DE2620385A1 - Regelvorrichtung fuer eine zufuhr von kraftstoff in das saugrohr einer brennkraftmaschine - Google Patents

Regelvorrichtung fuer eine zufuhr von kraftstoff in das saugrohr einer brennkraftmaschine

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DE2620385A1 DE19762620385 DE2620385A DE2620385A1 DE 2620385 A1 DE2620385 A1 DE 2620385A1 DE 19762620385 DE19762620385 DE 19762620385 DE 2620385 A DE2620385 A DE 2620385A DE 2620385 A1 DE2620385 A1 DE 2620385A1
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Description

R. 3 2 13
12.k.1976 Bö/Ml 3
Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH3 7OOO Stuttgart 1
Regelvorrichtung für eine Zufuhr von Kraftstoff in das Saugrohr einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für eine Zufuhr von Kraftstoff in das Saugrohr einer Brennkraftmaschine mit einem in Abhängigkeit von einem die Abgaszusammensetzung beeinflussenden Betriebsparameter und in Abhängigkeit von der Drehzahl über eine Regeleinrichtung steuerbaren Zumeßventil in einer Kraftstoffleitung zum Saugrohr der Brennkraftmaschine und einem dem Zumeßventil zugeordneten in Abhängigkeit vom Druck stromaufwärts einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe im Saugrohr steuerbaren Druckregler.
Bei einer solchen bekannten Regeleinrichtung wird mit Hilfe eines Druckregelventils, dessen Schließglied in einer zum Saugrohr führenden Kraftstoffleitung liegt, der Kraftstoffdruck im Bereich zwischen diesem Schließglied und einem stromabwärts davon liegenden Zumeßventil saugrohrdruckabhängig einreguliert.
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Dieser Druck ist entsprechend dem in der Kraftstoffleitung stromabwärts des Zumeßventils herrschenden Kraftstoffdruck korrigierbar. Auf das Schließglied des Druckregelventils wirken dabei zwei Stellorgane j von denen das eine sowohl vom Saugrohrunterdruck als auch vom atmosphärischen Druck entgegen der Kraft einer in Öffnungsrichtung des Sehließglieds wirkenden Feder und das andere Stellorgan vom Kraftstoffdruck stromaufwärts und stromabwärts des Zumeßventils beaufschlagt ist.
Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der Zusammenhang zwischen zugemessenem Kraftstoffmengenstrom und erforderlichem Kraftstoffmengenstrom nicht annähernd korrekt eingehalten werden kann, da die Abhängigkeit zwischen Saugrohrdruck und erforderlichem Kraftstoffmengenstrom bei konstanter Drehzahl linear ist, aufgrund der saugrohrdruck-proportionalen Druckdifferenz am Zumeßventil aber eine quadratische Abhängigkeit erreicht wird.
