DE3600151A1

DE3600151A1 - Drosselkoerper fuer ein kraftstoffzufuhrsystem mit gleitbarem drosselventil

Info

Publication number: DE3600151A1
Application number: DE19863600151
Authority: DE
Inventors: Theodore W. Dearborn Mich. Daykin; Duane M. Detroit Mich. Grider
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1985-01-07
Filing date: 1986-01-07
Publication date: 1986-07-10
Also published as: US4546741A; DE3600151C2; JPS61164045A; GB2169657A; GB2169657B; GB8530173D0

Description

DR. A. KOHLER-.'M;SCHR.O£DER

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

TELEFON: (089) 27147 42 "»Τ* β MÖNCHEN 40

TELEGRAMME: CARBOPAT MÖNCHEN FRANZ-JO8EPH-8TRA83E

Ko/g
US 1442

Ford-Werke AG, Köln

Drosselkörper für ein Kraftstoffzufuhrsystem mit, fileitbarem Drosselventil

Die Erfindung betrifft allgemein ein Kraftstoffeinspritzsystem vom Ein-Punkt-Drosselkörpertyp, insbesondere eine derartige Ausführung, die ein axial gleitbares Drosselventil für variable Steuerung der Strömung von Luft und Brennstoff in das Saugrohr umfaßt.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Luftdrosselkörper mit einem konzentrisch oberhalb des Eintritts zu dem Luft/Brennstoff-Saugrohr befestigten Brennstoffinjektor zum Einsprühen des Brennstoffes und ein axial durch den Brennstoffdruckbalg bewegliches Muffenventil zur Abmessung der Strömung von Luft und Brennstoff in den Motor in einer Weise, so daß auch der Brennstoff zerstäubt wird.

Drosselkörper mit BrennstoffInjektoren und/oder längsbeweglichen Drosselventilen sind bekannt und gleichfalls sind dies übliche Drosselventile, welche durch mittels des Brennstoffdruckes betätigte Bälge bewegt werden. Beispielsweise beschreibt Knapp in der US-PS

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4 300 506 ein dachartiges Drosselventil, welches drehbar in einem Drosselkörpersaugrohr unterhalb des BrennstoffInjektors beweglich ist. Chapin zeigt in der US-PS 4 108 127 in der Fig. 2 ein drehbares Ausgleichsventil vom Doppelkonustyp, das unterhalb eines Brennstoffinjektors angebracht ist, wobei die Konusse überlappende Öffnungen besitzen, die die Strömung steuern. Kromer beschreibt in der US-PS 3 916 846 eine konisch einpassende Ventilanordnung in einer Motoransaugleitung zur Steuerung der Strömung von Brennstoff und Luft in einem Drehmotor. Chandler zeigt in der US-PS 2 025 091 in der Fig. 1 einen durch den Brennstoffdruck beweglichen Balg, um ein übliches Vergaserdrosselventil zu rotieren.

Aus den vorstehenden Darlegungen geht jedoch klar hervor, daß an keiner Stelle ein Drosselkörper beschrieben ist, worin die Luftströmung durch eine senkrechte Bewegung eines gleitbaren becherartigen Bauteils, welches direkt unterhalb eines Brennstoffinjektors angebracht ist und mit einem Ventilsitz auf dem Drosselkörper zusammenarbeitet,gesteuert wird, um variabel die Luft/Brennstoff-Strömung in einem labyrinthähnlichen Weg zur Ausbildung einer Scherwirkung auf den Brennstoff unter Zerstäubung desselben zu steuern, wobei das Ventil mit Einrichtungen zum Ausgleich der auf entgegengesetzte Oberflächen des Drosselventils einwirkende Luftdrucke ausgestattet ist, um die zur Bewegung des Ventils während Motorleerlaufbedingungen erforderliche Kraft auf ein Minimum zu bringen, wo die Druckdifferenz über das Ventil hoch ist.

