DE1961438B2

DE1961438B2 - Drehzahlsteuerungseinrichtung für eine Kraftmaschine zur Steuerung der Leerlauf drehzahl

Info

Publication number: DE1961438B2
Application number: DE1961438A
Authority: DE
Inventors: Brian Hugh Coventry Warwickshire Croft (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Brico Engineering Ltd
Current assignee: Federal Mogul Coventry Ltd
Priority date: 1968-12-06
Filing date: 1969-12-08
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE1961438C3; GB1282880A; JPS4940886B1; US3661131A; DE1961438A1; FR2025516A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlsteuerungseinrichlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die CH-PS 1 75 113 ist schon eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Leerlaufdrehzahl von Brennkraftmaschinen bekannt, die einen Elektromagneten und ein in die Vergaservorrichtung integriertes Ventil aufweist, das durch den beweglichen Eisenkern des Elektromagneten betätigt wird. Der Elektromagnet ist ferner Darallel zu einem Ladeschalter des Motors geschaltet, der den Stromkreis zwischen der Fahrzeugbatterie und einem Dynamo schließt bzw. öffnet. Im Start- bzw. Leerlaufzustand d>s Motors ist der Elektromagnet infolge des geöffneten Ladeschalters

"> erregt, so daß das Ventil geschlossen ist, um das für die Leerlaufdrehzahl erforderliche Leerlaufgemisch herzustellen. Liegt die Motordrehzahl bei geschlossener Drosselklappe über der Leerlaufdrehzahl, so wird über das erwähnte Ventil ein Zusatzluftstrom in den

ίο Leerlaufgemischkanal eingeführt, um das Gemisch ärmer zu machen. Dabei hat die Stellung der Drosselklappe direkt keinen Einfluß auf das Ventil, sondern nur indirekt einen Einfluß auf den durch das Ventil strömenden Zusatzluftstrom, nämlich in Abhän- > gigkeit davon, ob der Ladeschalter geschlossen ist oder nicht.

Diese bekannte Einrichtung dient dem Zweck, Kraftstoff zu sparen, wenn die augenblickliche Motordrehzahl bei geschlossener Drosselklappe höher liegt als die einmal eingestellte Leerlaufdrehzahl. Hierzu ist die Einrichtung in das Vergasersystem integriert und wirkt daher innerhalb dieses Systems zwangsläufig mit diesem zusammen. Die Einrichtung bewirkt über ihr Ventil, daß lediglich bei Abfallen der fraglichen Motordrehzahl Zusatzluft in den das übliche Leerlaufgemisch führenden Leerlaufkanal gegeben wird, da nur dann das Ventil geöffnet ist. 1st die Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl abgesunken, bewirkt der sich nun öffnende Ladeschalter die Erregung des Elektromagne-

i" ten und somit ein Schließen des Ventils mit der Folge einer Unterbrechung der Zusatzluftzufuhr, so daß nun das einmal eingestellte Leerlaufgemisch wieder gebildet wird, um die eingestellte Leerlaufdrehzahl zu halten.

Des weiteren ist die bekannte Einrichtung auf einen

i^r) Ladeschalter angewiesen. Wird er defekt, ist der Zweck der Einrichtung außer Kraft gesetzt bzw. geht der Motor bei losgelassenem Gaspedal aus. Ferner ist die Einrichtung sehr stark von den Motorvibrationen abhängig, da der Eisenkern des erregten Elektromagneten deswegen nicht genau genug in Position gehalten werden kann, so daß der Ventilkörper des Ventils die Vibrationen mitmacht und dadurch eine instabile Leerlaufgemischbildung mit der Folge einer schwankenden Leerlaufdrehzahl gegeben ist.

■f) Somit kann zwar mit dieser bekannten Einrichtung die einmal eingestellte Leerlaufdrehzahl an sich in etwa aufrechterhalten werden, jedoch gibt die Einrichtung keine Anhaltspunkte für eine selbsttätige Konstanthaltung der Leerlaufdrehzahl bei sich ständig ändernden

w Umgebungsbedingungen und/oder Maschinenbelastungen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung für eine Brennkraftmaschine zur Steuerung der Motordrehzahl zu schaffen, die unabhängig von

v·, Umgebungsbedingungen und/oder Motorbelastungszuständen konstant gehalten wird, wobei die Einrichtung einen stromab der Motordrosselklappe in die Ansaugleitung eingeführten Zusatzluftstrom steuert, und hierzu einen einfachen, störunanfälligen und sicher funktionierenden Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Mit der Einrichtung nach der Erfindung wird die gewählte Motordrehzahl konstant gehalten, und zwar unabhängig von den Umgebungsbedingungen und/oder Motorbelastungszuständen. Der durch die Ventileinheit gesteuerte Zusatzluftstrom ist im Leerlaufzustand des Motors nicht abgeschaltet, sondern dient als variabler

