Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
gegenüber
dem Stand der Technik weiterentwickelte Kraftstoff-Dosiervorrichtung
anzugeben, mit der Verbrennungsmotoren automatisch angepasst an
unterschiedliche Einsatzhöhen
betrieben werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine
Kraftstoff-Dosiervorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind den abhängigen Ansprüchen zu
entnehmen.
Eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Dosiervorrichtung
weist eine Kraftstoffkammer, einen öffen- und schließbaren Kraftstoffeinlass
zu der Kraftstoffkammer und wenigstens einen Kraftstoffauslass von der
Kraftstoffkammer zu einem Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine auf,
wobei ein Teil einer Wandung der Kraftstoffkammer aus einem ersten,
in Abhängigkeit
von einem Druckunterschied zwischen einem Druck in der Kraftstoffkammer
und einem Umgebungsluftdruck beweglichen Element besteht, das mit
einem Schließelement
zum Öffnen
und Schließen des
Kraftstoffeinlasses gekoppelt ist. In Gegenüberstellung zum ersten beweglichen
Element ist ein zweites, in Abhängigkeit
von einer Änderung
des Umgebungsluftdrucks und in Richtung des ersten beweglichen Elements
bewegliches Element angeordnet, wobei an dem ersten beweglichen
Element ein erstes magnetisches Teil und an dem zweiten beweglichen
Element ein zweites magnetisches Teil angebracht sind, und wobei
das zweite bewegliche Element bei Abnahme des Umgebungsluftdrucks
dem ersten beweglichen Element derart angenähert ist, dass sich zwischen
dem ersten magnetischen Teil und dem zweiten magnetischen Teil eine
magnetische Wechselwirkung verstärkt,
infolgedessen das erste bewegliche Element in Abhängigkeit
vom Umgebungsluftdruck zum Betätigen
des Schließelements
in Bewegung versetzbar ist. Damit ist eine Kraftstoffmenge, die
dem Ansaugkanal für
eine vorbestimmte Betriebsstellung der Brennkraftmaschine zuzuführen ist,
in Abhängigkeit
vom Umgebungsluftdruck regulierbar.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Dosiervorrichtung
besteht darin, dass die Veränderlichkeit
der Zusammensetzung von Luft jeweils abhängig von einer entsprechenden
Höhe automatisch
durch eine entsprechend zugeführte
Kraftstoffmenge ausgeglichen wird, so dass der Brennkraftmaschine
stets nur so viel Kraftstoff zugeführt wird, wie für eine stöchiometrisch
korrekte Verbrennung erforderlich ist.
Eine Ausführungsform einer Kraftstoff-Dosiervorrichtung
ist mit einer Durchfluss-Reguliereinrichtung zur Einstellung der
Kraftstoffzufuhr in den Ansaugkanal, einer Stelleinrichtung, die
mit der Durchfluss-Reguliereinrichtung koppelbar ist, und mit einer
Druckerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Änderung des Umgebungsluftdrucks
versehen. Ferner weist die Kraftstoff-Dosiervorrichtung eine Steuerungseinrichtung
auf, durch die in Abhängigkeit von
der Druckerfassungseinrichtung die Stelleinrichtung betrieben werden
kann, um die Durchfluss-Reguliereinrichtung zu betätigen.
Bei dieser Ausführungsform der Kraftstoff-Dosiervorrichtung
kann die Druckerfassungseinrichtung eine Düsennadel in einem Durchlass
zwischen der Kraftstoffkammer und dem Ansaugkanal als die Durchfluss-Reguliereinrichtung
aufweisen, wobei sich eine Stellung der Düsennadel in dem Durchlass mittels
der Stelleinrichtung verstellen lässt, die durch die Stellerungseinrichtung
betrieben werden kann. In Abhängigkeit
vom jeweiligen Umgebungsluftdruck, der durch die Druckerfassungseinrichtung,
wie z. B. ein Drucksensor und dergleichen, erfasst werden kann,
kann die Düsennadel
z. B. durch ein digitales Signal der Steuerungseinrichtung derart
eingestellt werden, dass die Gemischzusammensetzung in der Dosiervorrichtung
ein stöchiometrisch
korrektes Verhältnis
annimmt.
