DE3724217A1 - Elektromagnetisch betaetigtes brennstoffeinspritzventil und verfahren zur steuerung der brennstoffeinspritzung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritz­ ventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein mit diesem durch­ führbares Verfahren zur Steuerung der Brennstoffeinspritzung einer Brennkraft­ maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Ein Brennstoffeinspritzventil der angegebenen Art ist aus der DE-OS 34 37 162 bekannt und weist dort einen aus einer Zylinderbuchse gebildeten Anschlag für den Anker bzw. das Verschlußglied auf, so daß die Öffnungsstellung des Ver­ schlußgliedes gegenüber dem Ventilsitz festgelegt ist. Es ist bekannt, daß der Ventildurchflußwert bei der Ventilherstellung durch geeignete Mittel, so durch die Öffnungsstellung des Verschlußgliedes, einstellbar ist.

Eine zunehmende Verwendung von derartigen Brennstoffeinspritzventilen bei kleinvolumigen Motoren, die mit hoher Drehzahl betrieben werden können, wird dadurch behindert, daß es sich als äußerst schwierig herausgestellt hat, im Leerlauf und Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine geringste Brennstoffmengen genau dosiert einzuspritzen und bei hohen Drehzahlen in der kurzen zur Verfü­ gung stehenden Zeit die für Vollastbetrieb notwendigen großen Brennstoffmengen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsbil­ dendes Brennstoffeinspritzventil derart auszuführen, daß in allen Betriebsbe­ reichen der Brennkraftmaschine eine genaue und ausreichende Brennstoffein­ spritzung erreichbar wird.

Diese Aufgabe ist hinsichtlich des Brennstoffeinspritzventils nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 mit den in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmalen gelöst worden, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung in den Unteransprüchen angegeben sind.

Mit dem Brennstoffeinspritzventil ist ein Verfahren der im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 4 angegebenen Art durchführbar geworden, das durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale und die in Unteransprü­ chen angegebenen weiterbiIdenden Merkmale geeignet ist, die aus dem behandel­ ten Stand der Technik bekannten Probleme beim Einsatz von Einspritzanlagen bei kleinvolumigen Motoren zu beheben.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist anhand der Zeichnung und im Zusammenhang mit einer gleichfalls in der Zeich­ nung dargestellten Brennkraftmaschine, die nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren gesteuert wird, nachfolgend beschrieben.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Brennstoffeinspritzventil;

Fig. 2 eine alternative Ausführung des Brennstoffeinspritzventils;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine.

Fig. 1 zeigt ein elektromagnetisch betriebenes Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Teildarstellung des Längsschnittes mit einem in einer Magnetspule 2 an­ geordneten Anker 3, der über eine Stange 4 mit einem Verschlußglied 5 verbun­ den ist und über eine nicht dargestellte Feder gegen einen Ventilsitz 6 be­ lastet ist, der dadurch verschlossen wird. Sofern die Magnetspule 2 durch ein elektrisches Spannungssignal in einem nicht weiter behandelten magnetischen Kreis eine magnetische Kraftwirkung auf den Anker 3 erzeugt, überwindet diese die Kraft der Feder und zieht den Anker 3 bzw. das mit diesem verbundene Ver­ schlußglied 5 in eine Stellung, die ein Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 bewirkt, so daß unter Druck stehender Brennstoff eine unterhalb des Ventil­ sitzes 6 bestehende Ventilöffnung 7 durchströmen kann. Die Öffnungsstellung des Verschlußgliedes 5 wird hier durch eine zylindrische Buchse 8 begrenzt, die ggfs. verschieblich angeordnet ist und somit bei der Herstellung des Ven­ tils eine Öffnungsstellung mit vorgegebenem Ventildurchflußwert einstellen läßt. Soweit entspricht das Brennstoffeinspritzventil dem Stand der Technik.

