DE2527539A1 - Kraftstoff-regeleinrichtung fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Kraftstoff-Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen, und zwar mit sog. Packelzündung, bei denen die Brennvorrichtung einen Hauptbrennraum und einen Nebenbrennraum mit einer Zündkerze hat, wobei der Haupt- und der Nebenbrennraum untereinander mittels eines Durchgangslochs verbunden sind, wobei ein fettes Gemisch von vergastem Kraftstoff und Luft in den Nebenbrennraum und ein mageres Gemisch von vergastem Kraftstoff und Luft in den Hauptbrennraum eingespeist werden und wobei das Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Hauptbrennraum durch die Brennflamme gezündet wird, die in dem Nebenbrennraum erzeugt wird.

Hinsichtlich der Reinigung der Abgase und des Kraftstoffverbrauchs wird es in einer Fackelzündungs-Brennkraftmaschine vorgezogen, das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das in den Nebenbrennraum eingespeist wird, mit einer guten Zündfähigkeit während aller Betriebszustände der Brennkraftmaschine zu versehen und das Kraftstoff-Luft-

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Gemisch, das in die Hauptbrennkammer eingespeist wird, möglichst mager zu machen, um eine gewünschte Ausgangsleistung zu erzielen.

Es gibt'bereits eine Kraftstoff-Regeleinrichtung, die Vergaser für den Haupt- und den Nebenbrennraum gleichzeitig hat, oder eine Kraftstoff-Regeleinrichtung, bei der eine Kraftstoffeinspritzpumpe vorhanden ist, um den Kraftstoffdurchsatz entsprechend dem Unterdruck in einer Luftansaugleitung variiert wird, die mit dem Hauptbrennraum verbunden ist.

Die bestehenden Kraftstoff-Regeleinrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß die dem Nebenbrennraum zugeführte Gemischmenge beträchtlich kleiner als die dem Hauptbrennraum zugeführte Gemischmenge ist, d.h. ungefähr nur 5 bis 15 % davon beträgt, was die Regelung des Kraftstoffdurchsatzes erschwert, und daß ein Kraftstoffkanal, der zum Nebenbrennraum führt, so klein ist, daß er Schwierigkeiten wie eine Gassperre verursacht.

Zwar treten bei der zuletzt genannten bestehenden Kraftstoff-Regeleinrichtung Schwierigkeiten wie eine Gassperre nicht auf, doch ist es schwierig, das Kraftstoff-Luft-Gemisch auf einem gewünschten Wert zu halten, da der Unterdruck in einer Luftansaugleitung nicht proportional der Menge des Luftstroms durch die Luftansaugleitung ist, da die Kraftstoffregelung in Abhängigkeit vom Unterdruck erfolgt. Ferner ist trotz der Verwendung einer Kraftstoffeinspritzpumpe die Menge des dem Nebenbrennraum zugeführten Gemisches sehr klein, wie bereits erwähnt wurde, so daß die Menge des zu jeweils einem Zeitpunkt von der Einspritzpumpe abgegebenen Kraftstoffs äußerst gering ist. Daher hat die letztere

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Kraftstoff-Regeleinrichtung insoweit Nachteile, als die Fertigungskosten der Einspritzpumpe sehr hoch sind und jedes Leck in der Einspritzpumpe eine beträchtliche Änderung des Mischungsverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Nebenbrennraum hervorruft, so daß die gewünschten Werte nicht erhalten werden können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoff-Regeleinrichtung anzugeben, die weniger der Gefahr einer Gassperre ausgesetzt ist und mittels der das Kraft-Luft-Verhältnis des Gemisches genau auf Sollwerten gehalten werden kann.

Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Regeleinrichtung hat Drosselklappen im Haupt- und im Neben-Saugrohr,

die mit dem Haupt- bzw. dem Nebenbrennraum verbunden sind, wobei die Drosselklappen in Wirkverbindung stehen und wobei Kraftstoff unter Überatmosphärendruck in das Haupt- und das Neben-Saugrohr in Abhängigkeit vom Unterdruck an einem Lufttrichter stromauf zur Hauptdrosselklappe eingespeist wird.

