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Anlage zur Patent- und Gebrauchsniusterhilfsanraeldung Regelorgan
für eine Kraftstoffeinspritzanlage Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelorgan
für eine Kraftstoffeinspritzanlage mit kontinuierlicher Einspritzung in das Saugrohr
von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, in deren Saugrohr
ein Luftmeßorgan und eine willkürlich betätigbare Drosselklappe hintereinander angeordnet
sind, wobei das Luftmeßcrgan proportional der durchströmenden Luftmenge gegen eine
konstante, jedoch in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine
änderbare Rückstellkraft aus gelenkt wird und das bewegliche Teil eines in der Kraftstoffleitung
angeordneten Ventils für die Zumessung einer der angesaugten Luftmenge proportionalen
Kraftstoffmenge betätigt und als Druckflüssigkeit zur Erzeugung
der
Rückstellkraft auf das Luftmeßorgan Kraftstoff dient, dessen Druck durch mindestens
ein Drucksteuerventil änderbar ist und als Regelorgan ein Steuerkolben dient, der
in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck stromabwärts der Kraftstoffpumpe entgegen der
Kraft einer Regelfeder in einer Führungsbohrung betätigbar ist.
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Kraftstoffeinspritzanlagen dieser Art haben den Zweck, für alle Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine selbsttätig ein günstiges Kraftstoff-Luft-Gemisch zu schaffen,
um eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffes zu ermöglichen und dadurch bei
höchstmöglicher Leistung der Brennkraftmaschine bzw. kleinstmöglichem Kraftstoffverbrauch
die Entstehung von giftigen Abgasen zu vermeiden oder mindestens stark zu vermindern.
Die Kraftstoffmenge muß daher den Erfordernissen jedes Betriebszustandes der Brennkraftmaschine
entsprechend sehr genau zugemessen und die Proportionalität zwischen Luftmenge und
Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, wie
beispielsweise Drehzahl, Last, Temperatur oder Abgaszusammensetzung geändert werden.
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Bei bekannten Kraftstoffeinspritzanlage dieser Art wird die Kraftstoff
menge möglichst proportional der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge zugemessen,
wobei das Verhältnis zwischen zugemessener Kraftstoffmenge und angesaugter Luftmenge
durch änderung der Rückstellkraft des Meßorgans in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen
änderbar ist. Dabei wird der Systemdruck in der Kraftstoffeinspritzanlage durch
ein federbelastetes und als Kolben ausgebildetes Regelorgan bestimmt und nacn dem
Abstellen der Kraftstofförderung innerhalb kürzester Zeit auf einen Druck abgesenkt,
der unterhalb des öffnungsdruckes der Einspritzventile, jedoch über dem Dampfdruck
des Kraftstoffes bei heißem Motor liegt. Hierdurch wird verhindert, daß bei abgeschalteter
Zündung und auslaufender Brennkraftmaschine der am Kraftstoffzumeßventil zugemessene
Kraftstoff eingespritzt wird und es zu Selbstzündungen kommt. Die Rückstellkraft
auf das Luftmeßorgan wird durch als Druckflüssigkeit dienenden
Kraftstoff
erzeugt, der von der Kraftstoffleitung zu den Kraftstoffzumeßventilen abgezweigt
und dessen Druck durch mindestens ein Drucksteuerventil bestimmt wird, das in Abhängigkeit
von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine arbeitet. Ist nun der durch die Drucksteuerventile
gesteuerte Druck in der Steuerdruckleitung nach dem Abstellen der Kraftstofförderung
geringer als der durch das Regelorgan abgesenkte Systemdruck, so erfolgt eine weitere
unerwünschte Absenkung des Kraftstoffdruckes in der Kraftstoffeinspritzanlage. Beim
Starten muß durch die Kraftstoffpumpe dieser zusätzlich abgesenkte Kraftstoffdruck
zunächst wieder aufgebaut werden, bis eine Kraftstoffeinspritzung erfolgen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelorgan für eine
Kraftstoffeinspritzanlage zu entwickeln, durch das verhindert wird, daß bei abgeschalteter
Zündung und auslaufender Brennkraftmaschine noch Kraftstoff eingespritzt wird und
eine unerwünscht große Absenkung des Systemdruckes unterhalb des öffnungsdruckes
der Kraftstoffeinspritzventile erfolgt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch den Steuerkolben
ein in der Kraftstoffrückströmleitung zur Saugseite der Kraftstoffpumpe angeordnetes
Absperrventil betätigbar ist und alle Kraftstoffrückströmkanäle stromaufwärts des
Absperrventiles in die Kraftstoffrückströmleitung münden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der
Steuerkolben an seinem stromaufwärts gerichteten Ende eine Steuerkante und einen
sich daran anschließenden zylindrischen Kolbenabschnitt und an seinem stromabwärts
gerichteten Ende einen sternförmig ausgebildeten Kolbenabschnitt aufweist und der
Steuerkolben einen Durchmesser hat, der um insbesondere 0,02 bis 0,04 mm geringer
ist, als der Durchmesser der Führungsbohrung.