Λ Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht deshalb in einem Drosselkörper der vorstehend beschriebenen Art, der axial bewegliche Luft/Brennstoff-Abmeßventileinrich-

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tungen besitzt, die rait einem Ventilsitz zur variablen Abmessung der Luft/Brennstoff-Strömling in der V/eise zusammenarbeiten, daß auch gleichfalls der Brennstoff zerstäubt oder atomisiert wird.

Es wird dabei ein zur Atomisierung oder Zerstäubung geeigneter Drosselkörper mit einem Einzelpunktbrennstoff injektor, der oberhalb des Einlasses zu dem Drosselkörpersaugrohr angebracht ist, ausgebildet, wobei der Drosselkörper ein umgekehrt becherförmiges Fuffenventil besitzt, dessen untere Kanten mit einen stationären konischen Ventilsitz, welcher radial ein das .Saugrohr zur Begrenzung eines 3trömungswe_£res mit variabler Fläche vorspringt und I.eerlaufluftdurchsr-rge zum Ausgleich der Drucke auf entgegengesetzten Seiten des Muffenventils enthält, zusammenarbeiten, um die zur Bewegung des Ventils durch einen druckbetätigten Balg, der in das Ventil einverleibt ist, benötigte Kraft auf ein Minimum zu bringen, wobei die Ventilbestandteile einen labyrinthähnlichen Strcmungsweg für Luft/Brennstoff unter Scherung der Brennstoffkügelchen zur atomisierung derselben bilden,

Die Li'JTinduns bezieht sich sor:.¹, auf ein .orermstofifördersystem vom zentralen Br-ü-.-iß^offeiy.dUstyp, für einer. Innenverbrennungsmotor für i'raftfahrze'.:^, velches einen Luft/Brennstoff-Drosselkörper pit ",.anduinrichtungeii, die ein hindurchgehendes Luf t/^rcuJusooff-Saugrohr bilden, welches an einem Ende an praktisch bei Atmosphärendruck befindliche Luft geöffnet ist und am entgegengesetzten Ende zur Verbindung mit der Ansaugleitung des Motors, um das Rohr den variierenden Vakuumwerten darin auszusetzen, eingerichtet ist, wobei ein Brennstoffinjektor konzentrisch im Saugrohr nahe dem Einlaß desselben zur Abgabe des Brennstoffes axial in das Augrohr mit einem Lonusartigen Sprühmustt r a-._f -ordne t ist, und ein

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Luft/Brennstoff-Drosselventil in dem Rohr zur Steuerung der Strömung von Luft und Brennstoff in die Ansaugleitung enthalten,das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ventileinrichtung eine ineinander eingreifende Anordnung eines axial beweglichen dachartigen Ventilbauteiles mit einem ringförmigen wäscherartigen Ventilsitz mit einer zentralen Öffnung umfaßt, so daß die Anordnung einen gesteuerten Luft/Brennstoff-Flußweg zwischen dem Bauteil und dem Ventilsitz bildet, welcher in der Fläche als Funktion des axialen Abstandes der beiden variiert, sowie Öffnungseinrichtungen in dem dachartigen Bauteil zur Verbindung der Luft an die entgegengesetzten Seiten des Bauteils, um praktisch den Druck auf den entgegengesetzten Seiten desselben auszugleichen, aufweist, so daß die zur axialen Bewegung des Bauteils notwendige Kraft verringert wird und der Durchgang des Brennstoffes durch den gesteuerten Weg eine Scherwirkung auf den Brennstoff zur Zerstäubung oder Atomisierung des Brennstoffes ausübt.

Allgemein enthält also der Luftdrosselkörper einen Brennstoffinjektor und ein axial gleitbares Drosselventil, wobei das Ventil eine umgekehrte Becherform hat, welche mit einer feststehenden Verlängerung des Drosselkörpers zur Scherung der Brennstoffkügelchen und damit zur Atomisierung des Brennstoffes zusammenarbeitet, während Luftdurchgänge im Oberteil des Ventiles den Druck auf das Ventil ausgleichen, so daß die zur Bewegung des Ventils notwendige Kraft verringert wird.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung im einzelnen und die,, bevorzugte Ausführungsformen derselben darstellenden Zeichnungen, worin

•ff.

