DE2627164C3 - Regler zur Verwendung in einem Kraftstoffsystem für Brennkraftmaschinen mit Niederdruckeinspritzung - Google Patents

Regler zur Verwendung in einem Kraftstoffsystem für Brennkraftmaschinen mit Niederdruckeinspritzung

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Description

jo Die Erfindung betrifft einen Regler zur Verwendung in einem Kraftstoffsystem für Brennkraftmaschinen mit Niederdruckeinspritzung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Aus der US-Patentschrift 3785627 ist eine Ge-
J5 mischaufbereitungseinrichtung bekannt, bei welcher der Kraftstoff kontinuierlich durch einen Kanal geleitet wird, der sich durch den Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine erstreckt. Die Ansaugluft prallt durch eine Öffnung im Kraftstoffkanal auf den Kraftstoff und nimmt eine bestimmte Menge von diesem mit. Der überschüssige Kraftstoff im Kraftstoffkanal wird rezirkuliert. Die Lehre dieser Patentschrift geht dahin, daß die Charakteristik des Luft-Kraftstoffverhältnisses verändert werden kann, indem man die Gestalt 5 und/oder die Größe der Öffnung im Kraftstoff kanal verändert. Dabei hat sich herausgestellt, daß der Rückdruck, d. h. der Druck des rezirkulierten überschüssigen Kraftstoffs die Charakteristik der Gemischaufbereitungseinrichtung beeintlußt. Dies be-
einträchtigt die Präzision der Gemischbildung im bekannten Kraftstoff system.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Regler zu schaffen, der bei dem aus der US-Patentschrift 3 785 627 beschriebenen Kraftstoffsystem dazu verwendet werden kann, die Anreicherung des Gemisches besser und präziser an den momentanen Bedarf anzupassen.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Regler der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art ist zwar aus der US-Patentschrift 3 231003 bekannt. Dieser Regler stellt jedoch ein reines Überlast-Ventil dar, das für Einspritzsysteme von Dieselkraftstoff gedacht ist und ist zur Lösung der obigen Aufgabe nicht geeignet. Weiter ist es aus der deutschen Patentschrift 1048742 an und für sich bekannt,
bei einem Regelschieber die Regelkammer über eine Drosselbohrung mit der Druckkammer zu verbinden.
Der erfindungsgemäße Regler sieht eine variable Drossel vor, die nach einem Fehlsignalprinzip betrieben wird und die Rezirkulation des Kraftstoffes beeinflußt. Jede Abweichung von einem gewünschten Referenzdruck führt zu einer Veränderung der Strömungsdrosselung des rezirkulierten Kraftstoffes. Hierdurch wiederum wird die Strömungsmenge derart variiert, daß der Rückdruck dem Wert des gewählten Referenzdmckes angepaßt wird.
Diese Regelung des Rückdruckes schafft zusätzliche Möglichkeiten zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Dieses kann eingestellt werden, ohne daß die Konfiguration der Kraftstoffkanalöffnungen gestört wird. Bei Verwendung eines fernbedienten Wandlers zur Einstellung des Referenzdruckes kann das Luft-Kraftstoffverhältnis verändert werden, während der Motor läuft. Dies ist besonders von Vorteil, wenn das Gemisch kontinuierlich entsprechend einem oder mehreren Betriebsparametern des Motors, beispielsweise dem Gehalt einer Komponente im Auspuffgas des Motors, variiert werden soll.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 ein System zur Rezirkulierung von Kraftstoff mit einem Regler gemäß der vcAliegenden Erfindung,
Fig. 2 die Luft-Kraftstoffcharakteristik, die für das in Fig. 1 gezeigte System typisch ist,
Fig. 3 eine Teilansicht eines Reglers und einer Steuereinrichtung hierfür,
Fig. 4 eine Teilansicht einer alternativen Ausführungsform eines Reglers.
