DE3939508A1 - Vorrichtung zur steuerung der luft- und/oder kraftstoffmenge in verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer aus der DE-OS 36 26 681.7 bekannten Vorrichtung dieser Art weist der Schließkörper kegelige Form mit kalottenartig gewölbter Grund­ fläche auf, wobei das Ansaugluft-Leitrohr und der Schließkörper derart aufeinander abgestimmt sind, daß sie in jeder Funktionsstellung des Schließkörpers stromaufwärts einen der Form einer Laval-Düse folgenden Strömungsquerschnitt freigeben. Zur Zuführung des Kraftstoffes ist der Schließkörper an seiner Spitze mit einer Kraftstoffeinspritzdüse mit ko­ axialem Kraftstoffzuführungskanal versehen, wobei der Schließkörper auf einem gehäusefest befestigten Rohr axial geführt ist, das gleichzeitig als Zuführungskanal für den Kraftstoff zur Düse bildet.

Die bekannte Vorrichtung hat sich im wesentlichen gut bewährt, es hat sich jedoch gezeigt, daß durch die axiale Zuführung des Kraftstoffes in den Verbrennungsluftstrom eine gleichmäßige Durchmischung des Kraftstoffes mit der Luft nicht erreicht werden kann.

Zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Kraftstoff-/Luftgemisches ist beispielsweise aus der DE OS 33 38 283 eine Vorrichtung bekannt geworden, bei der in dem Ventilsitz für den konischen Schließkegel radiale Bohrungen vorgesehen sind, die über einen Ringkanal mit der Kraftstoffpumpe bzw. dem Vergaser verbunden sind. Das angesrebte Ziel kann mit Hilfe dieser bekannten Vorrichtung nicht oder nur bedingt erreicht werden. Einerseits erfordert die Einrichtung eine aufwendige Druckregelung, die zudem - aufgrund des verlängerten Strömungsweges des Kraftstoffes - erst mit einer unvermeidbaren Zeitverzögerung wirksam werden kann. Die gleichmäßige Durchmischung wird auch dadurch vermindert, daß der Kraftstoff einerseits in Form eines kompakten - sich nur zeitverzögert auflösenden - Strahles in den Luftstrom eingebracht wird und andererseits auf seinem Strömungsweg einen Druckabfall erfährt. Der Kraftstoff wird also zum überwiegenden Teil von der Randzone des Luftstromes mitgerissen und in dieser verwirbelt, während der Luftstrom in der Innenzone eher gering mit Kraftstoff beladen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung einer Vor­ richtung zur Steuerung der Kraftstoff- und/oder Luftmenge in Verbrennungs­ kraftmaschinen zugrunde, mit deren Hilfe bei geringem Regelungsaufwand eine große Homogenität des Kraftstoff-/Luft-Gemisches erzielt wird. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den in Patentanspruch 1 wiedergege­ benen Merkmalen gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erfolgt die Regelung der Kraft­ stoffzuführung unmittelbar am Verbrennungsluftzuführungskanal, wodurch einerseits der Vorteil besteht, daß die Nachführung der Kraftstoffregelung einerseits ohne Zeitverzögerung und andererseits ohne jeglichen Druckver­ lust eintritt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht auch darin, daß der Kraftstoff nicht in Form einer mehr oder weniger großen Zahl kompakter Strahle sondern in Form eines ringförmigen Filmes und damit bereits auf einen großen Querschnitt ver­ teilt in den Luftstrom gelangt, wodurch die weitere Verteilung im gesamten Luftstrom wesentlich erleichtert wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch darin zu sehen, daß die Ein­ spritzung zum Unterschied von den bekannten Vorrichtungen dieser Art in die unmittelbare Nachbarschaft der Aufsitzlinie des die Luftzuführung steuernden Schließkegels, d.h. in die Ebene der geringsten Flächenausdeh­ nung und der größten Strömungsgeschwindigkeit des Luftstromes verlegt werden kann, womit in Verbindung mit dem eigenen hohen Einspritzdruck des Kraftstoffes und seiner filmartigen Ringform eine bisher unerreicht gleichmäßige Verwirbelung des Kraftstoffes erzielt wird. Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß aufgrund der erreichten außerordentlich hohen Strömungs­ geschwingigkeit im unmittelbar stromabwärts hinter dem Ventil gelegenen Bereich eine starke Temperaturerniedrigung eintritt, so daß sich dieser Bereich bei Ausbildung als Wärmetauscher ausgezeichnet zur Unterstützung der Motorkühlung eignet mit der weiteren Wirkung, daß das in Kraftfahr­ zeugen übliche Kühlsystem entfallen kann oder zumindest wesentlich ver­ kleinert werden kann, wobei die rückgewonnene Wärme an die Verbrennungs­ luft zurückgegeben wird und damit zur Verbesserung der Verbrennung bei­ trägt.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung, in der die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nung beispielsweise erläutert ist. Es zeigen

