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    公开号:WO1989001568A1
    申请号:PCT/T1988/000061
    申请日:1988-08-09
    公开日:1989-02-23
    发明作者:Diethard Plohberger；Peter Herzog；Keith Elliott；Christoph D. Fischer；Josef Greier
    申请人:Avl Gesellschaft Für Verbrennungskraftmaschinen Un；
    IPC主号:F02M67-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Einrichtung zur Einbringung des Kraftstoffes in den Brennraum einer Brennkraftmaschine
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei verdichtetes Gas während eines Arbeitszyklus aus dem Zylinder entnommen, zwischengespeichnet und im darauffolgenden Arbeitszyklus zusammen mit dem Kraftstoff in den Zylinder e ngeblasen wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
    [0003] Bekanntlich wird zur Erzielung eines möglichst hohen ther¬ mischen Wirkungsgrades und möglichst geringer Schadstoff¬ emission bei Brennkraftmaschinen, vorzugsweise bei solchen mit Fremdzündung, angestrebt, die Verbrennung des Kraftstoffes so rasch und vollständig wie möglich im Bereich des oberen Kol¬ bentotpunktes zu bewerkstelligen. Bei Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum oder Ansaugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches bei äußerer Gemischbildung werden diese Ziele nie ganz zufrie¬ denstellend erreicht, weil die Verbrennung infolge mangelnder Zeit für die Gemischbildung beeinträchtigt ist. Es muß daher •auch der Zündzeitpunkt entsprechend weit vor dem oberen Tot¬ punkt angesetzt werden.
    [0004] Vorteile ergeben sich, wenn man zu einer äußeren Ge¬ mischbildung bei höheren Temperaturen übergeht und diese je¬ weils schon während des der Zündung des jeweiligen Luft-Kraft¬ stoff-Gemisches vorausgehenden Arbeitszyklus bewerkstelligt und das Gemisch dann beim folgenden Arbeitszyklus in den Brennraum einbläst.
    [0005] Aus der DE-AS 1 751 524 ist eine Einrichtung zur Durchführung des eingangs beschriebenen Vefahrens bekanntgeworden, mit welcher das Einbringen des Kraftstoffes über ein für alle Zylinder einer Brennkraftmaschine gemeinsam vorgesehenes Drehventil erreicht wird. Dieses Drehventil, bestehend aus einem scheibenförmigen Rotor, einer dünnen scheiben örmigen Verteilerplatte und einem pilzförmigen Steuerschieber, ist zusammen mit einer Zentrifugalpumpe, die mit dem Rotor auf ei¬ ner gemeinsamen Welle sitzt, in einem Gehäuse untergebracht. Die Welle und somit die Pumpe und der Rotor drehen sich bei Viertakt-Motoren mit Nockenwellendrehzahl. Im Rotor selbst ist ein- in radialer Richtung verlaufender Dosierraum angeordnet, der: auf seiner der Verteilerplatte zugewandten Steuerfläche meirrere Steueröffnungen aufweist. Der Rotor weist zusätzlich eine in axialer Richtung verlaufende Speiσheröffnung auf, durch die die Speicherung von aus den Zylinderräumen über eine Einblasleitung entnommener Druckluft steuerbar ist. Durch die¬ se Maßnahme wird dem jeweiligen Zylinderraum im Verlaufe des Verdichtungshubes unter Druck stehende Luft entnommen, die als Druckluftquelle zum Einblasen des Brennstoffes in den jeweili¬ gen Zylinderraum verwendet wird.
    [0006] Nachteilig bei dieser Einrichtung ist insbesondere deren komplizierter Aufbau, sowie die Tatsache, daß eine zentrale Oσsier- und Steuereinheit für alle Zylinder eines Mehr- zylinάer-Motors verwendet wird. Daraus ergeben sich lange Ein¬ blase- bzw. Entnahmeleitungen, die in der Entnahmephase zu Verschmutzungen neigen und bei denen sich in der Einblasephase Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Luft-Gemisch an den Wänden ab¬ scheiden kann, woraus sich kaum zu beherrschende Fehler in der Kraftstoffdosierung ergeben. Zusätzlich bewirkt die zum Zylin¬ der offene Einblaseleitung einerseits ein Rückschlägen von Ab¬ gas in die Einblas leitung in der Expansionsphase des Motors, andererseits ein nachfolgendes Ausströmen von kraftstoffhälti¬ gern Gas in den Zylinder während der Ladungsweσhselphase, wo¬ durch es zwangsläufig zu erhöhten Kohl nwasserstoffemissionen kommen muß.
    [0007] Die zeitliche Steuerung der Einblasung bzw. Entnahme ist durch die mit Nockenwellen- bzw. Kurbelwellendrehzahl rotierende Welle der Steuer- und Dosiereinrichtung gegeben. Eine Anpas¬ sung, beispielsweise des Einblasebeginns an die Erfordernisse des Motors zur Reduktion von Verbrauch und schädlichen Emissionen ist damit nicht möglich.
    [0008] Das Kraftstoff-Dosiersystem nach der bekannten Einrichtung arbeitet mit einer Dosierkammer, die wechselweise bzw. hintereinander mit Kraftstoffdruck (welcher hier niedriger ist als der Luftdruck in der Einblase- bzw. Entnahmeleitung) und Luftdruck beaufschlagt wird. Um den Kraftstoff gegen den höheren Luftdruck in der Dosierkammer in diese einbringen zu können, muß die Dosierkammer vorerst über eine Leitung in das Saugrohr entlüftet werden. Dieser Entlüftungsvorgang stellt einen thermodynamisσhen Verlust dar, da vom Motor angesaugte Luft komprimiert, entnommen, und wieder in das Saugrohr zurüσkgeleitet wird.
    [0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Einbringung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brenn¬ kraftmaschine bzw. eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens vozuschlagen, mit welchem die angeführten Nachteile vermieden werden können und insbesondere eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine, sowie eine Verringerung deren Schadstoffemission bei einfacherer und wirkungsvollerer Steuerung erzielbar ist.
    [0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:
    [0011] a) zeitlich steuerbare Entnahme einer kleinen Menge, insbesondere 2 bis 6 cm3 verdichteten heißen Gases über ein in den Brennraum des Zylinders öffnendes Ventil,
    [0012] b) Speicherung des entnommenen heißen Gases, in einem Ventilraum des Ventils,
    [0013] c) Einspritzen von Kraftstoff in das heiße Gas,
    [0014] d> Einblasen des gespeicherten Kraftstoff-Gasgemisches durch das in den Zylinder öffnende Ventil.
    [0015] In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Einblaseventil mit einem ventilseitigen und einem ven¬ tilabgewandten Raum als Entnahme- und Einblaseeinheit vorgese¬ hen ist, dessen in den Brennraum der Brennkraftmasσhine öff¬ nendes Ventil den Gasaustausch zwischen dem Brennraum und dem ventilseitigen Raum steuert, wobei der ventilseitige Raum als Gasspeicher für aus dem Brennraum entnehmbare Gase dient, daß das Ventil über ein den ventilabgewandten Raum begrenzendes Antriebsorgan betätigbar ist, sowie daß der ventilseitige Raum über zumindest ein Rückschlagventil mit dem ventilabgewandten Saum verbunden ist, in welchen eine Druσkerzeugungseinheit Kraftstoff fördert. Damit ist eine sehr einfache Ausführungs- variante gegeben, bei welcher einerseits das Einblaseventil gleichzeitig auch als Gasentnahmeventil fungiert und der ven¬ tilseitige Raum als Gasspeicher dient. Der Kraftstoff wird da¬ bei direkt in den Gasspeicher des Einblaseventils einge¬ spritzt. Die hydraulische Betätigung des Einblaseventils bie¬ tet den Vorteil größerer Betätigungs räfte, variabler Öff¬ nungsgeschwindigkeit und größerer Ventilhübe, im Vergleich zu einer direkten Betätigung mittels Elektromagnet, Kipphebel oder Nocken.
    [0016] Durch das direkt in den Zylinder öffnende Ventil gelangt das zu. entnehmende Gas, ohne lange kalte Leitungen passieren zu müssen, direkt in den vorzugsweise wärmeisolierten Gasspeicher, wo durch die erhöhte Temperatur die Kohlebildung hintangehalten werden kann.
    [0017] Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemä e Einrichtung ist vor allem für eine Späteinblasung im letzten Viertel bis letzten Sechstel des dem Zündbeginn vorausgehenden Motorzyklus ausgelegt.
