DE3021397A1 - Zuendanordnung fuer brennkraftmaschinen mit kraftstoffeinspritzung - Google Patents

Description

DR. GERHARD SCHUPFNER

PATENTANWALT

D 2110 Buchholz in der Nordheide Kirchenstrasse 8 Telefon: (04181) 44 57 Telex: 02189330 Telegramm: Telepatent

den 4·. Juni 1980

T-021 80 DE D-76.031-FB HCD

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION 2000 Westchester Avenue White Plains, N.Y. 10650 U. S. A.

ZÜNDANORDNUNG FÜR BRENNKRAFTMASCHINEN MIT KRAFTSTOFFEINSPRITZUNG

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Di· Erfindung betrifft ein Zündsystem für Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung und einem elektrischen Funken zum Zünden eines brennbaren Gemisches dieses eingespritzten Kraftstoffes. Dieses System ist praktisch bei Dieselmotoren alt Funkenzündung anwendbar. Der bezeichnete Dieselmotor soll mit einer Kraftstoffeinspritzanordnung ausgerüstet sein, wobei der Kraftstoffdruck die Kraftstoffeinsprltxventile anhebt.

Die US-Patentschrift 4.066.059 hat ein Zündsystem zum Gegenstand, bei dem eine direkte Verstärkung eines von einem Einspritzventil eingeleiteten Sign&ls stattfindet, um die Erzeugung eines Hochspannungs-Funkensignals zu steuern. Das in diesem Patent beschriebene Einspritzventil erfordert spezielle Elemente aus elektrischem Isoliermaterial, um die Ventilnadel oder den Stössel vom Ventilkorper zu isolieren, ausgenommen die Stelle, wo die Nadel den Ventilsitz berührt, wenn das Ventil geschlossen ist.

Die US-PS 3.942.366 beinhaltet die Verwendung der Nadel eines Kraftstoffeinspritzventils als Schalter für eine Betriebsprüfeinrichtung, um ein Kraftstoffeinspritzventil zu überwachen. Der elektrische Schalter ist getrennt vom Ventiletössel und -sitz angeordnet, so dass spezielle Ventil- und Schalterkonstruktionen nötig sind, wodurch die Kosten gegenüber den üblichen Ventilkonstruktionen erhöht werden.

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Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Anordnung zu Erzeugung eines Signale zu schaffen, das eine Funkenspannung für eine Brennkraftnaschine steuert und das von dem Einspritzventil ausgeht.

Gemäss der Erfindung wird eine Zündanordnung für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung und elektrischen Hochspannungsfunken zum Zünden eines brennbaren Gemisches dieses eingespritzten Kraftstoffes sowie mit einem Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen, dessen aus elektrisch leitendem Material bestehender Stössel fiber seinen Sitz einen Kontakt mit einem aus elektrisch leitendem Material bestehenden Körper des Ventils bildet, wenn das Ventil geschlossen ist. Die Erfindung wird darin gesehen, dass der Stössel derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er unter Einwirkung des Kraftstoffdruckes das Ventil öffnet und dass erste elektrische Stromkreisaittel sum Verbinden eines Widerstandes in Reihe mit dem Stössel, ein Komparator mit zwei Eingängen und einem Ausgang, zweite Stromkreismittel zum Anlegen einer vorbestimmten EMK an einen der KomparatoreingSnge, und dritte Stroakreismittel zum Anschluss des anderen der Komparatoreingänge an den Stössel vorgesehen sind, wobei der Komparatorausgang ein Signal zum Einleiten des elektrischen Funkens liefert, wenn der Stössel durch den Kraftstoffdruck betätigt wird.

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Xn der Zeichnung «ind AusfÜhrungsbeispiele gemäss der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. i ein achematischee Schaltbild einer Grundanordnung eines Kraftstof^einspritzventil« und eines Komparator*,

Fig. 2 ein weiteres ßchematisches Schaltbild mit

mehreren Kraftstoffeinspritzventilen, die an Konparatoren angeschlossen, sind, ua ein Zündsteuersignal für einen Funkengenerator oder dergl. zu erzeugen,

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild eines vollständigen Systems gem&ss der Erfindung χum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Zündfunkensignalen,

Fig· 4 eine schematische Darstellung einer EinspritxdOse mit einem elektrischen Stromkreisanschluss zum Anzeigen von PrüfSignalen,

Fig. 5 einen vergrösserten Längsschnitt durch eine Einspritzdüse nach Fig. 4-und

Fig. 6 einen vergröeserten Längsschnitt durch eine andere Art von Einspritzdüse, in der sich Kiemente genass der Erfindung befinden.

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Es wurde erkannt, dass die bei dem oben erwähnten Patent Nr. 4.066.059 an verschiedenen Punkten in Längsrichtung des Ventilstösssls vorgesehene Isolation überflüssig ist. Der unter Druck stehende Kraftstoff, der den Ventilstössel anhabt, bildet einen dünnsn Kraftstoffilm zwischen dem VentilstSssel und dem Ventilkörper. Dieser erzeugt einen hohen elektrischen übergangswiderstand und ist folglich der Ausgangspunkt für die Erzeugung eines Steuersignals zur Verwendung im Zündsystem.

