-
-
Vorrichtung zur Mengenregelung eines in einen Verbrennungsmotor eingespritzten
Kraftstoffes Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Regelung des Verhältnisses
des Brennstofl-LuSt-Gemisches für einen Verbrennungsmotor mit Einspritzsystem, insbesondere
mi Benzineinspritzung, bei dem die Regelung durch Unterdruck erfolgt.
-
Bei den bekannten, durch Unterdruck betriebenen Regelungseinrichtungen
erfolgt die Dosierung des Kraftstoffes ausgehend von der eingenommenen Lage einer
Membran Letztere ist einerseits dem atmosphärischen Druck und andererseits dem in
dem Ansaugstutzen herrschenden Druck ausgesetzt. Die durch den Unterschied der beiden
Drücke entstehende Eraft-wird durch die Wirkung einer Zug- oder Druckfeder ausgeglichen.
-
Auf diese Weise entspricht jedem Wert des in dem Ansaugstutzen herrschenden
absoluten Druckes, d.h. einer bestimmten angesaugten Luftmenge eine bestimmte Stellung
der Membran und folglich eine ebenfalls genau festgelegte Menge des eingespritzten
Kraftstoffes.
-
Wenn sich aber der atmosphärische :Druck für denselben Einlaß druck
ändert, wirkt nicht mehr dieselbe resultierende Kraft auf die Plembran; die Gleichgewichtslage
der Membran wird geändert und das Nischungsverhältnis bleibt nicht konstant. Da
feh#lende Gleichgewicht kann in großen Höhenlagen von Bedeutung sein, wenn die Einstellung
für das Meeresniveau vorgenoxen wurde.
-
Eine Lösung zur Beseitigung des Einflusses von atmosphärischen Druckveränderungen
könnte darin bestehen, die Membran durch eine dem Einlaßdruck ausgesetzte Luftdruck-Meßdose
(Aneroidbarometer) zu ersetzen, so daß jeder Gleichgewichtsstellung der Dose eine
genau festgelegte eingespritzte Eraftstoffmenge entsprechen würde Leider ist der
Nutzhub einer Luftdruck-Meßdose mit vernünftigen Abmessungen gering, wodurch es
nicht möglich ist, eine ausreichende Empfindlichkeit| und Genauigkeit zu erzielen
Die Erfindung verfolgt das Ziel, bei einer Vorrichtung zur Mengenregelung eines
in einen Verbrennungsmotor eingespritzten Rraftsbffes die unerwünschte Einwirkung
der atmosphärischen Druckveränderungen zu beseitigen.
-
Es wird bei der Erfindung ausgegangen von einer Vorrichtung mit einer
verformbaren Membran, die auf einer ihrer Seiten dem Druck in der llnsaugleitung
ausgesetzt ist und auf einen Nocken zur XeOellmg des in Abhängigkeit des Einlaßdruckes
eingespritzben Kraftstoffes rnrktO Gemäß der Erfindung ist die zweite Seite der
Membran mit einer Kammer verbunden, die einerseits durch eine erste Düse mit der
Atmosphäre und andererseits durch eine zweite Düse mit dem Ansaugstutzen in Verbindung
steht, wobei wenigstens eine der Düsen einen in Abhängigkeit vom atmosphärischen
Druck regelbaren Querschnitt aufweist, so daß die zweite Seite der Membran einem
zwischen dem Einlaßdruck und dem atmosphärischen Druck liegenden Druc ausgesetzt
ist, In weiterer Ausbildung der Erfindung enthält die einstellbar Düse ein mit einer
Luftdruck-Meßdose verbundenes Verschlußstück.
-
Bei einer ersten Ausführungsform ist gemäß der Erfindung die Düse
für die Verbindung zur Atmosphäre einstellbar und so ausgebildet, daß bei Abfall
des atmosphärischen Druckes der
Querschnitt der Düse zunimmt. Diese
Lösung ermöglicht es, im Leerlauf die Drehzahl und das Nischungsverhältnis konstant
zu halten.
-
Bei einer zweiten Ausführungsform ist gemäß der Erfindung die mit
dem Ansaugstutzen in Verbindung stehende Düse einstellbar und so ausgeführt, daß
der Querschnitt der Düse im selben Naße abnimmt wie der atmosphärische Druck.