Durch die Erfindung wird also eine Kraftstoff-Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen angegeben, deren Brenneinrichtung einen Hauptbrennraum und einen Nebenbrennraum mit einer Zündkerze aufweist, wobei der Haupt- und der Nebenbrennraum miteinander über ein Durchgangsloch verbunden sind, wobei ein fettes Gemisch von vergastem Kraftstoff und Luft dem Nebenbrennraum und ein mageres Gemisch von vergastem Kraftstoff und Luft dem Hauptbrennraum zugeführt wird und das Gemisch im Hauptbrennraum mittels der im Nebenbrennraum erzeugten Flamme gezündet wird, wobei erfindungsgemäß ein Hauptsaugrohr und ein Nebensaugrohr vorgesehen und mit dem Hauptbrennraum bzw. dem Nebenbrennraum verbunden sind, und wobei die Kraftstoff-

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Regeleinrichtung den Druck der Kraftstoffversorgung entsprechend dem Unterdruck in einem Lufttrichter im Hauptsaugrohr variiert, und wobei ein Kraftstoffkanal den durch die Kraftstoff-Regeleinrichtung geregelten Kraftstoff dem Haupt- und dem Nebensaugrohr in einem vorgegebenen Verteilungsverhältnis zuführt, so daß vorgesehene Volumina von Kraftstoff-Luft-Gemisch im Haupt- und im Nebensaugrohr erzeugt werden können.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Regeleinrichtung gemäß der Erfindung j und

Fig. 2 ein typisches Kurvendiagramm des Luft-Kraftstoff -Verhältnisses der einzuspeisenden Gemische .

In Fig. 1 sind zu sehen ein Hauptzylinder 1 einer Brennkraftmaschine, dessen Kopfabschnitt mit einem Hauptbrennraum 2 und einem Nebenbrennraum 4 versehen ist, der mit dem Hauptbrennraum 2 über ein Durchgangsloch 3 verbunden ist. Wie bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen üblich hat der Hauptbrennraum 2 einen Ansaugschlitz und einen Auspuffschlitz, die mit einer Haupt-Frischgas-Ansaugleitung 5 bzw. einer Abgasleitung 6 verbunden sind. Die Ansaugleitung und der Auspuffschlitz sind mit einem Haupt-Einlaßventil 7 bzw. einem Haupt-Auslaßventil 8 verbunden, die beide durch eine für sich gut bekannte Nockeneinrichtung betätigt werden.

Ein Neben-Einlaß 4, der mit einer Neben-Ansaugleitung 9 verbunden ist, ist zum Nebenbrennraum 4 offen. Am Neben-Einlaßsohlitz befindet sich auch ein Neben-Einlaß-

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ventil 10, das synchron mit dem Haupteinlaßventil 7 betätigt wird. Ferner ist eine Zündkerze 11 zum Zünden des Gemisches im Nebenbrennraum vorhanden.

Ein Hauptsaugrohr 12 ist mit dem stromauf gelegenen Abschnitt der Hauptansaugleitung 5 und ein Nebensaugrohr mit dem stromauf gelegenen Abschnitt der Nebenansaugleitung 9 verbunden, in den jeweiligen Saugrohren befinden sich eine Hauptdrosselklappe 14 bzw. eine Nebendrosselklappe 15 zum Einstellen des Luftstroms durch die verschiedenen Rohre, wobei die Drosselklappen untereinander über Hebel 19 und 20 sowie eine Stange 21 verbunden sind. Entsprechend wird eine Betätigungskraft, die auf die Hauptd rosselklappe 14 durch irgendeine für sich bekannte Einrichtung ausgeübt wird, zur Nebendrosselklappe 15 über den Hebel I9, die Stange 21 und den Hebel 20 übertragen. Ferner sind in Fig. 1 zu sehen ein Luftfilter l6 und ein Lufttrichter 17 stromauf zur Drosselklappe 14 im Hauptsaugrohr 12; ferner ein Kraftstofftank 22, dessen Boden mit einer Kraftstoffpumpe 24 über eine Kraftstoffleitung verbunden ist. Der Förderschlitz der Kraftstoffpumpe 23 ist mit einem Kraftstoffdruckregler 30 über ein Filter 25 verbunden. Ein ventil 33 und ein Ventilsitz 32 dafür sind am Kraftstoffeinlaß 31 des Kraftstoffdruckreglers 30 vorhanden. Der Innenraum der Kraftstoff-Regeleinrichtung ist in eine Kraftstoffdruckregelkammer 36, eine Unterdruckkammer 37 und eine Atmosphärendruckkammer 38 durch zwei Membranen 3^ und 35 verschiedener Druokaufnahmeflache unterteilt. Der Kraftstoffeinlaß 31 ist mit der Kraftstoffdruckregelkammer 36 über einen Ventilschlitz im Ventilsitz 32 verbunden* Die Unterdruckkammer 37 ist mit einer öffnung 51 an der Venturi-Düse bzw. dem Lufttrichter 17 über eine Unterdruckleitung 40 verbunden.

