DE3915112A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit luftunterstuetzter einspritzung von kraftstoff - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit luftunterstützter Einspritzung von Kraftstoff in das Ansaugrohr einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Mit einer solchen Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird durch die Art der Zumessung und Einspritzung von Kraftstoff in das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine mittels Luftimpulse von Zyklus zu Zyklus eine im Vergleich zu anderen Kraftstoffeinspritzsystemen nur geringe Schwankung der eingespritzten Kraftstoffmenge und eine gute Gemischaufbereitung erzielt.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung der eingangs genannten Art (DE 37 05 848 A1) wird die Kraftzuführeinheit von einem Kraftstoffein- und einem Kraftstoffauslaßventil an der Zumeßkammer gebildet, die eine Kraftstoffzirkulation durch die Zumeßkammer von einem Kraftstoffeinlaßkanal zu einem Kraftstoffauslaßkanal sicherstellen. Jedes Ventil weist eine Membran oder Platte auf, die in Öffnungsrichtung federbelastet ist und in Schließrichtung mit einem Luftdruck belastet werden kann. Wenn durch das geschaltete Magnetventil Druckluft in die Zumeßkammer zum Ausblasen des Kraftstoffes eingeleitet wird, wirkt diese Druckluft auch auf die Membranen, und beide Ventile werden geschlossen. Eine zusätzliche Belüftungseinheit mündet benachbart zu der Kraftstoffzuführeinheit in der Gemischleitung und besitzt ein druckbetätigtes Belüftungsventil, z.B. ein Plattenventil, das auf der einen Seite den Druckbedingungen in der Gemischleitung und auf der anderen Seite atmosphärischen Bedingungen unterworfen ist. Mittels der Belüftungseinheit wird ein sekundärer Luftfluß in den Einspritzpausen erzeugt, der der Entfernung eines sich an der Innenwandung der Gemischleitung ablagernden Kraftstoffilms dient.

Diese bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist technisch sehr aufwendig konstruiert und bedingt durch einen hohen fertigungstechnischen Einsatz relativ hohe Herstellkosten. Außerdem ist die zugemessene Kraftstoffmenge immer gleich und ausschließlich von der konstruktiven Größe der Zumeßkammer abhängig. Allein das Gemischverhältnis, also das Verhältnis von Ausblasluft und Kraftstoffmenge, kann durch Änderung der Ansteuerzeit des Magnetventils beeinflußt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie konstruktiv sehr einfach aufgebaut und damit kostengünstig herstellbar ist. Die Verwendung eines herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventils für die Kraftstoffzumessung läßt nicht nur den Fertigungsaufwand sinken, sondern ermöglicht zugleich eine individuelle Zumessung des Kraftstoffs, so daß sowohl die eingespritzte Kraftstoffmenge als auch die zum Ausblasen der Kraftstoffmenge erforderliche Luftmenge getrennt beeinflußt werden können. Somit kann das Kraftstoff-Luftgemisch sowohl in der absoluten Menge als auch in der Zusammensetzung sehr viel besser an die momentanen Erfordernisse der Brennkraftmaschine angepaßt werden. Damit ist eine verbesserte Gemischaufbereitung möglich, die den zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine mit sehr magerem Gemisch und wesentlich reduzierten zyklischen Schwankungen ermöglicht. Eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und damit eine Verringerung der Schadstoffemission wird erreicht. Die Entlüftung der Zumeßkammer während der Einspritzpausen stellt dabei sicher, daß bei der während dieser Einspritzpausen erfolgenden Kraftstoffzumessung durch das Kraftstoffeinspritzventil in der Zumeßkammer Atmosphärendruck herrscht und somit das Kraftstoffeinspritzventil mit richtiger Druckdifferenz abspritzt, d.h. den Kraftstoff zumißt. Dadurch bleibt die dem Kraftstoffeinspritzventil eigene hochgenaue Dosierung der zugemessenen Kraftstoffmenge unverändert erhalten.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Kraftstoffeinspritzvorrichtung möglich.

Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine wäre jedem Zylinder jeweils ein Einspritzventil und eine Druckluftsteuervorrichtung, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist, zuzuordnen. Wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein Kraftstoffverteiler vorgesehen, so werden unabhängig von der Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine nur ein einziges Kraftstoffeinspritzventil und eine einzige Druckluftsteuervorrichtung benötigt. Letztere kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in den Kraftstoffverteiler integriert werden. Die Zumeßkammer im drehenden Rotor wird dann wechselweise mit der Druckluftquelle und mit Atmosphäre verbunden, wozu zwei Luftversorgungsbohrungen in dem den Rotor umschließenden Verteilergehäuse vorgesehen sind, die gegeneinander in Umfangsrichtung um einen Winkel versetzt sind, der der Hälfte des Versatzwinkels entspricht, um welche ebenfalls im Verteilergehäuse angeordnete Verteilerbohrungen zur Versorgung der zu den Zylindern führenden Gemischleitungen am Umfang gegeneinander versetzt sind.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Kraftstoffeinspritz­ einrichtung mit luftunterstützter Einspritzung von Kraftstoff,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Kraftstoffverteilers in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 4 eines Kraftstoffverteilers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbild ist mit 10 ein Zylinder einer Brennkraftmaschine bezeichnet, in welchem ein Verdichtungskolben 11 über ein Kurbelgetriebe 12 in einer hin- und hergehenden Bewegung angetrieben wird. Der Antrieb erfolgt durch eine Kurbelwelle 13. Im Kopf des Zylinders 10 ist ein Einlaßventil 14 und ein Auslaßventil 15 vorgesehen. Zu dem Einlaßventil 14 führt in bekannter Weise ein Ansaugrohr 16, in welchem eine Drosselklappe 17 angeordnet ist. Am anderen Ende ist das Ansaugrohr 16 von einem Luftfilter 18 abgeschlossen. Im Ansaugrohr 16 mündet unmittelbar vor dem Einlaßventil 14 eine Gemischleitung 19, die von einer Zumeßkammer 20 ausgeht und zu dieser hin von einem Rückschlagventil 21 mit zur Zumeßkammer 20 hin gerichteter Sperrichtung abgeschlossen ist. Von der Zumeßkammer 20 geht andererseits eine Luftleitung 22 ab, die an einem Ventilanschluß eines eine Druckluftsteuereinheit bildenden 3/2-Wege-Magnetventils 24 mit Federrückstellung angeschlossen ist. Von den beiden anderen Ventilanschlüssen des Magnetventils 24 ist der Ventilanschluß 25 mit einer Entlüftungsleitung 27, die im Ansaugrohr 16 zwischen Luftfilter 18 und Drosselklappe 17 mündet, und der andere Ventilanschluß 26 mit einem Druckluftspeicher 28 verbunden, der von einem Kompressor 29 auf einen konstanten Druck von etwa 2 bar gespannt ist. In der Luftleitung 22 ist noch eine Drossel 30 angeordnet. In die Zumeßkammer 20 ragt ein Kraftstoffeinspritzventil 31 mit seinem Mündungsstutzen 32 hinein. Das Kraftstoffeinspritzventil 31 ist von bekannter Bauart, wie sie beispielsweise in der DE 37 05 848 A1 beschrieben ist. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil wird elektromagnetisch betätigt, wobei durch die Ansteuerzeit des Elektromagneten die Öffnungszeit des Ventils festgelegt und damit die zugemessene Kraftstoffmenge bestimmt wird.

Die Kraftstoffversorgung des Zylinders 10 mittels der beschriebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung läuft in zwei getrennten zeitlich aufeinanderfolgenden Schritten ab:

Zunächst wird das Kraftstoffeinspritzventil 31 angesteuert und für eine durch die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine bestimmte Zeit t _i geöffnet. Das Kraftstoffeinspritzventil 31 spritzt eine durch die Öffnungszeit t _i festgelegte Kraftstoffmenge in die Zumeßkammer 20 ein. Während dieser Zumeßphase von Kraftstoff in die Zumeßkammer 20 befindet sich das Magnetventil 24 in seiner in Fig. 1 dargestellten unerregten Grund- oder Ruhestellung, in welcher der Ventilanschluß 23 mit dem Ventilanschluß 25 verbunden ist und damit die Zumeßkammer 20 über die Luftleitung 22 an Atmosphärendruck liegt. Beim Abspritzen des Kraftstoffs durch das Kraftstoffeinspritzventil 31 ist somit die richtige Druckdifferenz sichergestellt, so daß die Kennlinie des Kraftstoffeinspritzventils 31 nicht verändert wird.