    [0018] Eine erfindungsgemä e Variante des Verfahrens besteht darin, daß durch eine Kraftstoffpumpe zuerst das Einblasen des im vorangegangenen Zyklus gebildeten Kraftstoff-Gasgemisches bewerkstelligt wird und sodann mit einem höheren Kraftstoff¬ druck das Einspritzen des Kraftstoffes in das gespeicherte heiße Gas erfolgt.
    [0019] In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird vorgeschlagen, daß eine mit dem ventilabgewandten Raum über eine Druckleitung verbundene Kolbenpumpe vorgesehen ist, deren Pumpenraum über ein Magnetventil mit dem Kraftstofftank in Verbindung steht, wobei ein zweites Magnetventil vorgesehen ist, welches in einer zusätzlichen, den Kraftstofftank mit der Druckleitung verbindenden Kraftstoffleitung angeordnet ist. Während durch ein einziges Zweiwegventil die Einblasedauer und die Einspritzmenge dem Zeitpunkt und der Zeitdauer nach mit¬ einander gekoppelt sind, gelingt es mit einem zweiten, unab¬ hängig vom ersten angesteuerten Magnetventil, diese beiden Funktionen zu entkoppeln, was einen Vorteil bei der Abstimmung des Verbrennungsmotors im Hinblick auf geringen Verbrauch und Emission darstellt. Dabei ist in der zusätzlichen Kraftstoff¬ leitung ein Rückschlagventil angeordnet, über welches über¬ schüssige Kraftstoffmengen in den Kraftstofftank zurück¬ fließen.
    [0020] Es kann auch mit nur einem Magnetventil und der zugehörigen Leistungselektronik eine Entkoppelung der Einblasedauer und der Einspritzmenge erreicht werden, wenn erfindungsgemäß das Magnetventil beispielsweise durch pulslängenmoduliertes Austakten der am Elektromagneten des Magnetventiles anliegen¬ den Spannung mit zumindest zwei verschiedenen Stromstärken an¬ steuerbar ist, wodurch zumindest zwei unterschiedliche Druck¬ niveaus erzielbar sind. Beim niederen Strom- und damit Kraft¬ niveau wird ein Öffnungsdruck erreicht, welcher größer als der Schließdruck des Einblaseventils ist, wodurch dieses bis zu seinem Anschlag öffnet. In weiterer Folge steigt der Druck so¬ weit an, daß die Kraft des Magnetventils nicht mehr ausreicht, die Rücklaufleitung in den Tank zu verschließen und in der Folge die von der Kolbenpumpe geförderte überschüssige Kraftstoffmenge in den Tank zurückfließt. In weiterer Folge wird das Magnetventil mit dem höheren Strom beaufschlagt, wo¬ durch es entgegen dem Kraftstoffdruσk in der Leitung wieder schließt. Der Druck steigt nun weiter bis auf einen Wert an, bei dem das Rückschlagventil in der Verbindungsleitung zum Gasspeicher öffnet und die Einspritzung beginnt. Die Einsprit¬ zung ist beendet, wenn die Kraft am Magnetventil durch ent¬ sprechende Steuerung des Stromes auf ein niederes Druckniveau bzw. Null reduziert wird, wobei in letzterem Fall gleichzeitig die Einblasung beendet wird.
    [0021] Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine Kolben- oder Konstantförderpumpe in Verbindung mit einer hydraulischen Dosiereinrichtung vorgesehen ist, daß die Dosiereinrichtung einen in einem Gehäuse geführten Dosierkol- ben aufweist, welcher in einen im Gehäuse angeordneten an- triebsseitigen Raum und in einen Dosierraum eintaucht, wobei dessen durch zwei Anschläge definierter Hub die einzusprit¬ zende Kraftstoffmenge bestimmt, daß der Dosierraum über eine Druckleitung mit dem ventilabgewandten Raum des Einblaseven¬ tils und der antriebsseitige Raum über ein Magnetventil mit dem Ausgang der Kolben- oder Konstantförderpumpe verbunden ist, sowie daß zum Füllen des Dosierraumes eine von der Pumpe ausgehende in die Druckleitung mündende und mit einem Rück¬ schlagventil versehene Leitung vorgesehen ist. Die pro Motor¬ zyklus eingespritzte Kraftstoffmenge wird hier durch den Hub des sich zwischen zwei Anschlägen bewegenden Dosierkolbens be¬ stimmt. Eine genaue Dosierung der Kraftstoffmenge ist dadurch möglich.
    [0022] In einer Ausgestaltung dieser Variante ist vorgesehen, daß bei Verwendung einer Konstantförderpumpe, beispielsweise einer Rollenzellen- oder der in den antriebsseitigen Raum der Dosiervorrichtung eintauchende Teil des Dosierkolbens eine größere Druckangriffsfläche Ai aufweist als j ner Teil mit der Fläche A2, der den Dosierraum begrenzt, sodaß eine hydraulische Verstärkung des Einspritzdruckes im Ver¬ hältnis Ä1/A2 erzielbar ist. Die mit der Dosiereinrichtung er¬ zielbare hydraulische Verstärkung ist dabei mit einem Kolben kleineren Durchmessers mit' der Fläche A2 auf der Hochdruck- seite und beispielsweise einem Kolben größeren Durchmessers mit der Fläche Ai auf der Niederdruckseite erreichbar.
    [0023] Weiters ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der an¬ triebsseitige Raum durch eine den Dosierkolben antreibende, mit Systemdruck beaufschlagte Membran begrenzt ist. Dabei wird der Fördexhub des Dosierkolbens durch das Öffnen des Magnet¬ ventils in der Zuflußleitung bewerkstelligt.
    [0024] Erfindungsgemäß kann natürlich auch der antriebsseitige Raum durch eine den Dosierkolben antreibende Membran in eine Ringkammer, in welche die Zuleitung vom Magnetventil mündet und in eine Federkammer zur Aufnahme der Einspritzfeder unterteilt sein.
    [0025] Eine Steuerung der Einspritzmenge in Abhängigkeit von Maschinenparametern läßt sich erfindungsgemäß einfach dadurch erreichen, daß einer der den Hub des Dosierkolbens be¬ grenzenden Anschläge variabel ist und beispielsweise durch einen mit einem Stellmotor zusammenwirkenden Exzenter reali¬ siert ist.
    [0026] Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, daß in der Zuleitung zum antriebsseitigen Raum der Dosiereinrichtung eine vorzugsweise elektrisch betätigbare Durchflußregeleinheit angeordnet ist, über welche die Hubgeschwindigkeit des Ventils im Einblaseventil steuerbar ist. Mit Hilfe einer Durchflußregeleinheit kann die Durchflußrate stufenlos gesteu¬ ert werden. Die Einspritzung der jeweils erforderlichen Kraft¬ stoffmenge erfolgt bei kleinen Nadelhubgesσhwindigkeiten, d. h. , bei Teillast später als bei hohen Nadelhubgeschwin¬ digkeiten (Vollast). Dies ergibt den Vorteil, daß bei hohen Lasten ein Teil des Kraftstoffes direkt im selben Zyklus in den Brennraum gelangt und damit die Innenkühlung erhöht, woge¬ gen bei Teillast der gesamte Kraftstoff im Speicher vor¬ verdampft und damit geringstmögliche Emissionen sicherstellt. Über die Steuerung des Eintrittsimpulses des Gasstrahles in den Brennraum kann auch die LadungsSchichtung gesteuert wer¬ den, die ihrerseits einen Einfluß auf das Emissionsverhalten des Motors hat.
    [0027] Eine anders gestaltete Steuermöglichkeit ist dadurch gegeben, daß der Kolben des Einblaseventils zur Realisierung eines variablen Ventilhubes einen Absatz aufweist, welcher mit der Wand des Gehäuses einen Ringraum bildet, wobei der Absatz in Schließrichtung des Ventils mit Druck beaufschlagbar ist, sowie daß der Ringraum unter Zwischenschaltung eines Rück¬ schlagventils einerseits mit dem ventilabgewandten Raum und andererseits über das Rückschlagventil mit dem ventilseitigen Raum in Verbindung steht. Bei dieser AusführungsVariante ist der Ventilhub des Einblaseventils proportional zur einge¬ spritzten Kraftstoffmenge -variabel (Simultansteuerung). Dies ergibt im Vergleich zu den Ausführungen ohne variablen Ventil- hub Vorteile im Bezug auf den Betrieb des Motors bei geringen Lasten bzw. bei Vollast. Weiters kann vorgesehen sein, daß der Kolben des Ein- blaseventils zur Realisierung eines variablen Ventilhubes einen Absatz aufweist, welcher mit der Wand des Gehäuses einen Ringraum bildet, wobei der Absatz in Öffnungsrichtung des Ven¬ tils mit Druck beaufschlagbar ist, sowie daß der Ringraum un¬ ter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils einerseits mit der Druckleitung und andererseits über das Rückschlagventil mit dem ventilseitigen Raum in Verbindung steht. Bei dieser Ausführung erfolgt die Einspritzung in den Gasspeicher am Ende der Aufladephase des Gasspeichers während des Schließvorganges des Ventils im Einblaseventil. Zu dieser Zeit strömt Gas vom Brennraum in den Speicher, sodaß der eingespritzte Kraftstoff bis zum nachfolgenden Zyklus im Speicher verbleibt.
