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Dokumentenidentifikation DE2742797C2 07.06.1990
Titel Kraftstoffeinspritzanlage
Anmelder Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart, DE
Erfinder Knapp, Heinrich, Dipl.-Phys. Dr., 7250 Leonberg, DE
DE-Anmeldedatum 23.09.1977
DE-Aktenzeichen 2742797
Offenlegungstag 05.04.1979
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.06.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.06.1990
IPC-Hauptklasse F02D 3/02

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits eine Kraftstoffeinspritzanlage bekannt (DE-AS 12 90 009), bei der der mittels einer Kraftstoffpumpe geförderte Kraftstoff an einer einzigen Kraftstoffzumeßstelle zugemessen und nachfolgend mittels eines Verteilers auf einzelne Kraftstoffleitungen verteilt wird, von denen jede in eine bis zu diesem Punkt zur Luftführung dienende Transportleitung mündet, die stromaufwärts mit einer Luftquelle verbunden ist. Jede der Transportleitungen mündet in je eine einem der Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnete Luftansaugleitung. Dabei ergibt sich nicht nur der Nachteil, daß die Kraftstoffpumpe einen relativ hohen Kraftstoffdruck erzeugen muß, um den Kraftstoff über die langen Kraftstoffleitungen zu transportieren, sondern es ergeben sich auch relativ lange Kraftstoff-Transportzeiten von der Kraftstoffzumeßstelle zu den Einspritzstellen, und eine Voraufbereitung des Kraftstoffes mit Luft in jeder der Transportleitungen während des sehr kurzen verbleibenden Strömungsweges ist sehr gering. Die der einzigen Kraftstoffzumeßstelle nachfolgende Verteilung des Kraftstoffes auf die einzelnen Zylinder führt zu einer unerwünschten Ungleichverteilung. Außerdem erfordert der relativ hohe Kraftstoffdruck eine teure Kraftstoffpumpe.

Bei einer anderen bekannten Kraftstoffeinspritzanlage (DE-PS 9 00 631) wird der Kraftstoff ebenfalls an einer einzigen Kraftstoffzumeßstelle zugemessen und einer Kammer zugeführt, die Teil einer Transportleitung ist und in der stromaufwärts eine Luftpumpe liegt. Stromabwärts der Kammer wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels eines rotierenden Verteilers intermittierend auf zu den einzelnen Zylinderluftansaugleitungen führende einzelne Transportleitungen verteilt. Hierdurch läßt sich keine genaue Gemischverteilung auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine erreichen.

Eine weitere bekannte Kraftstoffeinspritzanlage (DE-AS 12 43 917) weist stromabwärts einer Schwimmerkammer eine einzige Kraftstoffzumeßstelle auf, stromabwärts welcher eine Pumpe und ein Verteiler vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffniederdruckeinspritzanlage zu schaffen, bei der eine genaue Kraftstoffzumessung, kurze Kraftstoff-Transportzeiten von den Kraftstoffzumeßstellen zu den Einspritzstellen und eine sehr gute Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzanlage möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß an der Kraftstoffzumeßstelle die Druckdifferenz durch ein Differenzdruckventil konstant haltbar ist, dessen bewegliches Ventilteil einerseits vom Kraftstoffdruck stromaufwärts der Kraftstoffzumeßstelle und andererseits vom Luftdruck in der Transportleitung an der Kraftstoffzumeßstelle beaufschlagt wird, so daß die Kraftstoffzumessung unabhängig von Luftansaugleitungsdruckschwankungen ist.

Vorteilhaft ist ebenfalls, daß der Luftdruck in der Transportleitung stromaufwärts der Kraftstoffzumeßstelle in einem konstanten Verhältnis zum Luftansaugleitungsdruck stromabwärts der Drosselklappe gehalten wird.

Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die Saugseite der Luftpumpe mit der Luftansaugleitung stromabwärts der Drosselklappe in Verbindung steht, so daß auch die zum Transport durch die Transportleitung benutzte Luft durch das Luftmeßorgan gemessen wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine beispielsweise Ausgestaltung eines Luftmeßorgans in der Luftansaugleitung einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 eine erste schematische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzanlage,

Fig. 3 und 4 eine Anordnung von Luftmeßorgan, Kraftstoffzumeß- und Mengenteilerventil und den Transportleitungen an der Luftansaugleitung,

Fig. 5 eine zweite Ausführung der Kraftstoffeinspritzanlage,

Fig. 6 eine dritte Ausführung der Kraftstoffeinspritzanlage.

Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1 strömt die angesaugte Verbrennungsluft stromabwärts eines nicht dargestellten Luftfilters in Pfeilrichtung in einen Luftansaugleitungsabschnitt 1, an den sich ein Abschnitt 2 mit einem darin angeordneten, als Stauklappe 3 ausgebildeten Luftmeßorgan anschließt und weiterhin durch einen Abschnitt 4 mit einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 5 und von dort zu einem oder mehreren nicht dargestellten Zylindern einer Brennkraftmaschine. Das als Stauklappe ausgebildete Luftmeßorgan 3 bewegt sich in dem entsprechend angepaßten Abschnitt 2 der Luftansaugleitung nach einer annähernd linearen Funktion der durch die Luftansaugleitung strömenden Luftmenge, wobei für einen konstanten vor dem Luftmeßorgan 3 herrschenden Luftdruck der zwischen Luftmeßorgan und Drosselklappe 5 herrschende Druck ebenfalls konstant bleibt. Das Luftmeßorgan 3 ist mit einer in den Luftansaugleitungswandungen gelagerten und die Luftansaugleitung quer durchdringenden Lagerwelle 7 fest verbunden und mit einer Dämpfungsklappe 8 versehen. Die Dämpfungsklappe 8 taucht bei einer Öffnungsbewegung des Luftmeßorgans 3 in einen Dämpfungsabschnitt 9 der Luftansaugleitung ein. Die durch die Dämpfungsklappe 8 und den Dämpfungsabschnitt 9 gebildete Kammer 10 steht über einen kleinen Spalt 11 zwischen der Stirnfläche der Dämpfungsklappe 8 und der Wandung des Dämpfungsabschnittes 9 mit der Luftansaugleitung stromabwärts des Luftmeßorgans 3 in Verbindung. Durch die Dämpfungsklappe wird erreicht, daß die durch die Saughübe hervorgerufenen Saugrohrdruckschwingungen praktisch keinen Einfluß auf die Winkelstellung des Luftmeßorgans haben.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, strömt die Verbrennungsluft stromabwärts der Drosselklappe 5 in eine Sammelansaugleitung 13 und von dort über einzelne getrennte Luftansaugleitungsabschnitte 14 zu den einzelnen Zylindern 15 der Brennkraftmaschine.