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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist derart, daß
das Absperrventil über einen Betätigungsstift durch den Steuerkolben entgegen der
Kraft der Regelfeder betätigbar ist und auf dem beweglichen Ventilteil des Absperrventiles
ein Dichtring, insbesondere ein 0-Ring angeordnet ist, der mit einem Ventilsitz
zusammenarbeitet und daß der bei geschlossenem Absperrventil vom Kraftstoffdruck
stromaufwärts des Ventilsitzes beaufschlagte Ventilquerschnitt des beweglichen Ventilteiles
geringer ist, als der Querschnitt des Steuerkolbens.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das bewegliche
Ventilteil einerseits über den Betätigungsstift und eine Zentrierbohrung des Steuerkolbens
und andererseits über einen Führungssteg in einer Bohrung geführt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vereinfacht in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Bei der in der Zeichnung dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage strömt
die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung durch einen Saugrohrabschnitt 1, in dem ein
Luftmeßorgan 2 in einem konischen Abschnitt 3 angeordnet ist und weiterhin durch
einen Saugrohrabschnitt 4 und einen Verbindungsschlauch 5 in einen Saugrohrabschnitt
6 mit einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 7 zu einem oder mehreren nicht
dargestellten Zylindern einer Brennkraftmaschine. Das Luftmeßorgan 2 ist eine quer
zur Strömungsrichtung angeordnete Platte, die sich in dem konischen Abschnitt 3
des Saugrohres nach einer annähernd linearen Funktion der durch das Saugrohr strömenden
Luftmenge bewegt, wobei für eine konstante am Luftmeßorgan 2 angreifende Rückstellkraft
sowie einen konstanten vor dem Luftmeßorgan herrschenden Luftdruck, der zwischen
dem Luftmeßorgan 2 und der Drosselklappe 7 herrschende Druck ebenfalls konstant
bleibt.
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Das Luftmeßorgan 2 steuert unmittelbar ein Zumeß- und Mengenteilerventil
10. Zur Übertragung der Verstellbewegung des Luftmeßorgans 2 dient ein mit ihm verbundener
Hebel 11, der um einen Drehpunkt 12 gelagert ist und bei seiner Schwenkbewegung
mit einer Nase 13 das als Steuerschieber 14 ausgebildete bewegliche Ventilteil des
Zumeß- und Mengenteilerventils 10 betätigt. Die der Nase 13 abgewandte Stirnfläche
15 des Steuerschiebers 14 wird von Druckflüssigkeit beaufschlagt, deren Druck auf
die Stirnfläche 15 die Rückstellkraft auf das Luftmeßorgan 2 erzeugt.
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Die Kraftstoffversorgung erfolgt durch eine von einem Elektromotor
18 angetriebene Kraftstoffpumpe 19, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter
20 ansaugt und über eine Kraftstoffversorgungsleitung 21 dem Zumeß- und Mengenteilerventil
10 zuführt. Von der Kraftstoffversorgungsleitung 21 zweigt eine Leitung 22 ab, in
die ein Regelorgan 23 geschaltet ist, das bei zu großem System druck in der Kraftstoffeinspritzanlage
Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 20 zurückfließen läßt.
