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Diese Erfindung betrifft ein integriertes Kraftstoff- und Luftzufuhrsystem
für einen Verbrennungsmotor.
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In den in der US-A-5 070 845 und US-A-5 082 184 offenbarten
Kraftstoffeinspritzsystemen dosiert eine einzelne Einspritzdüse Kraftstoff, der auf
eine Vielzahl von Kraftstoffleitungen, die Düsenabschlüsse aufweisen,
verteilt wird. Die Düsen tragen Kraftstoff benachbart den
Motoreinlaßöffnungen aus. Ein derartiges System hat als ein Hauptmerkmal oder
-vorzug die Anordnung der Kraftstoffdosierbauteile in einem einzigen
Kraftstoffdosiergehäuse, das sich innerhalb des Einlaßkrümmers befinden
kann. Die Verwendung einer einzigen Einspritzdüse bestimmt, daß jede
Düse, und infolgedessen jeder Zylinder, gleichzeitig mit Kraftstoff
beaufschlagt wird, ohne Berücksichtigung der Zylinder-Zeitabstimmung. Das
Ergebnis ist eine weniger als optimale Motor- und
Emissionsleistungsfähigkeit. Zusätzlich vermehrt die Anordnung des Kraftstoffdosiergehäuses
innerhalb des Einlaßkrümmers die Verbindungsbauelemente stark, die
erforderlich sind, damit Kraftstoff und Elektrizität durch die Wand des
Krümmers treten.
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In den in der US-A-4 510 909 und US-A-4 586 477 offenbarten
Kraftstoffeinspritzsystemen liefern Kraftstoffschienen Kraftstoff an eine Vielzahl von
sich nach außen erstreckenden elektromagnetischen
Kraftstoffeinspritzdüsen. Der Schieneneinspritzdüsenaufbau ist am Äußeren des
Einlaßkrümmers eines Motors gesichert, wobei die Einspritzdüsen in Öffnungen
darin zur Lieferung von Kraftstoff an zugeordnete Motorzylinder
aufgenommen sind. Die Verwendung von individuellen Einspritzdüsen für jeden
Zylinder läßt eine Optimierung des Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses
zu. Die Anordnung der Kraftstoffschiene und ihre relativ große Oberfläche
können hervorrufen, daß Kraftstoff, der durch die Schiene tritt, einer
bedeutenden Erwärmung ausgesetzt ist, wodurch die Wahrscheinlichkeit
von Handhabungsproblemen des heißen Kraftstoffes und
Laufverlustemissionen zunimmt. Kraftstoffschienen sind anwendungsspezifisch, und eine
separate Schiene muß für jeden Motor konstruiert werden. Zusätzlich
weisen die in derartigen Systemen verwendeten elektromagnetischen
Einspritzdüsen relativ große Durchmesser auf, der aus der Plazierung des
Solenoids in der Lieferungspunkt-Vorrichtung herrührt. Deshalb sind
wesentliche Begrenzungen auf die Kraftstoffdüsenanordnung und das
Kraftstoffzielen auferlegt.
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Die vorliegende Erfindung strebt an, ein verbessertes Kraftstoff- und
Luftzufuhrsystem vorzusehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein integriertes Kraftstoff- und
Luftsystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, wie in Anspruch 1
beschrieben.