Durch die Lagerwelle 7 des Luftmeßorgans 3 kann entweder direkt oder über eine Kupplung das bewegliche Teil eines gestrichelt dargestellten Kraftstoffzumeßventils 17 betätigt werden. So ragt beispielsweise bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Lagerwelle 7 aus der Luftansaugleitung heraus und ist in einer Buchse 18 im Innern des Gehäuses des Kraftstoffzumeßventils 17 drehbar gelagert. In die Lagerwelle 7 sind Steuernuten 19 eingearbeitet, die je eine Steuerkante 20 aufweisen, die je nach Drehstellung der Lagerwelle 7 jeweils einen in der Buchse 18 vorgesehenen radialen Steuerschlitz 21 mehr oder weniger öffnen. Die Kraftstoffversorgung des Kraftstoffzumeßventils 17 erfolgt durch eine von einem Elektromotor 22 angetriebene Kraftstoffpumpe 23, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 24 ansaugt und über eine Kraftstoffleitung 25 der Steuernut 19 innerhalb des Kraftstoffzumeßventils 17 zuführt. Stromabwärts der Kraftstoffzumeßstelle 19, 20, 21 gelangt der zugemessene Kraftstoff in eine Transportleitung 27, die in den Luftansaugleitungsabschnitt 14 in unmittelbarer Nähe des Einlaßventils 28 jedes Zylinders 15 mündet. Stromaufwärts der Kraftstoffzumeßstelle 19, 20, 21 steht die Transportleitung 27 mit einer Kammer 29 eines Beschleunigungsanreicherungsgebers 30 in Verbindung, die ein Belüftungsventil 31 aufweist. Das Belüftungsventil 31 kann beispielsweise durch eine als bewegliches Ventilteil ausgebildete Kugel 32 gebildet werden, die mit einem festen Ventilsitz 33 zusammenarbeitet und die bei Öffnung des Ventils in einem Käfig 34 geführt wird, so daß Luft von einer Luftquelle über das Innere der Kammer 29 in die Transportleitung 27 gelangen kann. Als Luftquelle kann beispielsweise die Atmosphärenluft oder der Luftansaugleitungsabschnitt 1 zwischen Luftfilter und Luftmeßorgan 3 dienen. Die Kammer 29 des Beschleunigungsanreicherungsgebers 30 ist durch ein bewegliches Glied, insbesondere eine Membran 35 von einer weiteren Kammer 36 getrennt, in der eine die Membran 35 beaufschlagende Druckfeder 37 angeordnet ist und die mit dem Luftansaugleitungsabschnitt 13 stromabwärts der Drosselklappe 5 über eine Unterdruckleitung 38 in Verbindung steht. Die Zumessung des Kraftstoffes am Kraftstoffzumeßventil 17 erfolgt bei konstanter Druckdifferenz. Hierfür steht eine durch eine Membran 39 von einer Kammer 40 getrennte Kammer 41 eines Differenzdruckventils 42 über eine Leitung 43 mit der Steuernut 19 und die Kammer 41 über eine Leitung 44 mit der Transportleitung 27 stromaufwärts der Kraftstoffzumeßstelle 19, 20, 21 in Verbindung, so daß in der Kammer 41 der gleiche Druck herrscht, wie stromabwärts des Steuerschlitzes 21. Das Differenzdruckventil 42 wird in Schließrichtung durch eine Feder 45 beaufschlagt, die in der Kammer 41 angeordnet ist. Die Kraft der Feder 45 kann in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine verändert werden. Die Membran 39 dient als bewegliches Ventilteil des als Flachsitzventil ausgebildeten Differenzdruckventils 42 und arbeitet mit einem festen Ventilsitz 46 zusammen, über den Kraftstoff in eine Rückströmleitung 47 gelangen kann, die in den Kraftstoffbehälter 24 mündet.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 beschriebenen Kraftstoffeinspritzanlage ist folgende. Entsprechend der angesaugten Luftmenge wird das Luftmeßorgan 3 entgegen der Kraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder ausgelenkt, wodurch sich die Lagerwelle 7 gegenüber der Buchse 18 des Kraftstoffzumeßventils 17 verdreht und die Steuerkante 20 der Steuernut 19 einen entsprechenden Abschnitt des Steuerschlitzes 21 öffnet, so daß eine der angesaugten Luftmenge proportionale Kraftstoffmenge zugemessen werden kann. Um nun den mit möglichst niederem Druck geförderten und an der Kraftstoffzumeßstelle 19, 20, 21 zugemessenen Kraftstoff möglichst schnell zur Kraftstoffeinspritzstelle in der Luftansaugleitung 14 zu befördern und gleichzeitig die Kraftstoffaufbereitung zu verbessern, gelangt der zugemessene Kraftstoff stromabwärts der Kraftstoffzumeßstelle in die Transportleitung 27, in der infolge der an beiden Enden der Transportleitung herrschenden Druckdifferenz eine stetige Strömung in Richtung zum Luftansaugleitungsabschnitt 14 herrscht. Der zugemessene Kraftstoff wird in der Transportleitung 27 durch diesen Luftstrom mitgerissen und über eine Einspritzdüse 48 in den Luftansaugleitungsabschnitt 14 eingespritzt. Hierdurch erfolgt eine gute Voraufbereitung des zugemessenen Kraftstoffes mit Luft. Schwankungen des Druckes in der Luftansaugleitung haben durch die Anordnung des Differenzdruckventils 42 am Kraftstoffzumeßventil 17 keinen Einfluß auf die Kraftstoffzumessung. Um sicher zu stellen, daß auch bei einem Beschleunigungsvorgang, bei dem durch das Öffnen der Drosselklappe 5 der Druck in den Luftansaugleitungsabschnitten 13 und 14 ansteigt, noch eine sichere Einspritzung des Kraftstoffes über die Einspritzdüse 48 erfolgt, ist der Beschleunigungsanreicherungsgeber 30 vorgesehen, dessen Membran 35 bei einem plötzlichen Druckanstieg in der Sammelansaugleitung 13 eine Pumpbewegung in Richtung einer Verkleinerung der Kammer 29 ausführt, so daß die Kugel 32 des Belüftungsventils 31 auf den Ventilsitz 33 gepreßt wird und kurzzeitig eine Druckerhöhung in der Kammer 29 und damit in der Transportleitung 27 auftritt und eine ausreichend große Druckdifferenz zum Transport des zugemessenen Kraftstoffes über die Transportleitung 27 in den Luftansaugleitungsabschnitt 14 zur Verfügung steht. Die Kugel 32 des Belüftungsventils 31 ist vorteilhafterweise als Kunststoffkugel von geringem Eigengewicht ausgeführt, so daß der Druckabfall am Belüftungsventil möglichst klein gegenüber dem Druckabfall am Luftmeßorgan und der Ventilquerschnitt möglichst groß gegenüber einem im Leerlauf an der Drosselklappe vorbeiführendem Leerlaufbypass ist.

