DE2502159A1

DE2502159A1 - Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE2502159A1
Application number: DE19752502159
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Kraemer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-01-21
Filing date: 1975-01-21
Publication date: 1976-07-22
Also published as: US4100901A; JPS5196924A

Description

R. 2 β te

28.11.1974 Kh/Kb

Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1 Kraftstoffeinspritzanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzanlage für gemischverdichtende> fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit einer Verteilereinheit und Zumeßventilen, die gemeinsam zum Ändern ihres Durchströmquerschnittes verstellbar die zu den Einspritzventilen strömende Kraftstoffmenge bestimmen, wobei die Zumessung bei konstanter Druckdifferenz erfolgt, indem in den Kraftstoffstrom stromabwärts der Zumeßventile je ein Ventil eingeschaltet ist. welches jeweils von einem zwei Kammern trennenden nachgiebigen Glied im Durchströmquerschnitt änderbar ist und in der ersten Kammer der Ventile der stromabwärts des Zumeßventiles herrschende Druck des Kraftstoffes im Sinne eines öffnens der Ventile auf das nachgiebige Glied einwirkt und mindestens ein Ventil als Gleichdruckventil ausgebildet ist. , .

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Derartige Kraftstoffeinspritzanlagen haben den Zweck, mit der auf das Zumeßventil.wirkenden Stellgröße die den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine entspricht, eine entsprechende Durchstromquerschnittsanderung zu erreichen und mit Hilfe eines möglichst konstanten Druckgefälles an diesem Durchströmquerschnitt auch eine entsprechend dem freien Querschnitt gleichbleibend genaue Kraftstoffzumessung zu erhalten, die unabhängig von den Drücken vor und nach dieser Zumeßstelle ist.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzanlage dieser Art wird der Kraftstoff für die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine gemeinsam durch eine Steuerkante eines Steuerschiebers an verschiedenen Steuerschlitzen zugemessen. Die Zumessung erfolgt dabei bei durch Gleichdruckventile und ein Differenzdruckventil konstant gehaltener, jedoch in Abhängigkeit von Motorkenngrößen über einen Elektromagneten änderbarer Druckdifferenz, wobei der Steuerdruck an den Gleichdruckventilen durch das Differenzdruckventil einstellbar ist. Eine derart ausgebildete Kraftstoffeinspritzanlage erfordert einen direkten Eingriff an dem Differenzdruckventil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzanlage der bekannten Art "zu entwickeln, bei der unter Berücksichtigung der Forderungen an eine derartige Kraftstoffeinspritzanlage ohne großen Aufwand eine einfache und exakte Änderung des Differenzdruckes an den Zurneßventilen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druck des Mediums in der zweiten Kammer mindestens eines Ventiles durch einen elektro-fluidischen Wandler in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine änderbar ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die zweiten Kammern der Gleichdruckventile miteinander

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verbunden sind und zwischen den zweiten Kammern der Gleichdruckventile und dem elektro-fluidischen Wandler ein Druckwandler angeordnet ist, der aus zwei durch ein nachgiebiges Glied getrennten Kammern gebildet wird, von denen die eine Kammer mit den zweiten Kammern der Gleichdruckventile und die andere Kammer mit der Steuerleitung des elektro-fluidischen Wandlers in Verbindung steht und als nachgiebiges Glied eine elastische Wandlermembran dient, wobei die den beiden Kammern des Druckwandlers zugewandten Flächen der Wandlermembran gleiche Querschnitte haben und die Wandlermembran zur Erhöhung des Druckes in den zweiten Kammern der Gleichdruckventile durch eine Feder belastbar ist, die in der mit der Steuerleitung verbundenen Kammer des Druckwandlers angeordnet ist.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat die der Steuerleitung zugewandte Fläche der Wandlermembran einen größeren Querschnitt als die den zweiten Kammern der Gleichdruckventile zugewandte Fläche und ist die Wandlermembran zur Erhöhung des Druckes in den zweiten Kammern der Gleichdruckventile durch eine Feder belastbar, die in der mit der Steuerleitung verbundenen Kammer des Druckwandlers angeordnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist derart, daß mindestens ein Ventil als Differenzdruckventil ausgebildet ist, dessen zweite, mit der Steuerleitung des elektro-fluidischen Wandlers verbundene Kammer eine als Differenzdruckventil in Schließrichtung beaufschlagende Feder aufweist und dessen erste Kammer mit den zweiten Kammern der Gleichdruckventile in Verbindung steht und daß zur Regelung des Kraftstoffdruckes in der Versorgungsleitung ein Kolbendruckregler dient, durch den ein in der Ruckströraleitung des elektro-fluidischen Wandlers angeordnetes Rückströmventil betätigbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß mindestens ein Ventil als Differenzdruckventil ausgebildet ist, dessen zweite, mit der Steuerleitung

