DE2947051A1

DE2947051A1 - Kraftstoffeinspritzsystem fuer eine brennkraftmaschine mit einer vor- und hauptbrennkammer

Info

Publication number: DE2947051A1
Application number: DE19792947051
Authority: DE
Inventors: Aladar Otto Simko
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1978-12-07
Filing date: 1979-11-22
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2947051C2

Description

KraftHtoffcinspritzsystcm für eine Brennkraftmaschine mit einer Vor- und Hauptbrennkammer

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Vor- und einer Hauptbrennkammer, in die Kraftstoff unter niedrigerem bzw. höherem Druck über getrennte Einspritzventile eingespritzt wird, das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer über eine Zündkerze und das in der Hauptbrennkammer über einen, die Vorkammer mit der Hauptbrennkammer verbindenden Zünd- oder Flammenkanal gezündet wird und eine Kraftstoff zuleitung über eine von der Brennkraftmaschine getriebene Kraftstoffeinspritzpumpe intermittierend mit einer sich in Abhängigkeit von Veränderungen der Drehzahl und der Belastung der Brennkraftmaschine ändernden Kraftstoffmenge beaufschlagt wird

Kraftstoffeinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen mit einer Vor- und einer Hauptbrennkammer sind bereits bekannt. Aus der US-PS 3 924 ist z. B. aus Fig. 1 eine Brennkraftmaschine zu entnehmen, bei der

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Sitz der Gesellschaft: Köln - Registergericht Köln, HRB 84 - Vorsitzender des Aufsichtsrates: Robert A. Lutz Vorstand: Peter Weiher, Vorsitzender - Hermann Oederichs - Waldemar Ebers - Wilhelm Inden - Alfred Langer - Hans-Joachim Lehmann Stellvertretend: Hans Wilhelm Gab ■ Paul A. Gockel - Dieter UNsperger

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eine Vorkammer und eine mit dieser verbundene Hauptbrennkammer über zwei getrennte Einspritzventile mit Kraftstoff versorgt werden. Das eine Einspritzventil versorgt hierbei die Vorkammer direkt mit Kraftstoff, während das andere Einspritzventil die Hauptbrennkammer indirekt mit Kraftstoff versorgt, indem der Kraftstoff stromauf des Einlaßventiles in das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Ein Steuersystem für eine zweckenstprechende Zuteilung des Kraftstoffes zu den beiden getrennten Einepritzventilen ist nicht gezeigt. Aue der US-PS 4 009 688 ist eine Rotationsbrennkraftmaschine zu entnehmen, bei der eine Vorkammer und eine Hauptbrennkammer über zwei getrennte Einspritzventile mit Kraftstoff versorgt werden. Die beiden Einspritzventile werden hierbei über eine gemeinsame Kraftstoff zuleitung mit Kraftstoff versorgt, jedoch ist auch hier kein die Kraft stoff Zuteilung zu den beiden Kammern bestimmendes Steuersystem erläutert. Aus der US-PS 3 990 413 ist aus Fig I eine Brennkraftmaschine zu entnehmen, bei der eine Vorkammer und eine Hauptbrennkammer über getrennte Einspritzventile mit Kraftstoff versorgt werden, die Versorgung der Vorkammer erfolgt hierbei wieder durch direkte Einspritzung, während die Versorgung der Hauptbrennkammer durch indirekte Einspritzung erfolgt. Die beiden Einspritzventile werden hierbei über eine gemeinsame Kraftstoffzuleitung mit Kraftstoff versorgt und ein entsprechendes Steuersystem regelt die Zuteilung des Kraftstoffes zu den beiden Einspritzventilen in der Weise, daß zunächst Kraftstoff dem Einspritzventil im Ansaugrohr und daraufhin Kraftstoff dem Einspritzventil in der Vorkammer zugeteilt wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem ein in eine gemeinsame Kraftstoff zuleitung eingeschaltetes Steuersystem die Zuteilung von Kraftstoff zu den beiden getrennten Einspritzventilen derart regelt, daß Kraftstoff zunächst dem Einspritzventil

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für die Vorkammer und erst daraufhin Kraftstoff dem Einspritzventil für die Hauptbrennkammer zugeteilt wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Kraft stoffeinspritzeystem der eingangs genannten Art die im Patentanspruch aufgezeigten Merkmale aufweist. In den Patentansprüchen 2 bis 4 sind konstruktive Ausgestaltungen des im Patentanspruch 1 aufgezeigten Merkmales erläutert

