DE3490359T1

DE3490359T1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE3490359T1
Application number: DE19843490359
Authority: DE
Inventors: Michael Leonard Willeton Western Australia McKay
Original assignee: Orbital Engine Co Pty Ltd
Current assignee: Orbital Engine Co Pty Ltd
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1984-08-03
Publication date: 1985-09-19
Also published as: ES8800398A1; SE450845B; BR8407003A; WO1985000854A1; GB2154659B; PH25880A; ES554809A0; ES8707783A1; FR2550280B1; FR2550280A1; SE8501712D0; US4693224A; GB8507543D0; JP2515276B2; ES8606924A1; KR930001039B1; ES557508A0; KR850001965A; AU3213284A; GB2154659A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung

Die Erfindung bezieht sich auf die Einspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine und ist insbesondere anwendbar für Motoren mit einer hohen Zyklusgeschwindigkeit. Zur Vereinfachunq der ErklHrung der Erfindung wird diese im besonderen in Verbindung mit einem Zweitakt-Hubkolbenmotor mit Funkenzündung beschrieben. Die Erfindung ist allerdings auch anwendbar für Motoren mit Verdichtungszündung und Viertaktmotoren, Umlaufmotoren und Kreiskolbenmotoren, z.B. solche,wie im ÜS-Patent Nr. 4 037 997 beschrieben sind.

Es besteht ein steigendes Bedürfnis für kostengünstigere und leistungsfähigere Kraftstoffeinspritzsysteme für Verbrennungsmotoren. Die Zylindereinspritzung hat besondere und gut bekannte Vorteile im Vergleich mit Saugrohreinspritzung

3A90359

und Drosselkörper-Einspritzvergasern. Allerdings treten mit bekannten Vorrichtungen große Kostennachteile hinsichtlich des hohen Grades an Genauigkeit auf, die bei der Herstellung der Hardware für Zylinder-Einspritzsysteme verlangt wird.

Ein weiterer bei der Zylindereinspritzung auftretender Nachteil ist die Abhängigkeit von der Dauer und der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer. Dieses wird durch die steigenden Drehzahlen der modernen Motoren weiterhin erschwert. Die Verwendung von neuen Materialien und technischen Konstruktionen läßt 6 000 Umdrehun-gen pro Minute als nicht ungewöhnlich für Massenprodukt-Motoren erscheinen.

Bei dieser Geschwindigkeit ist bei einer Viertaktmaschine das Zeitintervall für die Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer in der Größenordnung von 6 bis 9 Millisekunden.

Trotz der vielfältigen Vorteile werden heutzutage Zweitaktmaschinen wegen zwei Hauptgründen wenig verwendet, nämlich wegen der übermäßigen Kohlenwasserstoffemissionen und des hohen Kraftstoffverbrauches. Beide Probleme tauchen hauptsächlich durch den Ausspülvorgang des Arbeitszylinders in diesen Maschinen auf, bei dem ein Teil der ankommenden Kraftstoff-Luftladung direkt durch das Auspuffsystem ausströmen kann und der eine übermäßige Verdünnung der ankommenden Ladung bei gedrosselten Bedingungen erlaubt, wodurch Fehlzündungen auftauchen. Es ist bekannt, daß solche Probleme stark durch die Verwendung von Zylinder-Kraftstoffeinspritzung bei einer solchen Maschine verringert werden können,und dies ist in dem Einführungsteil des

US-Patents Nr. 3 888 214 diskutiert. Die Zylindereinspritzunq bietet ebenfalls größere Gelegenheit, eine schichtenförmiqe Füllunq in dem Arbeitszylinder zu erreichen, wodurch ein verbesserter Verbrennungseffekt erreicht wird.

Allerdings wird die wirksame Arbeitsweise einer solchen Maschine in einem starken Maße durch die Arbeitsweise seines Kraftstoffeinspritzsystemes diktiert. Im Vergleich mit den Anforderungen hinsichtlich des kurzen Zeitintervalls für die Einspritzung bei Viertaktmotoren, verlangt ein Zylinder-Einspritzsystem für einen Zweitaktmotor eine noch bessere Arbeitsweise. In eine tr kolbengesteuerten, Kurbelkasten gespülten, hin- und hergehenden Zweizylindermotor mit einer Drehzahl von nur 6 000 Umdrehungen pro Minute ist das qewünschte Zeitintervall für die Einspritzung nur 2 bis 3 ms. Wenn Kraftstoff außerhalb dieses Zeitintervalls eingespritzt wird, so verringert sich der Wirkungsgrad des Motors deutlich. Wenn die Einspritzung zu früh beainnt, kann ein deutlicher Verlust von unverbranntem Kraftstoff durch die noch offene Auslaßöffnung auftreten,und bei zu spätem Beginn kann der Kraftstoff in ein schon brennendes Gemisch eingespritzt werden, was zu ungewünschten Auswirkungen der Verbrennung führt.

Bekannte Zylinder-Kraftstoffeinspritzsysterne haben früher eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe und eine Meßvorrichtung für hohe Differentialdrücke verlangt. Außerdem ist der Wirkungsgrad der Zylinder-Kraftstoffeinspritzung abhängig

von der feinen Zerstäubung des Kraftstoffs 35

im Moment der Zuführung.-aBeide Forderungen resultieren in hohen Kosten der Bauteile aufgrund des verlangten hohen Standards der Technik bei der Produktion wegen der engen Toleranzen der Herstellungsdaten.

Die Verwendung einer pneumatischen Zumessung ist in "SAE Technical Paper 820351 von McKay" beschrieben, und obwohl das dort beschriebene Verfahren eine sehr feine Kraftstoffzerstäubung bei Zuführung erreicht,und es sehr gut geeignet ist für eine Viel-Punkt-Einspritzung in die Ansaugleitung von Verbrennungsmaschinen, können Schwierigkeiten bei der Anwendung des Systems direkt für eine Zylindereinspritzung auftauchen, insbesondere wenn das Einspritzfenster weniger als 10 ms. beträgt.