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des elektro-fluidischen Wandlers verbundene Kammer durch eine Übertragungsmembran von einer dritten Kammer getrennt ist, in der über eine Leitung der Kraftstoffdruck in der Versorgungsleitung herrscht und Übertragungsmembran und Membran durch ein Übertragungsglied mechanisch miteinander verbunden sind.

Nach einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckdifferenz an den Zumeßventilen mittels einer Differenzdruckdose ermittelbar und nach Umwandlung durch einen Geber als elektrische Spannung dem elektronischen Steuergerät des elektro-fluidischen Wandlers eingebbar.

Zwei 'Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Pig- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzanlage,

Pig. 2 und 3 verschiedene Ausführungsformen eines Druckwandlers,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinsprit zanlage j

Fig. 5 eine Ausführungsform eines Differenzdruckventils.

Bei der in Pig. I dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage strömt die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung in ein Saugrohr 1, das einen konischen Abschnitt 2 mit einem darin angeordneten Meßorgan 3 aufweist und weiterhin durch einen Verbindungsschlauch 4 und einen Saugrohrabschnitt 5 mit einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 6 zu einem oder mehreren nicht dargestellten Zylindern einer Brennkraftmaschine Das Meßorgan ist eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete Platte 3, die sich im konischen Abschnitt 2 des Saugrohres nach einer annähernd linearen Punktion der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge bewegt, wobei für eine konstante

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am Meßorgan 3 angreifende Rückstellkraft sowie einen konstanten vor dem Meßorgan 3 herrschenden Luftdruck der zwischen dem Meßorgan 3 und der Drosselklappe 6 herrschende Druck ebenfalls konstant bleibt.

Das Meßorgan 3 steuert unmittelbar ein Zumeß- und Mengenteilerventil 7· Zur Übertragung der Verstellbewegung des Meßorgans 3 dient ein mit ihm verbundener Hebel 8, der um einen Drehpunkt 9 schwenkbar möglichst reibungsfrei gelagert ist und bei seiner Schwenkbewegung mit seiner Nase 10 das als Steuerschieber ausgebildete bewegliche Ventilteil 11 des Zumeß- und Mengenteilerventils 7 betätigt. Die Kraftstoffversorgung erfolgt durch eine Kraftstoffpumpe 12, die durch einen Elektromotor 13 angetrieben den Kraftstoff von einem Kraftstoffbehälter 14 ansaugt und ihn über eine Versorgungsleitung 15 dem Zumeß- und Mengenteilerventil 7 zugeführt.

Der Steuerschieber 11 wird durch Druckflüssigkeit beaufschlagt, die über eine Leitung 17 mit einer Drossel 18 auf den Steuerschieber wirkt und die Rückstellkraft für das Meßorgan 3 erzeugt.

Aus der Versorgungsleitung 15 gelangt der Kraftstoff durch einen Kanal 20 in eine Ringnut 21 des Steuerschiebers 11. Je nach Stellung des Steuerschiebers 11 öffnet die Ringnut. 21 mehr oder weniger Steuerschlitze 22, die durch Kanäle 23 zu je einer ersten Kammer 24 führen, die durch eine Membran 25 von einer zweiten Kammer 26 getrennt ist. Aus den ersten Kammern 24 gelangt der Kraftstoff über Kanäle 27 zu den einzelnen nicht dargestellten Einspritzventilen, die in der Nähe der Motorzylinder im Saugrohr angeordnet sind. Die ' Membran 25 dient als bewegliches Teil je eines als Gleichdruckventil 28 ausgebildeten Plachsitzventiles.