In Übereinstimmung mit der vorerwähnten grundelegenden Erkenntnis wird ein elektrisches System geniäss Pig. I verwendet. Ein solches System enthält ein Kraftstoffeinspritsventll 11, das nur schematisch dargestellt ist. Das Einspritzventil 11 ist über einen in Reih· geschalteten Widerstand 15 nit einer Batterie 12 verbunden. Es versteht sich, dass der Körper des Kraftetoffeinspritzventil (nicht dargestellt) geerdet ist. Dies wird durch den Erdungsstromkreis 16 angedeutet, und der Reihenstromkreio wird durch die Verbindung der Batterie 12 mit Erde vervollständigt.

Es soll darauf hingewiesen werden, dass, wenn Ar Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzventil 11 nicht unter Druck steht, das Ventil geschlossen ist und folglich sein Stössel (nicht dargestellt) in Kontakt mit dem Kcrper (nicht dargestellt) des Einspritzventils It ist. In diesen Zustand ist das

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elektrische Potential an Punkt 19 des oben erwähnten Stromkreises im wesentlichen Null oder Erdpotential, so lange wie der StSssel den Kontakt mit dem Ventilkörper 11 auffreahterhält.

Der Punkt 12 dea Stromkreises ist über eine Stromkreisverbindung 20 mit einem Komparator 21 verbunden. Die Stromkreisverbindung 2O bildet den einen Eingang des Komparator» 21, wahrend der andere Eingang eine Stromkreisverbindung 24 ist, die die andere Singangsleitung bildet. Im Eingangsstroakreis 24 liegt ein vorbestimmtes Potential oder BMK am Komparator infolge einer Potentiometerverbindung über die Batterie 12. Das Potentiometer wird durch einen Widerstand 25 und einen anderen Widerstand 26 gebildet. Diese liegen in Reihe miteinander und mit der Batterie 12 über eine geerdete Stromkreisverbindung 29.

Bs ist wichtig zu bemerken, dass das Einspritzventil 11 eine der verschiedenen genormten Arten von Einspritzventilen sein kann, solange sein Stössel aus elektrisch leitendem Material besteht, das in Sitzkontakt mit dem aus elektrisch leitendem Material bestehenden Ventilkörper steht, wenn das Ventil geschlossen ist. Natürlich raues der Aufbau des Ventilstössels so beschaffen sein, dass ein nichtgeerdeter elektrischer Stromkreis elektrisch mit ihm verbunden werden kann. Beispiele für solche genormten Einsprutzventile, die

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im Handel angeboten werden, sind die von Stanadyn· of Hartford, Connecticut, hergestellten und als "Roosa Haster Pencil Nozsels" bezeichneten Ventile. Eine andere handelsübliche Ausführung wird von der Firaa Robert Bosch in Stuttgart, West-Deutschland, hergestellt, deren Düsenkörper mit ΚΓαΙιΖ bezeichnet werfen und die DLUZ-Düsen aufnehmen sowie Körper KDAL mit Düsen DLLA.

Für den Fachmann versteht es sich, dass der Komparator 21 ein bekanntes elektroB&fcches Stromkreiseleiaent 1st, das ein Ausgangssignal erzeugt, welches von einer hohen Spannung (solange die Spannung an einem Hingang seiner beiden Eingange geringer ist als die vorbestimrate Spannung am anderen Eingang) auf eine niedrige Spannung geht, wenn die eingangsspannung an dem einen der Eingänge die vorbestimmte Spannung überschreitet. Mit anderen Worten, wenn die Eingangespannung an dem erstbezeichneten Eingang die vorbestimmte .Eingangsspannung am anderen der beiden Komparatoreingänge überschreitet, wird der Komparator auf eine niedrige Ausgangsspannung geschaltet und durch diesen Hechsei wird ein Ausgangssignal für das Zündsystem erzeugt.

Fig. 2 neigt eine Anwendung des in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten ^rundfirinrlps, und zwar bei einem MehrsyÄinderraotor (nicht dargestellt). Dieser Motor weist mehrere Kraftstoff einspritKventile 31 bis 36 einschliesslich auf. Jedes

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dieser Kraftstoffeinspritzventil 33 bis 36 ist an den Eingang einer entsprechenden Anzahl Komparatoren 39 bis 42 angeschlossen. Es soll bemerkt werden, dass in diesem Fall ein Potentioneter an eine Batterie 45, deren eine Klemme an Erde liegt, angeschlossen ist. Die andere Klemme der Batterie 45 ist über eine Stromkreisverbindung 46 mit einen Widerstandspaar 49 und 50 verbunden, das in Reihe ait einem Ende des Widerstandes 50 an Erde liegt. Auf diese Weise befindet sich eine vorbestimmte EMK oder Potential an einer Stromkreisverbindung 51, die der Reihe nach parallel mit jedem der Komparatoren 39 bis 42 verbunden ist. Diese Parallelschaltungen führen zu einem der Eingänge jedes Konparators 39 bis 42. An den anderen Eingang jedes Konparatore ist jeweils ein Kraftstoffeinspritzventil 33 bis 36 angeschlossen.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausginge sintlicher Koaparatoren 39 bis 42 gemeinsam an einen einzigen Auegangsstromkreis 53 angeschlossen sind, der zu einem Funkengenerator führt. Das Signal in diesen Aasgangsstromkreis 53 geht von einer hohen Spannung auf eine niedrige Spannung (im wesentlichen Erdpotential), wenn einer der Konparatoren 39 bis 42 im Schaltzustand ist. Ein solcher Wechsel des Aesgangssignals, d.h. der Spannung, wird durch den Wechsel von keinen Stromfluss zum Stronfluss durch einen Widerstand 54 verursacht.

