DE2805844A1

DE2805844A1 - Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE2805844A1
Application number: DE19782805844
Authority: DE
Inventors: Volkhard Ing Grad Stein; Gerhard Stumpp; Wolf Ing Grad Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-02-11
Filing date: 1978-02-11
Publication date: 1979-08-16
Also published as: GB1588205A; US4250848A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Kraftstoff einspritzanlage bekannt, bei der an einem Druckregelventil zur Änderung des Kraftstoff-Luft-Gemisches eingegriffen wird, wobei große Verstellkräfte bei einem relativ grossen Hub des beweglichen Ventilteiles erforderlich sind₃ wozu großvolumige und massive Steuermagnete verwendet werden müssen, die auch räumlich schwer zu integrieren sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Eingriffsmöglichkeit geschaffen wird, bei der mit geringen Kräften eine Änderung des Kraftstoff-Luft-Gemisches möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzanlage möglich.

Zeichnung

Fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Schnitt durch eine Kraftstoffeinspritzanlage entlang der Linie I-I in Figur 2, Figur 2 eine Draufsicht auf die Kraftstoffeinspritzanlage mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Kraftstoffdrucksteuerung, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Kraftstoffdrucksteuerung, Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Kraft-

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R.

a/ 2 f

Stoffdrucksteuerung, Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffdrucksteuerung, Figur 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffdrucksteuerung.

Beschreibung der Erfindung

Bei der in Figur 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage strömt die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung in eine Luftansaugleitung 1, die einen Abschnitt 2 mit einem darin angeordneten, als Stauklappe 3 ausgebildeten Meßorgan aufweist und weiterhin durch einen Abschnitt 4 mit einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 5 zu einem oder mehreren nicht dargestellten Zylindern einer Brennkraftmaschine. Das als Stauklappe 3 ausgebildete Meßorgan bewegt sich in dem entsprechend angepaßten Abschnitt 2 der Luftansaugleitung 1 nach einer annähernd linearen Funktion der durch die Luftansaugleitung strömenden Luftmenge, wobei für einen konstanten vor dem Meßorgan 3 herrschenden Luftdruck der zwichen Meßorgan und Drosselklappe 5 herrschende Druck ebenfalls konstant bleibt. Das Meßorgan 3 ist um eine quer zur Luftansaugleitung angeordnete feste Lagerachse 7 drehbar gelagert und mit einer Dämpfungsklappe 8 versehen. Die Dämpfungsklappe 8 taucht bei einer Öffnungsbewegung des Meßorgans 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 Meßorgans 3 in Verbindung. Durch die Dämpfungsklappe 8 wird erreicht, daß die durch die Saughübe hervorgerufenen Saugrohrdruckschwingungen praktisch keinen Einfluß auf die Winkelstellung des Meßorgans 3 haben.

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Wie in Figur 2 dargestellt, erfolgt die KraftstoffVersorgung durch eine von einem Elektromotor 13 angetriebene Kraftstoffpumpe Ih₃ die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 15 ansaugt und über eine Leitung 16 einem Raum 20 zuführt, der durch die Stirnfläche der Lagerachse 7 und die Führungsbohrung 21 der Lagerachse gebildet wird. Der Raum 20 steht über eine in Figur 2 gestrichelt dargestellte Bohrung 22 mit einer in die Lagerachse 7 eingearbeiteten Steuernut 23 in Verbindung. Meßorgan 3 und Dämpfungsklappe 8 sind an eienr Lagernabe 24 angeordnet, die mit einer auf der Lagerachse 7 drehbaren Buchse 25 fest verbunden ist. In der Buchse 25 ist ein Steuerschlitz 26 eingearbeitet, der in eine Nut 27 der Buchse 25 mündet. Der Steuerschlitz 26 arbeitet mit einer Steuerkante 28 zusammen, die durch die von der Lagerachse gebildete Begrenzungsfläche der Steuernut 23 gebildet wird. Durch die Steuerkante 28 wird der Steuerschlitz 26 je nach der Stellung des Meßorgans 3 mehr oder weniger geöffnet, so daß der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge eine proportionale Kraftstoffmenge zugemessen werden kann. Steuerkante 28 und Steuerschlitz 26 bilden ein in der Lagerachse J des Meßorgans 3 angeordnetes Kraftstoffzumeßventil 29- Über die Nut 27 gelangt der zugemessene Kraftstoff in einen kegelstumpfförmig ausgebildeten Leitungsabschnitt 30, der mit seinem kleineren Querschnitt in eine in der Achse des Meßorgans 3 angeordnete Einspritzleitung 33 mündet, die an der Stirnfläche des Meßorgans 3 über eine Einspritzdüse 3*1 in den Spalt 35 höchster Luftgeschwindigkeit zwischen der Stirnfläche und der Wandung der Luftansaugleitung 2 mündet. Die Nut 27 steht über eine Luftöffnung 36 mit dem Saugrohrabschnitt 1 stromaufviärts des Meßorgans 3 in Verbindung, so daß stromabwärts der Kraftstoffzumeßstelle als Gegendruck der Saugrohrdruck stromaufwärts üos Feßorgans herrscht. Die Einspritzleitung 33 kann auch, wie nicht dargestellt ist, mit mehreren in der Stirnfläche