Von der Versorgungsleitung 15 zweigt eine Leitung 31 zum Eingang eines elektro-fluidischen Wandlers 32 ab, dessen einer Ausgang über eine Steuerleitung 33 mit einer Kammer 34 eines Druckwandlers 35 in Verbindung steht. Die Kammer

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34 wird durch eine als nachgiebiges Glied dienende Wandlermembran 36 von einer Kammer 37 getrennt, die über eine Leitung 38 mit den zweiten Kammern 26 der Glexchdruckventile 28 in Verbindung steht. Beim vorliegenden Ausführungsbeispxel hat die der Kammer 34 zugewandte Fläche der Wandlermembran 36 einen größeren Querschnitt als die der Kammer 37 zugewandte Fläche, so daß in der Kammer 37 ein größerer Druck herrscht als in der Kammer 34.

Bei dem elektro-fluidischen Wandler 32 handelt es sich um einen solchen bekannter Bauart mit einem Permanentmagneten 4O_a einem Kern 4'I₃ einer Spule 42 und einem Anker 43. Im Anker 43 verläuft eine Druckleitung 44, die mit der Leitung 31 in Verbindung steht und über eine Düse 45 in eine Aussparung 46 mündet. Der Düse 45 gegenüber sind zwei durch einen Strömungsmittelteiler getrennte Ausgangskanäle 47 und 48 angeordnet, welche als Diffusoren ausgebildet sind. Die Diffusoren gehen am Ende einerseits in die Steuerleitung und andererseits in eine Rückströmleitung 49 über. Die Aussparung 46 ist ebenfalls mit der Rückströmleitung 49 verbunden.

In der Rücklaufleitung 49 ist ein Rückströmventil 51 angeordnet, das durch einen Kolbendruckregler 52 betätigbar ist. Der Kolbendruckregler 52 hat an seinem einen Ende einen konischen Abschnitt 53» auf dem ein elastischer Dichtring 54 angeordnet ist und der mit einem konischen Ventilsitz 55 zusammenarbeitet. Der Kolbendruckregler 52 dient zur Regelung des Kraftstoffdruckes in der Versorgungsleitung 15, so daß bei Ansteigen des Kraftstoffdruckes über einen vorbestimmten Wert Kraftstoff aus der Versorgungsleitung 15 zum Kraftstoffbehälter 14 zurückströmen kann. Der in Schließrichtung federbelastete Kolbendruckregler 52 öffnet bei seiner Öffnungsbewegung gleichzeitig über einen Stift 56 das Rückströmventil 51_a das durch einen in Schließrichtung federbelasteten Ventilteller 57 und

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einen festen Ventilsitz 58 gebildet wird. Der Ventilteller 57 wird durch eine Führungsstange 59 axial geführt.

Durch eine Differenzdruckdose 6l, die eine über eine Leitung 62 mit der Leitung 38 in Verbindung stehende Kammer 63 und eine durch eine Membran 64 von dieser getrennte und mit der Versorgungsleitung 15 über eine Leitung 66 in Verbindung stehende Kammer 67 aufweist, kann die Druckdifferenz an den Zumeßventilen 21,22 ermittelt und von einem beispielsweise als Potentiometer ausgebildeten Geber 68 in eine elektrische Spannung umgewandelt werden _}- die neben anderen Betriebskenngrößen 69 am Eingang eines elektronischen Steuergerätes 70 liegt, durch das der elektro-fluidische Wandler 32 angesteuert wird.

Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage ist folgende:

Bei laufender Brennkraftmaschine wird über das Saugrohr 1,4 und 5 Luft angesaugt, durch die das Meßorgan 3 eine gewisse Auslenkung aus seiner Ruhelage erfährt. Entsprechend der Auslenkung des Meßorgans 3 wird über den Hebel 8 auch der Steuerschieber 11 des Zumeß- und Mengenteilerventiles 7 verschoben, der die zu den Einspritzventilen strömende Kraftstoffmenge zumißt. Die direkte Verbindung zwischen dem Meßorgan 3 und dem Steuerschieber 11 ergibt ein konstantes Verhältnis von angesaugter Luftmenge und zugemessener Kraftstoff menge, sofern die Kennlinien dieser beiden Organe hinreichend linear sind, was an sich angestrebt wird. TJm das Kraftstoff-Luft-Gemisch je nach dem Abschnitt des Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine reicher oder ärmer halten zu können, ist eine Änderung der an sich konstanten Druckdifferenz an den Zumeßventilen 21,22 in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, z.B. Drehzahl, Last, Temperatur oder Abgaszusammensetzung, erforderlich. Die Druckdifferenz

