DE1910114A1 - Einspritzanordnung fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

25.2.1969 Cl/Km

Anlage zur

Patent- «»4 Anmeldung

ROBERO? BOSCH GKBH, Stuttgart V, Breitscheidstraße Einspritzanordnung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritζanordnung für Brennkraftmaschinen mit elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventilen.

Die Entwicklung der elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung an Brennkraftmaschinen hat es ermöglicht, die Verbrennungsvorgänge sehr genau zu steuern, so daß für alle Betrieb szustände eine nahezu optimale Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erreichbar ist. Im Zusammenhang mit dieser Entwicklung ist es erforderlich geworden, geeignete Einspritzventile zu schaffen. Bekannte Systeme zur elektronisch ge-

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steuerten Benzineinspritzung für Kraftfahrzeuge verwenden zum Einspritzen des Kraftstoffs in das zu den Verbrennungskolben führende Saugrohr Ventile, die durch elektromagnetische Kraft- . wirkung geöffnet werden und dann während ihrer Öffnungsdauer eine pro Zeiteinheit gleichbleibende Kraftstoffmenge versprühen. Bei der Saugrohreinspritzung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kraftstoff genau in das geöffnete Einlaßventil versprüht wird. Die Brennkraftmaschine verhält sich dann ähnlich, als sei der Kraftstoff unmittelbar in den Verbrennungsraum eingespritzt worden; dabei sind zum Einspritzen jedoch nicht die für eine Direkteinspritzung erforderlich hchen Drücke aufzubringen, sondern es genügten niedrige Kraftstoffdrücke. Darüberhinaus hat das taktgerechte Versprühen des Kraftstoffes auf das geöffnete Einlaßventil den Vorteil, daß, wie bei der Direkteinspritzung, unverdampfter Kraftstoff in Form von Nebel in den Zylinder der Brennkraftmaschine gelangt, und dort zur Kühlung beiträgt. Wird nun die versprühte Kraftstoffmenge nur durch die Öffnungsdauer der Einspritzventile bestimmt, so kann es besonders bei schnell laufenden Motoren vorkommen, daß die Öffnungszeiten der Einlaßventile zu kurz sind, so daß die Magnetventile in dieser Zeitspanne zu wenig an Kraftstoff versprühen. Die versprühte Kraftstoffmenge kann lediglich durch Erhöhen des Druckes des zugeführten Kraftstoffes erhöht werden, damit treten Jedoch wieder erhebliche Nachteile auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzanordnung zu schaffen, die innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne in der Lage ist, den gesamten benötigten Kraftstoff für eine sehr hoch^ tourig laufende Brennkraftmaschine einzuspritzen, bei der die Öffnungszeiten der Einlaßventile sehr kurz sind, ohne daß dabei der Kraftstoffdruck im Versorgungssystem erhöht werden muß. Weiterhin soll der Anschluß an elektrische Steuerungen zum Betrieb einer Brennkraftmaschine möglich sein.