Eine Vielzahl von Versuchen wurden durchgeführt, um Zweitakt-Motoren unter Verwendung von Zylindereinspritzung zu versorgen und die gewünschte scheibenförmige Füllung mit anderen Mitteln zu erreichen. Soweit es bekannt ist, haben alle Versuche zu einem deutlichen Abfall der Arbeitsleistung der Maschine bei hohen Geschwindigkeiten 5 im Vergleich mit entsprechenden Vergaser versorgten Motoren geführt.

Ein Versuch (S.A.E. Technical Paper 780767 von Vieilledent) verwendete einen Bosch EFI (Elektronische Kraftstoffeinspritzung) Saugrohr-Einspritzer, der zur Abgabe der gewünschten Zumeß- und Ansprechcharakteristiken modifiziert wurde. Er wurde mit Kraftstoff bei höherem Druck versorgt und verwendete einen Luftstrom (offensichtlich zur Kühlung), der um die Düse des

-V-r

Einspritzers herum gerichtet war. Diese Anordnung würde Kraftstofftröpfchen mit einem mittleren Durchmesser größer als 200 Mikrometer produzieren, der, obwohl er ausreichend für die Zerstäubung bei einer Saugrohreinspritzung ist, nicht zufriedenstellend für eine Zylindereinspritzung ist, so daß die Motorleistung bei hohen Geschwindigkeiten sehr begrenzt sein würde. Außerdem konnte der Motor keine annehmbare Betriebsweise bei hohen Geschwindigkeiten erreichen, und dies lag wahrscheinlich an der Unfähigkeit des Einspritzsystems, die Einspritzung im optimalen Einspritzzeitintervall vorzunehmen.

Bei anderen Versuchen wurden verschiedene Dieselinjektoren für die Zylinder-Benzineinspritzung verwendet. Diese werden üblicherweise für die experimentelle Benzineinspritzung in Fukenzündungsmotoren angewand t ,aber sie verlangen einen hohen KraftstoffZuführungsdruck, um das Ventil in der Düse des Dieselinjektors zu öffnen. Der Kraftstoff wird üblicherweise dem Injektor bei einem Druck bis zu 13/KPa zugeführt,und die erreichte Zerstäubung ergibt eine mittlere Tröpfchengröße bis ungemähr 25 Mikrometer.

Obwohl der Zerstäubungsgrad gut ist, verlangt diese Anordnung eine mit großer Genauigkeit gefertigte Hochdruck-Kraftstoffpumpe und eine Einspritzdüse mit sehr kleinen Toleranzen, um das Benzin bei einem solch starken Druckabfall genau zu bemessen. Zusätzlich zu den hohen Kosten der Hardware, scheint es, daß diese Motoren bei hohen Geschwindigkeiten einen starken Leistungsverlust aufwiesen, hier wiederum möglicherweise darum, daß die verlangte Kraftstoffmenge nicht

in dem notwendigen schmalen Zeitintervall eingespritzt werden konnte bei einer genügend großen Zerstäubung, um eine angemessene Vergasung vor der Verbrennung zu erreichen.

Bei früheren Vorschlägen für die Zylindereinspritzung wurde der hohe Druck des Kraftstoffsystems dahingehend begründet, daß er als Mittel zur Verhinderung von Kraftstoffverdampfung diente. Die Zumessung wurde früher bei Zuführung des Kraftstoffs in den Arbeitszylinder des Motors durchgeführt, wobei an der Zuführstelle hohe Temperaturen auftraten und jedweder Verdampfung des Kraftstoffes würde stark die Zumeßgenauigkeit beeinflussen. Daher ist für solche Kraftstoffeinspritzsysteme ein Hochdruck-Kraftstoffsystem wesentlich, und daher mußten die wegen des Hochdrucksystems auftretenden Nachteile toleriert werden.

Daher liegen die Hauptunzulänglichkeiten von früher vorgeschlagenen Zylinder-Einspritzsystemen in den hohen Herstellungskosten, den nicht zufriedenstellenden erzeugten Kraftstoff-Tröpfchenabmessungen und in der Unfähigkeit, den verlangten Kraftstoff in dem verlangten Zeitintervall einzuspritzen, um wirksam Motoren bei hohen Geschwindigkeiten mit Kraftstoff zu versorgen.

Der(Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Kraftstoff zumessung und Einspritzung zu schaffen, die geeignet sind für eine direkte Zylindereinspritzung und wirksam im Betrieb und kostengünstig in der Herstellung sind, und eine annehmbare Zerstäubung des Kraftstoffs erreichen und aufrechterhalten.

^pr

Unter Berücksichtigung dieser Aufgabe wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:

Steuern der Zufuhr eines Gases in eine Speicherkammer, um einen Referenzdruck aufrechtzuerhalten, der über dem Atmosphärendruck und über dem in der Verbrennungskammer während der Einspritzung des Kraftstoffes aus der Speicherkammer herrschenden Druck liegt,

Liefern einer abgemessenen Kraftstoffmenge in die Speicherkammer gegen den Referenzdruck, Herstellen einer Verbindung zwischen der Speicherkammer und der Verbrennungskammer und Aufrechterhalten der Gaszufuhr zu der Speicherkammer solange die Verbindung besteht, so daß der Druck des Gases ausreicht, um die abgemessene Kraftstoffmenge von der Haltekammer in die Verbrennungskammer zu befördern. In geeigneter Weise kann die Zumessung des Kraftstoffes vor oder während der Zufuhr in die Speicherkammer durchgeführt werden.

Vorzugsweise wird die Verbindung zwischen der Speicherkammer und der Verbrennungskammer durch das wahlweise öffnen eines Ventils hergestellt, um die Zufuhr des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer zu ermöglichen.

