AT318307B

AT318307B - Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: AT318307B
Application number: AT569872A
Authority: AT
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1969-12-01
Filing date: 1972-07-03
Publication date: 1974-10-10
Also published as: GB1395526A; DE2133434C3; DE2133434A1; DE2133434B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzanlage mit kontinuierlicher Einspritzung in das
Saugrohr von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, in deren Saugrohr ein Messorgan und eine willkürlich betätigbare Drosselklappe hintereinander angeordnet sind, von denen ersteres proportional der durchströmenden Luftmenge gegen eine normalerweise konstante, jedoch in Abhängigkeit von
Motorkenngrössen änderbare Rückstellkraft ausgelenkt wird und den beweglichen Teil eines in der
Kraftstoffleitung angeordneten Mengenteilerventils für die Zumessung einer der Luftmenge proportionalen
Kraftstoffmenge betätigt, wobei die Änderung der Rückstellkraft durch einen Elektromagneten erfolgt, dessen magnetische Feldstärke abhängig von den Motorkenngrössen änderbar ist, und als Rückstellkraft Druckflüssigkeit dient,

die mindestens mittelbar am beweglichen Teil des Mengenteilerventils angreift, nach Patent Nr. 307809.

Bei dieser Kraftstoffeinspritzanlage kann die als Rückstellkraft dienende Druckflüssigkeit in Abhängigkeit von in Stromstärken umgewandelten Motorkenngrössen dadurch beeinflusst werden, dass der Anker des
Elektromagneten direkt über einen Steuerschieber auf das Messorgan wirkt.

Brennkraftmaschinen enthalten in ihrem Abgas u. a. Kohlenmonoxyd, Stickoxyde und unverbrannte oder teilverbrannte Kohlenwasserstoffe, die zu einer beträchtlichen Verunreinigung der Luft führen. Um diese schädlichen Anteile des Abgases in unschädliche Verbindungen Kohlendioxyd, Stickstoff und Wasser überführen zu können, leitet man u. a. die Abgase bei Temperaturen oberhalb 6000C über Katalysatoren. Hiebei ist es jedoch erforderlich, dass das Abgas eine Zusammensetzung aufweist, die eine praktisch vollständige Umsetzung zu den unschädlichen Verbindungen ermöglicht, d. h. das Verhältnis Luft zu Brennstoff muss nahezu stöchiometrisch sein, was man bekanntlich mit einem Luftverhältnis X nahe 1 bezeichnet.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (deutsche Offenlegungsschrift 2010793) ist bereits eine
Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im Abgas einer
Brennkraftmaschine beschrieben. Hiefür ist in der Abgasleitung eine Sauerstoffsonde angeordnet, die zwei
Elektrodenschichten aufweist, zwischen denen eine als Festelektrolyt dienende Trennwand angeordnet ist. Die
Sauerstoffsonde steuert über eine elektronische Schaltung einen Servomotor, der zwei in entgegengesetzter
Richtung wirkende Drosselventile in den Ausgängen zweier paralleler Vergaser, von denen einer ein fettes und der andere ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch liefert, verstellt.

Eine derartige Vorrichtung ist durch die
Verwendung zweier Vergaser nicht nur aufwendig und störanfällig, sondern sie hat auch eine sehr lange
Ansprechzeit auf Abweichungen der Regelgrösse von ihrem Sollwert. Bei einer andern bekannten Vorrichtung dieser Art (USA-Patentschrift Nr. 3, 517, 170) ist ebenfalls eine Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in
Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Abgases vorgesehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kraftstoffeinspritzanlage nach dem Stammpatent so zu verbessern, dass die Änderung der Rückstellkraft auf das Messorgan in Abhängigkeit von Motorkenngrössen so erfolgt, dass zur Nachverbrennung ein günstiges Luftverhältnis einregelbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Steuerstrom des Elektromagneten und damit die Federvorspannung eines den Flüssigkeitsdruck bestimmenden Druckregelventils mittels einer im Abgasstrom angeordneter Sauerstoffsonde in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine änderbar ist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist derart, dass die Sauerstoffsonde aus einem ionenleitenden Festelektrolyten (stabilisiertes Zirkondioxyd, Thoriumdioxyd, Mullit) besteht, auf den ein elektrisch leitendes
Kontaktierungsmaterial (Platin, Wolframcarbid, Trieisentetroxyd) aufgetragen ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der das Messorgan aufnehmende Konus im Saugrohr für ein Luftverhältnis von . = 1, 1 bzw. 1, 05 ausgelegt ist.

