DE3633612C2

DE3633612C2 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3633612C2
Application number: DE3633612A
Authority: DE
Inventors: Hideo Kiuchi; Oyuki Ogawa; Hiroshi Yamazoe; Hitoshi Tasaka; Minoru Kuroda; Susumu Okino
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1985-10-03
Filing date: 1986-10-02
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2006-10-03
Also published as: DE3633612A1; US4773374A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoff- Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kraftstoff-Einspritzsysteme gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 werden in der JP 59-43 962 A und in der GB- PS 73 87 69 offenbart.

Ein weiteres herkömmliches Kraftstoff-Einspritzsystem wird in der JP 60-88070 U beschrieben. Es weist eine elektromagnetische Spule und ein Nadelventil auf, das durch die elektromagnetische Spule in Abhängigkeit von einem der Spule zugeführten elektrischen Signal betätigt wird. Das Nadelventil öffnet und schließt einen Kraftstoffkanal, der zu ei ner Einspritzöffnung führt, wodurch die Kraftstoffein spritzung in den Motor gesteuert wird. Das der elektro magnetischen Spule zugeführte elektrische Signal wird durch eine Motorsteuereinheit derart gesteuert, daß die Kraftstoffversorgung des Motors in bezug auf den jeweiligen Motorzustand optimiert wird.

Die meisten modernen Motoren sind heute mit einem Ab gasrückführsystem (hiernach als EGR-System bezeichnet) ausgerüstet, um den heutigen Umweltschutzbestimmungen gerecht zu werden. Normalerweise tritt bei einer der artigen Brennkraftmaschine, die mit einem EGR-System und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung des vorstehend beschriebenen Typs, die an einem Ansaugkrümmer montiert ist, ausgerüstet ist, das Problem auf, daß feiner Staub oder in den Abgasen suspendierte Partikel durch das EGR-System umgewälzt und auf einem Abschnitt der Kraft stoffeinspritzeinrichtung um die Einspritzöffnung herum, genauer gesagt auf der Außenfläche eines Düsenzapfens, der durch die Einspritzöffnung nach außen vorsteht, ab gelagert werden. Wenn diese Ablagerungen allmählich dicker werden und schließlich ein Ausmaß erreichen, bei dem die abgelagerten Substanzen die Öffnung der Ein spritzöffnung erreichen, nimmt der wirksame Bereich dieser Öffnung ab, so daß die in den Motor einge spritzte Kraftstoffmenge derart reduziert wird, daß die Betriebsweise des Motors nachteilig beeinflußt wird.

Dieses Problem tritt auch bei Brennkraftmaschinen auf, die nicht mit Abgasrückführsystemen ausgerüstet sind. Beispielsweise wird die Ausbildung von starken Ablage rungen um die Einspritzöffnung einer Einspritzeinrich tung herum oft bei Brennkraftmaschinen beobachtet, die mit Kraftstoffen niedriger Qualität arbeiten, sowie bei Brennkraftmaschinen, die unter einem starken Zurück blasen der Verbrennungsgase in die Ansaugkrümmer leiden.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Kraftstoff- Einspritzsystem zu schaffen, mit dem zuverlässig die gewünschte Kraftstoffmenge eingespritzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Da die Querschnittsfläche der Verbindungsöffnung klei ner ist als die Querschnittsfläche des Aufnahmeraumes für den Düsenzapfen, können Staub oder andere Partikel, die in den Bereich in der Nähe der Kraftstoffeinspritzein richtung durch die Abgase eines Abgasrückführsystems oder die in den Ansaugkrümmer zurückblasenden Verbren nungsgase geführt werden, den Bereich um die Einspritz öffnung und den Düsenzapfen herum nicht in einfacher Weise erreichen, da die Gasströmung, in der derartige Staub- und andere Partikel suspendiert sind, durch die Verbindungsöffnung gedrosselt wird. Folglich werden Ab lagerungen von Staub und anderen Partikeln auf dem Ab schnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung um die Ein spritzöffnung und den Düsenzapfen herum beträchtlich reduziert, so daß die auf derartige Ablagerungen zurück zuführende Verminderung der eingespritzen Kraftstoff menge gestoppt wird und die Kraftstoffeinspritzeinrich tung selbst dann über einen langen Zeitraum zufrieden stellend arbeiten kann, wenn die Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem ausgerüstet ist. Aus dem glei chen Grunde kann das erfindungsgemäß ausgebildete Kraft stoffeinspritzsystem selbst dann über einen langen Zeit raum zufriedenstellend arbeiten, wenn die Brennkraftma schine mit Kraftstoff niedriger Qualität betrieben wird und ein starkes Zurückblasen der Verbrennungsgase auf tritt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes geht aus dem Patentanspruch 2 hervor. Damit wird bewirkt, daß der Kraftstoff, der bei bestimmten Betriebsbedingungen zum Verdampfen neigt, auch dann genau dosiert werden kann, wenn sich die Kraftstofftemperatur erhöht, oder wenn infolge einer Verzögerung des Motors ein Unterdruck in der Verzweigung des Ansaugkrümmers erzeugt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine elektromagne tisch betätigte Kraftstoffeinspritzeinrich tung (hiernach einfach als Kraftstoffein spritzeinrichtung bezeichnet) einer Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäß ausgebilde ten Kraftstoffeinspritzsystems;

Fig. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Abschnittes der in Fig. 1 gezeigten Kraft stoffeinspritzeinrichtung;

