DE3833214A1 - Brennstoffeinspritzsystem - Google Patents

Brennstoffeinspritzsystem

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DE3833214A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit ei­ nem eine Drosselklappe aufweisenden Saugrohr und mindestens einer in das Saugrohr führenden Ausmündung zur Brennstoffabgabe, wobei die abzugebende Menge in Abhän­ gigkeit von Kenngrößen und Betriebsparametern in einem elektrischen Steuergerät be­ rechnet und als ein diese Menge charakterisierendes Signal ausgegeben wird.
Derartige Einrichtungen sind bekannt und als elektronische Einspritzsysteme im Markt. Sie erfordern zur Brennstoffdosierung mechanisch sehr aufwendig zu fertigende, hoch­ präzise Bauteile.
Die Vorteile des vorgeschlagenen Systems liegen in einem einfacheren mechanischen Aufbau und in einer besseren Brennstoffaufbereitung.
Erfindungsgemäß ist bei einem Brennstoffeinspritzsystem eingangs genannter Art vor­ gesehen, daß mit dem eine Brennstoffmenge charakterisierenden Signal ein Hochfre­ quenzgenerator angesteuert wird, der für eine vorbestimmte Zeit eine Hochfrequenzin­ duktionsspule erregt, die in einem in einer Kammer befindliches, abgeschlossenes und definiertes Volumen von Brennstoff angeordnetem Objekt Wärme zur schlagartigen Verdampfung mindestens eines definierten Teils dieses Volumens generiert, wodurch Brennstoff über die Ausmündung der Kammer ins Saugrohr gepreßt wird.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben. Nachfol­ gend wird die Erfindung anhand der schematischen Darstellung der Fig. 1 und 2 be­ schrieben, wobei in der Fig. 2 mit I bis IV unterschiedliche Ausführungen dem jeweils angedeuteten Saugrohrabschnitt zugeordnet sind. Für ein System findet natürlich nur eine einheitliche Ausführungsform Anwendung.
Ein Steuergerät 1 weist neben den üblichen und für notwendig erachteten Eingängen von Kenngrößen und Betriebsparametern darüber hinaus noch Eingänge für die Signale eines Temperatursensors 2 und eines Drucksensors 3 auf, die in einer der Verdampfung von Brennstoff dienenden Kammer 4 angeordnet sind. Diese Kammer 4 ist mit einer Brennstoffzuleitung 5 versehen und weist einen Brennstoffauslaß 6 auf. Der Brenn­ stoffzulauf 5 wird von einem Einlaßventil 7 beherrscht, das bei Öffnung den unter ei­ nem konstanten Vordruck stehenden Brennstoff in die Kammer 4 strömen läßt. Der Brennstoffauslaß 6 wird von einem Auslaßventil 8 beherrscht, das den in flüssiger und/oder gasförmiger Phase befindlichen Brennstoff aus der Kammer 4 in das Saugrohr 9 strömen läßt. Die Kammer 4 kann mit einem durch ein nicht näher bezeichnetes Ventil beherrschten Brennstoffspüleinlaß 10 und einen entsprechenden Brennstoffspül­ auslaß 11 versehen sein.
Die Kammer 4 ist von einer ringförmigen Hochfrequenzinduktionsspule 12 umgeben. Diese wird von einem Hochfrequenzgenerator 13 über eine Leitung 14 erregt. Der Hochfrequenzgenerator 13 wird vom Steuergerät 1 aus angesteuert zur Bewirkung ei­ ner Erregungszeit, die einem im Steuergerät bestimmten eine errechnete Brennstoff­ menge charakterisierendem Signal entspricht. Dieses Signal wird in bekannterweise in Abhängigkeit von Kenngrößen und Betriebsparametern in Verbindung mit im Steuerge­ rät abgelegten Kennfeldern errechnet. In der Kammer 4 ist eine Objekt 15 angeordnet, das durch den in ihm induzierten Strom eine Erwärmung erfährt, die so groß ist, daß an seiner Oberfläche der in der Kammer 4 befindliche Brennstoff verdampft.