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Die Membranen 3^ und 35 sind miteinander durch eine Stange 39 verbunden, die sich weiter nach unten erstreckt und ein Ventil 33 an ihrem unteren Ende befestigt trägt. Die Membran 34 ist kleiner als die Membran 35 hinsichtlich der Druckaufnahmefläche, und die Stange 39 und das Ventil 33* die daran befestigt sind, können nach unten bei zunehmeridem Unterdruck (d.h. bei Näherung an Vakuum) in die Unterdruckkammer 37 verschoben werden. Eine Verschiebung der Stange 39 variiert in Abhängigkeit von Parametern wie dem Unterdruck in der Unterdruckkammer 39 d«n Druck in der Kraftstoffdruckregelkammer 36 und eine Federkraft einer Feder 42 in der Atmosphärendruck-Regelkammer

Die Kraftstoffdruckregelkammer 36 steht in Verbindung mit einem Hauptkraftstoffkanal 45 und einem Nebenkraftstoff kanal 46. Der Hauptkraftstoffkanal 45 ist mit einer Haupteinspritzdüse 48 am Hauptsaugrohr 12 über ein Hauptförderventil 47 verbunden. Der Nebenkraftstoffkanal 46 ist mit einer Nebeneinspritzdüse 50 in das Nebensaugrohr 13 über ein Nebeneinspritzventil 49 verbunden. Das Einspritzventil hat eine Membran 51* ein Ventil 52, das mit der Membran 51 verbunden ist, und eine Feder 53, die ständig die Membran 5I und das Ventil 52 in Schließrichtung des Ventils vorspannt. Wenn der Druck des in eine Druckkammer 54 eingespeisten Kraftstoffs einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird das Ventil 52 betätigt, um Kraftstoff aus der Einspritzdüse abzugeben. Ferner sind vorhanden Kraftstoffdosierdüsen 55 und 56 in den Kraftstoffkanälen 45 bzw. 46.

Mit der eben beschriebenen Regeleinrichtung wird bei Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ein Unterdruck am Lufttrichter 17 durch den Luftstrom durch das Hauptsaugrohr 12 erzeugt, welcher Unterdruck zur Unterdruckkammer

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des Kraftstoffdruckreglers 30 über die Unterdruckleitung weitergeleitet wird. Entsprechend bewirkt eine aufwärts gerichtete Kraft, die an den Membranen 34 und 35 erzeugt wird, daß diese Membranen in Stellungen verschoben werden, um in Gleichgewicht mit der Vorspannungskraft der Feder 42 zu sein, und ferner eine Verschiebung des Ventils 33 nach unten zu seinem Sitz 32. Infolgedessen wird der Druck in der Regelkammer 36 auf einem Wert gehalten, und der Kraftstoff, der durch die Dosierdüsen 55 und 56 gemessen wird, wird den Einspritzventilen 47 und 49 zugeführt. Bei öffnen der Ventile werden vorbestimmte Mengen des' Kraftstoffs durch die Düsen 48 und 50 in das Hauptsaugrohr 12 und das Nebensaugrohr 13 abgegeben. In diesem Fall werden die Kraftstoffmengen, die in die einzelnen Saugrohre eingespeist werden, indirekt proportional zum Strömungswiderstand der entsprechenden Kanäle verteilt, da die Kraftstoffkanäle 45 und 46 mit der Kraftstoffdruckregelkammer 36 verbunden sind. Wenn also die Querschnittsflächen der Dosierdüsen 55 und 56. so bestimmt sind, daß sie den für die einzelnen Saugrohre notwendigen Kraftstoffmengen entsprechen, kann ein vorbestimmtes proportionales Verhältnis von Kraftstoffmengen den einzelnen Saugrohren zugeführt werden.