In Fig. 1 ist ein Kraftstoffsystem gezeigt, welches einen Kraftstofftank 11, einen Regler 12, eine Pumpe 13 und eine Gemischaufbereitungseinrichtung 14 zusammen mit den verbindenden Leitungen 16, 17, 18 und 19 zeigt. Dieses System ist zur Rezirkulation von überschüssigem Kraftstoff eingerichtet. Die Pumpe 13, der Kraftstofftank 11 und die verbindenden Leitungen 16, 17, 18, 19 können von herkömmlicher Bauart sein.
Die Gemischaufbereitungseinrichtung 14 enthält einen Körper 21, an dessen einem Ende ein Luftreiniger 22 angebracht ist. Sie besitzt einen Montageflansch 23, mit dem sie auf dem Einlaßrohr eines Verbrennungsmotors angebracht wird. Ein Lufteinlaßkanal 24 verläuft durch den Körper 21. Eine drehbare Drosselklappe 26 ist in dem Lufteiniaßkanal 24 angebracht und regelt den Luftstrom durch die Gemischaufbereitungseinrichtung. Ein Rohr 27 ist in einem Paßstück 28 angebracht und erhält Kraftstoff aus einem Einlaßhohlraum 29, der im Körper 21 ausgebildet ist. Das Rohr 27 verläuft quer über den Kanal 24 und enthält eine öffnung 31, die stromauf zeigt. Auf diese Weise trifft die Luft, welche in den Luftkanal einströmt, auf die Öffnung 31 auf. Ein zweites Rohr 32 nimmt das Rohr 27 auf. Es ist einstellbar in einem Paßstück 33, 34 angebracht und kann einen Teil der öffnung 31 abdecken Das Paßstück 33, 34 ist mit Dichtungen 36, Gc i;«Jcn 37 und öffnungen 38 versehen. Die Gewinde 37 ermöglichen die Einstellung der Größe der öffnung 31, während die Öffnungen 38 überschüssigen Kraftstoff vom Rohr 27 zum Auslaßhohlraum 39 führen, der im Körper 21 ausgebildet ist. Der Einlaßhohlraum 29 ist mit der Leitung 18 und der Pumpe 13 verbunden; der Auslaß
hohlraum 39 ist mit dem Regler 12 übei die Leitung 19 verbunden.
Der Regler 12 enthält ein Gehäuse 51 mit einer Zuführöffnung 52, einer Abgabeöffnung 53 und einer Rücklauföffnung 54; diese kommunizieren mit einer Gehäusebohrung 56. Ein Regelschieber 61 ist gleitend in der Bohrung 56 aufgenommen und enthält einen Steuerbund 62, der in der Nähe der Zuführöffnung 52 angeordnet ist. Eine Stirnfläche 63 des Schiebers 61 und eine Stirnwand 64 bilden eine Regelkammer 66 in einem Endabschnitt der Gehäusebohrung 56. Ein Kanal 67 und eine Drosselöffnung 68 verlaufen von der Fläche 63 durch den Steuerbund 62 des Schiebers 61 und sorgen für eine Verbindung zwischen der Regelkammer 66 und der Abgabeöffnung 53.
D>er Druckbereich des rezirkulierten Kraftstoffes liegt in der Größenordnung von einigen cm flüssiger Säule bis zu 0,007 oder 0,14 kg/cm2. Daraus ergeben sich schwache Kräfte zur Betätigung des Reglers. Es ist daher erforderlich, daß die Reibung zwischen dem Regelschieber 61 und der Bohrung 56 niedrig gehalten wird. Zu diesem Zwecke ist die bevorzugte Ausführungsform des Schiebers 61 aus einem Kunststoffpolymer hergestellt, das bekanntermaßen hervorragende Reibungseigenschaften besitzt und lose in die Bohrung 56 eingepaßt ist. Der Schieber 61 kann außerdem radiale Finger 69 (Führungskreuz) enthalten, die vom Steuerbund 62 in Abstand angeordnet sind, die Gehäusebohrung 56 berühren und den Schieber 61 axial in der Bohrung ausgerichtet halten.