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Die bevorzugte Ausführungsform umfaßt ein Kraftstoff- und
Luftzufuhrsystem mit einem Kraftstoffdosiergehäuse, das als ein Systemchassis für die
Befestigung der hauptsächlichen Kraftstoffsystembauteile funktioniert. In
dem Kraftstoffdosiergehäuse ist vorzugsweise eine Vielzahl von
individuellen elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzdüsen in einer gemeinsamen
Kraftstoffkammer untergebracht, so daß Druckschwankungen zwischen
den Einspritzdüsen minimiert sind. Das Kraftstoffdosiergehäuse kann
zum Einbau innerhalb eines mehrstückigen Motoreinlaßkrümmers
konfiguriert
sein. Der Krümmer ist vorzugsweise mit einer Öffnung für einen
zusammenwirkenden, abdichtenden Eingriff mit einem Teil des
Kraftstoffdosiergehäuses aufgebaut, so daß Kraftstoff- und elektrische
Verbindungen mit dem Kraftstoffsystem außerhalb der Einlaßluftkammer bleiben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kraftstoffdosiergehäuse
derart konfiguriert, daß beide Enden von jeder der elektromagnetischen
Kraftstoffeinspritzdüsen sich aus der Kraftstoffkammer heraus erstrecken,
um die Anbringung der Kraftstofflieferröhren an die
Einspritzdüsenauslässe und der elektrischen Verbindungselemente an die Solenoidenden zu
vereinfachen. Jeder Einspritzdüse sind eine flexible Kraftstoffleitung und
eine Ringdüse (poppet nozzle) zugeordnet, die die Lieferung von Kraftstoff
an Einlaßstellen vereinfacht, die jedem Motorzylinder entsprechen. Die
Anordnung des Dosierteils des Kraftstoffsystems fern von der
Kraftstoffdüse unterstützt eine kleinere Anschlußeinheit, wodurch die
Positionierung der Düse und das Zielen von Kraftstoff gesteigert wird, während eine
individuelle Motorzylinderkraftstoffbeaufschlagung zugelassen ist.
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Es ist möglich, ein kompaktes Kraftstoffdosiergehäuse vorzusehen, das
Kraftstoff nacheinander an eine Vielzahl von Motorzylindern durch flexible
Röhren liefert, die von individuellen elektromagnetischen
Kraftstoffeinspritzdüsen versorgt und von druckaktivierten Ringdüsen abgeschlossen
sind.
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Es kann eine zentralisierte und flexible Anordnung eines Kraftstoffsystems
mit aufeinanderfolgender Kraftstofflieferung über einen weiten Bereich von
Motorkonfigurationen ohne die Notwendigkeit zur Neukonstruktion von
Kraftstoffsystem-Schlüsselkkomponenten vorgesehen sein.
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Es ist möglich, aufeinanderfolgende Kraftstofflieferung mit reduzierter
Masse, Oberfläche und Kraftstoffvolumen vorzusehen, wodurch der
Transport von in dem Motorraum erzeugter Wärme zu dem
Kraftstoffsystem wesentlich verringert ist. Das Kraftstoffdosiergehäuse ist
vorzugsweise vielmehr integral innerhalb der relativ kühlen Umgebung des
Einlaßkrümmers angeordnet als an dem Äußeren des Krümmers, wodurch
zusätzliche Vorzüge bezüglich der Kraftstoffsystemerwärmung vorgesehen
sind.
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Es ist ebenso möglich, die Zufuhr von Kraftstoff und Elektrizität zu dem
Kraftstoffsystem wesentlich zu vereinfachen, indem das
Kraftstoffdosiergehäuse in die Einlaßkrümmerwand integriert wird, wodurch die
Notwendigkeit beseitigt ist, Kraftstoff und Elektrizität durch eine
Krümmerwandgrenzfläche zu einem innen befestigten Kraftstoffdosiergehäuse zu
bewegen.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist unten lediglich
beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in
denen:
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Fig. 1 eine Explosionsperspektivansicht einer Ausführungsform
eines integrierten Kraftstoff- und Luftzufuhrsystems für einen
Verbrennungsmotor ist,
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Fig. 2 eine Teilquerschnittansicht des integrierten Kraftstoff- und
Luftzufuhrsystems von Fig. 1 in zusammengebauter Form ist;
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Fig. 3 eine Teilquerschnittansicht des Kraftstoffverteilers von Fig. 1
ist, genommen entlang Linie 3-3 von Fig. 1;
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Fig. 4 eine Querschnittansicht des Kraftstoffverteilers von Fig. 3 ist,
genommen entlang Linie 4-4 von Fig. 3; und
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Fig. 5 eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, des
Kraftstoffverteilers von Fig. 3 ist, genommen entlang Linie 5-5 von
Fig. 3.
