DE3732259A1 - Verfahren und vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff in einen verbrennungsmotor - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff in einen verbrennungsmotorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Kraftstoffeinspritz
vorrichtungen für Verbrennungsmotoren und ins
besondere auf Kraftstoffeinspritzvorrichtungen,
bei denen eine zugemessene Kraftstoffmenge
durch Mitführen des Kraftstoffes in einem Gas
oder durch anderweitiges Zuführen von unter Druck
stehendem Gas zum Kraftstoff dem Motor eingespritzt
wird.
Es sind Kraftstoffeinspritzvorrichtungen bekannt,
bei denen ein durch den Motor angetriebener
Kompressor eine unter Druck stehende Gasquelle
für die Einspritzung des Kraftstoffs in den
Motor bildet. Obwohl die Ausbildung eines Kompressors
als Gasquelle keine wesentlichen funktionellen
Nachteile aufweist, stellt der Kompressor eine
erhebliche Kostenkomponente sowohl vom Gesichtspunkt
der Herstellung als auch der Installation dar.
Diese Betrachtung ist insbesondere in Hinsicht
auf Kraftstoffeinspritzvorrichtungen von
Wichtigkeit, die in in großen Mengen als Massen
produkt hergestellte Motoren großen Volumens
eingebaut werden sollen, wie beispielsweise
in Kraftfahrzeug- oder Außenbordschiffsmotoren.
Unabhängige Kompressoren verlangen auch ein
geeignetes Schmiersystem und Antriebsübertragungs
mittel vom Motor, die weiterhin zur Erhöhung
der Herstellungs- und Einbaukosten beitragen
und in wenigem großen Ausmaße zu erhöhten
Sicherheitsrisiken und Servicekosten. Sie
müssen üblicherweise an dem Äußeren des Motors
mit einer geeigneten Antriebsverbindung zur
Kurbelwelle oder Nockenwelle, wie beispielsweise
mit einem Riemenantrieb, befestigt sein.
Diese Anordnung bringt gewöhnlich eine unerwünschte
Erhöhung der gesamten Abmessung des Motors mit
sich.
Aus der US-PS 21 34 786 (Ivan P. Haring) ist eine
funkengezündete Zweitaktverbrennungsmaschine
bekannt, bei der aus den Zylindern abgezogenes
Abgas dazu verwendet wird, bei der Zerstäubung
des Kraftstoffs mitzuwirken und den Kraftstoff
über eine zugehörige Saugleitung in den Motor
zu leiten. Obwohl die Haring-Druckschrift eine
Zuführung von Gas unter Druck durch Abziehen von
Abgas aus dem Zylinder vor dem Öffnen der Abgas
öffnung zur Verfügung stellt, wird das abgezogene
Abgas hauptsächlich als Wärmequelle zur Zer
stäubung des Kraftstoffs in der Vergaservor
richtung und zum Halten des zerstäubten Kraftstoffs
auf einem relativ niedrigen Druck in der Saug
leitung verwendet. Der Druck in der Saugleitung
muß dort nur ausreichend sein, damit die Kraft
stoffwolke in den Zylinder gegen den dort
aufgrund der Lüfter unterstützten Spülung
nach dem Schließen des Lufteinlasses und der
Auslaßöffnungen herrschenden Druck strömen kann.
Es ist aus einer Vielzahl von Konstruktions
gesichtspunkten des von Haring vorgeschlagenen
Kraftstoffversorgungssystems offensichtlich,
daß der zerstäubte Kraftstoff in den Zylinder
bei einem vergleichsweisen niedrigen Druck
eintritt und somit ist diese Vorrichtung nicht
geeignet, in eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für einen modernen Motor direkt in den Zylinder
eingebaut zu werden, bei dem der Kraftstoff
relativ spät im Verdichtungshub an den Zylinder
geliefert wird, wenn der Druck des Gases in
dem Zylinder sehr hoch ist.
In Hinsicht auf das Timing des Abzuges des Abgases
im Arbeitsspiel des Motors muß berücksichtigt
werden, daß aufgrund der Verwendung von nocken
betätigten Tellerventilen zum Abziehen des
Abgases die Eigenschaften dieser mechanischen
Anordnung bedingen, daß das Abgasabzugsventil
für einen merkbaren Zeitraum offen ist und
somit ein erheblicher Leistungsverlust auftreten
würde, wenn der Abgasabzug während eines Zeitraums
maximalen Drucks oder hohem Druck im Zylinder
durchgeführt würde.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einspritzung
von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor
durch eine Gasladung zu schaffen, bei denen
ein üblicher Kompressor als Mittel für eine
Gasversorgung zur Durchführung der Kraftstoff
einspritzung verlangt wird, eine sichere
und wirksame Betriebsweise gewährleistet
wird, die Herstellungskosten und Einbaukosten
geringer sind als bei bekannten Verfahren
und Vorrichtungen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs
gelöst. Es wird ein Verfahren zum Einspritzen
von Kraftstoff in einen eine oder mehrere
Verbrennungskammern aufweisenden Verbrennungs
motor vorgeschlagen, bei dem eine in einer
Gasladung mitgeführte zugemessene Kraftstoff
menge in einen Motor geliefert wird, wobei
weiterhin das Gas von mindestens einer Ver
brennungskammer des Motors an ein Gasreservoir
geliefert wird, die Zufuhr des Gases zu dem
Reservoir in der Weise gesteuert wird, daß
das Gas im Reservoir über einem bestimmten
Druckwert gehalten wird und das Gas bei
einem geregelten Druck unter dem vorbestimmten
Druck aus dem Gasreservoir zur Durchführung
der Einspritzung des Kraftstoffes in den
Motor geliefert wird.
Die Verbindung zwischen dem Gasreservoir und
der Verbrennungskammer wird dann hergestellt,
wenn der Gasdruck in der Verbrennungskammer
um einen bestimmten Wert über dem vorbestimmten
Druck liegt. Eine oder mehrere Öffnungen festen
oder variablen Strömungsquerschnittes können
vorgesehen sein, um eine Druckdifferenz zwischen
dem Gas in der Verbrennungskammer und dem
Gas in dem Gasreservoir herzustellen. Die
Öffnung oder die Öffnungen mit festem Strömungs
querschnitt können einen Anfangsdruckabfall
vom Gasdruck in der Verbrennungskammer her
stellen, während die Regelung des Druckes
am Reservoir durch einen variablen Strömungs
anforderungsregler gesteuert wird. Wenn
Öffnungen mit variabler Strömungsfläche vorge
sehen sind, kann die Druckregelung in dem
Reservoir vollständig durch Veränderung der
Fläche der Öffnungen gesteuert werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Gas durch
eine gesteuerte Öffnung aus der Verbrennungs
kammer in eine Zwischenkammer geliefert und
aus dieser Zwischenkammer wird das Gas in
das Gasreservoir in der Weise überführt, daß
der vorbestimmte Druck in dem Gasreservoir
aufrechterhalten wird.
In einer Abwandlung des obigen Verfahrens
wird der Druck aus der Verbrennungskammer
dazu verwendet, eine über einen Regler an das
Gasreservoir gelieferte Luftladung zu komprimieren.
Die Luftladung ist vorzugsweise in einer
Kompressionskammer angeordnet, in die das
Gas von der Verbrennungskammer zyklisch zur
Komprimierung des Gases zugelassen wird.
Die Luft kann aus dem Kurbelgehäuse in die
Kompressionskammer gefördert werden, wobei in
dem Kurbelgehäuse des Motors die Luft zu einem
geringen Grad durch die Hin- und Herbewegung
des Kolbens komprimiert wird. Es kann eine Anordnung
von Einwegventilen vorgesehen sein, wobei
zwischen jeder Gaszufuhr von der Verbrennungs
kammer zur Kompressionskammer diese von dem
Gas aus der Verbrennungskammer gespült wird,
so daß in der Kompressionskammer keine An
sammlung von Gas aus der Verbrennungskammer
auftritt.
