DE1576340A1

DE1576340A1 - Laminar controlled fuel injection

Info

Publication number: DE1576340A1
Application number: DE19671576340
Authority: DE
Inventors: Enneking Dr Rer Nat Heinz; Zeyns Dr-Ing Johannes
Original assignee: ENNEKING DR RER NAT HEINZ; ZEYNS DR ING JOHANNES
Current assignee: ENNEKING DR RER NAT HEINZ; ZEYNS DR ING JOHANNES
Priority date: 1967-11-28
Filing date: 1967-11-28
Publication date: 1970-04-23

Description

Laminar gesteuerte Benzineinspritzung ------------------------------------- Zweck der Erfindung ist es, dem Motor immer unter allen Betriebsbedingungen selbsttätig ein konstantes Brennstoff-Luftverhältnis anzubieten, so daa heutigen Anforderungen in bezug auf CO-Freiheit genüge getan wird. Dieses wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der an einer Laminarstrecke im Ansaugsystem des Ottomotors auftretende Druckverlust (Meßgröße,@p ) dazu dient,. über einen pneumatischen Verstärker d@n Kraftstoffdruck an einer laminaren Einspritzdüse selbsttätig so zu regeln, daß Luft und Kraftstoff in stets gewünschtem Massenverhältnis stehen. Dieses ist gemäß der Erfindung möglich, wenn die dimensionierend wirkenden Widerstände in beiden Strömen laminaren Charakter haben, wodurch der Druckabfall :#p in beiden Strömen der Geschwindigkeit proportional wird. Es ist insbesondere kennzeichnend für dieses Verfahren, daß der Luftstrom durch einen Widerstand mit laminarer Charakteristik bemessen wird, der durch das Hagen-Poiseuillische Gesetz beschrieben wird, während bei bisherigen Meßvorrichtungen - die ein Venturirohr zur Messung benutzen - eine Druckdifferenz entsteht, die der Bernoulli-Gleichung gehorcht und dem Quadrat der Geschwindigkeit proportional ist..Im-Gegensatz zu dem Widerstand an der Laminarmeßstrecke, bei der dissipierte Energie entsteht, ist der Druckabfall am Venturirohr durch eine Umwandlung von statischem Druck in dynamischen Druck bedingt. Ferner ist es kennzeichnend für dieses Verfahren, daß-der Kraftstoffstrom sich selbsttätig gemäß den Strömungsgesetzen den Luftstrom anpaßt und daß für seine Mengenbemessung.keinerlei mechanische Regelgrößen nötig sind, wie z.8. Drosselklappenstellung und Drehzahl des Motors. Somit kann mechanischer Verschleiß - sei es an der Drosselklappe oder sei es an Dichtelementen, wie Kolbenringen und Ven-tilen - keine Verstimmung des Massenverhältnisses brin- gen.Laminar fuel injection ------------------------------------- The purpose of the invention is to keep the engine running to automatically offer a constant fuel-air ratio under all operating conditions, so that today's requirements with regard to CO-free are met. This is achieved according to the invention in that the pressure loss (measured variable, @ p) occurring at a laminar section in the intake system of the gasoline engine is used. Using a pneumatic amplifier to automatically regulate the fuel pressure at a laminar injection nozzle in such a way that air and fuel are always in the desired mass ratio. This is possible according to the invention if the dimensioning resistances in both flows have a laminar character, whereby the pressure drop: #p in both flows is proportional to the speed. It is particularly characteristic of this method that the air flow is measured by a resistance with laminar characteristics, which is described by the Hagen-Poiseuillian law, while with previous measuring devices - which use a Venturi tube for measurement - a pressure difference arises which the Bernoulli Obeys equation and is proportional to the square of the speed. In contrast to the resistance at the laminar measuring section, where dissipated energy occurs, the pressure drop at the venturi is caused by a conversion of static pressure into dynamic pressure. It is also characteristic of this method that the fuel flow automatically adapts to the air flow in accordance with the laws of flow and that no mechanical control variables are necessary for its quantity measurement, such as e.g. Throttle position and engine speed. This means that mechanical wear - be it on the throttle valve or on sealing elements such as piston rings and valves - can not cause the mass ratio to go wrong .

