkanal 69. Der Brennstoffeintrittskanal 66 kommuniziert mit einer Brennstoffleitung 64, die in einer ümfangsflache des Gehäuses 61 endet und mit einer Fördervorrichtung, beispielsweise einer Niederdruckpumpe, verbunden ist zur Förderung des Brennstoffes aus dem Brennstofftank. Der Brennstoffaustrittskanal 67 ist verbunden mit einer Brennstoffleitung 68, die an einer Ümfangsflache des Gehäuses 61 endet und mit einer zum Brennstofftank führenden Rückleitung verbunden ist. Wenn die Kanäle 66, 67 offen sind, zirkuliert der Brennstoff aus dem Brennstofftank durch die Zumeßkammer 62, wobei er über die Leitung 64 und den Kanal 66 eintritt und die Zu-

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meßkammer über den Kanal 67 und die Leitung 68 verläßt.

Der Brennstoffeintrittskanal 66 und der Brennstoffaustrittskanal 67 werden durch die Ventilkörper 72, 11 über einen gemeinsamen Steuermechanismus betätigt. Die Ventilkörper 12, 11 sind an den Enden von Stangen 71, befestigt, deren entgege-ngesetzte Enden mit Membranen 79, 84 verbunden sind. Federn 7o, 75 wirken über die Membrane 79, 84 und die Stangen 71, 76 und halten die Ventilkörper 72, 77 in geöffneter Stellung zu den Kanälen 66, 67. Die Membranen 79, 84 können mit einem Druckmedium beaufschlagt werden über die öffnungen 78, 83 in Gegenwirkung zu den Federn 7o, 75, wodurch die Kan-äle 66, 67 durch die Ventilkörper 72, 77 geschlossen werden. Der Brennstoffauslaßkanal 69 ist normalerweise durch den Ventilkörper 9o geschlossen, der durch eine Feder 93 in geschlossener Stellung gehalten wird über eine Stange 92. Die Membrane 94 ist an dem freien Ende der Stange 92 befestigt, so daß der Ventilkörper 9o den Kanal 69 öffnen kann, wenn die Membrane 94 über den Kanal 88, die Ringnut 95 und den Kanal 96 mit Druckmedium beaufschlagt wird.

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Der Gaseinlaßkanal 74 ist normalerweise durch den Ventilkörper 85 unter Wirkung der Feder 87 geschlossen, die über die Stange 86 auf den Ventilkörper 85 wirkt. Die Membrane 89 ist an der Stange 86 befestigt, so daß bei Eingabe eines Druckmediums in die Kammer 68 der Ventilkörper 85 von dem Kanal 74 abgehoben wird.

Die Kammer 88 steht über die öffnungen 8o mit einem Ringraum 81 in Verbindung, der seinerseits mit dem Kanal 82 verbunden ist. Die Kanäle 82 und 88 sind beide über eine außerhalb der Zeichnungsebene liegende Leitung 98, die in einer Umfangsfläche des Gehäuses 69 endet, mit einer zu einer Druckquelle führenden Leitung 99 verbunden. Der Gaseinlaßkanal 74 steht über dem Ringraum 81 mit dem Kanal 82 in Verbindung.

Die Arbeitsweise der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist folgende.

1. Bei normalerweise geöffneten Brennstoffeintritts- und -austrittskanälen 66, 67 und bei normalerweise geschlossenem Gaseinlaßkanal 74 und Brennstoffauslaßkanal 69 zirkuliert der Brennstoff durch die

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Zumeßkammer 62, um sie gefüllt zu halten»

2. Es wird Druck ausgeübt auf die Membranen 79, 84 zur Schließung der Brennstoffeintritts- und -austrittskanäle 66, 67, wodurch in der Zumeßkammer eine bestimmte Brennstoffmenge isoliert wird, deren Größe abhängt von der Stellung des beweglichen Elementes 83 in der Zumeßkammer 62.

3. Druck wird ausgeübt auf die Membranen 94, 89 zur öffnung der Kanäle 74, 69 durch die Ventilkörper 85, 9o. Über den geöffneten Kanal 74 tritt unter Druck stehendes Gas in die Zumeßkammer 62 über den Ringraum zwischen dem beweglichen Element 63 und dem Gehäuse 61 ein, so daß der in der Zumeßkammer 62 befindliche Brennstoff durch den geöffneten Auslaßkanal 69 über die Leitung 1oo entfernt wird. Die zugemessene Brennstoffmenge der Kammer 62 wird über eine an die Leitung 1oo angeschlossene Verbindungsleitung dem Motor zugeführt.