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Drosselkörpers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht von unten auf ein in der Fig. 1 gezeigtes Detail,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Details der * ig. 1, und

Fig. 4 eine gleiche Ansicht wie Fig. 1 zur Erläuterung einer Modifikation der Erfindung

zeigen.

Der Drosselkörper 10 gemäß der Erfindung umfaßt ein zweistückiges Gehäuse, das aus einem oberen Lufteintrittsstutzen oder Deckelteil 12 besteht, der mit einem unteren kombinierten nauptbrennstoffzufuhr- und drosselkörperteil 14 verbunden oder verschraubt ist. Der Oberteil 12 ist zur Verbindung mit seinem linken Ende, wie aus Fig.1 ersichtlich, zu der sauberen Luftseite eines üblichen Luftreinigers vom Kraftfahrzeugtyp, nicht gezeigt, eingerichtet, um hieraus Luft praktisch bei Atmosphärendruck oder Umgebungsdruck zu erhalten. Der Unterteil 14 ist zur Verbindung mit der Motoransaugleitung, nicht gezeigt, eingerichtet, so daß der Drosselkörper der Änderung der Vakuumwerte hierin unterworfen wird.

Der Lufteintrittsstutzen 12 ist im wesentlichen L-förmig im Querschnitt mit einem quadratischen Bodenflansch 16. Der Flansch paßt mit einem in gleicher Weise geformten Flansch 18, der auf dem Hauptbrennstoffzufuhrteil 14 ausgebildet ist, überein, wobei eine ringförmige Dichtung 20 zwischen den beiden Flanschen

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liegt. Das Einlaßende des Lufteintrittsstutzens ist mit einer ovalen Form aus Gründen der Kompaktheit und zur Ausbildung eines niedrigen Profils gezeichnet. Es ist mit einem schachtartigen Gehäuse bei 22 für die Befestigung darin in einem Brennstoffrohr von bekannter Art eines Brennstoffinjektors 24 geformt .

Das Gehäuse 12 ist so geformt, daß innen die Luft um den unteren Teil des Injektorgehäuses zur Kühlung des Injektorbrennstoffes strömt, während gleichzeitig eine ringförmige Strömung der Luft zu dem im urteren Körperteil 14 ausgebildeten Saugrohr 26 aufrechterhalten wird. Der Flansch 18 ist am Einlaß zum Rohr 26, wie ersichtlich, nach außen hin erweitert, um die Begrenzung der Strömung der Luft in das Saugrohr zu erniedrigen.

Der Brennstoffinjektor 24 ist konzentrisch oberhalb des Einlasses zum Saugrohr 26 befestigt, um den Brennstoff hierin in einem konusartigen Muster, welches durch die gestrichelten Linien 27 angedeutet ist, zu sprühen.

Die Strömung von Luft und Brennstoff durch das Saugrohr 26 wird durch ein axial bewegliches oder gleitbares Drosselventil 28 gesteuert. Dieses besteht im wesentlichen aus drei Teilen, einem senkrecht beweglichen dachartig geformten Ventilbauteil 30, einem stationären Ständer 32 und einem fixierten Ventilsitz 34. Das dachartig geformte Ventilbauteil 30 hat eine umgekehrte Becherform, die eine etwa halbkugelförmige äußere Oberfläche und eine flache horizontale innere Oberfläche 38 begrenzt. Beide Oberflächen sind integral mit einer ringförmig senkrecht absteigenden Seitwand geformt.

Das bewegliche Ventilbauteil 30 wird auf dem stationären Ständer 32 getragen und gleitet über denselben. Dieser ist im wesentlichen T-förmig, wie am besten aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, mit einem flachen knopfartigen Oberteil 42, welches mit der flachen Unteroberflüche 38 des Ventilbauteiles übereinpaßt. Der Körperteil des Ständers 32 wird durch viel* am Umfang im Abstand angebrachte sich senkrecht erstreckende Schenkel 44 ergänzt. Die Abstände definieren vier Fenster oder Durchlässe 45, welche die Strömung von Luft und Brennstoff aus der Gegend rund um die untere Kante 46 der Seitwand 40 und unter das Oberteil 42 in das Saugrohr 26 verbinden.