Dadurch, daß zwischen der Kraftstoffzuleitung und den parallel geschalteten beiden Einsprits-.ventilen für die Vor- und die Hauptbrennkammer eine Pendelventilanordnung eingeschaltet ist, die die selektive Beaufschlagung der getrennten Einspritzventile in Abhängigkeit von der Dauer eines Kraftstoffeinspritzimpulses in der Kr aft st off zuleitung steuert, wird sichergestellt, daß bei niedrigeren Kraft st off drücken und geringen Kraftstoffmengen anfänglich nur das Einspritzventil der Vorkammer mit Kraftstoff versorgt wird und bei höheren Kraftstoffdrücken und größeren Kraft st off mengen darauffolgend auch das Einspritzventil der Hauptbrennkammer mit Kraftstoff versorgt wird. Durch die Anordnung eines Plungerkolbens innerhalb der Pendelventilanordnung, dessen wirksamer Weg festgelegt werden kann, kann eine anfängliche Versorgung des Einspritzventiles der Vorkammer bis zu der für das Einspritzventil der Vorkammer maximal vorgesehenen ^

Kraftstoffmenge erfolgen, wobei bei weiterem Ansteigen des Kraftstoffdruckes und der Kraftstoffmenge eine unerwünschte Übe rver sorgung des Einspritzventiles der Vorkammer vermieden und eine automatische Weiterleitung des überschüssigen Kraftstoffes zum Einspritzventil der Hauptbrennkammer sichergestellt wird

Die Erfindung wird anhand in den beiliegenden Zeichnungen gezeigter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

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Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines

Zylinders einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzsystem gem. der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrösserten Schnitt eines Teiles

der Kraftstoffeinspritzpumpe in Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrösserten Schnitt der Pendel

ventilanordnung in Fig I;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Brenn

kraftmaschinenbauform an der das Kraftstoffeinspritzsystem gem. der Erfindung angewendet werden kann
und

Fig. 5 einen vergrösserten Schnitt durch eine wei

tere Ausführungsform einer Pendelventilanordnung mit ähnlicher Funktion wie die Pendelventilanordnung in Fig. 3.

Der Dieselmotor, der im wesentlichen eine Kompressionszündung-Kraftstoffeinsprit ζ-Ladungsschichtung-Brennkraftmas chine ist, wurde während der letzten Jahrzehnte in zwei wesentlichen Formen weiter entwickelt, der Direkteinspritzung und der Vorkammereinspritzung. Das herausragende Merkmal der Direkteinspritzung ist der ausgezeichnete, wirtschaftliche Kraftstoffverbrauch. In Hinblick auf die Abgasemission bietet die Direkteinspritzung jedoch Schwierigkeiten, da sich der Anteil von Kohlenwasserstoffen bei geringer Belastung und von

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Stickoxyden bei großer Belastung in den Abgasen nur schwierig auf die erwünschten geringen Werte bringen läßt. Die Vorkammer einspritzung bietet hiergegen bessere Möglichkeit den Anteil von Kohlenwasserstoffen und Stickoxyden in den Abgasen zu steuern, hinkt jedoch in der Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauches hinter der Direkteinspritzung her.

Die charakteristischen Eigenschaften von experimentellen Fremdzündung-Kraftstoffeinspritzung-Ladungsschichtung -Brennkraftmaschinen in Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch und auf die Abgas emissionen entsprechen im wesentlichen den Beobachtungen, die man an den entsprechenden Dieselmotoren-Vorbildern gemacht hatte.

Tm besonderen wiesen die Direkteinspritzung-Ladungsschichtung-Brennkraftmaschinen einen ausgesprochen günstigen Kraftstoffverbrauch und günstige Abgasemissionen bei mittlerer und schwerer Belastung auf, während sie bei geringer Belastung einen unverhältnismäßig hohen Kraftstoffverbrauch aufwiesen, der im Gegensatz zu den Erwartungen aus der thermodynamischen Analyse standen. Dieser Gegensatz führte zu dem Schluß, daß die Verbrennung der geringen Kraftstoff menge in der verhältnismäßig großen Hauptbrennkammer schlecht, unvollständig und unwirtschaftlich war. Dieser Schluß wurde durch die Tatsache erhärtet, daß die entsprechenden Anteile an Kohlenwasserstoffen in den Abgasen der Brennkraftmaschine bei geringer Belastung wesentlich höher lagen als bei schwerer Belastung.

Bei experimentellen Fremdzündung -Vorkammer-Kraftstoffeinspritzung Ladungsschichtung -Brennkraftmaschinen wurde festgestellt, daß bei geringer Belastung eine wesentlich vollständigere Verbrennung der geringen Kraftstoffmengen mit einem entsprechend günstigerem Anteil

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an Kohlenwasserstoffen in den Abgasen erzielt werden konnte, solang das Volumen der Vorkammer gering war.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Vor- und einer Hauptbrennkammer zu schaffen, bei der die Merkmale der beiden System, der Direkteinspritzung und der Vorkammereinspritzung miteinander kombiniert werden, um einerseits einen günstigen Kraftstoffverbrauch bei mittlerer und schwerer Belastung der Brennkraftmaschine zu erzielen und um andererseits auch im Leerlauf und bei geringer Belastung günstige Abgas werte einzuhalten.