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Aus. der Kraftstoffversorgungsleitung 21 gelangt der Kraftstoff in
einen Kanal 26 im Gehäuse des Zumeß- und Mengenteilerventils 10. Der Kanal 26 führt
zu einer Ringnut 27 des Steuerschiebers 14 und weiterhin über verschiedene Abzweigungen
zu Kammern 28, so daß die eine Seite einer Membran 29 durch den Kraftstoffdruck
beaufschlagt wird.
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Je nach Stellung des Steuerschiebers 14 öffnet die Ringnut 27 mehr
oder weniger Steuerschlitze 30, die durch Kanäle 31 zu je einer Kammer 32 führen,
die durch die Membran 29 von der Kammer 28 getrennt ist. Aus den Kammern 32 gelangt
der Kraftstoff über Einspritzkanäle 33 zu den einzelnen nicht dargestellten Einspritzventilen,
die in der Nähe der Motorzylinder im Saugrohr angeordnet sind Die Membran 29 dient
als
bewegliches Teil eines Flachsitzventiles, das durch eine Feder 34 bei nicht arbeitender
Kraftstoffeinspritzanlage offen gehalten wird. Die je aus einer Kammer 28 und 32
gebildeten Membrandosen bewirken, daß unabhängig von der zwischen der Ringnut 27
und den Steuerschlitzen 30 bestehenden Überdeckung also unabhängig von der zu den
Einspritzventilen strömenden Kraftstoffmenge das Druckgefälle an den Zumeßventilen
27,30 weitgehend konstant bleibt. Damit ist gewährleistet, daß der Verstellweg des
Steuerschiebers 14 und die zugemessene Kraftstoffmenge proportional sind.
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Bei einer Schwenkbewegung des Hebels 11 wird das Luftmeßorgan 2 in
den konischen Abschnitt 3 des Saugrohres 1 bewegt, so daß der sich zwischen Luftmeßorgan
und konischem Abschnitt ändernde Ringquerschnitt proportional zum Verstellweg deh
Luftmeßorgans 2 ist.
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Als Druckflüssigkeit zur Erzeugung der Rückstellkraft auf den Steuerschieber
14 dient Kraftstoff. Hierfür zweigt von der Kraftstoffversorgungsleitung 21 eine
Leitung 36 ab, die durch eine Abkopplungsdrossel 37 von einer Steuerdruckleitung
38 getrennt ist. Mit der Steuerdruckleitung 38 ist über eine Dämpfungsdrossel 39
ein Druckraum 40 verbunden, in den der Steuerschieber 14 mit seiner Stirnfläche
15 ragt.
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In der Steuerdruckleitung 38 ist ein als Warmlaufeinrichtung dienendes
Drucksteuerventil 42 angeordnet, über das die Druckflüssigkeit durch einen Kraftstoffrücklaufkanal
43 zum Regelorgan 23 gelangen kann. Durch das dargestellte Drucksteuerventil 42
ist der Druck der die Rückstellkraft erzeugenden Druckflüssigkeit temperaturabhängig
steuerbar.
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Das Drucksteuerventil 42 ist als Flachsitzventil ausgebildet, mit
einem festen Ventilsitz 44 und einer Membran 45, die in Schließrichtung des Drucksteuerventils
von einer Feder 46 belastet wird. Die Schließkraft der Feder 46 wird von
einem
Stift 47, der über ein Auflager 48 und einen Federteller 49 zwischen die Membran
45 und die Feder 46 eingespannt ist, übertragen. Bei Temperaturen unterhalb der
Motorbetriebstemperatur wirkt der Feder 46 über den Federteller 49 eine Bimetallfeder
50 entgegen, die an ihrem anderen Ende mit einem in das Gehäuse des Drucksteuerventils
42 eingepreßten Bolzen 51 verschraubt ist. Durch ein zwischen dem Bolzen 51 und
der Bimetallfeder 50 liegendes Isolierstück 52 ist die Bimetallfeder weitgehend
gegen Wärmeverlust durch Wärmeleitung an das Gehäuse des Drucksteuerventils geschützt.
Auf der Bimetallfeder 50 ist ein elektrischer Heizkörper 53 aufgesetzt.