Das Saugrohr 26 ist in diesem Fall durch die zentrale öffnung 48 einer wäscherartigen Verlängerung 50 des Unterteiles 14 des Drosselkörpers begrenzt, welches den Ventilsitz 34 umfaßt. Speziell hat der Drosselkörperteil 14 einen sich nach einwärts erstreckenden ringförmigen Vorsprung des unteren Montierflansches 54, so daß sich eine Öffnung 46 mit einem abgestuften Durchmesser ergibt. Die Stufe 56 dient als senkrechter Halt zur Anbringung des Ständers 32, welcher in der Öffnung druckfixiert sein kann. Die obere Oberfläche des Vorsprunges 52 ist mit einer konischen Oberfläche 58 ausgestattet, die den mit der Innenkante 46 der Wand 40 zusammenarbeitenden Ventilsitz zur Abmessung der Strömung von Luft und Brennstoff hierdurch definiert .

Der Ständer 32 ist mit einer zentralen Bohrung 60 ausgebildet, worin ein verschlossener Flüssigkeitskolben oder -balg 62 untergebracht ist. Der 3alg ist an seinem unteren Ende mit einem Brennstoffdurchgang 64 verbunden, welcher mit einer Brennstoffherkunft verbunden ist, wie gezeigt, unter dem Druck entsprechend einem

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Steuerventil 66. Die Herkunft ist in diesem Fall, wie bei 67 angezeigt, die gleiche, wie diejenige, welche den Brennstoff zu dem Injektor 24 zuliefertj jedoch ist klar, daß hierzu irgendeine geeignete Herkunft unter Steuerung mit einer selektiv oder automatisch betätigten elektrischen Steuerungseinheit dienen kann.

Die Zufuhr des Brennstoffes zu dem Balg 62 expandiert diesen senkrecht gegen das dachförmige Ventilbauteil 30, so daß dieses nach aufwärts getrieben wird und dadurch die Luft/Brennstoff-Strömungsöffnung 68 zwischen der Kante 40 und dem Ventilsitz 58 erhöht wird. Alternativ erlaubt das Absinken des Brennstoffdruckes, daß der Balg unter der Kraft von Luft und Brennstoff gegen die dachförmige Oberfläche des Bauteils 30 kollabiert.

In Fig. 1 ist das Dach 30 mit einem Luftdruckausgleichsdurchgang 70 gezeigt, durch den die äußeren und inneren Oberflächen des Daches verbunden sind. Hierdurch wird

2C praktisch der Luftdruck auf den entgegengesetzten Seiten des Daches ausgeglichen, so daß die zur Bewegung des Dachbauteils bei Motorleerlauf oder T;illastdrosselstellungen notwendige Betätigungskraft verringert wird. Insbesondere,wenn der Motor für einen Leerlaufbetrieb eingestellt ist, ist die Stellung des Dachbauteiles im wesentlichen wie gezeigt. Die untere Kante 46 der Wand 40 steht im wesentlichen in Kontakt mit dem konischen Ventilsitz 58, so daß lediglich diejenige Menge an Luftströmung geliefert wird, die für den Motorleer-

3C laufbetrieb notwendig ist. Das Oberteil des Dachbauteils steht zu diesem Zeitpunkt im wesentlichen in Kontakt mit dem Oberteil des ΐ-förmigen Ständers 32. Das Druckdifferential ub-_-r die kleine Öffnung 68 zwischen der Kante 46 und dem Ventilsitz 58 ist aufgrund des hohen Motoransaugvakuums ausreichend. Die abgeschräg-

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ten Einpaßkanten 72 und 74 des Daches und des T-Bauteils liefern eine Dichtung entlang dieser Linie und die hohe Motorsaugkraft würde normalerweise eine hohe unausgeglichene Luftkraft, die nach abwärts auf das Dach 30 wirkt, liefern. Dies würde eire große entgegengesetzte Kraft durch den Balg 6C erfordern, um das Ventil zu öffnen. Jedoch kompensiert der Luftau.sgleici'S-durchgang 70 dieses, ine on die Luftdrucke· an den entgegengesetzten Oberflächen dt.··:¹ iJachbauteils ausgeglichen werden, so daß die zur Bewegung des Ventilbauteils in senkrechter Richtung erforderliche Kraft auf ein Minimum gebracht wird.

