EP0412075A1 - Vorrichtung zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0412075A1
EP0412075A1 EP90890208A EP90890208A EP0412075A1 EP 0412075 A1 EP0412075 A1 EP 0412075A1 EP 90890208 A EP90890208 A EP 90890208A EP 90890208 A EP90890208 A EP 90890208A EP 0412075 A1 EP0412075 A1 EP 0412075A1
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EP
European Patent Office
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valve
gas
injection valve
injection
annular space
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EP90890208A
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English (en)
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Diethard Dipl.-Ing. Plohberger
Volker Dipl.-Ing. Pichl
Leopold Dr. Dipl.-Ing. Mikulic
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Original Assignee
AVL List GmbH
AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
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    • F02M67/10—Injectors peculiar thereto, e.g. valve less type
    • F02M67/12—Injectors peculiar thereto, e.g. valve less type having valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3023—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode

Definitions

  • the invention relates to a device for introducing fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, an injection valve opening into the combustion chamber being provided, which is used for removing compressed gas from the cylinder and for blowing in the gas and the fuel provided by a metering device Gas storage is provided for receiving the compressed gas.
  • a device of this type has become known, for example, from EP-A 0 328 602, where a gas exchange chamber is controlled by an injection valve opening into the cylinder of an internal combustion engine. Compressed gases are removed from the cylinder during a work cycle, stored temporarily and, in the following cycle, blown into the cylinder of the internal combustion engine together with the fuel introduced into the valve-side gas chamber.
  • EP-A 0 328 602 has disclosed various design variants which allow control of the stroke speed of the valve needle or a change in the needle stroke. In comparison to the versions without a variable needle stroke, this results in advantages with regard to the operation of the engine at low loads or full load, the positive influence on the emission behavior of the internal combustion engine having to be mentioned above all.
  • any eccentricities of the injection valve with respect to the valve seat have a disadvantageous effect, which is particularly noticeable in the case of small valve strokes as a disruptive influence on the jet shape, as a result of which high demands must be placed on the quality of the valve guide and valve seat. Furthermore, the mechanical and manufacture Lung engineering effort to control the valve lift relatively large.
  • the object of the invention is to develop a device of the type mentioned in a mechanically simple manner so that optimal injection conditions prevail even for small injection quantities and low injection speeds in part-load and idling operation, any eccentricities in the area of the valve seat being acceptable.
  • variable throttle point is provided between the valve seat of the injection valve and the gas accumulator, the flow cross section of which can be controlled as a function of load and speed parameters of the internal combustion engine.
  • variable throttle point which is located downstream of the now constant throttle point of the valve seat, in contrast to the known device, in which this control was achieved by varying the stroke of the single-valve .
  • Connecting elements to the gas storage are designed so that they contain only a small volume and thus the majority of the stored gas passes through the variable throttle point both when charging the storage and when blowing the fuel-gas mixture into the combustion chamber.
  • the gas stream entering the gas accumulator when charging is more or less throttled, so that a more or less high pressure level is set in the gas accumulator after closing the injection valve.
  • the difference between cylinder and accumulator pressure and thus the energy available for injection, depending on the throttle position, will vary depending on the start of injection.
  • the gas flow emerging from the gas storage unit during the injection is throttled to different extents, depending on the throttle position.
  • the injection jet can be adapted to the different requirements that arise in different operating states of the engine. For example, at low load, a weak charge jet in the combustion chamber can achieve a favorable charge stratification, while at full load, a high injection speed enables the desired homogenization of the combustion chamber charge.
  • the gas reservoir is designed as a rotatable or axially displaceable storage tube which is mounted in the housing of the injection valve and has an actuator and a wall opening which is connected via a feed line to an annular space adjoining the valve seat, the variable Throttle point is formed by the wall opening in the storage tube and the supply line to the storage tube which is swept therefrom, the metering device advantageously opening into the annular space adjoining the valve seat. For example, by rotating the storage tube, the coverage of the two openings is varied. This results in a different cross section available for the gas passage.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is given in that, in the case of a multi-cylinder burner, the individual injection valves have a common storage tube which is arranged parallel to the crankshaft axis and which is mounted in lateral formations of the housing of the individual injection valves and is divided into individual storage sections, each storage section is connected to a supply line of the corresponding injection valve via a wall opening.
  • the lateral, horizontal arrangement of the storage tube enables a low overall height of the blowing device, as is required above all in two-stroke engines.
  • the individual storage sections in the storage pipe are connected by throttle bores, so that the same medium pressure values are set in the individual storage sections.
  • a further improvement lies in the fact that the feed line arranged between the annular space adjoining the valve seat and the gas accumulator opens tangentially into the annular space, as a result of which a stabilizing swirl movement is forced on the injection jet.
  • Another embodiment variant of the invention which is particularly suitable for four-stroke engines, provides that a tubular throttle member enclosing the valve guide of the injection valve is provided, which comprises the valve guide of the injection valve axially displaceably, and that the throttle member at its end facing the valve seat has a cylindrical gap to the housing of the injection valve, which forms the variable throttle point between the valve seat and the gas accumulator. Since there is no space for a lateral, horizontal storage pipe due to the space required for the valve train, the gas storage is arranged concentrically to the injection valve.