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Das Ausgangssignal in der Stromkreisverbindung 53 geht nicht direkt zu einem Verteiler, sondern wirkt vielmehr als Steuersignal für eine Zündsignalspannung, die verteilt werden kann.

Fig. 3 veranschaulicht eine Zündschaltung für den praktischen Gebrauch, die den Grundgedanken der Erfindung verkörpert und eine zeitverzögerte Sperrstromkreisanordnung enthält. Diese soll das vom Einspritzventil eingeleitete Signal lange genug halten, um Unebenheiten des ausgelosten Signals zu überbrücken, wenn ein Ventilstöseel durch den auf ihn einwirkenden Kraftstoffdruck von seinem Sitz abgehoben wird.

Der zur Erzeugung des elektrischen Hochspannungsfunkens vorgesehene Teil des dargestellten Zündsystem* ist der gleiche, wie er in Verbindung mit der anhängigen Patentanmeldung Serial No. 885.844, eingereicht am 13. März 1978 und abgetreten an den gleichen Rechtsnachfolger wie diese Anmeldung, gezeigt und bschrieben ist. Das Zündsystem zur Erzeugung von Funkensignalen kann auch wie verschiedene andere Systeme ausgebildet sein, so wie sie in Verbindung mit dem Patent No. 4.022.177, ausgegeben am 10. Hai 1977, oder mit älteren hier erwähnten Patenten gezeigt und beschrieben sind. Alle diese vorerwähnten Zündsysteme verwenden ein Hochfrequenz- Funkensignal aus Rechteckwellen, das eine gesteuerte Dauer während eines jeden Funkenintervalls hat.

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Der vorgenannte Teil des Systems ist in dem oberen rechten Bereich der Fig. 3 abgebildet. Da die Einzelheiten eines solchen Funkensignalgenerators in verschiedenen Patenten und der oben erwähnten Anmeldung beschrieben sind, sollen si· hier nur kurz erläutert werden. Der in Fig. 3 dargestellte Ausgangetransformator 57 besitzt zwei Sekundär- oder Hochspannungs-Ausgangswicklungan 58 und 59, die eine Anzahl Zündkerzen 60 mit Hochspannungs-Hoehfrequenz-Funkensignalen versorgen. Der Transformator 57 enthält eine in der Mitte angezapft· Primärwicklung 63, zusammen mit einer Rückkppplungswicklung 64, die gemeinsam in einem Oszillatorstromkreis liegen, wie dies deutlich in den oben erwähnten Patenten erläutert ist. Weiterhin ist eine Steuerwicklung 65 vorhanden, welche die Zeitdauer eines kontinuierlichen Wachselstroafunkens steuert, wie sie durch den Beginn und das Ende der Schwingungsperioden des Oszillators bestimmt wird. Eine solche Schwingungssteuerung des Stoppens und Startens wird durch einen elektronischen Schalter bestimmt, d.h. durch einen Transistor 68. Dieser Transistor (Funkensteuerschalter) liegt in Reihe mit einer Gleichstromqualle, nämlich einer Batterie 69. Der Steuerstromkreis verläuft zu dem oberen Ende der Steuerwicklung 65 (wie aus Fig. 3 ersichtlich) über eine Diode 70 und einen Widerstand 71. Das untere Ende der Steuerwicklung 65 ist über eine andere Diode 74 alt dem Transistorschalter 68 verbunden.

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Ein Relais 75 ist an die Steuarwichluug 65 angeschlossen. Die Einzelheiten brauchen jedoch hier ni ?hc beschrieben zu werden, da sie für diese Erfindung r. ht von Bedeutung sind. Der Zweck ist sicherzustellen, dass dar Oszillator ausser Betrieb gesetzt wird, wenn das Zündsystt.-i ausgeschaltet wird.

Die grundlegenden Prinzipien dieser Erfindung sind oben in Verbindung mit dan Darstellungen in Fig. 1 und 2 beschrieben. In Fia. ι ist- ein· praktische Ausführung der Zündsystemschalt■ r■_ für einen Vierzylindermotor abgebildet. Das System enthält die Anwendung der Erfindung und weist mehrere Einspritzventile 78 bis 81 auf, die parallel an die Batterie 69 über die dargestellten Stromkreisverbindungen angeschlossen sind. Diese Stroakreisverbindungen enthalten eine Leitung 84 vom positiven Pol der Batterie zu einer anderen Leitung 85, die zu einer Leitung 86 und Leitungen S7 und 88 führt, welche an die für all· Einspritzventile 78 bis 81 plus Unterbrecherkontakte gemeinsame Leitung 89 angeschlossen sind, wie dies unten beschrieben wird. Diese Leitungen verlaufen über einzelne Widerstände zu den aus leitendem Material bestehenden Stöseeln (nicht dargestellt) in jedem der vier Kraftstofffeinspritzventil 78 bis 81. Zwischen den Leitungen 88 und 89 und jedem Stössel der Ventile 78 bis 81 ist jeweils ein getrennter Widerstand 91, 92, 93 und 94 vorgesehen. 61«ieh«raass*n

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führen die Leitungen 83 und 89 zu einem Ende eines anderen Widerstandes 97, dessen anderes Ende über Kontakte eines durch ein Relais gesteuerten Schalters 98 mit dem Unterbrecherkontakt lOl verbunden ist, der als Hllfsglied für die Kraftetoffeinspritzventile 79 bis 31 wirkt, wie dies nachher ausführlich beschrieben wird.