Eine zusätzliche Ausgestaltung der Erfindung ist derart, dass bei Vollast der Brennkraftmaschine die Drosselklappe einen Schalter betätigt, wodurch entsprechend der Änderung des Basisstromes am Transistor und damit des Steuerstromes des Elektromagneten ein Luftverhältnis von Ä = 0, 9 einregelbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen : Fig. l die gesamte Kraftstoffeinspritzanlage, Fig. 2 eine Schaltung, mit der der Steuerstrom des Druckregelventils in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration geregelt wird, Fig. 3 ein Diagramm, den Verlauf der Sondenspannung in Abhängigkeit vom Luftverhältnis.

Bei der in Fig. l dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage strömt die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung in einen Saugrohrabschnitt --1--, in dem ein Messorgan --2-- in einem Konus--3--angeordnet ist und weiterhin durch einen Verbindungsschlauch --4-- und einen Saugrohrabschnitt--5--zu einem oder mehreren nicht dargestellten Zylindern einer Brennkraftmaschine.

Das Messorgan --2- ist eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete Platte, die sich im Konus--3--des Saugrohres nach einer annähernd linearen Funktion der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge bewegt, wobei für eine konstante am Messorgan --2-- angreifende Rückstellkraft sowie einen konstanten vor dem Messorgan --2-- herrschenden Luftdruck, der zwischen Messorgan--2--und Drosselklappe--6--herrschende Druck ebenfalls konstant bleibt.
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--2-- steuert--24-- durch diesen Kraftstoffdruck beaufschlagt wird.

Je nach Stellung des Steuerschiebers-11-- überdeckt die Ringnut --22-- mehr oder weniger Steuerschlitze --25--, die durch Kanäle --26-- zu je einer Kammer-27-führen, die durch die Membran --24-- von der Kammer --23-- getrennt ist. Aus den Kammern--27--gelangt der Kraftstoff über Kanäle --28-- zu den einzelnen nicht dargestellten Einspritzventilen, die in der Nähe der Motorzylinder im Saugrohr angeordnet sind. Die Membran --24-- dient als beweglicher Teil eines Flachsitzventils, das durch die Feder--29--bei nicht arbeitender Kraftstoffeinspritzanlage offengehalten wird.

Die je aus einer Kammer--23 und 27--gebildeten
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- 25-- bestehenden Überdeckung, also unabhängig von der zu den Einspritzventilen strömenden Kraftstoffmenge, das Druckgefälle an dem Zumessventil --22, 25-- weitgehend konstant bleibt. Damit ist gewährleistet, dass der Verstellweg des Steuerschiebers--11--und die zugemessene Kraftstoffmenge proportional sind.

Bei der Schwenkbewegung des Hebels --8-- wird die Platte --2-- des Messorgans --2-- in einen Konus --3-- des Saugrohres --1-- bewegt, so dass sich der zwischen Platte und Konus ändernde Ringquerschnitt proportional zum Verstellweg des Messorgans --2-- ist. Falls diese Voraussetzung gegeben ist, besteht eine lineare Abhängigkeit der Stellbewegung des Messorgans-2--und der Verschiebebewegung des Steuerschiebers --11--, so dass der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge stets eine proportionale Kraftstoffmenge wieder zugemessen wird.
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geringe Bewegung der Membran --24--, um den vollen Ventilquerschnitt als Ringquerschnitt zu öffnen, wodurch der überströmende Kraftstoff durch die Rücklaufleitung --37-- drucklos zum Kraftstoffbehälter - gelangen kann.

Die Membran --24-- trennt zwei Kammern-41 und 42-voneinander und ist durch eine Feder --43-- belastet, deren Vorspannung willkürlich durch eine Stellschraube --44-- änderbar ist und die in Schliessrichtung des Ventils wirkt. Die Feder --43-- ist in einer Bohrung --45-- des Kernes - 46-- angeordnet und wirkt über einen gleichzeitig als Federteller dienenden Anker --47-- und ein
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magnetischen Kreis schliesst ein Ring--56--. Die Druckbeaufschlagung des Druckraumes--33--erfolgt über die als Dämpfung dienende Drossel--57--.