Wenn die Drosselklappen 14 und 15 während des Betriebs der Brennkraftmaschine geöffnet sind, wird der Unterdruck am Lufttrichter I7 erhöht, so daß der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Kraftstoffdruckreglers 30 ansteigt. Daher wirkt eine nach oben gerichtete Kraft auf die Membran 34 und eine nach unten gerichtete Kraft auf die Membran 35. Da die Membran 35 größer als die Membran 34 in ihrer wirksamen Druckaufnahmefläche ist, wird die Stange 39 nach unten verschoben, wird das Ventil 33 in eine Stellung unter dem Ventilsitz 32 ver-

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schoben und wird der Kraftstoffstrom in die Kraftstoffdruckregelkammer 36 erleichtert, so daß ein erhöhter Druck in der Kraftstoffdruckregelkammer 36 auftritt. Die Kraftstoffdurchsätze durch die Dosierdüsen 55 und 56 werden mit zunehmendem Druck in der Regelkammer 36 erhöht, so daß die absoluten Volumina des in die einzelnen Saugrohre 12 bzw. 13 eingespeisten Kraftstoffs bei vorgegebenem proportionalen Verteilungsverhältnis ansteigen.

Wenn ein vorgegebenes Öffnungsverhältnis zwischen der Haupt- und der Nebendrosselklappe aufrechterhalten wird, werden also die Verhältnisse zwischen dem Durchsatz an Luft und dem Kraftstoff, die den einzelnen Saugrohren zugeführt werden, auf bestimmten Werten festgehalten. Mit anderen Worten, die Kraftstoff-Luft-Gemische, die in den einzelnen Saugrohren erzeugt werden, werden jeweils auf bestimmte Kraftstoff-Luft-Mischungsverhältnisse unabhängig vom Öffnungsgrad der Drosselklappen eingestellt.

Bei Brennkraftmaschinen mit Fackelzündung wird z.B. zum leichteren starten angestrebt, das Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Nebenbrennraum beim Starten der Brennkraftmaschine fetter zu machen, d.h., wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappen noch niedrig bleibt. Um dies zu erreichen, wenn der Öffnungsgrad der Nebendrosselklappe klein relativ zum Öffnungsgrad der Hauptdrosselklappe gemacht wird, z.B. durch Verwendung eines Nockens bzw. einer Kurvenscheibe im Verbindungsgetriebe der Haupt- und der Nebendrosselklappe, wird das durch das Hauptsaugrohr 13 strömende Luftvolumen verringert, jedoch das Kraftstoffvolumen gegenüber dem Luftvolumen im Nebensaugrohr erhöht, so daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch darin fetter wird, da die zuzuführende Kraft-

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stoffmenge von der Luftmenge im Hauptsaugrohr 12 abhängt. Durch diesen Umstand ist angedeutet, daß das Mischungsverhältnis im Nebensaugrohr so eingestellt werden kann, daß es einen bestimmten Verlauf hat, in dem das Verhältnis zwischen den Öffnungsgraden der Hauptdrosselklappe und der Nebendrosselklappe durch Einstellen des Verbindungsgetriebes der Haupt- und der Nebendrosselklappe variiert wird (z.B. wird ein Nocken bzw. eine Kurvenscheibe im Verbindungsgetriebe benutzt, oder Form und Größe der Kurvenscheibe werden geändert).

Es ist also möglich, vgl. Fig. 2, die ein Kurvendiagramm für das Mischungsverhältnis zeigt, auf einem konstanten Wert das Mischungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches für den Haupt- und den Nebenbrennraum unabhängig von der Menge der angesaugten Luft zu halten und auch das Gemisch fetter zu machen, wenn das Volumen der angesaugten Luft so niedrig ist, wie durch die Strichpunktlinie angedeutet ist.

Ferner kann das Mischungsverhältnis für den Haupt- und den Nebenbrennraum wahlweise innerhalb gewisser Grenzen eingestellt werden, die von der Größe der Dosierdüsen 55 und 56 abhängen, so daß die in Brennkraftmaschinen mit Fackelzündung erforderlichen Mischungs-Verhältnisse auf einen optimalen Wert eingestellt werden können.

Die in Fig. 1 abgebildeten Einspritzdüsen 48 und 50 in den Kraftstoff kanälen 45 bzw. 46 können verhindern, daß Kraftstoff in den Kraftstoffkanälen 45 und 46 nach außen gesaugt wird, wenn der Unterdruck stromab der Drosselklappen 14 und 15 bei Schiebe- bzw. Freilauf-

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betrieb größer wird. Entsprechend können, wenn die Einspritzdüsen 48 und 50 sich stromauf zu den Drosselklappen befinden, die Einspritzdüsen weggelassen werden.