Re sind zwei Komparatoren 1O4 und 105 vorgesehen bekannte elektronische Bauelemente sind. An diesen ^ ratoren liegt ein* vorbestiramte EMIC, und zwar parallel an einem Eingang von jedem. Der Stromkreis zur Lieferung einer BMK mit vorbeatimmter Amplitude enthält eine Leitung 106 für den Komparator 104 und eine Leitung 107 für den Komparator 105. Diese Leitungen 106 und 107 führen beide zu einem Ende eines Widerstandes 109, dessen anderes Ende an ein· Potentiometer-Auegangsleitung angeschlossen ist, die zwischen den beiden Widerständen 110 und 111 verläuft. Das untere finde des Widerstände· Hi ist (wie aus Fig. 3 ersichtlich) «it Brde verbunden, während das obere Ende des Widerstände« HO über eine Leitung 114 an die oben beschriebene Leitung 87 angeschlossen ist. Die Leitung 87 führt über die Leitungen 86, 85 und 84 zurück an die positive Klemme der Batterie 69.

Der andere Eingang des Komparators 104 1st über eine Leitung 113 mit eines gemeinsamen Stromkreis verbunden,

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der an die Kathoden einer Anzahl Dioden 115 bi3 119 angeschlossen ist. Die anieran "lektrocleii dieser Dioden sind über Kondensatoren 121 bis 125 mit den Stösssin dar Kraftstoff einspritzventil 78 bis 31 plus dam Tjntarbracherkontakt 101 verbunden.

ns soll bemerkt werden, dass die Stromkreise fir jedes Xraftstoffainspritzventil im wesentlichen gleichartig sind. Sie treten in Funktion bßim Wechsel der elektrischen Leitfähigkeit, wenn der aus leitendem Material bestehende Stössel (nicht dargestellt) von jeden Ventil durch den Kraftstoffainspritzdruck angehoben wird. Diese Uirkungsweis« soll in Verbindung rait daia Kraftstoff einspritzventil 7 3 beschrieben werden, «enn der Einspritzdruck den Stössel hochhebt, dann wird die Erdverbindung unterbrochen, die aber den Ventilsitz und den ICörper des Ventils verlauft. Dadurch geht der Stjromkraispankt 123 von BrJuotential auf ein hohes Potential über, das durch die positive ^lelttrode der batterie S9 erzeugt wird. Der Wechsel wirkt durch den Kondensator 121 auf die ungeerdete Saite eines Widerstandes 12? und aber die Diode 115 auf die Leitung 113 zurück, die πα einem der Eingänge des Kouiparators 104 führt. Jeder Stromkreis für die anderen "inspritzventile 79, 30, 31 und den Unterbrecherkontakt lol ist gleichartig zu -leni vorgenannten uncL die Trennung zwischen diesen Stromkreisen wird durch die Dioden 115 bis 119 aufrechterhalten .

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Der Ausgang des Komparators Io4 ist an die Basiselektrode des Transistors 132 angeschlossen, der ein Signal zum Einleiten der elektrischen Funhaneignale überträgt, die durch den oben beschriebenen Oszillator erzeugt v/erden. Der Oszillator hat natürlich Ausgänge über den Transformator 57 zu den Zündkerzen 60.

Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung ist die Funktion des zweiten Komparators 1O5 und den zugehörigen Stromkreisen. Der Komparator 105 ist so geschaltet^ dass seine andere (von derjenigen der Leitung Io7) Eingangsleitung zu den Ausgang des Komparators 1O4 über den Transistor 132 und ein Verzögerungsstroinkreis führt. Die Anordnung wirkt wie ein Seitverzögerungsglied, um das Ausgangssignal vom Komparator Io4 für eine vorbestimmte Zeitdauer zu halten. Diese Zeitdauer wird durch einen RC-Krei3 bestimmt, der einen Kondensator und einen Widerstand 136 enthält. Diese RC-Kreiselemente sind beide in einem Stromkreis enthalten, der über einen Widerstand 133 zu dem anderen Eingang des Komparators 105 verläuft. Der Ausgang dos Komparators 105 führt über eine Leitung 141 und einen Widerstand 142 zu der anderen Eingangsleitung 113 des ersten Komparators 104.

Diese Anordnung soll den Komparator 104 in seinem Schaltzustand halten, so ianga wie der Komparator 105 geschattet bleibt,

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welch letztere Zeitdauar durch ö-ss RC-^lisd bestimmt wird (Kondensator 135 und "Jichirstand 13S).