Versuche haben hierbei gezeigt, daß die Verbrennung in einer Direkteinspritzung-Brennkraftmas chine beschleunigt werden kann, wenn das Kraftstoff-Luft-Gemisch anstelle einer Zündkerze durch einen Flammenstrahl gezündet wird. Aus dieser Beschleunigung der Verbrennung ergeben sich erhebliche Verbesserungen im Hinblick auf den Anteil von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxyd und Stickoxyden in den Abgasen als auch eine Verbesserung im Kraftstoffverbrauch im Hinblick auf die Sicherung einer günstigen Verbrennung von mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen ohne die Notwendigkeit hohe Luftturbulenzen zu erzeugen. Eine praktische Schwierigkeit bei der Kombination der beiden Systeme zeigte sich bei der Zuteilung des Kraftstoffes zu den zwei getrennten Einspritzventilen. Es muß hierbei nämlich verhindert werden, daß der in die Vorkammer eingespritzte Kraftstoff vor der Zündung bereits in den größeren Hauptbrennraum übertritt. Ein brauchbares Verfahren zur Überwindung dieser Schwierigkeit besteht darin, daß die Einspritzung des Kraftstoffes in die Vorkammer während des Kompressionstaktes stattfindet.

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Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispieles einer Kombination von beiden Systemen wird eine bestimmte geringe Kraft st off menge bei etwa 40 bis 80 Grad nach unterem Totpunkt in die Vorkammer eingespritzt, während eine Einspritzung von Kraftstoff in die Hauptbrennkammer erst nahe dem oberen Totpunkt erfolgt.

Das Kraftstoffeinspritzsystem gem. der Erfindung zeigt einen gangbaren Weg zur Zuteilung des Kraftstoffes auf die Vorkammer und die Hauptbrennkammer auf, wobei von einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Rücksaug-Aus gangs ventil ausgegangen wird, deren Dauer der Kraftstoffeinspritzimpulse zur Steuerung der erfindungsgemäßen Pendelventilanordnung 30 herangezogen werden. Die Kraft stoffe in spritzpumpe ist hierbei in Fig. 1 nur grob angedeutet und wird nicht in allen Einzelheiten erläutert, da deren Funktion als herkömmlich und dem Fachmann geläufig angesehen werden muß.

In Fig. 1 ist der Zylinderblock 10, die Zylinderbohrung 11 und der Kolben 12 einer Brennkraftmaschine schematisch gezeigt. Im Kolben 12 ist hierbei der wesentliche Teil der Hauptbrennkammer 14 ausgebildet. Die Zylinder bohrung 11 und die Hauptbrennkammer 14 werden hierbei vom Zylinderkopf 16 abgeschlossen, in den einerseits das Einspritzventil 18 mit seiner Halterung 20 für die Hauptbrennkammer 14 und andererseits die Vorkammer 22 mit dem Zünd-oder Flammenkanal 24, dem Einspritzventil 26 für die Vorkammer und die Zündkerze 28 angeordnet sind.

Die Versorgung der beiden getrennten Einspritzventile 18 und 26 erfolgt hierbei über parallele Kraftstoffzuleitungen,die über die Pendelventilanordnung 30 mit einer gemeinsamen Kraftstoffzuleitung 50 verbunden sind.

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Die Kraft st off zuleitung 50 steht hierbei mit dem Rückzug-Ausgangs ventil 48 einer Kraftstoffeinspritzpumpe 38 in Verbindung, von der lediglich die Kurvenscheibe 40 die Steuerkanle 42 an der Zuteilhul.se und die überströniöffnung 44 /.um Kolben 46 angedeutet sind. Die axiale Lage der Zuteilhülse 42 kann hierbei über einen Steuerhebel 52 verändert werden, um die Dauer eines Kraftstoffeinspritzimpulses in die Kraftstoffzuleitung 50 entsprechend der Belastung und der Drehzahl der Brennkraftmaschine zu verändern.