Der in der Fig. 1 gezeigte Ausgleichsdurchgang hat eine sich nach oben erstreckende Verlängerung 76, welche eine Brennstoffabweisung bildet, um die Menge der in den Durchgang eintretenden Brenr.stofftropfen oder -kügelchen auf einem Minimum zu halten. In Fig. 4 ist eine Alternativkonstruktion gezeigt, wo die obere Cberflache 76 des Dachbauteils 30 ir. diesem Fall flach ist und mit einem Bauteil mit Lufta^t^leichsdurchgängen 70' für den gleichen Zweck ausgestattet ist.

Der Betrieb dürfte sich klar aus der vorstehenden Beschreibung ergeben, so daß er nicht im einzelnen wiedergegeben zu werden braucht. Jedoch wird kurz gefaßt während des Motorleerlaufbetriebes aus dem Brennstoffinjektor 24, der elektromagnetisch betätigt wird, um eine bestimmte BrennstoffP'cr^nur.f zu liefern, eine bestimmte f-trömung des Br e^v ;?3. -. f ies durch, seine Lnise in dem angezeichneten konischen Sprühmuster freigegeben.

Gleichzeitig induziert das Saugrohrvakuum des Motors eine Luftströmung aus dem Lufteintrittsstutzenteil 12 in das Saugrohr 26 und um den Injektor 24, wie aus den Pfeilen ersichtlich ist. Beim Leerlaufbetrieb liefert das Drosselventilbauteil 30 in der angezeigten Stellung den kleinsten QuerschnittsStrömungsbereich im

ringförmigen Strb'mungsweg 66. Ein Teil der Ansaugluft wird durch den Spielraum abgemessen. Der durch die Teile definierte und durch die Pfeile angezeigte labyrinthische Durchgang verursacht eine Scherwirkung auf den Brennstoff, so daß eine Zerstäubung oder Atomisierung des Brennstoffes und eine Vermischung desselben mit der Luft zur wirksamen Verbrennung sichergestellt ist.

Die Zufuhr des Brennsto'. Te: :u dem Balg 62 entsprechend dem Druck des Fahrers a-«f üü übliche Gaspedal expandiert den Balg, so daß proportional das Dachventilbauteil 30 gehoben wird. Ein Positionssensor 80 vom Potentiometertyp mit linearer Wirkung kann verwendet werden, um ein Rückholsignal zu der Steuerung 60 zu liefern, um die Bewegung des Ventilbauteils zu unterbrechen, wenn es die korrekte Stellung erreicht hat.

Es ist selbstverständlich, daß das Ventilbauteil 30 alternativ auch mit einem üblichen Kraftfahrzeuggaspedal durch eine direkte mechanische Verbindung für eine mechanische Steuerungsbewegung des Ventilbauteils verbunden sein kann.

Zusammenfassend ist aus dem vorstehenden ersichtlich, daß die Erfindung einen axial gleitbaren Drosselkörper liefert, der besonders zur Verwendung mit einem zentral angebrachten Einzel-Punkt-Brennstoffinjektor geeignet ist, und bei dem das übliche drehbare Drosselventil vermieden wird, so daß nicht nur eine gesteuerte Luftströmung mit variabler Fläche in den Motor, sondern auch eine Strömung geliefert wird, die eine Scherwirkung auf den Brennstoff zur Zerstäubung oder Atomisierung des Brennstoffes in der Weise ergibt, dai3 ein äußerst wirksamer Betrieb des Motors sichergestellt ist.

- Λ Υ -

Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, ohne daß die Erfindung hierauf begrenzt ist.