Der Ausgang des Transistors 132 führt über -inen Kondensator 145 au oinem invarsen (:r-.it Seitgefcerfrequ- - z) Impulsdauer-Stromkreis 146. Der Impulsdauer-Stromkreis 146 ist >ait ssineo Aasgang 1';er aine Leitung 149 an die Basiselektrode eines elektronische ι Schalttr . isistors 63 (oben beschrieben) angeschlossäii. Diaser inverse Inipulsdausr-Stromkrei« 146 ist für sich ohne Bedeutung f'*r di«3a Erfindung. Br dient lediglich aaz", die I rrjlsdauer des Ausgangssignals von den Sinspritzventilen nu variieren, um «ine inverse Beziehung zu eier Drehzahl (Impulsfrequenz) der Brennkraftmaschine «u schaffen. Derartige inverse Impulsdauer-Stromkreise sind an sich bekannt, und folglich brauchen die Einzelheiten ihrer wirkungsweise hier nicht beschrieben zu werden.

Der Unterbrecherkentakt lol und die zugehörigen Stromkreise sind so ausgebildet, dass sie besonders nützlich beim Kaltstart des Motors sind, wenn der Kraftstoffeinspritedruck noch nicht hoch genug ist, um die Kraftstoffeinspritzventil 88 bis 81 su betätigen. Deshalb ist der Unterbrecherkontakt 101 so an den Lauf des Motors angepasst, dass er etwa sehn oder fünfzehn Grad vor dem oberen Totpunkt öffnet oder auf jeden Fall so, dass der Kontakt etwas vor der Kraftstoff- ;-insprit!r.ung öffnet, die unter normalen Betriebsbedingungen

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stattfindet. Auf -iiese Weise wird ein FunVsnstgnal erhalten, das während des Anlassens das Motors wirksam ist_r gleichgültig ob eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt oder nicht, und auch wonn riis SylinJler für einen Kaltstart vorbereitet werden. Der Schalter 93 wird durch sine Spule 152 des Schaltrelais gesteuert. Dieses Relais wird durch einen spaniall3n Kaitstartschalter (nicht dargestellt) betätigt, UTi die Erregung der Spule 152 zn steusrn, die den Schalter 99 schaltet. Der aweite Kontakt 151 des Schalter* 93 steuert dia Einschaltung eines Widerstandes 154 in Λ&η Impulsdauer-Stromkreis 146 bei einem Xaltstart.

Die normale Wirkungsweise d*r Zündung soll in Verbindung mit einem der Stromkreise der Kraftstoffeinspritzventile erläutert werden. Wenn die Einspritzventil nicht betätigt werden, w«il kein Kraftstoffdruck auf ihr» Stössal einwirkt, dann besteht eine Direktverbindung zur Erde, so dass die Spannung am Stromkreiepunkt 128 im wesentlichen gleich Null i«t. Wird der Stossel des Ventils 78 angehoben, so steigt dee Spannungiam Punkt 128 auf die Spannung der Batterie 69 an. Dieser Spannungsanstieg wird durch den Kondensator 121 und die Diode 115 an die Eingangeleitung 113 des Komparator· 104 weitergegeben. Wenn dieser Eingangsspannungsanstieg die vorbeetimmte Spannung in der Leitung 106 überschreitet, dann wird der Komparator geschaltet und ein Ausgangssignal über eine Leitung 155 und einen Kiderstand 156 an die Basis des

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Translators 132 gelegt. Dies naoht den Transistor 132 leitend, so lass sin ?isr.al über der Kondensator 135 und über eins Leitung 159 sowohl zu dam pinen ?ndo dos geerdeten ^r7i-ier"tandoE^H. 1?6 ils auch durch den anderen »ri-inr'stand zu des aniorsn Eingang des Konparators inü passi->ren kann. Dieses \3i~nal veranlasst die Schaltung flog Komparator» lO5 ur.nittG.lbar moh d-an Komparator

Wrann dor "onparatOT 105 schaltet; darin li^'jt sein Ausgang über die Leitung ?.4i un-* ühor .lon ^idrrstand 14!? an der Sinqangsieitung 113 ds3 Kon.par^itors 104. Darlurcli wird der Komparator ΙΟΊ in ssiner Sclialtstellunq gohalten, bis die Varzöqerungszait, fin durch den PwC-I'reis --lefi TTondensators 135 und des Widerstandes 135 festgelegt wird, abgelaufen ist. Durch -lie "!laltoaktion virrl ?io Schv'itfri'ikei.t vermieden, :li.e sonst v?ogsn "es ungleichnSs^igen Vorlaufe ans erzeugten Signals auftritt, wenn der Ventilstösssl durch den Kraftstoff 3.ruck angehoben '.iin.l. Auch bei einen Kaltstart, wenn ein Ventilstößel --ingehobori wir^., erzeugt er das Signal, das der. Konparator 104 betätigt. un3 daß nnterbreeherkontal-.tsignal koramt während der Vers^rfernntrsssit, so dass es zuaamnan ait irgenflwolciier unerwünschten Signalen beseitigt wir!.

Es wirrl nunmehr auf die Fig. ^Λ Besug genommen, -iie eine

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handelsübliche Art einer Einspritzdüse,211 zeigt. An diese 1st ein elektrisches Stromkreis für ein Prüfinstrument angeschlossen, z.B. ein Kathodenstrahl-Oszilloskop 212 zur Anzeige eines dynamischen Prüfsignals unter Betriebsbedingungen. Für jeden Fachnann ist e· selbstverständlich, dass ein so erzeugtes Signal, falls erwünscht, auch in einem Zündfunkensignalsystem verwendet werden kann, wie es im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde.