Weiterhin erfolgt das Abspritzen des Kraftstoffs ins Saugrohr über eine federvorgespannte Einspritzdüse. Für den Kraftstoffdruck zwischen Förderpumpe und Vergaser ergibt sich damit ein Mindestbetrag, der sich aus dem Abspritzdruck der Einspritzdüse, der maximalen Druckdifferenz am Zumeßventil sowie dem Druckabfall im Druckregelventil bei maximalem Durchsatz addiert und damit große Werte annimmt. Die übliche Kraftstofförderpumpe wird in ihrer Leistung dazu nicht ausreichen und wird durch eine aufwendigere ersetzt werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung obiger Nachteile eine Regeleinrichtung zu schaffen, mit der die genaue Zumessung einer bestimmten, in das Saugrohr einer Brennkraftmaschine einzubringenden Kraftstoffmenge zur Erzielung eines Betriebsgemisches bestimmter gewünschter Zusammensetzung möglich ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß stromabwärts des Zumeßventils in der Kraftstoffleitung ein Gleichdruckventil angeordnet ist und der Druckregler als ein eine Entlastungsleitung steuerndes Dxfferenzdruckventxl ausgebildet ist, mit dessen
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eingeregeltem Druck das Gleichdruckventil angesteuert ist. Dies hat den Vorteil, daß nun zwischen Zumeßquerschnitt des Zumeßventils und dem Saugrohr ein Gleichdruckventil geschaltet ist, das eine Rückwirkung des Saugrohrdrucks auf den Zumeßquerschnitt des Zumeßventils verhindert und gleichzeitig in Verbindung mit dem Differenzdruckventil ein vom Kraftstoffdurchsatz am Zumeßventil unabhängiges Druckgefälle mit einem einstellbaren konstanten Wert gewährleistet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Differenzdruckventil ein Schließglied besitzt, das in Schließrichtung von einer dem Quadrat des Saugrohrunterdrucks proportionalen Kraft und beiderseits von den zu regelnden Drücken beaufschlagt ist und· einen Abströmquerschnitt der von einer Kraftstofförderleitung stromaufwärts des Zumeßventils abzweigenden Entlastungsleitung kontrolliert, und daß die Entlastungsleitung in den mit dem Gleichdruckventil verbundenen und über eine Drosselbohrung entlasteten, das Schließglied in Schließrichtung beaufschlagenden Druckraum des Differenzdruckventils führt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das am Zumeßquerschnitt des Zumeßventils eingestellte Druckgefälle im wesentlichen unabhängig von dem schwankenden Druck des zum Zumeßventil geförderten Kraftstoffs ist. Gleichzeitig kann der zum Gleichdruckventil gelangende Druck in Abhängigkeit vom Saugrohrdruck verstellt werden. Damit erhält man eine direkte Abhängigkeit der zugeführten Kraftstoffmenge vom Saugrohrunterdruck, während eine weitere davon unabhängige Beeinflussung der zugeführten Kraftstoffmenge durch die Ansteuerung des Zumeßventils gegeben ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kraftstoffleitung in einen Umluftkanal eines Vergasers mündet. Damit ist vorteilhaft eine gute Aufbereitung des zugeführten Kraftstoffs zu einem Zusatzbetriebsgemisch gewährleistet. Mit dem Vergaser wird dabei vorteilhaft ein Betriebsgemisch mit grob eingestellter Gemischzusammensetzung erzeugt, während durch die Zufuhr von Zusatzkraftstoff eine
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genau geregelte Beeinflussung des Gesamtbetriebsgemisches erzielt werden kann. Man erhält auf diese Weise eine schnelle multiplikativ wirkende Regelung des Betriebsgemisches einer Brennkraftmaschine.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, ergänzt durch die Zeichnung, zu entnehmen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematisch vereinfachter Form wiedergegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem nur angedeuteten Abgassystem 2, von dem ein Teilstück 3 vergrößert herausgestellt ist, vorgesehen. Diese Brennkraftmaschine wird über ein Saugrohr 5, an dessen Eingang ein Vergaser 6 sitzt, über das Ansaugsystem 7 in an sich bekannter Weise mit einem Betriebsgemisch aus Kraftstoff und Luft versorgt. Der Vergaser besitzt dabei in bekannter Weise einen Lufttrichter 8 und stromabwärts davon eine willkürlich betätigbare Drosselklappe 9. Aus einer Schwimmerkammer 10 wird dort im Bereich des engsten Querschnitts des Lufttrichters 8 Kraftstoff entsprechend dem Luftdurchsatz in das Saugrohr eingebracht. Die Schwimmerkammer wird von einer Kraftstoffpumpe 12 aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 13 über eine Kraftstofförderleitung 14 mit Kraftstoff versorgt.