  • the metering device can open into the annular gap between the injection valve and the valve guide.
  • the throttle element be on the valve seat opposite end has an annular plate which is movably sealed to the housing wall, that the annular plate separates two annular spaces arranged in the housing of the valve, one annular space which can be acted upon with a control pressure medium being separated from the gas reservoir by an annular shape in the valve housing and the other Annulus has an element or pressure medium acting in the closing direction of the throttle member.
  • the annular space having a pressure medium acting in the closing direction of the throttle element can have a flow connection to the gas reservoir. This enables the pressure in the gas reservoir to be regulated automatically.
  • FIGS. 1 and 2 on the one hand and FIG. 3 on the other hand are dealt with in detail below.
  • the device for introducing fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine shown in FIG. 1 has an injection valve 2 guided in a housing 1. Between the valve seat 3 of the injection valve 2 and the gas storage 5 executed here as an axis 4 'rotatable storage tube 4, a supply line 1 to the gas storage 5 is provided, starting from an annular space 6 adjoining the valve seat 3.
  • the wall opening 8 in the storage tube 4 and the feed line 7 swept therefrom together form the variable throttle point 9.
  • the storage tube 4 can be rotated and thus the covering of the wall opening 8 with the feed line 1 can be varied, which results in the throttle point 9 different gas throughput results.
  • the storage tube 4 is mounted in a lateral projection 11 of the housing 1, which guarantees a compact design, in particular for two-stroke engines.
  • the fuel is supplied via the metering device 12 into the annular space 6 near the valve plate 13 of the injection valve 2, whereby the total amount of gas flowing in and out can be loaded with fuel in the various operating states of the internal combustion engine.
  • the type of actuation of the injection valve 2 is largely freely selectable; However, to ensure a low overall height, short opening and closing times and precise control with simultaneous variation of the blowing timing, it is advisable to open and close the valve using the pressure generated by a fuel pump, in accordance with the EP-A cited at the beginning 0 328 602.
  • the fuel pump also supplies the metering element 12 for fuel injection into the annular space 6.
  • an actuating piston 14 connected to the injection valve is subjected to high pressure (20 to 100 bar) on the side facing away from the valve seat 3, and is thereby pressed onto a stop 15 in the housing 1.
  • the distance traveled corresponds to the stroke of the injection valve 2.
  • a constant pressure of a pressure medium supplied via line 16, which is present on the opposite side of the actuating piston 14, is used to close the valve.
  • Opening and closing is accomplished by means of an electromagnetically actuated three-way valve 17, which releases the high-pressure line 18 from the beginning of the opening of the injection valve 2 until immediately before the closing time and thus acts on the actuating piston 14 on the side facing away from the valve.
  • the pressure on the opposite side of the piston is either lower than the high pressure from line 18, or different actuating forces on the piston are realized by differently sized pressure-effective surfaces on both sides of the piston, which can save a second pressure level.
  • the three-way valve 17 releases the return 19.
  • the pressure on the side of the piston facing away from the valve drops, the pressure present on the opposite side via line 16 closes the injection valve 2 and keeps it closed against the gas pressure in the gas accumulator.
  • the storage tube 4 is expediently arranged parallel to the crankshaft axis and thus connects the injection valves 2 arranged in series.
  • the storage tube 4 is mounted in the lateral projections 11 of the housing 1 of the individual injection valves 2 and divided into individual storage sections 5 '.
  • Each storage section 5 ' is connected via a wall opening 8 to a feed line 7 of the corresponding injection valve 2.
  • the wall openings 8 of the storage tube 4 at the variable throttle 9 can also be designed as elongated holes.
  • the feed line 7 to the storage section 5 ' is expediently designed such that the gas emerging from the storage section 5' when blowing in flows tangentially into the annular space 6 around the injection valve 2. As a result, a stabilizing swirl movement is forced on the blowing jet.
  • the gas accumulator 5 is arranged here coaxially with the injection valve 2 and delimited by the cylindrical housing wall 22.
  • the variable throttle point 9 between the valve seat 3 and the gas accumulator 5 is formed by the valve-side end of a throttle element 23, which forms a variable, cylindrical gap 24 with the housing 1 of the injection valve 2.
  • the tubular throttle member 23 encloses the valve guide 25 and is axially displaceable thereon, as a result of which the height of the cylindrical gap and thus the cross section of the throttle point 9 can be changed linearly.
  • the throttle point 9 closes in the form of a flat seat.
  • the design variant shown is particularly suitable for four-stroke engines due to its design and external dimensions.
  • the throttle point 9 which is rotationally symmetrical about the axis of the injection valve 2, together with the likewise symmetrical flow conditions in or in the gas reservoir 5 and a symmetrical fuel supply via the annular gap between the valve guide 25 and the injection valve 2, largely stratify the charge in the gas reservoir 5. This makes it possible, when the gas flows into the gas storage device, to load only that air mass which is introduced into the cylinder during the subsequent injection, which results in advantages in the transient operation of the internal combustion engine.