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Die Lösung der Aufgäbe besteht bei einer Anordnung der eingangs genannten Art darin, daß die Einspritzventile einen in einem Zylinder gleitenden Arbeitskolben aufweisen, der mit Hilfe eines elektromagnetischen Antriebssystemes von einer Bezugslage aus in einer Hubbewegung zum Einfüllen von Kraftstoff und in einer Druckbewegung zum Einspritzen von Kraftstoff bewegbar ist. Die Einspritzventile können dabei zweckmäßig, verschließbare Einspritzdüsen aufweisen, die sich entweder durch den bei der Druckbewegung des Arbeitskolbens entstehenden Überdruck öffnen oder mit einem Öffnungsmechanismus versehen sein, der mit dem M Arbeitskolben gekoppelt ist. Dabei kann zwischen dem Öffnungsmechanismus und dem Arbeitskolben ein Spiel einstellbarer Größe vorgesehen sein, so daß der Öffnungs- und Schließ-Zeitpunkt der Einspritzdüsen während des Verlaufes der Druckbewegung des Arbeitskolbens in weiten Grenzen vorwählbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Einspritzanordnung steht somit die gesamte Zeitspanne zwischen zwei Druckbewegungen des Arbeitskolbens zur Verfügung, um den Kraftstoff in den Zylinder des Einspritzventileε einzufüllen. Diese Zeit ist ausreichend, so daß auch bei einem geringen Druck im Kraftstoffsystem eine ausreichende Kraftstoffmenge eingefüllt werden kann. Darüberhinaus kann der Unterdruck, der durch die Hubbewegung des ( •Arbeitskolbens entsteht, zur beschleunigten Füllung des Zylinders mit,Kraftstoff vorteilhaft sein. Die in den Zylinder eingefüllte Kraftstoffmenge kann somit lediglich von der Dauer der Hubbewegung des Arbeitskolbens abhängig gemacht werden, und es ist möglich,mit einfachen und billigen Förderpumpen einen geringen Vordruck im Kraftstoffsystem aufrechtzuerhalten, so daß gewährleistet ist, daß die eingefüllte Kraftstoffmenge der Zeitdauer der Hubbewegung verhältnisgleich ist. Um die in den Zylinder eingefüllte Kraftstoffmenge weitgehend unabhängig von dem im Zylinder herrschenden augenblicklichen Druck zu machen, ist es vorteilhaft, in die Kraftstoffzuleitung eine Vordrossel

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einzuschalten. Eine zusätzliche Maßnahme zu dem gleichen Zweck kann darin bestehen, daß sich in dem Zylinder eine zusätzliche Öffnung befindet_v die von dem Arbeitskolben zeitweilig verdeckt und nur zumindest während eines Teiles der Hubbewegung geöffnet ist, so daß während des Einfüllens immer vergleichbare Zustände im Zylinder herrschen.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einspritzanordnung und

Fig. 2 drei Diagramme zur Erläuterung der Funktion der Anordnung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 10 schematisch das elektromagnetische Antriebssystem bezeichnet, das über eine Achse 11 mit dem Arbeitskolben 12, der in dem Zylinder 13 gleitet, verbunden ist. Das Antriebssystem 10 enthält beispielsweise einen Anker 14, auf den Hubkräfte 15 und Druckkräfte 16 einwirken können. Diese Kräfte sind jeweils durch Pfeile angezeigt, wobei die Pfeilschäfte der Hubkräfte in gestrichelten Linien ausgeführt sind. Der Arbeitskolben weist eine Bohrung 17 auf, innerhalb der ein Stössel 18 längs-beweglich angeordnet ist. Der Stössel 18 ist mit einem kegelig sich erweiterenden Verschlußstücke 19 verbunden, das in einen Dichtungssitz 20 eingepaßt ist. Der Stössel 18 weist an seinem oberen Ende einen Ansatz 21 auf, der in einen Hohlraum 22 innerhalb des Arbeitskolbens hineinragt, und an den das eine Ende einer Spiralfeder 23 angreift, deren anderes Ende sich am Arbeitskolben 12 abstützt. Zwischen dem oberen Ende des Stössels 18 und dem Arbeitskolben 12 ist ein

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Spiel £, dessen Größe durch konstruktive Maßnahmen festgelegt wird, vorhanden. Der Arbeitskolben kann drei stabile Stellungen einnehmen, die in der Fig. 1 bei a, bei b mit einer gestrichelten Linie und bei c angedeutet sind. Mit 24 ist die KraftstoffzulaufÖffnung bezeichnet, durch die in Pfeilrichtung Kraftstoff in den Zylinder 13 gelangt, sobald der Arbeitskolben die Öffnung 24 nicht mehr verdeckt.