Im Vergaser 6 ist ferner ein Umluftkanal 16 vorgesehen, der stromaufwärts des Lufttrichters 8 vom Saugrohr abzweigt und stromabwärts der Drosselklappe 9 in das Saugrohr einmündet. Der Durchlaßquerschnitt des Umluftkanals kann durch eine Schraube I7 variiert werden. Bei diesem Umluftkanal handelt es sich um einen in Vergasern neuerer Bauart üblicher Anordnung zur Einstellung des Leerlaufs. Er kann, so wie in der Zeichnung dargestellt, im Bypaß zur Drosselklappe 9 und zum Lufttrichter 8 als auch lediglich nur im Bypaß zur Drosselklappe 9 liegen.
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In den Umluftkanal mündet eine Kraftstoffleitung 19, die von der Kraftstofförderleitung 14 abzweigt und in der ein Zumeßventil 21 angeordnet ist. Zwischen dem Zumeßventil 21 und der Einmündung der Kraftstoffleitung 19 in den Umluftkanal 16 wird der Durchlaßquerschnitt der Kraftstoffleitung 19 durch ein Gleichdruckventil 22 kontrolliert. Dieses besitzt eine fest eingespannte elastische Membran 23, die das Gleichdruckventil in einen Druckraum 24 und einen Steuerdruckraum 25 teilt. In den Druckraum 24 mündet die Kraftstoffleitung 19 ein. Der zum Umluftkanal 16 führende Teil der Kraftstoffleitung 19 führt rechtwinklig in den Druckraum 24 und bildet dort mit seinem Austrittsende einen Ventilsitz 26, mit dem die Membran 23 als Schließglied zusammenarbeitet.
Der Steuerdruckraum 25 ist über eine kurze Leitung 28 mit einem gesteuerten Druckraum 29 eines Differenzdruckventils 31 verbunden. Dieses besitzt als Schließglied eine fest eingespannte elastische Membran 32, die den gesteuerten Druckraum 29 von einem Arbeitsraum 33, der mit der Kraftstofförderleitung 14 verbunden ist, trennt. In den Arbeitsraum 33 ragt eine Entlastungsleitung 36 , die rechtwinklig zur Membran hinführt und deren Austritt dort von der Membran 32 kontrolliert wird. Von dort führt die Entlastungsleitung 36 in den gesteuerten Druckraum 29, der über eine Drosseltoh^ung 39 und eine Rücklaufleitung 40 zum Kraftstoffbehälter 13 entlastet wird.
In den gesteuerten Druckraum führt dicht eine Betätigungsstange 43, deren eines Ende mit der Membran 32 verbunden ist und deren anderes Ende von der Kraft einer ersten Feder 45 mit progressiver Federkennlinie beaufschlagt ist, die sich an einer Membran 46 abstützt. Diese Membran schließt auf der gegenüberliegenden Seite einen Unterdruckraum 47 ein, der über eine Leitung 48 mit dem Saugrohr 5 stromabwärts der Drosselklappe 9 verbunden ist. Die Führung der Betätigungsstange kann auch mit Spiel behaftet sein. Dies ersetzt dann die Drosselbohrung 29. Im Unterdruckraum 47 ist ferner eine zweite Feder 49 angeordnet, die zwischen der Membran und der gegenüberliegenden Seite eingespannt ist.