Die Kraftstoffeinspritzdüse 211, die in Fig. 4 und 5 abgebildet Ast, ist grundsätzlich eine handelsübliche Düse, wie sie von Stanadyne Inc., Windsor, Connecticut, hergestellt wird. Diese Düse 211 (Roosa Haster pencil-type nozzle) hat •in Abfluss-Kopfstück 215. Zn Fig. 4 ist es über dem Hauptkörper des Ventils 211 in abgeschraubtem Zustand wiedergegeben. Wenn die gesamte Düse 211 zusammengesetzt ist, dann sind die Teile wie in Fig. 5 dargestellt angeordnet. Das Kopfstück 215 passt über «ine einstellbare Ventilanschlagschraube 216.

Der Anschlag 216 ist in eine Metallbuchse 217, die an ihrem inneren (der Düse 211) Ende eine Druckeinstellfeder 220 (Fig. 5) besitzt. Die Feder 220 steht in Kontakt mit einem Federsitz 221, der am oberen Ende (wie in Fig. 5 gezeigt) einer Ventilnadel 222 angeordnet ist. Die Nadel 222 ist in

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axialer Richtung gegen den Druck der Feder 22O durch die hydraulische Kraft des Kraftstoffdruckes verschiebbar, der über eine Rohrleitung 223 von einer dur^h den Motor (nicht dargestellt) betätigten Kraftstoffpumpe (nicht dargestellt) zugeführt wird.

Eine Hubeinstell-Sperrmutter 225 ist auf die Anschlagschraube 216 aufgeschraubt und eine obere Feder 226 ist innerhalb des Kopfstückes 215 angeordnet, wenn die ganze Düse zuiaaotngtsetzt ist. Diese Feder 226 hat einen guten elektrischen Kontakt mit der Sperrmutter 225 aa unteren Ende (wie in Fig. 5 gezeigt) der Feder, während sie am anderen Ende mit dem Kopf einer Schraube 227 Kontakt hat, üb einen elektrischen Stromkreis (einschliesslioh der Feder 226) herzustellen, der vom oberen Ende des Kopfstückes 215, und zwar von zwei Muttern 230, ausgeht, die eine elektrische Leitung 231 zwischen sich absichern.

Weitere Elemente des Düsenventils werden nachfolgend in allen Einzelheiten, besonders in Verbindung alt Fig. 5, beschrieben. Ein elektrischer Stromkreis aur Erseugung eines Prüfsignals ist jedoch in Fig. 4 angedeutet. Bine elektrische Leitung 23 2 geht zu einem Ende eines Widerstandes 233, dessen anderes Ende über eine Leitung 236 an eine Klemme einer Batterie 237 angeschlossen ist. Die andere Klemme der

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Batterie 237 ist geerdet, was durch eine Erdverbindung 238 geschieht. Diese Leitung setzt sich über eine Erdleitung fort, die zu der Rohrleitung 223 und einem Kraftstoffeinlassstutzen 242 führt, der auf einem Metallkörper 243 der Einspritzdüsenventil-Konstruktion 211 befestigt ist. Der Stromkreis verlauft dann weiter über die Nadel 222 (Fig. 5), wenn sie mit ihrem Ventilsitz an der Spitze der Düse Kontakt hat. Heiter führt der Stromkreis über die Nadel 222 und den Federsitz 221 zu der Druckeinstellfeder 22O. Das obere Ende der Feder 220 gibt Kontakt mit der metallischen Buchse 217, und deshalb setzt sich der elektrische Stromkreis über die Feder 226 fort, deren oberes Ende alt dem Kopf der Shhraube 227 Kontakt hat, wo die elektrische Leitung 231 mit den beiden Muttern 230 festgeklemmt 1st.

Venn der oben erwähnte Stromkreis geschlossen ist, weil die Düsennadel ait dem Ventilsitz Kontakt hat, dann fliesst ein Stroa von der Batterie durch diesen Stromkreis, der einen Widerstand 233 enthält. Die Spannung an einem Punkt 246 liegt jedoch auf Srdpotential oder ist Null. Sobald der Kraftstoffdruck die Nadel 222 von ihrem Sits anhebt, bildet sich ein begleitender elektrischer Isolationsfilm (nicht dargestellt) rund um die Nadel einschliesslich der Spitze, wo der Kraftstoff eingespritzt wird. Polglich ist der vorerwähnte elektrische Stroakreis unterbrochen, der Strom durch den Widerstand 233 schickt. Dies verursacht einen deutlichen

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Spannungsanstieg am Stromkreispunkt 246 und diese Änderung wird auf das Oszilloskop 212 über eine Leitung 247 übertragen.

Das Oszilloskop 212 besitzt zwei Eingangsleitungen 248, die ein Triggersignal in das Oszilloskop eingeben. Dieses Triggersignal (nicht dargestellt) kann durch einen magnetischen Geber (nicht dargestellt) an der Motorkurbelwelle (nicht dargestellt) oder durch eine andere Verbindung mit dem Motor erzeugt werden, so dass ein Triggersignal an einem gewünschten Punkt beim Betrieb der Brennkraftmaschine auftritt, z.B. wie in Fig. 3 gezeigt.