-
Schließlich ist eine Ausführung möglich, bei der beide Düsen einstellbar
sind.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf der Zeichnung dargestellt
und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht der
gesamten Vorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform, Fig. 2 ein Schaubild,
das das Verhältnis zwischen den auf jeder der beiden Seiten der Membran wirkenden
Drücke angibt, Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform einer Düse, bei der der
Querschnitt in Abhängigkeit vom atmosphärischen Druck einstellbar ist, in einem
Längsschnitt, Fig. 4 4 eine weitere Ausführungsform einer einstellbaren Düse in
einem Längsschnitt und Fig. 5 eine weitere Ausführungsform, bei der beide Düsen
einstellbar sind, ebenfalls in einem Längsschnitt.
-
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Vorrichtung
im wesentlichen ein aus einem Körper 1a und einer Verschlußkappe 1b oestehendes
Gehause 1 Der Körper
und die Verschlußkappe sind mit Hilfe von Flanschen
2a und 2b miteinander verbunden, wobei die Flansche 2a, 2b durch hier nicht dargestellte
Schrauben oder Bolzen zusammengeschraubt sinde Zwischen den beiden Flanschen liegt
der Rand einer verformbaren Membran 3, die mit der inneren Wandungder Kappe 1b eine
erste Kammer 4 bildet, Wobei die Kammer durch einen Kanal 5 mit einer kleinen Kammer
6 verbunden ist.
-
Letztere steht einerseits durch eine erste Düse 7 mit einstellbarem
Querschnitt mit der Atmosphäre und andererseits durch eine zweite Düse 8 mit konstantem
Querschnitt und eine Kanal 9 mit einer im Ansaugstutzen 11 des rotors hinter der
Drosselklappe des Motors vorgeeehenen oeffnung 10 in Verbindung.
-
Der Querschnitt der Düse 7 ist durch eine mit einem der Böden einer
Luftdruck-Meßdose 14 festverbundenen Nadel 13 einstellbar, wobei der andere Boden
auf einem mit der rammer 6 festverbundenen Stützkörper 15 befestigt ist. Die ganze
Anordnung ist so vorgesehen, daß ein Sinken des atmosphärischen Druckes die Rückstellung
der Nadel 13 und demzufolge eine Querschnittsvergrößerung der Düse hervorruft.
-
Der Körper 1a des Gehäuses 1 weist eine mit der Membran 3 eine zweite
Kammer 17 abgrenzende Querwandung 16 auf, wobei die Kammer 17 durch einen Kanal
18 und einer im Ansaugstutzen 11 des Motors ebenfalls hinter der Drosselklappe 12
vorge sehenen Druck-Eingangsöffnung 19 verbuadedtst.
-
Die Wandung 16 ist mit einer Bohrung 20 versehen, in der die Stange
21 eines in der Kammer 17 befindlichen, mit der Membran 3 festverbundenen Kolbens
gleitet. Zwischen der Wandung 16 und dem Kolben 22 ist um die Kolbens tange 21 herum
eine schraubenförmige Druckfeder 23 angeordnet.
-
Das freie Ende der Kolbenstange 21 wirkt auf eine Einrichtung zur
Steuerung der Mengenleistung einer Einspritzpumpe. Die Steuereinrichtung enthält
in bekannter kise einen durch eine
Stößel 25 gesteuerten Tauchkolben
24, wobei der Stößel selbs durch einen Drehnocken 26 betätigt wird. Die Änderung
der be jedem Kolbenhub 24 eingespritzten Kraftstoffmenge erfolgt, indem die Stellung
des Anschlages 27 für die Rückführung des Kolbens geändert wird, wobei die Rückführung
unter der Einwirkung einer Feder 28 erfolgt. Der Anschlag 27 besteht aus einem Schwinghebel
29, dessen freies Ende eine gekrümmte Schräge 30 mit passendem Profil aufweist,
an der das Ende der mit zwei Kugeln versehenen Stange 21 anliegt, wobei die eine
Kugel 31 auf der genannten Schräge abrollt, wahrend die andere Kugel 32 auf einer
geraden, an dem Gehäuse vorgesehenen Auflagefläche 33 abrollt.