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Bei dem Zumeßventil 21 in der Kraftstoffleitung 19 handelt es sich um ein Elektromagnetventil, das als Schaltventil ausgebildet ist mit einer Ein- und einer Aus-Stellung. Über eine Leitung 51 wird das Ventil 21 von einer Regeleinrichtung 52 angesteuert, die zur Regelung Steuergrößen von einem die Drehzahl der Brennkraftmaschine z.B. an der Kurbelwelle erfassenden Drehzahlgeber 5*1 bekannter Bauart und z.B. von einer bekannten Sauerstoffmeßsonde 55 im Teilstück 3 des Abgassystems 2 erhält.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Bei betriebener Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 12 aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 13 in die Schwimmerkammer 10 des Vergasers 6 gefördert. Im Vergaser 6 wird dann in an sich bekannter Weise ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bestimmter Zusammensetzung erzeugt und über das Saugrohr 5 der Brennkraftmaschine zugeführt. Die Menge des Gemisches kann durch die Stellung der Drosselklappe beeinflußt werden. Zusätzlich wird nun über die Kraftstoffleitung 19 eine von dem Zumeßventil 21 kontrollierte-Menge an -Zusatzkraftstoff in den Urnluftkanal und damit in das Saugrohr eingebracht. Diese Kraftstoffmenge wird ebenfalls der Kraftstofförderleitung l4 entnommen und ist in ihrer Menge durch den Öffnungsquerschnitt des Zumeßventils, dessen Öffnungsdauer und der vor unä nach dem Zumeßquerschnitt des Zumeßventils herrschenden Druckdifferenz bestimmt. Die Druckdifferenz am Zumeßventil 21 wird einerseits durch den stromaufwärts davon in der Kraftstoffleitung 19 herrschenden Kraftstoffdruck und andererseits von dem im Druckraum 2k des Gleichdruckventils 22 eingestellten Druck bestimmt. Der Druck stromaufwärts des Zumeßventils ist gleich dem Druck in dem Arbeitsraum 33 des Differenzdruckventils und dem von der Kraftstoffpumpe 12 in der Kraftstoffleitung 14 erzeugten Kraftstoffdruck. Der Druck im Druckraum 2k des Gleichdruckventils 22 wird dagegen durch den im Steuerdruckraum 25 herrschenden Druck bestimmt. Sobald der Druck im Druekraum 2k den Druck im Druckraum 25 über-
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schreitet, wird der Ventilsitz 26 von der Membran 23 freigegeben, so daß der über das Ventil 21 nachströmende Kraftstoff über die Kraftstoffleitung 19 abströmen kann. Punktionsgemäß muß der Druck im Steuerdruckraum 25 niedriger als der Druck in der Kraftstofförderleitung 14 sein. Er wird durch das Differenzdruckventil 31 bestimmt.
Bei einer angenommenerweise konstanten auf die Membran 32 wirkenden Kraft wird diese unter Freigabe der Entlastungsleitung 36 ausgelenkt, sobald der Druck im gesteuerten Druckraum 29 durch den ständig über die Drosselbohrung 39 zum Vorratsbehälter 13 hin abströmende Kraftstoffmenge unter einen bestimmten Wert unter dem im Arbeitsraum 33 herrschenden Druck abgefallen ist. Die Druckdifferenz wird dabei durch die auf die Membran 32 wirkende Kraft bestimmt. Sobald nun aber die Entlastungsleitung 36 geöffnet ist, strömt Kraftstoff verstärkt in den gesteuerten Druckraum 29 nach, so daß dort der Druck den vorher eingestellten Wert wieder erreicht. Es läßt sich also auf diese Weise im gesteuerten Druckraum 29 ein Druck einstellen, der um einen bestimmten Betrag niedriger ist als der Druck im Arbeitsraum 33 bzw. der Druck stromaufwärts des Zumeßventils 21. Der Druck im Druckraum 24 des Gleichdruckventils wird nun aber auf den gleichen Wert eingestellt, den der Druck im gesteuerten Druckraum 29 bzw. im Steuerdruckraum 25 hat. Damit wird gewährleistet, daß am freien Querschnitt des Zumeßventils ständig die gleiche Druckdifferenz eingehalten wird.
