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Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in das
Luftsaugrohrsystem von Ottomotoren
Die Erfindung betrifft eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in das Luftsaugrohr- system von Ottomotoren mit einer über ein Kraftstoff-Saugleitungssystem mit dem Kraftstoffvorratsbe- hälter verbundenen, durch den Ottomotor antreibbaren Kraftstoffpumpe, durch die über ein Kraftstoff-
Druckleitungssystem mindestens einer in dem Luftsaugrohrsystem angeordneten Einspritzdüse der einzu- spritzende Kraftstoff zugeleitet wird.
Bei einer bekannten Einspritzeinrichtung dieser Art wird der Druck in der Kraftstoff-Druckleitung mittels eines Überströmventils konstant gehalten und der Kraftstoff konstanten Druckes über ein Kraft- stoffzumessventil einem Kraftstoffverteiler in steuerbaren Mengen zugeleitet. Diese Einspritzeinrichtung eignet sich jedoch nur zur Darstellung der sogenannten Propellerkurve für Flugmotoren und Bootsmotoren. Sie eignet sich dagegen nicht für die Verwendung bei Kraftfahrzeugmotoren.
Bei einer andern bekannten Einspritzeinrichtung wird der Druckabfall über der Kraftstoffpumpe mit- tels eines Druckbegrenzungsventils konstant gehalten. Der von der Kraftstoffpumpe geförderte Kraftstoff konstanten Differenzdruckes wird über ein kompliziertes Leitungs-und Ventilsystem, das einen drehzahlabhängigen Fühler, einen lastabhängigen Fühler, ein Steuerventil, ein Rückschlagventil, ein Rückflussventil mit negativer Kennlinie und weitere Ventile aufweist, dem Kraftstoffverteiler zugeführt.
Diese Einspritzeinrichtung ist in der Herstellung teuer und infolge ihrer Kompliziertheit auch störanfällig und schwer einzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Ottomotoren, insbesondere fürOttomotoren von Kraftfahrzeugen, zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Einspritzeinrichtungen dieser Art nicht aufweist. Auch ist es ein Ziel der Erfindung, eine in der Herstellung einfache und betriebssichere Kraftstoffeinspritzeinrichtung der vorgenannten Art zu schaffen, die eine besonders genaue, stöchiometrische Dosierung des einzuspritzenden Kraftstoffes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in das Luftsaugrohrsystem von Ottomotoren mit einer über ein Kraftstoff-Saugleitungssystem mit dem Kraftstoffvorrats- behälter verbundenen, durch den Ottomotor antreibbaren Kraftstoffpumpe, durch die über ein KraftstoffDruckleitungssystem mindestens einer Einspritzdüse, die in dem mindestens ein Ansaugrohr aufweisenden Luftsaugrohrsystem angeordnet ist, der einzuspritzende Kraftstoff zugeleitet wird, wobei das KraftstoffDruckleitungssystem mit dem Kraftstoff-Saugleitungssystem über eine Kraftstoffrückführvorrichtung verbunden ist, die der Zurückführung derjenigen geförderten Kraftstoffmenge dient, die die sich aus dem stöchiometrischen Verhältnis Kraftstoff/Luft ergebende Kraftstoffmenge übersteigt,
erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Kraftstoffpumpe als eine mindestens ein rotierendes Verdrängerglied aufweisende Verdrängerpumpe ausgebildet ist, die mit einer zu der Drehzahl des Ottomotors proportionalen Drehzahl angetrieben ist, dass ferner die Kraftstoffrückführvorrichtung ein erstes und ein zweites Rückflussventil aufweist, die in parallelen Leitungszweigen angeordnet sind, und von denen mindestens das erste Rückflussventil an ein zwischen der Förderpumpe und einem Mindestdruckventil befindliches Druckleitungteilstück des Druckleitungssystems angeschlossen ist, wobei das erste Rückflussventil einen konstanten, vorzugsweise einstellbaren Drosselwiderstand und das zweite Rückflussventil eine Stellvorrichtung zur
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Verstellung seines Drosselwiderstandes in Abhängigkeit des Verbrennungsraum-Füllungsgrades aufweist,
und dass die Einspritzdüse als offene Düse ausgebildet ist.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Ausbildung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine ge- naue Dosierung bei allen auftretenden Lastzuständen und Drehzahlen erreicht werden kann. Die Kapa- zität derverdrängerpumpe ist hiebei so bemessen, dass sie Kraftstoff im Überschuss fördert. Der Gesamt- widerstand des Druckleitungssystems, einschliesslich des Widerstandes der Einspritzdüse oder der Ein- spritzdüsen und des Mindestdruckventils bewirkt in Verbindung mit der Förderkennlinie der Verdrängerpumpe eine fördermengenabhängige Druckanhebung im Druckleitungssystem. Durch diesen Druck wird der überschüssige Kraftstoff über die Kraftstoffrückführvorrichtung in den Kraftstoffvorratsbehälter bzw. in das Saugleitungssystem zurückgefördert.