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R.

des Meßorgans 3 angeordneten Einspritzdüsen 34 in Verbindung stehen. Als Einspritzdüse 34 kann auch ein sich nahezu über
die ganze Breite der Stirnfläche des Heßorgans 3 erstreckender Einspritzspalt dienen. Weiterhin könnte die Einspritzdüse 34, wie nicht dargestellt ist, durch ein Einspritzventil ersetzt werden.

Die Zumessung des Kraftstoffes am Kraftstoffzumeßventil 29
erfolgt bei jeweils konstant gehaltener Druckdifferenz. Hierfür zweigt von der Leitung 16 eine Leitung 19 ab, die in eine Kammer YJ eines Druckregelventils 18 mündet. Eine Membran 39 trennt die Kammer 17 des Druckregelventiles 18 von einer
Kammer 38. Die Kammern 17 und 38 stehen über eine Leitung 36 mit einer Drosselstelle 37 in Verbindung. Das Druckregelventil l8 wird in Schließrichtung durch eine Feder 40 beaufschlagt, die in der Kammer 38 angeordnet ist.

Das Druckregelventil 18 ist als Flaehsitzventil ausgebildet, mit der Membran 39 als beweglichem Ventilteil und einem festen Ventilsitz 43, über den Kraftstoff in eine Rückströmleitung 44 gelangen kann, die in den Kraftstoffbehälter 15 mündet.

Die Auslenkung des Meßorgans 3 erfolgt entgegen der Kraft
einer Spiralfeder 47, die an ihrem einen Ende mit der Buchse 25 und an ihrem anderen Ende mit einem Anschlag 48 an der
Luftansaugleitung verbunden ist. Die Grundeinstellung des
Kraftstoffzumeßventiles 29 läßt sich durch Verdrehen der Lagerachse verändern.

Wie in Figur 1 dargestellt, steht die Nut 27 mit einer Luftöffnung 36 in Verbindung, die in die Luftansaugleitung 1
stromaufwärts des Meßorgans 3 mündet. Das Anlegen des Saug-

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-fr- R. 4ί 2 f

rohrdruckes stromaufwärts des Meßorgans 3 über die Luftöffnung 36 als Gegendruck an der Zumeßstelle hat neben dem Vorteil einer Voraufbereitung des zugemessenen Kraftstoffes mit Luft den weiteren Vorteil, daß mit einer offenen Einspritzdüse gearbeitet werden kann.

Die Steuerdruckkammer 38 des Druckregelventils l8 steht über eine Steuerdruckleitung 50 mit einer Kammer 51 eines als Steuerelement dienenden Steuerventils 52 in Verbindung. Die Kammer 51 des Steuerventils 52 wird durch eine Membran 53 von einer Kammer 54 getrennt, in der eine die Membran 53 beaufschlagende Feder 55 angeordnet ist und die mit der Atmosphäre oder dem Saugrohrdruck stromaufwärts des Meßorgans 3 in Verbindung steht. Die als bewegliches Ventilteil ausgebildete Membran 53 arbeitet mit einem in der Kammer 51 angeordneten festen Ventilsitz 56 zusammen, über den Kraftstoff in die Rückströmleitung 44 zum Kraftstoffbehälter 15 gelangen kann. An der Membran 53 kann ebenfalls eine von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine abhängige Zusatzkraft angreifen, beispielsweise über einen Elektromagneten 57, der über einen Betätigungsstift 58 an der Membran 53 angreift. Die Magnetkraft kann beispielsweise in Abhängigkeit vom Signal einer in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsonde veränderbar sein.