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Der Druck in der Steuerdruckleitung 38 kann ebenfalls durch ein als
Elektromagnetventil 55 ausgebildetes Drucksteuerventil variiert werden, wobei das
Elektromagnetventil 55 durch in elektrische Größen umgebildete Betriebskenngrößen
der Brennkraftmaschine angesteuert wird.Das Elektromagnetventil 55 ist parallel
zum Drucksteuerventil 42 angeordnet, und die durch das Elektromagnetventil 55 abgesteuerte
Kraftstoffmenge mündet in den Kraftstoffrücklaufkanal 43.
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Das Regelorgan 23 hat einen Steuerkolben 58, der an seinem stromaufwärts
gerichteten Ende eine Steuerkante 59 und einen sich daran anschließenden zylindrischen
Kolbenabschnitt 60 und an seinem stromabwärts gerichteten Ende einen sternförmig
ausgebildeten Kolbenabschnitt 61 aufweist.
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Der Steuerkolben 58 ist in einer Führungsbohrung 62 gleitbar gelagert,
deren Durchmesser insbesondere um ca. 0,02 bis 0,04 mm größer ist, als der Durchmesser
des Steuerkolben 58. In den sternförmigen Kolbenabschnitt 61 mündet über eine Ringnut
63 im Gehäuse des Regelorgans der Kraftstoffrücklaufkanal 43 der Drucksteuerventile
42 und 55.
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In einer Zentrierbohrung 64 stützt sich über einen Betätigungsstift
65 das bewegliche Ventilteil 66 eines
Absperrventiles 67 ab, das
andererseits über einen Führungssteg 68 in einer Bohrung 69 geführt wird und entgegen
der Kraft einer Regelfeder 70 durch den Steuerkolben 58 betätigbar ist.
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Die Spannung der Regelfeder 70 kann durch eine Schraube 71 verändert
werden. Auf dem beweglichen Ventilteil 66 ist in eier Nut 72 ein Dichtring 73 angeordnet,
der insbesondere als O-Ring ausgebildet sein kann und mit einem Ventilsitz 74 zusammenarbeitet.
Bei geöffnetem Absperrventil 67 kann der Kraftstoff aus der Leitung 22, der den
Steuerkolben 58 in eine Stellung verschoben hat, in der die Steuerkante 59 sich
mit der Ringnut 63 überdeckt, über die Kraftstoffrückströmleitung 75 zum Kraftstoffbehälter
20 zurückströmen.
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Die Wirkungsweise der Kraftstoffeinspritzanlage ist folgende: Bei
laufender Brennkraftmaschine wird durch die von dem Elektromotor 18 angetriebene
Kraftstoffpumpe 19 Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 20 angesaugt und über die
Kraftstoffversorgungsleitung 21 dem Zumeß- und Mengenteilerventil 10 zugeführt.
Gleichzeitig saugt die Brennkraftmaschine über das Saugrohr 1 Luft an, durch die
das Luftmeßorgan 2 eine gewisse Auslenkung aus seiner Ruhelage erfährt. Entsprechend
der Auslenkung des Luftmeßorgans 2 wird über den Hebel 11 auch der Steuerschieber
14 verschoben, der dabei einen größeren Querschnitt der Steuerschlitze 30 freigibt.
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Die direkte Verbindung zwischen Luftmeßorgan 2 und Steuerschieber
14 ergibt ein konstantes Verhältnis von Luftmenge und zugemessener Kraftstoffmenge,
sofern die Kennlinien dieser beiden Organe hinreichend linear sind, was an sich
angestrebt wird. Das Kraftstoff-Luft-Verhältnis würde dann über den ganzen Betriebsbereich
der Brennkraftmaschine konstant sein. Es ist aber erforderlich, je nach den Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine das Kraftstoff-Luft-Gemisch reicher oder ärmer zu halten,
was durch Anderung der Rückstellkraft auf das Luftmeßorgan 2 erfolgt. Hierfür sind
in der Steuerdruckleitung 38 Drucksteuerventile 42 und 55 angeordnet, von denen
beispielsweise das Drucksteuerventil
42 den Druck der Druckflüssigkeit
während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen der Betriebstemperatur
temperaturabhängig zur Gemischanreicherung beeinflußt. Die von dem Stift 47 auf
die Membran 45 übertragene Schließkraft der Feder 46 bestimmt den Steuerdruck. Bei
Temperaturen unterhalb der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine wirkt jedoch
die Bimetallfeder 50 auf den Federteller 49 entgegen der Feder 46, wodurch die auf
die Membran 45 übertragene Schließkraft verringert wird. Unmittelbar nach dem Start
erfolgt jedoch über den elektrischen Heizkörper 53 eine Aufheizung der Bimetallfeder
50, was zur Folge hat, daß die von der Bimetallfeder 50 übertragende Kraft auf den
Federteller 49 verringert wird.