In Fig. 2 ist das Rücksaug-Ausgangsventil 48 der Kraftstoffeinspritzpumpe 38 vergrößert im Schnitt gezeigt. Das Rücksaug-Ausgangsventil besteht aus einem Ventilgehäuse 54, das auf einer Abstandsscheibe 56 aufsitzt, die an der Verbindungsstelle zweier Kaniile 58 und 60 liegt Pie Abnlnnd.sscheibe ^(> weist ein P,i;ir sich schneidende r Quei~lx>hrui)f;en 60 und eine Mitle.lbohrung nuf. Oberhalb dieser Mittelbohrung ist im Ventilgehäuse 54 ein Ventilkörper 64 angeordnet, der mit einem konischen Sitz 68 gegen einen entsprechenden Ventilsitz 70 im Ventilgehäuse 54 anliegt. Der Ventilkörper 64 weist hierbei einen Schaftteil 74 auf, in dem eine Querbohrung 76 und eine Mittelbohrung 78 angeordnet ist. Der Ventilkörper 64 ist hierbei über eine Feder 80 belastet, der sich an einem topfförmigen Deckel 82 abstützt, der im Gehäuse der Kraftstoffeinspritzpumpe eingeschraubt ist und über einen Stopfbuchsenring 84 eine Dichtung 86 zusammenpreßt, um das Ventilgehäuse 54 innerhalb der Bohrung im Gehäuse der Kraft stoffe ins pr it zpumpe abzudichten Querbohrungen 88 im topfförmigen Deckel 82 stellen hierbei eine Verbindung zwischen dem Raum 90 und der Kraft stoff zuleitung 50 her.

Wird die Steuerkante 42 der Zumeßhülse der Kraftstoffeinspritzpumpe derart verdreht, daß die Uberströmöffnung 44 verschlossen wird, so bewirkt die axiale Bewegung des Kolben 46 eine Druckerhöhung, durch die die Kraft der Feder 80 überwunden und der Ventilkörper 64 angehoben

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wird. Sobald die Querbohrung 76 im Schaftteil 74 des Ventilkörpers in Übereinstimmung mit den Querbohrungen 88 im Deckel 82 gelangt, strömt eine bestimmte Kraftstoffmenge unter Druck in die Kraftstoff -zuleitung 50.

Bewegt eich die Steuerkante 42 der Zumeßhülse der Kraftstoffeinspritzpumpe von der Überströmöffnung 44 weg und der Kolben 46 beginnt sich in Fig. 2 gesehen nach links zu bewegen, so wird Kraftstoff aus dem Raum 90 über die Querbohrung 76 und die Mittelbohrung 78 im Ventil -körper 64 abgesaugt oder zurückgezogen bis die Kraft der Feder 80 ausreicht den Ventilkörper 64 wieder in Richtung auf seinen Ventilsitz 88 zu bewegen. Sobald die obere Kante 92 der Querbohrung 76 im Schaftteil 74 die obere Kante der Mittelbohrung 94 im Ventilgehäuse überschreitet, wird ein weiteres Absaugen oder Zurückziehen von Kraftstoff aus dem Raum 90 unterbunden. Der Ventilkörper 64 wird sich jedoch unter der Kraft der Feder 80 weiter nach unten bewegen bis er mit seiner konischen Dichtkante 68 gegen den Ventilsitz 88 anliegt. Diese weitere Bewegung des Ventilkörpers 64 führt zu einer weiteren Verringerung des Druckes im Raum 90 und hilft damit ein sogenanntes Nachtropfen an den Einspritzventilen nach erfolgter Einspritzung zu verhindern.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Pendelventilanordnung 30 in vergrößertem Schnitt gezeigt. Die Pendelventilanordnung 30 besteht aus zwei Ventilgehäuseteilen 100 und 102,durch die sich eine Mittelbohrung 104 mit unterschiedlichen Durchmessern erstreckt. Ein erster Kraftstoffeinlaß 106 ist am Ventilgehäuseteil 102 ausgebildet und wird mit der von der Kraftetoffeinspritzputnpe kommenden Kraftstoffzuleitung verbunden. Der Einlaß 106 steht hierbei über eine Bohrung 108 in Verbindung mit der Mittelbohrung 104. Die Mittelbohrung 104 im Ventilgehäuseteil 102 steht weiterhin in Verbindung mit einem Kraftstoffaus-

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laß 110, der mit einer zum Einspritzventil 18 der Hauptbrennkammer führenden Kraftstoffleitung 112 (siehe Fig. 1) verbunden wird.

Ein zweiter Kraftstoffeinlaß 114 ist am zweiten Ventilgehäueeteü ausgebildet und steht über eine Bohrung 11 6 in Verbindung mit der Mittelbohrung 104. Der Kraftstoffeinlaß 114 wird mit einer Kraftstoffzuleitung (nicht gezeigt) verbunden, die einen im wesentlichen konstanten Druck, etwa zwischen 1,75 bis 2, 45 kg/cm liefert. Die Mittelbohrung 104 inn zweiten Ventilgehäuseteil 100 steht Über eine Bohrung 128 mit einem zweiten Kraftstoffauslaß 130 in Verbindung, der über eine entsprechende Kraftstoffleitung mit dem Einspritzventil 26 für die Vorkammer verbunden wird.