    [0028] Zum Schutz der Ventilfeder im Einblaseventil kann in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß eine Druck¬ oder Zugfeder des Ei blaseventils in einer vom ventilseitigen Raum durch eine Zwischenwand getrennten Federkammer angeordnet ist, wobei die Zwischenwand eine Öffnung für den Ventilschaft aufweist.
    [0029] Es liegt jedoch durchaus im Bereich der Erfindung, daß zum Schließen des Ventils ausschließlich der den Ventilquerschnitt beaufschlagende Gasdruck im Brennraum der Brennkraftmaschine dient. Eine Feder bzw. Federkammer kann dadurch entfallen.
    [0030] Als weitere Vereinfachung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird vorgeschlagen, daß im Gehäuse des Einblaseventils eine Dosiereinrichtung mit einem Dosierraum angeordnet ist, deren Dosierkolben koaxial zum Kolben des Einblaseventils angeordnet und mit diesem im Eingriff steht, daß der ventilabgewandte Raum des Einblaseventils gleichzeitig als antriebsseitiger Ramm der Dosiereinrichtung dient, daß der Dosierraum einerseits über ein Reduzierventil mit dem ventilabgewandten Raum und anderseits über ein Rückschlagventil mit dem ventilseitigen Raum in Verbindung steht, sowie daß der ventilabgewandte Raum mit der KraftstoffZuleitung aus der Druckerzeugungseinheit verbunden ist. Einblaseventil und Do¬ siere!nrichtung bilden in dieser AusführungsVariante eine Ein¬ heit, deren Kolben miteinander im Eingriff stehen. Dabei kann erfindungsgemäß die Druckerzeugungseinheit aus einer Konstantförderpumpe, einer nachgeschalteten elektronisch angesteuerten Durchflußregeleinheit, sowie einem pumpen- austrittsseitig angeordneten Druckbegrenzungsventil bestehen, wobei ein Dreiwegmagnetventil vorgesehen ist, welches den ventilabgewandten Raum in einer Stellung mit der Durchflu re- geleinheit und in einer anderen Stellung mit einer Rück¬ flußleitung in den Kraftstofftank verbindet. Bei dieser Aus- führungsvariante erreicht das Ventil nur bei annähernd Vollast seinen Anschlag, während es bei Teillast, abhängig von der Ventilhubgeschwindigkeit, nur einen Teil seines Weges zurück¬ legt. Der Ventilhub ist der eingespritzten Kraftstoffmenge proportional und die Einspritzung erfolgt während der Schlie bewegung des Ventils.
    [0031] Zur Begrenzung der maximalen Hubgeschwindigkeit bzw. der maximalen Schließgeschwindigkeit des Ventils wird vorge¬ schlagen, daß in der Leitung zwischen der Durchflußregelein¬ heit und dem Dreiwegmagnetventil, sowie in der Rückflußleitung zum Kraftstofftank jeweils eine fixe Drossel angeordnet ist.
    [0032] In einer Ausgestaltung der obengenannten AusführungsVariante kann anstelle der seriell geschalteten Durchlußregeleinheit eine parallel zur Konstantförderpumpe angeordnete elektronisch gesteuerte Druckregeleinheit angeordnet sein.
    [0033] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der ventilabgewandte Raum des Ein¬ blaseventils ventilseitig durch eine normal zur Ventilachse angeordnete Membran begrenzt ist, welche einerseits den Do¬ sierkolben und andererseits das Einblaseventil antreibt, wobei der untere Membranraum über eine eigene von der Konstantför¬ derpumpe ausgehende Druckleitung mit Druck beaufschlagbar ist. Diese Maßnahme ersetzt vorteilhafterweise die Schließfeder im Einblaseventil, wobei bei einem Mehrzylindermotor automatisch eine Gleichstellung der Schließkraft aller Ventile, unabhängig von Toleranzen der Federkräfte, erreicht wird. Dies ist auch von großer Bedeutung zur Erreichung gleicher Einspritzmengen für alle Zylinder.
    [0034] Zum Schutz einer Dichtung, welche am Schaft des Ventils gegen den Gasdruck im Gasspeicher abdichtet, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die in den ventilseitigen Raum des Einblaseventils führende Verbindungsleitung in einen konzen¬ trisch zum Ventilschaft angeordneten Ringspalt mündet, aus welchem der Kraftstoff in Richtung Ventil in den Gasspeicher austritt.
    [0035] Schließlich kann als besonders einfache Ausgestaltung eines Einblaseventils der ventilabgewandte Raum mit dem ven¬ tilseitigen Raum über einen durchgehenden zum Ventilschaft konzentrisch angeordneten Ringspalt verbunden sein, wobei in einer Erweiterung des Ringspaltes eine den Ventilschaft um¬ schließende Dichtung mit einem Vorspannelement, z. B. einer S-σhlauchfeder als Rückschlagventil, angeordnet ist. Diese Dichtung dichtet den Ventilschaft von unten nach oben, also vom ventilseitigen Raum zum ventilabgewandten Raum gegen einen hohen Druck und von oben nach unten gegen einen wesentlich ge¬ ringeren Druck ab.
    [0036] Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen zum Teil in schematischer Darstellung: Fig. 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung, die Fig. 2, 4, 4a, 5, 6, 8 10, 12 und 14 AusführungsVarianten nach Fig. 1, Fig. 3 ein Diagramm über den Spannungs- (ü) bzw. Kraft¬ verlauf (F) aufgetragen gegen den Kurbelwinkel α der Ansteuerung eines Magnet ventils nach Fig. 1, die Fig.4b, 7, 9, 11 und 13 Diagramme, welche den Nadelhub S bzw. die Ei spritzmenge ß in Abhängigkeit des Kurbelwinkels α darstellen, Fig. 15 ein erfindungsgemäßes Einblaseventil im Detail, Fig. 16 eine AusführungsVariante des Einblaseventils nach Fig. 15 sowie Fig. 17 ein Detail aus Fig. 16.
    [0037] Die in Fig. 1 dargestellte AusführungsVariante eines Systems mit Kolbenpumpe und konstantem Nadelhub zeigt ein an den Brennraum 3 einer weiter nicht dargestellten Brenn¬ kraftmaschine angeschlossenes Einblaseventil 2, dessen dem Ventil 16 zugewandter Raum 18 gleichzeitig als Gasspeicher 4 dient. Vorteilhafterweise entfällt hier ein Entnahmeventil und der Kraftstoff wird direkt in den Gasspeicher 4 des Einblaseventils 2 eingespritzt. Die Gasentnahme aus dem Brenn¬ raum 3 erfolgt durch das Einblase enti1 2 selbst, indem dieses eine entsprechend lange Zeit nach Beendigung des Einblasevor¬ ganges offengehalten wird. Das Einblaseventi1 2 besteht aus einem Gehäuse 13, in welchem der durch die Feder 15 in Schließrichtung belastete Kolben 14 axial gleitbar gelagert ist. Die Feder kann auch entfallen, wenn bei entsprechender Auslegung der wirksamen Flächen des Kolbens und des Ventils der: im Gasspeicher herrschende Gasdruck das Ventil selbsttätig schließt. Das in den Brennraum 3 öffnende Ventil 16 ist durch den. Schaft 17 mit dem Kolben 14 verbunden. Der ventilabge- waπdte Raum 20 oberhalb des Kolbens 14 steht über eine Verbin- dungsleitung 37, welche ein Rückschlagventil 32 aufweist, mit diem. Gasspeicher 4 in Verbindung. Es ist jedoch auch möglich, daß die Verbindungsleitung 37 in die Druckleitung 35 einmündet und so mit dem Raum 20 verbunden ist.
