Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 11 haben demgegenüber den
Vorteil, dass in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ein gut aufbereitetes
Kraftstoff-Luftgemisch auf einfache Weise zur Verfügung gestellt
werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die
von der Kraftstoffpumpe geförderte
Menge an Kraftstoff auf einfache Weise beeinflusst werden kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Kraftstoffversorgungsanlage
nach dem Anspruch 1 bzw. dem Verfahren nach dem Anspruch 11 möglich.
Das Zusammenbringen der Luft mit
dem Kraftstoff vor dem Einbringen des Kraftstoffs in den Brennraum
ergibt den Vorteil, daß man
in dem Brennraum ein sehr gut aufbereitetes zündwilliges Kraftstoff-Luftgemisch
erhält.
Es gibt Kraftstoffversorgungsanlagen,
bei denen eine normalerweise elektrisch angetriebene Vorförderpumpe
den Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter zur Kraftstoffpumpe fördert. Die
Kraftstoffpumpe wird bei derartigen Kraftstoffversorgungsanlagen üblicherweise
von einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine direkt mechanisch
angetrieben. Auch bei dieser Art von Kraftstoffversorgungsanlagen
erhält
man den Vorteil, daß die
von der Kraftstoffpumpe geförderte
Menge des Kraftstoffs auf einfache Weise beeinflußt werden
kann, wobei des weiteren die Dissipation vorteilhafterweise sehr
gering ist.
Durch die Druckabsenkung des Drucks
im Pumpenraum während
der Expansionsphase ergibt sich der Vorteil, daß die Luft ohne zusätzliche Luft-Pumpe
dem Kraftstoff zugemischt werden kann.
Ein Steuerventil in der Luftleitung
zum Luftführungsanschluß bietet
vorteilhafterweise die Möglichkeit
zur Steuerung der Menge der Luftzugabe in den Pumpenraum.
Wenn während der Kompressionsphase zeitweise,
insbesondere gegen Ende der Kompressionsphase hin, der Luftzuführungsanschluß geschlossen
ist, dann verringert dies auf vorteilhafte Weise das Totvolumen
in der Kraftstoffpumpe und verbessert dadurch vorteilhafterweise
deren Wirkungsgrad.
Ist während der Expansionsphase der
Luftzuführungsanschluß geöffnet, bevor
der Kraftstoffverbindungsanschluß geöffnet wird, so bietet dies den
Vorteil, daß auf
einfache Weise in kurzer Zeit besonders viel Luft in den Pumpenraum
angesaugt wird.
Ist der Pumpenkörper gleichzeitig zum Öffnen bzw.
Schließen
des Kraftstoffverbindungsanschlusses vorgesehen, so vereinfacht
dies den Bauaufwand für
die Kraftstoffversorgungsanlage wesentlich.
Entsprechendes gilt auch, wenn der
Pumpenkörper
zum Öffnen
bzw. Schließen
des Luftzuführungsanschlusses
vorgesehen ist.
Die Vermischungseinrichtung bietet
den Vorteil einer besonders innigen Vermischung zwischen der Luft
und dem Kraftstoff.
Die Steuerung der Zugabe der Luft
in den Pumpenraum kann vorteilhafterweise dazu benutzt werden, einen
von der Kraftstoffpumpe stromabwärts (in
Strömungsrichtung
hinter der Kraftstoffpumpe) herrschenden Druck auf einfache Weise
zu beeinflussen.
Die Steuerung der Zugabe der Luft
in den Pumpenraum in Abhängigkeit
einer Aufbereitung des in dem Brennraum der Brennkraftmaschine eingegebenen
Kraftstoffs bietet den Vorteil, auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine im Brennraum gut aufbereiteten Kraftstoff
zur Verfügung
stellen zu können.
Dies kann die Zündfähigkeit des
Kraftstoffs günstig
beeinflussen.
Zeichnung
Ausgewählte, besonders vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die 1 ein ausgewähltes, besonders
vorteilhaft ausgebildetes Ausführungsbeispiel
der Kraftstoffversorgungsanlage in Übersicht und die 2 bis 4 beispielhaft verschiedene und unterschiedlich ausgebildete
Einzelheiten der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage.
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage
zum Versorgen einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff kann bei verschiedenen
Arten von Brennkraftmaschinen verwendet werden. Die Brennkraftmaschine
ist beispielsweise ein Ottomotor mit äußerer oder innerer Gemischbildung
und Fremdzündung,
wobei der Motor mit einem hin- und hergehenden Kolben (Hubkolbenmotor)
oder mit einem drehbar gelagerten Kolben (Wankel-Kolbenmotor) versehen
sein kann. Die Brennkraftmaschine kann beispielsweise auch ein Hybridmotor
sein. Bei diesem Motor mit Ladungsschichtung wird das Kraftstoff-Luftgemisch
im Bereich der Zündkerze
so weit angereichert, daß eine
sichere Entflammung garantiert ist, die Verbrennung im Mittel aber
bei stark abgemagertem Gemisch stattfindet.
Der Gaswechsel im Brennraum der Brennkraftmaschine
kann beispielsweise nach dem Viertaktverfahren oder nach dem Zweitaktverfahren
erfolgen. Zur Steuerung des Gaswechsels im Brennraum der Brennkraftmaschine
können
in bekannter Weise Gaswechselventile (Einlaßventile und Auslaßventile) vorgesehen
sein. Die Brennkraftmaschine kann so ausgebildet sein, daß mindestens
eine Kraftstoffdüse den
Kraftstoff direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine spritzt.
