DE3817285A1 - Brennstoffeinspritzsystem - Google Patents
BrennstoffeinspritzsystemInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Brennstoffeinspritzsysteme sind für Brennkraftmaschinen vorgesehen, die in
Fahrzeuge eingesetzt werden und daher hohen Anforderungen hinsichtlich einer
genauen und störungsfreien Brennstoffzumessung unterliegen.
Die OS 17 51 128 offenbart eine elektronisch gesteuerte Einspritzvorrichtung mit ei
nem Zumeßsystem bestehend aus einem Zylinderabschnitt und einem Freikolben, der
den Zylinderabschnitt in zwei Kammern aufteilt, von denen eine über steuerbare
Kanäle entweder mit dem Brennstoffzuführsystem oder -rückführsystem in den Tank
verbindbar ist und die andere Kammer entweder über eine Drossel mit dem Zuführsy
stem oder mit dem Anschluß- bzw. Verteilersystem mit Einspritzventilen verbindbar
ist. Als Steuereinrichtung sind 3-Wegeventile vorgesehen. Die Bewegung des Freikol
bens soll durch einen Stellungsgeber (Wegmesser) in ein elektrisches Signal umgewan
delt werden, das durch elektronische Bausteine verarbeitet werden soll.
Diese Einspritzvorrichtung eignet sich nicht für eine sequentielle und selektive Ein
spritzung bei Mehrzylindermotoren.
Aus der OS 20 32 224 ist eine Einspritzvorrichtung bekannt, bei der die Brennstoffzu
messung durch einen in einem Zylinderabschnitt angeordneten Freikolben erfolgt, der
den Zylinderabschnitt in zwei Kammern aufteilt, die über elektrische Ventile entweder
mit dem Brennstoffzumeßsystem oder mit einem Verteilersystem mit Einspritzventilen
verbindbar sind. Die Steuerung erfolgt so, daß eine Kammer mit dem Brennstoffzu
führsystem und die andere mit dem Verteilersystem verbunden sind. Die Bewegung des
Freikolbens wird durch eine Regelstange begrenzt.
Diese Einspritzvorrichtung weist den Nachteil auf, daß für einen 4-Zylindermotor zwei
Einlaßventile und 4 Verteilerventile vorzusehen sind und darüber hinaus durch die Be
grenzung des Freikolbens mittels Regelstange Leckagen am Freikolben immer dann
auftreten müssen, wenn der Freikolben an die Regelstange anschlägt, wodurch eine Ist
werterfassung der eingespritzten Brennstoffmenge nicht möglich ist.
Darüber hinaus haftet beiden Vorrichtungen der Nachteil an, daß bei leichtsiedenden
Brennstoffen auftretende Dampfblasen die Brennstoffeinspritzung unterbrechen.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 angegebenes Brennstoffeinspritzsystem derart weiterzubilden, daß
weniger Bauteile benötigt, sequentielle und selektive Einspritzung erreichbar und eine
genaue Istwerterfassung möglich werden. Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, den
Einsatz leichtsiedender Brennstoffe zu ermöglichen.
Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merk
male gelöst.
Weitere Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angege
ben.
Mit der Erfindung erreichbare Vorteile sind in der Beschreibung eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels erwähnt.
Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems;
Fig. 2, 3, 4
die Zumeß- und Verteilereinheit in Schnitten;
Fig. 5
zeigt die Stellungen der Steuerquerschnitte des Drehschiebers der Zumeß- und Vertei
lereinheit in Beziehung zu den Arbeitstakten eines 4-Zylindermotors.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.
Der Brennstoff gelangt aus einem Brennstoffbehälter 1 über eine Vorlaufleitung 2 zur
Brennstoffpumpe 3 und von dort unter Druck über einen Feinfilter 4 zu einer Zumeß
und Verteilereinheit 5. Der im Überschuß geförderte Brennstoff wird von dort über
eine Rücklaufleitung 6, in welcher ein Differenzdruckventil 7 (Schließkörper mit
Federkraft gegen die Strömungsrichtung schließend) und ein Brennstoffdruckregler 8
angeordnet sind, in den Brennstoffbehälter 1 zurückgefördert. Ein Teilstrom der im
Überschuß geförderten Brennstoffmenge wird bei geöffneter Zumeßeinheit abgezweigt
und gelangt über eine Spülleitung 9 ebenfalls in die Rücklaufleitung 6. Der
zugemessene Brennstoff wird in zeitlicher Folge entsprechend der Zündfolge der
Brennkraftmaschine von der Zumeß- und Verteilereinheit 5 über Verteilerleitungen 10
Einspritzventilen 11 zugeführt und durch diese in Zylindereinlaßkanäle 12 eingespritzt.