Die Variation der Dichte-der angesaugten Luft infolge verschiedenen Barometerstandes oder verschiedener Temperatur wird durch ein temperatur- und druckfühliges Glied automatisch ausgeregelt. Ebenso wird die Zähigkeit des Brennstoffes-gemessen und in den Regelvorgang mit ehbezogen. Um Fehler@in der Gemischvexteilung zu verhindern, kann jeder Zylinder durch eine laminare Brennstoffdüse ver- sorgt werden. The variation in the density of the air drawn in as a result of different barometer levels or different temperatures is automatically regulated by a temperature and pressure sensitive element. The viscosity of the fuel is also measured and included in the control process. In order to prevent errors @ in Gemischvexteilung, each cylinder can be a laminar fuel comparable provides.

Bei den Vergasern mit unveränderlichem Luftmeß- und Brenn- stoffquerschnitt wird in einer im Saugrohr angeordneten Querschnittsverengung durch die vom Motor angesaugte Luft ein Druckgefälle erzeugt, durch das der Kraftstoff von einem durch Schwimmer oder eine Druckkammer, die durch Membranen oder dgl. gesteuert wird, konstant gehaltenem Druckniveau ausfließt. In the carburetors with steady Luftmeß- and fuel cross-section is produced in an arranged in the intake pipe cross-sectional constriction by the sucked in by the engine, a pressure gradient, through which the fuel from a constant by which is controlled by membranes or the like. Swimmer or a pressure chamber, maintained pressure level flows out.

Da sich dis Luftgewicht bei konstant gehaltener Dichte ,der ansaugenden Luft proportional der Geschwindigkeit, Idas in der Querschnittsverengung erzeugte Druckgefälle je- doch proportional dem Quadrat-der Geschwindigkeit ändert, ergibt sich mit zunehmender Luftgeschwindigkeit eine An- reicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, während bei quadratisch abnehmendem Druckgefälle die Saugwirkung des Vergasers und damit verbunden die Brennstoffzerstäubung rasch abnimmt. Diese Gesetzmäßigkeit machte beispielswei- se auch die Anordnung der Leerlaufvorrichtung nötig, die an der Drosselklappenkante mündet und eine zweite Mischstelle für Luft und Brennstoff darstellt. Hierbei ist die Brennstoffzufuhr von dem Unterdruck an dieser Misch- stelle abhängig, der ganz verwickelten Gesetzen folgt. As dis air weight at constant density, the suction air proportional to the velocity, Ida JE in the cross-sectional constriction generated pressure gradient but proportional to the square of the speed changes, arises with increasing air velocity a check enrichment of the fuel-air mixture, while if the pressure gradient decreases by the square, the suction effect of the carburetor and the associated fuel atomization decrease rapidly. This principle also made it necessary, for example, to arrange the idling device, which opens at the edge of the throttle valve and represents a second mixing point for air and fuel. Here, the fuel supply should be returned depending on the vacuum at this mixing, the whole complex laws follows.

So kommt es, daß die Gesetze zwischen dem Brennstoff- und Luftdurchsatz erheblich voneinander abweichen, weil 1.) durch das Hinzutreten der Leerlaufvorriehtung eine erhebliche Störung eintritt, und 2.a weil die Brennstoffdüsen eine mehr oder weniger lineare Charakteristik haben. So it happens that the laws between the fuel and air throughput differ considerably from one another , because 1.) the addition of the idling device causes a considerable disturbance, and 2.a because the fuel nozzles have a more or less linear characteristic.

Um das Mischungsverhältnis annähernd konstant zu halten, sind Maßnahmen zur Verringerung der ausfließenden Kraftstoff- menge erforderlich, die im allgemeinen in der Anordnung von Bremsluftdüsen, in der Aufteilung der Kraftstoffzu- führung durch mehrere Düsen, die bei verschiedener Bela- stung des Motors in Tätigkeit treten, oder in einer Dros- selung in der Kraftstoffleitung zwischen Schwimmer bzw. Druckkammer und Kraftstoffdüse oder ähnlichen Maßnahmen besehen. In order to keep the mixing ratio approximately constant, measures for reducing the outflowing quantity of fuel required, the guide generally in the arrangement of brake air nozzles, in the division of Kraftstoffzu- by a plurality of nozzles at various Bela- the motor stung in activity occur , or in a restriction in the fuel line between the float or pressure chamber and the fuel nozzle or similar measures.