Es wird anerkannt, daß dieses Verfahren der Kraftstoffzufuhr zu einem Motor zeitlich die Funktion des Abmessen des Kraftstoffs von der Funktion der Kraftstoffeinspritzung trennt. Als einziges Ergebnis muß die Kraftstoff-Einspritzfunktion in der vorher diskutierten strikten Zeitabhängigkeit

/IJ

durchgeführt werden. Die Kraftstoff-Zumeßfunktion kann zu jeder Zeit und über jeden Zeitraum in dem Motorzyklus durchgeführt werden, aber vorzugsweise nicht während des relativ kurzen Einspritzzeitraums. In Hinsicht auf den relativ langen zur Verfügung stehenden Zeitraum, in dem die zu bemessene Kraftstoffmenge vorbereitet und in die Speicherkammer eingeführt werden kann, kann eine verbesserte Genauigkeit in der Zumessung erreicht werden. Da außerdem die Speicherkammer durch den Zumeß- und Einspritzzyklus hindurch einen Druck aufweist, der ausreicht, um die Einspritzung des Kraftstoffes in die Verbrennungskammer durchzuführen, gibt es keine Zeitverzögerung bei der Herstellung des notwendigen Druckes für jeden Zyklus.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Zumeßfunktion im körperlichen Abstand von dem Einspritzort in die Verbrennungskammer und somit bei einer niedrigeren Umgebungstemperatur durchgeführt werden kann. Entsprechend ist die Möglichkeit der Verdampfung des Kraftstoffes verringert mit der Folge der höheren Zumeßgenauigkeit. Somit können weiterhin niedrigere Kraftstoff-Förderdrücke verwendet werden.

.!

Die Erfindung wird umfassender dargestellt in den folgenden Beispielen von praktischen Anordnungen des Zumessens und Einspritzens von Kraftstoff, wie in den beigefügten Zeichnungen zu ersehen ist.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Ansicht des Verfahrens der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht der Meßeinheit für die

Verwendung in der vorliegenden Erfindung ,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Schnittlinie 3-3 aus Fig. 2 und

Fig. 4 eine Schnittansicht durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Zumeßvorrichtung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, wie es schematisch in der Fia. 1 dargestellt ist, wird unter Verwendung einer Kraftstoff-Zumeßeinrichtung 1, einer Speicherkammereinrichtung 2, einer Kraftstoffzuführung 3, einer Druckgaszuführung 8 und einer Drucksteuereinrichtung 6 zum Einstellen des Druckes des Gases, wie beispielsweise Luft, in die Speicherkammereinrichtung 2 durchgeführt.

Die Kraftstoff-Zumeßeinrichtung 1kann eine aus der Vielzahl der bekannten, üblicherweise für die Zumessung von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine verwendeten Einrichtung sein, einschließlich Einrichtungen zum Zumessen von Kraftstoff in die Ansaugleitung oder in die Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffzumeßcinrichtungen können die einzuspritzende Kraftstoffmenge vor der Zufuhr zu der Speicherkammereinrichtung 2 oder während der Zufuhr zu der Speicherkammereinrichtung abmessen. Die Speicherkammer 4 erhält Luft aus der Quelle 8 über die Drucksteuereinrichtung 6, so daß ein im wesentlichen gleichmäßiger Referenzdruck in der Speicherkammer aufrechterhalten wird. Der Wert des Referenzdrucks wird

später ausgeführt.

Obwohl der Referenzdruck vorzugsweise gleichmäßig ist, werden in der Praxis einige Änderungen während jeden Zyklus auftreten. Beim öffnen der Düse in der Speicherkammer zur Durchführung der Einspritzung des Kraftstoffes wird ein gewisser Druckabfall auftreten,und während des Lieferns des Kraftstoffes in die Speicherkammer wird ein leichter Druckanstieg zu verzeichnen sein. Diese Änderungen nicht berücksichtigend wirdder Referenzdruck als gleichmäßig angesehen.

Das zugemessene Kraftstoffvolumen wird in die Speicherkammer 4 zugeführt gegen den Referenzdruck, wobei das Düsenventil 5 geschlossen bleibt, da es durch die auf den Anker 7a eines Hubmagneten wirkende Feder in seiner geschlossenen Stellung vorgespannt und gehalten ist. Der Anker 7a ist über die Stange 9 mit dem Ventil 5 verbunden.

Wenn die notwendige Kraftstoffmenge für den folgenden Zyklus der Brennkraftmaschine an die Speicher kammer 4 geliefert wurde, wird der Hubmagnet erregt und öffnet das Düsenventil 5.

Das Rückströmventil 8a verhindert ein Zurückfließen der Flüssigkeit in die Zumeßeinrichtung 1, wobei der Referenzdruck in der Speicherkammer 4 aufrechterhalten wird. Beim Öffnen des Düsenventils wird die in der Kammer 4 gespeicherte abgemessene Flüssigkeitsmenge durch die Luft durch das Düsenventil 5 in den Verbrennungsraum des Motors gedrückt. Die Lieferöffnuna des Düsenventils 5 ist in geeigneter Weise derart geformt, daß die verlangte KraftstoffSpritzcharakteristik in dem Ver-5 brennungsraum erhalten wird. Beim Abschalten des

3Λ90359

Hubmagneten 7 wird das Düsenventil 5 wieder für die Vorbereitung der nächsten Zulieferung der abge messenen Kraftstoffmenge geschlossen.

Der Referenzdruck der Luft in der Speicherkammer ist in der Weise gewählt, daß er ausreichend hoch über dem Druck in der Verbrennungskammer des Motors zur Zeit der Kraftstofflieferung ist, damit die gesamte zugemessene Kraftstoffmenge in dem durch die Motorgeschwindigkeit vorgegebenen zulässigen Zeitintervall in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. Dieses Zeitintervall beträgt üblicherweise ungefähr 10 ms bei einem Viertakt-Motor und kann bei einer Zweitakt-Maschine so niedrig wie ungefähr 2 ms lieaen.