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Anordnung zur Steuerung der Luftzuführung zum Zylinder einer Einspritz-Brennkraft­ maschine,

Fig. 2 eine Ausführungsform einer Düse zur Steuerung der Luft- und Kraftstoffzuführung mit hydraulischer Kraftstoffregelung,

Fig. 3 eine Ausführungsform einer Düse zur Steuerung der Luft- und Kraftstoffzuführung mit magnetischer Kraftstoffregelung,

Fig. 4 eine andere Ausbildung einer Anordnung zur Steuerung der Luftzuführung zum Zylinder einer Brennkraftmaschine,

Fig. 5 eine Weiterbildung der in Fig. 4 wiedergegebenen Steuerung in vergrößerter Wiedergabe,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung sich an die Drossel anschlie­ ßenden, als Wärmetauscher ausgebildeten Bereiches der Kraftstoffzuführungsleitung,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform einer Düse zur Steuerung der Luft- und Kraftstoffzuführung,

Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung nach VII-VII durch Fig. 7 Die in Fig. 1 wiedergegebene Anordnung zur Steuerung der Luft- und Kraftstoffzuführung zu den Zylindern einer Einspritz-Brennkraftmaschine besteht aus einem gehäusefesten Ansaugluft-Leitrohr 1 und einem als Ganzes mit 2 bezeichneten Ventil mit einem in dem Ansaugluft-Leitrohr angeordne­ ten Ventilsitzring und einem in den Ventilsitzring eingreifenden konischen Schließkörper 3, durch dessen axiale Verstellung der Luftdurchströmungs­ querschnitt im Ansaugluft-Leitrohr 1 in Abhängigkeit von der gewünschten Maschinenleistung veränderbar ist. Das Ansaugluft-Leitrohr führt über das Ventil 11 zum Zylinder 12, wobei das Ventil 2 (Düse) mit dem Kraftstoff­ einspritzsystem 13 verbunden und von dem Steuergerät 14 gesteuert ist.

Im Ansaugluft-Leitrohr 1 ist - siehe insbesondere die Fig 2 und 3 - ein weiterer geführter ringförmiger Schließkörper 5 angeordnet, der der Steuerung eines unmittelbar an den Innenraum 6 des Verbrennungsluft-Leit­ rohres 1 angrenzenden und mit dem Kraftstoffzuführungssystem verbundenen Ringraumes 8 dient, wobei im Falle der wiedergegebenen Ausführungsformen der Ventilsitzring für den konischen Schließkörper 3 zweiteilig aus einem rohrfesten Teil 4 und einem axial geführten verstellbaren Teil 5 gebildet ist, von denen das rohrfeste Teil 4 den Ventilsitz sowohl für den koni­ schen Schließkörper 3 als auch für den ringförmigen, den Ringraum 8 steu­ ernden Schließkörper dient. Insbesondere in dieser Ausführungsform kann die Kraftstoffzuführung in die unmittelbare Nachbarschaft der Aufsitz­ linie, gegebenenfalls sogar unmittelbar in die Aufsitzlinie selbst des die Luftzuführung steuernden Schließkegels, d.h. in die Ebene der geringsten Flächenausdehnung und der größten Strömungsgeschwindigkeit des Luftstromes verlegt werden.

Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsform ist der ringförmige Schließkörper 5 mittels einer Feder 9 in fester Anlage gegen den Ventil­ sitz 4 gehalten und im Kraftstoffsystem ein Druckregler angeordnet, mit dessen Hilfe die Öffnung und Schließung des ringförmigen Schließkörpers 5 und damit die Kraftstoffzuführung in Abhängigkeit von der Luftzuführung gesteuert wird, wohingegen im Falle der in Fig. 3 wiedergegebenen Ausfüh­ rungsform der ringförmige Schließkörper 5 als Magnetanker ausgebildet und von einer der Steuerung der Kraftstoffzuführung in Abhängigkeit von der Verbrennungsluftzuführung dienenden Magnetwicklung 10 umgeben ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders einfache Regelung der Kraft­ stoffzuführung in der Weise, daß das Kraftstoffzuführungssystem unter kon­ stantem Druck gehalten werden kann bei Veränderung der Zuführungsmenge ausschließlich über die Veränderung des Öffnungsquerschnittes, während die Veränderung des Öffnungsquerschnittes und damit der Zuführungsmenge im Falle der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsform durch Veränderung des Kraftstoffdruckes erfolgt, durch den die Öffnung gegen die Wirkung der Schließfeder 9 erfolgt. Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 ermöglicht wei­ terhin eine Integration der Vorrichtung insgesamt in Einspritzsysteme, bei denen die Kraftstoffmengenmessung elektronisch als Funktion aller erfaß­ baren Motorparameter (Kennfelder) wie z.B. Drehzahl, Temperatur, Ansaug­ luftmenge, Drosselstellung usw. gesteuert ist.

Bei den in den Fig 4 bis 6 wiedergegebenen Ausführungsformen der Er­ findung ist der Schließkörper 21 gehäusefest angeordnet und der Ventilsitz als mittels einer Feder 23 federbeaufschlagte Schieberhülse 22 ausge­ bildet, wobei der Schließkörper 21 als Düse zur Zuführung des Treibstoffes ausgebildet und die Schieberhülse 22 mit in Langlochführungen 25 des Gehäuses 1 geführten Betätigungszapfen 26 versehen ist. Diese Ausfüh­ rungsform ermöglicht in einfacher und außerordentlich vorteilhafter Weise die Zuführung des Treibstoffes - durch den Schließkegel hindurch - in das Innere des Verbrenungsluftstromes bei radialer - gegen die Rohrwandung gerichteter - Einspritzung. Es ist hierdurch erstmals eine Kraftstoffzu­ führungseinrichtung geschaffen, bei der die beiden vorteilhaften Merkmale der mittigen Zuführung des Treibstoffes und dessen radialer Einspritzung miteinander kombiniert sind, wodurch sich in Verbindung mit der Verschieblichkeit der in dem Luftführungsrohr geführten Ventilsitz-Hülse eine besonders wirkungsvolle Homogenisierung des Treibstoff-Luft-Gemisches bei außerordentlich einfacher Steuerung durch in Langlochschlitzen des Führungsrohres geführte Verbindungszapfen ergibt.

Vorteilhaft besteht im Falle der vorstehend beschriebenen Ausführungs­ form der Erfindung der gehäusefeste Schließkörper aus einer die Treib­ stoffzuführung 29 sowie eine Dichtfläche 30 als Ventilsitz enthaltenden Schließkegelhülse 31 und einer den Ventilkörper für die Treibstoffzu­ führung bildenden Schließkegelspitze 32, die mit einem in die Schließke­ gelhülse 31, vorteilhaft in die Treibstoffzuführung 29 einragenden Schaft 33 sowie einer gegen die Dichtfläche 30 weisenden ringförmigen Dichtkante 34 versehen und mit ihrer Dichtkante 34 elastisch federnd in fester Anlage an der Dichtfläche 30 gehalten ist. Hierbei kann in der in Fig. 4 wiedergegebenen Weise der Schaft 33 an seinem freien Ende mit einem Federteller 35 für eine den Schaft 33 umschlingenden und sich im übrigen gegen eine dichtflächenseitige Innenwandung abstützenden Feder 37 versehen sein.

Es kann jedoch in einer besonders vorteilhaften Abwandlung der vor­ stehend beschriebenen Ausführungsform - siehe Fig. 5 - der Schaft 41 als Dehnschraube ausgebildet sein, mit deren Hilfe die Schließkegelspitze 42 fest gegen die Schließkegelhülse 43 verschraubt ist. Diese Ausführungsform erlaubt eine außerordentlich feinfühlige Regelung der Treibstoffzufuhr in allen Leistungsbereichen dadurch, daß sich die Ventilöffnung und damit die zufließende Treibstoffmenge ausschließlich nach der elastischen Verformung der Dehnschraube bestimmt, die im Hinblick auf die Konstanz der physika­ lischen Parameter Länge, Querschnitt und Elastizitätsmodul in direkt proportionaler Abhängigkeit von dem Treibstoffdruck in der Zuführungslei­ tung steht. Unter Berücksichtigung der in weiten Grenzen durch Material­ wahl bestimmbaren, ungeachtet dessen absolut geringen elastischen Dehnung der Dehnschraube kann mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine außer­ ordentlich feinfühlige und sich verzögerungsfrei der geforderten Leistung folgende Regelung der Treibstoffzufuhr erzielt werden.