Diese Druckdifferenz kann nun in Abhängigkeit vom Druck im Saugrohr 5 variiert werden, indem die auf die Membran 32 wirkende Kraft und damit die Vorspannung der Membran verändert wird. Dazu wird im Unterdruckraum 47 entsprechend dem im Saugrohr herrschenden Druck die Membran 46 proportional zu diesem Druck entgegen der Kraft der zweiten Feder verstellt. Es entsteht hiermit ein saugrohrdruckproportionaler Weg, der wiederum die Vorspannung der ersten Feder 45 verändert. Diese Feder besitzt vorzugsweise eine progressive Federkennlinie, so daß auf diese Weise eine dem Quadrat des Saugrohrdrucks proportionale
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Federkraft erzeugt wird, die auf die Membran 32 wirkt. Dieser Kraft ist nun die Druckdifferenz zwischen den Drücken im Arbeitsraum 33 und im gesteuerten Druckraum 29 proportional. Es wird somit am Zumeßquerschnitt des Zumeßventils 21 eine dem Quadrat des Saugrohrdrucks proportionale Druckdifferenz eingestellt. Zur guten und schnellen Wirksamkeit werden die Verbindung zwischen dem Steuerdruckraum 25 und dem gesteuerten Druckraum 29 sowie dem Arbeitsraum 33 und der stromaufwärts liegenden Seite des Zumeßventils 21 möglichst klein gehalten, damit durch Drosselung keine zu große Abweichung der Druckverhältnisse am Zumeßventil von der im Druckdifferenzventil eingestellten Druckdifferenz entsteht.
Die Ansteuerung des Zumeßventils erfolgt nun, wie bereits erwähnt, über die Regeleinrichtung 52. Diese steuert das Ventil vorzugsweise getaktet an mit Impulsen von drehzahlabhängiger Frequenz und variabler Impulsbreite. Dazu wird über den Drehzahlgeber 5*J die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 erfaßt. Die Variation der Impulsbreite erfolgt in Abhängigkeit von z.B. der Abgaszusammensetzung. Dazu erhält die Regeleinrichtung 52 Signale von der an sich bekannten Sauerstoffmeßsonde 55, die auf unterschiedliche Sauerstoffpartialdrücke anspricht und beim Übergang von SauerstoffÜberschuß zu Sauerstoffmangel im Abgas entsprechend einem Luftverhältnis von /K = 1 des Betriebsgemisches eine sprungartige Änderung der Ausgangsspannung aufweist. Entsprechend dem Signal der Sauerstoffmeßsonde wird nun in bekannter Weise die Impulsbreite der von der Regeleinrichtung 52 erzeugten Impulse variiert.
Durch diese beschriebene Anordnung wird Kraftstoff direkt proportional zur von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge dem Saugrohr zugeführt. Das ergibt sich aus der Überlegung, daß die angesaugte Luftmenge proportional dem Saugrohrdruck und proportional der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Proportional der Drehzahl der Brennkraftmaschine wird nun aber auch der Querschnitt des Zumeßventils 21 geöffnet. Dies erfolgt, durch die Öffnungsimpulse mit drehzahlabhängiger Frequenz,
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wobei zunächst die Impulsbreite als konstant anzusehen ist. In gleicher Weise wie die angesaugte Luftmenge dem Saugrohrdruck proportional ist, wird auch am Zumeßquerschnitt eine Druckdifferenz erzeugt, deren Wurzelwert proportional dem Saugrohrdruck ist. Dies erfolgt, wie beschrieben, über die Variation der auf die Membran 32 des Differenzdruckventils 31 wirkenden Kraft. Die nun der Brennkraftmaschine proportional zur angesaugten Luftmenge zugeführte Kraftstoffmenge kann durch Veränderung der Breite der Steuerimpulse entsprechend einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine multiplikativ beeinflußt werden. Dies geschieht im hier beschriebenen Beispiel durch Auswertung der Sondenausgangsspannung. In gleicher Weise können aber auch andere Betriebsparameter verwertet werden, die Einfluß auf die Abgaszusammensetzung haben. Dazu· eignet sich z.B. auch die Regelgröße einer an sich bekannten Laufruheregelung. Natürlich läßt sich bei einer überlagerung des Drehzahlsignals mit dem verarbeiteten Signal z.B. der Sauerstoffmeßsonde auch eine analoge Verstellung des Durchtrittsquerschnitts am Zumeßventil mit dem gleichen Erfolg durchführen. Auch ist es möglich, die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine allein über das Zumeßventil 21 durchzuführen.
