DE3409763A1

DE3409763A1 - Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE3409763A1
Application number: DE19843409763
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Dr. 7141 Schwieberdingen Maisch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-03-16
Filing date: 1984-03-16
Publication date: 1985-09-19
Also published as: JPS60212636A; US4549515A

Description

R.
9.2.1984

Knetsch

19 2 Γ)

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Kraftstoffeinspritzanlaqe

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzanlage dieser Art (DE-OS 31 09 559)weist das an die Zumeßschlitze angeschlossene Druckdifferenzventil zwei durch eine Ventilmembran, die gleichzeitig das Ventilglied bildet, getrennte Kammern auf, von welchem die eine, den Ventilausgang enthaltende Kammer mit den Zumeßschlitzen in Verbindung steht, während in die andere Kammer der gleiche Steuerdruck eingeleitet wird, der den Steuerkolben des Zumeßventils beaufschlagt. Dadurch wird bewirkt, daß die zugemessene Kraftstoffmenge von zwei

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Einflußgrößen bestimmt wird, nämlich einerseits von der Stellung des Steuerkolbens und des dadurch frei gegebenen Öffnungsquerschnittes der Zumeßschlitze und andererseits durch die Druckdifferenz an dem freigegebenen Öffnungsquerschnitt der Zumeßschlitze. Das Produkt aus diesen beiden Einflüssen ergibt den Gesamteinfluß und damit die Kraftstoffzumessung.

Mit einer solchen bekannten Kraftstoffeinspritzanlage läßt sich zwar vorteilhaft mit einem relativ geringem Steuerverhältnis zwischen Systemdruck und Steuerdruck ein Steuerverhältnis für die zugemessene Kraftstoffmenge von größer als 1:30 erzielen, jedoch müssen dafür nichtlineare und unübersichtliche Steuerkennlinien in Kauf genommen werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Kraftstoffzumessung ausschließlich eine Funktion der Stellung des Steuerkolbens ist und damit sich streng lineare Steuerkennlinien ergeben, die wesentlich einfachere, übersichtlichere und billigere Schaltungen zur Steuerung eines den Steuerdruck in Abhängigkeit von den Betriebskenndaten der Brennkraftmaschine erzeugenden Druckstellers ermöglicht. Bei konstantem Differenzdruck p. „ zwischen dem Systemdruck p, und dem Druck p₀ stromabwärts unmittel-

bar hinter den Zumeßschlitzen ist die pro Zeiteinheit zugemessene Kraftstoffmenge Q streng linear vom Verschiebeweg h des Steuerkolbens des Zumeßventils abhängig gemäß

Q = k

Der Verschiebeweg des Steuerkolbens ist wiederum vom Steuerdruck ρ. abhängig gemäß

^Ak
h = (P₁ -P₄) - h .

^CF

k ist eine Konstante/ A, ist die vom Systemdruck P₁ und vom Steuerdruck p. beaufschlagte Steuerfläche des Steuerkolbens, c ist die Federkonstante einer

am Steuerkolben des Zumeßventils angreifenden, dem Systemdruck p, entgegenwirkenden Druckfeder. Die linearen Steuerkennlinien ermöglichen auch eine übersichtliche, flexible Kraftstoff zumessung, dabei insbesondere eine Startsteuerung, beliebige Schließfunktionen beim Abstellen der Brennkraftmaschine, sowie eine Schubabschaltung mit geeigneter Wiederöffnungsgeschwindigkeit der Zumeßschlitze.

Der Systemdruck P₁ braucht nicht sehr genau geregelt zu werden, d.h. es ist kein hochgenauer Membrandruckregler erforderlich, sondern nur ein wesentlich preiswerterer Kolbendruckregler. Auch kann der Systemdruck wesentlich niedriger gehalten werden, da der Steuerdruck nicht zur Bildung des Differenzdrucks P_{1 2} von Systemdruck p. und Druck p„ stromabwärts unmittelbar hinter den Zumeßschlitzen herangezogen wird.