Die zylindrische Buchse 8 ist aus einem aus mehreren Schichten zusammen­ gesetzten Piezoelement 9 gebildet, das mit einem elektrischen Kabel kontaktiert ist, das aus dem Brennstoffeinspritzventil 1 herausgeführt ist und mit einer Spannungsquelle verbunden werden kann. Sofern dies der Fall ist, bewirkt die Spannungsbeaufschlagung des Piezoelementes 9 eine Verformung der zylindrischen Buchse 8 in der Form, daß deren nicht im Ventilgehäuse 10 eingespanntes, einen Anschlag 11 für das Verschlußglied 5 bildendes Ende in eine eine Vergrößerung der Ventilöffnung bewirkende Stellung des Verschluß­ gliedes 5 bewegt wird, wobei diese von der Größe der an das Piezoelement 9 angelegten Spannung abhängig sein kann.

Fig. 2 zeigt alternativ die Ausbildung des Brennstoffeinspritzventils mit ei­ nem nicht dargestellten festen Anschlag für das Verschlußglied 5 und einer durch ein Piezoelement 9 gleicher Ausführung verstellbaren, verschieblichen Ventilöffnungsbuchse 12, mit der gleichermaßen wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Öffnungsstellung des Verschlußgliedes 5 gegenüber dem Ventil­ sitz 6 verändert werden kann, wobei die Verstellung der Ventilöffnungsbuchse 12 ggfs. gegen die Kraft einer Feder 13 erfolgt.

Beide Ausführungsformen weisen nicht weiter dargestellte Mittel wie Schrauben, Preßbuchsen usw. auf, mit denen eine Justierung des Ventildurchflußwertes ohne Spannungsbeaufschlagung des Piezoelementes 9 und einmal mit erfolgen kann.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine 14 mit einem Saug­ rohr 15, in dem eine willkürlich betätigbare Drosselklappe 16 angeordnet ist, und stromab davon, in jedem zu den einzelnen Zylindern führenden Saugrohrka­ nälen ein Brennstoffeinspritzventil 1, dessen Magnetspule und dessen Piezoele­ ment über elektrische Kabel 17, 18 mit einem elektronischen Steuergerät 19 verbunden sind, das die Ausgabe eines in Abhängigkeit von Sensorsignalen eines Luftmassensensors 20, eines Motordrehzahlsensors 21, eines Drosselklappenstel­ lungssensors 22 und ggfs. weiterer Motorbetriebsparameter erfassender Sensoren zeitlich und in bezug auf die Einspritzphase bestimmte Einspritzimpulse an die Magnetspule ausgibt sowie Signale an das Piezoelement, die gleichfalls in Ab­ hängigkeit von den genannten Sensorsignalen bestimmt bzw. aus Kennfeldspei­ chern 23 des Steuergerätes 19 ausgewählt werden.

Hierbei ist für den Leerlauf- und Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine 14 vorgesehen, daß das Piezoelement 9 - es können auch andere Verstellmittel, bei­ spielsweise mechanische, elektromagnetische, pneumatische oder hydraulische, vorgesehen sein - Signale empfängt, die keine oder nur eine sehr geringe Veränderung der Öffnungsstellung des Verschlußgliedes 5 des Brennstoffein­ spritzventils 1 bewirken, daß heißt, der Ventildurchflußwert ist sehr klein, so daß eine verhältnismäßig lange Einspritzimpulsdauer vom Steuergerät 19 aus­ gegeben werden kann, die mit hoher Genauigkeit einzuhalten ist. Hierdurch er­ gibt sich der Vorteil eines wirtschaftlichen und auch abgasschadstoffarmen Motorbetriebs. Mit steigender Last bis in den Vollastbereich hinein kann das Piezoelement 9 durch Signale mit sich linear zur Änderung eines oder mehrerer der Sensorsignale erhöhender Spannung eine kontinuierlich sich vergrößernde Öffnungsstellung des Verschlußgliedes bewirken, so daß die Einspritzimpuls­ dauer nur geringfügig gegenüber der des Leerlauf- bzw. Teillastbetriebs erhöht wer­ den muß oder sogar über einen großen Betriebsbereich konstant bleiben kann. Es ist jedoch auch möglich, daß das Verstellsignal synchron mit jedem Einspritz­ impuls ausgegeben wird, daß heißt, es ist eine zweistufige Einspritzung er­ reichbar geworden, am Anfang mit geringem Ventildurchflußwert und am Ende mit großem, wodurch sich ggfs. der Effekt einer Ladungsschichtung im Zylinder­ brennraum erzeugen läßt, mit der sehr brennstoffarmes Brenngemisch gezündet werden kann.