  • the supply of fuel from above via the valve guide 25 is further advantageous in that the fuel connection and the metering element 12 are located higher, which is generally desirable in the four-stroke engine with its large deck height.
  • its stem and the valve guide 25 are protected from the accumulation of contaminants.
  • the throttle element 23 is formed here at its upper end as an annular plate 26, which is movably sealed against the housing wall 22 of the injection valve 2.
  • the annular space 27 thus formed between the housing wall 22 and the throttle element 23 has a flow connection 28 to the gas accumulator 5.
  • the plate 26 of the throttle element 23 there is in parallel in the housing 1 an annular projection 29 which is movably sealed against the tubular throttle element 23. Between the annular plate 26 and the projection 29, the annular space 30 required for throttle control is created, which is acted upon by the connection 31 with the variable control pressure.
  • the throttling effect of the flow connection 28 is to be coordinated in such a way that a medium pressure is established in the annular space 27 and the pressure changes in the gas accumulator 5 resulting during each blowing cycle do not have any effect.
  • An advantage of this system is that temperature-related changes in length and manufacturing tolerances on the throttle element and injection valve do not affect the pressure set in the gas reservoir 5, since this is continuously adjusted directly according to the specified control pressure. This also makes it possible to easily control and synchronize the blowing speed of several blowing devices by applying the same control pressure to them.

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Abstract

Zur Steuerung der Einblasegeschwindigkeit einer Vorrichtung zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei ein in den Brennraum öffnendes Einblaseventil vorgesehen ist, welches zur Entnahme von verdichtetem Gas aus dem Zylinder und zur Einblasung des Gases und des von einer Zumeßeinrichtung bereitgestellten Kraftstoffes dient, wobei ein Gaspeicher zur Aufnahme des verdichteten Gases vorgesehen ist, wird vorgeschlagen, daß zwischen dem Ventilsitz (3) des Einblaseventiles (2) und dem Gasspeicher (5) eine variable Drosselstelle (9) vorgesehen ist, deren Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit von Last- und Drehzahlparametern der Brennkraftmaschine steuerbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei ein in den Brennraum öffnendes Einblaseventil vorgesehen ist, welches zur Entnahme von verdichtetem Gas aus dem Zylinder und zur Einblasung des Gases und des von einer Zumeßeinrichtung bereitgestellten Kraftstoffes dient, wobei ein Gaspeicher zur Aufnahme des verdichteten Gases vorgesehen ist.
  • Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der EP-­A 0 328 602 bekannt geworden, wo durch ein in den Zylinder einer Brennkraftmaschine öffnendes Einblaseventil eine Gas­wechselkammer gesteuert wird. Verdichtete Gase werden dabei während eines Arbeitszyklus aus dem Zylinder entnommen, zwi­schengespeichert und im darauffolgenden Zyklus zusammen mit dem in die ventilseitige Gaskammer eingebrachten Kraftstoff in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingeblasen.
  • Zur Anpassung der Steuerzeiten der Einblasevorrichtung an ver­schiedene Motorparameter wie Last- oder Drehzahl, sind aus der EP-A 0 328 602 verschiedene Ausführungsvarianten bekannt ge­worden, welche eine Steuerung der Hubgeschwindigkeit der Ven­tilnadel oder eine Änderung des Nadelhubes erlauben. Dies er­gibt im Vergleich zu den Ausführungen ohne variablen Nadelhub Vorteile im Bezug auf den Betrieb des Motors bei geringen La­sten bzw. Vollast, wobei vor allem der positive Einfluß auf das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine zu erwähnen wäre.
  • Nachteilig wirken sich bei der bekannten Vorrichtung etwaige Exzentrizitäten des Einblaseventils gegenüber dem Ventilsitz aus, der sich besonders bei kleinen Ventilhüben als störender Einfluß auf die Strahlform bemerkbar macht, wodurch an die Güte von Ventilführung und Ventilsitz hohe Ansprüche gestellt werden müssen. Weiters ist auch der mechanische und herstel­ lungstechnische Aufwand zur Steuerung des Ventilhubes relativ groß.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art auf mechanisch einfache Weise so weiterzubilden, daß auch für kleine Einspritzmengen und kleine Einblasege­schwindigkeiten im Teillast- und Leerlaufbetrieb optimale Ein­blasebedingungen herrschen, wobei allfällige Exzentrizitäten im Bereich des Ventilsitzes in Kauf genommen werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwi­schen dem Ventilsitz des Einblaseventiles und dem Gasspeicher eine variable Drosselstelle vorgesehen ist, deren Strömungs­querschnitt in Abhängigkeit von Last- und Drehzahlparametern der Brennkraftmaschine steuerbar ist. Durch die Steuerung des Einblasezeitpunktes und der Einblasegeschwindigkeit durch ge­trennte Bauelemente, nämlich einem Einblaseventil mit konstan­tem Nadelhub einerseits und einer variablen Drosselstelle an­dererseits, sind Funktionsverbesserungen und leichtere Anpas­sung an die bei verschiedenen Motoren und Einbausituationen vorhandenen unterschiedlichen Platzverhältnisse möglich. Durch den konstanten, verhältnismäßig großen Nadelhub wirken sich auch Fehler im Ventilsitz nicht störend auf die Strahlform aus.