Die Funktion der Anordnung wird im folgenden beschrieben, wobei die in den Figuren 2e bis g dargestellten Diagramme betrachtet werden. Die Diagramme e und f bezeichnen die elektrischen Steuerimpulse, die dem elektromagnetischen Antriebssystem zugeführt werden·. Dabei ist in Fig. 2e mit Jd der Verlauf der Impulse dargestellt, die eine Hubbewegung des Arbeitskolbens, und mit Js der Verlauf der Impulse, die eine Druckbewegung des Arb.eitskolbens hervorrufen. In dem betrachteten Beispiel der Fig. 2e hat der Hubimpuls Jd die Zeitdauer ti, und kann die maximale Zeitdauer t max annehmen. Die in Fig. 2f dargestellten, eine Druckbewegung des Arbeitskolbens hervorrufenden elektrischen Impulse Js haben immer die gleiche Zeitdauer ts, die so bemessen ist, daß sie nicht größer als die kürzest vorkommende Öffnungsdauer der Einlaßventile einer Brennkraftmaschine ist. In der Fig. 2g ist die resultierende Bewegung des Arbeitskolbens dargestellt. In der Stellung b ist die in Fig. 1 mit 24 bezeichnete KraftstoffzulaufÖffnung geöffnet, und die Dauer des Impulses in Richtung b ist der in ,den Zylinder gelangenden Kraftstoffmenge <£ proportional. Dem elektrischen Impuls ti der Fig. 2e entspricht die Kraftstoffmenge ξ? 1 der Fig. 2g. Während der maximalen Zeitdauer t max kann die maximale Menge Q max in den Zylinder einströmen. Die Zeitdauer der Hubimpulse ti bis t max ist dabei beispielsweise von einem elektronischen Steuergerät entsprechend des physikalischen Zustandsdaten der Brennkraftmaschine ermittelt. Über die Dauer der Hubimpulse Jd liegt somit die einzuspritzende Kraftstoffmenge γ fest. Die Jeweilige Kraftstoffmenge £ verbleibt solange im Zylinder, bis

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ein Spritzimpuls Js erfolgt, so daß der Arbeitskolben kurzzeitig die Lage c annimmt.

Die Lage .a stellt die Bezugslage des Arbeitskolbens 12 dar. In dieser Lage verschließt der Arbeitskolben die Kraftstoffzulauföffnung 24 durch seine Mantelfläche. Durch die Kraft der Feder 23, die zv/ischen dem Ansatz 21 und dem Arbeitskolben selber wirkt, ist das Verschlußstück 19 gegen den Dichtungssitz 20 gepreßt, so daß die Einspritzdüse ebenfalls verschlossen ist. Die Darstellung in Pig. 1 zeigt diese Bezugslage. Zum Einfüllen der von einem nicht weiter dargestellten Steuergerät vorbestimmten Kraft stoff menge in den Zylinder 13 wird der Arbeitskolben 12 zunächst entsprechend den Hubkräften 15 von der Bezugslage a in die Lage b gehoben. Nun ist die Kraftstoffzulauföffnung 24 freigegeben und, wie anhand von Fig. 2 gezeigt, fließt eine Kraft stoff menge γ 1 in den Zylinder 13· Nach der Zeit ti nimmt der Arbeitskolben 12 wieder die Bezugslage a ein und in dem Zylinder 13 befindet sich die Kraft st off menge q^l. Etwa mit der öffnung eines nicht in der Fig. 1 dargestellten Einlaßventiles, das zu der Brennkraftmaschine gehört, wird dem elektromagnetischen Antriebssystem 10 ein Impuls zugeführt, der in der Fig. 2f mit Js bezeichnet ist und der die Druckkräfte 16 auslöst. Der Arbeitskolben nimmt nun kurzzeitig, etwa für die Zeitdauer ts nach Fig. 2f und 2g die Lage c ein. Da sich in dem Hohlraum 22 zwisehen dem Ansatz 21 und dem Arbeitskolben das Spiel £ befindet, wird der Inhalt des Zylinders zunächst komprimiert, bis das Spiel £ vom Arbeitskolben durchlaufen ist und dieser dann das Verschlußstück 19 von dem Dichtungssitz 20 abhebt, so daß der Kraftstoff versprüht werderi. kann. Am Ende des Impulses Jd bewegt sich der Arbeitskolben 12 wieder in seine Bezugslage a. Dabei wird das Verschlußstück 19 wieder dichtend auf den Dichtungssitz 20 gepreßt, sobald der Arbeitskolben 12 den Anschlag 21 nicht mehr berührt„ Bis au dem Abdichten der Einspritzdüse wird im wesentlichen Luft in

