DE2531766C3 - Regelorgan für eine Kraftstoff einspritz anlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelorgan für eine Kraftstoffeinspritzanlage mit kontinuierlicher Einspritzung in das Saugrohr von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, in deren Saugrohr ein Luftmeßorgan und eine willkürlich betätigbare Drosselklappe hintereinander angeordnet sind, wobei das Luftmeßorgan proportional der durchströmenden Luftmenge gegen eine konstante, jedoch in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine änderbare Rückstellkraft ausgelenkt wird und das bewegliche Teil eines in der Kraftstoffleitung angeordneten Ventils für die Zumessung einer der angesaugten Luftmenge proportionalen Kraftstoffmenge betätigt, als Druckflüssigkeit zur Erzeugung der Rückstellkraft auf das Luftnießorgan Kraftstoff dient, dessen Druck durch mindestens ein Drucksteuerventil änderbar ist, und als Regelorgan ein Steuerkolben dient, der in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck stromabwärts der Kraftstoffpumpe entgegen der Kraft einer Regelfeder in einer Führungsbohrung betätigbar ist.

Kraftstoffeinspritzanlagen dieser Art haben den Zweck, für alle Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine selbsttätig ein günstiges Kraftstoff-Luft-Gemisch zu schaffen, um eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffes zu ermöglichen und dadurch bei höchstmöglicher Leistung der Brennkraftmaschine bzw. kleinstmöglichem Kraftstoffverbrauch die Entstehung von giftigen Abgasen zu vermeiden oder mindestens stark zu vermindern. Die Kraftstoffmenge muß daher den Erfordernissen jedes Betriebszustandes der Brennkraftmaschine entsprechend sehr genau zugemessen und die Proportionalität zwischen Luftmenge und Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Drehzahl, Last, Temperatur oder Abgaszusammensetzung geändert werden.

Bei bekannten Kraftstofeinspritzanlagen dieser Art wird die Kraftstoffmenge möglichst proportional der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge zugemessen, wobei das Verhältnis zwischen zugemessener Kraftstoffmenge und angesaugter Luftmenge durch Änderung der Rückstellkraft des Meßorgans in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen änderbar ist. Dabei wird der Systemdruck in der Kraftstoffeinspritzanlage durch ein federbelastetes und als Kolben ausgebildetes Regelorgan bestimmt und nach dem Abstellen der Kraftstofförderung innerhalb kürzester Zeit auf einen Druck abgesenkt, der unterhalb des Öffnungsdruckes der Einspritzventile, jedoch über dem Dampfdruck des Kraftstoffes bei heißem Motor liegt. Hierdurch wird verhindert, daß bei abgeschalteter Zündung und auslaufender Brennkraftmaschine der am Kraftstoffzumeßventil zugemessene Kraftstoff eingespritzt wird und es zu Selbstzündungen kommt. Die Rückstellkraft auf das Luftmeßorgan wird durch als Druckflüssigkeit dienenden Kraftstoff erzeugt, der von der Kraftstoffleitung zu den Kraftstoffzumeßventilen abgezeigt und dessen Druck durch mindestens ein Drucksteuerventil bestimmt wird, das in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine arbei-