Anteil eines Mindestluftstroms zusätzlich zu dem ohnehin bei geschlossener Drosselklappe an dieser vorbeiziehenden Restluftstrom, so daß auf diese Weise die Leerlaufdrehzahl tatsächlich gesteuert und somit auf dem gewünschten Wert konstant gehalten wird. Die Einrichtung ist ferner im Aufbau einfach gestaltet und weist keinen, dem Verschleiß unterliegenden Ladeschalter auf. Es sind auch keine Teile an der Einrichtung vorgesehen, die sich durch Motor- und Fahrzeugvibrationen versiellen könnten, so daß die Vibrationen, falls überhaupt, nur noch in äußerst geringem und vernachlässigbarem Ausmaß die Ventileinheit der Einrichtung beeinflussen. Insgesamt ist die erfindungsgemäße Einrichtung stömnanfällig und gewährleistet eine stabile Bypassluftströmung, so daß sie eine hohe >^r· Funktionssicherheit aufweist. Darüber hinaus ist die Einrichtung einfach herzustellen.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung werden nachstehend an Hand von fünf in der Zeichnung dargesteilen Ausführungsformen näher be- -'" schrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte Darstellung des prinzipiellen Aufbaus der Drehzahlsteuerungseinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Ventilein- -'"> heitder Einrichtung,

F i g. 3 eine genauere Darstellung einer Ausfi: irungsform der Anordnung nach F i g. 1,

F i g. 4 eine motorisch verstellbare Ventileinheit,

Fig. 5 eine genauere Darstellung einer weiteren «> Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 besitzt eine Kolbenbrennkraftmaschine 8 einen Luftfilter 9 am Eingang der Ansaugleitung 10, an der sich auch eine auf die Leerlaufdrehzahl einwirkende Ventileinheit 11 befindet, die im einzelnen )"· in Fig. 2 gezeigt ist und in Abhängigkeit von der Differenz gesteuert wird, die zwischen der tatsächlichen Leerlaufdrehzahl und der erforderlichen Leerlaufdrehzahl herrscht. Zu diesem Zweck ist ein Drehzahlgeber 12 vorgesehen, der durch den Motor 8 angetrieben wird ·*<· und eine elektrische Ausgangsspannung Ks erzeugt, die eine Funktion der tatsächlichen Motordrehzahi ist. Eine Vorrichtung 13 erzeugt eine Spannung Vr, die ein Maß für die gewünschte Leerlaufdrehzahl ist. Diese beiden Spannungen werden einer Vergleichereinrichtung 14 *^r> zugeführt, deren Ausgangsspannung die Differenz der vorher erwähnten Spannungen darstellt. Diese Ausgangsspannung wird in einem Verstärker 15 verstärkt, worauf das verstärkte Signal zur Steuerung der Ventileinheit 11 und somit zur Steuerung des Luftein- « tritls in das Ansaugsystem des Motors herangezogen wird.

In der Darstellung gemäß F i g. 2 ist die Veiitileinheit 11 in größerem Maßstab und in allen Einzelheiten gezeigt. Diese Einheit ist der Motoransaugleitung 10 ^r>^r> zugeordnet und hat ein Gehäuse 16, dessen Innenraum durch eine Membran 17 in zwei Kammern 18 und 19 unterteilt ist. Die Membran trägt einen zentralen Scheibenventilkörper 20, der mit einem Ventilsitz 21 zusammenarbeitet, während eine Schraubenfeder 22 ω> den Ventilkörper in die geöffnete Lage zu drücken sucht.

Der Ventilsitz 21 umgibt den Auslaß einer Zuleitung 23, die vorzugsweise an die Ansaugleitung stromab des Motorluftfillers angeschlossen ist, wodurch an ihrem t>5 Eingang effektiv im wesentlichen atmosphärischer Druck herrscht. Eine Rohrleitung 24 schließt die Zuleitung 23 an die zweite Kammer 18 und enthält eine Drossel 25. Die erste Kammer 19 ist über eine Verbindungsleitung 26 an einen Punkt der Ansaugleitung 10 angeschlossen, aer sich stromab der Motordrosselklappe 7 befindet, wo der Druck einen unter dem atmosphärischen Druck befindlichen Wert aufweist.

Eine Leitung 27 führt von der Kammer 18 zur Verbindungsleitung 26 (oder direkt zur Ansaugleitung unterhalb der Drosselklappe) und enthält ein elektrisch betätigtes und normalerweise geschlossenes Ventil 28. Der Betrieb des Ventils 28 wird durch das verstärkte elektrische Signal aus dem Verstärker 15 gesteuert, welches dem das Ventil betätigenden Solenoid 29 zugeführt wird.