Fig. 3 eine Bodenansicht der Kraftstoffeinspritz einrichtung in Richtung des Pfeiles III in Fig. 2 gesehen;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer mit ei nem erfindungsgemäß ausgebildeten Einspritz system und anderen Teilen ausgerüsteten Brennkraftmaschine;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Kraft stoffeinspritzeinrichtung und eines Einlaß ventiles, wobei die Kraftstoffeinspritzrich tung dargestellt ist;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Ergebnisse von Ver suchen zeigt, welche mit der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrich tung und mit einer Einspritzeinrichtung des Standes der Technik durchgeführt wur den, um die Abnahme der eingespritzten Kraftstoffmengen bei experimentellen Be triebszyklen der Brennkraftmaschine zu über prüfen;

Fig. 7-10 Diagramme, die die Ergebnisse von Versuchen zeigen, welche zur Überprüfung von Ände rungsgrößen der eingespritzten Kraftstoff mengen bei Dimensionsänderungen der Kraft stoffeinspritzöffnung und eines Hülsenele mentes der erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffeinspritzeinrichtung durchgeführt wurden;

Fig. 11 in entsprechender Weise wie Fig. 2 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer zwei ten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffeinspritzsystems; und

Fig. 12 eine Bodenansicht in Richtung des Pfeiles XII in Fig. 11.

Fig. 4 zeigt in schematischer Weise eine Brennkraft maschine 101, die mit einer Ausführungsform eines er findungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffeinspritzsystems ausgerüstet ist.

Die Brennkraftmaschine 101 besitzt einen Ansaugkrümmer mit Abzweigungen 102, die zu entsprechenden Zylindern der Brennkraftmaschine führen. Das Kraftstoffeinspritz system umfaßt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die allgemein mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet und so montiert ist, daß ihr Ende in jede Abzweigung 102 des Ansaugkrümmers geringfügig vorsteht. Die Abzweigungen 102 laufen in einer Ansaugkammer 103 zusammen, in die Luft über ein Luftfilter 104, ein Durchflußmesser 105 und ein Drosselventil 106 in bekannter Weise eingeführt wird.

Jeder Zylinder der Brennkraftmaschine 101 ist mit einem Einlaßventil 107 und einem Auslaßventil 108 versehen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 100 ist so an der Abzweigung 102 montiert, daß ihr Ende in der Nähe des Einlaßventils 107 angeordnet ist, so daß der von der Einspritzeinrichtung 100 eingespritzte Kraftstoff und die in die Abzweigung 102 eingeführte Luft zur Bildung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches miteinander vermischt werden. Dieses Luft-Kraftstoff-Gemisch wird über das Einlaßventil 107 in eine Verbrennungskammer 109 im Zy linder der Brennkraftmaschine 101 eingeführt. Das in die Verbrennungskammer 109 eingeführte Gemisch wird über eine Zündkerze (nicht gezeigt) gezündet und erzeugt bei seiner Explosion Verbrennungsgase, die über das Auslaß ventil 108 und ein Auslaßrohr 110 in die Atmosphäre ab gegeben werden. Ein Abgasrückführkanal 111 ist an das Auslaßrohr 110 und die Ansaugkammer 103 angeschlossen, damit ein Teil der Abgase in die Ansaugkammer 103 rückge führt werden kann. Der Abgasrückführkanal 111 ist an einem mittleren Abschnitt mit einem Abgasrückführventil 112 versehen, das den Durchfluß der durch den Kanal 111 rückgeführten Abgase steuert.

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 100 wird von einem Kraftstofftank 113 über ein Kraftstoffilter 15 durch den Betrieb einer Kraftstoffpumpe 114 mit Kraftstoff versorgt. Der Abgabedruck der Kraftpumpe wird durch ein Drucksteuerventil 116 so gesteuert, daß er sich auf ei nem Niveau befindet, das um einen vorgegebenen Wert höher ist als der Druck in der Ansaugkammer 103.