Die Steuerung der Leistung der Brennkraftmaschine erfolgt beispielsweise
durch Steuerung der dem Brennraum zugeführten Menge an Kraftstoff.
Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die Kraftstoffdüse den Kraftstoff
am Einlaßventil zum
Brennraum vorlagert. Bei dieser Ausführung wird die für die Verbrennung
des Kraftstoffs dem Brennraum zugeführte Luft üblicherweise mit einer Drosselklappe
gesteuert. Über
die Stellung der Drosselklappe kann die von der Brennkraftmaschine
abzugebende Leistung gesteuert werden.
Die Brennkraftmaschine besitzt beispielsweise
einen Zylinder mit einem Kolben, oder sie kann mit mehreren Zylindern
und mit einer dementsprechenden Anzahl Kolben versehen sein. Vorzugsweise
ist je Zylinder eine Kraftstoffdüse
vorgesehen.
Um den Umfang der Beschreibung nicht
unnötig
umfangreich ausfallen zu lassen, beschränkt sich die nachfolgende Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
auf einen Hubkolbenmotor mit vier Zylindern als Brennkraftmaschine,
wobei die vier Kraftstoffdüsen
den Kraftstoff (Benzin) unter relativ hohem Druck direkt in den
Brennraum der Brennkraftmaschine hineinspritzen. Die Leistung der Brennkraftmaschine
wird über
eine Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge gesteuert. Im
Leerlauf und bei unterer Teillast erfolgt eine Ladungsschichtung
im Brennraum mit einer Kraftstoffanreicherung im Bereich der Zündkerze.
Bei Vollast bzw. oberer Teillast wird im Brennraum eine homogene Verteilung
zwischen dem Kraftstoff und der Luft angestrebt.
Die 1 stellt
ein ausgewähltes,
besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Kraftstoffversorgungsanlage dar.
Die 1 zeigt
einen Kraftstoffvorratsbehälter 2,
eine Saugleitung 4, eine Vorförderpumpe 6, eine
Drucksteuereinrichtung 8, eine Kraftstoffverbindung 10,
eine Kraftstoffpumpe 12, eine Fluidleitung 14,
eine Luftleitung 16, ein Saugrohr 18, ein Steuerventil 20,
eine Brennkraftmaschine 22, mechanische Übertragungsmittel 24,
eine Steuerungseinrichtung 26 und eine Eingabeeinrichtung 28.
Die Vorförderpumpe 6 umfaßt beispielsweise einen
Elektromotor 6a und eine Flüssigkeitspumpe 6b.
Der Elektromotor 6a treibt die Flüssigkeitspumpe 6b.
Die Flüssigkeitspumpe 6b der
Vorförderpumpe 6 saugt
den Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 durch die Saugleitung 4 und
fördert
den Kraftstoff in die Kraftstoffverbindung 10. Eine nicht
benötigte überschüssige Menge
des Kraftstoffs wird durch die Drucksteuereinrichtung 8 aus
der Kraftstoffverbindung 10 in den Kraftstoffvorratsbehälter 2 abgeführt.
Die Kraftstoffpumpe 12 umfaßt ein Kraftstoffpumpenelement 30,
ein Kraftstoffpumpenelement 30' und ein Kraftstoffpumpenelement 30''. Die Kraftstoffverbindung 10 mündet an
einem Kraftstoffverbindungsanschluß 32 in das Kraftstoffpumpenelement 30.
Die Kraftstoffverbindung 10 mündet des weiteren über einen
Kraftstoffverbindungsanschluß 32' in das Kraftstoffpumpenelement 30' und über einen
Kraftstoffverbindungsanschluß 32'' in das Kraftstoffpumpenelement 30''. Die Fluidleitung 14 ist über einen Fluidleitungsanschluß 34 an
dem Kraftstoffpumpenelement 30 angeschlossen. Des weiteren
ist die Fluidleitung 14 über einen Fluidleitungsanschluß 34' bzw. 34'' an dem Kraftstoffpumpenelement 30' bzw. 30'' angeschlossen. Die Luftleitung 16 mündet an
einem Luftzuführungsanschluß 36 in
das Kraftstoffpumpenelement 30. Des weiteren mündet die
Luftleitung 16 über
einen Luftzuführungsanschluß 36' in das Kraftstoffpumpenelement 30' und über einen
Luftzuführungsanschluß 36" in das Kraftstoffpumpenelement 30'' . Unmittelbar im Bereich des Kraftstoffverbindungsanschlusses 32 gibt
es in der Kraftstoffverbindung 10 ein Rückschlagventil 42.
Entsprechend gibt es in der Kraftstoffverbindung 10 (in
Strömungsrichtung
betrachtet) unmittelbar vor den Kraftstoffverbindungsanschlüssen 32' und 32'' je ein Rückschlagventil 42' und 42''. Stromabwärts (d. h. in Strömungsrichtung
betrachtet) unmittelbar hinter dem Fluidleitungsanschluß 34 ist
in der Fluidleitung 14 ein Rückschlagventil 44 vorgesehen.
Entsprechend gibt es hinter den Fluidleitungsanschlüssen 34' und 34" je ein Rückschlagventil 44' und 44''. Stromaufwärts (d. h. in Strömungsrichtung
betrachtet) im Verlauf der Luftleitung 16. ist dem Luftzuführungsanschluß 36 ein
Rückschlagventil 46 vorgelagert.
Ebenso sind den Luftzuführungsanschlüssen 36' und 36" je ein Rückschlagventil 46', 46" vorgelagert.