Durch die vorliegende Erfindung wird auch ein
Verfahren der Kraftstoffeinspritzung für einen
Verbrennungsmotor mit einer oder mehreren Ver
brennungskammern vorgeschlagen, bei dem eine
zugemessene Kraftstoffmenge in einer Gas
ladung mitgeführt wird und direkt in jeder
Verbrennungskammer zu jedem Arbeitsspiel durch
den Druck der Gasladung eingespritzt wird.
Das Gas wird von mindestens einer Verbrennungs
kammer des Motors an ein Gasreservoir ge
liefert, wobei die Gaszufuhr zu dem Gasreservoir
in der Weise gesteuert wird, daß es darin auf
einem Druckwert gehalten wird, der über die
Durchführung einer direkten Kraftstoffeinspritzung
in die Verbrennungskammer des Motors ausreicht,
und wobei das Gas bei einem geregelten Druck
von dem Gasreservoir geliefert wird, ohne die
Einspritzung des Kraftstoffes in die Ver
brennungskammer durchzuführen.
Vorzugsweise liegt der vorbestimmte Druck in
dem Gasreservoir über dem in der
Verbrennungskammer vor der Zündung der kompri
mierten Kraftstoff-Luftladung maximalen Druck.
Der Druck in der Verbrennungskammer steigt
nach der Zündung weiterhin.
Die Aufrechterhaltung eines hohen Druckes in
dem Gasreservoir und die Verwendung eines
niedrigeren geregelten Druckes für die Förderung
des Kraftstoffes verringern die tatsächlichen
Druckverluste in der Verbrennungskammer als
Ergebnis der Entziehung des Gases für die
Einspritzung des Kraftstoffs. Diese Ver
ringerung des Druckverlustes in der Verbrennungs
kammer verringert entsprechend dem folgenden
Verlust an Motorleistung. Weiterhin ist auch
eine Verkürzung des Zeitraumes vorhanden,
bei dem das Gas von der Verbrennungskammer
in das Gasreservoir strömt und daher sind
die Bauteile in diesem Strömungspfad für eine
geringere Zeit den Verbrennungsgasen hoher
Temperatur ausgesetzt. Somit wird eine wirksame
Betriebsweise und die Lebensdauer dieser Bau
teile verbessert.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei modernen
Motoren mit elektronisch gesteuerter Kraftstoff
einspritzung der maximale Verbrennungskammer
druck an unterschiedlichen Punkten im Arbeits
spiel abhängig von Faktoren, wie Einspritz-
und Zündzeitpunkt, die mit der Motorlast und
der Motorgeschwindigkeit veränderbar sind,
auftreten kann. Die vorgeschlagene Kraftstoff
einspritzvorrichtung entzieht der Verbrennungs
kammer das Gas auf der Grundlage der Druck
bedingungen und ist somit nicht an einer festen
Zeitabhängigkeit zu dem Arbeitsspiel des Motors
gebunden.
Zusätzlich zu dem oben angeführten Verfahren
zur Kraftstoffeinspritzung wird entsprechend
der vorliegenden Erfindung auch eine Kraftstoff
einspritzvorrichtung für einen Verbrennungs
motor vorgeschlagen, der eine Zumeßeinheit
zur Vorbereitung einer zugemessenen Kraftstoff
menge in Abhängigkeit von der Kraftstoff
anforderung des Motors, Mittel zur selektiven
Förderung der zugemessenen Kraftstoffmenge
in den Motor durch Mitführen in einer von
einem Gasreservoir gelieferten Gasladung
aufweist. Weiterhin ist eine Einrichtung vorge
sehen, die das Gas von mindestens einer Ver
brennungskammer des Motors in das Gasreservoir
fördert, eine Steuereinheit zur Steuerung
der Förderung des Gases von der Verbrennungs
kammer an das Gasreservoir in der Weise, daß
der Druck im Gasreservoir über dem Druck für
die Einspritzung des Kraftstoffs in den Motor
benötigten Druck liegt, und es sind weiterhin
Mittel zur Lieferung des Gases vom Gasreservoir
bei einem geregelten Druck zur Durchführung
der Einspritzung des Kraftstoffs in den Motor
vorgesehen.
Vorzugsweise ist eine ventilgesteuerte Öffnung
vorgesehen, durch die die Verbindung zwischen
dem Reservoir und der Verbrennungskammer des
Motors hergestellt wird. Das Ventil ist vorzugs
weise derart angeordnet, daß es in Abhängigkeit
von einem Druckunterschied öffnet. In einer
bevorzugten Ausführung wird der Druckunterschied
derart gewählt, daß das Ventil öffnet, wenn das
Gas in der Verbrennungskammer nahe dem maximalen
pro Arbeitsspiel erreichten Druck ist, wobei
dieser maximale Druck nach der Zündung der Kraft
stoffladung in der Verbrennungskammer auftritt.
Der Öffnunggrad des Ventils ist veränderbar, so daß
der Druckunterschied zwischen der Verbrennungs
kammer und dem Reservoir bei steigendem
Druck in dem Reservoir gesteuert werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Kraft
stoff in die Verbrennungskammer über eine
ventilgesteuerte, am Ende eines Düsenkörpers
mit einem sich axial erstreckenden Kraftstoff
durchgang angeordneten Kraftstofföffnung.
Das Gasreservoir wird durch einen ringförmigen
Hohlraum gebildet, der koaxial um den Kraft
stoffdurchgang herum im Düsenkörper angeordnet
ist. Eine Vielzahl von Öffnungen sind in einer
kreisförmigen Ausbildung in die Kraftstoff
öffnung herum angeordnet, um eine Verbindung
zwischen dem ringförmigen Hohlraum und der
Verbrennungskammer herzustellen. Eine Regel
hülse ist gleitend koaxial in dem Hohlraum
angeordnet und weist eine erste kreisring
förmige Fläche, die zu der Vielzahl von
Öffnungen gerichtet ist, und eine gegenüber
liegend ausgerichtete zweite kreisringförmige
Fläche auf. Die zweite Fläche ist größer als
die erste Fläche, die den Öffnungen ausgesetzt
ist, wenn die erste Fläche gegen sie gedrückt
wird. Eine Feder oder ähnliche elastische Mittel
ist zwischen dem Düsenkörper und der Hülse
im vorgespannten Zustand angeordnet, um die
Hülse dazu zu zwingen, sich in einer Richtung
zu bewegen, die der Fläche gegenüberliegt,
durch die der auf die zweite Fläche wirkende
Gasdruck in dem Hohlraum der Hülse die Be
wegung mitgeteilt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist
der den Kraftstoffdurchgang umgebende Hohlraum
das Gasreservoir und die erste Fläche der
Hülse arbeitet direkt oder über einen Dicht
ring mit den Öffnungen zum selektiven Öffnen
und Schließen zusammen. Der Druck des Gases
in dem Hohlraum wirkt auf die zweite Fläche
der Hülse und widersteht der Bewegung der
Hülse in einer Richtung, in der die Öffnungen
geöffnet werden und Gas in den Hohlraum aus
der Verbrennungskammer strömen kann. Die durch
die vorgespannten Federn auftretende Kraft
und der auf die erste Fläche der Hülse wirkende
Druck des Gases aus der Verbrennungskammer
arbeiten zusammen, um die Bewegung der Hülse
in eine Richtung, in der die Öffnungen geöffnet
sind und Gas in den Hohlraum eintreten kann,
zu unterstützen. Die resultierenden Wirkungen
der jeweiligen auf die erste und zweite Fläche
gerichteten Gasdrücke und die auf die Hülse
wirkende Federkraft regelt den Druck des Gases
in dem Hohlraum auf einen vorbestimmten Wert
unter dem Gasdruck in der Verbrennungskammer.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und werden in der nach
folgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer
Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein erstes Aus
führungsbeispiel einer Gasgewinnungs-
und -speichereinheit,
Fig. 3 einen Schnitt durch ein zweites
Ausführungsbeispiel einer Gas
gewinnungs- und -speichereinheit,
Fig. 4 einen Schnitt durch ein drittes
Ausführungsbeispiel einer Gas
gewinnungs- und -speichereinheit,
Fig. 4A eine vergrößerte Ansicht eines
Bereiches A aus Fig. 4,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung durch
ein viertes Ausführungsbeispiel
der Gasgewinnungs- und -speicher
einheit,
Fig. 6 eine Teilansicht auf den Zylinder
kopf eines Motors, wobei die
darin eingebaute Gasgewinnungs
vorrichtung im Längsschnitt
gezeigt ist,
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht des
Bereiches A aus Fig. 6, und
Fig. 8 eine schematische Darstellung
einer Kraftstoffeinspritz
vorrichtung für einen Mehr
zylindermotor, der die Vor
richtungen nach Fig. 6 und 7
enthält.