Der Luftreferenzdruck liegt vorzugsweise ungefähr 500 kPa über dem Atmosphärendruck. Es soll hinzugefügt werden, daß der Referenzdruck über dem Atmosphärendruck und über dem Zylinderdruck _zur zeit der Einspritunq des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum lieqen muß, wobei ein Druck von 100 kPa über dem Zylinderdruck vorgezogen wird, obwohl ein erfolareicher Betrieb auch bei nur 50 kPa Differenz erzielt wurde.

Im Betrieb von Motoren mit dieser Art der Kraftstoff einspritzura wurde erfolgreich ein Kraftstoff lief erdruck zur Zuir.eß-Elinrichtuncr bis. zu 0.2 kPa über Referenzdruck verwendet. Allerdinas kann dieser Kraftstofflieferdruck so hoch als notwendia oder als angemessen aewählt werden, aber vorzugsweise sollte er weniger als 1000 kPa über Referenzdruck und noch genauer weniger als 700 kPa betragen. Der beste Wert ist unaefähr 400 kPa.

Die Zeit für die Erreaung des Hubmagneten 7 im Verhältnis zum Motorzyklus kann über eine geeignete Sensoreinrichtung erfolgen, die durch ein drehendes Teil der Maschine, wie beispielsweise Kurbelwelle, Schwungrad oder jedwedes andere mit einer direkt auf die Motorqeschwindigkeit bezoaene Geschwindigkeit angetriebenes Teil aktiviert werden. Ein für diesen Zweck geeigneter Sensor ist einJDptischer Schalter mit einer Infrarotquelle und einem Photodetektor mit Schmitt-trigger.

Um Kosten zu vermeiden, ist die Dauer der Erregung des Elektromagneten vorzugsweise nicht variabel und ist geeignet für die maximale Betriebsgeschwindigkeit der Maschine festgelegt.

In einer Abänderung zu der Anordnunq nach Fig. 1 ist das Düsenventil 5 nicht mit dem Hubmagneten 7 verbunden oder durch diesen betätigt, sondern ist in Form eines durch Druck betätigtes Sperrventil ausgebildet, das öffnet, wenn der Druck in der Kammer 4 einen vorgegebenen Wert erreicht. Dieser Druck würde in der gleichen Größenordnung wie der bei der Ausführung nach Fig. 1 verwendete Referenzdruck sein.

Bei dieser Ausführungsform lieqt der Druck in der Kammer 4 auf Atmosphärendruck oder weniqstens unterhalb des Druckes, der das Sperrventil öffnet. Die zugemessene Kraftstoffmenge wird in die Kammer geliefert, während dieser niedrige Druck herrscht, und wenn die Einspritzung verlangt wird, wird Gas mit einem Druck in die Kammer 4 geleitet, der ausreicht, um das Sperrventil zu öffnen und die abgemessene Kraftstoffmenge in die Verbrennungskammer der Verbrennungsmaschine einzuspritzen.

Die ZumessuncT der Kraftstoffnenge der Speicherkamirer Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 kann durch eine in der Australischen Patentanmeldung Nr. 10476/82 offenbarte Zumeßvorrichtungjerfolgen, die im folgenden kurz unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 der Zeichnung beschrieben werden soll.

Die Zumeßvorrichtung umfaßt ein Gehäuseblock 110, in dem vier einzelne parallel zueinander anneordnete Zumeßeinheiten 111 aufgenommen sind. Diese Anordnung ist geeignet für die Verwendung in einem Vier-Zylinder-Motor. Die Anschlußstutzen 112, 113 dienen als Anschluß an eine Kraftstoffzulaufleitung und eine Kraftstoffrücklaufleitung, und sie stehen mit entsprechenden in dem Gehäuse vorgesehenen Förderleitungen für den Zulauf und Rücklauf des Kraftstoffs zu und von jeder Zumeßeinheit 111 in Verbinduna. Jede Zumeßeinheit 111 ist mit einem eigenen Anschluß 114 zur Lieferuno von Kraftstoff versehen, der mit der entsprechenden Speicherkammer, wie die Speicherkammer 4 aus Fig. 1, verbunden ist, um Kraftstoff zu den jeweiligen vier Zylindern des Motors zu liefern.

Figur 3 zeigt eine Schnittansicht einer Zumeßeinheit, die einen in die Luftzufuhrkammer 119 und in die Zumeßkammer 120 hineinragenden Zumeßstab 115 aufweist. Jeder der vier Zumeßstäbe 115 geht durch eine gemeinsame Nebenschluß-Sammelkammer 116, die von einer in dem Gehäuseblock 11Ο vorgesehenen Höhlung und einer an dem Gehäuseblock 110 dichtend befestigten Abdeckplatte 121 gebildet wird. Die Funktion und die Betriebsweise der Nebenschluß-Sammelkammer ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung und wird aenauer in der Australischen Patentanmeldung Nr. 10476/82 beschrieben.