Die Fluidleitung 14 umfaßt ein Leitungsstück 14a und
ein Verteilstück 14b.
Vom Verteilstück 14b verzweigt
sich die Fluidleitung 14 in vier Düsenanschlußleitungen 14c, 14c', 14c'', 14c'''. Im Inneren der
Brennkraftmaschine 22 gibt es einen Brennraum 22a,
sowie drei weitere Brennräume 22a', 22a'' und 22a'''. Aus der Düsenanschlußleitung 14c gelangt der
Kraftstoff durch eine elektrisch ansteuerbare Kraftstoffdüse 50 in
den Brennraum 22a. Parallel dazu gelangt je ein Teil des
Kraftstoffs aus den Düsenanschlußleitungen 14c', 14c'', 14c''' durch je eine Kraftstoffdüse 50', 50'', 50''' in die Brennräume 22a', 22a'', 22a'''. Am Verteilstück 14b der
Fluidleitung 14 ist ein Drucksensor 54 vorgesehen.
Der Drucksensor 54 mißt
den Druck des Kraftstoffs im Verteilstück 14b. Da der Kraftstoff
aus dem Leitungsstück 14a über das
Verteilstück 14b und
die Düsenanschlußleitungen 14c, 14c', 14c'', 14c''' zu den Kraftstoffdüsen 50, 50', 50'', 50''' so gut wie
ungedrosselt strömen kann,
kann der Drucksensor 54 den Druck des Kraftstoffs so messen,
wie er den Kraftstoffdüsen 50, 50', 50'', 50''' vorgelagert
ist. Der Drucksensor 54 liefert sein Meßsignal über eine elektrische Leitung 54e zur Steuerungseinrichtung 26. Über elektrische
Leitungen 50e, 50e', 50e'', 50e''' sind die Kraftstoffdüsen 50, 50', 50'', 50''' an der Steuerungseinrichtung 26 angeschlossen.
Dadurch kann die Steuerungseinrichtung 26 die Kraftstoffdüsen 50, 50', 50'', 50''' je nach Bedarf öffnen und
schließen,
so daß die
genau gewünschte
Menge an Kraftstoff aus der Fluidleitung 14 in die Brennräume 22a, 22a', 22a'', 22a''' der Brennkraftmaschine 22 gelangen
kann.
Das Steuerventil 20 ist über eine
elektrische Leitung 20e elektrisch mit der Steuerungseinrichtung 26 verbunden.
Die Eingabeeinrichtung 28 kann ihre Signale über eine
elektrische Leitung 28e an die Steuerungseinrichtung 26 liefern.
Der besseren Übersichtlichkeit
wegen sind die elektrischen Leitungen 20e, 28e, 50e, 50e', 50e'', 50e''', 54e gestrichelt dargestellt.
Am Eingang zum Saugrohr 18 ist
ein Luftfilter 58 vorgesehen. Im Saugrohr 18 gibt
es eine Drosselklappe 60. Mit der Drosselklappe 60 kann
die der Brennkraftmaschine 22 zugeführte Verbrennungsluft gesteuert
werden.
Die Brennkraftmaschine 22 hat
eine Abtriebswelle 24a, die innerhalb der Brennkraftmaschine 22 an
die Bewegung der Kolben der Brennkraftmaschine 22 gekoppelt
ist. Die Abtriebswelle 24a treibt eine Pumpenwelle 24b der
Kraftstoffpumpe 12. Die Abtriebswelle 24a und
die Pumpenwelle 24b sind Bestandteile der mechanischen Übertragungsmittel 24.
Mit der Pumpenwelle 24b sind drei Exzenterscheiben 24c, 24c', 24c" drehfest verbunden.
Die Brennkraftmaschine 22 treibt über die sich drehende Abtriebswelle 24a die
Pumpenwelle 24b. In der Zeichnung ist dies durch einen
Pfeil 24p symbolhaft angedeutet. Bei Drehung der Pumpenwelle 24b hat man
den Eindruck, als ob die Exzenterscheiben 24c, 24c', 24c'' Auf- und Abwärtsbewegungen ausführen würden.
Die Kraftstoffpumpenelemente 30, 30', 30" haben je einen
Pumpenkörper 62, 62', 62''. Bei Drehung der Abtriebswelle 24a machen
die Pumpenkörper 62, 62', 62'' Bewegungen in Aufwärtsrichtung
und in Abwärtsrichtung,
was in der Zeichnung mit den Pfeilen 62p, 62p'' symbolhaft angedeutet ist. Die Brennkraftmaschine 22 treibt über die
mechanischen Übertragungsmittel 24 die
Pumpenkörper 62, 62', 62''. Dadurch ist die Kraftstoffpumpe 12 antriebsseitig
mechanisch starr an die Brennkraftmaschine 22 gekoppelt.
Werden die Pumpenkörper 62, 62', 62'' angetrieben, so nimmt die Kraftstoffpumpe 12 über die Kraftstoffverbindungsanschlüsse 32, 32', 32'' aus der Kraftstoffverbindung 10 Kraftstoff
auf und fördert
diesen Kraftstoff durch die Fluidleitungsanschlüsse 34, 34', 34'' über die Fluidleitung 14 und über die
Kraftstoffdüsen 50, 50', 50'', 50''' in die Brennräume 22a, 22a', 22a'', 22a''' der Brennkraftmaschine 22.