Ein Ring 71 ist im Gehäuse 51 zwischen der Abgabeöffnung 53 und der Rücklauföffnung 54 angebracht. Ein sich verjüngender Steuerbund 72 ist am Schieber 61 angebracht und bewegt sich relativ zum Ring 71. Der Steuerbund 72 und der Ring 71 bilden eine Drossel, welche die Strömung von der Rücklauf-Öffnung 54 zur Abgabeöffnung 53 variabel drosselt. Die Ringzone zwischen Steuerbund 72 und Ring 71 sollte so groß wie praktikabel gemacht werden, um so eine große Rückführströmung bei geringem Druckabfall zu ermöglichen, wenn der Regler voll geöffnet ist. Ein Kanal 73 verläuft parallel zur Gehäusebohrung 56 und schafft eine Verbindung zwischen der Rücklauföffnung 54 und einem unteren Hohlraum 74 im Gehäuse 51. Eine flexible Membran 76 ist am Gehäuse 51 befestigt und grenzt einen Teil des unteren Hohlraums 74 ab. Die Membran 76 wird mittels einer Scheibe 78 und einer Feder 79 gegen einen Ventilsitz 77 gedrückt, welcher in der Stirnwand 64 ausgebildet ist. Ein einstellbarer Federsitz 81 berührt eine Einstellschraube 82, mittels der die Druckkraft der Membran 76 auf den Ventilsitz 77 geregelt wird. Die Membran 76 und der Ventilsitz 77 ergeben gemeinsam einen Druckregler, der die Strömung von dem unteren Hohlraum 74 in die Regel kammer 66 regelt.
Da der Regler bei niedrigem Druck, d. h. weniger als 0,14 kg/cm2 arbeiten soll, und da er möglichst auf konstanten Druck regeln soll, wird die Membran 76
bo möglichst groß gemacht, damit der Ventilsitz 77 bei einer kleinen Druckdifferenz geöffnet wird. Außerdem sollte die Feder 79 eine niedrige Federkonstante haben und bis zu der erwünschten Bezugsbelastung vorbelastet sein, da sich die von einer weichen Feder
b5 ausgeübte Kraft mit der Auslenkung nur sehr wenig verändert. Auf diese Weise wird eine Regelung auf nahezu konstanten Druck möglich. Wenn zur Vorspannung der Membran eine Tauchspule verwendet
wird, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, ist die ausgeübte Kraft im wesentlichen unabhängig von der Auslenkung, wodurch eine Regelung auf konstanten Druck noch besser erreicht wird.
Als Beispiel für die Wirkungsweise des Reglers 12 sei angenommen: An der Einstellschraube 82 wurde ein bestimmter Wert des Referenzdruckes für die Regelkammer 66 gewählt. Der Rückdruck in der Rücklauföffnung 54, im Kanal 73 und im unteren Hohlraum reicht aus, die Membran 76 vom Ventilsitz 77 weg zu halten. Auf diese Weise wird eine Strömungsfläche geschaffen, die gleich der Fläche der Drosselöffnung 68 ist.
Nun sei weiter angenommen, daß die Regelkammer 66 mit Strömungsmittel aus dem Ventilsitz 77 im selben Maße beschickt wird, wie Strömungsmittel durch die Öffnung 68 ausgestoßen wird. Dies führt dazu, daß der Regelschieber 61 in der Gehäusebohrung 56 stationär bleibt.
