DE3831663A1 - Brennstoffeinspritzsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Brennstoffeinspritzsysteme sind für Brennkraftmaschinen vorgesehen, die in Fahrzeuge eingesetzt werden und daher hohen Anforderungen hinsichtlich einer genauen und störungsfreien Brennstoffzumessung unterliegen.

Stand der Technik

Die OS 17 51 128 offenbart eine elektronisch gesteuerte Einspritzvorrichtung mit ei­ nem Zumeßsystem bestehend aus einem Meßzylinder und einem Freikolben, der den Meßzylinder in zwei Kammern aufteilt, von denen eine über steuerbare Kanäle entweder mit dem Brennstoffzuführsystem oder -rückführsystem in den Tank ver­ bindbar ist und die andere Kammer entweder über eine Drossel mit dem Zuführsystem oder mit einer Einspritzleitung mit Einspritzventil verbindbar ist. Als Steuereinrich­ tung sind 3-Wegeventile vorgesehen. Die Bewegung des Freikolbens soll durch einen Stellungsgeber (Wegmesser) in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, das durch elektronische Bausteine verarbeitet werden soll.

Diese Einspritzvorrichtung eignet sich nicht für eine sequentielle und selektive Ein­ spritzung bei Mehrzylindermotoren.

Aus der OS 20 32 224 ist eine Einspritzvorrichtung bekannt, bei der die Brennstoffzu­ messung durch einen in einem Zylinderabschnitt angeordneten Freikolben erfolgt, der den Zylinderabschnitt in zwei Kammern aufteilt, die über elektrische Ventile entweder mit dem Brennstoffzumeßsystem oder mit einem Verteilersystem mit Einspritzventilen verbindbar sind. Die Steuerung erfolgt so, daß eine Kammer mit dem Brennstoffzu­ führsystem und die andere mit dem Verteilersystem verbunden sind. Die Bewegung des Freikolbens wird durch eine Regelstange begrenzt.

Diese Einspritzvorrichtung weist den Nachteil auf, daß für einen 4-Zylindermotor zwei Einlaßventile und 4 Verteilerventile vorzusehen sind und darüber hinaus durch die Be­ grenzung des Freikolbens mittels Regelstange Leckagen am Freikolben immer dann auftreten müssen, wenn der Freikolben an die Regelstange anschlägt, wodurch eine Ist­ werterfassung der eingespritzten Brennstoffmenge nicht möglich ist.

Darüber hinaus haftet beiden Vorrichtungen der Nachteil an, daß bei leichtsiedenden Brennstoffen auftretende Dampfblasen die Brennstoffeinspritzung unterbrechen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenes Brennstoffeinspritzsystem derart weiterzubilden, daß weniger Bauteile benötigt, sequentielle und selektive Einspritzung erreichbar und eine genaue Istwerterfassung möglich werden. Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, den Einsatz leichtsiedender Brennstoffe zu ermöglichen.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merk­ male gelöst.

Weitere Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angege­ ben.

Mit der Erfindung erreichbare Vorteile sind in der Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erwähnt.

Diese Zeichnung zeigt in schematischer Form ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritz­ system bestehend aus einem Brennstofftank 1, aus dem eine Brennstoffpumpe 2 Brenn­ stoff ansaugt und in ein Brennstoffzuführsystem 3 drückt, das zu einem Gehäuse führt, in dem ein Druckregler 4 für das Zuführsystem 3 angeordnet ist, dessen Brennstoff­ überschußmenge über einen Rücklaufkanal 5 zum Brennstofftank 1 zurückfließt.

Das Gehäuse weist einen Meßzylinder 6 auf, in dem ein Freikolben 7 angeordnet ist, der den Meßzylinder 6 in eine erste und eine zweite Kammer 8 und 9 aufteilt. Die erste Kammer 8 ist über einen Kanal 10 mit einer Drossel 11 mit dem Brennstoffzu­ führsystem 3 und über einen weiteren Kanal 12, dessen Querschnitt von einem Elektro­ ventil 13 gesteuert wird, mit einem Brennstoffrückführsystem 14 verbunden, dessen Druck durch einen Druckregler 15 auf einen niedrigeren Druck als dem des Zuführsy­ stems 3 geregelt ist und dessen Überschußmenge ebenfalls in den Rücklaufkanal 5 fließt. Die zweite Kammer 9 ist über Steuerbohrungen 16 mit Drosseln 17 eines rotie­ renden Verteilers 18 entweder mit dem Zuführsystem 3 oder, je nach Stellung des Ver­ teilers 18, über eine um 45° zu den Steuerbohrungen 16 versetzte weitere Steuer­ bohrung 19 mit einem der gleichmäßig zum Umfang des Verteilers 18 verteilten Einmündequerschnitte 20 von Einspritzleitungen 21 verbunden, die zu Luftansaug­ kanälen 22 der Brennkraftmaschine führen und Einspritzventile 23 aufweisen.