  • Die Funktion die Steuerung der Einblasegeschwindigkeit bzw. der pro Zeiteinheit eingebrachten Gasmenge wird hier durch eine variable Drosselstelle, die der nunmehr konstanten Dros­selstelle des Ventilsitzes nachgelagert ist erfüllt, im Gegen­satz zur bekannten Vorrichtung, bei der diese Steuerung durch die Variation des Hubes des Einbalseventiles erreicht wurde. Verbindungselemente zum Gasspeicher sind dabei so ausgeführt, daß sie nur ein geringes Volumen beinhalten und somit der überwiegende Teil des gespeicherten Gases sowohl beim Aufladen des Speichers als auch beim Einblasen des Kraft­stoff-Gasgemisches in den Brennraum die variable Drosselstelle passiert.
  • Je nach dem an der variablen Drosselstelle freigegebenen Strö­mungsquerschnitt wird der beim Auf laden in den Gasspeicher eintretende Gasstrom mehr oder weniger gedrosselt, sodaß sich nach Schließen des Einblaseventiles im Gasspeicher ein mehr oder weniger hohes Druckniveau einstellt.
  • Wird beim folgenden Einblasevorgang das Einblaseventil wieder geöffnet, so ist bei konstantem Einblasebeginn die Differenz zwischen Zylinder- und Speicherdruck und damit die zur Einbla­sung zur Verfügung stehende Energie ja nach Drosselstellung unterschiedlich hoch; zusätzlich wird der während der Einbla­sung aus dem Gasspeicher aus tretende Gasstrom je nach Drossel­stellung unterschiedlich stark gedrosselt.
  • Das Ergebnis ist, daß bei weitgehend geschlossener Drossel während des Einblasevorganges eine verhältnismäßig geringe Gasmenge ausgetauscht wird, wobei bei der Einblasung das im Gasspeicher gespeicherte Gas mit relativ kleiner Geschwin­digkeit austritt. Bei offener Drossel verhält es sich dagegen umgekehrt. Es wird eine große Gasmenge ausgetauscht und die Einblasung erfolgt mit hoher Geschwindigkeit.
  • Auf diese Weise kann der Einblasestrahl an die bei verschie­denen Betriebszuständen des Motors auftretenden unter­schiedlichen Anforderungen angepaßt werden. So läßt sich bei­spielsweise bei Teillast durch einen schwachen Einblasestrahl im Brennraum eine günstige Ladungsschichtung erzielen, während bei Vollast eine hohe Einblasegeschwindigkeit die hier ge­wünschte weitgehende Homogenisierung der Brennraumladung er­möglicht.
  • Als weiterer Vorteil gegenüber bekannten Vorrichtungen sei an­geführt, daß die Regelung eines Drosselorganes einen geringe­ren Aufwand erfordert, als die Steuerung des Ventilhubes.
  • Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, daß der Gas­speicher als im Gehäuse des Einblaseventiles gelagertes, dreh­bares oder axial verschiebbares Speicherrohr ausgeführt ist, welches ein Stellorgan und eine Wandöffnung aufweist, die über eine Zuleitung mit einem an den Ventilsitz anschließenden Ringraum verbunden ist, wobei die variable Drosselstelle durch die Wandöffnung im Speicherrohr und die davon überstrichene Zuleitung zum Speicherrohr gebildet ist, wobei vorteilhafter­weise die Zumeßeinrichtung in den an den Ventilsitz an­schließenden Ringraum mündet. Beispielsweise durch Drehen des Speicherrohres wird dabei die t)berdeckung der beiden Öffnungen variiert. Damit ergibt sich ein unterschiedlicher, für den Gasdurchlaß zur Verfügung stehender Querschnitt.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß bei einer Mehrzylinder-Brenn die einzel­nen Einblaseventile über ein gemeinsames, parallel zur Kurbel­wellenachse angeordnetes Speicherrohr verfügen, welches in seitlichen Anformungen der Gehäuse der einzelnen Einblase­ventile gelagert und in einzelne Speicherabschnitte unterteilt ist, wobei jeder Speicherabschnitt über eine Wandöffnung mit einer Zuleitung des entsprechenden Einblaseventiles verbunden ist. Die seitliche, horizontale Anordnung des Speicherrohres ermöglicht eine geringe Bauhöhe der Einblasevorrichtung, wie sie vor allem bei Zweitaktmotoren gefordert wird.
  • Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, daß die einzelnen Speicherabschnitte im Speicherrohr durch Drosselbohrungen ver­bunden sind, sodaß sich in den einzelnen Speicherabschnitten gleiche Mitteldruckwerte einstellen.