Wenn der Schieber 61 in der Bohrung stationär ist, ist der Steuerbund 72 bezüglich des Öffnungsrings 71 stationär. Es ergibt sich eine Drosselung zwischen der Rücklauföffnung 54 und der Abgabeöffnung 53, welche den Druck in der Rücklauföffnung 54 stabilisiert. Wenn die Gemischaufbereitungseinrichtung 14 zusätzlichen Kraftstoff von der öffnung 31 abzieht, führt die geringere Menge rezirkulierten Kraftstoffs in der Leitung 19 zu einem geringeren Druck in der Rücklauföffnung 54, im Kanal 73 und dem unteren Hohlraum 74, so daß die Membran 76 die Strömungsfläche des Ventilsitzes 77 kleiner als die Fläche der Drosselöffnung 68 macht. Wenn die Strömungsfläche des Ventilsitzes 77 kleiner ist als die Strömungsfläche der Drosselöffnung 68, wird die Regelkammer 66 schneller entleert, als sie beschickt wird. Dies führt zu einer Verringerung des Volumens der Regelkammer, was den Schieber 61 auf die Stirnwand 64 zubewegt. Dadurch wird der Steuerbund 72 näher an den Ring 71 herangeführt. Wenn sich der Steuerbund 72 näher an den Ring 71 heranbewegt, wird die Strömungsdrosselung zwischen der Rücklauföffnung 54 und der Abgabeöffnung 53 verstärkt. Dies führt zu einer Erhöhung des Rückdruckes in der Rücklauföffnung 54 in Richtung auf einen stabilen Wert des Rückdrucks. Während sich der Rückdruck auf den stabilen Wert zu vergrößert, wirkt der Druckanstieg auf die Membran 76 in einer Weise, daß die Strömungsfläche des Ventilsitzes 77 vergrößert wird. Auf diese Weise nähert sich diese Strömungsfläche der Strömungsfläche der Drosselöffnung 68. Wenn die Strömungsfläche des Ventilsitzes 77 wieder gleich der Strömungsfläche der Drosselöffnung 68 ist. ist die Strömung in die und aus der Regelkammer 66 gleich. Dies führt dazu, daß der Schieber 61 stationär in einer neuen Stellung in der Bohrung 56 verbleibt. Auf diese Weise wird eine neue Drosselbegrenzung bei 71, 72 geschaffen, welche mit der Strömung des rezirkulierten Kraftstoffes aus der Leitung 10 konsistent ist. Wenn andererseits die Gemischaufbereitungseinrichtung 14 weniger Kraftstoff aus der öffnung 31 abzieht, wird mehr überschüssiger Kraftstoff zur Leitung 19 rezirkuliert Dies führt zu einem Druckanstieg in der Rücklauföffnung 54 und auf die Membran 76. Ein Druckanstieg an der Membran 76 vergrößert die Strömungsfläche an dem Ventilsitz 77 über diejenige an der Drosselöffnung 68 hinaus. Dadurch wird das Volumen der Regelkammer 66 erhöht, d. h. der Schieber 61 bewegt sich von der Stirnwand 64 weg. Der Steuerbiind 72 bewegt sich von dem Ring 71 weg. Wenn sich der Steuerbund 72 vom Ring 71 wegbewegt, wird die Drosselung zwischen der Rücklauföffnung 54 und der Abgabeöffnung 53 reduziert. Dies führt zu einem Druckabfall in der Rücklauföffnung 54, wobei der stabile Wert des Rückdrucks angenähert wird.