Die Luftleitung 16 zweigt unmittelbar hinter dem Luftfilter 58 aus
dem Saugrohr 18 ab. Durch das Luftfilter 58 kann
Luft durch die Luftleitung 16 und durch die Luftzuführungsanschlüsse 36, 36', 36'' in die Kraftstoffpumpenelemente 30, 30', 30'' der Kraftstoffpumpe 12 gelangen.
Innerhalb der Kraftstoffpumpe 12 wird die durch die Luftleitung 16 zuströmende Luft
mit dem Kraftstoff vermischt.
Mit Hilfe des Steuerventils 20 kann
die in die Kraftstoffpumpenelemente 30, 30', 30'' strömende Menge an Luft von der
Steuerungseinrichtung 26 beeinflußt werden.
Die Rückschlagventile 42, 42', 42'' gestatten das Einströmen des
Kraftstoffs aus Richtung der Vorförderpumpe 6 in die
Kraftstoffpumpenelemente 30, 30', 30'' der
Kraftstoffpumpe 12. Die Rückschlagventile 44, 44', 44'' erlauben eine Strömung durch
die Fluidleitung 14 in Richtung der Brennräume 22a, 22a', 22a'' , 22a'''. Die Rückschlagventile 46, 46', 46" gestatten,
daß die
Luft durch die Luftleitung 16 in die Kraftstoffpumpenelemente 30, 30', 30'' gelangen kann. Die Rückschlagventile 42, 42', 42" , 44, 44', 44'', 46, 46', 46'' versperren aber die jeweils entgegengesetzte
Strömungsrichtung.
Die Ausführung und das Arbeiten des
Kraftstoffpumpenelements 30 der Kraftstoffpumpe 12 ist nachfolgend
anhand der 2 bis 4 näher erläutert.
Die 2 zeigt
in beispielhafter Form, mit geändertem
Maßstab
eine Einzelheit der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage.
Zwecks besserer Übersichtlichkeit ist das in der 2 dargestellte Ausführungsbeispiel
gegenüber
dem in der 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel etwas
abgewandelt, und die Kraftstoffversorgungsanlage ist in der 2 nur ausschnittweise gezeigt.
In allen Figuren sind gleiche oder
gleich wirkende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Sofern nichts Gegenteiliges erwähnt bzw.
in der Zeichnung dargestellt ist, gilt das anhand eines der Figuren
Erwähnte
und Dargestellte auch bei den anderen Ausführungsbeispielen. Sofern sich
aus den Erläuterungen
nichts anderes ergibt, sind die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele
miteinander kombinierbar.
Bei der in der 2 dargestellten Einzelheit der Kraftstoffversorgungsanlage
umfaßt
die Kraftstoffpumpe 12 das Kraftstoffpumpenelement 30,
den Pumpenkörper 62,
die Rückschlagventile 42, 44, 46, das
Steuerventil 20, ein Pumpengehäuse 65, einen Pumpenraum 66,
eine Rückstelleinrichtung 68 und eine
Vermischungseinrichtung 70. Der besseren Übersichtlichkeit
wegen sind in der 2 die
Kraftstoffpumpenelemente 30' und 30'' nicht dargestellt. Die Rückstelleinrichtung 68 wird
beispielsweise von einer Feder gebildet.
Bei dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Pumpenkörper 62 in
Form eines abgestuft ausgeführten
linear antreibbaren Kolbens ausgebildet. Eine Drehbewegung der Exzenterscheibe 24c der
mechanischen Übertragungsmittel 24 (Pfeil 24p)
führt zu
einer Auf- und Abbewegung (Pfeil 62p) des Pumpenkörpers 62 im
Pumpengehäuse 65.
Bei einer Aufwärtsbewegung des Pumpenkörpers 62 (Kompressionsphase)
verkleinert sich der Pumpenraum 66. Dabei drückt der
Pumpenkörper 62 den
in dem Pumpenraum 66 vorhandenenen Kraftstoff bzw. das
Kraftstoff-Luftgemisch durch den Fluidleitungsanschluß 34 und
durch das Rückschlagventil 44 in
die Fluidleitung 14. Die Rückschlagventile 42 und 46 verhindern
bei der Aufwärtsbewegung
des Pumpenkörpers 62 ein
Entkommen des Kraftstoff-Luftgemischs in die Kraftstoffverbindung 10 bzw.
in die Luftleitung 16.
Bevor der Pumpenkörper 62 bei seiner
Aufwärtsbewegung
seinen oberen Umkehrpunkt erreicht, verschließt der Pumpenkörper 62 den
Kraftstoffverbindungsanschluß 32.
Nach Überschreiten des Umkehrpunktes
bewegt sich der Pumpenkörper 62 nach
unten (Expansionsphase). Dabei entsteht in dem Pumpenraum 66 ein
relativ niedriger Druck. Wegen der Rückstelleinrichtung 68 kann
dieser Druck sogar deutlich niedriger sein als der Atmosphärendruck.
Bei der Abwärtsbewegung
des Pumpenkörpers 62 ist
der Weg für
die Luft aus Richtung der Luftleitung 16 durch den Luftzuführungsanschluß 36 in
den Pumpenraum 66 geöffnet.
Zunächst
bleibt bei der Abwärtsbewegung
des Pumpenkörpers 62 der
Kraftstoffverbindungsanschluß 32 geschlossen.
Deshalb kann in den Pumpenraum 66 zunächst nur Luft aus der Luftleitung 16 durch
den Luftzuführungsanschluß 36 in
den Pumpenraum 66 einströmen. Nachdem sich der Pumpenkörper 62 ein
Stück nach
unten bewegt hat, öffnet
der Pumpenkörper 62 den
Kraftstoffverbindungsanschluß 32,
so daß nun
Kraftstoff aus Richtung der Kraftstoffverbindung 10 durch
den Kraftstoffverbindungsanschluß 32 in den Pumpenraum 66 strömen kann.
Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sorgt die Vorförderpumpe 6 dafür, daß der Kraftstoff
mit einem gewissen Überdruck
am Kraftstoffverbindungsanschluß 32 der
Kraftstoffpumpe 12 vorgelagert wird. Da während der
Expansionsphase nach Öffnen
des Kraftstoffverbindungsanschlusses 32 der Kraftstoff
mit einem gewissen Überdruck
in den Pumpenraum 66 strömt, wird mit dem Öffnen des
Kraftstoffverbindungsanschlusses 32 die Zufuhr von Luft
durch die Luftleitung 16 beendet bzw. stark vermindert.
Bei der Abwärtsbewegung
des Pumpenkörpers 62 verhindert
das Rückschlagventil 44,
daß das
Kraftstoff-Luftgemisch
aus der Fluidleitung 14 zurück in den Pumpenraum 66 strömen kann.
Zu Beginn der Expansionsphase (d.
h. bei dem in der 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
mit Bewegung des Pumpenkörpers 62 nach
unten) strömt
zunächst
nur Luft in den Pumpenraum 66. Im weiteren Verlauf der
Expansionsphase kann dann auch Kraftstoff in den Pumpenraum 66 strömen. Dabei
vermischt sich der Kraftstoff mit der Luft im Pumpenraum 66.
Die innige Vermischung des Kraftstoffs mit der Luft wird begünstigt durch
den relativ niedrigen Druck im Pumpenraum 66 während der
Expansionsphase.
Die Vermischungseinrichtung 70 ist
im Bereich des Luftzuführungsanschlusses 36 vorgesehen.
Die Vermischungseinrichtung 70 besteht im wesentlichen
aus einem Ringraum 70a und mindestens einem Zuströmkanal 70b.
Vorgeschlagen wird vorzugsweise eine Vielzahl von Zuströmkanälen 70b vorzusehen.
Der mindestens eine Zuströmakanal 70b führt aus
dem Ringraum 70a tangential in den Pumpenraum 66.
Der mindestens eine Zuströmkanal 70b hat
einen relativ kleinen Durchmesser. Dadurch und durch das tangentiale
Einströmen
in den Pumpenraum 66 bekommt die einströmende Luft einen Drall und
hat an dem Luftzuführungsanschluß 36 eine
hohe Geschwindigkeit, so daß sich
die Luft besonders gut mit dem Kraftstoff im Pumpenraum 66 vermischt.
Der Luftzuführungsanschluß 36 mündet an der
dem Pumpenkörper 62 gegenüberliegenden Stirnseite
des Pumpenraumes 66 in den Pumpenraum 66, so daß beim oberen
Umkehrpunkt des Pumpenkörpers 62 ein
möglichst
kleiner Totraum übrigbleibt.
Durch entsprechende Wahl des Abstandes des Kraftstoffverbindungsanschlusses 32 vom
oberen Umkehrpunkt des Pumpenkörpers 62 kann
die Menge Luft, die bei vollständig
geöffnetem
Steuerventil 20 in den Pumpenraum 66 strömen soll,
beeinflußt
werden. Darüberhinaus
kann von der Steuerungseinrichtung 26 durch entsprechendes
Schließen
des Steuerventils 20 die in den Pumpenraum 66 zuströmende Luft
jederzeit den augenblicklich herrschenden Bedingungen der Brennkraftmaschine 22 angepaßt werden.
Die Kraftstoffpumpe 12 kann
auf verschiedene Art und Weise ausgeführt sein. Der Pumpenkörper 62 kann
beispielsweise linear antreibbar sein (1, 2 und 4), oder die Kraftstoffpumpe 12 kann
so ausgeführt
sein, daß der
Pumpenkörper 62 rotatorisch
angetrieben wird und sich innerhalb des Pumpengehäuses 65 dreht
(3). Als Kraftstoffpumpe können verschiedene
Arten von Pumpenprinzipien verwendet werden, insbesondere Radialkolbenpumpen,
Axialkolbenpumpen, Flügelzellenpumpen
usw.
Die 3 zeigt
eine weitere beispielhaft ausgewählte
Möglichkeit
zur Ausführung
der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage.
Hier ist die Kraftstoffpumpe 12 beispielhaft
in Form einer Flügelzellenpumpe
ausgebildet. Bei dem in der 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
besteht der Pumpenkörper 62 im
wesentlichen aus einem Grundkörper 62a und
vier Trennflügeln 62b. Zwischen
dem Pumpengehäuse 65,
dem Grundkörper 62a und
den Trennflügeln 62b werden
vier Pumpenräume 66 gebildet,
wobei sich die Volumina der vier Pumpenräume 66 bei Drehung
des Pumpenkörpers 62 in
Richtung des Pfeils 62p laufend verändern.
An der Stelle, wo der Grundkörper 62a des Pumpenkörpers 62 dem
Pumpengehäuse 65 am nächsten steht,
bzw. in Drehrichtung (Pfeil 62p) kurz hinter dieser Stelle,
mündet
der Luftzuführungsanschluß 36 in
das Innere des Pumpengehäuses 65.
In Drehrichtung hinter dem Luftzuführungsanschluß 36 mündet der
Kraftstoffverbindungsanschluß 32 in
das Innere des Pumpengehäuses 65.