Vorteilhaft mündet die Kraftstoffleitung 19 in einen Umluftkanal 16 des Vergasers 6 ein. Hier1 tasten selbst bei niedrigem Durchsatz der Brennkraftmaschine hohe Luftgeschwindigkeiten auf, die eine gute Aufbereitung des Kraftstoffs zu einem Kraftstoff-Luft-Gemisch gewährleisten. Die beschriebene Anordnung kann in einfacher Weise als Zusatzgerät zu einer bestehenden Vergaseranlage verwirklicht werden und bieten einen großen Regelbereich und eine gute Wirksamkeit in allen Last- und Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine.
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Claims (6)

  1. Ansprüche
    .. Regelvorrichtung für eine Zufuhr von Kraftstoff in das Saugrohr einer Brennkraftmaschine mit einem in Abhängigkeit von einem die Abgas zusammensetzung beeinflussenden Betriebsparameter und in Abhängigkeit von der Drehzahl über eine Regeleinrichtung steuerbaren Zumeßventil in einer Kraftstoffleitung zum Saugrohr der Brennkraftmaschine und einem dem Zumeßventil zugeordneten, in Abhängigkeit vom Druck stromabwärts einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe im Saugrohr steuerbaren Druckregler, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts des Zumeßventils (21) in der Kraftstoffleitung (19) ein Gleichdruckventil (22) angeordnet ist und der Druckregler als ein eine Entlastungsleitung (36) steuerndes Differenzdruckventil (31) ausgebildet ist, mit dessen eingeregeltem Druck das Gleichdruckventil angesteuert ist.
  2. 2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzdruckventil· (31) ein Schließglied (32) besitzt, das in Schließrichtung von einer dem Quadrat des Saugrohrunterdrucks proportionalen Kraft und beiderseits von den zu regelnden Drücken beaufschlagt ist und einen Abströmquerschnitt der von einer Kraftstofförderleitung (14) stromaufwärts des Zumeßventils (21) abzweigenden Entlastungsleitung (36) kontrolliert, und daß die Entlastungsleitung in dem mit dem Gleichdruckventil· (22) verbundenen und über eine Drosselbohrung (39) entlasteten, das Schließglied (32) in Schließrichtung beaufschlagenden Druckraum (29) des Differenzdruekveriuils führt.
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    ORIGINAL INSPECTED
  3. 3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffleitung (19) stromabwärts der Drosselklappe (9) in das Saugrohr (5) mündet.
  4. 4. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffleitung (19) in einen Umluftkanal (16) eines Vergasers (6) mündet.
  5. 5. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßventil (21) als Elektromagnetventil ausgebildet ist und in an sich bekannter Weise von der Regeleinrichtung (52) mit Impulsen von drehzahlabhängxger Frequenz und mit entsprechend einem die Abgas zusammensetzung erfassenden Betrxebsparameter variabler Impulsbreite angesteuert wird.
  6. 6. Regelvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (32) eine zwei Druckräume (29, 33) trennende Membran ist, die über eine dicht durch den einen Druckraum nach außen geführte Betätigungsstange (43) von der Kraft mindestens einer ersten Feder (45) belastet ist, dessen Vorspannung über eine entgegen der Kraft einer zweiten Feder (49) entsprechend dem Saugrohrunterdruck stromabwärts der Drosselklappe (9) auslenkbare Membran (46) änderbar ist.
    7· Regelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Feder (45) eine progressive Kennlinie besitzt.
    709846/043 2
DE19762620385 1976-05-08 1976-05-08 Regelvorrichtung fuer eine zufuhr von kraftstoff in das saugrohr einer brennkraftmaschine Withdrawn DE2620385A1 (de)

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