Bei geöffnetem Elektroventil 13 nimmt der Freikolben 7 die gezeigte Stellung ein und ist in dieser Stellung hydraulisch verriegelt, d. h., er wird zwischen zwei Einmünde­ querschnitten 24, 25 des Brennstoffrückführsystems gehalten, indem in die Kammern 8, 9 einströmender Brennstoff den Kolben 7 in eine Position verschiebt, in der entspre­ chend den Strömungswegen die Abströmquerschnitte 24, 25 freigegeben werden und da­ mit in den Kammern 8, 9 gleicher Druck und Kolbenstillstand bewirkt wird.

Der rotierende Verteiler 18 ist als Drehschieber ausgebildet und wird von einem elek­ trischen Synchronmotor 26 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl bzw. Kurbelwellen­ drehung angetrieben. Es ist alternativ jedoch auch ein Antrieb direkt von einer der Motorwellen über einen Zahnriemen etc. möglich.

Im Drehschieber 18 ist in einem Verbindungskanal 27 zwischen den Steuerbohrungen 16, die zum Brennstoffzuführsystem 3 führen, und der Steuerbohrung 19, die zu einer Einspritzleitung 21 führt, ein in Richtung der Steuerbohrung 19 öffnendes Rückschlag­ ventil 28 angeordnet.

Die Bewegung des Freikolbens 7 wird durch einen Wegmesser 29 erfaßt, der beispiels­ weise mit Laserstrahl, Ultraschall, Lichtstrahl oder Induktion arbeitet, wobei das Signal des Wegmessers 29 einem nicht dargestellten elektronischen Steuergerät zuge­ führt und in diesem unter Einbeziehung weiterer Motorparameter- und Steuersignale zu einem Zumeßsignal verarbeitet wird, das an das Elektroventil 13 ausgegeben wird. Eine kapazitive Wegaufnahme ist ebenfalls möglich.

Der Meßzylinder 6 weist mechanische Endanschläge zur Begrenzung des Weges des Freikolbens auf, um die Querschnitte der Drosseln 17, 11 freizuhalten.

Das Ventil 13 ist so ausgelegt, daß es in stromlosem Zustand in Ruhelage geöffnet ist. Damit erfolgt bei Ausfall des Steuergerätes und fehlendem Ansteuersignal aus Sicher­ heitsgründen keine Brennstoffabgabe.

Funktion

In Ruhestellung des Freikolbens 7 befindet sich dieser zwischen den Einmündequer­ schnitten 24, 25 des Rückführsystems 14, wobei das Elektroventil 13 geöffnet ist. Der Brennstoff gelangt aus dem Brennstoffzuführsystem 3 über den Kanal 10 und die Dros­ sel 11 in die erste Kammer 8 des Meßzylinders 6 und fließt aus dieser über den Ein­ mündequerschnitt 24 des Rückführsystems 3 über das geöffnete Elektroventil 13 ab, wobei der Druck stromab der Drossel 11 auf einen niedrigeren Druck als im Zuführsy­ stem 3 herrscht durch den Druckregler 15 geregelt ist.

Gleichzeitig gelangt der Brennstoff über die Steuerbohrungen 16 und Drosseln 17 des Verteilers 18 immer dann in die zweite Kammer 9 des Meßzylinders 6, wenn diese mit dem Einmündequerschnitt des Zuführsystems 3 in Überdeckung gelangen und fließt über den anderen Einmündequerschnitt 25 des Rückführsystems 14 gleichfalls ab.

Der Freikolben 7 regelt dabei den Druck in der zweiten Kammer 9 auf den Druck der ersten Kammer 8, durch die mit der Bewegung des Freikolbens 7 erfolgende Änderung des Einmündequerschnitts 25.

Der rotierende Verteiler 18 läuft synchron mit der Kurbelwelle der Brennkraftma­ schine und stellt über die Steuerbohrung 19, die in Überdeckung mit einem Einmünde­ querschnitt 20 der Einspritzleitungen 21 gelangt, jeweils eine Verbindung zwischen der zweiten Kammer 9 und der einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Ein­ spritzleitung 21 her, wobei die Steuerbohrungen 16 zum Zuführsystem 3 während der Überdeckung geschlossen sind.