In Fig. 1 ist eine typische Vorrichtung zur
Kraftstoffzufuhr an eine Verbrennungsmaschine
10 dargestellt, die einen Kraftstofftank 12,
eine Kraftstoffpumpe 14 zur Förderung von
Kraftstoff zu einer Kraftstoffzumeßeinheit 16
bei einem durch den Regler 18 festgesetzten
Druck aufweist. Die zugemessenen Kraftstoff
mengen werden einer Einspritzeinheit 20 zur
Einspritzung in die Verbrennungskammer 22
des Motors zugeführt. Die eingespritzte Kraft
stoffmenge wird durch einen elektronischen
Prozessor 24 festgelegt, der den Kraftstoff
anforderungen des Motors entsprechende Eingangs
signale vom Motor 10 erhält.
Die Einspritzung der zugemessenen Kraftstoffmenge
wird dadurch bewirkt, daß der Kraftstoff in einem
Gas bei einem Druck, der ausreicht, um den Kraft
stoff in die Verbrennungskammer gegen den darin
herrschenden Druck einzuspritzen, mitgeführt wird.
Das Gas wird von einer Gasgewinnungs- und
Speichereinheit 25 geliefert, die ein Gas
reservoir bei geregeltem Druck durch Extraktion
des Gases aus der Verbrennungskammer bildet,
wenn das Gas einen Druck über dem geregelten
Gasdruck aufweist.
Die Steuerung der Aufbringung des Gasdruckes
auf den Kraftstoff und das Timing der Kraftstoff
einspritzung in den Motor wird durch den Prozessor
24 bewirkt.
Weitere Informationen bezüglich des Aufbaus und
der Betriebsweise einer typischen Kraftstoff
zumeß- und -einspritzeinheit, die für die oben
beschriebene Vorrichtung zur Kraftstofförderung
geeignet ist, ist in den PCT-Anmeldungen
PCT/AU84/00150 und PCT/AU85/00176 und den
entsprechenden US-Patentanmeldungen Nos.
740067 und 849501 beschrieben, auf deren Offen
barungen hier Bezug genommen werden soll.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Gasge
winnungs- und Speichereinheit 30, die allgemein
in Fig. 1 mit 25 bezeichnet ist. Diese in Fig. 2
dargestellte Einheit umfaßt einen Körper 31
mit einem zylindrischen, mit einem Außengewinde
versehenen Stirnteil 32, das mit einer Gewinde
öffnung in dem Zylinderkopf des Motors zusammen
arbeitet. Im Inneren weist der Körper 31 eine
Gasspeicherkammer 33 und eine Gasaufnahmekammer 34
auf, die über den Durchgang 35 miteinander in
Verbindung stehen.
Die Gasaufnahmekammer 34 ist mit einer Öffnung 36
versehen, über die die Aufnahmekammer 34 mit der
Verbrennungskammer des Motors verbindbar ist.
Eine Kugel 37 arbeitet mit einem konischen Ventil
sitz 38 zusammen, um die Gasaufnahmekammer 34
von der Verbrennungskammer 22 zu trennen, wenn
die Kugel 37 mit dem Ventilsitz 38 in Eingriff
ist. Die Kugel 37 kann sich vom Ventilsitz 38
abheben, wie später beschrieben, damit das Gas
von der Verbrennungskammer durch die Öffnung 36
in die Gasaufnahmekammer 34 gelangen kann.
Koaxial zu der Öffnung 36 und die Kugel 37 ist
ein Steuerstab 40 angeordnet, der von einer oberen
und unteren Membran 41, 42 getragen wird, die
jeweils in der Gasspeicherkammer 33 und der Gasaufnahme
kammer 34 angeordnet sind. Der zwischen der
oberen und unteren Membran gebildete Hohlraum 43,
der eine zwischen einer am Körper 31 vorgesehenen
Schulter 46 und einem Flansch 47 an dem Stab 40
angeordneten Druckfeder 45 aufnimmt, ist über
eine Öffnung 44 mit der Atmosphäre verbunden.
Eine Öffnung 48 in der Gasspeicherkammer 33
ist über geeignete Kupplungs- und Verbindungs
mittel mit einem in der Einspritzeinheit 20
vorgesehenen Magnetventil verbindbar, um den
Gasstrom in die Kraftstoffeinspritzeinheit 20
zur Einspritzung des Kraftstoffes in den Motor
zu steuern.
Da die Fläche der Membran 41 größer ist als die
der Membran 42, wird bei gleichem Druck in den
Kammern 33, 34 eine nach unten auf den Stab 40
gerichtete Kraft auftreten, gegen die die
nach oben durch die Feder 45 auf den Flansch 47
an dem Steuerstab 40 aufgebrachte Kraft wirkt.
Wenn daher der Druck in den Kammern 33, 34
niedriger liegt als ein vorgegebener Wert,
der durch die Größe der Membranen 41, 42 und
die Eigenschaften der Feder 45 bestimmt ist,
wird der Steuerstab 40 durch die Feder 45 hoch
gehoben, wodurch die Kugel 37 abheben kann
und die Größe der Durchflußöffnung durch die
Öffnung 36 erhöhen kann, wenn der Druck in
der Verbrennungskammer über dem in der Kammer
34 liegt. Wenn allerdings der Druck in den
Kammern 34, 33 sich erhöht, wird sich der
Steuerstab 40 nach unten bewegen, wodurch der
Öffnungsgrad der Öffnung 36 begrenzt wird.
Eine einstellbare Anschlagschraube 39 begrenzt
die maximale Offenstellung der Öffnung 36.
Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß die
Kugel 37 immer entweder mit dem Sitz 38 oder
dem Stab 40 in Kontakt ist, wodurch ein Weg
für die Wärmeableitung von der Kugel vorge
sehen ist, um sie bei annehmbaren Temperaturen
zu halten. Zusätzlich ermöglicht der Unter
schied in den Flächen der Membranen 41, 42, daß
die Öffnung 36 genügend geöffnet wird, damit
die verlangte Gasmenge während des kurzen Zeit
raums, bei dem in der Verbrennungskammer hohe
Druckverhältnisse herrschen, in die Kammern 33, 34
gelangen kann. Dies bringt einen Vorteil für
die Minimierung des Leistungsverlustes von dem
Motor mit sich.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
für die Gasgewinnungs- und Speichereinheit 25
der Fig. 1, die einen Körper 50 mit einem
mit Gewinde versehenen zylindrischen Endteil 51
aufweist, das in eine Gewindeöffnung im Zylinder
kopf eingeschraubt werden kann. Eine Öffnung
steuert die Verbindung zwischen der Verbrennungs
kammer des Motors und einer Gasaufnahmekammer 53
mittels eines Kugelventils, wobei eine Kugel 54
mit einem Ventilsitz 55 zusammenarbeitet. Die
Kugel 54 hat eine durch die Schulter 63 bestimmte
feste Offenstellung, wobei entsprechend die
Öffnung 52 voll geöffnet ist, wenn der Druck in
der Kammer 53 niedriger als der Druck in der
Verbrennungskammer des Motors ist. Die Gasspeicher
kammer 56 empfängt das Gas von der Gasaufnahme
kammer 53 über die Öffnung 57, die durch das
Ventil 58 gesteuert ist. Das Ventil 58 ist über
einen steifen Stößel 59 mit der Membran 60
verbunden, auf die einerseits der Gasdruck
in der Kammer 56 und andererseits in einer
kombinierten Wirkung der Druckfeder 61 und
des atmosphärischen Drucks in ihrem belüfteten
Gehäuse wirkt.