    [0038] Die über die Druckleitung 35 mit dem Raum 20 des Ein¬ blaseventils 2 verbundene Druσkerzeugungseinheit, eine Kolben¬ pumpe 5, besitzt einen im Pumpenzylinder 22 gleitbar ange¬ ordneten Plunger 23, der von einer Feder 24 gegen den ihn an¬ treibenden Nocken 25 belastet ist. Der Nocken 25 bzw. dessen Nockenwelle 26 wird von der Brennkraftmaschine in bekannter Weise angetrieben. Der über die Leitung 29 aus dem Kraft¬ stofftank 28 angesaugte Kraftstoff gelangt über ein Magnetven¬ til 60 in den Pumpenzylinder 22. Es ist auch möglich, eine Re¬ geleinrichtung zur Abstimmung der Kraftstoffmenge vorzusehen, woώei beispielsweise im Pumpenzylinder 22 ein hier nicht wei¬ ter dargestellter Ausweichkolben mit einem einstellbaren Hub¬ anschlag vorgesehen sein kann.
    [0039] Fig. 2 stellt eine Variante von Fig. 1 dar, in welcher durch die gemeinsame Steuerung der Einblasedauer (= Öffnungsdauer des Einblaseventiles) und der Einspritzmenge durch ein einziges Zweiwegmagnetventil 60 die Einblasedauer und die Einspritzmenge dem Zeitpunkt und der Zeitdauer nach miteinan¬ der gekoppelt werden. Mit der Einrichtung nach Fig. 2 gelingt mittels eines zweiten, unabhängig vom ersten angesteuerten Ma- gnetventil 61, welches in einer zusätzlichen, den Kraft¬ stofftank 28 mit der Druckleitung 35 verbindenden Leitung 62 angeordnet ist, eine Entkopplung, was einen Vorteil bei der Abstimmung des Verbrennungsmotors im Hinblick auf geringen Verbrauch und günstige Emissionswerte darstellt.
    [0040] Der Öffnungsdruck des Ei bl seventils 2 sei mit pi, jener eines Rückschlagventils 63 in der Leitung 62 mit p=> und der des Rückschlagventils 32 mit p3 bezeichnet. Zu Beginn des Einblas vorganges schließt das Magnetventil 60 und das Ven¬ til 61 bleibt offen. Beim Erreichen des Druckes i am Einbla¬ seventil 2 öffnet dieses bis der Kolben 14 an seinem Anschlag anliegt. Daraufhin steigt der Druck weiter bis auf p2 an, wo¬ durch das Rückschlagventil 63 öffnet und die überschüssige Kraftstoffmenge in den Tank zurückfließt. Der Beginn des Ein¬ spritzvorganges in den Gasspeicher 4 wird durch das Schließen des Magnetventils 61 eingeleitet, wodurch der Druck in der Einspritzleitung bis auf p3 ansteigt und das Rückschlagven¬ til 32 öffnet. Die Einspritzung allein wird entweder durch das Öffnen von Ventil 61 oder gemeinsam mit der Einblasung durch das Öffnen von Ventil 60 beendet. Die Mengenzumessung erfolgt durch die Schließdauer des Magnetventils 61, sowie durch den in dieser Zeit erfolgten Nockenhub der Einspritzpumpe 5.
    [0041] Das Diagramm in Fig. 3 stellt einen variablen Span¬ nungsverlauf ü" bzw. den resultierenden Kraftverlauf F an einem Magnetventil dar, mit welchem man die Vorteile der Ausführun¬ gen- nach Fig. 1 und 2 kombinieren kann. Durch die spezielle A t der Ansteuerung des Magnetventils 60 in Fig. 1 kann man auch mit nur einem Magnetventil und dazugehöriger Leistungs- elektronik eine Entkoppelung der Einblasedauer und der Ein¬ spritzdauer und damit der Mengenzumessung erreichen. In Bezug¬ nahme auf Fig. 1 wird das Magnetventil 60 mit zwei verschie¬ denen Stromstärken angesteuert. Dies kann auf verschiedene Art und Weise geschehen, z. B. durch pulslängenmoduliertes Aus ak¬ ten der am Elektromagneten anliegenden Spannung. Dadurch wer¬ den am Magnetventil 60 zwei verschiedene Kraftniveaus Fi und F2 erzielt. Beim niederen Strom- und 'damit Kraftniveau Fi wird ein Öffnungsdruck, der großex als der Druck i ist erreicht, wodurch das Einblaseventi1 2 bis zu seinem Anschlag öffnet. In weiterer Folge steigt der Druck so weit (auf p2) an, daß die Kraft des Magnetventils nicht mehr ausreicht, die Rücklauflei¬ tung in den Tank 28 zu verschließen und in der Folge die von der Kolbenpumpe 5 geförderte Kraftstoffmenge in den Tank zxirückfließt. In weiterer Folge wird das Magnetventil 60 mit dem höheren Strom beaufschlagt, wodurch es entgegen dem Kraftstoffdruck in der Leitung wieder schließt. Der Druck steigt nun weiter bis auf den Wert a an, bei dem das Rück¬ schlagventil 32 öffnet und die Einspritzung beginnt. Die Ein¬ spritzung ist beendet, wenn die Kraft am Magnetventil 60 durch entsprechende Steuerung des Stromes auf Pi bzw. 0 reduziert wird, wobei in letzterem Fall gleichzeitig die Einblasung beendet wird.
    [0042] Eig. 4 stellt in Abwandlung des Systems nach Fig. 1 ein System mit Niederdruckantrieb und konstantem Nadelhub dar. Anstatt der Hochdruck-Stempelpumpe 5 wird eine Konstantförderpumpe 5' , z. B. in bekannter Art und Weise eine Rollenzellen- oder Zahnradpumpe in Verbindung mit einer hydraulischen Verstärker¬ und Dosiereinrichtung 64 verwendet. Die Dosiereinrichtung 64 weist einen in einem Gehäuse 65 geführten Dosierkolben 66 auf, der das Gehäuse in einen antriebsseitigen Raum 67 und in einen Dosierraum 68 unterteilt. Die hydraulische Verstärkung resultiert aus einem Kolben kleineren Durchmessers mit der Fläche A2 auf der Hochdruckseite und einer elastischen Membran oder einem Kolben größeren Durchmessers mit der Fläche Ai auf der Niederdruckseite. Der Dosierkolben 66 und die Membran 69 sind miteinander verbunden. Dieser Verband bewegt sich zwischen einem festen und einem variablen Anschlag 70, wobei der variable Anschlag, wie dargestellt, auf der Niederdruckseite oder aber auch auf der Hochdruckseite liegen kann. Der Weg zwischen den Anschlägen steht zur einzu¬ spritzenden Kraftstoffmenge im Verhältnis. Die hydraulische Verstärkung übersetzt den von der Konstantförderpumpe 5' erzeugten Druck, typischerweise 2 bis 8 bar, im Verhält¬ nis A1/A2/A4 auf den für das vorliegende Kraftstoffeinblasesy- εtem benötigten Druck von ca. 10 bis 40 bar, wobei A* den Querschnitt des hydraulischen Kolbens 14 zur Betätigung des Einblaseventils 2 darstellt. Die pro Zyklus eingespritzte Kraftstoffmenge wird durch den sich mit variablem Hub einmal pro Zyklus hin- und herbewegenden Dosierkolben 66 bewerkstel¬ ligt. Der variable Hubanschlag wird z. B. durch einen Exzen¬ ter 70 oder eine Nooke verwirklicht, der durch einen Stellmo¬ tor mit Stellungsrückmeldung oder durch einen Schrittmotor mit elektronischer Ansteuerung verdreht wird.
    [0043] Die Druc übersetzungs- und Dosiereinrichtung 64 sowie der Einblasevorgang wird durch ein Dreiweg-Magnetventil 71 ge¬ steuert, welches von einer entsprechenden Steuerelektronik an¬ gesteuert wird. Das Magnetventil 71 öffnet eine Leitung 72 zu einer den Dosierkolben 66 umgebenden durch die Membran 69 be¬ grenzte Ringkammer 73, wobei der von der Pumpe 5' über das Druckhalteventil 74 erzeugte Systemdruck den Dosierkolben 66 entgegen der Federkraft der Einspritzfeder 78 gegen den vari¬ ablen Anschlag 70 (Saughub) bewegt. Gleichzeitig wird über ein in der Leitung 75 angeordnetes Rückschlagventil 76 die Druckleitung 35 und der Dosierraum 68 mit Kraftstoff gefüllt. Beim anschließenden Schließen des Magnetventils 71 wird die von der Membran 69 begrenzte Ringkammer 73 über eine Rücklaufleitung 77 in den Tank 28 entlastet, wobei die im Ge¬ häuse 65 angeordnete Einspritzfeder 78 den Dosierkolben 66 in Förderrichtung (Förderhub) bewegt. Zu Beginn dieser Bewegung wird bei überschreiten des Öffnungsdruckes am Einblaseventil 2 dieses - über die geförderte Kraftstoffmenge - bis zu seinem Anschlag geöffnet. In -der Folge steigt der Druck weiter an und es wird bei Überschreiten des Öffnungsdruckes des Rückschlag¬ ventils 32 die restliche noch zu fördernde Kraftstoffmenge in den Gasspeicherraum 4 des Einblaseventils 2 eingespritzt. Die zur Öffnung des Einblase entils benötigte Kraftstoffmenge ist bei konstantem Ventilhub für jeden Zyklus konstant, sodaß über den variablen Hubanschlag des Dosierkolbens 66 nur die Ei spritzmenge variiert wird (Folgesteuerung).