Die Wirkungsweise der Kraftstoffeinspritzanlage ist folgende :
Bei laufender Brennkraftmaschine wird durch die von dem Elektromotor--15--angetriebene Pumpe --16-- Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter --17-- angesaugt und über die Leitung --18-- dem
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--1, 4, 5-- LuftMessorgan --2-- und dem Steuerschieber --11-- ergibt ein konstantes Verhältnis von Luftmenge und zugemessener Kraftstoffmenge.

Um das Kraftstoff-Luft-Gemisch je nach dem Abschnitt des Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine

reicher oder ärmer halten zu können, ist eine Änderung der an sich konstanten Rückstellkraft des Messorgans --2-- in Abhängigkeit von Motorkenngrössen erforderlich. Dies erfolgt dadurch, dass die Motorkenngrössen entweder elektronisch gemessen oder nach Umwandlung in elektrische Grössen durch ein elektrisches Steuergerät
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Druckregelventil zur Drucksteuerung der Rückstellkraft nur einen minimalen Weg benötigt, kann die Magnetkraft, d. h. der Steuerstrom, unmittelbar in Druck umgesetzt werden.

Durch die Aufhängung des Ankers --47-- an der Spinne --52- und die Ausgestaltung des Druckregelventils als Flachsitzventil arbeitet das Druckregelventil mechanisch völlig reibungsfrei. Die magnetische Hysterese des Werkstoffes wird in üblicher Weise durch Verwendung nickelhaltigen Eisens klein gehalten.

Wie in Fig. l dargestellt kann es vorteilhaft sein, das Druckregelventil--36--in das Mengenteiler- und Zumessventil --7-- zu integrieren, unter gleichzeitiger Benutzung der Membran --24-- als beweglicher
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dass das auf einem ionenleitenden Festelektrolyten--63--aufgetragene elektrisch leitende Kontaktierungsmaterial--64, 65--auf der einen Seite -64-- mit dem Abgas der Brennkraftmaschine, also der Kammer --61-- und auf der andern Seite-65-mit der Atmosphäre, also der Kammer --62-- in Verbindung steht.

Der Festelektrolyt--63--kann aus stabilisiertem Zirkondioxyd, Thoriumdioxyd oder Mullit, einem feuerfesten in hohem Masse temperaturbeständigen Aluminiumsiliziumoxyd als Sauerstoffionenleiter bestehen. Das Kontaktierungsmaterial--64, 65--ist sehr dünn aufgetragen und porös, d. h. gasdurchlässig und kann z. B. aus Platin, aus hochtemperaturbeständigen, elektrisch leitenden Hartstoffen von der Art des Wolframcarbids oder aus hochtemperaturbeständigen, elektrisch leitenden Oxyden von der Art Trieisentetroxyd bestehen.

Zwischen dem mit dem Abgas in Berührung stehenden Kontaktierungsmaterial --64-- und dem mit der Atmosphäre in Berührung stehenden Kontaktierungsmaterial--65--stellt sich ein bestimmtes vom Sauerstoffgehalt des Abgases abhängiges Potential ein, das mit einem Referenzpotential, das durch einen entsprechend hochohmigen Spannungsteiler aus zwei Widerständen-66, 67--gebildet wird, mittels eines Operationsverstärkers --68-- verglichen wird.

Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers --68-- liegt an der Basis eines als Emitterfolger geschalteten Transistors --69-- und bestimmt somit den Steuerstrom der Spule--51--des Druckregelventils--36--. Um bei Vollast der Brennkraftmaschine das höchste Drehmoment zu erhalten, betätigt die Drosselklappe--6--kurz vor Erreichen ihrer Offenstellung einen Schalter-70-, dem ein Widerstand --71-- vorgeschaltet ist. Dadurch ergibt sich ein höherer Steuerstrom an der Spule was zu einer Verringerung der Rückstellkraft auf den Steuerschieber -11-- und damit einer Vergrösserung der zugemessenen Kraftstoffmenge führt. Das sich einstellende Luftverhältnis liegt dabei bei annähernd 0, 9.