Bei dieser Konstruktion wird das Gas in der
Aufnahmekammer 53 ungefähr beim maximalen Druck
in der Verbrennungskammer gehalten, wobei wie
benötigt Gas in die Gasspeicherkammer 56
abgezogen wird, um in ihr den durch die Feder
61 festgesetzten Druck aufrechtzuerhalten.
Die Speicherkammer 56 ist, wie oben erwähnt,
mit einem Magnetventil in der Kraftstoffeinspritz
einheit verbunden, damit das Gas für die Ein
spritzung des Kraftstoffes in den Motor in
geeigneter zeitlicher Relation zu dem Arbeits
zyklus zur Verfügung gestellt wird.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem die Gasgewinnungs- und Speichereinheit
integraler Bestandteil der Kraftstoffeinspritz
düse ist. Der Einspritzdüsenstößel 70 weist
eine mittlere Bohrung 71 auf, dessen unteres
Ende mit einer Öffnung 72 und einem Tellerventil
sitz 73 versehen ist. Der Stößel 70 durchgreift
das Gehäuse 74 und bildet mit ihm einen innen
liegenden Hohlraum 75. Eine Reihe von Öffnungen
76 sind umfänglich um die Öffnung 72 mit Abstand
angeordnet, über die die Verbrennungskammer
des Motors mit dem Hohlraum 75 in Verbindung steht,
damit Gas von der Verbrennungskammer in den
Hohlraum 75 strömen kann.
Eine Reglerhülse 77 ist gleitend in dem Hohlraum
75 gelagert, wobei Dichtungen 78, 79 den Gas
durchgang zwischen der Außenfläche der Regler
hülse 77 und den anliegenden Flächen des Körpers
74 verhindern. In dem Absatz zwischen der Regler
hülse 77 und dem Körper 74 sind mehrere Federn 80
angeordnet, die mit entsprechenden Schultern 77 a,
74 a derart in Eingriff treten, daß die Regler
hülse 77 durch die Federn 80 in der Zeichnung
nach oben gezwungen wird.
Das untere Ende der Reglerhülse 77 stellt eine
untere Ringfläche 81 dar, die dem Gasdruck
in der Verbrennungskammer ausgesetzt ist.
Das obere Ende der Reglerhülse bildet eine obere
Fläche 82 mit einer größeren Querschnittsfläche
als die untere Fläche 81, wobei sie dem Gasdruck
in dem Hohlraum 75 ausgesetzt ist. Wenn daher
die durch die gemeinsame Wirkung des Verbrennungs
kammergasdruckes auf die untere Fläche 81 und
die Federn 80 auftretende Kraft größer als die
Kraft ist, die durch den Gasdruck in dem Hohlraum 75
auf die obere Fläche 82 wirkt, wird die Regler
hülse 77 hochgehoben, wodurch die Öffnungen 76
für ein Durchströmen des Gases von der Verbrennungs
kammer in die Gasspeicherkammer 75 geöffnet werden.
Bei einem genügend großen Anstieg des Druckes
in der Kammer 75 kann die kombinierte Kraft durch
den Druck auf die untere Fläche 81 und die Wirkung
der Federn 80 überwunden werden, wodurch die
Reglerhülse 77 sich nach unten bewegt und die
Öffnungen 76 schließt.
Ein vergrößerter Teilschnitt in Fig. 4A zeigt den
Aufbau des unteren Endes der Reglerhülse 77 und der
Öffnungen 76 etwas genauer. Die Reihe von Öffnungen
76 arbeiten mit einer ringförmigen Nut 85 zusammen,
die sich durchgehend konzentrisch um die mittlere
Bohrung 71 in dem Einspritzstößel 70 erstreckt.
Ein steifer kreisförmiger Ring 86, der nach
Art eines Rückströmventils wirkt, ist ebenfalls
durchgehend und konzentrisch in bezug auf die
Achse der Bohrung 71 angeordnet und sitzt auf
den ringförmigen, innerhalb und außerhalb der
ringförmigen Nut 85 angeordneten Absätzen 87.
Die untere ringförmige Fläche 81 der Reglerhülse
77 stößt gegen den kreisförmigen Ring 86 und
hält ihn in dichtem Kontakt, um die ringförmige
Nut 85 abzuschließen. Wenn der Druck in der
Kammer unter den geregelten Druck fällt, hebt
der Druck in der ringförmigen Nut 85, der dem
Druck des Gases in der Verbrennungskammer ent
spricht, sowohl den Dichtring 86 als auch die
Reglerhülse 87 hoch, wodurch das Gas in die
Kammer 75 eintreten kann. Wenn der Druck in der
Kammer 75 wieder auf den Regeldruck steigt, be
wegen sich die Hülse 77 und der Dichtring 86
nach unten und schließen die ringförmige Nut 85 ab.
ln den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird das Gas aus der Verbrennungskammer für das
Einspritzen der zugemessenen Kraftstoffmenge
abgezogen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 5 wird dahingegen das Gas aus der Ver
brennungskammer als Druckquelle zum Komprimieren
einer frischen Luftladung, die zum Fördern der
zugemessenen Kraftstoffmenge verwendet wird,
angewandt. Diese Konstruktion hat den Vorteil,
daß das für die Einspritzung des Kraftstoffs
verwendete Gas keine Verunreinigungen aus der
Verbrennungskammer und insbesondere keine Ver
brennungsprodukte, die Korrosionsprobleme in
der Einspritzdüse auslösen könnten, aufweist.
Er wird insbesondere als geeignet für die Ver
wendung in einer Zweitaktverbrennungstaktmaschine
beschrieben, obwohl er auch für andere Ver
brennungskraftmaschinen geeignet ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist einen
Körper 100 mit einer Kompressionskammer 101
auf, die mit der Verbrennungskammer des Motors
über die Öffnung 102 in Verbindung steht. Die
Fläche der Öffnung kann durch den Einstellstab 103
verändert werden, allerdings kann in speziellen
Installationen eine Einstellung nicht verlangt
werden und die Öffnung kann entsprechend einer
geeigneten Größe für den speziellen Motor
ausgebildet sein.
Die Kompressionskammer 101 steht über eine Öffnung
104 und ein Klappenventil 105 mit dem Kurbel
gehäuse in Verbindung, wobei das Klappenventil
105 dann öffnet, wenn der Druck in dem Kurbelge
häuse über den Druck in der Kompressionskammer 101
steigt. Eine Gasablaßöffnung 106 steht ebenfalls
mit der Kompressionskammer 101 in Verbindung und
wird durch ein Klappenventil 107 gesteuert. Das
Klappenventil 107 ist derart ausgebildet, daß
die Öffnung 106 offenbleibt, wenn der Druckabfall
durch die Öffnung niedrig ist, aber schließt,
wenn der Druckabfall über einen vorgegebenen
Wert steigt. Die Klappe 107 ist weiterhin derart
berechnet, daß, wenn die Kompressionskammer 101
nur dem Druck der Luftzufuhr vom Kurbelgehäuse
des Motors ausgesetzt ist, die Öffnung offenbleibt
und Gas aus der Kompressionskammer 101 ausstößt.
Wenn allerdings der Druck in der Kammer 101
durch das Eintreten von Gas aus der Ver
brennungskammer des Motors steigt, dann wird
der Druckabfall über die Klappe 107 steigen,
wodurch sie die Ausstoßöffnung 106 schließt.