3A90359

* Jeder Zumeßstab 115 ist hohl und ist axial qleitend in dem Gehäuseblock 110 angeordnet, wobei das Ausmaß des Hereinragens des Zumeßstabes 115 in die Zumeßkammer 120 verändert werden kann, um die aus der Zumeßkammer zu verdrängende Kraftstoffmenge einzustellen. Das Ventil 143, das an dem in der Zumeßkammer 120 liegenden Ende des Zumeßstabes angeordnet ist, wird durch den Stab 14 3a getragen, der durch den hohlen Zumeßstab hindurchragt. Das Ventil wird normalerweise durch die Feder 145 geschlossen gehalten, die zwischen dem oberen Ende des hohlen Stabes 115 und dem Ventilstößel 143a angeordnet ist, um einen Luftstrom durch die hohle Bohrung des Zumeßstabes 115 von der Luftzufuhrkammer 119 zu der Zumeßkammer 120 zu verhindern. Steigt der Druck in der Kammer 119 über einen bestimmten Wert, so wird das Ventil 143 geöffnet und Luft fließt aus der Kammer 119 zu der Zumeßkammer durch den hohlen Stab 115, wodurch der Kraftstoff aus der Zumeßkammer 120 verdrängt wird. Die durch die Luft verdrängte Kraftstoffmenge ist der Kraftstoff, der in der Kammer 120 zwischen dem Eintrittspunkt der Luft in die Kammer und dem Austrittspunkt des Kraftstoffes aus der Kammer liegt, d.h. die Kraftstoffmenge zwischen dem Luft-

zufuhrventil 143 und dem Lieferventil 109 am entgegengesetzten Ende der Zumeßkammer 120. Jeder der Zumeßstäbe 115 ist mit dem Kreuzkopf 161 verbunden und der Kreuzkopf ist mit dem Betätigungsorgan 160 verbunden, das gleitend in dem Gehäuse-

block 110 gelagert ist. Das Betätigungsorgan 160 ist mit dem Motor 169 verbunden, der abhängig von dem Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine gesteuert wird, um das Ausmaß des Hereinragens der Zumeßstäbe in die Zumeßkammern 120 und somit die Stellung des Luftlieferventils 143 einzustellen,

damit die abgemessene Kraftstoffmenge, die bei Zufuhr der Luft geliefert wird, mit dem Kraftstoffbedarf übereinstimmt. Der Motor 169 kann ein reversibler linear Schrittmotor sein (92100 Serie der Airpark Corp.) Die Kraftstofflieferventile 109 sind jeweils druckbetätiqt, um abhängig von dem Druck in der Zumeßkammer 120 zu öffnen, wenn die Luft aus der Luftlieferkammer zugelassen wird. Bei Eintritt der Luft in die Zumeßkammer durch das Ventil 143 öffnet das Lieferventil 109,und die Luft bewegt sich in Richtung zum Lieferventil, um den Kraftstoff aus der Zumeßkammer durch das Lieferventil zu drängen. Das Ventil 143 wird solange offen gehalten, bis genügend Luft zum Verdrängen des Kraftstoffs zwischen den Ventilen 143 und 109 aus der Kammer in die Speicherkammer 4 nach Fig. 1 zugeführt wurde

Jede Zumeßkammer 120 weist jeweils eine Kraftstoff-Einlaßöffnung 125 und eine Kraftstoff-Auslaßöffnung 126 auf, die über entsprechende Ventile 127, 128 gesteuert werden, um eine Kraftstoffzirkulation von der Einlaß-Förderleitung 60 durch die Kammer 120 zu der Auslaß-Förderleitung 70 zu erlauben. Jedes der Ventile 127, 128 ist mit entsprechenden Membranen 129, 130 verbunden. Die Ventile 127, 128 werden federbeaufschlagt in der offenen Stellung aehalten und werden abhängig von der Beaufschlagung mit Gasdruck auf die jeweiligen Membranen 129, 130, die in Membrankammern 131, 132 angeordnet sind, aeschlossen. Jede der Membrankammern 131, 132 steht ständig mit der Luftleitung 133 in Verbindung, die wiederum über die Leitung 135 mit der Luftzufuhrkammer 119 in ständiger Verbindung steht. Wenn daher Luft unter Druck der Luftzufuhrkammer

3A90359

/If

und entsprechend der Zumeßkammer 120 zugeliefert wird, um die Kraftstoffzufuhr durchzuführen, wirkt die Luft auch auf die Membranen 120, 130, wodurch die Ventile 127, 128 die Kraftstoff-Einlaß- und Kraftstoff-Auslaßöffnungen 125, 126 schließen. Die Steuerung der Luftzufuhr zu der Kammer 119 durch die Leitung 135 und zu den Membrankammern 131, 132 durch die Leitung 133 v/ird zeitlich abhängig von dem Zyklus der Brennkraftmaschine über ein Magnetventil 150 durchgeführt. Die gemeinsame Luftzuführungsleitung 151, die über den Anschluß 153 mit einer Druckluftquelle verbunden ist, läuft durch den Gehäuseblock 110 hindurch und weist Leitungsarme auf, wodurch Luft zu dem Mqgnetventil 150 jeder Zumeßeinheit geführt wird.

Normalerweise ist das Kucrelventilelement 159 durch die Feder in Stellung gehalten, um den Luftfluß von Leitung 151 zu Leitung 135 zu verhindern und um die Leitung 135 über die Belüftungsöffnung 161 _mit der Atmosphäre zu verbinden. Wenn das Magneventil erregt wird, wird die Kraft der Feder 160 auf das Ventilelement 159 verringert und das Ventilelement wird durch den Druck der Luft verschoben, wodurch Luft aus der Leitung 150 zu den Leitungen 135 und 133 fließt.

Das oben beschriebene als Magnetventil ausgebildete Luftzufuhrsteuerungsventil kann auch zur Steuerung der Luftzufuhr zu der Zumeßkammer 4 verwendet werden in der vorher beschriebenen abgewandelten Form der Speicherkammer aus Fia. 1, wobei ein durch Druck betätigtes Sperrventil in Abhängigkeit eines in der Kammer hergestellten

vorbestimmten Druckes betätigt wird. 35

ή-

Der Betrieb des Maqnetventils 1SO kann gesteuert werden, um die Dauer der Luftzufuhr zu der Luftkammer 119 und den Membrankammern 131, 132 zu variieren, damit sichergestellt ist, daß der aus der Zumeßkammer verdrängte Kraftstoff in die Speicherkammer geliefert v/ird. Der Betrieb des Magnetventils 150 ist auch hinsichtlich des Motorzyklus zeitlich gestuert, um sicherzustellen, daß Kraftstoff in der Speicherkammer enthalten ist, wenn das Düsenventil, wie Ventil 5 aus Fig. 1_f zur Einspritzung des Kraftstoffes in die Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine geöffnet ist.