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Wie bei der bekannten Kraftstoffeinspritzanlage wird auch hier der Vorteil der möglichen räumlichen Trennung des Zumeßventils vom Luftmengenmesser beibehalten. Auch hier kann dabei ein elektrisch arbeitender Luftmengenmesser, z.B. ein Hitzdraht-Luftmassenmesser, verwendet werden.

Durch das Vorsehen einer Drossel mit kleinem Drosselquerschnitt und einer weiteren gesteuerten Drossel mit großem Drosselquerschnitt wird die Reaktionsgeschwindigkeit des Zumeßventils wesentlich erhöht. Einerseits wird durch den zuschaltbaren großen Drosselquerschnitt die Verstellgeschwindigkeit des Steuerkolbens in Richtung größeren Querschnitts der Zumeßschlitze beträchtlich erhöht. Andererseits genügt zum Verstellen des Steuerkolbens in Richtung kleineren Querschnitts der Zumeßschlitze bei geschlossenem Sperrventil, also abgeschalteter Drossel mit großem Drosselquerschnitt,ein von einem Drucksteller aufzubringendes kleines Steuervolumen, da das Abflußvolumen über die Drossel mit kleinem Querschnitt minimal ist. Kleineres Steuervolumen bedeutet einen größeren Druckhub des Druckstellers bei vorgegebenen elektrischen Stromhub. Außerdem wird mit dem kleinen Steuervolumen eine schnelle Steuerkolbenverstellung in Richtung kleineren Querschnitts der Zumeßschlitze erzielt.

Das Steuerkolbenspiel im Zumeßventil muß nicht wie bei der bekannten Kraftstoffexnspritzanlage mit Rücksicht auf gute Spaltdichtung sehr eng gewählt werden, so daß nur sehr geringe Reibungskräfte zwischen Steuerkolben und Zumeßhülse auftreten.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen 2 - 5.

19 ? 5

Λ <^7 UUM ^f

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung eine schematische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzanlage.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei der in der Zeichnung schematisch dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage ist mit 10 ein Zumeßventil bezeichnet, das in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine wie Drehzahl, Dros- selklappenstellung, Temperatur, Abgaszusammensetzung, Ansaugluftmenge u.a., eine Kraftstoffmenge zumißt, die über ein Einspritzventil 11 in das Saugrohr der Brennkraftmaschine strömen kann. Jedem Zylinder der gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine kann an dem Zumeßventil 10 Kraftstoff getrennt zugemessen werden, der durch je ein Einspritzventil 11 in das Saugrohr abspritzbar ist.

Das Zumeßventil 10 ist an einer unter Systemdruck P₁ stehenden Kraftstoffversorgungsleitung 12 angeschlossen. In die Kraftstoffversorgungsleitung 12, an welcher noch ein Kraftstoffspeicher 13 angeschlossen ist, wird mittels einer Kraftstoffpumpe 14 Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 15 über ein 30

Filter 16 gefördert. Der annähernd konstante Systemdruck P₁ in der Kraftstoffversorgungsleitung 12 wird mittels eines Kolbendruckreglers 17 aufrechterhalten, über den bei Überschreiten des Systemdrucks ρ Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 15 zurückfließt.

Das Zumeßventil 10 weist eine Zumeßhülse 18, in welcherZumeßschlitze 19 angeordnet sind, und einen in der Zumeßhülse 18 axial verschieblichen Steuerkolben 20 auf. Auf den gegenüberliegenden Stirnseiten des Steuerkolbens 20 liegt in der Zumeßhülse 18 einerseits eine mit der Kraftstoffversorgungsleitung verbundene KraftstoffVersorgungskammer 21 und andererseits eine Steuerkammer 22, über welche der Steuerkolben mit einem Steuerdruck p. beaufschlagbar ist. In der Steuerkammer 22 ist noch eine Rückstellfeder 23 angeordnet, die sich einerseits am Steuerkolben 20 und andererseits am Grund 24 der Steuerkammer abstützt.