Im Betrieb eines Motors, der mit einer Leerlaufdreh-Zahlsteuereinrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgerüstet ist, hält, wenn die tatsächliche, durch den Drehzahlgeber 12 ermittelte Leerlaufdrehzahl größer ist als die erforderliche Leerlaufdrehzahl, auf die die Vorrichtung 13 eingestellt ist, ein Fehlersignal, das durch die Vergleichereinrichtung 14 erzeugt und vom Verstärker 15 verstärkt wird, das Ventil 28 in der geschlossenen Stellung. Die Druckabfälle an der Drossel 25 und der öffnung 28a des Ventils 28 sind eine umgekehrte Funktion der jeweiligen Flächen, wodurch ein Druckanstieg in der Kammer 18 verursacht wird, der wiederum den Ventilkörper 20 auf seinem Sitz 21 gegen die Wirkung der Feder 22 drückt. Dies reduziert den Luftstrom durch die Leitung 23, die Kammer 19 und die Leitung 26 aus der Atmosphäre zu einem Punkt in der Motoransaugleitung 10, der sich stromab der Drosselklappe 7 befindet, wodurch demzufolge die Motorleerlaufdrehzahl reduziert wird.

Wenn umgekehrt die tatsächliche Leerlaufdrehzahl geringer als die ausgewählte Drehzahl ist. wird ein Fehlersignal erzeugt, daß das Ventil 28 öffnet, wodurch der Druck in der Kammer 19 vermindert und das Ventil 20 weiter geöffnet wird, während der Luftstrom durch die Leitung ansteigt, bis die Leerlaufdrehzahl auf den gewählten Wert angestiegen ist.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel für die prinzipielle Anordnung der Ausführungsform nach Fig. 1 ist in Fig. 3 dargestellt, in der gleiche Bauteile die entsprechenden Bezugsziffern der Fig. 1 tragen. Die Bezugsspannung Vrf, die ein Maß für die gewünschte Leerlaufdrehzahl ist, wird von einem Abgriff Tan einem Potentiometer P abgenommen, welches an einer Gleichspannungsquelle, z. B. einer Batterie B, liegt. Der Abgriff T und somit die Ausgangsspannung der Vorrichtung 13 werden derart variabel gemacht, daß der Wert der vorher ausgewählten Leerlaufdrehzahl des Motors variiert werden kann. Die Gleichspannung Ks vom Drehzahlgeber 12, die eine Funktion der tatsächlichen Motordrehzahl ist, wird über ein Filternetzwerk Fgeleitet und mit entgegengesetzter Polarität mit der Spannung Vr am Eingang der Vergleichereinrichtung 14 kombiniert. Diese Einrichtung enthält einen Operationsverstärker A 1, der ein Ausgangsfohlersignal erzeugt, das die Differenz zwischen den beiden angelegten Spannungen darstellt. Der Ausgang des Verstärkers A 1 wird über einen weiteren Operationsverstärker A 2, der als Niveaudetektor funktioniert, und eine Pufferstufe BF geleitet. Diese beiden Stufen entsprechen dem Verstärker 15 nach Fig. 1. Der Ausgang der Pufferstufe wird zum Betrieb des Solenoids 29 des Ventils 28 verwendet, er steuert somit den Betrieb der Ventileinheit 11, wie vorher beschrieben wurde.

Es ist offensichtlich, daß in den bisher beschriebenen

Anordnungen das Ventil 28 entweder geschlossen oder geöffnet ist, was davon abhängt, ob die Motorleerlaufdrehzahl oberhalb bzw. unterhalb des vorher gewählten Wertes liegt. In der Praxis muß das Ventil 28 verhältnismäßig schnell arbeiten können, wenn die Leerlaufdrehzahl nahe um den gewählten Wert schwankt.

Bei einer anderen Ausführungsform wird anstelle des mit dem Solenoid gesteuerten Ventils ein motorisch getriebenes Ventil verwendet, das graduell die Fläche der Ventilöffnung 28a (Fig. 2) zwischen einer voll geschlossenen und voll geöffneten Stellung ändern kann. Ein solcher Aufbau ist in Fig.4 gezeigt, die ebenfalls einen Teil der Leitung 26 und der Leitung 27 wiedergibt, die miteinander durch die Ventilöffnung 28a verbunden sind. Diese öffnung wird durch ein Ventilglied 30 gesteuert, das an ein Schneckenrad 31 angeschlossen ist, welches durch ein Zahnrad 32 angetrieben wird, das wiederum an der Ausgangswelle eines Elektromotors 33 sitzt. Die Drehung des Motors in jeder Richtung zwecks Änderung der Stellung des Ventilgliedes 30 in bezug auf die Ventilöffnung 28a wird durch ein Signal gesteuert, das von der Differenz zwischen den Spannungen Vr und Vs abhängt, wie vorher erläutert wurde.