Die für die Zumessung des Brennstoffes benötigte Einrichtung besteht aus einem
Meßsystem 13 für die Brennstoffeinspritzmenge mit Meßwertleitungen 14, einem
Zumeßventil 15 (Fig. 2) mit Ansteuerleitungen 16 und einem elektronischen
Steuergerät 17. Das elektronische Steuergerät 17 ist weiterhin über Ansteuerleitungen
18 mit der Brennstoffpumpe 3, Ansteuerleitungen 19 mit einem Synchronmotor 20 (Fig. 2)
und über Eingänge 21 zur Erfassung der Motorparameter und sonstiger Meßgrößen
verbunden.
Fig. 2, 3 und 4 zeigen die Zumeß- und Verteilereinheit 5 im Detail mit dem Zumeß
ventil 15 mit einem Ventilschließkörper 22. Bei geschlossenem Ventilschließkörper 22
wird der gesamte über die Vorlaufleitung 2 zuströmende Brennstoff über die Rücklauf
leitung 6 wieder in den Brennstoffbehälter 1 zurückgefördert. Soll in einen der
Zylindereinlaßkanäle 12 eingespritzt werden, so muß zunächst der Ventilschließkörper
22 gegen die Kraft einer Druckfeder 23 öffnen. Dies erfolgt durch Ansteuerung des
Zumeßventils 15 über die Ansteuerleitungen 16. Bei Ansteuerung wird eine
Magnetspule 24 mit elektrischem Strom beaufschlagt, wodurch sich ein Magnetfeld
ausbildet und den Ventilschließkörper 22 bis zum Anschlag an einen Zentralpol 25
öffnet. Dadurch gelangt Brennstoff unter Systemdruck in eine Vorverteilerkammer 26,
welche bei dem in den Figuren gezeigten Beispiel für einen 4-Zylinder-Viertaktmotor,
insgesamt vier Vorverteilerbohrungen 27 aufweist, die in der Wandung eines Dreh
schiebers 28 in der 5. und 6. Schnittebene jeweils um 90° versetzt angeordnet sind,
wie auch in Fig. 5 dargestellt ist. Bei Rotation des Drehschiebers 28 gelangt jeweils
nach 90° Drehung eine der Vorverteilerbohrungen 27 in Deckung mit einer von zwei
Vorsteuerbohrungen 29, wovon jeweils eine auf der 5. und 6. Schnittebene um 180°
versetzt angeordnet ist. Damit wird erreicht, daß der über das Zumeßventil 15 in die
Vorverteilerkammer 26 einströmende Brennstoff abwechselnd in Seitenbohrungen 30
und 31 strömt und aus diesen jeweils im gleichen Takt weiter über Zulaufkanäle 32
und 33 in Volumenkammern 34 und 35, welche in einer zylindrischen Bohrung angeord
net sind und durch einen schwimmenden Freikolben (Molch) 36 voneinander getrennt
sind (Fig. 4). Die Anordnung der Steuerquerschnitte im Drehschieber 28 auf der 1. bis
4. Schnittebene wurde so gewählt, daß zum Zeitpunkt der Brennstoffströmung durch
eine der beiden Volumenkammern 34 oder 35 jeweils auf dieser Seite keine hydrau
lische Wirkverbindung über Rückstromkanal 37 bzw. 38 und einen Versorgungskanal 39
bzw. 40 besteht. Lediglich ein kleinerer Teilstrom der Brennstoffmenge gelangt auf
dieser Seite über einen geöffneten Steuerquerschnitt des Drehschiebers 28 auf der 0.