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den Zylinder 13 eingesaugt. Je größer das Spiel 6. ist, desto eher schließt sich die Einspritzdüse nach Beendigung des eine Druckbewegung des Arbeitskolbens auslösenden Impulses Jd, und desto weniger Luft wird durch die noch geöffnete Einspritzdüse in den Zylinder 13 eingesogen. Das Spiel €" kann dabei so groß gemacht werden, daß überhaupt keine Berührung mehr zwischen dem Arbeitskolben 12 und dem Ansatz 21 stattfindet. Die Düse wird dann allein durch den Überdruck im Zylinder 13 geöffnet, und sie schließt sich augenblicklich wieder, sobald sich der Arbeitskolben 12 von der Stellung c in die Richtung der Bezugslage q bewegt.

Aus den obigen Darlegungen geht hervor, daß die erfindungsgemäße Einspritzanordnung nur dann optimal arbeitet, wenn sich die Einspritzdüsen in unmittelbarer Nähe von den Einlaußventilen derjeweiligen Brennkraftmaschine befinden, denn nur dann ist es sinnvoll, taktgerecht Kraftstoff zu versprühen.

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Claims (7)

Ε· 9^10 C1/Km Ansprüche

1. tlinspritzanordnung für Brennkraftmaschinen, mit elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzventile einen in einem Zylinder (13) gleitenden Arbeitskolben (12) aufweisen, der mit Hilfe eines elektromagnetischen Antriebs systems (10) von einer Bezugslage aus in einer Hubbewegung zum Einfüllen von Kraftstoff und in einer Druckbewegung zum Einspritzen von Kraftstoff bewegbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzventile verschließbare Einspritzdüsen aufweisen, die bei einem durch die Druckbewegung des Arbeitskolbens entstehendem Überdruck geöffnet werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzventile«verschließbare Einspritzdüsen enthalten, deren Öffnungsmechanismus mit dem Arbeitskolben (12) gekoppelt ist,und daß sich zwischen Öffnungsmechanismus und Arbeitskolben ein Spiel (C) einstellbarer Größe befindet.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen einen Stössel (18) aufweisen, dessen eines Ende mit einem kegelig zur Niederdruckseite der Düse

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verdickten dichtend eingepaßten Verschlußstück (19) verbunden ist und dessen zweites Ende einen Ansatz (21) aufweist, daß der Arbeitskolben (12) in seinem Inneren einen Hohlraum (22) aufweist, der über eine koaxiale Bohrung (17) mit dem Zylinder (13) verbunden ist, daß der Stössel (18) in dieser Bohrung (17) gleitet und in den Hohlraum (22) hineinragt, daß innerhalb des Hohlraumes (22) ein Federelement (23) zwischen dem Ansatz (21) des Stössels und dem Arbeitskolben (12) so angeordnet ist, daß die Einspritzdüse in der Bezugslage des Arbeitskolbens geschlossen ist und daß innerhalb des Arbeitskolbens (12) zwischen dem oberen Ende des Stössels (18) und dem Arbeitskolben (12) ein Spiel (£) vorgestimmter Größe vorhanden ist (Fig. 1).

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Zylinder (13) eine Kraftstoffzulauföffnung (24) befindet, die von dem Arbeitskolben in seiner Bezugslage verdeckt ist..

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Zylinder eine zusätzliche öffnung befindet, die von dem Arbeitskolben zeitweilig verdeckt ist.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Kraftstoff zuleitung eine Vordrossel befindet. ,. „

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