Die Ventile 7 und 8 können je nach Ausführungsform des Einspritzsystems mechanische Schnarrventile (Fig. 2 IV) sein, die sich durch die an ihnen anliegende Druckdifferenz in Strömungsrichtung öffnen. Die Ventile können elektrisch angesteuerte Elektro­ magnetventile (Fig. 2 I) oder Ventile aus Piezo-Keramik (Fig. 2 III) sein. Es ist auch möglich, daß lediglich das Einlaßventil 7 elektrisch angesteuert wird und das Auslaß­ ventil 8 als mechanisches Schnarrventil ausgebildet ist.
Das in der Kammer 4 befindliche Objekt 15 kann plattenförmig ausgebildet sein (Fig. 2 II). Die Kammer 4 kann zumindestens ein einem Bereich ihrer Wandung derart ausge­ kleidet sein, daß die Auskleidung als das Objekt 15 wirkt, in dem in der Auskleidung die Wärme generiert wird. Es ist möglich, das in der Kammer 4 befindliche Objekt als Kugel (Fig. 2 I) auszubilden, wobei entweder diese eine Hohlkugel sein kann oder eine keramische Kugel, deren Oberfläche metallisch beschichtet ist. Wie Fig. 2 IV entnehm­ bar, kann die Kammer 4 selbst so ausgebildet sein, daß sie als das zu erhitzende Ob­ jekt ausgebildet ist. Denkbar ist es auch, das Objekt rohrförmig auszubilden, wobei die innere und/oder äußere Oberfläche metallisch beschichtet ist, sofern das Rohr nicht aus Metall besteht. Die Oberfläche selbst kann bei den verschiedenen Objekten derart geprägt sein, daß sie viele kleine zum Beispiel kegelstumpfförmige Vertiefungen auf­ weist, womit ein Dampffilm an der Oberfläche vermieden werden soll.
Die Form der Kammer 4 sollte so gewählt werden, daß sie ein blasenfreies Ein- und Ausströmen des Brennstoffs ermöglicht. Um Kühlungsprobleme zu vermeiden, sollte die Kammer 4 aus einem Material gebildet sein, in das sich kein Strom induzieren läßt.
Das Brennstoffeinspritzsystem arbeitet wie folgt. Das eine bestimmte Einspritzmenge charakterisierende Signal des Steuergerätes beaufschlagt den Hochfrequenzgenerator 13, der für eine vorbestimmte Zeit die Hochfrequenzinduktionsspule 12 erregt, die in einem in der Kammer 4 befindliches abgeschlossenes und definiertes Volumen von Brennstoff angeordneten Objekt 15 Wärme zur schlagartigen Verdampfung mindestens eines definierten Teils dieses Volumens erzeugt, wodurch Brennstoff über die Ausmün­ dung der Kammer 4 ins Saugrohr 9 gepreßt wird. In dem Steuergerät sind für unter­ schiedliche Betriebsbedingungen gültige Korrelationen zwischen der Erregungszeit der Spule 12 und der Menge des verdampften Brennstoffs sowie des abzugebenden Brenn­ stoffs in Kennfeldern in Speichern abgelegt. Zur Kompensation von Zumeßabweichun­ gen vom vorgegebenen Sollwert erfolgt eine adaptive Regelung mittels einer im Ab­ gasstrom angeordneten Lambdasonde. Es kann zweckmäßig sein, daß das errechnete Erregersignal impulsförmig die Hochfrequenzinduktionsspule 12 erregt. Hiermit kann die Bildung der Dampfblase unter Umständen dadurch beschleunigt werden, daß das sich unter Umständen bildende Dampfpolster an der Oberfläche des Objektes 15 schneller aufgerissen wird.
Je nach Ausführungsform des Systems kann das Einlaßventil in Abhängigkeit von einem im Steuergerät errechneten Signal geschaltet werden. Das Auslaßventil 8 kann mittels einer Signalleitung seinen Schaltzustand gegebenenfalls dem Steuergerät zuführen. Auch das Auslaßventil 8 kann in Abhängigkeit von einem Signal des Steuergerätes 1 nach Erreichen eines vorgegebenen höheren Druckwertes in der Kammer 4 bis zum Er­ reichen eines zweiten niedrigeren Druckwertes geschaltet werden und so den Öffnungs­ querschnitt freigeben. In zweckmäßigerweise kann die von der Hochfrequenzinduktions­ spule 12 umschlossene Kammer 4 samt Ein- und Auslaßventil 7, 8 in einem gemeinsa­ men Gehäuse als ein in das Saugrohr ausmündende Einspritzventil ausgebildet sein.