  • Eine weitere Verbesserung liegt darin, daß die zwischen dem an den Ventilsitz anschließenden Ringraum und dem Gasspeicher an­geordnete Zuleitung tangential in den Ringraum mündet, wodurch dem Einblasestrahl eine stabilisierende Drallbewegung aufge­zwungen wird.
  • Eine andere Ausführungsvariante der Erfindung, welche insbe­sondere für Viertakt-Motoren geeignet ist, sieht vor, daß ein die Ventilführung des Einblaseventiles umschließendes rohrför­miges Drosselorgan vorgesehen ist, welches die.Ventilführung des Einblaseventiles axial verschiebbar umfaßt, sowie daß das Drosselorgan an seinem dem Ventilsitz zugewandten Ende zum Ge­häuse des Einblaseventiles einen zylindrischen Spalt aufweist, welcher die variable Drosselstelle zwischen Ventilstitz und Gasspeicher bildet. Da aufgrund des Platzbedarfes für den Ven­tiltrieb kein Raum für ein seitliches, horizontales Speicher­rohr vorhanden ist, ist hier der Gasspeicher konzentrisch zum Einblaseventil angeordnet.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann dabei die Zumeß­einrichtung in den Ringspalt zwischen Einblaseventil und Ven­tilführung münden.
  • Bei einem pneumatischen Antrieb des Drosselorganes, vorzugs­weise mit dem von einer Pumpe erzeugten Kraftstoffdruck, wird vorgeschlagen, daß das Drosselorgan an seinem vom Ventilsitz abgewandten Ende eine kreisringförmige Platte aufweist, welche zur Gehäusewand beweglich abgedichtet ist, daß die kreisring­förmige Platte zwei im Gehäuse des Ventiles angeordnete Ringräume trennt, wobei der eine mit einem Steuerdruckmedium beaufschlagbare Ringraum vom Gasspeicher durch eine kreisring­förmige Anformung im Gehäuse des Ventiles getrennt ist und der andere Ringraum ein in Schließrichtung des Drosselorganes wir­kendes Element bzw. Druckmedium aufweist.
  • Schließlich kann erfindungsgemäß der ein in Schließrichtung des Drosselorganes wirkendes Druckmedium aufweisende Ringraum eine Strömungsverbindung zum Gasspeicher aufweisen. Dadurch kann eine selbsttätige Einregelung des Druckes im Gasspeicher erreicht werden.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Schnitt­darstellung entsprechend Linie I-I in Fig. 2,
    • Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 geschnitten nach Li­nie II-II in Fig. 1 sowie
    • Fig. 3 eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung.
  • Stellvertretend für die zahlreichen möglichen Ausfüh­rungsformen wird im folgenden auf zwei signifikante Varianten entsprechend Fig. 1 und 2 einerseits bzw. Fig. 3 anderseits detailliert eingegangen.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine weist ein in einem Gehäuse 1 geführtes Einblaseventil 2 auf. Zwischen dem Ventilsitz 3 des Einblaseventiles 2 und dem hier als um seine Achse 4′ drehbares Speicherrohr 4 ausgeführten Gas­speichers 5 ist ausgehend von einem an den Ventilsitz 3 an­schließenden Ringraum 6 eine Zuleitung 1 zum Gasspeicher 5 vorgesehen. Die Wandöffnung 8 im Speicherrohr 4 und die davon überstrichene Zuleitung 7 bilden zusammen die variable Dros­selstelle 9. Mit einem Stellorgan 10 kann das Speicherrohr 4 verdreht werden und so die Überdeckung der Wandöffnung 8 mit der Zuleitung 1 variiert werden, womit sich an der Drossel­stelle 9 ein unterschiedlicher Gasdurchsatz ergibt. Platzspa­ rend ist das Speicherrohr 4 in einer seitlichen Anformung 11 des Gehäuses 1 gelagert, was insbesondere für Zweitakt-Motoren eine kompakte Ausführung garantiert.
  • Der Kraftstoff wird über die Zumeßeinrichtung 12 in den Ring­raum 6 nahe dem Ventilteller 13 des Einblaseventiles 2 zuge­führt, wodurch bei den verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine jeweils die gesamte ein- bzw. ausströmende Gasmenge mit Kraftstoff beladen werden kann.
  • Die Art der Betätigung des Einblaseventiles 2 ist weitgehend frei wählbar; zur Gewährleistung einer geringen Bauhöhe, kur­zer Öffnung- und Schließzeiten und einer exakten Steuerung bei gleichzeitiger Variationsmöglichkeit des Einblasetimings emp­fiehlt es sich jedoch, sowohl das Öffnen als auch das Schließen des Ventiles mittels des von einer Kraftstoffpumpe erzeugten Druckes vorzunehmen, entsprechend der eingangs zi­tierten EP-A 0 328 602. Die Kraftstoffpumpe versorgt zugleich das Zumeßorgan 12 für die Kraftstoffeinspritzung in den Ring­raum 6.