    [0044] I-n einer weiteren, in Fig. 4a dargestellten, Ausführung, mündet die Leitung 72 an der dem variablen Hubanschlag 70 zugewandten Seite der Membran 69 in den Raum 67. Der Förderhub wird nun durch Öffnen des Ventils 71 bewerkstelligt, wogegen das Entlasten über die Leitung 77 den Saughub auslöst. Die Feder 78 kann in diesem Fall entfallen. Die Rückwärtsbewegung des Dosierkolbens 66 wird durch die Beaufschlagung des Raumes 68 mit Systemdruck sichergestellt.
    [0045] Das Einblaseventil 2 schließt hier durch den Kraftstoffdruck auf die dem Ventil 16 zugewandte Ringfläche 99. Das Rück¬ schlagventil 32 bleibt dabei solange geschlossen, bis das Ei blaseventil 2 auf seinem Ventilsitz aufliegt. Der Druck in der Leitung 37 steigt nun weiter über den Öffnungsdruck p3 an, sodaß das Rückschlagventil 32 öffnet und Kraftstoff in den Gasspeicher 4 gefördert wird. Dieser Vorgang ist beendet, wenn der Dosierkolben 66 seinen hochdruckseitigen Endanschlag er¬ reicht hat. Diese Stellung ist die Ruhe- oder Ausgangsstellung des Systems.
    [0046] Der Einblasevorgang beginnt mit der Entlastung des Niederdruckraumes 67 über das Dreiweg-Magnetventil 71. In der Rücklaufleitung 77 in den Tank 28 ist eine z. B. elektronisch gesteuerte Durchflu regeleinheit 100 vorgesehen, die die Ven¬ tilöffnungsgeschwindigkeit des Einblaseventils 2 kontrolliert. Der OffnungsVorgang des Einblaseventils wird von der in dem Ventil 16 abgewandten Federkammer 85' sitzenden Druckfeder 15 bewerkstelligt, die gleichzeitig auch für eine Rückstellung des Dosierkolbens 66 sorgt, wobei die Einspritzmenge über das Rückschlagventil 76 von der Pumpe 5' in die Hochdruckleitung nachgefördert wird. Die Dosiereinrichtung 64 kommt in dieser Ausführung ohne Feder aus.
    [0047] Der Nadelhub- S und Einspritzmengenverlauf ß ist in Fig. 4b dargestellt. Der Vorteil dieses Systems gegenüber jenem in Fig. 4 besteht darin, daß die Einspritzung erst nach Beendi¬ gung des Einblasevorganges erfolgt und daß durch die gegebene Konstellation der Druck- und Flächenverhältnisse ein etwas geringeres Druckniveau auf der Hochdruckseite eingehalten wer¬ den kann, wodurch die Leistung der Kraftstoffpumpe reduziert werden kann.
    [0048] Anstatt der dargestellten Niederdruσk-Versorgungseinheit mit einer Konstantförderpumpe kann auch eine Hochdruckeinheit mit einer Kolbenpumpe verwendet werden, wodurch der Druckver¬ stärker entfällt. Weiterhin kann auch eine unstetig fördernde Hochdruckstempelpumpe mit elektronischem Steuer- eLπgrrxff verwendet werden. Die Ventilhubgeschwindigkeit wird dabei in allen Fällen durch die in der Rücklaufleitung 77 befindliche Durchflußregeleinheit 100 geregelt.
    [0049] Unter "Hochdruck" werden dabei in allen erwähnten Fällen Drücke über 10 bar verstanden.
    [0050] Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus einer Vereinfachung der Einrichtung nach Fig. 4. So können die Membran 69 oder ein allfälliger Kolben mit der Fläche Ai und die den Dosierkolben treibende Feder 78 entfallen, wenn das benötigte hydraulische Übersetzungsverhältnis durch einen entsprechenden Quer¬ schnitt A4 des Kolbens 14 im Einblaseventil 2 sichergestellt wird, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Der Dosierkolben 66 mit der Fläche A2 hat in diesem Fall ausschließlich eine Dosierfunktion. Das Ventil 16 des Einblaseventils 2 beginnt sich bei dieser Ausführung dann zu heben, wenn das Drei¬ weg-Magnetventil 71 die Leitung von der Konstantförderpumpe 5' zπi Dosierkolben freigibt. Das Ventil 16 bewegt sich in der Eσlge bis zu seinem Hubanschlag im Ventilkörper. Die darauf folgende Einspritzphase wird ebenso wie die Offenhaltedauer des Einblaseventils 2 durch Umschalten des Dreiwegventils 71 beendet, wobei der Raum 67 in die Rücklaufleitung 77 zum Tank 28 entlastet wird. Anschließend wird die Druckleitung 35 über das Rückschlag- und in diesem Falle auch Druckreduzier¬ ventil 76 gefüllt und der Dosierkolben 66 in seine Ausgangs¬ stellung zurückgeschoben. Der Druckabfall über das Ventil 76 bzw. dessen Öffnungsdruck muß bei dieser Ausführung so groß sein, daß das Einblase entil 2 durch den Fülldruck mit Sicher¬ heit nicht geöffnet wird.
    [0051] In Fig. 6 ist eine Variante der Einrichtung nach Fig. 5 dargestellt. Mit Hilfe einer von einer nicht dargestellten Steuereinheit kontrollierten Durchflußregeleinheit 79 kann die Nadelhubgeschwindigkeit gesteuert werden, wie in Fig. 7 für die Durchflußraten , ß und f- dargestellt ist. Die Einspritzung der jeweils erforderlichen Kraftstoffmenge er¬ folgt bei kleinen Nadelhubgeschwindigkeiten (Teillast) später als bei hohen Nadelhubgeschwindigkeiten (Vollast). Dies ergibt den Vorteil, daß bei hohen Lasten ein Teil des Kraftstoffes direkt im selben Zyklus in den Brennraum gelangt und damit die Innenkühlung erhöht, wogegen bei Teillast der gesamte Kraft¬ stoff im Speicher vorverdampft und damit geringstmögliche Emissionen sicherstellt. Weiters dient die variable Nadel¬ hubgeschwindigkeit der Steuerung des Eintrittsimpulses des Gasstrahls in den Brennraum und damit der Steuerung der La¬ dungsschiσhtung, die ihrerseits einen Einfluß auf das Emissi¬ onsverhalten des Motors hat.
    [0052] In Fig. 8 ist eine Ausführung des Einblasesystems in Abwandlung jenes in Fig. 5 dargestellt, bei dem der Nadelhub des Einblaseventils 2 proportional zur eingespritzten Kraft- stoffmenge variabel ist (Simultansteuerung). Dies ergibt im Vergleich zu den Ausführungen ohne variablen Nadelhub Vorteile im Bezug auf den Betrieb des Motors bei geringen Lasten bzw. bei Vollast, wobei sinngemäß die unter Fig. 6 und 7 stehenden Aussagen gelten.
    [0053] Bei der AusführungsVariante nach Fig. 8 weist der Kolben 14 des Einblaseventils 2 einen Absatz 80 auf, welcher mit der Wand des Gehäuses 13 einen Ringraum 81 bildet. Der Absatz ist in Schließrichtung des Ventils 16 auf einer Ringfläche Äe mit Druck beaufschlagbar, wobei der Ringraum einerseits mit dem ventilabgewandten Raum 20 unter Zwischenschaltung eines Rück¬ schlagventils 82 und anderseits über das Rückschlagventil 32 mit dem ventilseitigen Raum 18 verbunden ist.