Erfindungsgemäß weist die Durchfluss-Reguliereinrichtung
das Schließelement
auf, und die Stelleinrichtung weist das erste bewegliche Element auf.
Das erste bewegliche Element wird mit einer vom Umgebungsluftdruck
abhängigen
Vorspannungskraft beaufschlagt, wobei das erste bewegliche Element
durch eine Änderung
der Vorspannungskraft in Bewegung versetzt und dadurch das Schließelement
betätigt
werden kann.
Die Vorspannungskraft beruht auf
einer magnetischen Wechselwirkung.
Der wesentliche Vorteil der erfindunggemäßen Ausführungsform
besteht darin, dass bei einer Abnahme des Umgebungsluftdrucks erst
durch die Beweglichkeit des zweiten beweglichen Elements das daran
angebrachte zweite magnetische Teil in Richtung des ersten beweglichen
Elements bzw. des daran angebrachten ersten magnetischen Teils bewegt
wird und sich dadurch der Abstand zwischen den beiden magnetischen
Teilen verringert. Im Ergebnis verstärkt sich eine Wechselwirkung
zwischen den Magneten, was dazu führt, dass das erste magnetische
Teil durch das zweite magnetische Teil stärker angezogen wird. Hierdurch ändert sich
die Position des ersten beweglichen Elements, wodurch das mit dem
ersten beweglichen Element gekoppelte Schließelement den Kraftstoffeinlass
derart verengt, dass die Menge des durch die Kraftstoffkammer strömenden Kraftstoffs
zur Anpassung des stöchiometrischen
Verhältnisses
an die geänderte
Einsatzhöhe verringert
wird.
Bei einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
kann die Druckerfassungseinrichtung die Kammer aufweisen, und ferner
kann die Steuerungseinrichtung das zweite bewegliche Element aufweisen.
Hierbei kann das zweite bewegliche Element eine Kammer hermetisch
verschließen,
wobei zwischen dem ersten beweglichen Element und dem zweiten beweglichen
Element ein Zwischenraum vorgesehen ist der zur Umgebung hin offen
ist. Bei einer Abnahme des Umgebungsluftdrucks kommt es entsprechend
zu einer Bewegung des zweiten beweglichen Elements in Richtung des
ersten beweglichen Elements, wodurch die vorstehend beschriebene magnetische
Wechselwirkung zwischen den beiden magnetischen Teilen und die dadurch
erzielte Korrektur der einströmenden
Kraftstoffmenge erzielt wird.
Eine andere Ausführungsform einer Kraftstoff-Dosiervorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung ein aktives
Stellglied aufweist, durch das sich die Vorspannungskraft erzeugen
lässt.
Hierbei kann an dem ersten beweglichen Element ein erstes magnetisches
Teil angebracht sein, während
das Stellglied aus einem Elektromagneten gebildet sein kann, der
dem ersten magnetischen Teil gegenüberliegt, und wobei ein den
Elekromagneten durchfließender
Strom proportional zum Umgebungsluftdruck ist. Ferner kann das Stellglied mit
einer Kennfeldsteuerung elektrisch verbunden sein, die den den Elektromagneten
durchfließenden Strom
in Abhängigkeit
vom Umgebungsluftdruck einstellt.
Bei dieser Ausführungsform kann die Kennfeldsteuerung
z. B. ein analoges oder digitales elektromagnetisches Signal ausgeben,
mit dem auf Basis des gemessenen Umgebungsluftdrucks eine geeignete
Durchflutung des Elektromagneten und somit die dem Luftdruck und
dem Lastfall angemessene stöchiometrische
Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches eingestellt werden
kann.