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Fig. 1 zeigt ein integriertes Kraftstoff- und Luftzufuhrsystem 10 zur
Zufuhr von dosierter Luft und dosiertem Kraftstoff zu Einlaßöffnungen eines
Verbrennungsmotors (nicht gezeigt). Das integrierte Kraftstoff- und
Luftzufuhrsystem umfaßt einen zweistückigen Einlaßkrümmer 12 mit oberen
und unteren Krümmerelementen 14 bzw. 16. Das untere
Einlaßkrümmerelement 16 ist zum Anbau an die Motorblockoberseite (piston deck) eines
Verbrennungsmotorblocks konfiguriert, wobei der in Fig. 1 gezeigte
Krümmer von dem Typ für einen V-konfigurierten Motor ist.
Luftdurchgänge, wie Einlaßkanäle 18 in dem unterem Element 16 transportieren
Einlaßluft von dem Einlaßkrümmer 12 zu den Einlaßöffnungen des
Motors, während Kraftstoffdüsenöffnungen 20 Kraftstoffdüsen aufnehmen,
was unten detaillierter beschrieben wird, zur Lieferung dosierter
Kraftstoffimpulse in die Einlaßkanäle 18.
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Das obere Einlaßkrümmerelement 14 ist zum dichtenden Eingriff mit dem
unteren Element 16 entlang passender Oberflächen 22 und 24
konfiguriert, um eine Einlaßluftkammer 26 dazwischen zu bilden (siehe Fig. 2).
Eine erste Öffnung 28 in dem oberen Element 14 ist konfiguriert, um
Einlaßluft durch einen Drosselgehäuseaufbau 30 aufzunehmen, während
eine zweite Öffnung 32 einen Teil eines Kraftstoffdosiergehäuses 34 von
einem Kraftstoffeinspritzsystem 36 aufnimmt, das innerhalb des
zusammengebauten Lufteinlaßkrümmers 12 angeordnet ist.
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Nun mit Bezug auf Fig. 2, ist das Kraftstoffdosiergehäuse 34 in den
Einlaßkrümmer 12 als ein integrales Bauteil eingebaut. Ein
Anbringungsmittel, wie ein Unterstützungsträger 38 ist an das untere Element 16
unter Verwendung von Schrauben 40 oder einem anderen geeigneten
Anbringungsmittel angebaut. Mit Schlitzen 42 in dem
Unterstützungsträger 38 stehen entsprechende Anbringungszapfen 44 in Eingriff, die von
dem Äußeren des Kraftstoffdosiergehäuses 34 herabhängen, um das
Kraftstoffdosiergehäuse in einer festgelegten Position innerhalb des
Krümmers 12 zu tragen. Eine mit Flansch versehene Dichtungsplattform 46
hängt von einem oberen Teil des Kraftstoffdosiergehäuses 34 herab. Ein
federndes Dichtungselement, wie ein O-Ring 48, das um die Plattform
herum angeordnet ist, steht mit einer entsprechenden Oberfläche 50 in
Eingriff, die sich um eine Öffnung 32 in dem oberen Element 14 herum
erstreckt, mit einer leckfreien Dichtung, um die Öffnung zu verschließen
und das Kraftstoffdosiergehäuse 34 integral an dem oberen
Einlaßkrümmerelement 14 zu sichern.