Nach Fig. 5 enthalten die Elemente der Kraftstoffeinspritzdüse 211, wie die üblichen Teile einer handelsüblichen Einheit, eine Metallfeder 220, die auf die axial verschiebbare Nadel 222 «inwirkt. Di« Nadel 222 ist Teil der Düse 211, und sie wirkt mit einem Ventilsitz 251 zusammen, der sich auf der Innenseite einer Metallspitze 252 befindet. Die Feder 220 wirkt auf das dem Ventilsitz 251 entgegengesetzte Ende der Nadel 222.

Am unteren Teil oder in der Tat an der gesamten LÄnge der Nadel 222 befindet sich hinsichtlich des Körpers 243 der Düse 211 keine elektrische Isolation. Am oberen Ende (wie

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in Fig. 5 gezeigt) der Feder 220 ist jedoch eine Buchse 255 aus elektrischem Isoliermaterial angeordnet, die sich zwischen der Metallbüchse 217 (oben beschrieben) und einer ausseren Gewindebuchse 257 befindet. Diese Gewindebuchse 257 ist in das obere Ende (wie in Flg. 5 gezeigt) des Körpers 243 eingeschraubt. Die Sperrmutter 225 ist auf die Anschlagschraube 216 aufgeschraubt und drückt gegen das obere Ende der Muffe 217, wodurch das innere Gewinde der Muffe 217 mit dem ausseren Gewinde der Anschlagschraube 216 verriegelt wird.

Eine Führungsunterlegscheibe (nicht dargestellt) befindet sich «wischen dar Sperrautter 225 und dem oberen Ende der Muffe 217 zum Führen und Zentrieren des Abfluss-Kopfstückes 215 auf dem oberen Ende der Düse 211.

Ein elektrisch isolierter Leiterpfad erstreckt sich vom oberen Ende (wie in Fig. 5 gezeigt) (d.h. von der Feder 22O, wo sie gegen die innere Buchse 217 drückt) zu der Sperrmutter 225 über die Buchse 217 und die Anschlagschraube 216. Dieser Pfad setzt sieh fort zu des unteren Ende der Feder 226, deren oberes Ende in Kontakt mit der elektrischen Kontaktschraube 227 steht. Von dort verläuft der Pfad weiter über die Leitung 231, die zwischen den beiden Muttern 230 eingeklemmt ist.

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Eine isolierte Durchführung 261 umgibt die Schraube 227, wo sie durch das Abfluss-Kopfstück 215 hindurchgeht. Ein aus Gummi bestehender O-Ring 262 ist ein Standardteil der Düse 211. Wenn die Kraftstoffrückflussleifangen (nicht dargestellt) , die an den Anschlusastücken 265 und 266 befestigt sind, aus elektrisch isolierendem Material hergestellt sind, kann natürlich die Durchführung 261 weggelassen werden.

Fig. 6 zeigt «ine andere Art ainer handelsüblichen Einspritzdüse, die von "lar ieutschen Firma Robert Bosch GmbH in Stuttgart, Westdeutschland, hergestellt wird. Diese Einspritzdüse hat einen Metallkörper 271, in dem eine Metallnadel 272 geführt ist. Die Nadel 272bbesitzt eine Metallfeder 273, die in Kontakt mit einem Federsitz 274 steht. Die Feder 273 spannt die Nadel 272 in der Schliessstellung gegen den Ventilsitz 276 vor, der sich an der Spitze des Körpers 271 der Bosch-Düse befindet. Genau über dem Sitz 276 befindet sich ein Hohlraum 277 (wie in Fig. gezeigt). Dieser Hohlraum 277 nimmt den unter Druck stehenden Kraftstoff auf, der eingespritzt werden soll. Dieser Kraftstoff zum Einspritzen wtrd durch eine Leitung oder einen Kraftstoffkanal 278 zugeführt, der in dem Körper 271 des Ventils angeordnet ist.

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Das ober« Ende (wie in Fig. 6 gezeigt) der Feder 273 drückt gegen eine Metallunterlegscheibe 282, deren Dicke zur Einstellung der Spannung der Feder 273 dient. Eine Unterlegscheibe 283 aus elektrisch isolierendem Material trennt die Unterlegscheibe 282 von einer Unterlegscheibe 275 aus Metall und isoliert so elektrisch das obere Bnde der Feder 273 und der Unterlegscheibe 275 von den Metalleleraenten. Eine Buchse 284 aus elektrisch isolierendem Material umgibt die Feder 273 und die Unterlegscheibe 275, um die elektrische Isolierung des Körpers 271 der Bosch-Düse sicherzustellen. Die Buchse 284 ist vorzugsweise als bekanntes Teflon-Schrumpfrohr konstruiert.

Der Kraftstoff-Abfluss erfolgt von einem zentralen freien Raum 236 durch einen zentralen Kanal 287 und durch den inneren offenen Teil einer Kraftstoffabflussleitung 288. Hn isolierter elektrischer Leiter 292 verläuft im Innern der Leitung 288 und in einen Kanal 289 zu dem zentralen Kanal 287. Der Leiter 292 ist angelötet oder auf andere Weise fest mit der Unterlegscheibe 275 verbunden.

Die einzige Abwandlung einer normalen Bosch-Düse, die für diese Erfindung erforderlieh ist, besteht in der Binzufügung der isolierenden Unterlegscheibe 283 und der Buchse 284. Diese isolieren das obere Ende der Feder 273 elektrisch von

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dam Körper 271 und den anderen, elektrisch leitenden Elementen. Die elektrische Stromkreisvarbindung muss natürlich von 3er aus leitendem Material bestehenden Unterlegscheibe 275 durchgeführt werden, was über den isolierten elektrischen Draht 292 geschieht.