Im zweiten Schritt wird nunmehr das Magnetventil 24 angesteuert, wodurch die Luftleitung 22 mit dem Druckluftspeicher 28 verbunden wird. Die nunmehr in die Zumeßkammer 20 einströmende Druckluft öffnet das Rückschlagventil 21 und bläst den in der Zumeßkammer 20 befindlichen Kraftstoff über die Gemischleitung 19 in das Ansaugrohr 16, wo dieses Kraftstoff-Luftgemisch bei geöffnetem Einlaßventil 14 in den Zylinder 10 der Brennkraftmaschine gelangt. Die Länge des Luftimpulses, mit welcher der Kraftstoff aus der Zumeßkammer 20 ausgeblasen wird, wird durch die Einschaltzeit t ₁ des Magnetventils 24 bestimmt. Bei konstantem Druck im Druckluftspeicher 28 kann somit die zum Ausblasen des Kraftstoffs aus der Zumeßkammer 20 gewünschte Luftmenge durch die Öffnungsdauer des Magnetventils 24 und durch den Querschnitt der Drossel 30 in der Luftleitung 22 bestimmt werden. Die Luftmenge kann so gewählt werden, daß bei Vollast noch genügend Spülluft zum vollständigen Entleeren der Zumeßkammer 20 trotz kurzer Einschaltzeit des Magnetventils 24 zur Verfügung steht.

Die beschriebene Kraftstoffeinspritzeinrichtung verbessert die Gemischaufbereitung. Die verbesserte Gemischaufbereitung erlaubt den Betrieb der Brennkraftmaschine mit homogenem mageren Gemisch mit geringen zyklischen Schwankungen. Verringerter Kraftstoffverbrauch und damit geringere Schadstoffemission ist die erwünschte Folge.

Bei der beschriebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung müßte bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine für jeden Zylinder 10 der Brennkraftmaschine eine Zumeßkammer 20 mit Kraftstoffeinspritzventil 31 und ein Magnetventil 24 vorgesehen werden. Um diesen großen Bauelementeaufwand zu verringern, ist es zweckmäßig, einen Kraftstoffverteiler vorzusehen, über den die einzelnen Zylinder 10 der Brennkraftmaschine aus einer einzigen Zumeßkammer 20 mit einem Kraftstoffeinspritzventil 31 und einer Druckluftsteuereinheit nacheinander versorgt werden.

In Fig. 2-4 ist ein solcher Kraftstoffverteiler 33 für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine im Längs- und Querschnitt dargestellt. Er besteht aus einem von der Nockenwelle für die Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine angetriebenen Rotor 34 und einem den Rotor 34 umschließenden Verteilergehäuse 35. Die Zumeßkammer 20 ist von einer zentralen Sackbohrung 36 im Rotor 34 gebildet, die stirnseitig von dem Kraftstoffeinspritzventil 31 abgeschlossen ist, wobei der Mündungsstutzen 32 mittels einer Dichtung 37 radial an der Bohrungswand abgedichtet ist. In der Sackbohrung 36 mündet nahe dem Bohrungsgrund eine im Rotor 34 schräg verlaufende Radialbohrung 38. Die Mündung 381 der Radialbohrung 38 am Umfang des Rotors 34 korrespondiert mit Mündungen 391 von Verteilerbohrungen 39 im Verteilergehäuse 35. Die Bohrungsachsen der radial verlaufenden Verteilerbohrungen 39 liegen in einer Ebene, die sich quer zur Rotorachse erstreckt. Für die vierzylindrige Brennkraftmaschine sind insgesamt vier Verteilerbohrungen 39 vorgesehen, die um 90° gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt sind. Jede Verteilerbohrung 39 mündet am Umfang des Verteilergehäuses 35 in einer koaxialen Anschlußbohrung 40 mit Anschlußgewinde 41. In die Anschlußbohrungen 40 werden die Gemischleitungen 19 eingeschraubt, von denen jeweils eine zu einem einem Zylinder 10 zugeordneten Ansaugrohr 16 führt.