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Beim Überschreiten des Systemarbeitsdruckes der Kraftstoffeinspritzanlage
wird der Steuerkolben 58 durch den Kraftstoffdruck entgegen der Kraft der Regelfeder
70 in eine Stellung verschoben, in der die Steuerkante 59 die Ringnut 63 mehr oder
weniger überdeckt und gleichzeitig über den Betätigungsstift 65 das Absperrventil
67 geöffnet, so daß eine entsprechende Kraftstoffmenge über die Kraftstoffrückströmleitung
75 in den Kraftstoffbehälter 20 zurückströmen kann. Die Spannung der Regelfeder
70 ist so eingestellt, daß sich unmittelbar vor der Überdeckung der Steuerkante
59 mit der linken Begrenzungsfläche der Ringnut 63 der niedrigste zulässige Systemarbeitsdruck
ergibt.
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Nach dem Abstellen der Kraftstofförderung muß die Kraftstoffmenge,
die sich aus dem Verdrängungsvolumen des Steuerkolbens 58 aus seiner Regelstellung
in die Ruhestellung und aus der Speicherfähigkeit der flexiblen Kraftstoffleitungen
von der Kraftstofförderpumpe bis zum Regelorgan 23 durch den Druckabbau ergibt,
über das Spiel zwischen der Oberfläche des Steuerkolbens und der Führungsbohrung
62 in die Kraftstoffrückströmleitung 75 abfließen, bevor das Absperrventil 67 schließt.
Dieses Spiel ist so bemessen, daß ein möglichst
rascher Druckabbau
vom Systemarbeitsdruck auf den Schließdruck erfolgt, der unmittelbar unter dem Offnungsdruck
der Einspritzventile liegt. Dadurch wird verhindert, daß bei abgeschalteter Zündung
und auslaufendem Motor, wobei das Luftmeßorgan 2 und der Steuerschieber 14 noch
-ausgelenkt sind, so daß Kraftstoff zugemessen wird, noch Kraftstoff abgespritzt
wird, was bei empfindlichen Motoren zu Selbstzündungen führt. Der Abstand zwischen
der Arbeitsstellung und der Ruhestellung des Steuerkolbens 58 ist so bemessen, daß
kurz vor dem Aufsitzen und Abdichten des Dichtringes 73 des Absperrventiles 67 auf
dem Ventilsitz 74 sich die Regelfeder 70 so weit entspannt hat, daß der Systemdruck
unter den öffnungsdruck der Einspritzventile abgefallen ist, jedoch über dem Dampfdruck
des Kraftstoffes bei heißem Motor liegt.
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Der Kraftstoffrücklaufkanal 43 von den Drucksteuerventilen 42 und
55 mündet stromaufwärts des Absperrventiles 67 in die Kraftstoffrückströmleitung
75, so daß bei geschlossenem Absperrventil 67 eine weitere Absenkung des Systemdruckes
über die Drucksteuerventile verhindert wird.
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Der Durchmesser der wirksamen Fläche des auf dem Ventilsitz 74 aufliegenden
beweglichen Ventilteiles 66 des Absperrventiles 67 ist kleiner als der Querschnitt
des Steuerkolbens 58.
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Erfolgt nach dem Starten der Brennkraftmaschine die Kraftstofförderung,
so öffnet das Absperrventil 67 bereits bei einem Druck, der unter dem durch den
Steuerkolben 58 geregelten Systemdruck liegt.