teL Ist nun der durch die Drucksteuerventile gesteuerte Druck in der Steuerdruckleitung nach dem Abstellen der Kraftstoffförderung geringer als der durch das Regelorgan abgesenkte Systemdruck, so erfolgt eine weitere unterwünschte Absenkung des Kraftstoffdrukkes in der Kraftstoffeinspritzanlage. Beim Starten muß durch die Kraftstoffpumpe dieser zusätzlich abgesenkte Kraftstoffdruck zunächst wieder aufgebaut werden, bis eine Kraftstoffeinspritzung erfolgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelorgan für eine Kraftstoffeinspritzanlage zu entwickeln, durch das verhindert wird, daß bei abgeschalteter Zündung und auslaufender Brennkraftmaschine noch Kraftstoff eingespritzt wird und eine unerwünscht große Absenkung des Systemdruckes unterhalb des Öffnungsdruckes der Kraftstoffeinspritzventile erfolgt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch den Steuerkolben ein in der Kraftstoffrückströmleitung zur Saugseite der Kraftstoffpumpe angeordnetes Absperrventil betätigbar ist und aile Kraftstoffrückströmkanäle stromaufwärts des Absperrventiles in die Kraftstoffrückströmleitung münden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Steuerkolben an seinem stromaufwärts gerichteten Ende eine Steuerkante und einen sich daran anschließenden zylindrischen Kolbenabschnitt und an seinem stromabwärts gerichteten Ende einen sternförmig ausgebildeten Kolbenabschnitt aufweist und der Steuerkolben einen Durchmesser hat, der um insbesondere 0,02 bis 0,04 mm geringer ist als der Durchmesser der Führungsbohrung.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist derart, daß das Absperrventil durch den Steuerkolben über einen Betätigungsstift betätigbar ist und auf dem beweglichen Ventilteil des Absperrventiles ein Dichtring, insbesondere in O-Ring, angeordnet ist, der mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet, und daß der bei geschlossenem Absperrventil vom Kraftstoffdruck stromaufwärts des Ventilsitzes beaufschlagte Ventilquerschnitt des beweglichen Ventilteiles geringer ist als der Querschnitt des Steuerkolbens.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das bewegliche Ventilteil einerseits über den Betätigungsstift und eine Zentrierbohrung des Steuerkolbens und andererseits über einen Führungssteg in einer Bohrung geführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vereinfacht in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage strömt die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung durch einen Saugrohrabschnitt 1, in dem ein Luftmeßorgan 2 in einem konischen Abschnitt 3 angeordnet ist, und weiterhin durch einen Saugrohrabschnitt 4 und einen Verbindungsschlauch 5 in einen Saugrohrabschnitt 6 mit einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 7 zu einem oder mehreren nicht dargestellten Zylindern einer Brennkraftmaschine. Das Luftmeßorgan 2 ist eine quer zur Strömungsrichtung angeordnet Platte, die sich in dem konischen Abschnitt 3 des SaMgrohres nach einer annähernd linearen Funktion der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge Pewegt, Wobei für eine konstante arn Luftmeßorgan 2 angreifend? Rückstellkraft sowie einen konstanten vor der<i Luftr*i^cßorgan herrschenden Luftdruck der zwischen den" Luftmeßorgan 2 und der Drosselklappe 7 herrschend*² Druck ebenfalls konstant bleibt.

Das Luftⁿießorgan 2 steuert unmittelbar ein Zumeß- und Mengenteilerventil 10. Zur Übertragung der Verstellbewegung des Luftmeßorganes 2 dient ein mit ihm verbundener Hebel 11, der um einen Drehpunkt 12 gelagert ist und bei seiner Schwenkbewegung mit einer

■ Nase 13 das als Steuerschieber 14 ausgebildete bewegliche Ventilteil des Zumeß- und Mengenteilerventils 10 betätigt Die der Nase 13 abgewandte Stirnfläche 15 des Steuerschiebers 14 wird von Druckflüssigkeit beaufschlagt, deren Druck auf die Stirnfläche 15 die

' Rückstellkraft auf das Luftmeßorgan 2 erzeugt

Die Kraftstoffversorgung erfolgt durch eine von einem Elektromotor 18 angetriebene Kraftstoffpumpe 19, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 20 ansaugt und über eine Kraftstoffversorgungsleitung 21

> dem Zumeß- und Mengenteilerventil 10 zuführt Von der Kraftstoffversorgungsleitung 21 zweigt eine Leitung 22 ab, in die ein Regelorgan 23 geschaltet ist, das bei zu großem Systemdruck in der Kraftstoffeinspritzanlage Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 20 zurück-

> fließen läßt

Aus der Kraftstoffversorgungsleitung 21 gelangt der Kraftstoff in einen Kanal 26 im Gehäuse des Zumeß- und Mengenteilerventils 10. Der Kanal 26 führt zu einer Ringnut 27 des Steuerschiebers 14 und weiterhin über verschiedene Abzweigungen zu Kammern 28, so daß die eine Seite einer Membran 29 durch den Kraftstoffdruck beaufschlagt wird. Je nach Stellung des Steuerschiebers 14 öffnet die Ringnut 27 mehr oder weniger Steuerschlitze 30, die durch Kanäle 31 zu je einer Kammer 32 führen, die durch die Membran 29 von der Kammer 28 getrennt ist Aus den Kammern 32 gelangt der Kraftstoff über Einspritzkanäle 33 zu den einzelnen nicht dargestellten Einspritzventilen, die in der Nähe der Motorzylinder im Saugrohr angeordnet sind. Die Membran 29 dient als bewegliches Teil eines Flachsitzventiles, das durch eine Feder 34 bei nicht arbeitender Kraftstoffeinspritzanlage offen gehalten wird. Die je aus einer Kammer 28 und 32 gebildeten Membrandosen bewirken, daß unabhängig von der zwischen der Ringnut 27 und den Steuerschlitzen 30 bestehenden Überdeckung, also unabhängig von der zu den Einspritzventilen strömenden Kraftstolunenge das Druckgefälle an den Zumeßventilen 27, 30 weitgehend konstant bleibt Damit ist gewährleistet, daß der Verstellweg des Steuerschiebers 14 und die zugemessene Kraftstoffmenge proportional sind.