Zur Vereinfachung der Montage können der Schließkegel dreiteilig und die Schließkegelspitze zweiteilig aus einem Dichtring 46 und einem Lager­ teil 47 gebildet sein, das mit einem Zentrierkegel 48 für den Dichtring 46 versehen ist und den Schaft 33, 41 trägt, der mit einer ebenfalls als Zentrierkegel ausgebildeten, in der Schließkegelhülse gelagerten Büchse 49 verschraubt ist. Es wird auf diese Weise die für eine ordnungsgemäße Funk­ tion der Einspritzanlage erforderliche einwandfreie Zentrierung der den Schließkegel bildenden Teile gewährleistet, wobei in der in den Fig. 5 wiedergegebenen Ausführungsform der Schaft 41 mit einem Gewindekopf 51 versehen ist, der einen größeren Durchmesser als der Schaft 41 aufweist und zur Befestigung des Dehnschaftes vollständig in die Büchse einge­ schraubt ist. Anstelle der Schraubverbindung kann auch eine andere geeignete Verbindung - etwa eine Klemmverbindung - vorgesehen sein.

In dem zwischen der Schließkegelhülse 43 und dem Dichtring 46 einge­ schlossenen Raum ist ein mit einem Heizelement versehener poröser Ring 53, etwa ein Molekularsieb, angeordnet, mit dem der einströmende Kraftstoff vorgewärmt werden kann als Ausgleich für den erheblichen, im sich an­ schließenden Leitungsabschnitt eintretenden Temperaturabfall. Demselben Zweck dient die weitere Maßnahme der Ausbildung dieses Bereiches als ein mit dem Motorkühlsystem verbundener Wärmetauscher. Hierbei ist in der in Fig. 4 wiedergegebenen Ausführungsform der Kraftstoff-Kanal in seiner Ge­ samtheit von einem in das Motorkühlsystem integrierten Kühlmantel 56 umge­ ben, während in Fig. 6 in einer schematischen Darstellung eine andere Aus­ führungsform eines Wärmetauschers wiedergegeben ist. Sie zeigt die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Düse, an die sich der übliche Kraft­ stoff-Verteiler mit den zu den Zylindern führenden Kraftstoffkanälen 57 anschließt, die von einem mit dem Motor-Kühlsystem verbundenen Wärmetau­ scher-Mantel 58 umschlossen ist. Der in der erfindungsgemäßen Düse eintre­ tende Temperaturabfall ist so erheblich, daß die bei der Verbrennung entstehende Abwärme in dem Wärmetauscher zur Vorwärmung des Treibstoffge­ misches zurückgewonnen und damit in der überwiegenden Zahl der Fälle auf einen systemunabhängigen Kühlkreis verzichtet werden kann.