Eine Motorsteuereinheit 117 besitzt einen Mikrocomputer, der optimale Bedingungen für den Betrieb der Brennkraft maschine für jeden beliebigen Zeitpunkt errechnet, bei spielsweise die Öffnungsdauer der Kraftstoffeinspritz einrichtung 100, den Betrieb des Abgasrückführventils 112 etc. Dieser Rechenvorgang basiert auf verschiedenen Signalen, beispielsweise einem Signal vom Luftdurchfluß messer 105, das den Ansaugluftdurchsatz verkörpert, ei nem Impulssignal von einem Verteiler 118, das zum Be trieb der Brennkraftmaschine 101 synchron ist, und Sig nalen von anderen nicht gezeigten Sensoren. Die Motor steuereinheit 117 gibt die den Ergebnissen der Rechen vorgänge entsprechenden Signale an die Kraftstoffein spritzeinrichtung 100 und das Abgasrückführventil 112 ab, um diese zu steuern.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen Einzelheiten der Kraft stoffeinspritzeinrichtung 100.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt die Kraftstoffeinspritz einrichtung 100 ein Gehäuse 1, das allgemein zylindrisch und abgestuft ausgebildet ist und somit Abschnitte un terschiedlicher Durchmesser aufweist. Genauer gesagt be sitzt das Gehäuse 1 einen Abschnitt mit großem Durchmes ser, der eine elektromagnetische Wicklung 3 aufnimmt, die um eine Spule 2 gewickelt ist. Die Spule 2 besitzt eine mittlere Bohrung, die einen rohrförmigen Eisenkern 4 eng aufnimmt, dessen oberes Ende eine Verbindung zu einem Kraftstoffversorgungsrohr bildet. Der rohrförmige Eisenkern 4 ist an einem mittleren Abschnitt mit einem Flansch versehen, der auf einer Schulter ruht, welche an der inneren Umfangfläche des Gehäuses 1 ausgebildet ist. Das obere Ende der Wand des Gehäuses 1 ist über den Flansch gebogen, so daß auf diese Weise der Eisen kern 4 am Gehäuse 1 fixiert ist. Der offene obere End abschnitt des Eisenkernes 4 nimmt ein Kraftstoffilter 41 auf. Ein Einstellrohr 42, in dem ein Kraftstoffkanal angeordnet ist, ist an der Innenfläche des Eisenkernes 4 befestigt. Ein Anschluß 5 für eine elektrische Strom versorgung ist einstückig ausgebildet, indem ein Kunst stoffmaterial auf den oberen Endabschnitt des Gehäuses 1 aufgeformt wurde. Der Anschluß 5 besitzt einen An schlußstift 51, der an die elektromagnetische Wicklung 3 elektrisch angeschlossen ist, so daß Spannungsimpul se, die den Ausgangssignalen der Motorsteuereinheit 117 entsprechen, der elektromagnetischen Wicklung 3 über den Anschlußstift 51 zugeführt werden.

Ein Hohlkörper 6 ist an einem Ende am Abschnitt mit kleinem Durchmesser des Gehäuses 1 fixiert, wobei ein Abstandselement 61 dazwischen angeordnet ist. Der Hohl körper 6 besitzt ein äußeres Ende, das vom unteren Ende des Gehäuses abwärts und auswärts vorsteht. Das vorste hende Ende des Körpers 6 ist durch eine Endwand ver schlossen, die mit einer Einspritzöffnung 62 und einem Ventilsitz 63 benachbart zur Einspritzöffnung 62 ver sehen ist. Der Innenraum des Hohlkörpers 6 nimmt glei tend ein Nadelventil 7 auf, das von der oberen Seite eingesetzt ist. Das Nadelventil 7 ist mit einem koni schen unteren Endabschnitt versehen, der dem Ventilsitz 63 gegenüberliegt. Ein Düsenzapfen 71 ist am äußeren Ende des konischen unteren Endabschnittes des Nadelven tiles 7 ausgebildet. Das Nadelventil 7 ist desweiteren an seinem mittleren Abschnitt mit einem Flansch versehen, der einen Anschlag 72 bildet, welcher mit dem Abstands element 61 zusammenwirkt, um den Aufwärtshub des Nadel ventiles 7 zu begrenzen. Ein beweglicher Kern 73 ist am oberen Ende des Nadelventiles 7 fixiert und liegt dem Eisenkern 4 axial gegenüber. Eine Schraubenfeder 74 ist zwischen dem beweglichen Kern 73 und dem Ein stellrohr 42 angeordnet und setzt den beweglichen Kern 73 nach unten unter Vorspannung.

Ein aus metallischem Material bestehendes Hülsenelement 8 ist mittels Preßpassung um das äußere oder untere En de des Hohlkörpers 6 angeordnet. Eine Endöffnung 81, die in der Endwand der Hülse 8 ausgebildet ist, ist zur Einspritzöffnung 62 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 100 ausgerichtet, so daß der von der Öffnung 62 einge spritzte Kraftstoff durch die Endöffnung 81 in die Ab zweigung 102 des Ansaugkrümmers eingeführt wird. Die Hülse 8 kann auch aus Kunststoff bestehen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten der Konstruk tion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 100 und insbe sondere den Endabschnitt der Einspritzeinrichtung, der dem Raum in der Abzweigung 102 des Ansaugkrümmers aus gesetzt ist. Wie man aus diesen Figuren ersehen kann, besitzt der am äußeren Ende des Nadelventils 7 ausge bildete Düsenzapfen 71 einen zylindrischen Abschnitt 711 mit konstantem Durchmesser, der sich vom äußeren Ende des Nadelventiles 7 aus erstreckt, einen ersten konischen Abschnitt 712, der mit dem Ende des zylindri schen Abschnittes 711 verbunden ist und einen Durch messer aufweist, der vom Durchmesser des zylindrischen Abschnittes 711 stetig abnimmt, sowie einen zweiten konischen Abschnitt 713, der mit dem ersten konischen Abschnitt 712 verbunden ist und einen Durchmesser be sitzt, der im wesentlichen auf den gleichen Durchmesser wie der zylindrische Abschnitt 711 stetig ansteigt. Das äußere Ende des zweiten Abschnittes 713 ist ko nisch und konvergiert nach unten. Der zylindrische Abschnitt 711 des Düsenzapfens 71 erstreckt sich der art durch die Einspritzöffnung 62, daß ein kleiner Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche des zylindri schen Abschnittes 711 und der inneren Umfangsfläche der Einspritzöffnung 62 gebildet wird. Derjenige Ab schnitt des Düsenzapfens 71, der den ersten und zwei ten konischen Abschnitt 712 und 713 umfaßt, steht über die Einspritzöffnung 62 vor und ist in einem Aufnahme raum 811 für den Düsenzapfen angeordnet, welcher ei nen Teil der Endöffnung 81 bildet. Somit wird der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 100 einge spritzte Kraftstoff durch den zwischen der äußeren Um fangsfläche des zylindrischen Abschnittes 711 des Dü senzapfens 71 und der inneren Umfangsfläche der Ein spritzöffnung 62 gebildeten Ringraum dosiert.