Bei einer Schwenkbewegung des Hebels 11 wird das Luftmeßorgan 2 in den konischen Abschnitt 3 des Saugrohres 1 bewegt, so daß der sich zwischen Luftmeßorgan und konischem Abschnitt ändernde Ringquerschnitt proportional zum Verstellweg des Luftmeßorgans 2 ist.

Als Druckflüssigkeit zur Erzeugung der Rückstellkraft auf den Steuerschieber 14 dient Kraftstoff. Hierfür zweigt von der Kraftstoffversorgungsleitung 21 eine Leitung 36 ab, die durch eine Abkopplungsdrossel 37 von einer Steuerdruckleitung 38 getrennt ist. Mit der Steuerdruckleitung 38 ist über eine Dämpfungsdrossel 39 ein Druckraum 40 verbunden, in den der Steuerschieber 14 mit seiner Stirnfläche 15 ragt.

In der Steuerdruckleitung 38 ist ein als Warmlaufeinrichtung dienendes Drucksteuerventil 42 angeordnet, über das die Druckflüssigkeit durch einen Kraftstoffrü-;klaufkanal 43 zur Regelorgan 23 gelangen kann. Durch das dargestellte Drucksteuerventil 42 ist der Druck der die Rückstellkraft erzeugenden Druckflüssigkeit temperaturabhängig steuerbar. Das Drucksteuerventil 42 ist als Flachsitzventil ausgebildet, mit einem

festen Ventilsitz 44 und einer Membran 45, die in Schließrichtung des Drucksteuerventils von einer Feder 46 belastet wird. Die Schließkraft der Feder 46 wird von einem Stift 47, der über ein Auflager 48 und einen Federteller 49 zwischen die Membran 45 und die Feder 46 eingespannt ist, übertragen. Bei Temperaturen unterhalb der Motorbetriebstemperatur wirkt der Feder 46 über den Federteller 49 eine Bimetallfeder 50 entgegen, die an ihrem anderen Ende mit einem in das Gehäuse des Drucksteuerventils 42 eingepreßten Bolzen 51 verschraubt ist. Durch ein zwischen dem Bolzen 51 und der Bimetallfeder 50 liegendes Isolierstück 52 ist die Bimetallfeder weitgehend gegen Wärmeverlust durch Wärmeleitung an das Gehäuse des Drucksteuerventils geschützt. Auf der Bimetallfeder 50 ist ein elektrischer Heizkörper 53 aufgesetzt.

Der Druck in der Steuerdruckleitung 38 kann ebenfalls durch ein als Elektromagnetventil 55 ausgebildetes Drucksteuerventil variiert werden, wobei das Elektromagnetventil 55 durch in elektrische Größen umgebildete Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine angesteuert wird. Das Elektromagnetventil 55 ist parallel zum Drucksteuerventil 42 angeordnet, und die durch das Elektromagnetventil 55 abgesteuerte Kraftstoffmenge mündet in den Kraftstoffrücklaufkanal 43.

Das Regelorgan 23 hat einen Steuerkolben 58, der an seinem stromaufwärts gerichteten Ende eine Steuerkante 59 und einen sich daran anschließenden zylindrischen Kolbenabschnitt 60 und an seinem stromabwärts gerichteten Ende einen sternförmig ausgebildeten Kolbenabschnitt 61 aufweist Der Steuerkolben 58 ist in einer Führungsbohrung 62 gleitbar gelagert, deren Durchmesser insbesondere um ca. 0,02 bis 0,04 mm größer ist als der Durchmesser des Steuerkolbens 58. In den sternförmigen Kolbenabschnitt 61 mündet über eine Ringnut 63 im Gehäuse des Regelorgans der Kraftstoffrücklaufkanal 43 der Drucksteuerventile 42 und 55. In einer Zentrierbohrung 64 stützt sich über einen Betätigungsstift 65 das bewegliche Ventilteil 66 eines Absperrventiles 67 ab, das andererseits über einen Führungssteg 68 in einer Bohrung 69 geführt wird und entgegen der Kraft einer Regelfeder 70 durch den Steuerkolben 58 betätigbar ist Die Spannung der Regelfeder 70 kann durch eine Schraube 71 verändert werden. Auf dem beweglichen Ventilteil 66 ist in einer Nut 72 ein Dichtring 73 angeordnet, der insbesondere als O-Ring ausgebildet sein kann und mit einem Ventilsitz 74 zusammenarbeitet. Bei geöffnetem Absperrventil 67 kann der Kraftstoff aus der Leitung 22, der den Steuerkolben 58 in eine Stellung verschoben hai, in der die Sicuerkanie 55 sich mit der Ringnui 63 überdeckt, über die Kraftstoffrückströmleitung 75 zum Kraftstoffbehälter 20 zurückströmen.