Alle der vorstehend genannten möglichen Ausführungsformen
der Kraftstoff-Dosiervorrichtung besitzen den Vorteil, dass die
Kraftstoffmenge, die dem Ansaugkanal zum Betrieb der Brennkraftmaschine
zuzuführen
ist, bei Abnahme des Umgebungsluftdrucks automatisch auf einen kleineren Wert
eingestellt werden kann, um für
das Kraftstoff-Luft-Gemisch eine stöchiometrisch korrekte Zusammensetzung
unter Berücksichtigung
der jeweils vorherrschenden Sauerstoffkonzentration zu gewährleisten.
Die Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
1 eine
erste Ausführungsform
einer Kraftstoff-Dosiervorrichtung in einem Teilschnitt, wobei zur
Erläuterung
des Funktionsprinzips teilweise Gestaltungszonen in die Schnittebene
hereingeklappt sind;
2 eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Dosiervorrichtung
im Teilschnitt; und
3 eine
zweite Ausführungsform
einer Kraftstoff-Dosiervorrichtung im Teilschnitt.
In den 1 bis 3 sind schematisch Aufbauten
mehrerer Ausführungsformen
einer Kraftstoff-Dosiervorrichtung dargestellt. Im Folgenden sind
zunächst
die Merkmale erläutert,
die den gezeigten Ausführungsformen
gemeinsam sind.
Die Kraftstoff-Dosiervorrichtung
umfaßt
ein Gehäuse 1 sowie
einen oberen Deckel 2 und einen unteren Deckel 3.
Da das Grundprinzip einer derartigen
auch als Membranvergaser bezeichneten Kraftstoff-Dosiervorrichtung
bekannt ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
Der Kraftstoff wird von einem nicht
dargestellten Tank über
einen Einlasskanal 4 zu einer Kraftstoffkammer 5 geführt. Am
Ende des Einlasskanals 4 ist ein Kraftstoffeinlass 6 zu
der Kraftstoffkammer 5 vorgesehen, der durch eine als Schließelement dienende
Einlassnadel 7 geöffnet
und geschlossen werden kann.
Die Einlassnadel 7 wird
von einem Hebel 8, die zusammen ein Schließelement
zum Öffnen
und Schließen
des Kraftstoffeinlasses 6 bilden, wobei der Hebel 8 um
eine Achse 9 verschwenkbar ist und durch eine Feder 10 derart
beaufschlagt wird, dass die Einlassnadel 7 den Kraftstoffeinlass 6 verschließt.
Am anderen Ende des Hebels 8 ist über einen
Zapfen 11 eine als erstes bewegliches Element dienende
obere Membran 12 angekoppelt, die die Kraftstoffkammer 5 gegenüber einer
mit der Umgebung kommunizierenden Gegendruckkammer 13 trennt.
Die Membran 12 bildet somit einen Teil der Wandung der
Kraftstoffkammer 5.
Aus der Kraftstoffkammer 5 kann
der Kraftstoff über
einen Hauptkraftstoffauslass 14 für den Arbeitsbetrieb der Brennkraftmaschine
oder über
Leerlauf-Kraftstoffauslässe 15 in
einen Ansaugtrakt 16 gelangen, wo sich der Kraftstoff mit
in Pfeilrichtung heranströmender
Luft vermischt und schließlich
als Kraftstoff-Luftgemisch einer nicht dargestellten Brennkammer
der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Diese Zuführung
wird durch die Pumpbewegung eines Kolbens in der Brennkammer bewirkt,
der während
eines Ansaugtakts das Gemisch ansaugt. In dem Ansaugtrakt 16 sind
weiterhin eine Chokeklappe 16a und eine Drosselklappe 16b angeordnet,
deren Funktionsweise allgemein bekannt sind.
Die Saugwirkung durch den Kolben
bewirkt eine Druckminderung in der Kraftstoffkammer 5,
wodurch sich die Membran 12 – unterstützt durch den auf ihre Rückseite
wirkenden Umgebungsdruck in der Gegendruckkammer 13 – in das
Innere der Kraftstoffkammer 5 verlagert. Dadurch wird der
Hebel 8 gegen die Wirkung der Feder 10 verschwenkt,
so dass die Einlaßnadel 7 vom
Kraftstoffeinlaß 6 abhebt und
frischer Kraftstoff aus dem Einlaßkanal 4 nachströmen kann
bzw. durch den Unterdruck in der Kraftstoffkammer 5 eingesaugt
wird.