Der Aufnahmeraum 811 für den Düsenzapfen, der im Hül senelement 8 ausgebildet ist, besitzt ein Volumen, das groß genug ist, um keine Behinderung für den von der Einspritzöffnung 62 in die Abzweigung 102 des An saugkrümmers eingespritzten Kraftstoffstrom zu bilden. Somit wirken der Abschnitt des Düsenzapfens 71, der im Aufnahmeraum 811 für den Düsenzapfen angeordnet ist, und die Oberfläche der Wand, die diesen Raum 811 be grenzt, zusammen und bilden dazwischen einen im we sentlichen zylindrischen Raum, der sich entlang der Länge des Düsenzapfens 71 erstreckt. Das Spiel zwi schen der inneren Umfangsfläche des Aufnahmeraumes 811 für den Düsenzapfen und dem Abschnitt des Düsen zapfens 71, der in diesem Raum 811 angeordnet ist, ist viel größer als das Spiel zwischen der äußeren Umfangs fläche des zylindrischen Abschnittes 711 des Düsenzapfens 71 und der inneren Umfangsfläche der Einspritzöffnung 62. Die Axiallänge des Aufnahmeraumes 811 für den Dü senzapfen entspricht im wesentlichen der Länge des Dü senzapfens 71 über die Einspritzöffnung 62 hinaus. Die Endöffnung 81 des Hülsenelementes 8 besitzt mindestens zwei Verbindungsöffnungen 812, die eine Verbindung zwi schen dem Aufnahmeraum 811 für den Düsenzapfen und dem Raum in der Abzweigung 102 herstellen. Bei der darge stellten Ausführungsform sind zwei Verbindungsöffnun gen 812 vorhanden. Jede dieser Verbindungsöffnungen ist konisch ausgebildet, so daß sie nach unten, d. h. in Richtung auf das Innere der Abzweigung 102, konvergiert. Somit wird die Endöffnung 81 des Hülsenelementes 8 durch den Aufnahmeraum 811 für den Düsenzapfen und die Verbin dungsöffnungen 812 gebildet.

Die Verbindungsöffnungen 812 sind relativ zur Achse des Düsenzapfens 71 symmetrisch zueinander ausgebildet. Der Abstand zwischen den Öffnungen dieser Verbindungsöff nungen in der Endfläche des Hülsenelementes 8 benach bart zur Abzweigung 102 entspricht im wesentlichen dem Durchmesser des Düsenzapfens 71. Die Achsen der Verbin dungsöffnungen 812 sind relativ zur Achse des Düsenzap fens 71 geneigt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist der gesamte Querschnittsbereich der Verbindungsöffnung 812 so ausgewählt, daß er viel kleiner ist als der des Aufnahmeraumes 811 für den Düsenzapfen. Der gesamte Querschnittsbereich der Verbindungsöffnungen 812 ist jedoch auch so ausgewählt, daß der Kraftstoffstrahl von der Einspritzöffnung 62 glatt in die Abzweigung 102 ein geführt wird, ohne durch die Verbindungsöffnung gedros selt zu werden. Wenn der konische Abschnitt des Nadel ventiles 7 auf dem Ventilsitz 63 sitzt, ist ein vorge gebener Spalt zwischen dem äußeren Ende des Düsenzap fens 71 und dem inneren Ende einer Trennwand 82 zwischen den beiden Öffnungen 812 vorhanden, so daß der Düsen zapfen 71 niemals durch die Trennwand 82 störend beein flußt wird.

Wenn eine Spannung in Form von Impulsen an die elektro magnetische Wicklung 3 der Kraftstoffeinspritzeinrich tung 100 angelegt wird, wird der bewegliche Kern 73 ge gen die Kraft der Schraubenfeder 74 in Richtung auf den Eisenkern 4 gezogen, so daß das Nadelventil 7 angehoben wird, bis der Anschlag 72 desselben gegen das Abstands element 61 stößt. Somit wird der konische Abschnitt des Nadelventils 7 vom Ventilsitz 63 wegbewegt, so daß un ter Druck stehender Kraftstoff, der über das Einstell rohr 72 und den beweglichen Kern 73 zu der durch das Nadelventil 7 und den Ventilsitz 63 gebildeten Dich tung zugeführt worden ist, entspannt und durch die Ein spritzöffnung 62 eingespritzt wird. Der auf diese Weise eingespritzte Kraftstoff wird durch den zweiten konischen Abschnitt 713 des Düsenzapfens 71 zerstäubt, und der Strahl des zerstäubten Kraftstoffes wird durch die bei den Verbindungsöffnungen 812 geführt und aufgrund der Differenz zwischen dem Einspritzdruck und dem in der Abzweigung 102 des Ansaugkrümmers herrschenden Druck in die Abzweigung 102 des Ansaugkrümmers eingeführt.