In der Kammer 17 des Druckregelventils 18 herrscht der Druck P₁, während in dem Steuerdruckraum 38 der Steuerdruck p_? herrscht. Hat die Membran 39 des Druckregelventils 18 eine Fläche A₁ und die Feder 40 eine Kraft F₁, so ergibt sich als Druckdifferenz

P₁ - P₂ = P₁M₁.

Diese Druckdifferenz kann beliebig klein gewählt werden und ist konstant.

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Bezeichnet man die Fläche der Membran 53 des Steuerventils

52 mit Ap_} die Kraft der Feder 55 mit F„ und die durch den

Elektromagneten 57 bewirkte Zusatzkraft mit F und den Druck

im Saugrohr 1 stromaufwärts des Luftmeßorgans mit ρ , der annähernd auch in der Kammer 5^ des Steuerventils 52 herrscht, so ergibt sich für das Kraftstoffdruckgefälle am Steuerschlitz 26 des Kraftstoffzumeßventils 29

P₁ - p_o = F₁ZA₁ + (F_z + F₂)ZA₂.

Die Druckdifferenz p. - ρ ist also von (F +P₀) abhängig und kann durch die Zusatzkraft F beeinflußt werden. Da an der Drosselstelle 37 stets der Differenzdruck P-i ~ Pp ⁼ F₁ZA₁ abfällt, ist die durch die Drosselstelle 37 fließende Kraftstoffmenge konstant und kann auch beliebig klein gewählt werden. Hierdurch ist es möglich, das Steuerventil 52 mit einem kleinen Ventilsitz 56 und einer kleinen Membranfläche A₀ auszubilden. Auch der Membranhub kann klein gehalten werden, da er nur die Druckänderung von p„ ausgleichen muß, wenn die Zusatzkraft F geändert wird. Die kleine Membranfläche A₀ und damit die kleine Kraft (F₀ + F ) erlauben somit den Einsatz kleiner Elektromagnete für die Zusatzkraft F zur Änderung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, wobei die Federkraft F₂ zur Grundeinstellung des ärmsten Kraftstoff-Luft-Gemisches dient. Auch der erforderliche geringe Membranhub erlaubt eine sehr kleine Ausführung des Elektromagneten. Anstelle des Elektromagneten 57 kann über den Betätigungsstift 58 beispielsweise auch ein temperaturabhängig arbeitende.; Element (z.B. Dehnstoffelement, Bimetall) angreifen, das während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine für ein reicheres Krafttoff-Luft-Gemisch sorgt. Es können auch mehrere Zusatzkräfte P , die von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängig sind, unabhängig voneinander an der Membran

53 zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches angreifen.

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In den Figuren 3 bis 6 sind weitere Möglichkeiten der Kraftstoff druckbeeinflussung schematisch dargestellt. Die gegenüber den Figuren 1 und 2 gleichbleibende Teile sind dabei durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist in der Steuerdruckleitung 50 eine Drosselstelle 60 angeordnet, zu der in einer Bypassleitung 61 ein Elektromagnetventil 62 parallel geschaltet ist. Das Elektromagnetventil 62 kann in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine getaktet angesteuert werden und schließt die Drosselstelle 60 in geöffnetem Zustand kurz. Dabei ist das Druckgefälle am Steuerschlitz 26 des Kraftstoffzumeßventils

Pl - Po = V^A2 ⁺ W

Bei geschlossenem Elektromagnetventil 62 ergibt sich die Druckdifferenz am Kraftstoffzumeßventil zu