Die Luftzufuhr zu der Zumeßkammer kann durch einen elektronischen Prozessor gesteuert werden, der wiederum durch Signale von an dem Motor angeordneten Sensoreinrichtungen gesteuert werden, die den Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine abfühlen. Der Prozessor kann in der Weise orogrammiert werden, daß die Frequenz und die Dauer der Luftzufuhr zu der Meßkammer verändert werden kann. Weitere Einzelheiten des Betriebs einer derartigen Steuerung kann aus der Australischen Patentanmeldung Nr. 92001/82 entnommen werden.

Eine weitere Ausführungsform der Kraftstoff-Zumeßeinrichtung ist in Fig. 4 gezeigt, mit einem Gehäuse 24, in dem ein den Anschluß 25 aufweisendes Magnetventil 26 aufgenommen ist. Das Ventilelement 27 ist mit der Ankerplatte 29 des Magnetventils verbunden. Die gegen die Ankerplatte wirkende Feder 30 hält im Ruhezustand das Ventilelement 27 gegen den Ventilsitz 31, um die öffnung 32 zu schließen. Die Kraftstoffkammer 35 steht mit der Öffnung 32 in Verbindung und ist außerdem an Kraftstoffzuführunas- und Rückführunas-

leitunqen 38, 39 angeschlossen. Eine ständige Zufuhr von Kraftstoff erfolgt durch die Kammer 35 bei einem Druck über dem Referenzdruck in der Speicherkammer entsprechend der Kammer 4 aus Fig.

Bei Erregen des Magnetventils 26 hebt sich das Ventilelement 27 von seinem Sitz und öffnet die Öffnung 32, wodurch Kraftstoff aus der Kammer 35 durch den Kanal 40 in die Speicherkammer fließen kann. Der Kanal 40 ist kalibriert in Hinsicht auf den Druckabfall durch die Kraftstoffzufuhr zu dem Referenzdruck in der Speicherkammer. Daher kann durch Steuern der öffnunoszeit der Öffnung 32 die in die Speicherkammer gelieferte Kraftstoffmenge gesteuert werden.

Wie oben unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben wurde, kann die Erregungsdauer des Magnetventils und seine zeitliche Abhängigkeit unter Berücksichtigung des Motorzyklus durch einen elektronischen Prozessor gesteuert werden, der von dem Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine feststellenden Sensorausgangssignalen gestuert wird.

Als Alternative zu der Erregung des Magnetventils mit einer konstanten Spannung während einer durch die Motorlast vorgegebenen Zeitdauer kann eine Impulsspannung verwendet werden. Der Kraftstoff wird dann während einer Vielzahl von Kraftstoffimpulsen fester Dauer geliefert,und die gesamte Kraftstoffmenge kann durch Variieren der Anzahl der Impulse verändert werden.

Es können auch andere Arten von Kraftstoff-Zumeßeinrichtungen bei der Durchführung der vorliegen-

-29-

den Erfinduna verwendet werden, wenn sie. sicher den Kraftstoff in die Speicherkammer qeqen den darin herrschenden Referenzdruck liefern körnen.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennunqskammer einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte

Steuern der Zufuhr eines Gases in eine Kraftstoff-Speicherkammer zum Aufrechterhalten eines Referenzdruckes, der über dem Atmosphärendruck und über dem Druck liegt, der in der Verbrennunqskammer während der Einspritzung des Kraftstoffes aus der Speicherkammer herrscht; Liefern einer zugemessenen Kraftstoffmenge in die Speicherkammer gegen den Referenzdruck; Herstellen einer Verbindung zwischen der Speicherkammer und der Verbrennunqskammer und Aufrechterhalten der Gaszufuhr zu der Speicherkammer, während die Verbindunq vorhanden ist, so daß der Druck des Gases ausreicht, um die abgemessene Kraftstoffmenqe von der Speicherkammer in die Verbrennungskammer zu befördern.
2. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennunaskammer einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Steuern der Zufuhr eines Gases in eine Speicherkammer zum Aufrechterhalten eines Referenzdruckes, der über dem Atmosphärendruck und über dem Druck liegt, der in der Verbrennungskammer während der Einspritzung des Kraftstoffes aus der Speicherkammer herrscht;

Liefern von Kraftstoff in die Speicherkammer gegen den Referenzdruck und Abmessen des Kraftstoffes während des Zuführens, um die Menge des gelieferten Kraftstoffes einzustellen; Herstellen einer Verbindung zwischen der Speicher-

kammer und der Verbrennunaskammer nach dem Zuführen der zuzumessenen Kraftstoffmenrre in die Speicherkammer und

Aufrechterhalten der Gaszufuhr zu der Speicherkammer während die Verbindung vorhanden ist, so daß der Druck des Gases ausreicht, um die abqemessene Kraftstoffmenge von der Speicherkammer in die Verbrennungskammer zu befördern.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abzumessene Kraftstoffmenge vor dem Zuführen in die Speicherkammer gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgemessene Kraftstoffmenge durch ein unter Druck stehendes Gas in die Speicherkammer getrieben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff der Speicherkammer über eine wahlweise zu öffnende Kraftstoffdüse zugeführt wird und daß die abzumessende Kraftstoffmenge durch Einstellen der Offenzeit der Kraftstoffdüse gesteuert wird.
6. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch

Aufrechterhalten eines im wesentlichen gleichbleibenden Drucks des Gases in der Speicherkammer, wobei dieser konstante Druck über dem Atmosphärendruck und über dem in dem Verbrennungsraum während der Kraftstoffeinspritzung herrschenden Druck liegt, Zuführen des Kraftstoffs in die Speicherkammer durch eine Öffnung, um eine abgemessene Kraftstoffmenge in der Kammer zu erstellen,