-
Die Arbeitsweise dieser Anordnung wird anhand des Schaubildes der
Fig. 2 näher erläutert, in dem auf den Abszissen die in dem Ansaugstutzen und demzufolge
in der Kammer 17 herrschenden Druckwerte P und auf den Ordinaten der in der Kammer
4 zur Wirkung kommende Gegendruck Q, aufgetragen sind. Plan erkennt, daß für sämtliche
Punkte der Winkelhalbierenden O - X der Gegendruck Q = P ist.
-
einen Für atmosphärischen Bezugsdruck Pa entsprechend einem am Meeresspiegel
normalen atmosphärischen Druck ist die Veränderung des Gegendruckes Qin Abhängigkeit
von P, Q = f (P) durch eine kennlinie in Form einer Parabel dargestellt. Diese kennlinie
schneidet die Gerade O-X im Punkt a, bei dem Q=P=Pa ist.
-
Unter Berücksichtigung der Einstellung der Feder 23 nimmt der Anschlag
27 eine Stellung ein, die theoretisch der maximalen Kraftstoffzuführu g entspricht,
bei der die Drossolklappe ganz offen ist.
-
Für-jeden gegebenen, unterhalb Pa liegenden Wert ist die auf die Membran
wirkende resultierende Kraft, die die Lage der Membran bestimmt, dem Unterschied
zwischen den Werten
des entsprechenden Gegendruckes und des in Frage
kommenden Einlaßdruckes proportional. So zeigt die Linie AB für einen bestimmten
Wert P1 des Einlaßdruckes und demzufolge einen Wert Q des Gegendruckes die Differenz
Q1 - P10 Diese Differenz entspricht bis auf einen Koeffizienten der Verstellung
der Membran 3 und bestimmt demzufolge die neue Menge des eingespritzten Kraftstoffes
oder anders ausgedruckt, die Ver änderung der Membran wenn der Einlaßdruck von einem
Wert Pa auf einen geringeren Wert P1 absinkt.
-
Man erkennt, daß ohne Korrektur bzw. Veränderung der Düse, daß heißt
bei konstantem Querschnitt der Düse 7 ein Absinken des atmosphärischen Druckes von
Pa auf P'a eine Verschiebung der Kennlinie Q=f (P) von I auf II zur Folge hätte,
wobei der Punkt a' der Beziehung P=Q=P'a entspricht~ und der Wert der Kraftstoffmenge
für einen gleichen Wert; wie z.B. P1 des Einlaßdruckes nicht konstant bleiben würde;
die neue Kraftstoffmenge würde dann der nur mit der geraden A-B übereinstimmenden
Geraden A-C entsprechen. Da aber der auf die Luftdruck-Meßdose wirkende Abfall des
atmosphärischen Druckes eine Rückstellung der Nadel 13 und demzufolge eine Vergrößerung
der Durchlaßöffnung der Düse 7 hervorruft, ergibt sich eine Verringerung des Leistungsverlustes
durch die Düse und eine Verschiebung der Kennlinie Q = f (P) z.B.
-
von II auf III, so d di betrachtete Gerade für den Druck P1 AD >
AC wird.
-
Außerdem wird die Kraftstoffzufuhr dank der Erfi-ndung wenige störungsanfällig.
-
Theoretisch könnte man durch eine geeignete Abmessung der Luftdruck-Meßdose
14 und der Nadel 13 die Kennlinie in der Weise, wie es durch IV angegeben ist, verändern,
so daß für den Schnittpunkt E der Kennlinie I und IV der Gegendruck Q und demzufolge
das Verhältnis des Kraftstoffgemisches tro-t;z des Absinkens des atmosphärischen
Druckes von P auf P1 konstant bleiben würde. Außerdem könnte man =o verfahren,
daß
der Punkt E dem Leerlauf des Motors~entspricht, da es für diese Drehzahl nicht mehr
besonders wünschenswert ist, sich dem idealen Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu nähern.
Der Punkt E würde dann den Drücken Pr und Qr des Leerlaufs entsprechen somit Man
würde wieder für den Leerlauf in der Kraftstoffzufuhr die ideale Dosierung erhalten.