Vom Steuergerät liegt für das Elektroventil 13 ein Signal vor, mit dem dieses Ventil 13 im richtigen Zeitabschnitt innerhalb der Überdeckung schließt.

Bei geschlossenem Elektroventil 13 kann der Brennstoff aus den beiden Kammern 8 und 9 nicht mehr abfließen, so daß der Druck in Richtung des Druckes des Zuführsy­ stems ansteigt, bis der Druck erreicht wird, bei dem die Einspritzventile 23 der Ein­ spritzleitungen 21 öffnen.

Ab diesem Zeitpunkt steigt der Druck in der zweiten Kammer 9 nicht mehr an, so daß die in die erste Kammer 8 gepreßte Brennstoffmenge zu keiner Druckerhöhung führt, sondern den Freikolben 7 aus seiner Ruhestellung in die Richtung des Verteilers 18 verschiebt, wodurch der in der zweiten Kammer 9 befindliche Brennstoff in die Ein­ spritzleitung 21 geschoben wird. Der Freikolben 7 ist vorteilhafterweise aus einem Werkstoff gleicher Dichte wie der des Brennstoffs hergestellt und verursacht während der Verstellung keine nennenswerten Leckagen, da keine Druckdifferenz zwischen den Kammern 8 und 9 bestehen kann. Die bei der Bewegung des Freikolbens 7 in die Ein­ spritzleitung 21 geschobene Brennstoffmenge entspricht dem Weg, den der Freikolben 7 ausführt.

Dieser Weg wird nun fortlaufend vom Wegmesser 29 erfaßt und als Signal dem Steuer­ gerät zugeführt und in diesem ausgewertet, bis die vorbestimmte einzuspritzende Brennstoffmenge erreicht wird, woraufhin ein Öffnungssignal an das Elektroventil 13 abgegeben wird.

Mit Öffnung des Elektroventils 13 fällt schlagartig der Druck in den beiden Kammern 8 und 9, das betreffende Einspritzventil 23 schließt. Der rotierende Verteiler 18 hat zwischenzeitlich eine Stellung eingenommen, in der die Steuerbohrung 19 aus der Überdeckung mit dem Einmündequerschnitt 20 herausgetreten und eine der Steuer­ bohrungen 16 in Überdeckung mit dem Einmündequerschnitt des Brennstoffzuführsy­ stems 3 gelangt ist.

Der Brennstoff wird nun wieder in beide Kammern 8 und 9 gepreßt, wobei der Freikol­ ben 7 dadurch, daß der Brennstoff aus der ersten Kammer 8 abfließt, jedoch aus der zweiten Kammer 9 nicht abfließen kann, Einmündequerschnitt 25 ist durch den Frei­ kolben 7 geschlossen, in Richtung der ersten Kammer 8 bewegt, bis der Einmündequer­ schnitt 25 geöffnet und die Ruhestellung erreicht wird. Es versteht sich von selbst, daß die Drosseln 11, 17 der Steuerbohrungen 16 und des Kanals 10 sowie die Auswahl der Druckhöhen im Brennstoffzuführ-, im -rückführsystem und in der Einspritzleitung bei geöffnetem Elektroventil 13 aufeinander abgestimmt sind.

Für den Fall, daß sich in den Einspritzleitungen 21 Luft- oder Dampfblasen befinden oder gebildet haben, verhindert das im Verbindungskanal 27 des Verteilers 18 angeord­ nete Rückschlagventil 28 das Rückfedern der zugemessenen Brennstoffmenge.

Damit wird erreicht, daß trotz der kompressiblen Blasen der Druck in der Einspritzlei­ tung 21 erhöht wird und die Blasen über das sich öffnende Einspritzventil 23 austreten können.

Das angegebene Brennstoffeinspritzsystem ist so konstruiert, daß Luft- und Dampfbla­ sen aus dem Gehäuse ausgespült werden, was durch die vorteilhafte Ausbildung, daß der Freikolben 7 und der Verteiler 18 in einer den Meßzylinder 6 beinhaltenden Bohrung angeordnet sind, erreicht wird.

Die Steuerbohrungen des Verteilers sind so im Drehschieber angeordnet, daß sich die größtmögliche Überdeckung zu den betreffenden Einmündungsquerschnitten ergibt. Dies ist insbesondere kann von Bedeutung, wenn aus Gründen der Verbrennung bzw. Schad­ stoffbildung im Abgas der Einspritzzeitpunkt innerhalb des Arbeitszyklusses verschoben werden muß.

Eine größtmögliche Überdeckung kann bei elektrischem Antrieb des Verteilers 18 durch ungleichförmige Drehung (z. B. Schritte) erreicht werden, z. B. durch elektroni­ sche Kommutierung des Elektromotors.

Mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystem ist unter der Voraussetzung, daß der Verteiler 18 mittels Synchronmotor 26 (oder einem direkten mechanischen Antrieb) phasenrichtig mit Nockenwellendrehzahl angetrieben wird, gewährleistet, daß ent­ sprechend der Zündfolge die einzelnen Zylinder mit Brennstoff versorgt werden.

Die Zuteilung kann kennfeldabhängig und in Abhängigkeit von weiteren Parametern auch phasenverschoben erfolgen, da Spritzbeginn und -ende durch die Ansteuerung des Elektroventils 13 zur Erreichung optimaler Abgas-, Verbrauchs- und Leistungswerte in weiteren Bereichen variiert werden können.

Claims (11)

1. Brennstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem unter Druck stehen­ den Brennstoffzuführ- und einem -abführsystem, einem Zumeß- und einem Istwert­ erfassungssystem sowie einer Steuereinrichtung, mit der entweder eine Verbindung zu einer Einspritzleitung mit Einspritzventil oder zum Brennstoffzuführsystem her­ stellbar ist, wobei das Signal des Istwerterfassungssystems unter Einbeziehung wei­ terer Motorparameter- und Steuersignale in einem elektronischen Steuergerät ein Zumeßsignal bildet, das an das Zumeßsystem ausgegeben wird, dadurch gekennzeich­ net, daß das Istwerterfassungssystem von einem Meßzylinder (6) mit Freikolben (7) gebildet wird, der den Meßzylinder (6) in zwei Kammern (8 und 9) aufteilt, von de­ nen die erste Kammer (8) mit dem Brennstoffzuführsystem (3) und über ein das Zu­ meßsystem bildendes Elektroventil (13) mit dem -rückführsystem (14) verbunden ist und die zweite Kammer (9) über Steuerbohrungen (16, 17) eines die Steuereinrich­ tung bildendenden rotierenden Verteilers (18) entweder mit dem Brennstoffzuführsy­ stem (3) oder mit einer jedem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Ein­ spritzleitung (21) verbindet.

2. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewe­ gung des Freikolbens (7) berührungslos erfaßt und der Freikolben (7) in Ruhestellung hydraulisch verriegelt wird.

3. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Verteiler (18) in einem Verbindungskanal (27) zwischen den Steuerbohrun­ gen (16) zum Brennstoffzuführsystem (3) und der Steuerbohrung (19) zu den Ein­ spritzleitungen (21) ein in Richtung Steuerbohrung (19) bzw. Einspritzleitung (21) öffnendes Rückschlagventil (28) aufweist.

4. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verriegelung des Freikolbens zwischen zwei Einmündequerschnitten (24, 25) des Brennstoffrückführsystems (14) dadurch erfolgt, daß in den Kammern (8, 9) einströmender Brennstoff den Kolben (7) in eine Position verschiebt, in der entspre­ chend den Strömungsmengen die Abströmquerschnitte (24, 25) freigegeben werden und damit in den Kammern (8, 9) gleicher Druck und Kolbenstillstand bewirkt wird.

5. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Kammern (8 und 9) mit dem Brennstoffzuführsystem (3) ver­ bindenden Steuerbohrungen (16) des Verteilers (18) und der Gehäusekanal (10) Drosseln (17, 11) aufweisen.

6. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem das Zumeß-, Istwerterfassungssystem und den rotierenden Ver­ teiler aufnehmenden Gehäuse Druckregelventile (4, 15) für das Brennstoffzuführ- und -rückführsystem (3 und 14) angeordnet sind, deren Rückführleitung (5) in einen Anschluß zum Brennstoffbehälter einmünden.

7. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verteiler (18) synchron zur Brennkraftmaschinendrehzahl bzw. -kurbelwellendrehung elektrisch oder mechanisch angetrieben ist.

8. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewe­ gung des Freikolbens (7) von einem Wegmesser (29) erfaßt wird, der mit Laserstrahl, Ultraschall, Lichtstrahl, Induktion oder auf kapazitivem Weg arbeitet.

9. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Frei­ kolben (7) und der Verteiler (28) in einer den Meßzylinder (6) beinhaltenden Bohrung angeordnet sind.

10. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzylinder (6) mechanische Endanschläge zur Begrenzung des Weges des Freikol­ bens (7) aufweist, um die Querschnitte der Drosseln (17, 11) freizuhalten.

11. Brennstoffeinspritzsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ventil (13) in Ruhelage stromlos geöffnet ist.