Bei diesen Vergasern wird also eine Gesetzmäßigkeit, die an sich eine falsche Kraftstoffzumessung bewirken muß, durch konstruktive Maßnahmen so abgeändert, daß mehr oder weni- ger befriedigende Ergebnisse erzielt werden können. In these carburettors, a law which per se must cause incorrect fuel metering is modified by structural measures in such a way that more or less satisfactory results can be achieved.

I Ferner ist eine elektronische Einspritzung bekannt gewor- den, bei der die Brennstoffzufuhr nach Maßgabe der Motor- charakteristik und der Drehzahl Und der Drosselklappenetellung bemessen wird. In addition, an electronic injection system has become known in which the fuel supply is measured according to the engine characteristics and the speed and the throttle valve position .

Erfindungsgemäß werden nur lineare Strömungsgesetze in ddn Regelkreis eingebaut, so daß gesetzmäßig immer.der Brennstoff richtig zugemessen wird und das Mengengrößen- verhältnis um das Verhältnis der induzierten Leistungen günstiger ist als bei bisherigen Anordnungen. Damit sind obige Nachteile vermieden und alle Voraussetzungen für eine einwandfreie Funktion gegeben.According to the invention , only linear flow laws are built into the control loop so that the fuel is always correctly metered according to the law and the ratio of the quantity to the ratio of the induced powers is more favorable than in previous arrangements. This avoids the above disadvantages and meets all the requirements for proper function.

Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dient eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch: a) eine Lamineratsrecke im Ansaugkanal, die im ganzen Betriebsbereich einen Druckabfall proportional der Strömungsgeschwindigkeit erzeugt, wobei die kritische Reynoldszahl nicht überschritten werden darf -falls nicht besondere Effekte,-wie z.B. Überfettung bei Vollast gewünscht werden; b) eine Laminarstrecke für die Brennstoffzumessung, bei der der zugemessene Brennstoff wiederum im ganzen Arbeitsbereich proportional dem Brennstoffdruck p ist. Das ist möglich, wenn Ap d.h. der Druckabfall i der Brennstoffdüse gekenn§eichnet durch das Hagen-Poiseuillische Gesetz groß ist gegenüber dem dynamischen Druckabfall; c) einen Druckverstärker, dessen Aufgabe es ist, den Druck so zu verstärken, daß das für b) geforderte Druckverhältnis zur Verfügung steht und daß Druckschwankungen . an der Brennstoffdüse, verursacht durch Instabilitäten der Strömung oder durch Beschleunigungsvorgänge und Resonanzerscheinungen, so klein bleiben im Verhältnis zum aufgeprägten Brennstoffdruck, daß die geforderte Genauigkeit der Brennstoffdosierung erreicht wird; d) eine Meßvozrichtung zur Messung der Zähigkeit des Brennstoffs und eine Regelvorrichtur- zur Anpassung von Zähigkeitsunterschieden des Brennstoffs verschiedener Fabrikanten an eine.normierte Temperatur; e) eine gasgefüllte barometrische Dose, die multiplikativ derart in den Regelvorgang eingreift, daß atmosphäri- sche Schwankungen von Luftdruck und -temperatur selbst- tätig aasgeregelt werden; f) einer Förderpumpe mit nachgeschalteter Dämpfungsstrecke. (a - f) sichern konstantes Mischungsverhältnis unabhängig von Drehzahl, Drosselklappenstellung, atmosphärischem Druck, Umgebungstemperatur sowie von Brennstoffen mit verschiedenen Zähigkeiten.A device is used to carry out the method according to the invention, which is characterized by: a) a lamination section in the intake duct, which generates a pressure drop proportional to the flow rate over the entire operating range, whereby the critical Reynolds number must not be exceeded - if not special effects, such as Eg excessive greasing at full load is desired; b) a laminar section for the fuel metering, in which the metered fuel is in turn proportional to the fuel pressure p over the entire working range. This is possible if Ap, ie the pressure drop i of the fuel nozzle, identified by the Hagen-Poiseuillian law, is large compared to the dynamic pressure drop; c) a pressure booster, the task of which is to increase the pressure so that the pressure ratio required for b) is available and that pressure fluctuations. at the fuel nozzle, caused by flow instabilities or by acceleration processes and resonance phenomena, remain so small in relation to the fuel pressure applied that the required accuracy of the fuel metering is achieved; d) a measuring device for measuring the viscosity of the fuel and a control device for adapting the viscosity differences of the fuel from different manufacturers to a standardized temperature; e) a gas-filled barometric can which engages in the control process multiplicative such that atmospheric-specific fluctuations of air pressure and temperature aasgeregelt self-acting are; f) a feed pump with a downstream damping section. (a - f) ensure a constant mixing ratio regardless of speed, throttle valve position, atmospheric pressure, ambient temperature and fuels with different viscosity.