Der den Ausgang bildende Fluidleitungsanschluß 34 ist an bei Flügelzellenpumpen üblicher
Stelle vorgesehen. Die Rückschlagventile
sind der besseren Übersichtlichkeit
wegen in der 3 nicht
dargestellt.
Die Brennkraftmaschine treibt über die
mechanischen Übertragungsmittel 24 den
Pumpenkörper 62 im
Uhrzeigersinn (Pfeil 62p). Wenn einer der Trennflügel 62b den
Luftzuführungsanschluß 36 überfahren
hat, dann kann zunächst
Luft in den entsprechenden Pumpenraum 66 einströmen. Danach überstreicht
der Trennflügel 62b des
Pumpenkörpers 62 den
Kraftstoffverbindungsanschluß 32,
so daß nun
der Kraftstoff in den entsprechenden Pumpenraum 66 fließen kann.
Dort vermischt sich der Kraftstoff mit der Luft. Dieses Gemisch
wird dann, nachdem der entsprechende Pumpenraum 66 bei
weiterer Drehung des Pumpenkörpers 62 den
Fluidleitungsanschluß 34 erreicht
hat, durch den Fluidleitungsanschluß 34 in die Fluidleitung
T4 gefördert.
Die 4 zeigt
ausschnittsweise ein weiteres bevorzugt ausgewähltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage.
Im Unterschied zur 2 führt
in der 4 der Kraftstoffverbindungsanschluß 32 der
Kraftstoffverbindung 10 am unteren Umkehrpunkt bzw. im
Bereich des unteren Umkehrpunkts des Pumpenkörpers 62 in den Pumpenraum 66.
D. h., bei dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
wird der Kraftstoffverbindungsanschluß 32 während der
Expansionsphase (Pumpenkörper 62 nach
unten) gegen Ende der Expansionsphase bzw. erst mit Beendung der
Expansionsphase geöffnet.
Die Rückstelleinrichtung 68 treibt
den Pumpenkörper 62 nach
unten. Wegen der Rückstelleinrichtung 68 kann
bis zum Öffnen
des Kraftstoffverbindungsanschlusses 32 der Druck im Pumpenraum 66 stark
absinken, und zwar normalerweise bis auf Dampfdruckniveau.
Des weiteren wird der Kraftstoffverbindungsanschluß 32 der
Kraftstoffverbindung 10 unmittelbar mit Beginn der Kompressionsphase
(Pumpenkörper 62 nach
oben) bzw. relativ kurz nach Beginn der Kompressionsphase geschlossen.
Damit kann bei dem in der 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel auf
die in den 1 und 2 gezeigten Rückschlagventile 42, 42', 42'' verzichtet werden.
In 2 ist
der in den Pumpenraum 66 führende Luftzuführungsanschluß 36 der
Luftleitung 16 ständig
geöffnet.
Es ist aber auch möglich,
die Kraftstoffpumpe 12 so auszubilden, daß der Luftzuführungsanschluß 36 zeitweise
geschlossen ist (4). Während der
Kompressionsphase verschließt
der Pumpenkörper 62 den
Luftzuführungsanschluß 36, so
daß bei
weiterer Kompression (Aufwärtsbewegung
des Pumpenkörpers 62)
der Kraftstoff bzw. das Kraftstoff-Luftgemisch nur noch über den
Fluidleitungsanschluß 34 in
die Fluidleitung 14 entweichen kann. Dies bietet den Vorteil,
daß während der
Kompressionsphase, sobald der Pumpenkörper 62 den Luftzuführungsanschluß 36 geschlossen
hat, das Volumen stromaufwärts
vom Luftzuführungsanschluß 36 (d.
h. in Strömungsrichtung
betrachtet das Volumen der Luftleitung 16 vor dem Luftzuführungsanschluß 36)
keinen, negativen Einfluß auf
den Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe 12 ausüben kann. Insbesondere
kann sich dadurch das Inhaltsvolumen der Vermischungseinrichtung 70 nicht
als schädliches
Totvolumen beim Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe 12 bemerkbar
machen.
Mit dem Steuerventil 20 (1) kann die Menge der Luft,
die dem Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe 12 zugemischt
werden soll, beeinflußt
werden. Wie die 1 zeigt,
ist das gemeinsame Steuerventil 20 für die Zumessung der Luft in
die drei Kraftstoffpumpenelemente 30, 30', 30'' der Kraftstoffpumpe 12 zuständig. Die 2 und 4 zeigen, daß es aber auch möglich ist,
die Kraftstoffversorgungsanlage so auszubilden, daß das Steuerventil 20 nur
für das
eine Kraftstoffpumpenelement 30 zuständig ist. Es ist also auch
möglich,
für jedes
Kraftstoffpumpenelement 30, 30', 30'' (1) je ein separates Steuerventil
vorzusehen.
Im Prinzip genügt es, die Kraftstoffpumpe 12 mit
einem einzigen Kraftstoffpumpenelement 30 zu versehen.
Allerdings entsteht dann eine häufig
unerwünschte
Druckpulsation in der Fluidleitung 14. Deshalb wird vorgeschlagen,
mindestens zwei Kraftstoffpumpenelemente, vorzugsweise aber die
drei Kraftstoffpumpenelemente 30, 30', 30'' vorzusehen. Es können aber
auch vier oder mehr Kraftstoffpumpenelemente zu der einen Kraftstoffpumpe 12 zusammengefaßt werden.
Mit zunehmender Anzahl der Kraftstoffpumpenelemente vermindert sich
die Druckpulsation in der Fluidleitung 14.