Eine Druckregeleinrichtung 110 weist ein Ventil
element 111 auf, das gleitend in einer Bohrung
112 geführt ist und dichtend mit einem Sitz
113 des Reglers in Eingriff oder außer Eingriff
tritt. Das Ventilelement 111 ist über einen
Stab 115 mit einer Membran 116 verbunden,
die dem Druck des Gases in einer Kammer 117
auf einer Seite und einer durch den atmosphä
rischen Druck und eine Feder 118 hervorgerufene
Regelkraft auf der gegenüberliegenden Seite
unterworfen ist. Wenn der Druck in der Kammer
117 unter den Regeldruck fällt, hebt sich das
Ventilelement 111 vom Sitz 113 ab und ver
bindet über die ringförmige Öffnung 120 die
Kammer 101 mit der Kammer 117. Die Kammer 117
ist über die Öffnung 119 und einer geeigneten
Leitung zur Zuführung des benötigten Gases
mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verbunden.
Ein Rückströmventil 114 verhindert bei ge
öffneter Öffnung 120 einen Rückstrom von der
Kammer 117 in die Kammer 101.
Wenn dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung
bei einer über das Kurbelgehäuse gespülten
Zweitaktmaschine angewandt wird, arbeitet es
wie folgt:
Wenn der Kolben des Motors in Abwärtsbewegung
(Expansion) ist, d.h. sich zum unteren Totpunkt
bewegt, steigt der Luftdruck in dem Kurbel
gehäuse des Motors und liefert über die
Öffnung 104 Luft in die Kompressionskammer 101,
wodurch diese mit Luft gefüllt wird. Beim Ver
dichtungshub des Kolbens, d.h. wenn der Kolben
sich zum oberen Totpunkt hin bewegt, bewirkt
der Kompressionsdruck in der Verbrennungs
kammer des Motors, daß Gas aus der Verbrennungs
kammer über die Öffnung 102 in die Kompressions
kammer 101 gelangt.
Der Druck in der Kammer 101 ist dann ausreichend,
damit das Klappenventil 107 die Ausstoßöffnung
106 und ebenfalls die Klappe 105 die Luftein
laßöffnung 104 schließt. Wenn der Druck in der
Verbrennungskammer weiterhin steigt, wird das
in die Kompressionskammer 101 eintretende Gas
die darin enthaltene Luftladung verdichten,
so daß unter hohem Druck stehende Luft zur
Verfügung steht, die durch das Reglerventil
element 111 hindurchgeht und in die Kammer 117
eintritt. Dieser Luftstrom wird selbstverständlich
nur auftreten, wenn der Druck in der Kammer 117
unterhalb des Regeldrucks liegt.
Während des darauffolgenden Expansionshubes in
dem Motor wird der Druck in der Kompressions
kammer 101 wieder fallen und die nächste Luft
ladung aus dem Kurbelgehäuse wird in die Kammer
101 eintreten und über die Ausstoßöffnung 106
das Gas verdrängen, das vorher aus der Ver
brennungskammer eingetreten ist. Die Kompressions
kammer 101 wird somit wieder mit einer frischen
Luftladung gefüllt und der oben beschriebene
Zyklus wird wiederholt.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich,
daß das in die Kammer 101 aus dem Motor
zylinder eintretende Gas während jedes Zyklus
ausgestoßen wird, so daß die in die Kammer 117
strömende komprimierte Luft, die anschließend
der Einspritzvorrichtung zur Verfügung steht,
nicht mit Verbrennungsprodukten aus dem
Zylinder verunreinigt ist.
Wenn es in einem anderen Ausführungsbeispiel
gewünscht ist, kann eine Mischung aus Luft
aus dem Motorkurbelgehäuse und Gas von der
Verbrennungskammer in der Kompressionskammer
101 für eine Förderung in die Kammer 117 ver
dichtet werden. Das Verhältnis von Luft und
Gas aus der Verbrennungskammer kann zu einem
festen Verhältnis durch geeignete Dimensionierung
der Öffnung 102 und einer zusätzlichen nicht
dargestellten in der Öffnung 104 eingegliederten
Öffnung gesteuert werden. Wenn gewünscht, kann
eine Einstellung der Größe mindestens einer der
Öffnungen beispielsweise durch den Einstellstab
103 vorgesehen sein, um das Verhältnis von Luft
zu Gas aus der Verbrennungskammer zu verändern.
Die Einstellung kann abhängig von den Betriebs
bedingungen des Motors gemacht werden.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird für eine
Zweitaktverbrennungskraftmaschine angewandt,
wobei Luft im Kurbelgehäuse für die Förderung
in die Verbrennungskammer komprimiert wird
und daher kann Luft in üblicher Weise aus dem
Kurbelgehäuse für den Eintritt in die Kompressions
kammer 101 entnommen werden. Bei anderen
Motoren können Vorkehrungen dafür getroffen
werden, daß Luft bei einem geeigneten Druck
für die Zulieferung in die Kammer 101 ver
fügbar ist.
Die Ausführungsbeispiele der Gasgewinnungs-
und Speichereinheit 25 nach den Fig. 2 bis 5
stellen jeweils Gas bei einem für die Einspritzung
des Kraftstoffes in den Motor geforderten Druck
ohne die Konstruktions- oder Funktionsnachteile,
die der Betrieb eines üblichen Kompressors
mit sich bringt, zur Verfügung. Diese Gas
gewinnungs- und Speichereinheiten können in
Motoren eingebaut sein, die für einen großen
Anwendungsbereich berechnet sind einschließlich
für Fahrzeuge aller Art, wie Automobile und
Schiffsfahrzeuge einschließlich von Außenbord
motoren.
Bei Mehrzylindermotoren kann für jeden Zylinder
eine einzelne Gasgewinnungs- und Speichereinheit
vorgesehen sein, wobei Gas der Kraftstoffein
spritzvorrichtung nur für diesen speziellen
Zylinder zugeführt wird oder jede Einheit
kann komprimiertes Gas zu einem gemeinsamen
Reservoir liefern, von dem jeweils Gas zu der
Einspritzvorrichtung jedes Zylinders zugeführt
wird. Andererseits kann ein oder mehrere Zylinder
mit einer Gasgewinnungs- und Speichereinheit,
wie oben beschrieben, versehen sein, die ein
gemeinsames Reservoir beliefert, von dem alle
Einspritzvorrichtungen versorgt werden. In einem
noch anderen Ausführungsbeispiel wird das komprimierte
Gas von einem Zylinder verwendet, um Gas einem
anderen Zylinder desselben Motors zuzuführen,
vorzugsweise bei zwei einzelnen Zylindern,
die bei außer Phase zueinander liegenden
Verbrennungszyklen arbeiten.
Das oben beschriebene Verfahren und die Vorrichtung
können bei Kraftstoffeinspritzsystemen für einen
breiten Bereich von Verbrennungskraftmaschinen
angewandt werden, die entweder als Zweitakt-
oder Viertaktmaschinen ausgebildet sind und
diese Verbrennungskraftmaschinen können für
Land- oder Schiffsfahrzeuge verwendet werden
einschließlich Automobilmotoren und Außenbord
motoren.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 5
sind die Mittel zur Druckregelung in der für
den oder jeden Zylinder vorgesehenen Vorrichtung
eingebaut. In einem Mehrzylindermotor können
erhebliche Kosten und Schwierigkeiten dadurch
gespart werden, daß nicht individuelle Regel
mittel in jeder Vorrichtung vorgesehen sind
sondern eine einzige Regelvorrichtung, die die
Gaszufuhr von den Vorrichtungen zu einem ge
meinsamen Reservoir steuert, wobei jede Kraft
stoffeinspritzdüse für jeden Zylinder das
komprimierte Gas von dem gemeinsamen Reservoir
erhält. In einer Ausführungsform wird das von
jedem Zylinder abgezogene Gas einer gemeinsamen
Leitung oder Reservoir zugeführt und das Gas
wird von dort zu jeder Einspritzdüse geleitet,
wobei der Druck des Gases durch eine einzige
Regelvorrichtung gesteuert wird.