P₁ - P₀ = P₂/A₂ + P₁Z(A₁ * K)₅

worin K angibt, welcher Bruchteil von Cp₁ - P₂) an der Drosselstelle 37 abfällt. K wird durch die Dimensionierung der Drosselstellen 37 und 60 festgelegt. Durch das Einstellen beliebiger Ansteuerimpuls-Tastverhältnisse in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine läßt sich im Mittel jeder beliebige Zwischenwert zwischen diesen beiden Differenzdruckgrenzen einstellen. An der Drosselstelle 37 fließt wieder, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2, eine konstante Kraftstoffmenge, so daß die Druckdifferenz F₁ZA₁ bestimmt wird. Damit hat das Steuerventil 52 nur eine konstante Menge zu regeln und kann entsprechend klein ausgeführt werden. Anstelle der Beeinflussung des Tastverhältnis-

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ses am Elektromagnetventil 62 kann für die Warmlaufanreicherung eine kleine Zusatzkraft F an der Membran 53 des Steuerventils 52 angreifen, z. B. durch ein temperaturabhängig arbeitendes Element.

Eine in Figur 3 gestrichelt dargestellte Ausführungsvariante ergibt sich, wenn das Elektromagnetventil 62 in der Bypassleitung 6l entfällt und dafür eine Bypassleitung 72 zur Drosselstelle 37 mit einer Drossel 73 in Reihe als Elektromagnetventil 74 angeordnet wird. Damit ergeben sich für die Regelung des Luftverhältnisses günstige Bedingungen beim Füllen bzw. Leeren des Steuerdruckraumes 38 und eine lineare Luftverhältnis-Kennlinie über dem Tastverhältnis.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel nach Figur 4 weist die Steuerkammer 38 des Druckregelventils 18 eine mit der Membran 39 durch eine Halterung 64 verbundene Membran 65 grösserer Fläche A„ als die Fläche A^ der Membran 39 auf. Die Feder 40 kann außerhalb des Druckregelventils 18 an der Membran 65 angreifen und über die Halterung 64 in Schließrichtung des Druckregelventils 18 wirken. Die Steuerdruckkammer 38 steht über eine Steuerdruckleitung 66 mit einem darin angeordneten Elektromagnetventil 67 mit der Rückströmleitung 44 zum Kraftstoffbehälter 15 in Verbindung. Das Elektromagnetventil 67 ist dabei in Abhängigkeit von Betriebskenngrössen der Brennkraftmaschine steuerbar. Bei geschlossenem Elektromagnetventil 67 herrscht in der Steuerdruckkammer 38 ebenfalls der Druck p., wie in der Kammer 17. Damit ist nur die Membran 65 wirksam und der Differenzdruck am Steuerschlitz 26 des Kraftstoffzumeßventils 29 ergibt sich zu

^pl ~ ^po ⁼

- 10 -

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4%

Bei geöffnetem Elektromagnetventil 67 wirkt in der Steuerdruckkammer 38 der Tankrückdruck ρ, , der durch den hydraulischen Widerstand der Rücklaufleitungen und einen eventuellen Tanküberdruck durch verdampften Kraftstoff bestimmt wird. Als Differenzdruck an dem Steuerschlitz 26 ergibt sich dann

Pl - ^Po ^{= F}l^/Al - ^(pt " ^Po^{) (A}2 - ^Al^} V

Für p. = ρ gleich annähernd Atmosphärendruck ist p. - ρ =

VO J-O

F>/A.. Die beiden Druckgrenzen werden also durch die Membranflächen A. und Ap festgelegt. Die Ansteuerung des Elektromagnetventils 67 kann wieder in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine getaktet erfolgen. Gleichzeitig kann an der Membran 65 eine von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine abhängige Zusatzkraft F angreifen.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 lediglich dadurch, daß in der Steuerdruckleitung 66 stromabwärts des Elektromagnetventils 67 ein Steuerdruckregelventil 69 angeordnet ist, das in seinem Aufbau dem Steuerventil 52 der Figuren 2 und 3 gleicht und dazu dient, einen konstanten Rücklaufdruck zu simulieren, so daß der bei geöffnetem Elektromagnetventil 67 in der Steuerdruckkammer 68 herrschende Druck unabhängig von Druckschwankungen in der Rücklaufleitung 44 ist.