Der Steuerkolben 20 weist eine von seiner der Kraftstoffversorgungskammer 21 zugekehrten Stirnseite ausgehende Sackbohrung 25 auf, die über Radialbohrungen mit einer Umfangsringnut 27 am Steuerkolben in Verbindung steht. Die Umfangsringsnut 27 wirkt mit den Zumeßschlitzen 19 zusammen und gibt entsprechend der Stellung des Steuerkolbens 20 einen mehr oder weniger großen Öffnungsquerschnitt der Zumeßschlitze 19 frei. Ist die KraftstoffVersorgungskammer 21 drucklos, so nimmt der Steuerkolben 20 unter der Wirkung der Rückstellfeder die in der Zeichnung dargestellte Grundstellung ein, in welcher die Zumeßschlitze 19 vollkommen von dem Steuerkolben 20 abgedeckt sind oder rrit einem bestimmten Mindestquerschnitt freigegeben sind.

An jeden Zumeßschlitz 19 ist ein Druckdifferenzventil angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Einspritzventil verbunden ist. Das Druckdifferenzventil 28 weist zwei Kammern 29 und 30 auf, die durch eine Ventilmembran 31 voneinander getrennt sind. Die Ventilmembran 31 wirkt mit einem Ventilsitz 32 zusammen, der von der Stirnseite eines in der ersten Kammer 29 angeordneten Ausgangsrohres 33 gebildet ist. In dem Ausgangsrohr 33 und der das Ausgangsrohr 33 mit dem Einspritzventil 11 verbindenden Druckleitung 34 herrscht ein Druck p^. Die erste Kammer 29 steht über eine schematisch angedeutete Druckleitung 35 mit dem Zumeßschlitz 19 in Verbindung. In dieser Druckleitung 35 und in der ersten Kammer 29 herrscht der Druck p„. Die zweite Kammer 30 ist einerseits über eine ebenfalls schematisch dargestellte Druckleitung 36 mit der Kraftstoffversorgungskammer 21 des Zumeßventils 10 und andererseits über eine Druckleitung 37 mit dem Kolbendruckregler 17 verbunden. In der zweiten Kammer 30 herrscht damit,wie in der Versorgungsleitung 12 und den Druckleitungen 36 und 37, der vom Kolbendruckregler 17 eingeregelte Systemdruck P₁.

An die Kraftstoffversorgungsleitung 12 ist außerdem noch ein Drucksteller 38 angeschlossen, der von einem elektronischen Steuergerät 39 in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, wie Drehzahl, Drosselklappenstellung, Temperatur, Abgaszusammensetzung, Ansaugluftmenge u.a., gesteuert wird und einen entsprechenden Steuerdruck p. erzeugt. Der Drucksteller 38 kann als elektrofluidischer Wandler in Düse-Prallplatte-Bauart ausgebildet sein, wie er in der DE-OS 31 09 559 in Aufbau und Wirkungsweise beschrieben ist. Der Ausgang des Druckstellers 38 ist über eine Steuer-

-AA-

leitung 40 mit der Steuerkammer 22 des Zumeßventils 10 verbunden. Von der Steuerleitung 40 bzw. von der Steuerkammer 22 des Zumeßventils 10 zweigt eine Kraftstoffrücklaufleitung 41 ab, die endseitig mit einem als Aufstoßventil ausgebildeten Dichtventil 42 abgeschlossen ist, das in dem Kolbendruckregler 17 integriert ist. In der Rücklaufleitung 41 ist eine erste Drossel 43 mit relativ kleinem Drosselquerschnitt eingeschaltet. Die erste Drossel 43 wird von einer Bypaßleitung 44 überbrückt. In der Bypaßleitung 44 sind in Reihe eine zweite Drossel 45 mit großem Drosselquerschnitt und ein elektromagnetisch betätigtes Sperrventil 46 angeordnet. Der Steuermagnet 47 des Sperrventils 46 wird von dem elektronisehen Steuergerät 39 gesteuert. Der Querschnitt der ersten Drossel 43 ist so bemessen, daß langsame Verstellbewegungen des Steuerkolbens 20 in Richtung Vergrößerung des Querschnitts der Zumeßschlitze 19, bei welcher Steuervolumen über die Drossel 43 abfließen muß, in der dafür zugelassenen Verstellzeit erfolgen können.