4. Darauf werden die vier Membranen 79, 84, 89, 94 druckentlastet, so daß die Brennstoffeintitts- und -austrittskanäle 66, 67 geöffnet und der Gasein-

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laßkanal 74 und der Brennstoffauslaßkanal 69 durch die Federn 7θ/ 75, 87, 93 geschlossen werden.

5. Der Brennstoff zirkuliert wieder durch die Zumeßkammer 62, wobei das in ihr befindliche Gas verdrängt wird und die Kammer wieder mit Brennstoff gefüllt wird, so daß sie für den nächsten Zyklus zur Verfügung steht.

In Abhängigkeit von der Fertigungstechnik können andere Mittel zwischen dem Gehäuse 61 und dem beweglichen Element 63 angeordnet werden, und auch die Kanäle können einer Änderung unterliegen, und es können auch andere Ventilkonstruktionen benutzt werden.

Die Ausführungen zu den Fig. 3 bis 5, die sich auf die Vorrichtung zur Bewegung des Elementes 3 beziehen, können in gleicher Weise Anwendung finden auf das Element 63 gemäß Fig. 6. Auch die vorherigen Ausführungen zur Druckluftquelle zur Betätigung der Ventile können auf die Ausführungsform nach Fig. 6 Anwendung finden.

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ORIGINAL INSPECTED

3S.

Leer seife

Claims

ANSPRÜCHE

1.) Verfahren zur Abgabe einer bemessenen Flüssigkeitsmenge, dadurch gekennzeichnet daß eine Kammer mit Flüssigkeit gefüllt wird, daß der Kammer ein Gas mit einem zur Verdrängung der Flüssigkeit aus der Kammer bei selektiver öffnung einer Kammeraustrittsöffnung ausreichenden Druck zugeführt wird, und daß die Menge der aus der Kammer zu verdrängenden Flüssigkeit durch die Zuführung des Gases gesteuert wird zur Regulierung der abzugebenden Flüssigkeit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer durch Zirkulation der Flüssigkeit mit dieser gefüllt gehalten wird, daß die Zirkulation in Zeitabständen unterbrochen wird, daß während der Unterbrechung der Zirkulation der Kammer das Gas zugeführt wird zum Zwecke der Verdrängung der Elüssigkeit aus der Kammer, und daß die Menge der aus der Kammer zu verdrängenden Flüssigkeit durch die Zugabe des Gases zum Zwecke der Regulierung der Flüssigkeitsmenge gesteuert wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzelehnet, daß das Volumen der Kammer zwischen der Stellung des Gaseintrittes und der Stellung des Flüssigkeitsaustrittes aus der Kammer gesteuert wird zur Regulierung der aus der Kammer abzugebenden Flüssigkeitsmenge.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relativen Stellungen des Gaseintrittes in die Kammer und des Flüssigkeitsaustrittes aus der Kammer gesteuert werden zur Bestimmung der aus der Kammer auszugebenden Flüssigkeitsmenge.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Gaseintrittes in die Kammer relativ zur Stellung des Flüssigkeitsaustrittes aus der Kammer bewegt wird zur Steuerung der aus der Kammer auszugebenden Flüssigkeitsmenge.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer selektiv in die Offenstellung bringbaren Auslaßöffnung (9) versehene Kammer (2) angeordnet ist, daß Betätigungsvorrichtungen (101,102) zur Zuführung der Flüssigkeit zur Kammer (2), um diese