Bei dem fünften Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist kein Steuerventil 52 vorgesehen, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3. Hierdurch ist bei geöffnetem Elektromagnetventil 62 der Druck p_? in der Steuerdruckkammer 38 gleich dem Tankrückdruck p, , während bei geschlossenem Elektromagnetventil 62 der Druck P_n = P^ - K (p. -P₊.) ist, wobei K angibt,

dl. -L \j

welcher Teil des Druckes (p. - ρ. ) an der Drosselstelle 37 ab-

J. X/

fällt. Das Elektromagnetventil 62 wird dabei in Abhängigkeit

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I L 2 t

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von Betriebskenngroßen der Brennkraftmaschine getaktet angesteuert. Gleichzeitig kann aber auch eine Zusatzkraft P in Abhängigkeit anderer Betriebskenngroßen der Brennkraftmaschine an der Membran 39 angreifen, beispielsweise ein temperaturabhängig arbeitendes Element zur Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches während der- V/armlauf phase der Brennkraftmaschine.

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Claims

23.1.1978 Kh/Ht

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

Q). Kraftstoffeinspritzanlage für gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit einem durch ein Luftmeßorgan steuerbaren Kraftstoffzumeßventil, an dem der Kraftstoffdruck stromaufwärts der Zumeßstelle durch ein Druckregelventil änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (18) ein bewegliches Ventilteil (39) aufweist, das zwei über eine Drosselstelle (37) verbundene Kammern (17_a 38) trennt und einerseits vom Kraftstoffdruck (p.,) stromaufwärts des Kraftstoffzumeßventils (29) und andererseits durch die Kraft (P.) einer Feder (40) und von einem durch ein Steuerelement (52, 62, 67, 7*0 in Abhängigkeit von Betriebskenngrössen der Brennkraftmaschine änderbaren Steuerdruck (p₂) beaufschlagbar ist.
2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerelement ein Steuerventil (52) dient, dessen bewegliches Ventilteil (53) einerseits vom Steuerdruck (p₂) und andererseits durch die Kraft (Pp) einer Feder (55) und einer von Betriebskenngrößen der Brenn-

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kraftmaschine abhängigen Zusatzsteuerkraft (P ) beaufschlagst

bar ist.
3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Steuerdruckleitung (50) zwischen Druckregelventil (18) und Steuerventil (52) eine Drosselstelle (60) vorgesehen und in einer Bypassleitung (6l) zur Drosselstelle (60) ein in Abhängigkeit von Betriebskenngrössen der Brennkraftmaschine steuerbares Ventil (62) angeordnet ist.
4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet, daß als Ventil ein elektromagnetisch betätigbares Ventil (62) dient.
5- Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckkammer (38) des Druckregelventils (18) über eine Drosselstelle (60) mit einer Rückströmleitung (44) geringeren Druckes verbunden und in einer Bypassleitung (61) zur Drosselstelle (60) ein in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine steuerbares Ventil (62) als Steuerelement angeordnet ist.
6. KraftStoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckkammer (38) des Druckregel-

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ventils (l8) eine mit dem beweglichen Ventilteil (39) verbundene nachgiebige Wandung (65) größerer Fläche (Ap) als das bewegliche Ventilteil (39) hat und über ein als Steuerelement dienendes steuerbares Ventil (67) in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine mit einer Rückströmleitung (44) geringeren Druckes verbindbar ist.
7. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerdruckleitung (66) stromabwärts des Steuerelementes (67) ein Steuerdruckregelventil (69) angeordnet ist.
8. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließkraft auf das bewegliche Ventilteil (39) des Druckregelventils (l8) durch eine Zusatssteuerkraft (P ) in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine beeinflußbar ist.
9. Kraftstoffexnsprxtzanlage nach Anspüren 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerelement ein in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine steuerbares Ventil (74) dient, das in eirtr Bypassleitung (72) zur Drosselstelle (37) angeordnet und stromabwärts der Steuerdruckkammer (38) des Druckregelventils (18) ein den Rücklaufdruck regelndes Ventil (52) vorgesehen ist. -, ,

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