Das eingangsseitig einerseits an die Zumeßschlitze und andererseits an die KraftstoffVersorgungskammer des Zumeßventils 10 und damit an die Kraftstoffver-

sorgungsleitung 12 angeschlossene Druckdifferenzventil 28 ist derart eingestellt, daß die Druckdifferenz P₁ 2 = P₁ -p₂ stets konstant ist, und zwar unabhängig von dem durch den Steuerkolben 20 freigegebenen Öffnungsquerschnitt der Zumeßschlitze 19. Hierzu ist in der ersten Kammer 29 des Druckdifferenzventils 28 eine Druckfeder 48 angeordnet, die sich einerseits am Kammerboden und andererseits an der Ventilmembran abstützt. Die Druckfeder 48 erzeugt eine auf die Ventil-

Γ.

membran 31 wirkende Kraft, die der von der zweiten Kammer 30 her wirkenden, vom Systemdruck P₁ erzeugten Druckkraft entgegengerichtet ist.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Kraftstoffein-Spritzanlage ist wie folgt:

In der Kraftstoffversorgungsleitung 12 wird durch den Kolbendruckregler 17 der Systemdruck p. eingeregelt. Auf den Steuerkolben 20 des Zumeßventils wirkt von der KraftstoffVersorgungskammer 21 her der Systemdruck ρ und von der Steuerkammer 22 her wirken die Kraft der Rückstellfeder 23 und der Steuerdruck p.. Der Steuerdruck p. wird als Differenzdruck P₁ _A von dem Drucksteller 38 erzeugt. Der Differenzdruck P₁ . ergibt sich dabei gemäß

Pl,4 ^{= P}0 ^{+ c}l' ^X ⁽¹⁾'

wobei I der von dem elektronischen Steuergerät 39 eingestellte elektrische Strom in der Magnetspule des Druckstellers 38, C₁ eine Konstante und ρ ein konstanter einstellbarer Druckabfall bei 1=0 ist.

An dem Steuerkolben 20 stellt sich ein Kräftegleichgewicht ein gemäß

P₁. A_K - P₄. A_K - K_F = 0 (2),

wobei A^ die von dem Systemdruck P₁ und dem Steuer druck p. beaufschlagte Kolbendruckfläche ist. Die Federkraft K„ ergibt sich zu

^KF ^{= K}0 ^{+ C}F'^h

«ν

/13.

wobei C die Federkonstante der Rückstellfeder 23 und h der Verschiebeweg des Steuerkolbens 20 ist.

Aus Gl. (1) - (3) ergibt sich der Verstellweg h des Steuerkolbens 20 zu

^ci ^po^ak -^Ko

^{h =} c-

Der Verschiebeweg h des Steuerkolbens 20 bestimmt den Öffnungsquerschnitt der Zumeßschlitze 19 und damit unmittelbar die pro Zeiteinheit durch die Zumeßschlitze fließende Kraftstoffmenge Q. Diese ergibt sich aus

Q = ^kl/P₁₍₂ ''^{h (5)} *

Da der Differenzdruck P_{1 0} konstant ist, ist die in der Zeiteinheit zugemessene Kraftstoffmenge Q allein proportional dem Kolbenweg h und gemäß Gl. (4) proportional dem Strom I in der Magnetspule des Druckstellers 38.

Der konstante Weganteil

gibt die Möglichkeit, den Verschiebeweg h bei 1=0 auf einen geeigneten Wert einzustellen, z.B. auf eine Öffnung der Zumeßschlitze 19 für einen Teillast-Betriebspunkt, so daß im stromlosen Zustand des Druckstellers 38 ein Notlaufbetrieb möglich ist.