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vor Abgabe der Flüssigkeit zu füllen, daß Betätigungsvorrichtungen (105,106) vorgesehen sind zur Einleitung von Gas in die Kammer (2) mit einem zur Verdrängung der Flüssigkeit aus der Kammer (2) bei öffnung der Auslaßöffnung (9) ausreichenden Druck, und daß eine Vorrichtung (3) vorgesehen ist zur Steuerung der Menge der aus der Kammer bei Einführung des Gases zu verdrängenden Flüssigkeit.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer selektiv in die Offenstellung bringbaren Auslaßöffnung (9) ausgestattete Kammer (2) vorgesehen ist, daß Vorrichtungen (101 bis 103) angeordnet sind zur Zirkulierung der Flüssigkeit durch die Kammer (2), um diese gefüllt zu halten, daß Vorrichtungen (105,109) vorgesehen sind zur intermittierenden Unterbrechung der Zirkulation der Flüssigkeit, daß Vorrichtung (105,106) angeordnet sind zur Einleitung des Gases in die Kammer (2) mit einem zur Verdrängung der Flüssigkeit aus der Kammer während der Unterbrechung der Zirkulation und der öffnung eines Auslaßventiles (10), und daß eine Vorrichtung (3) angeordnet ist zur Steuerung der Menge der aus der Kammer (2) bei Einleitung des Gases zu verdrängenden Flüssigkeit.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (2) aus zwei Teilen (1,3) besteht, von denen wenigstens einer (3) gegenüber dem anderen (1) beweglich ist zum Zwecke der Änderung des Volumens der Kammer (2).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8_f dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (9) in einem Teil (1) und eine Gaseinlaßöffnung (14) in dem anderen Teil (3) angeordnet sind, wobei die relativen Stellungen der Flüssigkeitsauslaßöffnung (9) und der Gaseinlaßöffnung (14) einstellbar sind durch relative Bewegung der beiden Teile (1,3) zwecks Steuerung der Menge der aus der Kammer (2) durch die Zugabe des Gases zu verdrängenden Flüssigkeit.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (2) mit einer Gaseinlaßöffnung (14) versehen ist, und daß als Steuervorrichtung für die zu verdrängende Flüssigkeit der Teil (3) der Kammer (2) dient, der die Gaseinlaßöffnung (14) besitzt und relativ zur Auslaßöffnung (9) der Kammer (2) derart bewegbar ist, daß die Menge der durch Einleitung des Gases in die Kammer (2) zu verdrängenden Flüssigkeit durch die Stellung der Gaseinlaßöffnung (14) bestimmt ist.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder T₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (2) aus einem einen Hohlraum bildenden ersten Teil (1) und einem zweiten Teil (3) besteht, der einen unter Abdichtung in den Hohlraum sich erstreckenden Abschnitt (37) besitzt, daß der erste und der zweite Teil (1,3) relativ zueinander beweglich sind, um den Grad des Eingreifens des Abschnittes (7) des zweiten Teiles (3) in dem Hohlraum zu verändern, und daß Vorrichtungen zur Durchführung der relativen Bewegung vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Teil (1) der Kammer (2) eine Flüssigkeitseintrittsöffnung (6) und eine Flüssigkeit austrittsöffnung (7) vorgesehen sind, die mit dem Hohlraum der Kammer (2) kommunizieren,, und daß Ventile (22, 27) vorgesehen sind zur selektiven Öffnung und Schließung der - Einlaß- und Auslaßöffnungen (6_f7).

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die in Verbindung mit dem Hohlraum der Kammer (2) stehende Auslaßöffnung (9) in einem der Teile (1,3) der Kammer (2) angeordnet ist, daß eine

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mit dem Hohlraum in Verbindung stehende Gaseinlaßöffnung (14) in dem anderen Teil (3_fl) angeordnet
ist, und daß Ventile (10,15) vorgesehen sind zur
.selektiven öffnung und Schließung der Auslaßöffnung (9) und der Gaseinlaßöffnung (14).

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigung der Ventile (10,15,22,27) dienende Steuervorrichtungen (19,24,30,36) vorgesehen sind, die derart ausgebildet sind, daß die Flüssigkeit: eintritts- und -austrittsöffnung (6,7) geschlossen
sind, wenn die Gaseintrittsöffnung (14) und die
Flüssigkeitsauslaßöffnung (9) offen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Zumeßkammer (62) kommunizierenden Brennstoffauslaß- und Gaseinlaßkanäle (69, 74) in dem Gehäuse (61) angeordnet und ihrer öffnung und Schließung dienende Ventilkörper (85, 9o) vorgesehen sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Ventilkörper (72, 77, 85, 9o)
Steuervorrichtungen zugeordnet sind, die derart aus-

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gebildet sind, daß die Brennstoffeintritts" und -austrittskanäle (66, 67) geschlossen werden, wenn der Gaseinlaßkanal (74) und der Brennstoffauslaßkanal (69) geöffnet werden.

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