Bei der in Fig. 7 und 8 wiedergegebenen, im übrigen der Fig. 5 ent­ sprechenden Ausführungsform einer Düse sind anstelie eines einzigen mitti­ gen Dehnschaftes mehrere gleichmäßig ringförmig auf dem Umfang verteilte Dehnschäfte 61 mit entsprechend geringerem Querschnitt vorgesehen, wobei mittig in der Schließkegelhülse 43 ein bis in die Schließkegelspitze 42 einragender Magnetkern 62 gehalten und in der Schließkegelspitze 42 eine den Magnetkern 62 umgebende Spule 63 angeordnet sind, die im Zusammen­ wirken mit dem Magnetkern 62 bei Aufrechterhaltung von konstantem Treibstoffdruck die Öffnung des Ventils steuert.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoff- und/oder Luftmenge in Verbrennungskraftmaschinen, mit einem gehäusefesten Ansaugluft-Leitrohr und einem Ventil aus einem in dem Ansaugluft-Leitrohr angeordneten Ventil­ sitzring und einem in den Ventilsitzring eingreifenden konischen Schließ­ körper, durch dessen axiale Verstellung der Luftdurchströmungsquerschnitt im Ansaugluft-Leitrohr in Abhängigkeit von der gewünschten Maschinenlei­ stung veränderbar ist, bei der im Ansaugluft-Leitrohr ein weiterer Ventil­ sitzring für einen in dem Ansaugluft-Leitrohr geführten ringförmigen Schließkörper angeordnet ist, der der Steuerung eines unmittelbar an den Innenraum des Verbrennungsluft-Leitrohres angrenzenden und mit dem Kraft­ stoffzuführungssystem verbundenen Ringraumes dient, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ventilsitzring für den konischen Schließkörper (3) zweitei­ lig aus einem rohrfesten Teil (4) und einem axial geführten verstellbaren Teil (5) gebildet ist, von denen das rohrfeste Teil (4) den Ventilsitz sowohl für den konischen Schließkörper (3) als auch für den ringförmigen, den Ringraum (8) steuernden Schließkörper dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ring­ förmige Schließkörper (5) mittels einer Feder (9) in fester Anlage gegen den Ventilsitz (4) gehalten und im Kraftstoffsystem ein Druckregler ange­ ordnet ist, mit dessen Hilfe die Öffnung und Schließung des ringförmigen Schließkörpers (5) und damit die Kraftstoffzuführung in Abhängigkeit von der Luftzuführung gesteuert wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der ringförmige Schließkörper (5) als Magnetanker ausgebildet und von einer der Steuerung der Kraftstoffzuführung in Abhängigkeit von der Verbrennungsluftzuführung dienenden Magnetwicklung (10) umgeben ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schließkörper im Bereich der Dichtkante des ringförmigen Schließkörpers mit einer Ringnut und die Dichtkante verzahnt ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schließkörper (21) gehäusefest angeordnet und als Düse für die Treibstoffzuführung ausgebildet ist, wobei der Ventilsitz (22) als federbeaufschlagte Schieberhülse (24) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schie­ berhülse (24) mit die Wandung des Gehäuses (1) durchragenden und in Lang­ lochführungen (25) des Gehäuses (1) geführten Betätigungszapfen (26) versehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der gehäusefeste Schließkörper aus einer die Treibstoffzu­ führung (29) sowie eine Dichtfläche (30) als Ventilsitz enthaltenden Schließkegelhülse (31) und einer den Ventilkörper für die Treibstoffzu­ führung bildenden Schließkegelspitze (32) besteht, die mit einem in die Schließkegelhülse (31) einragenden Schaft (33) oder mehreren ringförmig angeordneter Schäfte (61) sowie einer gegen die Dichtfläche (30) weisenden ringförmigen Dichtkante (34) versehen und mit ihrer Dichtkante (34) elastisch federnd in fester Anlage an der Dichtfläche (30) gehalten ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (33) an seinem freien Ende mit einem Federteller (35) für eine den Schaft (33) umschlingende und sich im übrigen gegen eine dichtflächenseitige Innenwandung (36) abstützende Feder (37) versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (41) bzw. die Schäfte (61) als Dehnschaft oder Dehnschraube ausgebildet ist (sind), mit deren Hilfe die Schließkegelspitze (42) fest gegen die Schließkegelhülse (43) gehalten ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließkegelspitze zweiteilig aus einem Dichtring (46) und einem Lagerteil (47) gebildet ist, das mit einem Zentrierkegel (48) für den Dichtring (46) versehen ist und den Schaft (33, 41) trägt, der in eine ebenfalls als Zentrierkegel ausgebildeten, in der Schließkegelhülse gelagerten Büchse (49) eingeschraubt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schließkegelhülse (43) ein bis in die Schließkegelspitze (42) einra­ gender Magnetkern (62) gehalten und in der Schließkegelspitze (42) eine den Magnetkern (62 umgebende Spule (63) angeordnet ist, die im Zusammen­ wirken mit dem Magnetkern (62) bei Aufrechterhaltung von konstantem Treibstoffdruck die Öffnung des Ventils steuert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (41) mit einem Gewindekopf (51) versehen ist, der einen größeren Durchmesser als der Schaft (41) aufweist und zur Befestigung des Dehnschaftes vollständig in die Büchse eingeschraubt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem zwischen der Schließkegelhülse (43) und dem Dichtring (46) eingeschlossenen Raum ein mit einem Heizelement versehener poröser (Filter-) -Ring (53) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß der sich an die Drossel (1) anschließende Bereich der Kraftstoff­ zuführungsleitung (1) als mit dem Motorkühlsystem verbundener Wärmetau­ scher (56) ausgebildet ist.