Schnittebene über eine Drossel 41 und die Spülleitung 9 in die Rücklaufleitung 6
zwischen dem Differenzdruckventil 7 und dem Brennstoffdruckregler 8, wahlweise kann
auch eine Einmündung stromab des Brennstoffdruckreglers 8 vorgesehen werden. Der
Spülmengenstrom ergibt sich dabei aus dem freien Querschnitt der Drossel 41 und der
Druckdifferenz am Differenzdruckventil 7. Damit wird erreicht, daß einerseits
abwechselnd die eine und andere Seite des Kanalsystems von eventuell vorhandenen
Dampfblasen (insbesondere bei Start nach längeren Standzeiten des Motors bei hohen
Motorraumtemperaturen) freigespült wird und andererseits sich in der jeweils gerade
durchspülten Volumenkammer 34, 35 Druck aufbaut, der den Abspritzdruck der
Einspritzventile 11 übersteigt. Da sich der Druck über den schwimmenden Freikolben
36 auch jeweils sofort in die andere Volumenkammer überträgt, und auf dieser anderen
Seite jeweils einer der Steuerquerschnitte auf einer 1. bis 4. Schnittebene geöffnet ist,
wird beim Überschreiten des Abspritzdruckes Brennstoff abgespritzt. Entsprechend
dem abgespritzten Volumen bewegt sich der schwimmende Freikolben 36 in Richtung
der abspritzenden Seite, wodurch sich die jeweils durchströmte Volumenkammer in
gleichem Maße mit Brennstoff füllt. Sobald durch die fortlaufend durchzuführende
Messung der Freikolben positiv mittels des Meßsystems 13 für den Verstellweg des
Freikolbens 36 im Steuergerät 17 die Positionsänderung gegenüber Spritzbeginn erkannt
wird, die mit dem vom Steuergerät errechneten Sollwert für die abzuspritzende
Brennstoffmenge übereinstimmt, erfolgt die Abschaltung des Zumeßventils 15. Durch
Schließen des Zumeßventils 15 wird der Abspritzvorgang abgebrochen, da keine
Nachförderung von Brennstoff mehr erfolgt und die mit Federkraft in Schließrichtung
beaufschlagten Ventilschließkörper den Öffnungsquerschnitt (nicht in den Figuren
dargestellt) der Einspritzventile 11 schließen, wobei in den Verteilerleitungen 10 etwa
der Abspritzdruck der Einspritzventile 11 beibehalten wird.
Fig. 5 zeigt beispielhaft für einen Viertakt-Vierzylindermotor mit der Zündfolge
1-2-4-3 eine mögliche Anordnung der Steuerquerschnitte des Drehschiebers 28 für die
Steuerung der Vorverteilung auf der 5. und 6. Schnittebene sowie die Steuerquer
schnitte auf der 1. bis 4. Schnittebene für die Steuerung der sequentiellen Einspritzung
und die Anordnung der Steuerquerschnitte auf der 0. Schnittebene zur Steuerung der
Spülvorgänge. Unter der Voraussetzung, daß der Drehschieber 28 mittels Synchronmo
tor 20 (oder einem direkten mechanischen Antrieb) phasenrichtig mit Nockenwellen
drehzahl angetrieben wird, ist mit der beispielhaft gezeigten Anordnung der Steuer
querschnitte gewährleistet, daß entsprechend der Zündfolge die einzelnen Zylinder mit
Brennstoff versorgt werden (sequentiell). Wie aus Fig. 5 ersichtlich, erfolgt die Vorver
teilung in der oberen Reihe - entsprechend einem 1. Arbeitstakt - bei geöffnetem Zu
meßventil aus der Vorverteilerkammer 26 über die Vorverteilerbohrung 27 des Dreh
schiebers 28 und die Vorsteuerbohrung 29 in die Seitenbohrung 31. Von dort gelangt
der Brennstoff über den Zulaufkanal 33 in die in Fig. 4 ersichtliche Volumenkammer
35 und gleichzeitig über den Rückstromkanal 38 in den Versorgungskanal 40, von dem
aus über den geöffneten Steuerschnitt in der 0. Schnittebene der Brennstoff in die
Spülleitung 9 und aus diesem in die Rücklaufleitung 6 gelangt, die zum Brennstoffbe
hälter 1 führt.