In den Fig. 3 und 4 ist die Anordnung des Luftmeßorgans 3, des Kraftstoffzumeßventils 17 und der Transportleitungen 27 an der Luftansaugleitung 1 bzw. an der Brennkraftmaschine dargestellt. Zur Verbesserung des Transportes der zugemessenen Kraftstoffmenge kann es ebenfalls zweckmäßig sein, der Transportleitung 27 jeweils ein stetiges Gefälle zur Einspritzstelle hin zu geben.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage sind die gegenüber den bisherigen Figuren gleich gebliebenen Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Zur Sicherstellung einer stets gleichbleibenden Druckdifferenz an der Transportleitung von ca. 0,5 bar steht die Transportleitung 27 nach dem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 5 stromaufwärts der Kraftstoffzumeßstelle 19, 20, 21 mit einer Luftpumpe 50 als Luftquelle und einer ersten Kammer 51 eines Luftdifferenzdruckventils 52 in Verbindung. Die Kammer 51 weist einen Ventilsitz 53 auf, der durch eine die erste Kammer 51 von einer zweiten Kammer 54 trennende Membran 55 gesteuert wird. In der zweiten Kammer 54 ist eine die Membran 55 in Schließrichtung des Luftdifferenzdruckventils 52 beaufschlagende Feder 56 angeordnet. Die Kammer 54 steht über eine Unterdruckleitung 57 mit dem Sammelansaugleitungsabschnitt 13 stromabwärts der Drosselklappe 5 in Verbindung. Über den festen Ventilsitz 53 des Luftdifferenzdruckventils 52 kann bei zu großem Differenzdruck Luft in die Atmosphäre entweichen. Durch Anordnung einer Drosselstelle 60 an der Einspritzdüse 48 kann eine weitere Verbesserung der Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erzielt werden. Die Verwendung einer Luftpumpe 50 als Luftquelle bietet den Vorteil, daß auch im Vollastzustand der Brennkraftmaschine in der Transportleitung 27 ein ausreichendes Druckgefälle zum Transport des zugemessenen Kraftstoffes zur Verfügung steht.