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- Leerseite -

Claims

DR. A. KOHLERv-Mj'SCHROEDER

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PROFE88IONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

TELEFON: (089) 2714742 β MÖNCHEN 40

TELEGRAMME: CARBOPAT MÖNCHEN FRANZ·JO8EPH-8TRA88E 48

Ko/g
US 1442

Ford-Werke AG, Köln

Drosselkörper für ein Kraftstoffzufuhrsystem mit

gleitbarem Drosselventil

Patentansprüche

Brennstoffördersystem mit zentraler Brennstoffinjektion für Innenverbrennungsmotoren vom Kraftfahrzeugtyp, die einen Luft/Brennstoff-Drosselkörper mit Wändeinrichtunken, die einen Luft/Brennstoff-Saugdurchgang definieren, der an einem Ende für Luft praktisch vom Atmosphärendruck geöffnet ist und am entgegengesetzten Ende für die Verbindung zu der Ansaugleitung des Motors eingerichtet ist, so daß der Durchgang den darin auftretenden variierenden Vakuum·/erten unterworfen ist, eine Brennstoffinjektoreinrichtung, die konzentrisch in dem Saugrohr nahe des Einlasses desselben für die Austragung des Brem^stoffes axial in das Saugrohr mit einem konusähnlicben Cprühniuster angebracht XSt₁ und Luft/Brennstoff-'aosselventileinrichtungen in dem Durchgang zur Steuerung der Strömung von Luft und Brennstoff zu der Ansaugleitung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung eine ineinander eingreifende Anordnung eines axial beweglichen

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dachartigen Ventilbauteils (30) mit einem ringförmigen wäscherähnlichen Ventilsitz (34) mit einer zentralen Öffnung, wobei die Anordnung einen gesteuerten Luft/Brennstoff-Strömungsweg zwischen dem Bauteil und dem Ventilsitz von variierender Fläche als Funktion der axialen Entfernung der beiden ergibt, und eine Öffnungseinrichtung (70) in dem dachartigen Bauteil, welche die Luft zu den entgegengesetzten Seiten des Bauteils zum praktischen Ausgleich des Druckes auf die entgegengesetzten Seiten desselben verbindet, umfaßt, so daß die zur axialen Bewegung des Bauteils erforderliche Kraft verringert wird, wobei die Brennstofförderung durch den gesteuerten Weg eine Scherwirkung auf den Brennstoff zur Zerstäubung des Brennstoffes ausübt.
2. Brennstoffördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dachartige Bauteil (30) eine umgekehrt becherartige Form mit einem Grundteil und einer senkrecht absteigenden ringförmigen Seitwand (40) besitzt und der Trägerteil (32) radial nach einwärts vorspringende Vorsprünge besitzt, die hiermit zusammenarbei ten und einen gesteuerten Weg des Brennstoffes bilden.
3. Brennstoffördersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (34) eine konusartige Rampe 58 benachbart zur inneren Kante aufweist, die die zentrale Öffnung begrenzt, wobei die Rampe mit der unteren Kante der Seitwand zur Begrenzung eines gesteuerten Strömungsbereiches dazwischen zusammenarbeitet.
4. Brennstoffördersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil konzentrisch innerhalb des Durchgangs stromabwärts von der Injektoreinrichtung liegt und den hieraus ausgetragenen

Brennstoff gegen eine stromaufwärts gerichtete Oberfläche des Bauteils zur Strömung aufgrund der Schwerkraft stromabwärts zu dem Strömungsweg mit gesteuerter Fläche aufnimmt.
5. Brennstoffördersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es auf den Brennstoffdruck ansprechende Einrichtungen (60,62) enthält,die operativ mit der Einrichtung zur Bewegung des dachartigen Bauteils in axialer Richtung zur Variierung der gesteuerten Strömungsfläche verbunden sind.
6. Brennstoffördersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Brennstoff ansprechenden Einrichtungen aus einem expandierbaren Balg (62) bestehen.
7. Brennstoffördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungseinrichtung (70) eine Mehrzahl von Öffnungen im Grundteil enthält, die betätigt werden, wenn das Ventilbauteil eng zum Eingriff mit dem Ventilsitz (34) während des Motorleerlaufbetriebes ist.