Durch den in die Volumenkammer 35 einströmenden Brennstoff wird der in der Volu
menkammer 34 stehende Brennstoff unter Druck gesetzt und durch den geöffneten
Steuerquerschnitt in der 1. Schnittebene in die Verteilerleitung 10 und aus dieser über
das Einspritzventil 11 in den betreffenden Lufteinlaßkanal 12 gefördert. Steuerquer
schnitt des Drehschiebers ergeben in den Stellungen der unteren Reihen - entsprechend
den 2.-4. Arbeitstakten - eine sinngemäß gleiche Durchströmung bezogen auf die
anderen drei Verteilerleitungen 10. Die Zuteilung kann kennfeldabhängig und in
Abhängigkeit von weiteren Parametern auch phasenverschoben erfolgen, da
Spritzbeginn und -ende durch die Ansteuerung des Zumeßventils 15 zur Erreichung
optimaler Abgas-, Verbrauchs- und Leistungswerte in weiten Bereichen variiert werden
können. Zur Erweiterung des Öffnungsfensters ist es gegebenenfalls notwendig, die
Steuerbohrungen im Drehschieber 28 in der 1. bis 4. Schnittebene als Ringnuten am
Umfang des Schiebers auszuführen (ähnlich wie in der 0. Schnittebene), um die
Überdeckungswinkel der Steuerbohrungen auf der 5. und 6. Schnittebene zu vergrößern.
Weiterhin bietet das System die Möglichkeit der zylinderselektiven Brennstoffmengen
dosierung für Anwendungen mit zylinderspezifischer Sensorik und Regelstrategien
(Klopfen, Lambda, Ionenstrom, Lichtemission der Verbrennung, Laufunruhe u.a.).
Claims (5)
1. Brennstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen bestehend aus einem druckge
regelten Brennstoffzuführsysten, einer Zumeß- und Verteilereinheit mit Verteilerlei
tungen und Einspritzventilen, einem den Istwert der eingespritzten Brennstoffmenge
erfassenden Meßsystem, mit dessen Signal unter Einbeziehung weiterer Motorpara
metersignale in einem elektronischen Steuergerät ein Zumeßsignal gebildet und an
das Zumeßsystem ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet,
daß als Zumeßeinheit ein elektromagnetisch betätigtes Zumeßventil (15) vorgesehen ist,
daß als Verteilereinheit ein synchron mit den Brennkraftmaschinenwellen laufender Drehschieber (28) vorgesehen ist,
daß bei geöffnetem Zumeßventil (15) unter Druck stehender Brennstoff einmal über eine Spülleitung (9) in die Brennstoffrücklaufleitung (6) stromauf oder stromab des Brennstoffdruckreglers (8) und zum anderen in eine von zwei Volumenkammern (34, 35) beiderseits eines Freikolbens (36) geleitet wird, wobei die Verstellbewegung des Freikolbens (36) durch das Meßsystem für den Istwert der eingespritzten Brennstoff menge festgestellt wird.
daß als Zumeßeinheit ein elektromagnetisch betätigtes Zumeßventil (15) vorgesehen ist,
daß als Verteilereinheit ein synchron mit den Brennkraftmaschinenwellen laufender Drehschieber (28) vorgesehen ist,
daß bei geöffnetem Zumeßventil (15) unter Druck stehender Brennstoff einmal über eine Spülleitung (9) in die Brennstoffrücklaufleitung (6) stromauf oder stromab des Brennstoffdruckreglers (8) und zum anderen in eine von zwei Volumenkammern (34, 35) beiderseits eines Freikolbens (36) geleitet wird, wobei die Verstellbewegung des Freikolbens (36) durch das Meßsystem für den Istwert der eingespritzten Brennstoff menge festgestellt wird.
2. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom
Zumeßventil (15) zum Brennstoffbehälter (1) führenden Rücklaufleitung (6) stromauf
der Einmündung der Spülleitung (9) ein Differenzdruckventil (7) angeordnet ist.
3. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Spülleitung (9) eine Drossel (41) angeordnet ist.
4. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Drehschieber in einer Steuerebene (0. Schnittebene) die die Volu
menkammer (34 bzw. 35) füllenden Bohrungen gleichzeitig mit der Spülleitung (9)
verbinden.
5. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Meßsystem für den Istwert der eingespritzten Brennstoffmenge
(13) aus einem Wegmesser gebildet ist, der mit Laserstrahl, Ultraschall, Lichtstrahl
oder Induktion arbeitet.
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Family Applications (1)
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Country Status (2)
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DE (1) | DE3817285A1 (de) |
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Legal Events
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