Die Wirkungsweise der Kraftstoffeinspritzanlage ist folgende:

Bei laufender Brennkraftmaschine wird durch die von dem Elektromotor 18 angetriebene Kraftstoffpumpe 19 Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 20 angesaugt und über die Kraftstoffversorgungsleitung 21 dem Zumeß- und Mengenteilerventil 10 zugeführt Gleichzeitig saugt die Brennkraftmaschine über das Saugrohr 1 Luft an, durch die das Luftmeßorgan 2 eine gewisse Auslenkung aus seiner Ruhelage erfährt Entsprechend der Auslenkung des Luftmeßorganes 2 wird über den Hebel 11 auch der Steuerschieber 14 verschoben, der dabei einen größeren Querschnitt der Steuerschlitze 30 freigibt Die direkte Verbindung zwischen Luftmeßorgan 2 und Steuerschieber 14 ergibt ein konstantes Verhältnis von

Luftmenge und zugemessener Kraftstoffmenge, sofern die Kennlinien dieser beiden Organe hinreichend linear sind, was an sich angestrebt wird. Das Kraftstoff-Luft-Verhältnis würde dann über den ganzen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine konstant sein. Es ist aber erforderlich, je nach den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine das Kraftstoff-Luft-Gemisch reicher oder ärmer zu halten, was durch Änderung der Rückstellkraft auf das Luftmeßorgan 2 erfolgt. Hierfür sind in der Steuerdruckleitung 38 Drucksteuerventile 42 und 55 angeordnet, von denen beispielsweise das Drucksteuerventil 42 den Druck der Druckflüssigkeit während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen der Betriebstemperatur temperaturabhängig zur Gemischanreicherung beeinflußt. Die von dem Stift 47 auf die Membran 45 übertragene Schließkraft der Feder 46 bestimmt den Steuerdruck. Bei Temperaturen unterhalb der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine wirkt jedoch die Bimetallfeder 50 auf den Federteller 49 entgegen der Feder 46, wodurch die auf die Membran 45 übertragene Schließkraft verringert wird. Unmittelbar nach dem Start erfolgt jedoch über den elektrischen Heizkörper 53 eine Aufheizung der Bimetallfeder 50, was zur Folge hat, daß die von der Bimetallfeder 50 übertragende Kraft auf den Federteller 49 verringert wird.

Beim Überschreiten des Systemarbeitsdruckes der Kraftstoffeinspritzanlage wird der Steuerkolben 58 durch den Kraftstoffdruck entgegen der Kraft der Regelfeder 70 in eine Stellung verschoben, in der die Steuerkante 59 die Ringnut 63 mehr oder weniger überdeckt, und gleichzeitig über den Betätigungsstift 65 das Absperrventil 67 öffnet, so daß eine entsprechende Kraftstoffmenge über die Kraftstoffrückströmleitung 75 in den Kraftstoffbehälter 20 zurückströmen kann. Die Spannung der Regelfeder 70 ist so eingestellt, daß sich unmittelbar vor der Überdeckung der Steuerkante 59 mit der linken Begrenzungsfläche der Ringnut 63 der niedrigste zulässige Systemarbeitsdruck ergibt.