Die F i g. 5 zeigt eine besondere Ausführungsform für die Steuerung eines solchen motorisch angetriebenen Ventils. Auch hier tragen gleiche Bauteile entsprechende Bezugsziffern. Wie bei der Anordnung nach F i g. 1 wird die Bezugsspannung Vr vom Abgriff 7" eines an einer Batterie B liegenden Potentiometers P abgenommen. Diese Bezugsspannung wird an den Eingang eines Operationsverstärkers A 1 zusammen mit der Span

nung Vs gelegt, die vom Drehzahlgeber 12 kommt und) eine Funktion der tatsächlichen Motordrehzahl ist. Die durch den Verstärker A 1 erzeugte Fehlersignalaus gangsspannung wird durch einen weiteren Operations verstärker A 3 geführt, der wiederum eine Ausgangs spannung zur Steuerung des Betriebs des Elektromotor: 33 erzeugt. Dieser Motor steuert das Ventil 30, wie) vorher erwähnt wurde, um so die Motorleerlaufdreh zahl auf dem gewählten Wert zu halten.

Ein weiteres Merkmal, das angewendet werdenl könnte, wird durch einen Schaltkreis dargestellt, der die| Ausgangsspannung des Drehzahlgebers nach der Zei differenziert, wobei das resultierende Signal dei Vergleichereinrichtung zugeführt wird, so daß das Fehlersignal nicht nur die Höhe der Differenz zwischen der tatsächlichen Drehzahl und der erforderlichen Drehzahl berücksichtigt, sondern tuch die Höhe und die Richtung der Änderungsrate der tatsächlichen Dreh zahl.

Anstatt die Spannung Vr, die die gewünschte] Leerlaufdrehzahl darstellt, von Hand zu variieren könnte diese Spannung auch automatisch in Abhängig keit von einem gewählten Parameter verändert werden Beispielsweise kann die Motorleerlaufdrehzahl automa tisch erhöht werden, wenn sich eine hilfsweisej betriebene Maschine, z. B. ein Kompressor, in Betrieb] befindet, während der Motor leerläuft.

Die Erfindung kann entweder bei Maschinen) angewendet werden, die mit einem Vergaser arbeiten oder bei solchen Maschinen, die mit Brennstoffeinsprit zung beispielsweise in die Ansaugleitung oberhalb detj Einlaßventile arbeiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehzahlsteuerungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine, bei der eine mit einem elektromechanisch betätigten Ventilglied versehene Ventiieinheit zum Steuern der Maschinenleerlaufdrehzahl zwecks Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten, vorgewählten, von Umgebungsbedingungen und Maschinenbelastungen unabhängigen Leerlaufwertes vorgesehen ist, wobei die Einheit einen von einer Stelle mit im wesentlichen atmosphärischem Druck bis zu einer Stelle in der Ansaugleitung stromab der Drosselklappe geführten Luftstrom steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit (11) eine mit der Ansaugleitung stromab der Drosselklappe (7) in offener Verbindung (26) stehende erste (19) und eine zweite Kammer (18) voneinander trennende Membran (17) mit einem Ventilkörper (20) für einen Ventilsitz (21) aufweist, welche die Verbindung zwischen der ersten Kammer (19) und einer Zuleitung (23) von der Stelle atmosphärischen Druckes beherrschen, daß die zweite Kammer (18) und die Zuleitung durch eine gedrosselte Rohrleitung (24, 25) miteinander verbunden sind und daß das Ventilglied (28; 30) zusammen mit seinem Sitz (2Sa) eine Verbindung (26, 27) zwischen den beiden Kammern (19,18) beherrscht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einer Vergleichereinrichtung, die mit einem ersten, die vorgewählte Leerlauldrehzahl darstellenden Bezugsspannungssignal und mit einem zweiten Spannungssignal gespeist wird, das die tatsächliche Maschinendrehzahl darstellt und von einem von der Maschine angetriebenen Tachogenerator abgeleitet ist, wobei das von der Vergleichereinrichtung abgegebene, die Differenz der beiden Eingangssignale darstellende Ausgangssignal zur Steuerung des elektro-mechanisch betätigten Ventilgliedes dient, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis zum Differenzieren des Ausgangssignals des Tachogenerators (12) nach der Zeit sowie durch Zuleitung des resultierenden Signals zur Vergleichereinrichtung (14), derart, daß das Fehlersignal nicht nur die Größe der Differenz zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Drehzahl berücksichtigt, sondern auch die Größe und die Richtung des Änderungswertes der tatsächlichen Drehzahl.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zum Ändern des die vorgewählte Leerlaufdrehzahl darstellenden Signals aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein solenoid- oder stellmotorbetätigtes Ventilglied (29 bzw. 33).