Fig. 3 zeigt den Verlauf der Sondenspannung--U--in Abhängigkeit vom Luftverhältnis À. Wird der
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--3-- eine GrundeinstellungPunkt--A--. Um nun ein Luftverhältnis von X annähernd 1 zu erhalten, ist es noch erforderlich, den Spannungsvergleich zu dem gewünschten Betriebspunkt--B--durchzuführen, um das Signal für die Nachregelung zu erhalten.

Dazu wird wie oben ausgeführt, das Potential der Sauerstoffsonde mit dem Referenzpotential des Punktes--B--, das durch einen entsprechend hochohmigen Spannungsteiler --66, 67--gebildet wird, mittels des Operationsverstärkers-68-verglichen. Das Ausgangssignal steuert nach entsprechender Verstärkung das Druckregelventil --36--. Der stromlose Zustand des Druckregelventils - -36- entspricht demnach dem Betriebspunkt--A-, also der armen Grundeinstellung X=l, l. Der
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höchsten Drehmoment im Betriebspunkt--C-einstellt.

Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Anpassung der Kraftstoffeinspritzanlage näher an = l zu legen, also z. B. eine Grundeinstellung von X = 1, 05 vorzusehen und die Nachführung in Form eines Zweipunktreglers vorzunehmen, derart, dass dann zwischen den Betriebspunkten--A und B-mittels eines Flip-Flop-Reglers geschaltet wird.

Um Unsicherheiten durch Temperaturschwankungen bei Verwendung der Atmosphäre als

Sauerstoffbezugssystem zu vermeiden, kann es zweckmässig sein, ein gasdicht abgeschlossenes Sauerstoffbezugssystem zu benutzen, das sich in seiner Zusammensetzung nicht ändern kann. Als Sauerstoffbezugssystem kommen verschiedene Metall-Metalloxyd-Gemische oder Gemische zweier Oxyde eines Metalls in zwei Wertigkeitsstufen in Betracht, wie z. B. die Systeme Ni/NiO, Cu/CuxO u. a. m., wobei die beiden Komponenten jeweils im stöchiometrischen Verhältnis 1 : 1 vorliegen.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Kraftstoffeinspritzanlage mit kontinuierlicher Einspritzung in das Saugrohr von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, in deren Saugrohr ein Messorgan und eine willkürlich betätigbare Drosselklappe hintereinander angeordnet sind, von denen ersteres proportional der durchströmenden Luftmenge gegen eine normalerweise konstante, jedoch in Abhängigkeit von Motorkenngrössen änderbare Rückstellkraft ausgelenkt wird und den beweglichen Teil eines in der Kraftstoffleitung angeordneten Mengenteilerventils für die Zumessung einer der Luftmenge proportionalen Kraftstoffmenge betätigt, wobei die Änderung der Rückstellkraft durch einen Elektromagneten erfolgt, dessen magnetische Feldstärke abhängig von den Motorkenngrössen änderbar ist, und als Rückstellkraft Druckflüssigkeit dient,

die mindestens mittelbar am beweglichen Teil des Mengenteilerventils angreift, nach Patent Nr. 307809, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstrom des Elektromagneten (46,47, 51,56) und damit die Federvorspannung (43) eines den Flüssigkeitsdruck bestimmenden Druckregelventils (36) mittels einer im Abgasstrom angeordneter Sauerstoffsonde (60) in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine änderbar ist.
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Claims

Sauerstoffsonde (60) aus einem ionenleitenden Festelektrolyten (63) (stabilisiertes Zirkondioxyd, Thoriumdioxyd, Mullit) besteht, auf den ein elektrisch leitendes Kontaktierungsmaterial (64,65) (Platin, Wolframcarbid, Trieisentetroxyd) aufgetragen ist.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- k e n n z e i c h n e t, dass der das Messorgan (2) aufnehmende Konus (3) im Saugrohr (1) für ein Luftverhältnis von ^ = 1, 1 bzw. 1, 05 ausgelegt ist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass bei Vollast der Brennkraftmaschine die Drosselklappe (6) einen Schalter (70) betätigt, wodurch entsprechend der Änderung des Basisstromes am Transistor (69) und damit des Steuerstromes des Elektromagneten (46,47, 51,56) ein Luftverhältnis von ^ = 0, 9 einregelbar ist.