Durch entsprechende von jedem Fachmann leicht durchzuführende Abstimmung der verschiedenen die Dosierung beeinflussenden Widerstände unter sich und auf die Förderkennlinie der Verdrängerpumpe wird die Dosierung auf die gewünschte Absolutgrösse bzw. den gewünschten funktionellen Verlauf eingestellt.
Es hat sich gezeigt, dass im allgemeinen ein maximaler Druck von 2 bis 6 atü im Druckleitungssystem besonders günstig ist. Das Mindestdruckventil hat hiebei die Aufgabe, bei niedrigen Drehzahlen und damit einer entsprechend niedrigen Fördermenge den Druck auf der Druckseite der Kraftstoffrück- führvorrichtung anzuheben, um in dem unteren Drehzahlbereich eine verstärkte Rückführung von Kraftstoff zu bewirken, wodurch bei der Kraftstoffdosierung der bei niedrigen Drehzahlen relativ schlechteren Füllung des bzw. der Verbrennungsräume des Ottomotors Rechnung getragen werden kann.
Die von der Grösse des Füllungsgrades abhängige Steuerung der Kraftstoffrückführvorrichtung wird, da der Füllungsgrad direkt nur schwer zu messen ist, zweckmässig durch indirekte Messung ermittelt, u. zw. durch Messung des im Saugrohr herrschenden Unterdruckes. Zwischen beiden Grössen besteht ein funktioneller Zusammenhang.
Ausser dem Füllungsgrad muss bei der Dosierung des Kraftstoffes auch die Drehzahl berücksichtigt werden. Dies erfolgt bei der erfindungsgemässen Einrichtung durch die Förderkennlinie der Verdrängerpumpe, deren Drehzahl infolge ihres starren Antriebes durch den Ottomotor proportional zu dessen Drehzahl ist, u. zw. steigt bei Verdrängerpumpen die geförderte Kraftstoffmenge bei kleinen Förderdrücken in weiten Grenzen ungefähr proportional zu der Drehzahl an.
Verdrängerpumpen dieser Art, insbesondere Zahnradpumpen, können jedoch auch die Eigenschaft haben, dass ihr volumetrischer Wirkungsgrad bei niedrigen Drehzahlen kleiner als bei höheren Drehzahlen ist, konstanten Förderdruck vorausgesetzt. Ferner kann der volumetrische Wirkungsgrad mit steigendem Förderdruck absinken, konstante Drehzahl vorausgesetzt. Diese im allgemeinen an sich unerwünschten Eigenschaften können erfindungsgemäss dazu verwendet werden, die Dosierung der Füllungsgradcharakteristik von Ottomotoren noch besser anzupassen und damit die Dosiergenauigkeit auf einfachste Weise noch weiter zu erhöhen. Und zwar ist diese Füllungsgradcharakteristik dadurch gekennzeichnet, dass der Füllungsgrad in einem unteren Drehzahlenbereich mit steigender Drehzahl zunimmt und in einem oberen Drehzahlenbereich mit steigender Drehzahl abnimmt.