    [0054] Der Ringraum 81 mit der wirksamen Fläche A6 wird über das Rückschlagventil 82 mit Systemdruck beaufschlagt. Bei Ein¬ spritzbeginn, d. h. , wenn der Dosierkolben zu fördern beginnt, bewegt sich in der Folge der Kolben 14 des Einblaseventils 2 nach unten, und das Ventil 16 öffnet. Gleichzeitig wird aus dem Ringraum 81 Kraftstoff verdrängt und über das Rück¬ schlagventil 32 in den Gasspeicherraum 4 eingespritzt. Das Ventil 16 des Einblaseventils 2 öffnet nur so weit, als es der durch den Dosierkolben 66 geförderten Einspritzmenge ent¬ spricht, wodurch ein mit steigender Motorlast zunehmender Be¬ trag des Ventilhubes verwirklicht wird.
    [0055] Bei der Ausführung des Einblaseventils nach Fig. 8 wird die gesamte Einspritzmenge zu Beginn der Einblasephase während des OffnungsVorganges in den Gasräum 4 des Einblaseventils 2 eingespritzt, wie in den Diagrammen in Fig. 9 dargestellt ist. Zu dieser Zeit strömt Gas aus dem Gasspeicher 4 in den Erennraum 3 des Motors, sodaß ein Großteil des eingespritzten Kraftstoffes unmittelbar mit der Gasströmung in den Brennraum transportiert wird (V... Vollast, T... Teillast).
    [0056] Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführung, dessen Kolben 14 einen in Öffnungsrichtung des Ventils 16 beaufschlagbaren Absatz 83 aufweist, erfolgt dagegen die Einspritzung in den Gasspeicher am Ende der Aufladephase des Gasspeichers 4 während des SchließVorganges des Ventils 16. Zu dieser Zeit strömt Gas vom Brennraum 3 in den Gasspeicher 4, sodaß der eingespritzte Kraftstoff bis zum nachfolgenden Zyklus im Speicher verbleibt, wie im Diagramm nach Fig. 11 dargestellt.
    [0057] Die entsprechenden, dem jeweiligen Druck im Niederdrucksystem ausgesetzten, Flächen sind so ausgelegt, daß das hydraulische Übersetzungsverhältnis und . damit die Druckerhöhung in der Einspritzleitung so groß ist, daß über die Fläche A4 des Kolbens 14 sämtliche Druckkräfte, Druckabfälle über Rück¬ schlagventile und Reibungskräfte im Einblaseventil überwunden werden.
    [0058] Die pro Zylindereinheit erforderlichen Dosierkolben mit variablem Hub sowie die zugehörigen Dreiweg-Magnetventile können wie in Fig. 4, 5 6, 8 und 10 dargestellt, in einem vom Einblaseventii 2 unabhängigen Steuerbloσk zusammengefaßt und über. Leitungen mit dem jeweiligen Einblaseventii verbunden sein. Dadurch wird ein Vorteil bei der Justierung und Synchro¬ nisation der Dosierkolben erreicht. Es ist jedoch genauso mög¬ lich, edes Einblaseventii 2 mit einer Dosiereinrichtung aus¬ zustatten, wobei der Antrieb zur Verstellung der Anschläge der Dosierkolben am Zylinderkopf des Motors zu liegen kommt. Er- stere Ausführung ergibt Vorteile bei Motoren mit mehr als ei¬ ner Zyli derreihe, letztere bei Motoren mit nur einer Zylin¬ derreihe.
    [0059] Die Einblaseventile mit variablem Ventilhub können ihrer Bauart nach auch in Verbindung mit Hoσhdruckstempelpumpen, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, verwendet werden.
    [0060] Bei allen Ausführungen kann zur Hitzeisolierung die Feder 15 des Einblaseventils 2 in einer vom ventilseitigen Raum 18 durch eine Zwischenwand 84 getrennten Federkammer 85 ange¬ ordnet sein. Die Federkammer kann dabei eine Entlastungs- leitung 91 (Leckölleitung) in den Niederdruckbereich aufwei¬ sen.
    [0061] In Fig. 12 ist eine weitere Ausführung eines Gemischeinblase¬ systems mit variabler Nadelhubgeschwindigkeit dargestellt. Da¬ bei ist im Gehäuse 13 des Einblaseventils 2 eine Dosiereinrichtung 64' mit einem Dosierraum 68 angeordnet, deren Dosierkolben 66' koaxial zum Kolben 14 des Einblaseven¬ tils 2 angeordnet ist und mit diesem in Eingriff steht. Der ventilabgewandte Raum 20 des Einblaseventils 2 dient gleich¬ zeitig als antriebsseitiger Raum der Dosiereinrichtung 64' , wobei der Dosierraum 68' einerseits über ein Reduzierventil 86 mit dem ventilabgewandten Raum 20 und anderseits über das Rückschlagventil 32 mit dem ventilseitigen Raum 18 in Ver¬ bindung steht. Bei dieser Ausführung erreicht die Ventilnadel nur bei Vollast ihren Anschlag, während sie in der Teillast, abhängig von der Ventilhubgeschwindigkeit, nur einen Teil ihres Weges zurücklegt. Der Ventilhub ist der eingespritzten Kraftstoffmenge proportional, und die Einspritzung erfolgt während der Schließbewegung der Ventilnadel.
    [0062] Die Druckerzeugungseinheit besteht aus einer Kon¬ stantförderpumpe 5' (ca. 6 bar) einem Druckbegrenzungsven¬ til 74 mit dem Öffnungsdruck p2 und einer elektronisch ange¬ steuerten Durchflußregeleinheit 79 im Hauptstrom. Letztere kann z. B. eine Drossel variablen Querschnittes oder ähnliches sein. Das Einblaseventii 2 besteht aus einem Ventil 16, wel¬ ches über seinen Schaft 17 von einer Membran 87 (wie darge¬ stellt) oder von einem Kolben mit der Fläche Ai angetrieben wird. Eine Schließfeder 15 hält das Ventil 16 in geschlossener Stellung. Sobald das Dreiweg-Magnetventil 71 öffnet und den ventilabgewandten Raum 20 mit dem Systemdruck p2 beaufschlagt, beginnt sich das Ventil 16 zu öffnen. Dies geschieht mit einer Geschwindigkeit, die durch den durch die Durchflußregelein- heit 79 geregelten Kraftstoffluß in den Raum 20 sowie durch die Kraft der Schließfeder 15 bestimmt ist. Demnach öffnet das Ventil 16 bei großem Durchfluß schneller und umgekehrt. Der Durchflu kann auch durch eine Druckregeleinheit 88 im Neben- εtrom (entsprechend Fig. 14) geregelt werden.
    [0063] Die fixe Drossel 89 zwischen Durchflußregeleinheit 79 und Magnetventil 71 begrenzt die maximale Hubgeschwindigkeit. Beim Öffnen des Einblaseventils 2 wird der Dosierraum 68' über das Reduzierventil 86 mit Kraftstoff gefüllt. Der Fülldruck ist dabei kleiner als der Öffnungsdruck des Rückschlagventils 32 in der Verbindungsleitung 37. Die Öffnungsbewegung wird durch das Öffnen des Dreiweg-Ventils 71 beendet, wobei der obere Membranraum bzw. ventilabgewandte Raum 20 über eine Rücklauflei ung 77 in den Tank 28 entlastet wird. Eine Dros¬ sel 90. in der Rücklaufleitung 77 begrenzt die Schließgeschwin¬ digkeit des Ventils 16.
    [0064] Beim Schließvorgang verdrängt der Dosierkolben 66' eine dem jeweiligen Hub entsprechende Kraftstoffmenge, die über das Rückschlagventil 32 in den Gasspeicher 4 eingespritzt wird. Die. Einspritzung wird durch die Kraft der Schließfeder 15 und den auf den Ventilschaftquerschnitt wirkenden Gasdruck bewerkstelligt. Die beschriebene Funktionsweise kann durch entsprechende Umgestaltung des Dosierkolbens 66' so ab¬ gewandelt werden, daß die Einspritzung anstatt während des Schließens während des Öffnens des Ventils erfolgt. Die erste Version wird vor allem bei Motoren angewandt, die strenge Emissionsbestimmungen zu erfüllen haben, da durch die Vorlage¬ rung des Kraftstoffes im Gasspeicher 4 die Kohlenwasser¬ stoffemissionen im Abgas sinken. Letztere Version ergibt bei Hoσhleitungsmotoren eine bessere Innenkühlung, da die Ver- damμfungswärme des direkt in den Zylinder gelangenden Kraft¬ stoffes unmittelbar der Zylinderladung entzogen wird.