Wenn aufgrund der Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine von dem elektronischen Steuergerät 3 9 eine

- yC -

schnelle Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens 20 in Richtung größeren Querschnitts der Zumeßschlitze gefordert wird, so wird nicht nur durch einen entsprechenden Strom I der Steuerdruck p. erheblich reduziert,sondern auch der Steuermagnet 47 des Sperrventils 46 von dem elektronischen Steuergerät 39 angesteuert. Damit öffnet das Sperrventil 46 und für das bei der Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens 20 verdrängte Steuervolumen steht der Öffnungsquerschnitt der Drossel 45 zusätzlich zur ersten Drossel zum Abströmen in die Rücklaufleitung 41 zur Verfügung. Der Steuermagnet 47 wird um so länger angesteuert und damit das Sperrventil 46 um so länger geöffnet, je schneller der Steuerkolben 20 nach oben laufen soll und je größer dabei der zurückzulegende Verschiebeweg h ist. In anderen Betriebszuständen, bei z.B. nur langsamen Verschiebebewegungen des Steuerkolbens 20 nach oben um nur sehr kleine Stellwege oder bei Verschiebebewegung des Steuerkolbens 20 nach unten in Richtung Verkleinerndes freien Öffnungsquerschnitts der Zumeßschlitze 19 ist das Sperrventil 46 geschlossen, so daß nur der kleine Querschnitt der Drossel wirksam ist.

Zweckmäßigerweise sind das Zumeßventil 10, die Druckdifferenzventije 28, der Drucksteller 38 und der Kolbendruckregler 17 mit Dichtventil 42 zu einer Baueinheit 49 zusammengefaßt, die in der Zeichnung durch strichpunktierte Umrandung symbolisch angedeutet ist.

Claims

9.2.1984

Knetsch

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

/IJ Kraftstoffeinspritzanlage für gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit mindestens einem in einer unter Systemdruck stehenden Kraft-Stoffversorgungsleitung angeordneten Zumeßventil zur Kraftstoffzumessung

in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, das einen in einer Zumeßhülse mit Zumeßschlitzen verschiebbaren Steuerkolben aufweist, der mit einem in Abhängigkeit von den Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine eingestellten Steuerdruck beaufschlagt ist und einen entsprechenden Querschnitt der Zumeßschlitze zur Kraftstoffversorgungsleitung hin mehr oder weniger freigibt, und mit einem an je einem Zumeßschlitz angeschlossenen Druckdifferenzventil, das ausgangsseitig mit einem Einspritzventil verbunden ist, wobei die Zumeßhülse auf gegenüberliegenden Stirnseiten des Steuerkolbens eine an die Kraftstoffversorgungsleitung angeschlossene Kraftstoffversorgungskammer und eine mit einem den Steuerdruck erzeugenden Drucksteller verbundene Steuerkammer aufweist, die

— O —

über eine erste Drossel an eine Kraftstoffrücklaufleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Drossel (43) einen sehr kleinen Strömungsquerschnitt aufweist und daß der ersten Drossel (43) eine weitere Drossel (45) mit wesentlich größerem Strömungsquerschnitt in Reihe mit einem vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Sperrventil (46) parallel geschaltet ist.
10
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der ersten Drossel (43) so groß bemessen ist, daß langsame Verstellbewegungen des Steuerkolbens (20) in Richtung Vergrößerung des Querschnitts der Zumeßschlitze (19) in der dafür zugelassenen Verstellzeit erfolgen,
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (47) des Sperrventils (46) von einem den Drucksteller (38) steuernden elektronischen Steuergerät (39) gesteuert ist, dem die Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine als elektrische Eingangsgrößen zugeführt sind.
4· Anlage nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das 2Q Zumeßventil (10), der Drucksteller (38) , die Druckdifferenzventile(28) und ein Kolbendruckregler (17) mit Dichtventil (42) zu einer Baueinheit (49) zusammengefaßt sind.
5. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftstoffversorgungskammer (21) mit einer Außenringnut (27) im Steuerkolben (20) in Verbindung steht, die mit den Zumeßschlitzen (19) in der Zumeßhülse (18) zusammenwirkt.