Benachbart dem Einlaß 114 ist ein in Einlaßrichtung öffnendes Einweg Kugelventil 118 angeordnet, das aus einer Kugel 120, einem Ventilsitz 122 und einer die Kugel belastenden Feder 124 im Raum 126 der Mittelbohrung 104 des Ventilgehäuseteiles 100 besteht.

Benachbart dem Einlaß 106 ist in einer in der Mittelbohrung des Ventilgehäuseteiles 102 eingesetzten Hülse 134 ein Plungerkolben 136 verschieb bar angeordnet. Die Hülse 134 ist hierbei über eine Abstandshülse in Abstand zu einem Ventilsitz 38 gehalten, der über das andere Ventil gehäuseteil 100 verspannt ist. Eine Pendelventilanordnung 132 besteht aus dem Plungerkolben 136, einer Ventilkugel 142, die durch eine Feder 144 belastet ist und aus zwei im Abstand gegenüberliegenden Ventilsitzen 138 und 154 für die Ventilkugel 142.

Bevor die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Pendelventilanordnung erläutert wird, wird darauf hingewiesen, daß die Einspritzventile und 26 für die Hauptbrennkammer bzw. für die Vorkammer eine herkömmliche Bauweise, wie sie z. B. aus der US-PS 3 542 293 zu ent-

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nehmen ist, aufweisen können. Die Einspritzventile funktionieren hierbei nach Art von Überdruckventilen, wobei für das Einspritzventil 26 für die Vorkammer 22 die Kraft der Feder derart ausgelegt ist, daß es bei Kraftstoffdrücken im Bereich zwischen 14 und 14, 2

2
kg/cm öffnet, während die Feder des Einspritzventiles 18 für die

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Hauptbrennkammer 14 derart ausgelegt ist, daß dieses erst bei

Kraftstoff drücken zwischen 28,8 und 29,4 kg/cm öffnet. Funktionsweise

Sobald die Kraftstoffeinspritzpumpe 38 über dasRückeaug-Ausgangsventil 48 einen Kraftstoffeiispritzimpuls in die Kraft st off zuleitung 50 liefert, gelangt dieser über den Einlaß 106 in die Pendelventilanordnung 30. Da der Einlaß 106 über die Bohrung 108 unmittelbar mit der Mittelbohrung 104 verbunden ist, gelangt der Kraftstoffeinspritzimpuls über den Auslaß 110 unmittelbar zum Einspritzventil 18 für die Hauptbrennkammer 14 und wirkt gleichzeitig auf das linke Ende 190 des Plungerkolbens 136. Dadurch wird der Plungerkolben 136 in Fig. 3 gesehen, nach rechts bewegt und hebt die Ventilkugel 142 vom Ventilsitz 154 ;ib. Durch weitere Bewegung des Plungerkolbens 136 mit der Ventilkugel 142 nach rechts, wird der Druck im Raum 152 solange erhöht, bis er den Wert des Einspritzdruckes von 14 bis 14, 2 kg/cm erreicht, bei dem das Einspritzventil 26 öffnet und Kraftstoff in die Vorkammer einspritzt.

Die Dauer der Einspritzung wird hierbei alleine von der Dauer des Kraftstoffeinspritzimpulses bestimmt, der von der Kraftstoffeinspritzpumpe 38 in der Kraftstoff zuleitung 50 erzeugt wird. Ist dieser Kraftstoffeinspritzimpuls bei geringer Belastung der Brennkraftmaschine gering, so wird der Plungerkolben 136 die Ventilkugel 142 nur einen begrenzten Weg nach rechts verschieben, wodurch auch nur eine ent-

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sprechend geringere Kraft stoff menge über das Einspritzventil 26 in die Vorkammer 22 eingespritzt wird. Ist dieser Kraftstoffeinspritzimpuls bei großer Belastung der Brennkraftmaschine entsprechend groß, so wird der Plungerkolben 136 die Ventilkugel 142 über den gesamten möglichen Weg nach rechts bewegen, bis diese am Ventilsitz 138 zur Anlage gelangt. Damit wird jedoch bereits die maximal mögliche Kr aft stoff men ge begrenzt, die für eine Einspritzung über das Einspritzventil 26 in die Vorkammer 22 vorgesehen ist. Die überschüssige Kraftstoffmenge wird hierbei automatisch zum Einspritzventil 18 für die Hauptbrennkammer 14 weiter ge le it et.