Steuern der Zuführungsdauer und/oder des Drucks der Kraftstoffzuführung durch die öffnung, um die in die Speicherkammer gelieferte abgemessene Kraftstoffmenge einzustellen,
Aufrechterhalten der Gaszufuhr zu der Haltekammer während des Vorhandenseins der Verbindung, so daß der Druck des Gases ausreicht, um die abgemessene Kraftstoffmenge von der Speicherkammer in die Verbrennungskammer zu befördern.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Kraftstoffzufuhr gleichmäßig ist, und dass eine Vielzahl von Zuführungen fester Dauer durch die Öffnung durchgeführt werden, um die abzumessende Kraftstoffmenge zu erstellen, und daß die Anzahl der Zuführungen fester Dauer gesteuert wird, um die an die Speicherkammer gelieferte Kraftstoffmenge zu variieren.
8. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer, gekennzeichnet durch Füllen einer Zumeßkammer mit Kraftstoff, wobei die Zumeßkammer einen wahlweise zu öffnenden Überströmkanal aufweist, der die Zumeßkammer mit der Speicherkammer verbindet, Zuführen von Gas zu der Zumeßkammer, um Kraftstoff aus der Zumeßkammer in die Speicherkammer bei Öffnen des Überströmkanals zu befördern, Steuern der durch die Zuführung des Gases in die Zumeßkammer verdrängten Kraftstoffmenge, Zuführen von Gas in die Speicherkammer mit einem Druck, der ausreicht, um die abgemessene Kraftstoffmenge in die Verbrennungskammer zu befördern, wenn der Motor arbeitet,
Herstellen einer Verbindung zwischen Speicherkam-5 mer und Verbrennungskammer und

Aufrechterhalten der Zufuhr des Gases solange, bis die abgemessene Kraftstoffmenge in die Verbrennungskammer geliefert wurde.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der aus der Zumeßkammer verdrängten Kraftstoffmenge durch Einstellen der relativen Eintrittspositionen des Gases zu der Zumeßkammer und der relativen Auslaßpositionen des Kraftstoffes aus der Zumeßkammer über den

verfolgt
Überströmkanal,/wodurch die Kraftstoffkapazität der Zumeßkammer zwischen den Positionen variiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugemessene Kraftstoffmenge der Speicherkammer durch folgende Verfahrensschritte zugeführt wird:

Füllen der Zumeßkammer mit Kraftstoff, wobei die Zumeßkammer einen wahlweise zu öffnenden Überströmkanal aufweist, der die Zumeßkammer mit der Speicherkammer verbindet,

Einlassen von Gas in die Zumeßkammer, um eine gesteuerte Kraftstoffmenge aus der Zumeßkammer bei öffnen des Uberströmkanals zu verdrängen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueruna der aus der Zumeßkammer verdrängten Kraftstoffmenge durch Einstellen der relativen Eintrittspositionen zu der Zumeßkammer und der relativen Auslaßpositionen des Kraftstoffs aus der Zumeßkammer durch den Überströmkanal erfolgt, wodurch die Kraftstoffkapazität der Zumeßkammern zwischen diesen Positionen variiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die Eintrittspositionen des Gases zu der Zumeßkammer relativ zu der Ausströmposition des Kraftstoffs von der Zumeßkammer durch den Überströmkanal bewegt wird.

^
13. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch

Anschlußmittel für eine Druckgasquelle (8), über die wahlweise Gas aus der Quelle in die Speicherkammer geliefert wird und im Betrieb ein festge-

' legter Druck in der Speicher-kammer gehalten wird, ' Zumeßmittel (1), die eine zugemessene Kraftstoffmenge an die Speicherkammer (4) gegen den vorgegebenen Druck liefern,

wahlweise zu öffnende Einspritzdüsen (5) in der Speicherkammer (4), die die Verbindung zwischen der Speicherkammer (4) und der Verbrennungskammer steuern, wobei die in der Speicherkammer gespeicherte Kraftstoffmenge durch den Gasdruck in der Speicherkammer in die Verbrennungskammer befördert wird, wenn die Einspritzdüse offen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßmittel Mittel umfassen, die die zuzumessene Kraftstoffmenge vor dem Zuführen in die Speicherkammer abmessen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff- Zumeßmittel Mittel umfassen, die wahlweise die abgemessene Kraftstoffmenge mit dem Gasdrücke auf schlagen, um sie in die Speicherkammer geaen den in ihr herrschenden festgelegten Gasdruck zu verdrängen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich-

■Zh

net, daß die Kraftstoff-Zumeßmittel Mittel umfassen, die die zuzumessende Kraftstoffmenqe messen, wenn sie in die Speicherkammer qeliefert wird.
17. Vorrichtunq nach Anspruch 16, dadurch qekennzeichnet, daß die Kraftstoff-Zumeßmittel eine wahlweise zu öffnende Kraftstoffdüse, durch die der Kraftstoff in die Speicherkammer qeliefert wird, und Mittel zum Einstellen des Zeitintervalls aufweisen, injdem die Kraftstoff düse offen ist, um dadurch die zu der Speicherkammer qelieferte Kraftstoffmenqe zu steuern.
18. Vorrichtunq nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch qekennzeichnet, daß die Kraftstoff- Zumeßmittel eine Zumeßkammer, einen Kraftstoff-Uberströmkanal, der wahlweise für eine Verbindunq der Zumeßkammer mit der Speicherkammer zu öffnen ist, einen Gaszufuhrkanal, der wahlweise zu öffnen ist, um Gas in die Zumeßkammer zu leiten, aufweisen, wobei beim Zuleiten von Gas in die Zumeßkammer und öffnen des Uberströmkanals Kraftstoff aus der Zumeßkammer durch das Gas in die Speicherkammer verdränqt wird und daß Mittel zur Steuerunq der bei Zuleitunq des Gases aus der Zumeßkammer verdrängten Kraftstoffmenqe vorgesehen sind.
19. Vorrichtunq nach Anspruch 18, dadurch qekennzeichnet, daß die Mittel zum Steuern der in die Haltekammer beförderten Kraftstoffmenqe Mittel zum Einstellen der relativen Eintrittsposition des Gases zu der Zumeßkammer und der relativen Ausströmposition des Kraftstoffs aus der Zumeßkammer aufweisen.
20. Vorrichtunq nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel die Eintrittsposition des Gases in die Zurneßkammer einstellen.
21. Vorrichtunq nach Anspruch 19 oder Anspruch 20,