g) Gegebenenfalls können Zusätzliche Regelgrößen wie z.B. Kaltstart oder Überdrehmoment mittels eines Magneten oder einer Druckdose auf den Druckverstärker gegeben .werden.g) If necessary, additional control variables such as cold start or overtorque can be given to the pressure booster by means of a magnet or a pressure cell.

Ausführungsbeispiel einer laminar gesteuerten Benzineinspritzvorrichtung zeigt-die folgende Beschreibung. Die von einem Otto-Motor angesaugte Luft durchströmt die Laminarstrecke (1). Der an dieser Laminarstrecke auftretende Druckabfall wirkt über zwei weitere Laminarstrecken (2a) und (2b) auf den Druckverstärker (2) und erzeugt dort den für die Brennstoffdüse (3) erforderlichen, verstärkten Brennstoffdruck.Embodiment of a laminar controlled gasoline injection device shows-the following description. The one sucked in by a gasoline engine Air flows through the laminar section (1). The one occurring at this laminar line Pressure drop acts on the pressure booster via two further laminar sections (2a) and (2b) (2) and there generates the reinforced one required for the fuel nozzle (3) Fuel pressure.

Mit Hilfe des Magneten Mg (2c) können zusätzliche Regelgrößen auf den Regelkreis einwirken.With the help of the magnet Mg (2c), additional controlled variables can be generated affect the control loop.

Die Zähigkeitsmeßvorrichtung (4) besteht aus einer Zähigkeitsmeßstrecke (4a), die-vom Brennstoff mit konstanter Geschwindigkeit durchströmt wird. Zur Erzeugung konstanter Strömungsgeschwindigkeit dient eine Konstantstrom-Regelstrecke, bestehend aus einer Strömungsgeschwindigkeitsmeßstrecke (4b) mit turbulenter Charakteristik und einem druckfühligen pneumatischen Regler (4c). Die an der Zähigkeitsmeßstrecke (4a) auftretende, der Zähigkeit proportionale Druckänderung erzeugt an dem Federmembranregler (4d) eine Verschiebung, die über den multiplakativ wirkenden Luftdruck und -temperaturregler, bestehend aus der luftgefüllten Druckdose (5),auf das Laminare Regelventil (6) wirkt und multiplakativ den Regeldruck des Druckverstärkers beeinflußt.The toughness measuring device (4) consists of a toughness measuring section (4a) through which the fuel flows at a constant speed. To the generation A constant flow control system is used to maintain constant flow velocity from a flow velocity measuring section (4b) with turbulent characteristics and a pressure-sensitive pneumatic controller (4c). The one on the toughness measuring section (4a) occurring, the viscosity proportional pressure change generated on the spring diaphragm regulator (4d) a shift that occurs via the multiply acting air pressure and temperature regulator, consisting of the air-filled pressure cell (5) on which the laminar control valve (6) acts and multiply influences the regulating pressure of the pressure booster.

Der Kraftstoff wird in üblicher Weise einem Tank (7) mittels einer Brennstoffpumpe (8) entnommen und über eine Drossel den Verbrauchern zugeführt.The fuel is in the usual way a tank (7) by means of a The fuel pump (8) is removed and fed to the consumers via a throttle.

Claims

Claims: 1. Device for a laminar controlled gasoline injection, characterized by a laminar measuring section (1), a pressure booster (2) and a laminar fuel metering nozzle (3) 2. Device according to claim 1, characterized in that a spring is also attached to the pressure booster which, acting in an additive manner, enables an exact idle setting. 3. Apparatus according to claim 1, characterized in that a magnet (2c) is additionally provided on the pressure booster (2) in order to include additional control variables such as cold start and overtorque in the control loop. 4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the Zähigkeitsmeßvorrichtung (4) Zähigkeitsänderun- of the fuel taken into account. 5. Apparatus according to claim marked, that the viscosity regulator (4) @and the air pressure and

-Temperature controller simultaneously regulates changes in viscosity of the fuel, caused by temperature changes.