Sobald der Kraftstoffeinspritzimpuls in der Kr aft st off zuleitung 50 endet und ein Druckabfall auf etwa 0, 7 bis 1, 4 kg/cm durch das Rücksaug-Ausgangsventil 48 (siehe Fig. 2) eintritt, wird die Feder die Ventilkugel 142 und den Plungerkolben 136 wieder in ihre Ausgangslage zurückführen, wodurch natürlich im Raum 152 auch ein entsprechender Druckabfall eintritt. In Folge dieses Druckabfalls wird das Einweg-Kugelventil 118 unter dem Einfluß des konstanten Druckes am Kraftstoffeinlaß 114 öffnen und die Innenräume der Pendelventilanordnung mit Kraftstoff auffüllen.

Wie aus dem vorhergehenden zu ersehen ist, ist die dem Einspritzventil 26 für die Vorkammer 22 zugeteilte Kraftstoffmenge abhängig von der axialen Länge der Abstandshülse 140, die den wirksamen Weg des Plungerkolbens 136 und der Ventilkugel 142 bestimmt. Durch Versuche wurde festgestellt, daß die für die Einspritzung in der Vorkammer erforderliche Kraftstoff me η ge zwischen 15 und 50 % der Kraftstoffmenge liegt, die erforderlich ist, um die Reibung der Brennkraftmaschine zu überwinden. Das bedeutet, daß unter allen Betriebsbedingungen Kraftstoff sowohl über das Einspritzventil 26 in die Vorkammer 22 als auch über das Einspritzventil 18 in die Hauptbrennkammer

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14 eingespritzt wird und daß der Kraftstoffluß in der Pendelventilanordnung zunächst in den Kraftstoffdruckraum 152 für das Einspritzventil 26 der Vorkammer 22 und erst hierauf zum Einspritzventil 18 für die Hauptbrennkammer 14 erfolgt.

Es ist selbstverständlich klar, daß die erfindungsgemäße Pendelventilanordnung 30 ebenso in Verbindung mit Bauformen einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann, wie sie z. B. in Fig. 4 gezeigt ist. Bei der in Fig. 4 gezeigten Bauform einer Brennkraftmaschine beträgt das Volumen der Vorkammer 22' etwa 20 bis 35 % des Gesamtbrennraumes der Brennkraftmaschine. In einem solchen Fall würde im Leerlauf und bei geringer Belastung Kraftstoff nur in die Vorkammer 22* eingespritzt und erst bei größerer Belastung würde Kraftstoff auch in die Hauptbrennkammer 14' eingespritzt. Eine solche Anordnung würde sehr niedrige Anteile an Kohlenwasserstoffen in den Abgasen bei Leerlauf und geringer Belastung ergeben. Dementsprechend würde hier der wirksame Weg des Plungerkolbens derart bestimmt, daß im Leerlauf und bei geringer Belastung Kraftstoff nur in die Vorkammer 22' eingespritzt wird und erst bei größerer Belastung der Brennkraftmaschine Kraftstoff in die Hauptbrennkammer 14* eingespritzt wird.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungeform einer Pendelventilanordnung 30* gem. der Erfindung gezeigt. Die Pendelventilanordnung 30' besteht aus zwei Ventilgehäuseteilen 162 und 164, die über eine Mittelbohrung 166 miteinander in Verbindung stehen und von denen der eine über ein T-Anschlußstück 168 innerhalb des anderen Ventilgehäuseteiles 164 festgelegt ist. Das T-Anschlußstück 168 weist einen Einlaß 170 von der Kraftstoff zuleitung 50 und einen Auslaß 172 zum Einspritzventil 18 für die Hauptbrennkammer 14 auf.

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Das Ventilgehäuseteil 164 ist an seinem dem anderen Ventilgehäuseteil 162 abliegenden Ende mit einem Auslaß 174 für das Einspritzventil 26 der Vorkammer 22 versehen. Der Ventilgehäuseteil 164 ist weiterhin mit einem Anschlußstutzen versehen, der einen Einlaß 182 für eine Kraft stoff zuleitung mit konstantem Druck bildet. Innerhalb des Anschlußstutzens ist hierbei wieder ein Einweg-Kugelventil 184 angeordnet, das aus einer Kugel 186, einer die Kugel belastenden Feder 188 und einem Ventilsitz 190 gebildet ist. Innerhalb des einen Ventilgehäuseteiles 162 ist wieder ein Kraftstoffdruckraum 176 ausgebildet, der über Querbohrungen 178 und eine Ringnut 180 in Verbindung mit dem Raum hinter dem Einweg-Kugelventil 184 steht. Sobald der Druck im Kraftstoffdruckraum 176 absinkt, werden die Räume innerhalb der Pendelventilanordnung 30' über den Einlaß 182 mit Kraftstoff unter konstantem Druck aufgefüllt.