Fig. 5 zeigt Kraftstoffstrahlen, die von der Kraftstoff einspritzeinrichtung 100 in Richtung auf das Einlaßventil 107 eingespritzt worden sind. Die Kraftstoffeinspritzein richtung 100 ist mit Hilfe eines Isolators 120 so an der Abzweigung 102 montiert, daß das Ende der Kraftstoffein spritzeinrichtung benachbart zur Abzweigung 102 in Rich tung auf die obere Fläche des Ansaugventiles 107 weist. Daher werden die Strahlen des Kraftstoffes aus den Ver bindungsöffnungen 812 gegen die obere Fläche des Ansaug ventils 107 gerichtet. Wenn die Brennkraftmaschine zwei Ansaugventile für jeden Zylinder aufweist, kann das Hül senelement 8 mit einer Vielzahl von Verbindungsöffnungen versehen und so angeordnet sein, daß zwei aus der Viel zahl der Verbindungsöffnungen auf ein Ansaugventil und die anderen Öffnungen auf das andere Ansaugventil gerich tet sind.

Da der gesamte Querschnittsbereich der Verbindungsöff nungen 812 kleiner ist als der Querschnittsbereich des Aufnahmeraumes 811 für den Düsenzapfen, werden die in der Ansaugluft suspendierten Stäube und andere Partikel, die durch das Abgasrückführsystem mitgeführt werden, durch die Verbindungsöffnungen 812 gedrosselt und kön nen somit kaum den Aufnahmeraum 811 für den Düsenzapfen erreichen.

Zur Bestätigung der durch die Erfindung erreichbaren Vorteile wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem die beschriebene Kraftstoffeinspritzeinrichtung 100, die zum Erzielen einer gewünschten Kraftstoffeinspritzung ausgebildet und dimensioniert war, an einer Brennkraft maschine des in Fig. 4 dargestellten Typs montiert und die Abnahme der eingespritzten Kraftstoffmengen in bezug auf die experimentellen Betriebszyklen der Brennkraft maschine beobachtet wurde. Zum Vergleich wurde ein ent sprechender Test an einer herkömmlich ausgebildeten Kraftstoffeinspritzeinrichtung des in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung JP 60-88070 U beschriebenen Typs durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Fig. 6 dargestellt, aus der hervorgeht, daß das erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoffeinspritz system nur eine geringe Abnahme der eingespritzten Kraft stoffmengen, d. h. 5% oder weniger, besaß, was weniger als 1/7 der Abnahme bei dem herkömmlich ausgebildeten Kraftstoffeinspritzsystem entsprach. Hieraus wird deut lich, daß das erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoff einspritzsystem die eingangs aufgeführten Probleme des Standes der Technik löst. Der Begriff "Betriebszyklus des Motors" bedeutet einen Betriebszyklus, bei dem der Motor 101 über eine vorgegebene Zeitdauer mit einer vor gegebenen Geschwindigkeit bei geöffnetem Abgasrückführ ventil betrieben wurde, wonach der Motor über eine vor gegebene Zeitdauer gestoppt wurde. Die Untersuchungen wurden mit einer vorgegebenen Anzahl von Motorbetriebs zyklen, d. h. einhundert Zyklen, durchgeführt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen Diagramme, welche Ergebnis se von Untersuchungen wiedergeben, die durchgeführt wurden, um die Abmessungen der Einspritzeinrichtung 100 zu bestimmen, die erforderlich sind, um eine ge wünschte Menge an eingespritztem Kraftstoff zu erhal ten. Genauer gesagt, die Abszisse der Fig. 7 gibt das Verhältnis zwischen der Fläche A₁ des Aufnahmeraumes 811 für den Düsenzapfen in einer Ebene senkrecht zur Achse dieses Raumes, d. h. der Querschnittsfläche des Aufnahmeraumes 811 für den Düsenzapfen, zur maximalen Querschnittsfläche A₂ des Düsenzapfens 7 in einer Ebe ne senkrecht zur Achse desselben wieder, während die Ordinate den Änderungsgrad der tatsächlichen Kraftstoff einspritzmenge in bezug auf eine Kraftstoffeinspritz menge wiedergibt, die für einen Betrieb des Motors mit geringer Last wünschenswert ist. Man erkennt, daß die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge im wesentlichen der gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge entspricht, wenn der Wert des Verhältnisses A₁/A₂ 12 oder größer ist. Wenn der Verhältniswert A₁/A₂ jedoch kleiner ist als 12, übersteigt die tatsächliche Kraftstoffeinspritz menge in unerwünschter Weise die gewünschte Kraftstoff einspritzmenge. Dies ist auf die folgende Tatsache zu rückzuführen: Der von der Einspritzöffnung 62 einge spritzte Kraftstoff wird in die Abzweigung 102 des An saugkrümmers über den Aufnahmeraum 811 des Düsenzapfens und die Verbindungsöffnungen 812 eingeführt. Da das Vo lumen des Aufnahmeraumes 811 kleiner ist, sinkt der Druck in diesem Raum 811 soweit ab, daß die Differenz zwischen dem Kraftstoffeinspritzdruck und dem Druck im Aufnahmeraum für den Düsenzapfen größer ist als der Un terschied zwischen dem Kraftstoffeinspritzdruck und dem Druck in der Abzweigung 102 des Ansaugkrümmers. Mit an deren Worten, aufgrund der hohen Geschwindigkeit der Kraftstoffstrahlen in diesem Raum wird ein Unterdruck im Aufnahmeraum 811 für den Düsenzapfen erzeugt. Folg lich wird der Kraftstoff mit Gewalt aus der Kraftstoff einspritzeinrichtung gesaugt, wodurch die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge ansteigt.