Wie bisher erläutert wurde, strömt erfindungsgemäß der Kraftstoff durch entsprechende Kanäle unter Überdruck ( Überatmosphärendruck), so daß Schwierigkeiten wie eine Gassperre nicht auftreten. Ferner ist der Druck für die Kraftstoffversorgung so bemessen, daß er entsprechend dem Luftdurchsatz durch das Hauptsaugrohr variiert werden kann, weshalb ein einziger Druckregler genügt.

Ferner kann das Verhältnis des zum Haupt- und zum Nebensaugrohr zugeführten Kraftstoffs auf einem bestimmten Wert gehalten werden. Entsprechend können die Mischungsverhältnisse der Kraftstoff-Luft-Gemische in dem Haupt- und Nebenbrennraum auf Sollwerten gehalten werden.

Falls die erfindungsgemäße Kraftstoff-Regeleinrichtung bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine angewendet wird, bildet die durch die Saugrohre strömende Luft kontinuierliche Ströme ebenso wie der Kraftstoff kontinuierliche Ströme bildet, was zu einer verbesserten Genauigkeit der Kraftstoffdosierung führt.

Bei der Verwendung einer wirtschaftlichen Einspritzpumpe, selbst wenn diese bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine angewendet wird, ist die Förderung der Einspritzpumpe absatzweise» weshalb die öefahr besteht, daß Änderungen in der Fördermenge direkt zu Schwankungen des Mischungsverhältnisses führen« Erfindungsgemäß werden jedoch die Kraftstoff -Luft-Gemische in den verschiedenen Saugrohren hergestellt und verteilt, so daß die Genauigkeit gegenüber den herkömmlichen Pumpen stark verbessert ist.

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Ferner wird erfindungsgemäß die Kraftstoffdosierung durch die Düsen 55 und 56 vorgenommen, die ortsfest sind, und die Kraftstoffregelung erfolgt durch die Membranen, die durch die Einwirkung des Unterdrucks im Lufttrichter verschoben werden. Es liegen also nur wenig aneinander gleitende Bauteile vor, weshalb Schwierigkeiten wie Kraftstofflecks vermieden werden, so daß die gesamte
Einrichtung eine höhere Lebensdauer zeigt.

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Claims (2)

Patentansprüche

1./Kraftstoff-Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen,

V deren Brenneinrichtung einen Haupt brennraum und einen

Nebenbrennraum mit einer Zündkerze aufweist, wobei der Haupt- und der Nebenbrennraum miteinander über ein Durchgangsloch verbunden sind und das Gemisch von vergastem Kraftstoff und Luft im Hauptbrennraum durch im Nebenbrennraum erzeugte Brennflammen gezündet wird,

gekennzeichnet durch

Drosselklappen (14, 15), die in Wirkverbindung stehen und in einem mit dem Haupt brennraum (2) verbundenen Haupt saugrohr (12) bzw. einem mit dem Nebenbrennraum (4) verbundenen Nebensaugrohr (15) angeordnet sind,

einen Kraftstoffdruckverstärker, der den Kraftstoffdruck auf Überatmosphärendruck erhöht,

einen Kraftstoffdruckregler (50), der den Druck des vom Kraftstoffdruckverstärker zugeführten Kraftstoffs entsprechend dem Unterdruck in einem Lufttrichter (17) stromauf zur Drosselklappe (14) im Hauptsaugrohr (12) variiert, und

Kanäle (45, 46) zum Einspeisen des vom Kraftstoffdruckregler geregelten Kraftstoffs in das Hauptsaugrohr (12) bzw. das Nebensaugrohr )

2. Kraftstoff-Regeleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kraftstoff-Dosierdüsen (55, 56) in jedem der Kraftstoffkanäle (45, 46), die den Kraftstoffdruckregler (30) mit dem Hauptsaugrohr (12) bzw. dem Neben-

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saugrohr (13) verbinden, wobei das Verhältnis zwischen den Kraftstoffmengen bzw. -volumina, die in das Hauptsaugrohr (12) und das Nebensaugrohr (13) eingespeist werden, auf einem Sollwert gehalten wird.

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