In dieser Ausführungsform ist anstelle des Plungerkolbens 136 ein zylinder is eher Ventilkörper 192 vorgesehen, an dem zwischen seinen beiden Bünden 194 eine Nut 196 vorgesehen ist, in der eine Ringdichtung 198 angeordnet ist. Mit dem rechten Ende des Ventilkörpers 192 ist ein Schaft 200 verbunden, der sich axial durch den Kraftstoffdruckraum 176 erstreckt. Der Ventilkörper 192 wird hierbei über eine Rückführfeder 202 gegen einen einstellbaren Anschlag 204 gedrückt. Der Schaft 200 des Ventilkörpers 192 liegt normalerweise in einem geringen Abstand 216 zu einem kegelförmigen Auslaßventil 206, das mit einem Ventilsitz in einer Ringscheibe 208 zusammenwirkt und von einer Feder 210 belastet ist. Die Feder 210 stützt sich hierbei an einem Anschlagteil 212 ab, das einerseits einen Anschlag für eine Bewegung des Kegelventiles 206 bildet und andererseits über einen Kanal 214 eine Verbindung zum Auslaß 174 herstellt.

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Sobald in der Kraftstoff zuleitung 50 ein Kraftstoffe inspr it zimpuls auftritt, wird der Ventilkörper 192 beginnen, sich in Fig. 5 gesehen, nach rechts zu bewegen. Dadurch erhöht er den Druck im Kraftstoffdruckraum 176 und kommt nach Überwindung des Abstandes 216 in Anlage gegen das Kegelventil 206 und öffnet dieses. Der im Kraftstoffdruckraum 176 unter Druck stehende Kraftstoff wird hierauf über den Auslaß 174 zum Einspritzventil 26 der Vorkammer 22 geführt. Die Einspritzmenge am Einspritzventil 26 für die Vorkammer 22 wird hierbei entweder vom Kraftstoffeinspritzimpuls in der Kraftstoffzuleitung 50 bestimmt oder wenn dieser länger andauert, durch Anschlagen des Tellerventiles 206 gegen das Anschlagteil 212 begrenzt. Die bei einer längeren Dauer des Kraftstoffeinspritzimpulses in tier Kraftstoff zuleitung 50 vorhandene Kraftstoffmenge wird hierbei über den Auslaß 172 zum Einspritzventil 80 für die Hauptbrennkammer 14 geführt.

Sobald der Kraftstoffeinspritzimpuls in der Kraftstoffzuleitung 50 endet, führt der eintretende Druckabfall dazu, daß der Ventilkörper 192 durch die Feder 202 wieder, in Fig. 5 gesehen, nach links bewegt wird. Der hierbei im Kraftstoffdruckraum 176 auftretende Druckabfall führt einerseits zum Schließen des Kegelventiles 206 unter Wirkung dessen Feder 210 und andererseits zum öffnen des Einweg-Kugelventiles 184 unter dem konstanten Druck der weiteren Kraftstoffleitung. Die Bewegung dee Ventilkörpers 92 nach links wird hierbei durch einen einstellbaren Anschlag 204 begrenzt, der somit den Saug- oder Auffüllhub der Pendelventilanordnung 30' bestimmt. Der Druck oder Ausstoßhub des Ventilkörpers 192 ist hierbei normalerweise abhängig vom Kraftstoffeinspritzimpuls in der Kraftstoffzuleitung 50, der maximal wirksame Weg des Ventilkörpers 192 wird jedoch durch den Abstand

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in Verbindung mit dem Anschlagteil 212 für das Kegelventil 206 bestimmt.

Aus der vorhergehend erläuterten Funktion ist zu ersehen, daß bei dieser Aueführungsform der Ventilkörper 192 in Verbindung mit dem Kegelventil 206 eine Rücksaug wirkung für das Einspritzventil für die Vorkammer 22 ausübt, so daß auch hier ein sogenanntes Nachtropfen nach der eigentlichen Einspritzung des Kraftstoffes vermieden wird.

Anstelle des einstellbaren Anschlages 204 kann hinter dem Ventilkörper 192 auch eine Feder angeordnet werden, wobei dann durch Verändern des Kraftstoffdruckes in der weiteren Kraftstoffleitung der Saug- oder Auffüllhub des Ventilkörpers 192 und damit die spätere Einspritzmenge für das Einspritzventil der Vorkammer verändert werden kann. Damit ist eine Veränderung der Kr aft 6 t off menge für das Einspritzventil der Vorkammer unabhängig vom Kraftstoffeinspritzimpuls in der Kraftstoff zuleitung 50 möglich.