    [0065] Der für den jeweiligen Betriebszustand erforderliche maximale Ventilhub ist durch die Ventilhubgeschwindigkeit und die Öff¬ nungsdauer bestimmt, die durch die Elektronik über das Magnet¬ ventil 71 gesteuert wird. In Fig. 13 sind der Verlauf des Ven- tilhubes s und der Einspritzmenge ß über dem Kurbelwinkel α dargestellt. Die Einspritzung erfolgt während des Schließhubes der Nadel und endet mit dem Aufsetzen des Ventiltellers am Ventilsitz, unabhängig von der eingespritzten Menge. Der Einspritzbeginn und damit die Einspritzmenge, ist durch die Neigung ^ der Offnungsgeraden a und j«- der Schließgeraden b sowie der Öffnungsdauer des Ventils vom Einblasebeginn EB bis Einblaseende EE bestimmt. Die Einspritzrate ist durch die Nei¬ gung p* der Schließgeraden b bestimmt, die durch die Schließfe- derkraft die Gaskraft auf den Ventilschaftquerschnitt und den Querschnitt der Drossel 90 gegeben ist.
    [0066] In einer weiteren Ausführung ist in Fig. 14, wie bereits erwähnt, der Durchflußregler durch einen Druckregler 88 im Nebenstrom ersetzt. Dieser bestimmt im Zusammenwirken mit der Drossel 90 und dem Gegendruck im unteren Membranraum 92 die Neigung δ" der Offnungsgeraden a in Fig. 13. Die Druckbe¬ aufschlagung des unteren Membranraumes ersetzt die Schließfe¬ der 15 in Fig. 12. Damit ist bei einem Mehrzylindermotor auto¬ matisch eine Gleichstellung der Schließkraft und damit der Neigung μ- der Schließgeraden b aller Ventile unabhängig von Toleranzen der Federkräfte erreicht. Dies ist von großer Be¬ deutung für die Gleichstellung der Einspritzmenge der einzel¬ nen Zylinder. Das Ventil 94 regelt den Druck im unteren Mem¬ branraum 92 beim Öffnungshub des Ventils 16 und damit für alle Ventile gleichzeitig die Neigung cf der Offnungsgeraden a. In allen anderen Details entspricht die Funktionsweise jener der Einrichtung nach Fig. 12.
    [0067] Der generelle Vorteil der Niederdrucktechnologie liegt in der Verbilligung des Gesamtsystems durch den Wegfall teurer Komponenten, wie der Stempelpumpe und der Hochdruck-Ma¬ gnetventile. Die Dosiereinrichtung über einen Kolben sichert dabei eine sehr genaue Dosierung der einzuspritzenden Kraft¬ stoffmenge unabhängig von etwaigen Toleranzen in den Durch- flußeigensσhaften oder Schaltzeiten der Magnetventile, sodaß die Herstellungskosten letzterer ebenfalls reduziert werden können.
    [0068] Fig. 15 zeigt die vereinfachte Darstellung eines Ein- blaseventils 2 wie oben beschrieben. Es besteht aus dem Ven¬ til 16, welches mit seinem Schaft 17 in einem zweiteiligen Ge¬ häuse 13 verschiebbar gelagert ist. Das Ventil 16 wird von seiner Schließfeder 15 in Schließposition gehalten. Der venti- iabgewandte Raum 20 wird mit Kraftstoffdruck beaufschlagt, wo¬ durch das Ventil 16 öffnet. Der Gasspeicher 4 bzw. der ventil- abgewandte Raum 18 ist gegen den oberen Druckraum 20 durch eine elastomere Dichtung 95 (z. B. O-Ring) abgedichtet. Zum Schutz dieser Dichtung vor den hohen Gastemperaturen wird der in den Gasspeicher 4 einzuspritzende Kraftstoff unmittelbar unter der Dichtung 95 in einem konzentrisch zum Ventil- schaft 17 angeordneten Ringspalt 94 der Ventilführung einge¬ spritzt. Der Kraftstoff gelangt durch diesen Ringspalt 94 in den Gasspeicher 4, wo er verdampft. Durch die Enge des Spaltes wird der Gaszutritt zur Dichtung 95 entgegen der Strömungs- riσhtung des Kraftstoffes verhindert, sodaß praktisch keine Verschmutzung oder Überhitzung der Dichtung auftreten kann.
    [0069] Eine weitere Ausführung der Ventilsσhaftdichtung bezieht sich auf Ausführungen des Einblasesystems nach Fig. 1 bis 6 mit ,rFolgesteuerung" . Dabei wird, wie erwähnt, durch Be¬ aufschlagung des ventilabgewandten Raumes 20 und damit des wirksamen Querschnittes der Ventilnadel, das Ventil 16 bis zu seinem Anschlag geöffnet. In der Folge steigt der Druck weiter über den Öffnungsdruck des Rückschlagventils 32 an und es wird Kraftstoff in den Gasspeicher eingespritzt. Das Rückschlagven¬ til 32 kann nun durch eine in Fig. 16 dargestellte Dichtung 96 ersetzt werden, die von unten nach oben gegen einen hohen Druck und von oben nach unten gegen einen wesentlich geringe¬ ren: Druck abdichtet. Bei Überschreiten des zur Öffnung des Ventils notwendigen Kraftstoffdruσkes nach Anschlag des Ven¬ tils bei voller Öffnung wird die z. B. durch eine Schlauch- feder 98 eingestellte radiale Dichtkraft F^ an der Dicht- lippe 97 überschritten, und es kommt zum Überströmen von Kraftstoff. Dabei erhöht sich die Diσhtkraft auf Fr+ lFr, so¬ daß sich ein Gleichgewicht bei der radialen Spaltweite W ein¬ stellt. Die Spaltweite W liegt im Bereich von tausendstel bis zu wenigen hundertstel mm, sodaß die Dichtung 96 eine große Anzahl von Lastspielen ohne Verschleiß ertragen kann. Nach er¬ folgter Einspritzung bei Druckabfall im ventilabgewandten Raum 20 schließt die Dichtlippe 97 wieder, sodaß kein Rück- strömen von Gasen erfolgen kann.
    权利要求:
    ClaimsP A T E N T A N S P R Ü C H E
    1. Verfahren zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei verdichtetes Gas während eines Arbeitszyklus aus dem Zylinder entnommen, zwischen¬ gespeichert und im darauffolgenden Arbeitszyklus zusammen mit dem Kraftstoff in den Zylinder eingebla¬ sen wird, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Schritte:
    a) zeitlich steuerbare Entnahme einer kleinen Menge, insbesondere 2 bis 6 cm3 verdichteten heißen Gases über ein in den Brennraum des Zylinders öffnendes Ventil,
    b) Speiσherung des entnommenen heißen Gases, in einem Ventilraum des Ventils,
    c) Einspritzen von Kraftstoff in das heiße Gas,
    d) Einblasen des gespeicherten Kraftstoff-Gasgemisches durch das in den Zylinder öffnende Ventil.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Kraftstoffpumpe zuerst das Einblasen des im vorangegangenen Zyklus gebildeten Kraftstoff-Gasgemisches bewerkstelligt wird und sodann mit einem höheren Kraft¬ stoffdruck das Einspritzen des Kraftstoffes in das ge¬ speicherte heiße Gas erfolgt.
    3. Einrichtung zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Pumpe- zur Förderung des Kraftstoffes, einer Einheit zur Entnahme von verdichtetem Gas aus dem Zylinder, einem Gasspeicher zur Speicherung des Gases sowie einer Einheit zum Einblasen des Gases und des geförderten Kraftstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einblaseventii (2) mit einem ventilseitigen (18) und einem ventilabgewandten Raum (20) als Entnahme- und Einblaseeinheit vorgesehen ist, dessen in den Brennraum (3) der Brennkraftmaschine öffnendes Ventil (16) den Gasaustausch zwischen dem Brennraum (3) und dem ventilseitigen Raum (18) steuert, wobei der ventilseitige Raum (18) als Gasspeicher (4) für aus dem Brennraum (3) entnehmbare Gase dient, daß das Ventil (16) über ein den ventilabgewandten Raum (20) begrenzendes Antriebs- organ (14; 87) betätigbar ist, sowie daß der ventilseitige Raum (18) über zumindest ein Rückschlagventil (32; 96) mit dem ventilabgewandten Raum (20) verbunden ist, in welchen eine Druckerzeugungseinheit (5; 5' ) Kraftstoff fördert.
    4-.. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem ventilabgewandten Raum (20) über eine Druck¬ leitung (35) verbundene Kolbenpumpe (5) vorgesehen ist, deren Pumpenraum über ein Magnetventil (60) mit dem Kraftstofftank (28) in Verbindung steht.