Der Abstand zwischen dem Düsenzapfen 71 und der inneren Umfangsfläche der Einspritzöffnung 62 ist normalerweise geringer als einige 100 µm, so daß die Querschnittsfläche des Ringspaltes zwischen dem Düsenzapfen 71 und der inneren Umfangsfläche der Einspritzöffnung 62 viel kleiner ist als die Querschnittsfläche A₂ des Düsen zapfens. Daher wird die Kraftstoffeinspritzmenge im we sentlichen allein durch den Außendurchmesser des Düsen zapfens 71 festgelegt, wenn andere Bedingungen, wie beispielsweise die Öffnungsdauer der Kraftstoffein spritzeinrichtung und der Kraftstoffdruck, konstant gehalten werden. Somit hängt die Querschnittsfläche des Ringraumes zwischen der äußeren Umfangsfläche des Düsenzapfens 71 und der inneren Umfangsfläche der Ein spritzöffnung 62, der die Kraftstoffeinspritzmenge be stimmt, im wesentlichen direkt von der Querschnittsfläche des Düsenzapfens 71 ab. Aus den in Fig. 7 wiedergege benen Ergebnissen wird deutlich, daß es zum Erhalt einer hohen Genauigkeit bei der Kraftstoffdosierung erforderlich ist, den Abstand zwischen der äußeren Umfangsfläche des Düsenzapfens 71 und der inneren Umfangsfläche des Auf nahmeraumes 811 für den Düsenzapfen im Vergleich zu dem Abstand zwischen der äußeren Umfangsfläche des Düsen zapfens 71 und der inneren Umfangsfläche der Einspritz öffnung 62 ausreichend groß zu halten.

Fig. 8 zeigt das Ergebnis eines Experimentes, bei dem die gesamte Querschnittsfläche A₃ der beiden Verbin dungsöffnungen 812 verändert wurde, während die Quer schnittsfläche A₄ des Ringraumes zwischen der äußeren Umfangsfläche des Düsenzapfens 71 und der inneren Um fangsfläche der Einspritzöffnung 62 konstant gehalten wurde, um zu erforschen, inwieweit die Kraftstoffein spritzmenge in Relation zum Verhältnis A₃/A₄ der Quer schnittsflächen verändert wird. Auf der Abszisse der Fig. 8 ist somit das Verhältnis A₃/A₄ dargestellt, wäh rend die Ordinate den Änderungsgrad der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzmenge relativ zu einer Kraftstoffein spritzmenge, die für einen Betrieb des Motors unter ge ringer Last wünschenswert ist, zeigt. Aus der Figur wird deutlich, daß die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge im wesentlichen der wünschenswerten Kraftstoffeinspritz menge entspricht, wenn das Verhältnis A₃/A₄ größer als 5 ist. Die Tatsache, daß die tatsächliche Kraftstoffein spritzmenge die wünschenswerte Kraftstoffeinspritzmenge im Bereich des Verhältnisses A₃/A₄ unter 5 übersteigt, ist auf den gleichen Grund zurückzuführen wie er vorher in Verbindung mit Fig. 7 erläutert wurde, d. h. das vorstehend beschriebene Phänomen, das im Aufnahmeraum 811 für den Düsenzapfen aufgrund eines zu kleinen Volu mens desselben auftritt. Die in Fig. 8 dargestellten Ergebnisse legen nahe, daß es zum Erhalt einer hohen Genauigkeit bei der Dosierung des Kraftstoffes erfor derlich ist, die gesamte Querschnittsfläche A₃ der beiden Verbindungsöffnungen 812 im Vergleich zur Quer schnittsfläche A₄ des Ringraumes zwischen der äußeren Umfangsfläche des Düsenzapfens 71 und der inneren Um fangsfläche der Einspritzöffnung 62 ausreichend groß auszubilden.

Aus der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit den Fig. 7 und 8 wird deutlich, daß nahezu kein Unter schied zwischen der wünschenswerten Kraftstoffeinspritz menge und der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzmenge er zeugt wird, und zwar selbst dann nicht, wenn die gesamte Querschnittsfläche der beiden Verbindungsöffnungen 812 kleiner ist als die des Aufnahmeraumes 811 für den Dü senzapfen, wenn der Wert des Verhältnisses A₁/A₂ nicht kleiner ist als 12 und der Wert des Verhältnisses A₃/A₄ nicht kleiner ist als 5.

Der Kraftstoff neigt dazu, in der Kraftstoffeinspritz einrichtung zu verdampfen, wenn die Kraftstofftempera tur erhöht wird oder infolge einer Verzögerung des Mo tors ein Unterdruck in der Verzweigung 102 des Ansaug krümmers erzeugt wird. Eine solche Verdampfung des Kraft stoffes beeinflußt die Genauigkeit bei der Dosierung des Kraftstoffes nachteilig, und zwar insbesondere dann, wenn irgendein Gebilde, das die Strahlen des einge spritzten Kraftstoffes drosselt, abstromseitig einer Ein spritzöffnung angeordnet ist, wie dies bei der beschrie benen Kraftstoffeinspritzeinrichtung der Fall ist.