Die Druckluftsteuereinheit ist im Kraftstoffverteiler 33 integriert. Hierzu sind im axialen Abstand von den Verteilerbohrungen 39 im Verteilergehäuse 35 noch zwei radial verlaufende Luftversorgungsbohrungen 42, 43 (Fig. 4) vorgesehen, die um einen Umfangswinkel von 45° gegeneinander versetzt sind. Jede Luftversorgungsbohrung 42, 43 mündet am Umfang des Verteilergehäuses 35 in eine Anschlußbohrung 44 bzw. 45 mit Innengewinde 46 bzw. 47. An der Anschlußbohrung 44 wird der Druckluftspeicher 28 angeschlossen, während die Anschlußbohrung 45 mit einer Entlüftungsleitung verbunden wird. Die Mündungen 421 und 431 der Luftversorgungsbohrungen 42, 43 korrespondieren mit den Mündungen 481 von im Rotor 35 von der Sackbohrung 36 nach außen verlaufenden Schrägbohrungen 48 (Fig. 2 und 4), die um 90° gegeneinander versetzt sind. Wie aus dem Vergleich der Fig. 3 und 4 hervorgeht, ist immer dann die Luftversorgungsbohrung 42 mit der Sackbohrung 36 verbunden, wenn eine Verteilerbohrung 39 über die Radialbohrung 38 in Verbindung mit der Sackbohrung 36 steht. Dies ist jeweils nach einer Drehung des Rotors 34 von 90° der Fall. Dazwischen, also jeweils nach Drehung des Rotors 34 um 45°, wird die Sackbohrung 36 über die Luftversorgungsbohrung 43 entlüftet.

Die Wirkungsweise der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist die gleiche wie vorstehend beschrieben. Die von dem Kraftstoffeinspritzventil 31 in die Sackbohrung 36 bei Atmosphärendruck eingespritzte Kraftstoffmenge wird bei entsprechender Rotorstellung in die Gemischleitung 19 ausgeblasen, die gerade durch die Radialbohrung 38 an die Sackbohrung 36 angeschlossen ist. Unabhängig von der Zahl der Zylinder 10 der Brennkraftmaschine ist nur ein Einspritzventil 31 erforderlich.

Will man auf die separate Entlüftungsleitung am Kraftstoffverteiler 33 verzichten, so kann - wie dies in Fig. 5 skizziert ist - die Luftversorgungsbohrung 43 entfallen. Das Verteilergehäuse 35 weist nurmehr noch die Luftversorgungsbohrung 42 auf, deren Anschlußbohrung 44 über eine Luftleitung mit der nunmehr als 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildeten Druckluftsteuereinheit verbunden ist. Luftleitung, 3/2-Wege-Magnetventil, Entlüftungsleitung und Druckluftspeicher sind identisch mit den entsprechenden Baueinheiten 22, 24, 27 und 28 in Fig. 1 und in gleicher Weise miteinander verbunden. Im Kraftstoffverteiler 33 ist dafür zu sorgen, daß die Sackbohrung 36 in allen Drehstellungen des Rotors 34 mit der Luftversorgungsbohrung 42 verbunden bleibt. Hierzu ist am Umfang des Rotors 34 eine Umfangsnut 49 vorgesehen, die alle vier Schrägbohrungen 48 miteinander verbindet.

Anstelle der in Fig. 1 zu sehenden Drossel 30 kann eine entsprechende Drossel auch am Ende der Gemischleitung 19 vorgesehen werden.