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Nun mit Bezug auf die Figuren 3, 4 und 5 funktioniert das
Kraftstoffdosiergehäuse 34 des integrierten Luft- und Kraftstoffzufuhrsystems als ein
Chassis für das Kraftstoffsystem, an dem im wesentlichen alle
Kraftstoffsystembauteile befestigt sind. Das Kraftstoffdosiergehäuse kann aus
irgendeinem geeigneten Material für eine derartige Umgebung aufgebaut
sein, wie glasgefülltes Nylon. Das Kraftstoffdosiergehäuse weist eine
Oberseite
52, Seiten 54, 56, 58, 60 und eine Boden 62 auf, die zusammen eine
interne Kraftstoffkammer 64 innerhalb des Gehäuses bilden. Einer Seite
der Kammer 64 zugeordnet sind ein unter Druck gesetzter Kraftstoffeinlaß
66 und ein Kraftstoffauslaß 68. Sowohl der Einlaß als auch der Auslaß
66, 68 weisen Anschlußenden auf, die sich durch die mit Flansch
versehene Dichtungsplattform 46 erstrecken, so daß
Kraftstoffsystemzufuhrund -rückführverbindungen, die notwendig sind, um der Kammer 64
Kraftstoff zuzuführen, außerhalb des Einlaßkrümmers 12 hergestellt sein
können. Die Anschlußenden des Einlasses und des Auslasses 66, 68
weisen Wände 70, 72 auf, die sich in das Kraftstoffdosiergehäuse 34 zum
Annehmen von Anschlußendteilen von Zufuhr- und Rückführverbindungen
74, 76 erstrecken. Federnde Dichtungselemente, wie O-Ringe 78, sind
zwischen den Verbindungen 74, 76 und Wänden 70, 72 angeordnet, um
eine Leckage von Kraftstoff zu verhindern. Die Verbindungen sind unter
Verwendung eines Klemmelements 80, das an Nasen 82 befestigt ist, an
der Stelle gesichert.
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Eine Öffnung in der Seite des 60 der Kraftstoffkammer 64 nimmt einen
Kraftstoffdruckregler 84 auf. Eine ringförmige Wand 86 definiert einen Sitz
für den Druckregler 84. Eine Federfeststelleinrichtung 88 steht mit Zapfen
90, die von der Wand 86 herabhängen, und einem ringförmigen Kragen 92
an dem Regler 84 in Eingriff, um den Regler in Position festzulegen. Der
Regler 84 arbeitet auf in der Technik bekannte herkömmliche Weise,
wobei er erlaubt, daß Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer 64 auf einen
gewünschten Pegel ansteigt, zu welchem Zeitpunkt erlaubt wird, daß
Kraftstoff durch den Regler 84 und in einen Rohrdurchgang 94, der sich
von dem Regler erstreckt, durch Kraftstoffkammer 64 tritt, um an der
Basis des Kraftstoffauslaßdurchganges 68 zu enden. Ein federndes
Dichtungselement,
wie O-Ring 96, verhindert, daß Kraftstoff zwischen dem
Rohrdurchgang 94 und der Kraftstoffkammer 64 hindurchtritt. Die
Anordnung des Kraftstoffdruckreglers 84 bezüglich des Kraftstoffeinlasses 66
legt eine Kraftstoffströmung von Ende zu Ende durch die
Kraftstoffkammer 64 fest.
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Der Boden 62 der Kammer 64 umfaßt eine Vielzahl von zylindrischen
Öffnungen 98, die sich in die Kammer erstrecken und Seitenwände
aufweisen, die zylindrische Räume 100 bilden, die sich vom Boden zur Oberseite
52 der Kammer erstrecken. Jeder Raum 100 öffnet sich (Figuren 3 und 4)
zur Kammer 64, um dadurch jeden der zylindrischen Räume in
Fluidverbindung mit den anderen zu setzen. Jeder zylindrische Raum 100 nimmt
verschiebbar eine elektromagnetische Kraftstoffeinspritzdüse 102 darin
auf. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 102 erstrecken sich von der Oberseite
zum Boden der Räume 100, wobei elektrische Verbindungselemente 104
an den ersten oder oberen Enden davon sich durch entsprechende
Öffnungen 106 in der Oberseite 52 der Kraftstoffkammer 64 erstrecken.
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Die Öffnungen 106, durch welche die elektrischen
Verbindungselemente 104 treten, öffnen sich in eine Tasche 108, die durch eine Wand 110
gebildet ist, die sich von der mit Flansch versehenen Dichtungsplattform
46 erstreckt. Die mit Wand versehene Tasche 108 erlaubt die Anbringung
eines elektrischen Verbindungselements 112 außerhalb des
Einlaßkrümmers 12. Anbringungsnasen 114, die sich vom Äußeren der Wand 110
erstrecken, stehen mit entsprechenden Lappen 116 in Eingriff, die sich von
dem Verbindungselement 112 erstrecken, um das Verbindungselement
gegen Verschiebung zu sichern. Das Verbindungselement 112 arbeitet,
um die elektrischen Verbindungen 104 gegen Feuchtigkeit und andere
Verunreinigung abzudichten.