-
Unter Berücksichtigung dieser Betrachtungen könnte man theoretisch
das gesuchte Ergebnis erzielen, indem man im Leerlauf die Drosselklappe 12 vollständig
schließt, wobei die gesamte Luft durch den Düsenweg 7 in die Kammer 6, die Düse
und die Leitung 9 eingelassen wird. Außerdem könnte man das gesuchte Ergebnis erhalten,
indem man durch Versuche die Abmessungen der Luftdruck-Meßdose 14 und der Nadel
13 so wählt, daß die Verstellung der Nadel den Gegendruck Qr im abgedrosselten Zustand
bei beliebigem atmosphärischen Druck aufrechterhält.
-
Unter diesen Bedingungen und da der Querschnitt der Düse 8 konstant
ist, würde man ebenfalls die Zuführungsmenge der Luft aufrechterhalten und demzufolge
die Drehzahl und das Leerlauf-Mischungsverhältnis beibehalten.
-
In Wirklichkeit aber,wenn man in Höhenlagen den Leerlauf mit konstanter
Drehzahl und konstantem Mischungsverhältnis aufrecht erhalten will, ist es erforderlich,
den Arbeitspunkt für diese Drehzahl aus folgenden Gründen im Schaubild etwas zu
verschieben: Einerseits ist die zum Ausstoßen der verbrannten Gase erforderliche
Arbeit in Höhenlagen geringer, da der atmosphärische Druck ebenfalls geringer ist;
demzufolge wird, wenn man dieselbe Buftmenoe und folglich dieselbe Brennstoffmenge
wie am heeresspiegel zuführt, die Drehzahl des Motors, der weniger zu leisten hat,
zunehmen. Man muß folglich das eingelassene Mischungsverhältnis verringern und dafür
den Einlaßdruck ver-
mindern. Andererseits verringert sich das Gewicht
des im Zylinder zurückgebliebenen verbrannten Gases am Auspuff ende ebenso wie der
atmosphärische Druck, und folglich ist die Füllung bei konstantem Einlaßdruck um
so besser; man erhält also um somehr,Luft als der atmosphärische Druck abnimmt und
dies ohne entsprechenden Anstieg der Erafistoffnenge.
-
Man muß also den Einlaßdruck wieder vermindern, ohne aber die eingespritzte
Benzinmenge zu verringern.
-
Anhand der Fig. 2 erkennt man, daß, wenn Pr den Einlaßdruck für den
Leerlauf beinormalem atmosphärischem Druck Pa darstellt, der erforderliche Einlaßdruck
durch P!r dargestellt wäre, um die Lei#stungsverringerung des Motors auszugleichen
Die Gerade A'B' sbilt dann die jeweilige Lage der Membran dar und demzufolge die
Kraftstoffmenge für-diesen neuen Druck wie beim atmosphärischen Druck Pa Um aber
ebenfalls die Verbesserung der Zuführung auszugleichen und die Luftmenge auf das
MaB zu bringen wie es beim normalen atmosphärischen Druck für diesen Einlaßdruck
P'r sein würde, muß man erneut den Einlaßdruck P'r auf P" r verringern, ohne dabei
jetzt die Kraftstoffmenge zu verändern.
-
Man erkennt, daß für einen Einlaßdruck P"r und einen atmosphärischen
Druck P'a die der Kraftstoffmenge entsprechende Lage der Membran dieselbe sein muß
wie für einen Einlaßdruck P'r und einen normalen atmosphärischen Pa, wobei die Lage
der Membran demzufolge durch die Gerade A1 n A'3' definiert ist.
-
Die ideale Kennlinie Q=f (P) wird also-schließlich durch den Punkt
F laufen, durch den auch die höher liegende Kennlinie III verläuft. Praktisch erzielt
man dieses -Ergebnis wiefolgt: Damit der Einlaßdruck von den Wert Pr auf P1 r absinkt,
ge-
nügt es, im Leerlauf einen Xeil der Luft durch die Drosselklappe
12 einzulassen, indem ein geeignetes Verhältnis zwischen der durch die Düsen eingelassenen
Luftmenge - die in Abhängigkeit des atmosphärischen Druckes berichtigt wird -und
der durch die Drosselklappe hindurchströmenden Luftmenge festgelegt wird, wobei
letztere keiner Korrektur unterworfen ist, sondern unmittelbar vom Außendruck abhängt.