Nach dem Abstellen der Kraftstofförderung muß die Kraftstoffmenge, die sich aus dem Verdrängungsvolumen des Steuerkolbens 58 aus seiner Regelstellung in die Ruhestellung und aus der Speicherfähigkeit der flexiblen Kraftstoffleitungen von der Kraftstofförderpumpe bis zum Regelorgan 23 durch den Druckabbau ergibt, über das Spiel zwischen der Oberfläche des Steuerkolbens und der Führungsbohrung 62 in die Kraftstoffrückströmleitung 75 abfließen, bevor das Absperrventil 67 schließt. Dieses Spiel ist so bemessen, daß ein möglichst rascher Druckabbau vom Systemarbeiisdrück auf den Schiießdruck erfolgt, der unmittelbar unter dem öffnungsdruck der Einspritzventile liegt. Dadurch wird verhindert daß bei abgeschalteter Zündung und auslaufendem Motor, wobei das Luftmeßorgan 2 und der Steuerschieber 14 noch ausgelcnkt sind, so daß Kraftstoff zugemessen wird, noch Kraftstoff abgespritzt wird, was bei empfindlichen Motoren zu Selbstzündungen führt Der Abstand zwischen der Arbeitsstellung und der Ruhestellung des Steuerkolbens 58 ist so bemessen, daß kurz vor dem Aufsitzen und Abdichten des Dichtringes 73 das Absperrventiles 67 auf dem Ventilsitz 74 sich die Regelfeder 70 so weit entspannt hat, daß der Systemdruck unter den Öffnungsdruck der Einspritzventile abgefallen ist, jedoch über dem Dampfdruck des Kraftstoffes bei heißem Motor liegt

Der Kraftstoffrücklaufkanal 43 von den Drucksteuerventilen 42 und 55 mündet stromaufwärts des

Absperrventiles 67 in die Kraftstoffrückströmleitung 75, so daß bei geschlossenem Absperrventil 67 eine weitere Absenkung des Systemdruckes über die Drucksteuerventile verhindert wird.

Der Durchmesser der wirksamen Fläche des auf dem Ventilsitz 74 aufliegenden beweglichen Ventilteiles 66 des Absperrventiles 67 ist kleiner als der Querschnitt des Steuerkolbens 58. Erfolgt nach dem Starten der Brennkraftmaschine die Kraftstofförderung, so öffnet das Absperrventil 67 bereits bei einem Druck, der unter dem durch den Steuerkolben 58 geregelten Systemdruck liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Regelorgan für eine Kraftstoffeinspritzanlage mit kontinuierlicher Einspritzung in das Saugrohr von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, in deren Saugrohr ein Luftmeßorgan und eine willkürlich betätigbare Drosselklappe hintereinander angeordnet sind, wobei das Luftmeßorgan proportional der durchströmenden Luftmenge gegen eine konstante, jedoch in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine änderbare Rückstellkraft ausgelenkt wird und das bewegliche Teil eines in der Kraftstoffleitung angeordneten Ventils für die Zumessung einer der angesaugten Luftmenge proportionalen Kraftstoffmenge betätigt, als Druckflüssigkeit zur Erzeugung der Rückstellkraft auf das Luftmeßorgan Kraftstoff dient, dessen Druck durch mindestens ein Drucksteuerventil veränderbar ist, und als Regelorgan ein Steuerkolben dient, der in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck stromabwärts der Kraftstoffpumpe entgegen der Kraft einer Regelfeder in einer Führungsbohrung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Steuerkolben (58) ein in der Kraftstoffrückströmleitung (75) zur Saugseite der Kraftstoffpumpe (19) angeordnetes Absperrventil (67) betätigbar ist und alle Kraftstoffrücklaufkanäle (43) stromaufwärts des Absperrventils (67) in die Kraftstoffrückströmleitung (75) münden.

2. Regelorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (58) an seinem stromaufwärts gerichteten Ende eine Steuerkante

(59) und einen sich daran anschließenden zylindrischen Kolbenabschnitt (60) und an seinem stromabwärts gerichteten Ende einen sternförmig ausgebildeten Kolbenabschnitt (61) aufweist

3. Regelorgan nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (58) einen Durchmesser hat, der um insbesondere 0,02 bis 0,04 mm geringer ist als der Durchmesser der Führungsbohrung (62).

4. Regelorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (67) durch den Steuerkolben (58) über einen Betätigungsstift (65) betätigbar ist

5. Regelorgan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem beweglichen Ventilteil (66) des Absperrventi'es (67) ein Dichtring (73), insbesondere ein O-Ring, angeordnet ist der mit einem Ventilsitz (74) zusammenarbeitet.

6. Regelorgan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bei geschlossenem Absperrventil (67) vom Kraftstoffdruck stromaufwärts des Ventilsitzes (74) beaufschlagte Ventilquerschnitt des beweglichen Ventilteiles (66) geringer ist als der Querschnitt des Steuerkolbens (58).

7. Regelorgan nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Ventilteil (66) einerseits über den Betätigungsstift (65) und eine Zentrierbohrung (64) des Steuerkolbens (58) und andererseits über einen Führungssteg (68) in einer Bohrung (69) geführt wird.