Mit dem Steuerventil 20 kann
die Menge der Luft, die dem Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe 12 zugemischt
werden soll, beeinflußt
werden. Die, Menge der Luft, die in der Kraftstoffpumpe 12 dem Kraftstoff zugemischt
wird, beeinflußt
aber auch die Menge des von der Kraftstoffpumpe 12 in die
Fluidleitung 14 gepumpten Kraftstoffs. Ist die Menge an
Kraftstoff, die die Kraftstoffpumpe 12 in die Fluidleitung 14 pumpt, größer als
die Menge an Kraftstoff, die von den Kraftstoffdüsen 50, 50', 50'' , 50''' aus der Fluidleitung 14 entnommen
wird, so steigt der Druck in der Fluidleitung 14 an. Andererseits,
ist die in die Fluidleitung 14 hineingepumpte Kraftstoffmenge
kleiner als die aus der Fluidleitung 1
4 entnommene
Kraftstoffmenge, so sinkt der Druck in der Fluidleitung 14.
Der Druck in der Fluidleitung 14 kann mit Hilfe des Drucksensors 54 gemessen
werden. Der Drucksensor 54 meldet sein Signal an die Steuerungseinrichtung 26,
die entsprechend dem in der Fluidleitung 14 für den Druck gewünschten
Wert das Steuerventil 20 entsprechend einstellen kann.
Damit kann über
das Steuerventil 20 auf einfache und geschickte Weise der
vor den Kraftstoffdüsen 50, 50', 50'', 50''' in der Fluidleitung 14 anstehende
Druck beeinflußt
werden. Weil die Kraftstoffpumpe 12 direkt mechanisch an
die Drehzahl der. Abtriebswelle 24a der Brennkraftmaschine 22 gekoppelt
ist, wäre
eine Beeinflussung der Fördermenge
der Kraftstoffpumpe über
eine von der Drehzahl der Abtriebswelle 24a unabhängigen Beeinflussung
der Antriebsdrehzahl der Kraftstoffpumpe sehr schwierig. Die Beeinflussung
der geförderten
Kraftstoffmenge über
das Steuerventil 20 ist demgegenüber wesentlich einfacher.
Die dem Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe 12 zugemischte
Luft beeinflußt
auch die Aufbereitung und dadurch die Zündfähigkeit des Kraftstoffs in
den Brennräumen 22a, 22a', 22a'' , 22a'''. Insbesondere bei
niedrigen Drehzahlen und kleiner in die Brennräume 22a, 22a', 22a'', 22a''' eingespritzter
Kraftstoffmenge, soll die Zündfähigkeit
durch die zugegebene Luft besonders verbessert werden. Bei der vorgeschlagenen
Kraftstoffversorgungsanlage ist es möglich, die Steuerungseinrichtung 26 so
zu programmieren, daß je
nach Betriebsbedingungen und je nach Aufbereitung bzw. Zündfähigkeit
des Kraftstoff-Luftgemischs, die Menge der zugegebenen Luft gesteuert
wird. Deshalb wird vorzugsweise dann, wenn die Brennkraftmaschine
kleine Kraftstoffmengen benötigt,
das Steuerventil 20 weit geöffnet, was den erwünschten
Effekt bietet, daß sich
die Zündfähigkeit
des Kraftstoffs im Brennraum verbessert und daß, weil dadurch die Kraftstoffpumpe 12 weniger Kraftstoff
fördert,
der Druck in der Fluidleitung 14 sinkt.
Das Steuerventil 20 kann
beispielsweise eine verstellbare Drossel sein, die mit Hilfe eines elektrischen
Stellmagneten verstellbar ist. Es ist aber auch möglich, das
Steuerventil 20 beispielsweise in Form eines Sperrventils
auszubilden, das durch taktweise Ansteuerung kurzzeitig öffnet und
schließt
und durch Variation der Öffnungszeit
die Menge der durch das Steuerventil 20 strömenden Luft
steuert.
Die Kraftstoffversorgungsanlage dient
zum Versorgen einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff und umfaßt die Kraftstoffpumpe 12.
In der Kraftstoffpumpe 12 gibt es den mindestens einen
Pumpenraum 66, dessen Volumen mit Hilfe des mindestens einen
antreibbaren Pumpenkörpers 62 veränderbar ist. Über den
Kraftstoffverbindungsanschluß 32 kann der
Kraftstoff in den Pumpenraum 66 und über den Fluidleitungsanschluß 34 aus
dem Pumpenraum 66 gelangen. Der Luftzuführungsanschluß 36 mündet ebenfalls
in den Pumpenraum 66. Im Pumpenraum 66 kann sich
die über
den Luftzuführungsanschluß 36 einströmende Luft
mit dem über
den Kraftstoffverbindungsanschluß 32 einströmenden Kraftstoff
vermischen. Es entsteht das Kraftstoff-Luftgemisch: Bei angetriebenem
Pumpenkörper 62 vergrößert sich während einer
Expansionsphase der Pumpenraum 66 und während einer Kompressionsphase
verkleinert sich der Pumpenraum 66. Je nach Bauart der Kraftstoffpumpe 12 und
abhängig
von der Plazierung des Kraftstoffverbindungsanschlusses 32,
des Fluidleitungsanschlusses 34 und des Luftzuführungsanschluß 36 strömen während der
Expansionsphase oder zumindest zeitweise während der Expansionsphase Kraftstoff
bzw. Luft in den Pumpenraum 66. Ggf. erstreckt sich das
Einströmen
geringfügig
in den Bereich der Kompressionsphase. Während der Kompressionsphase
wird der Kraftstoff bzw. das Kraftstoff-Luftgemisch zum Fluidleitungsanschluß 34 gefördert. Vom
Fluidleitungsanschluß 34 gelangt
der Kraftstoff bzw. das Kraftstoff-Luftgemisch schließlich in
den mindestens einen Brennraum 22a der Brennkraftmaschine 22.