Ein Ausführungsbeispiel in der oben angeführten
Form ist in den Fig. 6, 7, 8 dargestellt. Eine
Gasgewinnungsvorrichtung 125 nach den Fig.
6 und 7 besteht aus zwei Teilen und weist
einen Kopfteil 130 und einen Körperteil 129
auf, die koaxial zueinander angeordnet sind
und eine im wesentlichen zylindrische äußere
Form aufweisen. Der Kopfteil 130 ist mit sechs
Durchgängen 132 versehen, die sich über die
gesamte Höhe von der unteren Fläche 133 zur
oberen Fläche 134 erstrecken. Die Durchgänge
132 sind gleichabständig um die Achse des
Kopfteils 130 angeordnet und enden in einer
ringförmigen Vertiefung 135, die in der oberen
Fläche 134 des Kopfteils 130 angeordnet ist.
Die ringförmige Vertiefung 135 liegt koaxial
zur Achse des Kopfteils 130. Ein mittlerer
Hohlraum 136 im Kopfteil 130 ist am oberen
Ende durch einen Stopfen 137 abgeschlossen und
weist eine Reihe von radialen Durchgängen 126
auf, die sich von dem mittleren Hohlraum 136
zur äußeren Umfangsfläche des Kopfteils erstrecken,
um eine Verbindung zum Wasserkühlungshohlraum
des Zylinderkopfes, wie im folgenden beschrieben,
herzustellen.
Der Körperteil 129 weist eine mittlere Bohrung 138
auf, die sich axial über seine Länge erstreckt
und am oberen Ende 139 derart ausgebildet ist,
daß eine dichte Verbindung zu einer Leitung 140
hergestellt werden kann. Am unteren Ende weist
der Körperteil 129 eine Stirnfläche 141 parallel
zur oberen Stirnfläche 134 des Kopfteils auf.
Zwischen den Flächen 134, 141 ist ein kreisförmiger
Abstandsring 142 angeordnet, wobei der Körperteil 129
und der Kopfteil 130 durch einen Klemmring
am Umfang koaxial zusammengehalten sind
und der Abstandsring 142 zwischen ihnen ange
ordnet ist. Der Klemmring 144 ist radial
zusammengedrückt, um kraftschlüssig mit der
äußeren Fläche des Kopfteils 130 und des
Körperteils 129 in Eingriff zu treten und
sie in koaxialer Ausrichtung zueinander zu
halten.
Die untere Fläche 141 des Körperteils 129
ist mit einer ringförmigen Vertiefung 150
versehen, die koaxial und gegenüberliegend
zu der Vertiefung 135 angeordnet ist. In der
Fläche 141 sind weiterhin eine Reihe von radialen
Nuten 152 vorgesehen, die die kreisförmige
Vertiefung 150 schneiden und sich radial
nach innen erstrecken, wobei sie mit der mittleren
Bohrung 138 in Verbindung stehen.
In dem zwischen den Flächen 134 und 141 gebildeten
ringförmigen Spalt ist ein Ventilring 155
angeordnet. Der Ventilring liegt in der
mittleren Öffnung des Abstandsringes 142 mit
einem radialen Zwischenraum dazwischen und
hat eine geringere axiale Dicke als der Abstands
ring 142, so daß der Ventilring eine begrenzte
axiale Bewegung zwischen den Flächen 134 und 141
ausführen kann. Die radiale Breite des Ventil
ringes 155 ist derart bemessen, daß die ring
förmige Vertiefung 131 übergriffen wird.
Wenn der Ventilring 155 auf der oberen Stirnfläche
134 liegt, wird eine Fläche des Ventilringes 155
entsprechend der ringförmigen Fläche der Ver
tiefung 135 dem Druck der Gase in der Ver
brennungskammer des Motors ausgesetzt,
während die gegenüberliegende Fläche des
Ventilringes über seine gesamte Fläche dem
Druck unterliegt, der in der mittleren Bohrung
138 des Körperteils herrscht. Dies ist die
Anordnung des Ventilringes, wie sie in Fig. 7
gezeigt ist.
Wenn der Druck in der Verbrennungskammer aus
reichend höher als der in der mittleren Bohrung
138 ist, so daß die nach oben auf den Ventil
ring gerichtete Kraft, die von dem Gasdruck
in der ringförmigen Vertiefung 135 bestimmt
wird, größer ist als die auf die obere Seite
des Ventilrings durch den Druck in der mittleren
Bohrung 138 wirkende Kraft, wird sich der
Ventilring abheben, so daß der Kontakt mit der
Fläche 134 unterbrochen wird. Bei dieser ge
öffneten Stellung des Ventilrings kann das
Gas durch die Durchgänge 132 und die ringförmige
Vertiefung 135 hindurchtreten und in die mittlere
Bohrung 138 strömen.
Das Funktionsprinzip des Ventilringes 155 ist
ähnlich zu dem des Ringes 86 nach dem Ausführungs
beispiel 4, 4 a. Allerdings wird der Ventilring
155 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
keinem durch eine Reglerfeder bewirkten Druck
ausgesetzt, die im wesentlichen den Druck steuert,
bei dem der Ventilring sich abhebt, damit Gas
in die mittlere Bohrung 138 einströmen kann.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hängt
die Stellung des Ventilringes 155 nur von dem
Druckunterschied zwischen dem Gas in der ring
förmigen Vertiefung 135 und der axialen Bohrung
138 ab.
Um die oben beschriebene Anordnung an den
Zylinderkopf des Motors anzupassen, ist ein
geeigneter zylindrischer Durchgang 151 durch
den Zylinderkopf hindurch gebildet, wodurch
eine Verbindung mit dem Inneren der Ver
brennungskammer hergestellt ist und wobei
außerdem eine Verbindung mit einem in dem
Zylinderkopf für den Durchfluß von Kühlwasser
vorgesehenen Hohlraum, wie den Hohlraum 160
in Fig. 6 besteht. Eine Hülse 161 ist mit Preß
passung in das obere Breitende 162 des Durchganges
151 eingepreßt und der Körperteil 129 ist in
einem engen Gleitsitz in das Innere der Hülse
161 eingesetzt, wobei ein O-Ring 162 eine Dichtung
zwischen ihnen bildet. In einem anderen Aus
führungsbeispiel kann die Hülse Teil des Zylin
derkopfes sein.
Eine äußere Klemmplatte 145 ist über Schrauben
166 mit einer ringförmigen Schulter 155 an dem
Körperteil 129 befestigt, wobei der Kopfteil 130
gegen eine Schulter 167 in dem Durchgang 151
mit einem kompressiblen Dichtungselement 168
zwischen ihnen drückt. Wenn die Schrauben 166
einmal festgezogen sind, sind der Kopfteil 130
und der Körperteil 129 sicher zusammengeklemmt
und daher ist die Sicherungsfunktion des Klemm
ringes 144 überflüssig. Es wird daher darauf
hingewiesen, daß die Klemmfunktion des Klemmringes
144 nur benötigt wird, um die Teile zusammenzuhalten,
wenn sie noch nicht in dem Motor installiert sind,
und es ist nicht nötig, daß er den Kräften
die von den in den verschiedenen Abschnitten
der Vorrichtung im Betrieb auftretenden
Gasdrücken widersteht, da diese Drücke durch
die äußere Klemmplatte 145 aufgenommen werden.
Da der Durchgang 151 im Zylinderkopf in Verbindung
mit dem Hohlraum 160 im Zylinderkopf für die
Kühlflüssigkeit steht, kann die Kühlflüssig
keit durch die Durchgänge 126 und den Hohlraum
136 im Kopfteil 130 hindurchfließen und eine
Kühlung bewirken. Auch der weitgehend außen
liegende Absatz 165 in dem Körperteil 129 steht
mit der Kühlflüssigkeit in Verbindung, wodurch
eine weitere Kühlung des Körperteils vorgenommen
wird.