Dieser Charakteristik kann erfindungsgemäss dadurch Rechnung getragen werden, dass die Verdrängerpumpe unter den Betriebsbedingungen einen volumetrischen Wirkungsgrad aufweist, der ebenfalls über einen unteren Drehzahlenbereich mit zunehmender Drehzahl ansteigt und über einen oberen Drehzahlenbereich mit zunehmender Drehzahl absinkt.
Dieser hier günstige drehzahlabhängige Verlauf des volumetrischen Wirkungsgrades kann durch die vorgenannten Eigenschaften von Verdrängerpumpen, insbesondere Zahnradpumpen, durch geeignete von jedem Fachmann durchzuführende Abstimmung der Grösse der druckseitigen Strömungswiderstände auf die Fördercharakteristik der Pumpe herbeigeführt werden. Zu den Strömungswiderständen zählen hiebei die Widerstände des Druckleitungssystems, des Mindestdruckventils, der Kraftstoffrückführungsvorrich- tung und der Einspritzdüsen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung einer Zahnradpumpe als Kraftstoffpumpe zwar besonders vorteilhaft ist, dass jedoch auch Verdrängerpumpen anderer Bauart verwendet werden können, sofern sie ähnliche Fördereigenschaften wie Zahnradpumpen haben.
Das Mindestdruckventil kann zweckmässig als federbelastetes Rückschlagventil, beispielsweise als Kugelventil, ausgebildet sein.
Wenn der Ottomotor eine Mehrzahl von Verbrennungsräumen aufweist, dann ist es im allgemeinen zweckmässig, den Kraftstoff nicht in ein gemeinsames Luftsaugrohr, sondern in getrennte, den einzelnen Verbrennungsräumen zugeordnete Saugrohre einzuspritzen. Zu diesem Zweck kann ein an sich bekannter und deshalb nicht näher erläuterter Kraftstoffverteiler vorgesehen sein, von dem die zu den Saugrohren führenden Kraftstoffleitungen abzweigen.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 ein Diagramm des in einem Verbrennungsraum eines Ottomotors herrschendenmittlerenArbeitsdruckes inFunk- tion der Motordrehzahl, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Kraftstoffenspritzeinrichtung und Fig. 3 eine Variante der Anordnung der Einspritzdüse.
In den Zeichnungen sind sich entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm entspricht die Abszisse der Drehzahl eines Ottomotors und die Ordinate dem in den Verbrennungsräumen dieses Motors herrschenden mittleren Arbeitsdruck. Die
Kurve 10 gibt den drehzahlabhängigen Verlauf des mittleren Arbeitsdruckes Pm bei Vollast und die Kurve 11 bei Teillast wieder. Kurvenparameter ist die Stellung der Motorleistungssteuervorrich- tung. Der mittlere Arbeitsdruck ist-stöchiometrisches Verhältnis Kraftstoff/Luft vorausgesetzt-eine Funktion des Füllungsgrades. Wie man aus dem nichtlinearen Verlauf der Kurven 10 und 11 ersieht, muss in dem unteren Drehzahlenbereich zur Herbeiführung eines stöchiometrischen Gemisches relativ weniger Kraftstoff als in dem mittleren Drehzahlenbereich zugeführt werden.
Ab einer vorbestimmten günstigen Drehzahl, die bei der Kurve 10 an dem Punkt 12 liegt, muss dann mit weiter ansteigender Drehzahl wieder relativ weniger Kraftstoff zugeführt werden.
