DE3817285A1 - Brennstoffeinspritzsystem - Google Patents

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.

Stand der Technik

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.

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.