Claims (8)

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit luftunterstützter Einspritzung von Kraftstoff in das Ansaugrohr einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine mit einer Zumeßkammer, die einerseits über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Auslaßventil an einer im Ansaugrohr unmittelbar vor einem Einlaßventil der Brennkraftmaschine mündenden Gemischleitung angeschlossen und andererseits über eine Luftleitung mit einer Druckluftsteuereinheit verbunden ist, mittels welcher die Luftleitung während der Einspritzphasen zwecks Ausblasen von Kraftstoff aus der Zumeßkammer durch Luftimpulse von Entlüftung auf eine Druckluftquelle umschaltbar ist, und mit einer Kraftstoffzuführeinheit zum Zuführen von Kraftstoff in die Zumeßkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführeinheit von einem an sich bekannten, vorzugsweie elektromagnetisch betätigten Einspritzventil (31) gebildet ist, das mit seinem Mündungsstutzen (32) in die Zumeßkammer (20) hineinragt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßkammer (20) in einem Kraftstoffverteiler (33) integriert ist, der einen mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine umlaufenden Rotor (34) und ein den Rotor (34) umschließendes, mit den einzelnen Zylindern (10) der Brennkraftmaschine verbundenes Verteilergehäuse (35) aufweist (Fig. 2-4).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (34) eine die Zumeßkammer (20) bildende koaxiale Sackbohrung (36) aufweist, die stirnseitig von dem Kraftstoffeinspritzventil (31) abgeschlossen ist und in der eine Radialbohrung (38) mündet, daß das Verteilergehäuse (35) eine der Anzahl der Zylinder (10) der Brennkraftmaschine entsprechende Zahl von um gleiche Umfangswinkel gegeneinander versetzte radiale Verteilerbohrungen (39) aufweist, die in einer sich quer zur Rotorachse erstreckenden Ebene liegen und mit der Radialbohrung (38) im Rotor (34) korrespondieren, und daß an jeder Verteilerbohrung (39) eine Gemischleitung (19) angeschlossen ist, die zu einem einen Zylinder (10) der Brennkraftmaschine zugeordneten Ansaugrohr (16) führt (Fig. 2-4).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilergehäuse (35) eine radiale Luftversorgungsbohrung (42) aufweist, die bei Rotation des Rotors (34) in ständiger Verbindung mit der Sackbohrung (36) steht, und daß die Luftversorgungsbohrung (42) an der Luftleitung (22) angeschlossen ist (Fig. 5).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftsteuereinheit ein 3/2-Wege-Magnetventil (24) mit Federrückstellung ist, dessen mit der Luftleitung (22) verbundener erster Ventilanschluß (23) in der unerregten Ruhestellung des Magnetventils (24) mit einem zweiten Ventilanschluß (25) und in der erregten Arbeitsstellung des Magnetventils (24) mit einem dritten Ventilanschluß (26) verbunden ist, und daß der zweite Ventilanschluß (25) an einer im Bereich zwischen Luftfilter (18) und Drosselklappe (17) im Ansaugrohr (16) mündenden Entlüftungsleitung (27) und der dritte Ventilanschluß (26) an der Druckluftquelle (28) angeschlossen ist (Fig. 1).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftsteuereinheit im Kraftstoffverteiler (33) integriert ist und hierzu im Verteilergehäuse (35) in einer quer zur Rotorachse sich erstreckenden Ebene zwei Luftversorgungsbohrungen (42, 43) vorgesehen sind, die um die Hälfte des Versatzwinkels der Verteilerbohrungen (39) in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind und bei der Drehung des Rotors (34) wechselweise mit der Sackbohrung (36) in Verbindung treten, daß an der einen Luftversorgungsbohrung (42) die Druckluftquelle (28) und an der anderen Luftversorgungsbohrung (43) eine vorzugsweise mit einem Luftfilter (18) abgeschlossene Entlüftungsleitung (27) angeschlossen ist (Fig. 4).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftquelle als Druckluftspeicher (28) ausgebildet ist, der auf einen konstanten Druck, vorzugsweise 2 bar, vorgespannt ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftleitung (22) oder am Ausgang der Gemischleitung (19) eine Drossel (30) angeordnet ist.