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Das zweite, Auslaßende 118 von jeder Kraftstoffdüse 102 ragt von den
zylindrischen Öffnungen 98 im Boden 62 der Kraftstoffkammer 64 nach
außen vor, Fig. 5. Um sich gegen Auspressen der Einspritzdüsen 102 aus
dem Kraftstoffdosiergehäuse 34 unter dem Druck von Kraftstoff in der
Kammer 64 zu sichern, ist eine Feststellplatte 120 am Boden des
Kraftstoffdosiergehäuses angebracht und durch an Nasen 124 angebrachte
Bolzen 122 gesichert. Die Feststellplatte 120 weist Öffnungen 26 auf, die
einen Zwischenraum für die Auslaßenden 118 der Einspritzdüsen 102
vorsehen und die Anbringung von Kraftstofflieferleitungen 128 daran
vereinfachen.
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Die Kraftstofflieferleitungen 128 sind in der bevorzugten Ausführungsform
aus einem geeigneten, kraftstoffbeständigen, flexiblen Material, wie Nylon,
hergestellt. Die Leitungen 128 sind an einem ersten Ende 130 an das
Auslaßende 118 der Einspritzdüsen 102 angebracht. Eine ringförmige Rippe
132 auf der äußeren Oberfläche des Einspritzdüsenauslaßendes 118 ist
betreibbar, ein außer Eingriff treten der Kraftstoffleitung davon zu
verhindem. Das zweite Ende 134 jeder Kraftstoffleitung 128 wird von einer
druckimpulsaktivierten Ringdüse 136 abgeschlossen. Die Düse 136 ist in
einer Befestigungshülse 138 getragen, die integrale Anbringungsmittel,
wie Klammern 140 aufweist. Die Hülse und Düse sind entfernbar in
Kraftstoffdüsenöffnungen 20 in dem unteren Element 16 des Einlaßkrümmers
12 zur Lieferung von Kraftstoff an die Einlaßkanäle 18 einsetzbar.
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Die flexiblen Kraftstoffleitungen 128, die Kraftstoff von dem
Kraftstoffdosiergehäuse 34 zu den Ringdüsen 136 liefern, maximieren die
Anwendbarkeit des Kraftstoffsystems auf verschiedene Motorplattformen mit einer
Minimierung von Neukonstruktion und Teilevermehrung. Als ein Beispiel
kann das offenbarte System in einem 90-Grad-V-6-Motor oder einem
60-Grad-V-6-Motor ohne Änderung an dem System arbeiten. Die
Flexibilität des Kraftstoffdosiergehäuseeinbaus und die Möglichkeit der
Anordnung der flexiblen Kraftstofflieferleitungen machen das offenbarte
Kraftstoffsystem weniger empfindlich gegenüber Unterschieden der
Zylinderbeabstandung. Zusätzlich ist das Kraftstoffzielen durch Beseitigen der
Kraftstoffdosieraufgabe verbessert, die einen relativ großen Solenoid- und
Ventilaufbau mit sich bringt, vom dem Kraftstofflieferungspunkt in der
Luftkammer zu einer zentralisierten Kraftstoffkammer. Die kleine Größe der
Ringdüse 136 erlaubt, daß ein gesteigertes Zielen von Kraftstoff am
Motoreinlaß optimiert wird.
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Federnde Dichtungselemente, wie O-Ringe 142, 144, sind an den ersten
und zweiten Enden der Einspritzdüsen 102 zwischen der Einspritzdüse
und den Wänden von zylindrischen Räumen 100 angeordnet, um eine
leckfreie Abdichtung zwischen der Kraftstoffkammer 64 und den
Öffnungen in der Oberseite 52 und dem Boden 62 herbeizuführen.