  • Zum Öffnen des Ventiles wird ein mit dem Einblaseventil ver­bundener Betätigungskolben 14 auf der dem Ventilsitz 3 abge­wandten Seite mit Hochdruck (20 bis 100 bar) beaufschlagt und dadurch auf einen Anschlag 15 im Gehäuse 1 gedrückt. Der dabei zurückgelegte Weg entspricht dem Hub des Einblaseventiles 2. Zum Schließen des Ventiles dient ein auf der Gegenseite am Be­tätigungskolben 14 anliegender konstanter Druck eines über die Leitung 16 zugeführten Druckmediums.
  • Öffnen und Schließen wird mittels eines elektromagnetisch be­tätigbaren Dreiwegventiles 17 bewerkstelligt, das vom Beginn des Öffnens des Einblaseventiles 2 bis unmittelbar vor dem Schließzeitpunkt die Hochdruckleitung 18 freigibt und damit den Betätigungskolben 14 auf der vetilabgewandten Seite beauf­schlagt. Der auf der Kolbengegenseite anliegende Druck ist da­bei entweder geringer als der Hochdruck aus der Leitung 18, oder es werden unterschiedliche Stellkräfte am Kolben durch unterschiedlich große druckwirksame Flächen an beiden Kolben­seiten realisiert, wodurch man sich ein zweites Druckniveau ersparen kann.
  • Zum Schließen des Einblaseventiles 2 gibt das Dreiwegventil 17 den Rücklauf 19 frei. Der Druck auf der ventilabgewandten Kol­benseite fällt ab, der über die Leitung 16 an der Gegenseite anliegende Druck schließt das Einblaseventil 2 und hält es ge­gen den Gasdruck im Gasspeicher geschlossen.
  • Bei Mehrzylinder-Motoren ist, wie in Fig. 2 dargestellt, in zweckmäßiger Weise das Speicherrohr 4 parallel zur Kurbelwel­lenachse angeordnet und verbindet so die in Reihe angeordneten Einblaseventile 2. Das Speicherrohr 4 ist in den seitlichen Anformungen 11 der Gehäuse 1 der einzelnen Einblaseventile 2 gelagert und in einzelne Speicherabschnitte 5′ unterteilt. Je­der Speicherabschnitt 5′ ist über eine Wandöffnung 8 mit einer Zuleitung 7 des entsprechenden Einblaseventiles 2 verbunden.
  • Zwischen den einzelnen Speicherabschnitten 5′ befinden sich in Trennwänden 20 Drosselbohrungen 21, die so abgestimmt sind, daß sich in den den einzelnen Zylindern zugeordneten Speicher­abschnitten 5′ gleiche Mitteldruckwerte einstellen, wobei aber die bei den einzelnen Einblaseventilen zeitlich versetzt stattfindenden Einblasevorgänge und die daraus resultierenden unterschiedlichen Momentandrücke in den einzelnen Speicherab­schnitten 5′ einander nicht stören sollen. Die Anordnung der Gasspeicher sämtlicher Einblasevorrichtungen einer Zylinder­reihe in einem gemeinsamen drehbaren Speicherrohr 4 bietet den Vorteil, daß zum Drehen des Speicherrohres und damit zur Steuerung der variablen Drosselstellen 9 nur ein einziges Stellorgan 10 erforderlich ist. Die rotatorische Bewegung des Speicherrohres 4 ist dabei ebenfalls vorteilhaft.
  • Zum Ausgleich von etwaigen Längenänderungen und Toleranzen in Richtung der Achse 4′ des Speicherrohres 4 können die Wandöff­nungen 8 des Speicherrohres 4 an der variablen Drosselstelle 9 auch als Langlöcher ausgeführt werden.
  • Die Zuleitung 7 zum Speicherabschnitt 5′ ist zweckmäßigerweise so ausgestaltet, daß das beim Einblasen aus dem Speicherab­schnitt 5′ austretende Gas tangential in den Ringraum 6 um das Einblaseventil 2 einmündet. Dadurch wird dem Einblasestrahl eine stabilisierende Drallbewegung aufgezwungen.
  • Bei der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung sind die der Ausführung nach Fig. 1 und 2 entspre­ chenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Gas­speicher 5 ist hier koaxial zum Einblaseventil 2 angeordnet und von der zylindrischen Gehäusewand 22 begrenzt. Die va­riable Drosselstelle 9 zwischen Ventilsitz 3 und Gasspeicher 5 wird durch das ventilseitige Ende eines Drosselorganes 23 ge­bildet, welches mit dem Gehäuse 1 des Einblaseventiles 2 einen variablen, zylindrischen Spalt 24 formt. Das rohrförmige Dros­selorgan 23 umschließt die Ventilführung 25 und ist auf dieser axial verschiebbar, wodurch die Höhe des zylindrischen Spaltes und damit der Querschnitt der Drosselstelle 9 linear geändert werden kann. Um die Auswirkungen von Unexaktheiten seitens der Führung des Drosselorganes 23 hintanzuhalten, schließt die Drosselstelle 9 in Form eines Flachsitzes.
  • Die dargestellte Ausführungsvariante ist aufgrund ihrer Bau­form und ihrer Außenabmessungen vor allem für Viertakt-Motoren geeignet.