Die aus Kennfeldern 23 auslesbaren Signale ermöglichen darüber hinaus eine frei wählbare Zuordnung der Einspritzimpulsdauer und Öffnungsstellung des Ver­ schlußgliedes 5, so daß es durchführbar wird, die Einspritzphase mit der Öff­ nungsphase der Einlaßventile der Brennkraftmaschine abzustimmen, wodurch neben einer guten Gemischverteilung erreichbar wird, daß der sonst durch Einspritzen noch in die Flamme entstehende Ruß im Abgas verringert wird.

Für den Einsatz des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und des Ver­ fahrens bei einer Brennkraftmaschine mit nur einem Brennstoffeinspritzventil kann es vorteilhaft sein, daß das Verstellmittel für die Öffnungsstellung des Verschlußgliedes eine sprunghafte Verstellung zwischen zwei Ventildurchfluß­ werten bewirkt. Für die Durchführung des Verfahrens ist auch ein Brennstoff­ einspritzventil einsetzbar, dessen Ventildurchflußwert durch Änderung des Strömungsquerschnitts der Ventilöffnungsbuchse -beispielsweise auch durch ein Piezoelement- veränderbar ist.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil und das Verfahren können sinn­ gemäß auch auf Dieselmotoren übertragen werden, ohne daß der Bereich der Er­ findung verlassen wird.

Claims (12)

1. Elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftma­ schinen mit Anker und Verschlußglied, deren durch Magnetkraft bzw. Feder­ kraft bewirkte Stellungen AUF-ZU durch einen Anschlag und einen Ventil­ sitz bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eines der die Stellungen AUF-ZU bestimmenden Elemente Anschlag (11) oder Ventilsitz (6) durch mechanische, elektrische, pneumatische oder hydraulische Verstellmittel (9) während des Betriebs der Brennkraftmaschine (14) verstellbar angeord­ net ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Verstellmittel (9) aus einem sich unter Beaufschlagung mit elektrischer Spannung verformenden Werkstoff, zum Beispiel einem Piezo-Element (9), gebildet ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel für eine Justierung des Ventildurchflußwertes mit und ohne be­ tätigtem Verstellmittel (9) vorgesehen sind.

4. Verfahren zur Steuerung der Brennstoffeinspritzung bei einer Brennkraftma­ schine in Verbindung mit wenigstens einem Brennstoffeinspritzventil, vor­ zugsweise nach Anspruch 1, und einem elektronischen Steuergerät zur Aus­ gabe eines in Abhängigkeit von diversen Motorbetriebsparametern zeitlich und in bezug auf die Einspritzphase bestimmten Einspritzimpulses an das/die Brennstoffeinspritzventile, dadurch gekennzeichnet, daß darüber hinaus in Abhängigkeit von einem oder mehreren Motorbetriebsparametern ge­ bildete Signale an das Verstellmittel (9) des Brennstoffeinspritzventils (1) zur Einstellung eines vorbestimmten Ventildurchflußwertes ausgegeben werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale an das Verstellmittel (9) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, der angesaugten Luftmassenmenge, des Saugrohrdrucks und/oder der Stellung einer im Saug­ rohr der Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe (16) gebildet wer­ den.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale sich linear mit der Änderung eines der Motorbetriebsparameter verändern.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzimpulsdauer über einen großen Betriebsbereich konstant ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal an das Verstellmittel (9) synchron mit jedem Einspritzimpuls ausgegeben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal an das Verstellmittel (9) mit dem Ende des Einspritzimpulses beendet ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzphase mit der Öffnungsphase der Einlaßventile der Brennkraft­ maschine (14) abgestimmt erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 5 und 7 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verstellmittel (9) eine sprunghafte Verstellung zwischen zwei Ventildurchflußwerten bewirken.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaldauer und/oder -Größe aus Kennfeldern (23) in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern ausgewählt werden.