Dieses Problem kann jedoch gelöst werden, indem die Kraftstoffeinspritzeinrichtung so ausgebildet wird, daß sie die folgenden Bedingungen erfüllt:

(1) A₃/A₄ ≧ 5,5
wobei A₃ die Gesamtquerschnittsfläche der beiden Verbindungsöffnungen 812 bedeutet, während A₄ die Querschnittsfläche des Ringraumes zwischen der äußeren Umfangsfläche des Düsenzapfens 71 und der inneren Umfangsfläche der Einspritzöffnung 62 be deutet (siehe Fig. 9); und
(2) L/d ≦ 2
wobei L die Länge einer jeden Verbindungsöffnung 812 und d den minimalen Durchmesser einer jeden Verbindungsöffnung 812 bedeuten (siehe Fig. 10).

Es ist naturgemäß wesentlich, daß der Wert des Verhält nisses A₁/A₂ zwischen der Querschnittsfläche des Auf nahmeraumes 811 für den Düsenzapfen und der Querschnitts fläche A₂ des Düsenzapfens 71 die vorstehend erwähnte Bedingung von A₁/A₂ ≧ 12 erfüllt.

Die Fig. 9 und 10 sind Diagramme, die die Betriebs charakteristika einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung zeigen, welche gemäß den vorstehend erwähnten Bedingun gen konstruiert wurde.

Es versteht sich, daß die durch die Verbindungsöffnungen 812, die dazu dienen, zu verhindern, daß irgendwelche Staub- und andere Partikel, die beispielsweise bei einem Abgasrückführsystem mitgeführt werden, den Bereich um den Düsenzapfen 71 und die Einspritzöffnung 62 herum er reichen, bewirkten Einschränkungen die Genauigkeit der Kraftstoffdosierung nicht merklich beeinträchtigen, wenn die vorstehend erwähnten Bedingungen eingehalten werden.

Obwohl die bei der beschriebenen Ausführungsform verwen dete Kraftstoffeinspritzvorrichtung zwei Verbindungsöff nungen besitzt, schließt die Erfindung die Verwendung von drei oder mehr Verbindungsöffnungen oder nur von einer Verbindungsöffnung, die koaxial zum Düsenzapfen angeordnet ist, nicht aus. Derartige Modifikationen werden ebenfalls durch die vorliegende Erfindung abge deckt.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nun mehr in Verbindung mit den Fig. 11 und 12 beschrie ben.

Fig. 11 ist ein vergrößerter Längsschnitt durch einen Teil einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung Verwendung fin det. Die Figur zeigt insbesondere die Konstruktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung um die Einspritzöffnung herum, während Fig. 12 eine Unteransicht in Richtung des Pfeiles XII in Fig. 11 ist. In diesen Figuren wer den gleiche Bezugsziffern wie bei den vorhergehenden Figuren zur Bezeichnung von gleichen Teilen oder Elemen ten wie bei der ersten Ausführungsform verwendet, und es wird auf eine detaillierte Beschreibung dieser Teile oder Elemente verzichtet.

Bei der in Fig. 11 gezeigten Kraftstoffeinspritzein richtung besitzt das Hülsenelement 8 einen einstüc kigen konischen Schutzabschnitt 182, der koaxial zum Düsenzapfen 71 angeordnet ist und in Richtung auf das Ende des Zapfens 71 weist. Ein kleiner Spalt ist zwi schen dem äußersten Ende des Düsenzapfens 71 und dem inneren Ende 821 des Schutzabschnittes 182 ausgebildet, so daß selbst dann, wenn sich der Düsenzapfen am unteren Hubende befindet, der Schutzabschnitt 182 nicht störend auf den Düsenzapfen einwirkt. Die Fläche 822 des Schutz abschnittes 182, die auf die Abzweigung 102 des Ansaug krümmers weist, besitzt einen Durchmesser, der im we sentlichen dem Außendurchmesser des zylindrischen Ab schnittes 711 oder dem maximalen Außendurchmesser des zweiten konischen Abschnittes 713 des Düsenzapfens 71 entspricht oder etwas größer als dieser ist. Eine Viel zahl von Verbindungsöffnungen 813, die jeweils eine bo genförmige oder sektorförmige Gestalt besitzen, ist im Abschnitt der Endwand des Hülsenelementes 8 um den Schutzabschnitt 182 herum ausgebildet, um eine Verbin dung zwischen dem Aufnahmeraum 811 für den Düsenzapfen und dem Inneren der Abzweigung 102 des Ansaugkrümmers herzustellen. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt das Hülsenelement 8 vier Verbindungsöffnungen 813, so daß der Schutzabschnitt 182 über vier Brücken 84, die einstückig mit dem Hülsenelement 8 ausgebildet sind, gelagert wird. Diese Verbindungsöffnungen 813 sowie der Aufnahmeraum 811 für den Düsenzapfen besit zen Querschnittsflächen, die groß genug sind, um sich nicht störend auf die von der Einspritzöffnung 62 in die Abzweigung 102 des Ansaugkrümmers eingespritzten Kraftstoffstrahlen auszuwirken. Die konische Wandflä che 83 einer jeden Verbindungsöffnung 813 verläuft pa rallel zur konischen Fläche 823 des Schutzabschnittes 182, und der Abstand zwischen diesen beiden parallelen Flächen ist so ausgewählt, daß hierdurch der Kraftstoff strom nicht nachteilig beeinträchtigt wird, der von der Einspritzöffnung 62 eingespritzt und nach Aufprall auf den zweiten konischen Abschnitt 713 des Düsenzapfens 71 zerstäubt worden ist. Zur gleichen Zeit ist die Länge des Abschnittes des Hülsenelementes 8, in dem die Ver bindungsöffnungen 813 ausgebildet sind, in Richtung der Achse des Düsenzapfens 71 gemessen, so ausgewählt, daß sie im wesentlichen der Axiallänge des Aufnahmeraumes 811 für den Düsenzapfen entspricht. Wenn die Länge der Verbindungsöffnungen 813 groß ist, muß der zerstäubte Kraftstoff eine lange Strecke durchlaufen, bevor er die Abzweigung 102 des Ansaugkrümmers erreicht, was zur Fol ge hat, daß ein beträchtlich großer Teil des zerstäubten Kraftstoffes in unerwünschter Weise an der konischen Fläche 823 und der konischen Fläche 83 haften bleibt. Das Hülsenelement 8 der beschriebenen Konstruktion kann in einfacher Weise aus einem Kunststoff geformt werden.