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Claims

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Patentansprüche

\.J Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Vor- und einer Hauptbrennkammer, in die Kraftstoff unter niedrigerem bzw. höherem Druck über getrennte Einspritzventile eingespritzt wird, das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer über eine Zündkerze und das in der Hauptbrennkammer über einen die Vorkammer mit der Hauptbrennkammer verbindenden Zünd-oder Flammenkanal gezündet wird und eine Kraftstoff zuleitung über eine von der Brennkraftmaschine getriebene Kraftstoff einspritzpumpe intermittierend mit einer sich in Abhängigkeit von Veränderungen der Drehzahl und der Belastung der Brennkraftmaschine ändernden Krnftstoffmenge beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kraftstoff zuleitung (50) und den parallel geschalteten beiden Einspritzventilen (26 und 18) der Vor- und Hauptbrennkammer (22 bzw. 14) eine Pendelventilanordnung (30) eingeschaltet ist, die die selektive Beaufschlagung der getrennten Einspritzventile (26 und 18) in Abhängigkeit von der Dauer eines Kraftstoffeinspritzimpulses in der Kraftstoffzuleitung (50) steuert.
2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelventilanordnung (30) aus einem Ventilgehäuseteil (102) mit einem ersten Einlaß (106) , verbunden mit der Kraftstoffzuleitung (50) mit höherem Druck und einem Ventilgehäuseteil (100) mit einem zweiten Einlaß (114), verbunden mit einer weiteren Kraftstoffleitung konstanten Druckes besteht und im Ventilgehäuseteil (102) ein Auslaß (HO) für das Einspritzventil (18) der Hauptbrennkammer (14) und im Ventilgehäuseteil (100) ein Auslaß (130) für das Einspritzventil (26)

030024/0687

ORIGINAL INSPECTED

Ford/US -1021/25/13. November 1979

der Vorkammer (22) aufweist und wobei benachbart dem Einlaß (106) innerhalb einer Hülse (134) ein Plungerkolben (136) angeordnet ist, der auf eine Ventilkugel (142) einwirkt, die entgegen der Kraft einer Feder (144) zwischen zwei gegenüberliegenden Ventilsitzen (154 und 138) bewegbar ist und wobei benachbart dem Einlaß (114) ein in Einlaßrichtung öffnendes Einweg-Kugelventil (118) angeordnet ist.
3. Kraftstoffeinspritzsystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Weg des Plungerkolbens (136) durch eine Abstandehülse (140) zwischen den beiden gegenüberliegenden Ventilsitzen (154 und 138) festgelegt ist und damit die maximale Bewegungsmöglichkeit der Ventilkugel (142) und damit die maximale Kraftstoff menge für das Einspritzventil (26) der Vorkammer (22) begrenzt ist.
4. Kraftstoff einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelventilanordnung (30') aus einem Ventilgehäuseteil (162), das über ein T-Anschlußstück (168) mit einem Einlaß (170) für die Kraftstoff zuleitung (50) und mit einem Auslaß (172) für das Einspritzventil (18) in der Hauptbrennkammer (14) verbunden ist und aus einem Ventilgehäuseteil (164) mit einer Mittelbohrung (166) besteht, das an einem Anschlußstutzen einen Einlaß (182) für eine Kraftstoffleitung mit konstantem Druck und an seinem dem anderen Ventilgehäuseteil (162) abliegenden Ende einen Auslaß (174) für das Einspritzventil (26) der Vorkammer (22) aufweist und wobei innerhalb des Ventilgehäuseteiles (162) ein Ventilkörper (192) verschiebbar angeordnet ist, der mit einem Schaft (200) verbunden ist, der in Abstand (216) zu einem Kegelventil (206) liegt, das über eine Feder (210) in Schließrichtung belastet ist und über

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Ford/US-1024/25/13. November 1979

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ein Anschlagteil (212) in öffnungsrichtung begrenzt ist und wobei die Mittelbohrung (166) über einen Kanal (214) im Anschlagteil (212) mit dem Auslaß (174) in Verbindung steht und wobei im Anschlußstutzen benachbart dem Einlaß (182) ein in Einlaßrichtung öffnendes Einweg-Kugelventil (184) angeordnet ist.
5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 mit einer Pendelventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Weg des Ventilkörpers (192) in Saug- oder Auffüllrichtung durch einen einstellbaren Anschlag (204) bestimmt ist, und damit die maximale Bewegungsmöglichkeit des Ventilkörpers (192) in Saugrichtung und damit die maximale Kraftstoffmenge für das Einspritzventil (26) der Vorkammer (22) begrenzt ist.
6. Kraftstoffeinspritzsystem nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kegelventil (206) bei Auftreten eines Druckabfalls im Raum (176) unter der Wirkung der Feder (210) schließt, hierdurch einen Druckabfall in der Mittelbohrung (166) bewirkt und damit die Wirkung eines Rücksaug -Ausgangsventiles für das Einspritzventil (26) der Vorkammer (22) bereitstellt.

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