-
Um trotz des Druckabfalles von Pr auf P' 1r das Mischungsverhältnis
aufrecht zu erhalten, genügt es, den-Gegendruck Q durch Veränderung des Querschnittes
der Düse 7 in geeigneter Weise einzustellen. Man kann ebenfalls einen weiteren bedeutsamen
Vorteil der Einrichtung erkennen, der durch die Veränderung des Gegendruckes in
Form einer Parabel und in Abhängigkeit des Einlaßdruckes P bestimmt ist. Die einerseits
durch den Unterschied zwischen dem Gegendruck und dem Einlaßdruck, dessen Kennlinie
eine Parabel ist, und andererseits durch die gegenwirkende Feder 17 mit linearer
Kennlinie entstandene Verstellung der Membran 3 verläuft ebenfalls in Abhängigkeit
von dem Einlaßdruck in Form einer Parabel.
-
Somit ist die Verstellung der Membran für dieselbe Veränderung des
Binlaßdruckes und für geringere Werte des Einlaßdruckes bedeutsamer, wodurch die
Regelungseinrichtung eine größere Empfindlichkeit im Loerlauf und bei geringer Arbeitsleistung
erhält.
-
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der verstellbaren, das Luftdruck-Nachstellsystem
bildenden Düse: Letztere enthält einen Körper 34, in welchem die untereinander und
mit-der Kammer 6 in Verbindung stehenden Kanäle 35 und 36 enthalten sind.
-
Der Kanal 35 steht ständig über die konstante Düse 37 mit der Atmosphäre
in Verbindung, während die Verbindung des Kanals 36 mit der Atmosphäre durch einen
Schieber 38 ge-
steuert wird. Letzterer wird durch die am Körper
34 durch einen Bügel 39 befestigte Luftdruck-Meßdose 14 betätigt. Die Verbindung
zwischen dem Schieber und der Dose 14 ist durch eine Stange 40 gesichert, gegen
die der Schieber durch die Feder 41 gedrückt wird.
-
Der Schieber 38 weist mindestens eine Bohrung 7a auf, die be normalem
atmosphärischem Druck tangential zum Rand einer Aussparung 42 verläuft, wobei der
Kanal 36 so in diese Aus sparung mündet, daß keine Luft durchströmen kann. -Die
Ausführung der Bohrung 7a muß in der Weise vorgesehen sein, daß beim Abfall des
atmosphärischen Druckes, wodurch der Schieber betätigt wird, durch eine Vergrößerung
des Durchgangsquerschnittes der entsprechende Gegendruck auf die Membran 3 aufrecht
erhalten bleibt (Fig. 1).
-
Dies kann ebenfalls erreicht werden, indem man die Bohrung 7a durch
eine stufen- bzw. reihenweise Anordnung von Bohrungen mit passenden Durchmessern
an entsprechenden Stellen ersetzt Fig. 4 zeigt den Fall, bei dem die zweite Düse
einstellbar, und die mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Düse 7 nicht einstellbar
ist, und wie der Kanal 5 in die Kammer 6 mündet.
-
Letztere ist durch die einstellbare Düse, bestehend aus -einer im
Schieber 38 a vorgesehenen Bohrung 8 a, mit dem Kanal 8 verbunden, wobei der Schieber
38 a den Gegenwirkungen einer Luftdruck-Meßdose 14 und einer Feder 41 ausgesetzt
ist. Die Anordnung ist so vorgesehen, daß eine Verminderung des atmosphärischen
Druckes durch Vt;ellen des Schiebers eine Verringerung des Öffnungsquerscbnittes
durch die Düse 8 a bewirkt, so daß' der Gegendruck auf die Membran 3 für eine bestimiate
Drehzahl, vorzugsweise fur den LeerLauf
trotz der atmosphärischen
Druckveränderungen konstant bleibt.
-
Schließlich zeigt Fig. 5 ein Beispiel, bei dem die beiden Düsen 7a
und 8 a in entgegengesetzter Weise i.n Abhängigkeit von dem atmosphärischen Druck
regelbar sind. Die genannten Düsen sind in dem Schieber 38 b vorgesehen, der den
Gegendrücken des Gehäuses 14 und einer Feder 41 ausgesetzt ist.
-
Die Erfindung ist keineswegs auf die hier dargestellten und beschriebenen,
nur als Beispiele ausgewählten Ausführungsformen beschränkt.
-
Patentansprüche