Der Kraftstoff wird vorzugsweise direkt in den Brennraum 22a gesprizt.
Es gibt auch Ausführungen,
bei denen der Kraftstoff bzw. das Kraftstoff-Luftgemisch in das
Saugrohr geliefert und dort einem in den Brennraum der Brennkraftmaschine
führenden
Einlaßventil
vorgelagert wird.
Je nach Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 22,
z. B. bei Vollast, kann die Luftzugabe in den Pumpenraum 66 z.
B. durch Schließen
des Steuerventils 20 vollständig unterbunden sein.
Die Vorförderpumpe 6 erleichtert
das Arbeiten der Kraftstoffpumpe 12 wesentlich, insbesondere bei
Kraftstoffversorgungsanlagen, bei denen der Kraftstoff unter hohem
Druck in den Brennraum eingespritzt werden soll. Während der
Expansionsphase tritt in dem Pumpenraum 66 eine Druckabsenkung auf.
Durch entsprechende Wahl der Bauart der Kraftstoffpumpe, insbesondere
durch entsprechendes Plazieren des Kraftstoffverbindungsanschlusses 32 und
des Luftzuführungsanschlusses 36 kann
der Druck im Pumpenraum 66 so weit abgesenkt werden, daß die Luft
ohne eine Luftförderpumpe
in den Pumpenraum 66 strömt.
Die Steuerung der Zugabe der Luft
kann über
das stromaufwärts
von dem Luftzuführungsanschluß 36 (d.
h. in Strömungsrichtung
betrachtet vor dem Luftzuführungsanschluß 36)
vorgesehene Steuerventil 20 auf einfache Weise erfolgen.
Zur Verminderung des Totvolumens
der Kraftstoffpumpe 12 wird während der Kompressionsphase
der Luftzuführungsanschluß 36, 36', 36'' geschlossen. Dies kann mit Hilfe
von separaten, in der Zeichnung nicht dargestellten Ventilen geschehen. Diese
Ventile können
so ausgeführt
bzw. gesteuert sein, daß der
Luftzuführungsanschluß 36, 36', 36'' nur während der Kompressionsphase
geschlossen ist bzw. gegen Ende der Kompressionsphase geschlossen
wird. Die Ventile können
so gesteuert sein, daß der
Luftzuführungsanschluß 36, 36', 36'' nur während der Kompressionsphase
geschlossen und während
der Expansionsphase geöffnet
ist. Die Ventile können
aber auch so gesteuert sein, daß beispielsweise
gegen Ende der Kompressionsphase und im entsprechenden Bereich zu
Beginn der Expansionsphase der Luftzuführungsanschluß 36, 36', 36'' geschlossen und während der übrigen Zeit
geöffnet
ist.
Wie die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen,
kann auf die soeben beschriebenen Ventile verzichtet werden und
der Luftzuführungsanschluß 36, 36', 36'' kann direkt vom Pumpenkörper 62, 62', 62'' geschlossen bzw. geöffnet werden.
Wenn während der Expansionsphase zeitweise
der Luftzuführungsanschluß 36 geöffnet und gleichzeitig
der Kraftstoffverbindungsanschluß 32 geschlossen ist,
dann kann dies das Einströmen
der Luft wesentlich begünstigen.
Besonders wirksam ist diese Maßnahme
insbesondere zu Beginn der Expansionsphase.
Das Öffnen und Schließen des
Kraftstoffverbindungsanschlusses 32 kann mit Hilfe spezieller, separater,
nicht dargestellter Ventile erfolgen oder, wie anhand der Ausführungsbeispiele
erläutert,
vorzugsweise direkt mit dem Pumpenkörper 62.
Die Wirksamkeit der Vermischungseinrichtung 70 ist
besonders günstig
wenn sie direkt dort, wo die Luft mit dem Kraftstoff zusammengeführt wird, angeordnet
ist.
Die Bauart der Kraftstoffpumpe bestimmt
die Bewegunsrichtung des Pumpenkörpers 62.
Die Bewegunsrichtung ist beispielsweise linear, rotatorisch oder
kombiniert orientiert.
Die Kraftstoffversorgungsanlage gestattet ein
einfaches Verfahren zum Zumischen von Luft in den Kraftstoff.
Das Zumischen der Luft in den Pumpenraum 66 kann
von der Steuerungseinrichtung 26 beispielsweise in Abhängigkeit
des stromabwärts
von der Kraftstoffpumpe 12, d. h. in Strömungsrichtung
betrachtet hinter der Kraftstoffpumpe 12 herrschenden Drucks
oder in Abhängigkeit
der Aufbereitung des in den Brennraum 22a der Brennkraftmaschine 22 gelieferten
Kraftstoffs gesteuert werden. Die Steuerungseinrichtung 26 kann
aber auch so ausgebildet bzw. programmiert sein, daß sie bei
der Steuerung der Luftzugabe gleichzeitig sowohl den Druck als auch
die Kraftstoff-Aufbereitung berücksichtigt,
um stets optimale Betriebsbedingungen für die Brennkraftmaschine zu
erhalten.