Sobald der Druckausgleich erfolgt
ist, bewegt sich die Membran 12 aufgrund der Unterstützung durch
die Feder 10 wieder in ihre Ausgangsstellung, wodurch der
Kraftstoffeinlaß 6 erneut
verschlossen wird.
Bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform
der Kraftstoff-Dosiervorrichtung lässt sich eine Düsennadel 17,
die in einem Durchlass 18 des Gehäuses 1 zwischen der
Kraftstoffkammer 5 und dem Ansaugtrakt 16 angeordnet
ist, mittels einer Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) derart
einstellen, dass sich mit einer dadurch variierten, dem Ansaugtrakt 16 zugeführten Kraftstoffmenge
das Kraftstoff-Gemisch auf eine stöchiometrisch korrekte Zusammensetzung
einstellen lässt,
die einer vorherrschenden Sauerstoffkonzentration in der jeweiligen Einsatzhöhe der Brennkraftmaschine
entspricht. Anders ausgedrückt,
werden durch Mittel zur Erfassung einer Änderung des Umgebungsluftdrucks,
wie z. B. Drucksensoren, Messwerte des Umgebungsluftdrucks aufgenommen
und an die Steuerungseinrichtung zur weiteren Verarbeitung ausgegeben.
Nach einer entsprechenden Verarbeitung kann die Steurungseinrichtung
z. B. digitale Steuersignale erzeugen und diese an Stellglie der
(nicht gezeigt) zum Einstellen der Düsennadel 17 ausgeben.
Die in der 2 dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform
ist gegenüber
der ersten Ausführungsform
dahingehend abgewandelt, dass die Düsennadel 17 nicht
mit einer Steuerungseinrichtung verbunden und somit lediglich manuell
einstellbar ist. Ferner ist an einer Unterseite der oberen Membran 12,
welche Unterseite sich außerhalb
der Kraftstoffkammer 5 befindet, ein erster Magnet 19 angebracht.
Im Bereich des unteren Deckels 3 ist eine als zweites bewegliches
Element dienende untere Membran 20 vorgesehen, die eine
Kammer 21 hermetisch verschließt und die sich parallel zur
oberen Membran 12 erstreckt. In Gegenüberstellung zum ersten Magneten 19 ist
auf einer Oberseite der unteren Membran ein zweiter Magnet 22 angebracht.
Die Teilschnittansicht von 2 macht deutlich, dass bei
dieser Ausführungsform
die Gegendruckkammer 13 von der oberen Membran 12 und der
unteren Membran 20 begrenzt ist, wobei die Gegendruckkammer 13 über eine
Ausgleichsöffnung 23 zur
Umgebung hin offen ist. Demnach kommt es bei einem Einsatz der Brennkraftmaschine
in gröberen Höhen, d.
h. bei einer Abnahme des Umgebungsluftdrucks und damit einem abnehmenden
Druck in der Gegendruckkammer 13, infolge des abgeschlossenen
Volumens in der hermetisch verschlossenen Kammer 21 zu
einer Bewegung der unteren Membran 20 mit dem darauf angebrachten
zweiten Magneten 22 in Richtung des an der oberen Membran 12 angebrachten
ersten Magneten 19, wodurch sich eine magnetische Wechselwirkung
zwischen den beiden Magneten 19, 22 verstärkt. Dies
hat zur Folge, dass bei einer vorbestimmten Betriebsstellung der
Brennkraftmaschine, in der die obere Membran 12 aufgrund
der Saugwirkung durch den oder die Kolben in die Kraftstoffkammer 5 hinein
verlagert ist, die Krümmung
der oberen Membran 12 infolge einer durch die magnetische
Wechselwirkung bewirkten, nach unten gerichteten Vorspannungskraft
vermindert wird, wodurch der Kraftstoffeinlass 6 über den Hebel 8 und
durch die Einlassnadel 7 verengt und somit die zugeführte Kraftstoffmenge
vermindert wird.