In der Fig. 6 sind ebenfalls die gegenüber den bisherigen Figuren gleichbleibenden Teile mit gleichbleibenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel dient ebenfalls eine Luftpumpe 50 als Luftquelle, deren Druckseite an die Transportleitung 27 stromaufwärts der Kraftstoffzumeßstelle 19, 20, 21 angeschlossen ist. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 jedoch die Saugseite der Luftpumpe 50 über die Unterdruckleitung 57 an die Sammelansaugleitung 13 stromabwärts der Drosselklappe 5 angeschlossen und die Leerlaufluftmenge wird durch einen in seinem Querschnitt durch eine Schraube 58 änderbaren Bypass 59 bestimmt. Durch diese Anordnung ergibt sich der Vorteil, daß die ganze, der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge durch das Luftmeßorgan gemessen wird und keine das Luftmeßorgan umgehende Luftmenge der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Die Luftpumpe arbeitet bei diesem Ausführungsbeispiel von einem veränderlichen Saugrohrdruck aus, was aber auf die Kraftstoffzumessung wegen der Anordnung des Differenzdruckventils 42 am Kraftstoffzumeßventil 17 keinen Einfluß hat.

Ein Druckbegrenzungsventil 61 über der Luftpumpe 50 sorgt dafür, daß der erzeugte Luftdruck in der Transportleitung nicht zu groß wird, falls die Luftpumpe motorangetrieben ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Kraftstoffeinspritzanlage für gemischverdichtende fremdgezündete Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit kontinuierlicher Einspritzung in die Luftansaugleitung, in der ein Meßorgan sowie eine willkürlich betätigbare Drosselklappe hintereinander angeordnet sind und das Meßorgan entsprechend der durchströmenden Luftmenge gegen eine Rückstellkraft bewegt wird und dabei das bewegliche Teil eines in der Kraftstoffleitung angeordneten Kraftstoffzumeßventils für die Zumessung einer der Luftmenge proportionalen Kraftstoffmenge verstellt, wobei der zugemessene Kraftstoff stromabwärts der Kraftstoffzumeßstelle in bis zu diesem Punkt zur Luftführung dienende Transportleitungen gelangt, die unmittelbar stromaufwärts jedes Zylindereinlaßventils der Brennkraftmaschine in jede der Luftansaugleitungen münden und andererseits mit einer Luftquelle verbunden sind und die Kraftstoffleitung stromaufwärts der Kraftstoffzumeßstelle mit einer Kraftstoffpumpe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffzumeßventil (17) je eine jedem Zylinder (15) der Brennkraftmaschine gesondert zugeordnete Kraftstoffzumeßstelle (19, 20, 21) umfaßt, die unmittelbar in die jedem Zylinder (15) gesondert zugeordnete Transportleitung (27) mündet und die Transportleitungen (27) stromaufwärts der Kraftstoffzumeßstellen (19, 20, 21) an der Druckseite einer als Luftquelle dienenden Luftpumpe (50) liegen.
  2. 2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportleitung stromaufwärts der Kraftstoffzumeßstelle (17; 19, 20, 21) mit einer ersten Kammer (51) eines Luftdifferenzdruckventils (52) verbunden ist und die erste Kammer (51) des Luftdifferenzdruckventils (52) einen Ventilsitz (53) aufweist, der durch ein die erste Kammer (51) von einer zweiten Kammer (54) trennendes bewegliches Glied (55) gesteuert wird und die zweite Kammer (54) eine das bewegliche Glied (55) beaufschlagende Druckfeder (56) aufweist und mit dem Luftansaugleitungsabschnitt (13, 14) stromabwärts der Drosselklappe (5) in Verbindung steht.
  3. 3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugseite der Luftpumpe (50) mit der Luftansaugleitung (13, 14) stromabwärts der Drosselklappe (5) in Verbindung steht.
  4. 4. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz an der Kraftstoffzumeßstelle (17; 19, 20, 21) durch ein Differenzdruckventil (42) konstanthaltbar ist, dessen bewegliches Ventilteil (39) einerseits vom Kraftstoffdruck stromaufwärts der Kraftstoffzumeßstelle (17; 19, 20, 21) und andererseits vom Luftdruck in der Transportleitung (27) an der Kraftstoffzumeßstelle (17; 19, 20, 21) beaufschlagt wird.
  5. 5. Kraftstoffeinspritzanlage nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportleitungen (27) so angeordnet sind, daß sie ein stetiges Gefälle zur Luftansaugleitung (14) hin aufweisen.






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