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Die Kraftstoffeinspritzdüsen 102 weisen Kraftstoffeinlässe 146 auf, die
zwischen deren Enden angeordnet sind, zur Fluidkommunikation mit der
Kraftstoffkammer 64 des Kraftstoffdosiergehäuses 34. Kraftstoff tritt in
jede Einspritzdüse durch ihren jeweiligen Einlaß 146 ein und wird durch
Auslaß 118 durch Ventilmittel (nicht gezeigt) dosiert, die in Abhängigkeit
von einem elektrischen Signal von einem Controller betätigt werden, der
Motorbetriebszustände überwacht. Impulse von unter Druck gesetztem
Kraftstoff werden durch Kraftstoffleitungen 128 übertragen, um die
Ringdüsen 136 zu aktivieren, so daß eine dosierte Menge an Kraftstoff in
die Einlaßluftströmung bei einem optimierten Zeitpunkt und mit einer
optimierten Rate eingespritzt wird.
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Die Entfernung von dem Druckregler 84 zu den Einspritzdüsen 102 ist
darin wichtig, daß, wenn eine Kraftstoffdüse sich für ein Einspritzereignis
öffnet, der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffbehälter, in diesem Fall die
Kammer 64, abnehmen wird, bis die Druckwelle, die von dem Ereignis
eingeleitet wird, sich durch das Fluid zu dem Regler bewegen kann.
Sobald die Welle von verringertem Druck den Regler 84 erreicht, kann er auf
den Druckabfall ansprechen, indem der Kraftstoff verringert wird, der zu
dem Kraftstoffauslaß 68 vorbeigeleitet wird. Die Konzentration der
Kraftstoffeinspritzdüsen 102 in einer Kraftstoffkammer 64 mit kleinem
Volumen, in der die Einlässe 146 von jeder Einspritzdüse sich in
Fluidverbindung miteinander, dem unter Druck gesetzten Kraftstoffeinlaß 66 und
dem Kraftstoffauslaß 68 befinden, maximiert die
Kraftstoffbeaufschlagungsbeständigkeit von Einspritzdüse zu Einspritzdüse über den
Arbeitsbereich. Die enge Nähe der Kraftstoffeinspritzdüsen 102 zu dem
Kraftstoffdruckregler 84 sorgt für eine schnelle und gleichmäßige
Wechseiwirkung von Regler zu Einspritzdüse.
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Somit liefert die beschriebene Ausführungsform ein Kraftstoffsystem für
einen Verbrennungsmotor mit einem kompakten Kraftstoffdosiergehäuse,
welches, wenn es innerhalb der Einlaßkammer des Einlaßkrümmers
befestigt ist, als ein integraler Teil des Krümmers arbeitet, wodurch die Zufuhr
von Kraftstoff und elektrischen Signalen zu den darin angeordneten
Einspritzdüsen
vereinfacht ist. Das Kraftstoffeinspritzdüsengehäuse umfaßt
eine Kraftstoffkammer, in der eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen in
Fluidverbindung miteinander, dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet
ist. Eine derartige Konfiguration verringert Kraftstoffdruckschwankung
von Einspritzdüse zu Einspritzdüse, um
Kraftstoffbeaufschlagungsbeständigkeit zu maximieren. Zusätzlich minimiert das kompakte
Kraftstoffdosiergehäuse die Restwärme, die zu dem Kraftstoffsystem aufgrund
seines kleines Volumens, seiner verringerten Oberfläche und seiner
Anordnung innerhalb der relativ kühlen Umgebung des Einlaßkrümmers
übertragen wird. Eine maximale Verträglichkeit mit einem weiten Bereich von
Motorkonfigurationen ist durch die Verwendung von Kraftstoffleitungen
vorgesehen, die sich von den Einspritzdüsenauslässen zu den
Einlaßkanälen erstrecken, welche, wenn sie aus einem flexiblen Material aufgebaut
sind, unempfindlich gegenüber dem spezifischen Kraftstofflieferungspunkt
sind.