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an den Zuraeßventilen 21,22 wird durch die Gleichdruckventile 28 aufrechterhalten, wobei die Druckdifferenz durch den elektro-fluidischen Wandler 32 über den Druckwandler 35 durch Änderung des Druckes in den zweiten Kammern 26 der Gleichdruckventile 28 änderbar ist. Der Druckwandler 35 ist infolge des geringen Druckabfalles an den Zumeßventilen 21,22 erforderlich. Die Ansteuerung des elektro-fluidischen Wandlers 32 erfolgt durch das elektronische Steuergerät 70. Durch Überlagerung des von der Spule 42 erzeugten Magnetfeldes und des Magnetfeldes des Permanentmagneten 40 wird der federnd angeordnete Anker 43 mehr oder weniger aus seiner Ausgangslage ausgelenkt, wodurch der aus der Düse 45 austretende Strömungsstrahl zu einer entsprechenden Druckerhöhung bzw. Drucksenkung in den Ausgangskanälen 47,48 führt.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Druckwandlers 35j bei dem die den Kammern 34 und 37 zugewandten Flächen der Wandlermembran 36^! den gleichen Querschnitt aufweisen und in der Kammer 34 eine in Druckrichtung auf die Membran 36' wirkende Feder 73 angeordnet ist.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel des Druckwandlers 35 ist neben der in der Kammer 34 angeordneten Feder 73 der Querschnitt der der Kammer 34 zugewandten Fläche der Wandlermembran 36'' größer als der Querschnitt der der Kammer 37 zugewandten Fläche.

In Fig. 4 ist eine für eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine ausgebildete Kraftstoffeinspritzanlage dargestellt, bei der die gegenüber Fig. 1 gleichbleibenden Teile durch die gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet sind. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Ventil als Differenzdruckventil 75 ausgebildet, dessen zweite, mit der Steuerleitung 33 des elektro-fluidischen Wandlers 32 verbundene Kammer 76 eine das Differenzdruckventil

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75 in Schließrichtung beaufschlagende Feder 77 aufweist und dessen erste Kammer 78 mit den zweiten Kammern 26 der Gleichdruckventile 28 über eine Leitung 79 in Verbindung steht. Durch die An- · Ordnung der Feder 77 in der Kammer 76 des Differenzdruckventiles 75 entfällt beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 der beim' Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 erförderliche Druckwandler 35. In der Rückströmleitung 49 ist ebenfalls ein nicht dargestelltes Rückströmventil 51 angeordnet, das durch einen Kolbendruckregler 52 betätigbar die Rückströmleitung 49 bei Absinken des Versorgungskraftstoffdruckes unter einen vorbestimmten Wert absperrt.

Das Differenzdruckventil 75 in Fig. 4 kann auch durch ein in Fig. 5 dargestelltes Differenzdruckventil 8l ersetzt werden, dessen zweite Kammer 76> die über die Steuerleitung 33 mit dem elektro-fluidischen Wandler 32 in Verbindung steht₃ durch eine Übertragungsmembran 82 von einer dritten.-¹.-..-Kammer 83 getrennt ist, in der über eine Leitung 84 der Kraftstoffdruck pj. in der Versorgungsleitung I5 herrscht. Die Übertragungsmembran 82 und die Membran 25 sind durch ein übertragungsglied 85 mechanisch miteinander verbunden, wobei die wirksame Fläche A_? der Übertragungsmembran 82 kleiner ist, als die wirksame Fläche A. der Membran 25.

Mit einem Druck ρ in der zweiten Kammer 76 läßt sich somit die Druckdifferenz Λ ρ an den Zumeßventilen 21,22 zu

Ap= (Pp-P₁) (1- —) ;

bestimmen.