Es ist ein besonderes Ziel der Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu schaffen, beider mit einfachen technischen Mitteln die Dosierung des Kraftstoffes so vorgenommen wird, dass dem in Fig. 1 dargestellten Verlauf des mittleren Arbeitsdruckes Rechnung getragen wird.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung erfolgt dies durch Verwendung einer Zahnradpumpe 13 als Kraftstofförderpumpe in Verbindung mit der dargestellten Ausbildung der kraftstofführenden Elemente und Leitungen. Wie bereits erwähnt, ist hier auch die richtige Abstimmung der Grösse der Strömungswiderstände dieser Elemente und Leitungen auf die Pumpenfördercharakteristik von Bedeutung bzw. durch die richtige Abstimmung kann die Fördercharakteristik der Pumpe in der für die genaue Dosierung erforderlichen Weise eingestellt werden. Die Kraftstoffpumpe 13 fördert den aus einem nicht näher dargestellten Kraftstoffvorratsbehälter über die Saugleitung 14 zufliessenden Kraft- stoff in die Druckleitung 15.
Auf der Saugseite ist erfindungsgemäss eine an sich bekannte und deshalb nicht näher dargestellte Druckregelvorrichtung 16 zur Konstanthaltung des in der Saugleitung 14 herrschenden Druckes vorgesehen. In die Druckleitung 15 sind zwei im ganzen mit 17a und 17b bezeichnete Mindestdruckventile eingesetzt, von denen das Ventil 17b hier den höheren Öffnungsdruck hat. Durch das Mindestdruckventil 17a wird der Druck in dem in Strömungsrichtung vor ihm liegenden Druckleitungsteil 15a bei niedrigen Drehzahlen der Zahnradpumpe 13 auf seinen Öffnungsdruck angehoben. Hiedurch wird der Kraftstoffrückfluss über das Rückflussventil in dem betreffenden niedrigen Drehzahlenbereich relativ erhöht, wodurch dem drehzahlabhängigen Verlauf des mittleren Arbeitsdruckes bei niedrigen Drehzahlen mit Rechnung getragen werden kann.
Durch das bevorzugt vorgesehene zweite Mindestdruckventil 17b kann die Dosiergenauigkeit in dem unteren Drehzahlenbereich noch weiter verfeinert werden. In vielen Fällen ist es allerdings ausreichend, wenn lediglich eines der beiden Mindestdruckventile vorgesehen ist.
Hinter dem Mindestdruckventil 17b ist ein Kraftstoffverteiler 20 angeordnet, von dem aus der Kraftstoff über die Leitungen 21 - 24 den zugeordneten Saugrohren, von denen eines bei 25 angedeutet ist, zugeleitet wird. In das einzelne Saugrohr wird der Kraftstoff mittels je einer Einspritzdüse 26 eingespritzt.
Um bei schnellem Lastwechsel die Kraftstoffzufuhr diesem Lastwechsel schnell anzupassen, ist erfindungsgemäss eine im ganzen mit 90 bezeichnete Beschleunigerpumpe angeordnet, die ein Pumpengehäuse 91 hat, in dessen Zylinder 92 ein Kolben 93 längsverstellbar angeordnet ist. Der Kolben 93 ist fest mit der Unterdruckdose 94 verbunden, die über die Leitungen 95 und 33 mit dem Saugrohr 25 verbunden ist. Jede Änderung des Unterdruckes im Saugrohr 25 bewirkt eine Betätigung des Kolbens 93, wodurch bei steigender Luftzufuhr und damit abnehmendem Unterdruck die Kraftstoffzufuhr zur Düse 26 kurzzeitig erhöht wird. Bei abnehmender Luftzufuhr und damit steigendem Unterdruck wird dagegen kurzzeitig die Kraftstoffzufuhr durch eine Rückwärtsbewegung des Kolbens 93 zusätzlich vermindert.
Erfindungsgemäss sind bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Düsen (wie 26) so angeordnet, dass eine Komponente der durch die strichpunktierte Linie 27 angedeuteten Strahlrichtung der Strö- mungsrichtung (Pfeil C) der angesaugten Frischluft entgegengerichtet ist. Hiedurch wird die Gemischaufbereitung verbessert. Die Düse ist ferner bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Höhe eines Schwingungsbauches der in dem Saugrohr 25 befindlichen Luftsäule angeordnet.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante ist die Einspritzdüse 26 in der Nähe der als Drosselschie-
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