  • Die um die Achse des Einblaseventiles 2 rotationssymmetrische Drosselstelle 9 ermöglicht es zusammen mit den ebenfalls sym­metrischen Strömungsbedingungen in den bzw. im Gasspeicher 5 und einer symmetrischen Kraftstoffzuführung über den Ringspalt zwischen Ventilführung 25 und Einblaseventil 2, die Ladung im Gasspeicher 5 weitgehend zu schichten. Dadurch ist es möglich, bereits beim Einströmen des Gases in den Gasspeicher nur jene Luftmasse mit Kraftstoff zu beladen, die während der darauf­folgenden Einblasung in den Zylinder eingebracht wird, wodurch sich Vorteile im instationären Betrieb der Brennkraftmaschine ergeben.
  • Die Zuführung des Kraftstoffes von oben über die Ven­tilführung 25 ist weiters insoferne von Vorteil, als sich da­durch der Kraftstoffanschluß und das Zumeßorgan 12 lagemäßig höher befinden, was beim Viertaktmotor mit seiner großen Deck­höhe in der Regel wünschenswert ist. Außerdem ist bei einem Kraftstofffluß entlang des Einblaseventiles 2 dessen Schaft und die Ventilführung 25 vor der Anlagerung von Verunreinigun­gen geschützt.
  • Neben verschiedenen hier nicht näher ausgeführten mechanischen Betätigungsmöglichkeiten für das Drosselorgan 23 bietet sich die in Fig. 3 dargestellte selbsttätige Einregelung des Druckes im Gasspeicher 5 nach einem vorzugebenden variablen Druckniveau an, das seinerseits kennfeldabhängig gesteuert werden kann. Der Druck im Gasspeicher 5 ist, wie oben be­schrieben, die entscheidende Größe für die Einblasegeschwin­digkeit. Das Drosselorgan 23 ist hier an seinem oberen Ende als kreisringförmige Platte 26 ausgebildet, die gegen die Ge­häusewand 22 des Einblaseventiles 2 beweglich abgedichtet ist. Der so zwischen Gehäusewand 22 und Drosselorgan 23 gebildete Ringraum 27 weist eine Strömungsverbindung 28 zum Gasspei­cher 5 auf. Unterhalb der Platte 26 des Drosselorganes 23 be­findet sich parallel dazu im Gehäuse 1 eine kreisringförmige Anformung 29, die gegen das rohrförmige Drosselorgan 23 beweg­lich abgedichtet ist. Zwischen der kreisringförmigen Platte 26 und der Anformung 29 entsteht so der zur Drosselregelung benö­tigte Ringraum 30, der über den Anschluß 31 mit dem variablen Steuerdruck beaufschlagt wird.
  • Wird nun ein Steuerdruck vorgegeben, so liegt dieser an der Unterseite der kreisringförmigen Platte 26 an, wobei als Ge­genkraft auf der anderen Plattenseite der Gasdruck im Ring­raum 27 wirkt. Überwiegt die Kraft durch den Steuerdruck, so wird das Drosselorgan 23 axial nach oben verschoeben. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt an der variablen Drosselstelle 9 vergrößert und im Gasspeicher 5 stellt sich infolgedessen ein höherer Gasdruck ein. Ober die Strömungsverbindung 28 tritt Gas vom Gasspeicher 5 in den Ringraum 27 über, wodurch sich auch hier der erhöhte Speicherdruck einstellt. Der Einstell­vorgang des Drosselorganes 23 und damit des Speicherdruckes ist beendet, wenn sich an der Oberseite und der Unterseite der Platte 26 des Drosselorganes 23 ein Kräftegleichgewicht ein­stellt. Wird der Steuerdruck im Ringraum 30 reduziert, so wird das Drosselorgan 23 durch den nun überwiegenden Druck im Ring­raum 27 axial nach unten bewegt, der freigegebene Spalt 24 an der variablen Drosselstelle 9 verkleinert und der Druck im Gasspeicher sowie im Ringraum 27 abgesenkt. Auch hier wird der Einstellvorgang beendet, wenn am Drosselorgan 23 ein Kräfte­gleichgewicht herrscht.
  • Die Drosselwirkung der Strömungsverbindung 28 ist so abzustim­men, daß sich im Ringraum 27 ein Mitteldruck einstellt und sich die während jedes Einblasezyklus ergebenden Druckän­derungen im Gasspeicher 5 nicht auswirken.
  • Anstelle der Strömungsverbindung 28 ist es auch möglich, die Verbindung zwischen dem Gasspeicher 5 und dem Ringraum 27 durch einen Spalt zwischen dem Drosselorgan 23 und der Ventil­führung 25 herzustellen. In diesem Fall entfällt die bei der Strömungsverbindung 28 notwendige Abdichtung gegenüber dem Ringraum 20 zur Drosselregelung.