Die Querschnittsfläche des Aufnahmeraumes 811 für den Düsenzapfen sollte vorzugsweise kleiner sein als die Gesamtfläche der Verbindungsöffnungen 813 zum Ansaug kanal des Ansaugkrümmerabzweiges 102, wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung, und kann beispielsweise herabgesetzt werden, indem die Breite oder die Umfangs abmessung einer jeden Brücke 84 erhöht wird. Jede Brüc ke 84 kann vorzugsweise einen keilförmigen Abschnitt mit einem scharfen Rand besitzen, der in Richtung auf den Aufnahmeraum 811 für den Düsenzapfen weist, um die Einflußnahme der Brücken auf die Kraftstoffstrahlen, die die Verbindungsöffnungen 813 durchdringen, minimal zu halten.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können feine Stäube und andere Partikel, die durch die über den Ab gasrückführkanal 111 (siehe Fig. 4) am Abgasrückführ ventil 102 vorbei rückgeführten Abgase in die Ansaug kammer 103 eingeführt werden, kaum den Abschnitt der Kraft stoffeinspritzeinrichtung um den Düsenzapfen 71 und die Einspritzöffnung 62 herum erreichen, da der Schutzab schnitt 182 vorgesehen ist.

Es wurde ein entsprechendes Experiment wie in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben mit der in den Fig. 11 und 12 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung und ei ner herkömmlich ausgebildeten Kraftstoffeinspritzein richtung, die in der japanischen Gebrauchsmusterver öffentlichung JP 60-88070 U beschrieben ist, durchge führt. Bei diesem Experiment wurden die entsprechen den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen in der in Fig. 4 gezeigten Weise an einer Brennkraftmaschine montiert, und es wurden die Abnahmebeträge der Kraftstoffein spritzmenge in Relation zu experimentellen Motorbe triebszyklen überprüft. Das Ergebnis entsprach im we sentlichen dem in Fig. 6 gezeigten. Mit anderen Wor ten, die Kraftstoffeinspritzeinrichtung des erfindungs gemäßen Kraftstoffeinspritzsystems besaß einen Abnahme grad der Kraftstoffeinspritzmenge, der etwa 5% betrug, während die herkömmlich ausgebildete Kraftstoffein spritzeinrichtung einen Abnahmegrad der Kraftstoffein spritzmenge aufwies, der 35% betrug.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine
- mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung (100) in einem Ansaugkanal stromaufwärts eines Einlaßventils (107),
- mit einem Nadelventil (7) zur Zumessung des einzuspritzenden Kraftstoffs,
- mit einem mit dem Nadelventil (7) auf der Abflußseite des Kraftstoffs koaxial verbundenen zylinderförmigen Düsenzapfen (71),
- mit einer den Düsenzapfen (71) koaxial umgebenden Einspritzöffnung (62) in einem das Nadelventil (7) aufnehmenden Gehäuseteil (6) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
- mit einem schmalen Spalt zwischen dem Außenumfang des Düsenzapfens (71) und der inneren Umfangsfläche der Einspritzöffnung (62),
- mit einem sich an die Einspritzöffnung (62) in Einspritzrichtung anschließenden Aufnahmeraum (811),
- mit einer oder mehr Verbindungsöffnungen (812) in der den Aufnahmeraum (811) begrenzenden Wand (8) zur Verbindung des Aufnahmeraums mit dem Ansaugkanal,
- wobei die gesamte Querschnittsfläche (A3) der Verbindungsöffnungen (812) kleiner ist als die Querschnittsfläche (A1) des Aufnahmeraumes (811) senkrecht zur Achse des Nadelventils (7),
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche (A1) des Aufnahmeraumes (811) für den Düsenzapfen und der Querschnittsfläche (A2) des Düsenzapfens (71) nicht kleiner als 12 ist,
das Verhältnis zwischen der gesamten Querschnittsfläche (A3) der Verbindungsöffnungen (812) und der Querschnittsfläche (A4) des Spaltes zwischen dem Düsenzapfen (71) und der Einspritzöffnung (62) nicht kleiner als 5,5 ist und
die eine oder mehr Verbindungsöffnungen (812; 813) auf das Einlaßventil (107) gerichtet sind.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- jede Verbindungsöffnung (812) eine Länge (L) in Axialrichtung des Düsenzapfens (71) und einen Minimaldurchmesser (d) aufweist, wobei das Verhältnis zwischen dieser Länge (L) und dem Minimaldurchmesser (d) nicht größer als 2 ist.