Der Regler dient als Verbindungsstück für die Kraftstoffleitungen 16, 17 und 19. Dies verhindert, daß Fluktuationen in der Saugwirkung der Pumpe den
i" Rückdruck stören. Gleichzeitig wird ein angemessener Kraftstoffstrom zum Pumpeneinlaß aus dem Tank und aus dem rezirkulierten Kraftstoff sichergestellt. In Fig. 2 ist eine Darstellung von Charakteristiken für die Luft-Kraftstoffströmung gezeigt, die typisch für die Gemischaufbereitungseinrichtung 14 sind, wenn für eine Regelung des Rückdrucks durch den Regler 12 gesorgt ist. Die Kurve 91 der Luft-Kraftstoff charakteristik ist für eine Betriebsweise bei geringem Referenzdruck typisch; die Charakteristik 92 ist für einen Betrieb bei höherem Wert des Referenzdruckes typisch. Für eine bestimmte Strömungsmenge der Luft, beispielsweise, die bei 93 angedeutet ist, zeigt die charakteristische Kurve 91 eine entsprechende Kraftstoff-Einspritzmenge (bei 94). Wenn die Einstellschraube 82 des Reglers so verdreht wird, daß der Referenzdruck erhöht wird, führt das Anwachsen im stabilen Rückdruck der Gemischaufbereitungseinrichtung zu einer neuen charakteristischen Kurve, beispielsweise 92, die ein Erhöhung der Kraftstoff-
jo Einspritzmenge (bei 96) bei derselben Luftstrommenge 93 vorsieht. Auf diese Weise kann durch Handeinstellung der Einstellschraube 82 der Referenzdruck des Reglers gewählt werden, der seinerseits den Rückdruck der Gemischaufbereirungseinrichtung bestimmt. Dieser wiederum bestimmt die Charakteristik des Luft-Kraftstoffverhältnisses der Gemischaufbereitungseinrichtung.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform des Reglers gezeigt. Bei ihr wird ein fernbedienter Wandler verwendet, welcher den Referenzdruck in der Regelkammer 66 wählt. Der Wandler besitzt die Form eines Rings 83 aus penuanentrnagrictischcm Eisen, der im Gehäuse 51 angebracht ist, wobei eine Drahtspule 84 die Membran 76 berührt. Solche Wandler
haben die Eigenschaft, daß sie eine Kraft ausüben, die mit dem in der Spule fließenden elektrischen Strom in Beziehung steht. Diese Kraft ist im wesentlichen unabhängig von der Lage oder Auslenkung der Spule.
so Ein Steuerkreis, der den an die Spule 84 gelegten Strom regelt, läßt sich schematisch folgendermaßen skizzieren. Eine elektronische Steuerschaltung 101 ist an eine Batterie 102 angeschlossen. Sie empfängt an den Anschlüssen 103, 104 ein elektrisches Signal, welches den überwachten Zustand anzeigt. Die Steuerschaltung 101 liefert ein elektrisches Ausgangssignal zu den Anschlüssen 106,107 und zur Spule 84, welches den überwachten Zustand anzeigt. Dies führt zu einer Veränderung des Referenzdrucks des Reglers und damit zu einer Veränderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses der Gemischaiuibereitungseinrichtung. Es kann günstig sein, einen oder mehrere Betriebszustände zu überwachen, beispielsweise die Motortemperatur, den Atmosphärendruck oder die Auspuff-
emissionen des Motors. So kann das Auspuffsystem 108 einen Auspuffgassensor 109 enthalten, der ein Signal liefert, welches den Sauerstoffgehalt im Auspuffgas anzeigt. Wenn ein solcher Auspuffgassensor
verwendetwird, wird derSauerstoffgehaltdes Auspuffgases verringert, wenn der Motor zu fett läuft; umgekehrt wird der Sauerstoffgehalt des Auspuffgases erhöht, wenn der Motor zu mager läuft. Die Signale »fett« und »mager« vom Auspuffgassensor werden der Steuerschaltung 101 zugeführt, die den Referenzdruck im Regler so regelt, daß die Kraftstoff-Einspritzmenge der Gemischaufbereitungseinrichtung verändert wird. Indem die Kraftstoff-Einspritzmenge der Gemischaufbereitungseinrichtung kontinuierlich gemäß den Motor-Betriebsparametern, beispielsweise dem
Sauerstoffgehalt des Auspuffgases, geregelt wird, kann der Motor nahe an den optimalen Bedingungen für wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch und geringe Emissionen betrieben werden.