  • Bei Verwendung einer Flüssigkeit als Steuerdruckmedium können vom Motorbetrieb herrührende Schwingungen keine unkontrollier­ten Bewegungen des Drosselorganes 23 bewirken, da durch die weitgehende Inkompressibilität der Flüssigkeit jede Bewegung des Drosselorganes gegenüber dem Gehäuse des Einblaseventiles eine verhältnismäßig große Mengenänderung im Ringraum 30 er­fordern würde, welcher die durch den verhältnismäßig kleinen Querschnitt des Anschlusses 31 entstehende Drosselkraft entge­genwirkt.
  • Ein Vorteil dieses Systems ist, daß sich temperaturbedingte Längenänderungen und Herstellungstoleranzen an Drosselorgan und Einblaseventil nicht auf den eingestellten Druck im Gas­speicher 5 auswirken, da dieser kontinuierlich direkt nach dem vorgegebenen Steuerdruck eingeregelt wird. Dadurch ergibt sich auch die Möglichkeit, auf einfache Weise die Ein­blasegeschwindigkeit mehrerer Einblasevorrichtungen zu steuern und zu synchronisieren, indem man sie mit demselben Steuer­druck beaufschlagt.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei ein in den Brennraum öff­nendes Einblaseventil vorgesehen ist, welches zur Entnahme von verdichtetem Gas aus dem Zylinder und zur Einblasung des Gases und des von einer Zumeßeinrichtung be­reitgestellten Kraftstoffes dient, wobei ein Gaspeicher zur Aufnahme des verdichteten Gases vorgesehen ist, da­durch gekennzeichnet , daß zwischen dem Ventilsitz (3) des Einblaseventiles (2) und dem Gasspeicher (5) eine variable Drosselstelle (9) vorgesehen ist, deren Strömungs­querschnitt in Abhängigkeit von Last- und Drehzahlparame­tern der Brennkraftmaschine steuerbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspeicher (5) als im Gehäuse (1) des Einblaseventi­les (2) gelagertes, drehbares oder axial verschiebbares Speicherrohr (4) ausgeführt ist, welches ein Stellor­gan (10) und eine Wandöffnung (8) aufweist, die über eine Zuleitung (7) mit einem an den Ventilsitz (3) an­schließenden Ringraum (6) verbunden ist, wobei die va­riable Drosselstelle (9) durch die Wandöffnung (8) im Speicherrohr (4) und die davon überstrichene Zuleitung (7) zum Speicherrohr (4) gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßeinrichtung (12) in den an den Ventilsitz (3) an­schließenden Ringraum (6) mündet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­net, daß bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine die einzelnen Einblaseventile (2) über ein gemeinsames, par­allel zur Kurbelwellenachse angeordnetes Speicherrohr (4) verfügen, welches in seitlichen Anformungen (11) der Ge­häuse (1) der einzelnen Einblaseventile (2) gelagert und in einzelne Speicherabschnitte (5′) unterteilt ist, wobei jeder Speicherabschnitt (5′) über eine Wandöffnung (8) mit einer Zuleitung (7) des entsprechenden Einblaseventi­les (2) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Speicherabschnitte (5′) im Speicherrohr (4) durch Drosselbohrungen (21) verbunden sind, sodaß sich in den einzelnen Speicherabschnitten (5′) gleiche Mittel­druckwerte einstellen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß die zwischen dem an den Ventilsitz (3) anschließenden Ringraum (6) und dem Gasspeicher (5;5′) an­geordnete Zuleitung (7) tangential in den Ringraum (6) mündet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gasspeicher koaxial zum Einblaseventil angeordnet und von einer zylindrischen Gehäusewand begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Ventilführung (25) des Einblaseventiles (2) um­schließendes rohrförmiges Drosselorgan (23) vorgesehen ist, welches die Ventilführung (25) des Einblaseventi­les (2) axial verschiebbar umfaßt, sowie daß das Drossel­organ (23) an seinem dem Ventilsitz (3) zugewandten Ende zum Gehäuse (1) des Einblaseventiles (2) einen zylindri­schen Spalt (24) aufweist, welcher die variable Drossel­stelle (9) zwischen Ventilstitz (3) und Gasspeicher (5) bildet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßeinrichtung (12) in den Ringspalt zwischen Ein­blaseventil (2) und Ventilführung (25) mündet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­net, daß das Drosselorgan (23) an seinem vom Ventil­sitz (3) abgewandten Ende eine kreisringförmige Platte (26) aufweist, welche zur Gehäusewand (22) beweg­lich abgedichtet ist, daß die kreisringförmige Platte (26) zwei im Gehäuse (1) des Ventiles angeordnete Ringräume (27,30) trennt, wobei der eine mit einem Steu­erdruckmedium beaufschlagbare Ringraum (30) vom Gasspei­cher (5) durch eine kreisringförmige Anformung (29) im Ge­häuse (1) des Ventiles getrennt ist und der andere Ring­raum (27) ein in Schließrichtung des Drosselorganes (23) wirkendes Element bzw. Druckmedium aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ein in Schließrichtung des Drosselorganes (23) wir­kendes Druckmedium aufweisende Ringraum (27) eine Strö­mungsverbindung (28) zum Gasspeicher (5) aufweist.
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