Die Offenbarung geraäss dieser Erfindung ermöglicht es, mit minimalen Änderungen und/oder Zusätzen auszukommen, die erforderlich sind, um den gewünschten elektrischen Stromkreis zu schaffen. In diesem Stromkreis wird der Stromfluee unterbrochen, wenn die Nadel 272 den Kontakt mit ihrem Sitz 276 an der Spitze des Ventils verliert. Durch den unter Druck erfolgenden KraftstofffIu3s wird ein Xraftstofffilra gebildet, der die Nadel 272 umgibt und der für die erforderliche Isolation sorgt, um so das gewünschte elektrisch· Signal zu erzeugen. Dieses Düsenventil macht mit minimalen Abänderungen bei einer handelsüblichen Einspritzdüse die Erzeugung eines elektrischen Signals möglich, wenn die Nadel den Kontakt mit dam Ventilsitz unterbricht.

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Zündanordnung für Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung und einem elektrischen Hochspannungefunken zum Zünden eines brennbaren Gemisches dieses eingespritzten Kraftstoffes sowie mit einem Kraftstoffeinspritzventil, dessen aus elektrisch leitendem Material bestehender Stössel über seinem Sitz einen Kontakt mit einem aus elektrisch leitendem Material bestehenden Körper des Ventils bildet, wenn das Ventil geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , dass der Stössel (222, 272) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er unter Ginwirkung des Kraftstoffdruckes das Ventil (11, 78 - 81, 251, 276) öffnet und dass erste elektrische Stromkreiemittel zum Verbinden eines Widerstandes (15, 91 - 94) in Reihe mit dem Stössel, ein Komparator (21, Io4) mit zwei Eingängen und einem Ausgang, zweite Stromkreismittel (24, lO6) zum Anlegen einer vorbestimmten EMK an einen der Konparatoreingänge, und dritte Stromkreismittel (20, 113) zum Anschluss des anderen der Komparatoreingänge an den Stössel vorgesehen sind, wobei der Komparatorausgang (432) ein Signal zum Einleiten des elektrischen Funkens liefert, wenn der Stössel durch den Kraftstoffdruck betätigt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zeitverzögerungsmittel (1017 vorgesehen sind, die mit dem Ausgang des Komparators (104) in

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Verbindung stehen, um das Signal lange genug aufrechtzuerhalten, damit dynamische Änderungen im elektrischen Widerstand zwischen dem Ventilstössel und dem Ventilkörper bei Beginn des Öffnungsvorganges durch den Kraftstoffdruck im wesentlichen ausgeschaltet werden.

3..Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitverzögerungsmittel einen zweiten Komparator (105) mit zwei Eingängen und einem Ausgang aufweisen, wobei einer der Eingänge (1O6) des zweiten Komparator« parallel alt dem einen Eingang des ersten Komparators an die vorbestimmte EHK angeschlossen ist, Wahrend der andere der Eingange des zweiten Komparators für das Funkenauslösesignal alt einem RC-Stromkreis (135, 136) zur Festlegung der Zeitverzögerung verbunden ist, und wobei der Ausgang (141) des zweiten Komparators (Io5) an den anderen Eingang des ersten Komparators angeschlossen ist, um das Funkenauslösesignal lange genug zur Ausschaltung von dynamischen Xnderungen aufrechtzuerhalten.

4. Anordnung nach einea der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einspritzventile vorgesehen sind, und dass die dritten atromkreismittel eine Diode (115 - 118) in Reihe mit jedem der Stössel zur Aufrechterhaltung der elektrischen Trennung enthalten.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Hilfsmittel (lol) zur Erzeugung eines vom Motor bewirkten Funk«nst«u«rsignals vorgesehen sind, und dass die dritten Stromkreismittel auch eine Diode (119) in Reihe mit diesen Hilfsmitteln (lol) zur Aufrechterhaltung ihrer elektrischen Trennung enthalten.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmittel (tOl) zur Erzeugung eines vom Motor bewirkten Bunkensteuersignals Unterbrecherkontakte enthalten.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein· Metallnadel (222, 272) im Metallkörper .(243, 27.1) enthglt, der einen Ventilsitz (251, 276) und ein« Vorspannfeder (220, 273) aus Metall aufweist, die auf das dem Ventilsitz entgegengesetzte Ende der Nadel einwirkt, um das Ventil nomalerweise geschlossen zu halten, und dass Mittel (217, 284) zur elektrischen Isolierung der Feder voa Metallkörper sowie ein elektrischer Leiter (231) vorgesehen sind, der mit dem anderen Ende der Metallfeder für die Nadel verbunden ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Leiter (231)

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ein elektrisches Prüfinstrument für die Nadel angeschlossen ist, um ein Prüfsignal anzuzeigen, wenn die Nadel den Kontakt mit dem Ventilsitz unterbricht und durch die Kraftstoffeinspritzung von dem Metallkörper Isoliert wird.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanisches Vorepannaittel eine Metallfeder (220, 273) vorgesehen ist.

iO. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (231) mit den anderen Ende der Metallfeder für die Nadel verbunden ist.