In der vorstehend beschriebenen Weise
wird bei vermindertem Umgebungsluftdruck automatisch erreicht, dass
das Kraftstoff-Luftgemisch infolge der erläuterten magnetischen Wechselwirkung
zwischen den beiden Magneten 19, 22 auf eine entsprechend korrigierte
stöchiometrische
Zusammensetzung mit einer entsprechend dem geringeren Sauerstoffgehalt reduzierten
Kraftstoffmenge festgesetzt wird.
Die in der 3 dargestellte zweite Ausführungsform
ist gegenüber
der erfindungsgemäßen Ausführungsform
dahingehend abgewandelt, dass anstelle der unteren Membran 20 mit
der hermetisch verschlossenen Kammer 21 im Bereich des
unteren Deckels 3 ein aktives Stellglied 24 vorgesehen
ist. Das aktive Stellglied 24 ist dabei derart in den unteren
Deckel 3 eingebracht, dass es in Gegenüberstellung zu dem an der oberen
Membran 12 angebrachten ersten Magneten 19 ist.
Bei dem aktiven Stellglied 24 handelt es sich vorzugsweise
um einen Elektromagneten.
Das Funktionsprinzip der zweiten
Ausführungsform
basiert darauf, dass mittels des Elektromagneten 24, analog
zur zweiten Ausführungsform, eine
auf die obere Membran 12 wirkende Vorspannungskraft erzeugt
werden kann, indem der Elektromagnet 24 durch einen Strom
durchflossen wird, so dass es zu einer magnetischen Wechselwirkung
zwischen dem Elektromagneten 24 und dem ersten Magneten 19 kommt.
Der Elektromagnet 24 ist dabei mit einer Kennfeldsteuerung
(nicht gezeigt) elektrisch verbunden, die den Strom, welcher den
Elektromagneten 24 durchfließt, in Abhängigkeit vom jeweiligen Umgebungsluftdruck
derart einstellt, dass dadurch das Kraftstoff-Luftgemisch an die
entsprechende Einsatzhöhe
der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. Der Umgebungsluftdruck
läßt sich
geeignet z. B. durch einen Drucksensor (nicht gezeigt) erfassen, von
dem ein Ausgabesignal in die Kennfeldsteuerung zur weiteren Verarbeitung
eingegeben wird. Ist an den Elektromagneten 24 ein entsprechender
Strom angelegt, wird der erste Magnet 19 durch die magnetische
Wechselwirkung in Richtung des Elektromagneten 24 angezogen,
wobei die Auswirkung auf den Kraftstoffeinlass 6 und die
resultierende zugeführte Kraftstoffmenge
die gleiche wie bei der zweiten Ausführungsform ist.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann
anstelle des ersten Magneten 19 auch ein Element aus Metall
vorgesehen sein, dass in gleicher Weise wie der erste Magnet 19 an
der oberen Membran 12 angebracht ist. Dieses Element aus
Metall übernimmt
hierbei die gleiche Funktion wie der erste Magnet 19 und
gewährleistet
die vorstehend erläuterte
magnetische Wechselwirkung.
Die erläuterte zweite Ausführungsform
kann dahingehend abgewandelt sein, dass der Elektromagnet 24 innerhalb
der Kraftstoffkammer 5 angeordnet ist.
In diesem Fall wäre der Elektromagnet 24 durch
die Kennfeldsteuerung derart anzusteuern, dass im Hinblick auf die
erwünschte
Korrektur der dem Ansaugtrakt zugeführten Kraftstoffmenge eine Vorspannungskraft
erzeugt wird, die der Krümmung der
Membran 12 entsprechend entgegenwirkt.
Statt des beschriebenen Elektromagneten 24 können auch
andere Stellglieder verwendet werden, die – je nach Ausführungsform – auch direkt
mit der Membran 12 verbunden sein können. Dabei eignen sich vor
allem piezoelektrische Stellglieder. Ferner können aber auch magnetostriktive,
hydraulische oder pneumatische Stellglieder, angepasst an den jeweiligen
Anwendungsfall, zweckmäßig sein.