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Claims

2S1«

Ansprüche

.^j Kraftstoffeinspritzanlage für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit einer Verteilereinheit und Zumeßventilen, die gemeinsam zum Ändern ihres Durchströmquerschnittes verstellbar die zu den Einspritzventilen strömende Kraftstoffmenge bestimmen, wobei die Zumessung bei konstanter Druckdifferenz erfolgt, indem in den Kraftstoff strom stromabwärts der Zumeßventile je ein Ventil eingeschaltet ist, welches jeweils von einem zwei Kammern trennenden nachgiebigen Glied im Durchstrcmquerschnitt änderbar ist und in der ersten Kammer der Ventile der stromabwärts des Zumeßventils herrschende Druck des Kraftstoffes im Sinne eines öffnens der Ventile auf das nachgiebige Glied einwirkt und mindestens ein Ventil als Gleichdruckventil ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Mediums in der zweiten Kammer (26,76) mindestens eines Ventils (28,75) durch einen elektrofluidischen Wandler (32) in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine änderbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Kammern (26) der Gleichdruckventile (28) miteinander verbunden sind.

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3. Kraftstoffexnspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zweiten Kammern (26) der Gleichdruckventile (28) und dem elektro-fluidischen Wandler (32) ein Druckwandler (35) angeordnet ist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler (35) aus zwei durch ein nachgiebiges Glied (36) getrennte Kammern (34_S37) gebildet wird, von denen die eine Kammer (37) mit den zweiten Kammern (26) der Gleichdruckventile (28) und die andere Kammer (3*0 mit der Steuerleitung (33) des elektro-fluidischen Wandlers (32) in Verbindung steht.

5· Krafts toffeinspr dt zanlage nach Anspruch 4-₃ dadurch gekennzeichnet, daß als nachgiebiges Glied eine elastische Wandlermembran (36) dient.

"· ' Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Kammern (3^,37) des Druckwandlers (35) zugewandten Flächen der Wandlermembran (36) gleiche Querschnitte haben und die Wandlermembran (36) zur Erhöhung des Druckes in den zweiten Kammern (26) der Gleichdruckventile (28) durch eine Feder (73) belastbar ist₅ die in der mit der Steuerleitung (33) verbundenen Kammer (34) des Druckwandlers (35) angeordnet ist.

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7. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die der Steuerleitung (33) zugewandte Fläche der Wandlermembran (36) einen größeren Querschnitt hat als die den zweiten Kammern (26) der Gleichdruckventile zugewandte Fläche.

8. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 7_S dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlermembran (36) zur Erhöhung des Druckes in den zweiten Kammern (26) der Gleichdruckventile (28) durch eine Feder (73) belastbar ist, die in der mit der Steuerleitung (33) verbundenen Kammer (3*0 des Druckwandlers (35) angeordnet ist.

9. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ventil als Differenzdruckventii (75) ausgebildet ist, dessen zweite, mit der Steuerleitung (33) des elektro-fluidischen Wandlers (32) verbundene Kammer (76) eine das Differenzdruckventii (75) in Schließrichtur^g beaufschlagende Feder (77) aufweist und dessen erste Kammer (78) mit den zweiten Kammern (26) der Gleichdruckventile (28) in Verbindung steht.

10. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ventil als Differenzdruckventii (8l) ausgebildet ist, dessen zweite, mit der Steuerleitung (33) des elektro-fluidischen Wandlers (32) verbundene

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Kammer (76) durch eine übertragungsmembran (82) von einer dritten Kammer (83) getrennt ist, in der über eine Leitung (84) der Kraftstoffdruck in der Versorgungsleitung (15) herrscht und Übertragungsmembran (82) und Membran (25) durch ein übertragungsglied (85) mechanisch miteinander verbunden sind.

11. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet _s daß die erste Kammer (78) des Differenzdruckventils (8l) mit den zweiten Kammern (26) der Gleichdruckventile (28) in Verbindung steht.

12. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch I₅ 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Kraftstoffdruckes in der Versorgungsleitung (15) ein Kolbendruckregler (52) dient» durch den ein in der Rückströmleitung (49) des elektrofluidischen Wandlers (32) angeordnetes Rückströmventil (51) betätigbar ist. -

13. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, 9 oder 1O₁. dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz an den Zumeßventilen (21,22) mittels einer Differenzdruckdose (6l) ermittelbar und nach Umwandlung durch einen Geber (68) als elektrische Spannung dem elektronischen Steuergerät (70) des elektro-fluidischen Wandlers (32) eingebbar· ist·. ;.

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