Fig. 8 zeigt schematisch einen Gaskreislauf,
der in einem Dreizylindermotor verwendet werden
kann. Eine Gasgewinnungseinheit entsprechend
den Fig. 6, 7 ist in jedem Zylinder vorgesehen,
um unter Druck stehendes Gas zur Verfügung zu
stellen, das die Einspritzung von zugemessenen
Kraftstoffmengen in den jeweiligen Zylinder
des Motors bewirkt. Jeder der drei Zylinder 171,
172, 173 sind mit einer Gasgewinnungseinheit
125 versehen, die Gas in eine als Gasreservoir
dienende gemeinsame Leitung 174 liefert. Da das
Reservoir nur eine relativ geringe Gasmenge
ausnehmen muß, kann die Leitung 174 aufgrund
ihrer Größe einfach und kostengünstig ausgebildet
sein. Die Gaszufuhr von der Leitung 174 zu der
Steuereinheit 175 der Kraftstoffeinspritzvor
richtung wird durch den Druckregler 176 in
der Weise gesteuert, daß der Gasdruck auf einen
vorbestimmten konstanten Wert gehalten wird.
Wenn das Gas an der Steuereinheit 175 den ge
forderten Druck aufweist, verhindert der Regler
176, daß das Gas von der Leitung 174 zur
Steuereinheit 175 fließt, und dadurch steigt
der Druck des Gases in der Leitung 174.
Aufgrund des steigenden Druckes in der Leitung
174 steigt ebenfalls der Druck in der mittleren
Bohrung 138 jeder Gasgewinnungseinheit, und
es wird verhindert, daß der Ventilring 155
in jeder Einheit 125 angehoben wird und weiteres
Gas von dem jeweiligen Zylinder des Motors
durch die Durchgänge 132 in die zentralen
Bohrungen 138 strömt. Wenn der Gasdruck an der
Steuereinheit 175 unter den geforderten Wert
fällt, arbeitet der Regler in der Weise, daß
Gas von der Leitung 174 zur Steuereinheit 175
fließen kann, wodurch der resultierende Druck
abfall in der Leitung 174 einen entsprechenden
Druckabfall in der mittleren Bohrung 138 erzeugt,
so daß die Ventilringe abheben und Gas von den
Zylindern des Motors in die Leitung 174 strömt.
Das Gas von der Steuereinheit 175 wird bei ge
regeltem Druck den Kraftstoffzumeß- und -einspritz
vorrichtungen 178 geliefert, die an den Zylindern
171, 172, 173 befestigt sind. Die Zumeß- und
Einspritzvorrichtungen 178 sind vorzugsweise
von einer Ausführungsform, wie sie in der
australischen Patentanmeldung No. 32 132/84
offenbart ist. Es können allerdings auch andere
Ausführungsformen der Zumeß- und Einspritz
vorrichtungen verwendet werden, bei denen
Gas unter Druck zur Einspritzung des Kraftstoffes
in den Motor angewandt wird, wobei jede der
Gasgewinnungseinheiten, wie oben beschrieben,
verwendet werden kann.
Die Vorrichtung, wie sie in den Fig. 6, 7 be
schrieben ist, kann derart modifiziert werden,
daß sie einen zentralen Kraftstofförder
durchgang und ein zugeordnetes Ventil, ähnlich
dem Kraftstoffdurchgang 71 und dem Ventil 72
in Fig. 4 aufweist.
Die vorliegende Erfindung wurde insbesondere
in Zusammenhang mit der Kraftstoffeinspritzung
direkt in die Verbrennungskammer des Motors
beschrieben, es ist aber selbstverständlich,
daß sie auch für die Kraftstoffeinspritz
vorrichtungen anwendbar ist, bei denen der
Kraftstoff in die Saugleitung des Motors
eingespritzt wird.
Claims (22)
1. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen
ein oder mehrere Verbrennungskammern aufweisenden
Verbrennungsmotor, bei dem eine in einer
Gasladung mitgeführte zugemessene Kraftstoff
menge direkt in jede Verbrennungskammer
bei jedem Arbeitsspiel durch den Druck der
Gasladung eingespritzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gas von mindestens einer Verbrennungs
kammer des Motors an ein Gasreservoir ge
liefert wird, daß die Lieferung des Gases
zu dem Reservoir in der Weise gesteuert wird,
daß das Gas im Reservoir über einem Druckwert,
der ausreicht, um eine direkte Einspritzung
des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer zu
bewirken, gehalten wird, und daß das Gas bei
geregeltem Druck aus dem Gasreservoir zur
Bewirkung der Einspritzung des Kraftstoffs
in die Verbrennungskammern gefördert wird.
2. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in
einen eine oder mehrere Verbrennungskammern
aufweisenden Verbrennungsmotor, bei dem eine
in einer Gasladung mitgeführte zugemessene
einzelne Kraftstoffmenge durch den Druck
des Gases einzeln in jede Verbrennungskammer
bei jedem Arbeitsspiel eingespritzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gas von
mindestens einer Verbrennungskammer des Motors
an ein Gasreservoir geliefert wird, daß die
Gaslieferung zu dem Gasreservoir in der Weise
gesteuert wird, daß es darin auf einem Druck
wert gehalten wird, der über dem maximalen
Kompressionsdruck in der Verbrennungskammer
vor dem Beginn der Verbrennung liegt und
daß das Gas bei einem geregelten Druck
von dem Gasreservoir geliefert wird, um
die zugemessene Kraftstoffmenge aufzu
nehmen und die Einspritzung dieses Kraft
stoffs in die jeweilige Verbrennungskammer
zu bewirken.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gas aus der Verbrennungs
kammer in das Gasreservoir geliefert wird,
wenn der Druck in der Verbrennungskammer
um einen vorbestimmten Wert größer ist
als im Gasreservoir.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gasdruck im Gas
reservoir vorherbestimmt ist und über dem
Kompressionsdruck vor der Zündung des
Kraftstoffes in der Verbrennungskammer liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gas aus der Ver
brennungskammer über eine Öffnung mit festen
Abmessungen in eine Zwischenkammer geliefert
wird, wenn der Druck in der Verbrennungskammer
über dem Druck in der Zwischenkammer liegt
und daß das Gas aus der Zwischenkammer dem
Gasreservoir zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zwischenkammer von dem Gas
aus der Verbrennungskammer während des Zeit
raums in Arbeitsspiel gereinigt wird, wenn der
Druck in der Verbrennungskammer unter dem
Druck in der Zwischenkammer liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Spülgas nach Beendigung
der Spülung in der Zwischenkammer zurück
behalten wird und von dem darauffolgend
gelieferten Gas aus der Verbrennungskammer
für eine Förderung in das Reservoir kompri
miert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungs
motor ein Mehrzylindermotor ist und das
Gas selektiv von einem einzelnen Gasreservoir
zur Einspritzung des Kraftstoffs in die
Verbrennungskammer jedes Zylinders geliefert
wird, wobei Gas aus der Verbrennungskammer
mindestens eines der Zylinder in das Gas
reservoir gefördert wird.
9. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in
einen eine oder mehrere Verbrennungskammern
aufweisenden Verbrennungsmotor, bei dem eine
in einer Gasladung mitgeführte zugemessene
Kraftstoffmenge dem Motor zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß Gas aus mindestens
einer Verbrennungskammer des Motors einem
Gasreservoir geliefert wird, daß die Gaszufuhr
zu dem Gasreservoir in der Weise gesteuert
wird, daß das Gas in dem Gasreservoir über
einem bestimmten Druck gehalten wird und daß
das Gas für eine Einspritzung von Kraftstoff
in den Motor bei einem geregelten Druck unterhalb
des bestimmten Druckes aus dem Gasreservoir
geliefert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gas dem Gasreservoir über
eine Öffnung mit variabler Fläche zugeführt
wird und daß die Fläche der Öffnung größer
wird, wenn der Druckunterschied zwischen
dem Gasreservoir und der Verbrennungskammer
innerhalb eines vorbestimmten Bereiches
des Druckunterschiedes steigt.
11. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in
einen Verbrennungsmotor, bei dem in Über
einstimmung mit der Kraftstoffanforderung
des Motors eine bestimmte Kraftstoffmenge
zugemessen wird, die zugemessene Kraftstoff
menge bei einem vorbestimmten Druck, der
zur Förderung des Kraftstoffs in den Motor
ausreicht, in einer Gasladung mitgeführt wird,
und die Gasladung und der mitgeführte Kraft
stoff in einer zeitlichen Abhängigkeit vom
Arbeitsspiel des Motors in denselben einge
spritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gasladung von einem Gasreservoir geliefert
wird, daß das Gas aus mindestens einer Ver
brennungskammer des Motors dem Reservoir
zugeführt wird, wobei die Zuführung des
Gases aus der Verbrennungskammer in der Art
geregelt wird, daß das Gas in dem Reservoir
auf dem vorbestimmten Druck gehalten wird.
12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor mit einer Zumeßvorrichtung
zur Vorbereitung einer zugemessenen Kraftstoff
menge in Übereinstimmung mit der Kraftstoff
anforderung des Motors, Mittel zur selektiven
Förderung der zugemessenen Kraftstoffmenge in
den Motor durch Mitführen in einer von
einem Gasreservoir gelieferten Gasladung,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein
richtung vorgesehen ist, die das Gas von
mindestens einer Verbrennungskammer des
Motors in das Gasreservoir fördert, daß
eine Steuereinheit die Förderung des Gases
von der Verbrennungskammer an das Gas
reservoir in der Weise steuert, daß der
Druck in dem Gasreservoir über dem für
die Einspritzung des Kraftstoffs in den
Motor benötigten Druck liegt, und daß
Mittel zur Lieferung des Gases vom Gas
reservoir bei einem geregelten Druck zur
Durchführung der Einspritzung des Kraft
stoffs in den Motor vorgesehen sind.
13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor mit einem oder mehreren
Verbrennungskammern mit einer Zumeßein
richtung zum Vorbereiten einzelner zuge
messenen Kraftstoffmengen, wobei jede
in einer Gasladung mitgeführt und einzeln
durch den Druck des Gases direkt in die
jeweilige Verbrennungskammer bei jedem
Arbeitsspiel eingespritzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung
zur Förderung von Gas aus mindestens einer
Verbrennungskammer des Motors zu einem
Gasreservoir vorgesehen ist, daß eine
Steuereinheit die Förderung des Gases
zu dem Gasreservoir derart steuert, daß
das Gas darin auf einem Druck gehalten wird,
der über dem maximalen Kompressionsdruck
in den Verbrennungskammern vor dem Beginn
der Verbrennung liegt, und daß Mittel zur
Lieferung des Gases vom Gasreservoir bei
einem geregelten Druck vorgesehen sind,
um die zugemessene Kraftstoffmenge auf
zunehmen und die Einspritzung des Kraft
stoffs in die jeweilige Verbrennungskammer
zu bewirken.
14. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 12
oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinheit zur Steuerung der Gasförderung
zu dem Reservoir derart ausgebildet ist,
daß die Förderung ermöglicht wird, wenn
ein vorbestimmter Druckunterschied zwischen
der Verbrennungskammer und dem Reservoir
besteht.
15. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein
heit zur Steuerung der Gasförderung zu dem
Reservoir mindestens eine Öffnung zur Ver
bindung der Verbrennungskammer mit dem
Reservoir und eine Ventilanordnung zum
Öffnen der Öffnung zum Einlassen des Gases
in das Reservoir aufweist, wenn der vor
bestimmte Druckunterschied besteht.
16. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl
von Öffnungen vorgesehen sind, wobei jede
mit einer ringförmigen Vertiefung in Ver
bindung steht, die eine axial gerichtete mit
dem Reservoir verbundene offene Seite aufweist
und daß die Ventilanordnung ein ringförmiges
Ventilelement besitzt, das koaxial zu der
ringförmigen Vertiefung liegt und axial
zwischen einer Schließstellung der offenen
Seite der ringförmigen Vertiefung und
einer Offenstellung mit Abstand zu der
offenen Seite der Vertiefung bewegbar ist,
wobei die axiale Bewegung durch die
Differenz im Gasdruck auf axial gegenüber
liegenden Seiten des ringförmigen Ventil
elementes durchgeführt wird.
17. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige
Ventilelement derart ausgebildet ist,
daß die dem Gasdruck in der ringförmigen
Vertiefung ausgesetzte Fläche des ring
förmigen Ventilelementes in seiner offenen
Stellung größer ist als in seiner geschlossenen
Stellung.
18. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 16
oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel
vorgesehen sind, die das ringförmige Ventil
element elastisch in die geschlossene
Stellung vorspannen.
19. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem
der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Gehäuse vorgesehen ist,
das die Öffnungen und die ringförmige Ver
tiefung aufweist und derart im Motor be
festigbar ist, daß die Öffnungen mit einer
Verbrennungskammer des Motors verbunden sind,
wobei das Gehäuse einen koaxial zu der ring
förmigen Vertiefung angeordneten, mit der
Verbrennungskammer verbundenen Kraftstoff
einspritzkanal und eine Ventilanordnung
zur Steuerung der Kraftstofflieferung
aus dem Kraftstoffeinspritzkanal in die
Verbrennungskammer aufweist.
20. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
das Reservoir einen in dem Gehäuse ange
ordneten ringförmigen Hohlraum aufweist,
wobei mindestens ein Teil des ring
förmigen Hohlraums sich in den Kraftstoff
durchgang herum erstreckt.
21. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorge
sehen sind, die eine Kraft auf das ring
förmige Ventilelement abhängig vom Druck
im Gasreservoir aufbringen, wodurch die
durch den Druck im Gasreservoir entwickelte,
direkt auf das ringförmige Ventilelement
wirkende Kraft ergänzt wird und das Ventil
element in der geschlossenen Stellung hält.
22. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 12
oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einrichtung zur Förderung des Gases zu
dem Gasreservoir eine Kompressionskammer,
eine Gasöffnung zum Verbinden der Kompressions
kammer mit der Verbrennungskammer des Motors,
wobei ein Ventil die Gasöffnung öffnet,
wenn der Druck in der Verbrennungskammer
den Druck in der Kompressionskammer um
einen vorbestimmten Druckunterschied über
steigt, eine Luftöffnung zum Verbinden
der Kompressionskammer mit einer Luftquelle
mit einer Luftquelle mit einem Einwegsventil
für den Lufteintritt von der Luftquelle
in die Kompressionskammer, eine Förder
öffnung zum Verbinden der Kompressions
kammer mit dem Gasreservoir, wobei ein
druckabhängiges Ventil den Strom durch die
Förderöffnung in der Weise steuert, daß
sie geöffnet wird, wenn der Druck im Gas
reservoir unter einem bestimmten Wert liegt
und eine gedrosselte Entlüftungsöffnung
aufweist, die die Kompressionskammer mit
der Umgebung verbindet, wobei die Anordnung
derart ausgebildet ist, daß bei Über
schreiten des Gasdrucks in der Verbrennungs
kammer über den Druck der Luftzufuhr die
Luft in der Kompressionskammer für eine
Lieferung in das Gasreservoir komprimiert
wird und daß die Luftquelle Luft an die
Kompressionskammer abgibt, wenn das Gas
ventil des Motors geschlossen ist, um das
Motorgas aus der Kompressionskammer durch
die Entlüftungsöffnung zu spülen.
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