Das System kann so betrieben werden, daß der Inhalt der Kammer 4 vollständig ver­ dampft wird und über das Auslaßventil abgegeben wird und die Kammer 4 entspre­ chend den Signalen des Steuergerätes erneut mit Brennstoff vollständig gefüllt wird und der Füllungs- und Verdampfungsvorgang sich so oft wiederholt, bis die für einen Einspritzvorgang errechnete Brennstoffmenge abgegeben ist (Fig. 2 IV).
Bei einer anderen Betriebsweise ist vorgesehen, daß mit Einleitung des Verdampfungs­ vorganges durch Erzeugung von Wärme in dem Objekt 15 der Druck und die Tempera­ tur des Dampfes in der Kammer 4 ständig gemessen werden und entsprechende Signale an das Steuergerät 1 weitergegeben werden. Mit Erreichen eines vorgegebenen Druckes wird das Auslaßventil 8 mit einem Signal des Steuergerätes geöffnet, woraufhin der verdampfte Brennstoff ins Saugrohr austritt. Aus den Signalen für Druck und Tempera­ tur in Verbindung mit gespeicherten Werten wird die abgegebene Brennstoffmenge er­ mittelt. Die ermittelte, abgegebene Brennstoffmenge wird mit einem aus Betriebs­ parametern und anderen Kenngrößen ermittelten Sollwert verglichen. Bei Erreichen des Sollwertes wird das Auslaßventil 8 geschlossen. Mittels der Werte für Druck und Tem­ peratur wird das Brennstoffvolumen des Restdampfmenge ermittelt. Die Kammer 4 wird durch Öffnen des vom Steuergerät angesteuerten Einlaßventils 7 unter Verarbei­ tung der sich ändernden Werte für Druck und Temperatur erneut gefüllt. Nach Füllung der Kammer 4 mit der vorgegebenen Brennstoffmenge für den nächsten Verbrennungs­ vorgang wird das Einlaßventil 7 mittels eines Signals geschlossen und es läuft erneut der Verdampfungsvorgang ab.
Das beschriebene Brennstoffeinspritzsystem und die angegebenen Verfahrensweisen zum Betreiben desselben können sowohl für eine Einstelleneinspritzung als auch für eine Mehrstelleneinspritzung Verwendung finden.

Claims (21)

1. Brennstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem eine Drosselklappe aufweisenden Saugrohr und mindestens einer in das Saugrohr führenden Ausmündung zur Brennstoffabgabe, wobei die abzugebende Menge in Abhängigkeit von Kenn­ größen und Betriebsparametern in einem elektronischen Steuergerät berechnet und als ein diese Menge charakterisierendes Signal ausgegeben wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit diesem Signal ein Hochfrequenzgenerator (13) angesteuert wird, der für eine vorbestimmte Zeit eine Hochfrequenzinduktionsspule (12) erregt, die in einem in einer Kammer (4) befindliches, abgeschlossenes und definiertes Volumen von Brennstoff angeordnetem Objekt (15) Wärme zur schlagartigen Verdampfung mindestens eines definierten Teils dieses Volumens generiert, wodurch Brennstoff über die Ausmündung der Kammer (4) ins Saugrohr (9) gepreßt wird.
2. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druck­ sensor (2) zur Aufnahme des Dampfdruckes in der Kammer (4) vorgesehen ist.
3. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tem­ peratursensor (3) zur Aufnahme der Dampftemperatur in der Kammer (4) vorgesehen ist.
4. Brennstoffeinspritzsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Steuergerät (1) für unterschiedliche Betriebsbe­ dingungen gültige Korrelationen zwischen der Erregungszeit der Spule (12) und der Menge des verdampften Brennstoffs sowie des abzugebenden Brennstoffs in Kennfel­ dern in Speichern abgelegt sind.
5. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kom­ pensation von Zumeßabweichungen vom vorgegebenen Sollwert eine adaptive Regelung mittels einer im Abgasstrom angeordneten Lambdasonde erfolgt.
6. Brennstoffeinspritzsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das errechnete Erregersignal impulsförmig die Hoch­ frequenzinduktionsspule (12) erregt.
7. Brennstoffeinspritzsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das in der Kammer (4) befindliche Objekt (15) plattenför­ mig ausgebildet ist.
8. Brennstoffeinspritzsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das in der Kammer (4) befindliche Objekt (15) zumindest einen Teil der Wandung der Kammer (4) auskleidet.
9. Brennstoffeinspritzsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das in der Kammer (4) befindliche Objekt (15) eine Kugel ist.
10. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (15) eine Hohlkugel ist.
11. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (15) eine keramische Kugel mit metallischer Oberflächenbeschichtung ist.
12. Brennstoffeinspritzsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Objekt (15) rohrförmig mit innerer und/oder äußerer metallischer Oberfläche ist.
13. Brennstoffeinspritzsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kammer (4) einen Brennstoffzulauf mit einem Brenn­ stoffauslaß mit einem Auslaßventil (8) versehen ist.
14. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens eines dieser Ventile (7, 8) durch die an ihm anliegende Druckdifferenz ge­ schaltet wird.
15. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ein­ laßventil (7) in Abhängigkeit von einem im Steuergerät (1) errechneten Signal geöffnet und geschlossen wird.
16. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeich­ net, daß das Auslaßventil (8) mittels eines Signalgebers seinen Schaltzustand dem Steuergerät (1) zuführt.
17. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 13-16, dadurch gekennzeich­ net, daß das Auslaßventil (8) in Abhängigkeit von einem Signal des Steuergerätes (1) den Auslaßquerschnitt nach Erreichen eines vorgegebenen höheren Druckwertes in der Kammer (4) bis zum Erreichen eines zweiten niedrigeren Druckwertes freigibt.
18. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeich­ net, daß das Einlaß- und/oder Auslaßventil (7, 8) als Piezokeramikventil ausgebildet ist.
19. Brennstoffeinspritzsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die von der Hochfrequenzinduktionsspule (12) umschlosse­ ne Kammer (4) samt Ein- und Auslaßventil (7, 8) in einem gemeinsamen Gehäuse ein Einspritzventil bildet.
20. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffeinspritzsystems nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt der Kammer (4) vollständig verdampft und über das Auslaßventil (8) abgegeben wird und die Kammer (4) entsprechend den Signalen des Steuergerätes (1) erneut mit Brennstoff vollständig gefüllt wird und der Füllungs- und Verdampfungsvorgang so oft wieder­ holt wird, bis die für einen Einspritzvorgang errechnete Brennstoffmenge abgegeben ist.
21. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffeinspritzsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) mit Einleitung des Verdampfungsvorganges durch Erzeugung von Wärme in dem Objekt (15) Druck und Temperatur des Dampfes in der Kammer (4) ständig ge­ messen und entsprechende Signale an das Steuergerät (1) gegeben werden;
  • b) mit Erreichen eines vorgegebenen Druckes das Auslaßventil (8) mit einem Signal des Steuergerätes geöffnet wird, woraufhin der verdampfte Brennstoff ins Saug­ rohr (9) austritt;
  • c) aus den Signalen für Druck und Temperatur in Verbindung mit gespeicherten Werten die abgegebene Brennstoffmenge ermittelt wird;
  • d) die ermittelte, abgegebene Brennstoffmenge mit einem aus Betriebsparametern und anderen Kenngrößen ermittelten Sollwert verglichen wird;
  • e) bei Erreichen des Sollwertes das Auslaßventil (8) geschlossen wird;
  • f) mittels der Werte für Druck und Temperatur das Brennstoffvolumen der Rest­ dampfmenge ermittelt wird;
  • g) die Kammer (4) durch Öffnung des vom Steuergerät (1) angesteuerten Einlaßven­ tils (7) unter Verarbeitung der sich ändernden Werte für Druck und Temperatur erneut aufgefüllt wird;
  • h) nach Füllung der Kammer (4) mit der vorgegebenen Brennstoffmenge für den nächsten Verbrennungsvorgang das Einlaßventil (7) mittels eines Signals ge­ schlossen wird;
  • i) die Schritte a bis h ständig wiederholen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1206636A1 (de) * 1999-08-24 2002-05-22 Pentel, Randolph M. Verfahren und vorrichtung zum verdampfen von brennstoff

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1206636A1 (de) * 1999-08-24 2002-05-22 Pentel, Randolph M. Verfahren und vorrichtung zum verdampfen von brennstoff
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