dadurch gekennzeichnet, daß ein beweolicher Körper vorgesehen ist, der in die Zumeßkammer hineinragt und relativ zu ihr bewegbar ist, wobei ein Gaseinlaßkanal in dem bewealichen Körper angeordnet

ist, durch den das Gas in die Zumeßkammer tritt. 10
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff-Zumeß-

en mittel folgende Teile umfassen; ein Block, in dem die Zumeßkammer angeordnet ist, einen wahlweise zu öffnenden Kraftstoffüberströmkanal, der die Zumeßkammer und die Speicherkammer verbindet, einen wahlweise zu öffnenden Gaseinlaßkanal, der mit der Zumeßkammer in Verbindung steht und in festgelegter Richtung von dem Kraftstoffüberströmka nal liegt, wobei beim Öffnen des Kraftstoff-Uberströmkanals und des Gaseinlaßkanals und beim Zuführen des Gases in die Zumeßkammer Kraftstoff durch das Gas von der Zumeßkammer in die Speicherkammer strömt, einen bewealichen Körper, der in die Zumeßkammer hineinragt und relativ zu ihr in der festaelegten Richtung bewegbar ist, um die Position des Endes des beweglichen Körpers in der Kammer einzustellen, wodurch das Volumen der Kammr zwischen den zwei Kanälen variierbar ist.
23. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in

eine Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Steuern der Zufuhr eines Gases in eine Kraft-^3b stoffspeicherkammer, um einen Referenzdruck auf

einen festen Wert zu halten, der über Atmosphärendruck und über dem in der Verbrennunqskammer während des Einspritzens von Kraftstoff aus der Speicherkammer herrschenden Druck lieqt, Zuführen von Kraftstoff in die Speicherkammer qeqen den Referenzdruck durch einen düsenqesteuerten Kanal,

Einstellen der in die Speicherkammer qelieferten Kraftstoffmenqe durch Verändern des Zeitintervalls, in dem der Kanal offen ist,

Herstellen einer Verbindunq zwischen der Speicherkanuner und der Verbrennunqskammer, nachdem der Kraftstoff in die Speicherkammer qeliefert wurde, und
Aufrechterhalten der Gaszufuhr zu der Speicherkammer, solanqe wie die Verbindunq besteht, damit der Gasdruck ausreicht, um die zugemessene Kraftstoffmenqe aus der Speicherkammer in die Verbrennunqskammer zu verdränqen.
24. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennunqskammer einer Brennkraftmaschine, qekennzeichnet durch folqende Schritte: Steuern der Zufuhr eines Gases in eine Kraftstoffspeicherkammer, um einen Referenzdruck auf einen festen Wert zu halten, der über Atmosphärendruck und über dem in der Verbrennunqskammer während des Einspritzens von Kraftstoff aus der Speicherkammer herrschenden Druck lieqt, Füllen der Zumeßkammer mit Kraftstoff, wobei die

-³⁰ Zumeßkammer einen wahlweise zu öffnenden Überströmkanal aufweist, der die Zumeßkammer mit der Speicherkammer verbindet,

Beaufschlaqen der Zumeßkammer mit einem Gas, um eine qesteuerte Kraftstoffmenqe aus der Zumeßkammer bei öffnen des Überströmkanals zu ver-

dränqen,

Steuern der durch das Gas aus der Zumeßkammer verdrängten Kraftstoffmenqe,

Herstellen einer Verbindung zwischen der Speicherkammer und der Verbrennungskammer nach dem Liefern der zugemessenen Kraftstoffmenge zu der Speicherkammer und

Aufrechterhalten der Gaszufuhr zu der Speicherkammer, solange wie die Verbindung besteht, damit der Gasdruck ausreicht, um die zuaemessene Kraftstoffmenge aus derjSpeicherkammer in die Verbrennungskammer zu verdrängen.
25. Verfahren zürn Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Steuern der Gaszufuhr zu einer Kraftstoff-Speicherkammer,um einen Referenzdruck auf einen vorbestimmten Wert zu halten,
Liefern von Kraftstoff an die Speicherkammer gegen den Referenzdruck und Abmessen des Kraftstoffes während des Lieferns, um die gelieferte Kraftstoffmenge einzustellen,

Herstellen einer Verbinduna zwischen der Speicherkammer und der Verbrennungskammer nach dem Liefern der zugemessenen Kraftstoffmenge in die Speicherkammer und Erhöhen des Druckes bei der Gaszuführung zu der Speicherkammer um ein ausreichendes Maß, während die Verbindung besteht, um die zugemessene Kraftstoffmenge aus der Speicherkammer in die Verbrennungskammer zu verdrängen.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch aekennzeichnet, daß die Kraftstoffzufuhr zu der Speicherkammer über eine öffnung erfolgt und daß die ^3b Lieferdauer und der Druck der Kraftstoffzufuhr

3A90359

zu der Öffnunq qesteuert wird, um die an die 1 Speicherkammer qelieferte zuaemessene Kraft- stoffmenqe einzustellen. 5 10 15 20 25 30 35