    5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Magnetventil (61) vorgesehen ist, welches in einer zusätzlichen, den Kraftstofftank (28) mit der Druckleitung (35) verbindenden Kraftstoffleitung (62) an¬ geordnet ist.
    6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der zusätzlichen Kraftstoffleitung (62) ein Rück¬ schlagventil (63) angeordnet ist, über welches über¬ schüssige Kraftstoffmengen in den Kraftstofftank (28) zu¬ rückfließen.
    T- Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (60) beispielsweise durch pulslängen- moduliertes Austakten der am Elektromagneten des Magnet- ventiles (60) anliegenden Spannung mit zumindest zwei verschiedenen Stromstärken ansteuerbar ist, wodurch zu¬ mindest zwei unterschiedliche Druckniveaus erzielbar sind.
    8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kolben- oder Konstantförderpumpe (5; 5' ) in Verbin¬ dung mit einer hydraulischen Dosiereinrichtung (64) vor¬ gesehen ist, daß die Dosiereinrichtung (64) einen in einem Gehäuse (65) geführten Dosierkolben (66) aufweist, welcher in einen im Gehäuse (65) angeordneten antriebsseitigen Raum (67) und in einen Dosierraum (68) eintaucht, wobei dessen durch zwei Anschläge definierter Hub die einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt, daß der Do¬ sierraum (68) über eine Druckleitung (35) mit dem ventil¬ abgewandten Raum (20) des Einblaseventils (2) und der an¬ triebsseitige Raum (67) über ein Magnetventil (71) mit dem Ausgang der Kolben- oder Konstantförderpumpe (5; 5' ) verbunden ist, sowie daß zum Füllen des Dosierraumes (68) eine von der Pumpe (5; 5' ) ausgehende in die Druck¬ leitung (35) mündende und mit einem Rückschlagventil (76) versehene Leitung (75) vorgesehen ist.
    9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Konstantförderpumpe (5' ), beispiels¬ weise einer Rollenzellen- oder Zahnradpumpe der in den antriebsseitigen Raum (67) der Dosiervorrichtung (64) eintauchende Teil des Dosierkolbens (66) eine größere Druckangriffsfläche Ai aufweist als jener Teil mit der Fläche A2, der den Dosierraum (68) begrenzt, sodaß eine hydraulische Verstärkung des Einspritzdruckes im Verhält¬ nis A1/A2 erzielbar ist.
    10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der antriebsseitige Raum (67) durch eine den Dosierkol¬ ben (66) antreibende, mit Systemdruck beaufschlagte Mem¬ bran (69) begrenzt ist.
    11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der antriebsseitige Raum (67) durch eine den Dosierkol¬ ben (66) antreibende Membran (69) in eine Ringkammer (73), in welche die Zuleitung (72) vom Magnetventil (71) mündet und in eine Federkammer zur Aufnahme der Einspritzfeder (78) unterteilt ist.
    12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß einer der den Hub des Dosierkol¬ bens (66) begrenzenden Anschläge variabel ist und bei- spielsweise durch einen mit einem Stellmotor zusammenwir¬ kenden Exzenter (70) realisiert ist.
    13." Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zum antriebsseitigen Raum (67) der Dosiereinrichtung (64) eine vorzugsweise elektrisch betä¬ tigbare Durchflu regeleinheit (79) angeordnet ist, über welche die Hubgeschwindigkeit des Ventils (16) im Einbla¬ seventii (2) steuerbar ist.
    14. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) des Einblaseventils (2) zur Realisierung eines variablen Ventilhubes einen Absatz- (80) aufweist, welcher mit der Wand des Gehäuses (13) einen Ringraum (81) bildet, wobei der Absatz (80) in Schließrichtung des Ventils (16) mit Druck beaufschlagbar ist, sowie daß der Ringraum (81) unter Zwischenschaltung eines Rück¬ schlagventils (82) einerseits mit dem ventilabgewandten Raum (20) und andererseits über das Rückschlagventil (32) mit dem ventilseitigen Raum (18) in Verbindung steht.
    15. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) des Einblaseventils (2) zur Realisierung eines variablen Ventilhubes einen Absatz (83) aufweist, welcher mit der Wand des Gehäuses einen Ringraum (81) bildet, wobei der Absatz. (83) in Offnungsrichtung des Ventils (16) mit Druck beaufschlagbar ist, sowie daß der Ringraum (81) unter Zwischenschaltung eines Rückschlag¬ ventils (82) einerseits mit der Druckleitung (35) und an¬ dererseits über das Rückschlagventil (32) mit dem ventilseitigen Raum (18) in Verbindung steht.
    16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druck- oder Zugfeder (15) des Einblaseventils (2) in einer vom ventilseitigen Raum (18) durch eine Zwischenwand (84) getrennten Federkammer (85, 85' ) angeordnet ist, wobei die Zwischenwand (84) eine Öffnung für den Ventilschaft (17) aufweist.
    L7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schließen des Ventils (16) aus- schließlich der den Ventilquerschnitt beaufschlagend Gasdruck im Brennraum (3) der Brennkraftmaschine dient.
    18. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (13) des Einblaseventils (2) eine Dosierein¬ richtung (64' ) mit einem Dosierraum (68' ) angeordnet ist, deren Dosierkolben (66' ) koaxial zum Kolben (14) des Ein¬ blaseventils (2) angeordnet und mit diesem im Eingrif steht, daß der ventilabgewandte Raum (20) des Einblase¬ ventils (2) gleichzeitig als antriebsseitiger Raum de Dosiereinrichtung (64' ) dient, daß der Dosierraum (68' ) einerseits über ein Reduzierventil (86) mit dem ventilab¬ gewandten Raum (20) und anderseits über ein Rück¬ schlagventil (32) mit dem ventilseitigen Raμm (18) i Verbindung steht, sowie daß der ventilabgewandte Raum (20) mit der KraftstoffZuleitung (35) aus der Druckerzeu¬ gungseinheit verbunden ist.
    19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerzeugungseinheit aus einer Konstantförder¬ pumpe (5' ), einer nachgeschalteten elektronisch angesteu¬ erten Durchflußregeleinheit (79), sowie einem pumpenaus- trittsseitig angeordneten Druckbegrenzungsventil (74) be¬ steht, wobei ein Dreiwegmagnetventil (71) vorgesehen ist, welches den ventilabgewandten Raum (20) in einer Stellung mit der Durchflußregeleinheit (79) und in einer anderen Stellung mit einer Rückflußleitung (77) in den Kraft¬ stofftank (28) verbindet.
    20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (35) zwischen der Durchflußregelein¬ heit (79) und dem Dreiwegmagnetventil (71), sowie in der Rückflußleitung (77) zum Kraftstofftank (28) jeweils eine fixe Drossel (89, 90) angeordnet ist.
    21. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der seriell geschalteten Durchflußregelein¬ heit (79) eine parallel zur Konstantförderpumpe (5' ) ange¬ ordnete elektronisch angesteuerte Druckregeleinheit (88) angeordnet ist.
    22.. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der ventilabgewandte Raum (20) des Einblaseventils (2) ventilseitig durch eine normal zur Ventilachse angeordnete Membran (87) begrenzt ist, welche einerseits den Dosierkolben (66' ) und andererseits das Einblaseventii (2) antreibt.
    Z3. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Membranraum (92) über eine eigene von der Kon¬ stantförderpumpe ausgehende Druckleitung (93) mit Druck beaufschlagbar ist.
    1A- Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die in den ventilseitigen Raum (18) des Einblaseventils (2) führende Verbindungsleitung (37) in einen konzentrisch zum Ventilschaft (17) angeordneten Ringspalt (94) mündet, aus welchem der Kraftstoff in Rich¬ tung Ventil (16) in den Gasspeicher (4) austritt.
    Z5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der ventilabgewandte Raum (20) mit dem ventilseitigen Raum (18) über einen durchgehenden, zum Ventilschaft (17) konzentrisch angeordneten Ringspalt (94) verbunden ist, wobei in einer Erweiterung des Ringspaltes (94) eine den Ventilschaft (17) umschließende Dichtung mit einem Vorspannelement, z. B. einer Schlauch¬ feder (98) als Rückschlagventil angeordnet ist.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    AT0203987A|AT407559B|1987-08-12|1987-08-12|Einrichtung zum einbringen von kraftstoff in den brennraum einer brennkraftmaschine|
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    KR89700621A| KR950003761B1|1987-08-12|1988-08-09|내연기관의 연소공간 속으로 연료를 주입시키기 위한 방법과 장치|
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