Eine alternative Ausführungsform des Reglers ist in Fig. 4 gezeigt. Bei der Ausführungsform nach Fi g. 4 enthält die Stirnwand 86 eine Regelöffnung 87, die mit einem sich verjüngenden Ventilstößel 88 zusammenwirkt. Dieser ist auf der Membran 76 angebracht und regelt die Strömungsmenge in die Regelkammer 66 vom unteren Hohlraum 74.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Regler zur Verwendung in einem Kraftstoffsystem für Brennkraftmaschinen mit Niederdruckeinspritzung, mit
a) einem Gehäuse,
b) einer Gehäusebohrung, die mit einer mit einem Kraftstofftank verbindbaren Zuführöffnung für Kraftstoff, einer mit einer Pumpe verbindbaren Abgabeöffnung für Kraftstoff und einer mit der Gemischaufbereitungseinrichtung des Kraftstoffsystems verbindbaren Rücklauföffnung für von der Gemischaufbereitungseinrichtung wieder abgegebenen überschüssigen Kraftstoff versehen ist, und
c) einem in der Gehäusebohrung verlagerbaren Regelschieber, welcher mit seiner einen Stirnfläche zusammen mit der Gehäusebohrung eine mit der Rücklauföffnung in Verbindung stehende Regelkammer begrenzt, welcher auf seiner zweiten Stirnfläche mit dem Druck in der Abgabeöffnung beaufschlagt ist und welcher einen Steuerbund trägt, über den die Zuführöffnung und die Abgabeöffnung miteinander verbindbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
d) der Regelschieber (61) einen zweiten mit einer Steueröffnung zusammenarbeitenden Steuerbund (72) trägt, welcher die Strömungsverbindung zwischen Rücklauf Öffnung (54) und Abgabeöffnung (53) steuert,
e) die Regelkammer (66) über einen Druckregler (76, 77) mit der Rücklauföffnung (54) verbunden ist und
f) die Regelkammer (66) über eine Drossel (68) mit der Abgabeöffnung (53) in Verbindung steht.
2. Regler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine von Hand betätigbare Einrichtung (81, 82) zum Einstellen des Arbeitspunktes des Druckreglers (76, 77).
3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler (76, 77) einen seinen Arbeitspunkt vorgebenden Motor (83, 84) aufweist, welcher in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine überwachenden Meßfühler (109) von einer Steuerschaltung (101) erregt wird.
4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (83, 84) ein Elektromagnet ist.
5. Regler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (109) den Sauerstoffgehalt des Abgases der Brennkraftmaschine mißt.
6. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnung in einer der Stirnwände der Gehäusebohrung (56) angeordnet ist, daß der Druckregler (76, 77) und die Regelkammer (66) bei der anderen Stirnwand der Gehäusebohrung (56) angeordnet sind und daß die Rücklauföffnung (54) direkt mit der einen Stirnwand der Gehäusebohrung (56) und über einen gestreckten, parallel zur Gehäusebohrung (56) verlaufenden Verbindungskanal (73) mit dem Druckregler (76, 77) in Verbindung steht.
7. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (68) in einem die Rcgelkaniir.er (66) mit der Abgabeöffnung (53) verbindenden Kanal (67) des Regelschiebers (61) angeordnet ist.
8. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelschieber (61) ein Führungskreuz (69) zur reibungsarmen Führung in der Gehäusebohrung (56) aufweist.
9. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler (76, 77) eine hinter der benachbarten Stirnwand (64) der Gehäusebohrung (56) liegende Membran (76) und einen mit dieser zusammenarbeitenden, von dieser Stirnwand (64) getragenen Ventilsitz (77; 87) aufweist.
10. Regler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (76) des Druckreglers (76, 77) durch eine von der momentanen Lage der Membran (76) unabhängig arbeitende Vorspanneinrichtung (79; 83, 84) in Richtung eines Verschließens des Ventilsitzes (77; 87) vorgespannt ist.
DE2627164A 1975-09-15 1976-06-16 Regler zur Verwendung in einem Kraftstoffsystem für Brennkraftmaschinen mit Niederdruckeinspritzung Expired DE2627164C3 (de)

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