DE2639768A1

DE2639768A1 - Regeleinrichtung des mengenverhaeltnisses luft/kraftstoff des in die brennraeume einer brennkraftmaschine eingebrachten betriebsgemisches

Info

Publication number: DE2639768A1
Application number: DE19762639768
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Stumpp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1978-03-16
Also published as: US4161933A; IT1087374B; FR2363702A1; JPS5332238A; GB1583565A; AT360282B; ATA544977A; JPS6050972B2

Description

und damit eine Korrektur der Differenzdruckabweichung bewirkt. Entsprechend der eingestellten Druckdifferenz und der Charakteristik des Luftmeßorgans erhält man eine der jeweiligen Ansaugluftmenge zugeordnete maximal zulässige Kraftstoffmenge unabhängig von Toleranzen und Abnutzungen der übrigen Teile der Kraftstoffversorgungseinrichtung.

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Regeleinrichtung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs aus. Es ist schon' eine solche Einrichtung bekannt, bei der aber die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge durch ein willkürlich betätigbares Drosselorgan gesteuert wird und entsprechend dieser Luftmenge und einem eingestellten Differenzdruck am Zumeßquerschnitt der Drossel ein nachgeschaltetes von dem Differenzdruckventil gesteuertes zweites Drosselorgan in der Kraftstoffversorgungsleitung zur Korrektur der Differenzdruckabweichung über einen Stellmotor betätigt wird.

Es ist ferner eine solche Einrichtung bekannt, bei der die Einspritzmenge willkürlich änderbar ist und bei der bei einer dadurch hervorgerufenen Abweichung des Differenzdrucks am Zumeßquerschnitt des vom Luftmeßmengenmesser gesteuerten Drosselorgans ein vom Differenzdruckventil gesteuerter Stellmotor einer Luftdrosseleinrichtung im Saugrohr betätigbar ist, so daß aufgrund der veränderten angesaugten Luftmenge die Differenzdruckabweichung durch Verstellung des Drosselorgans in der Kraftstoffversorgungsleitung durch das Luftmeßorgan wieder korrigiert wird und damit ein gewünschtes Verhältnis von Luft zu Kraftstoff im Betriebsgemisch der Brennkraftmaschine erzielt wird.

Bei diesen Lösungen ist jeweils eine Drosselvorrichtung der angesaugten Luft und eine Luftmeßvorrichtung notwendig. Zusätzliche Drosselungen der Luftwege haben aber den Nachteil einer Minderung der von der Brennkraftmaschine erzeugbaren Leistung zur Folge. Das Verhältnis Luft zu Kraftstoff wird bei diesen-Einrichtungen nach einer durch die Verstellung der Kraftstoffmenge bewirkten Störung über einen relativ langen ftegelweg, der dem entsprechend einer großen Zahl von Störgrößen ausgesetzt sein kann, wieder auf den vorgegebenen Viert einreguliert. Auf Änderung des

80981 1/006?

— 3 —

2639788

Differenzdrucks hin wird dabei zunächst ein Stelldruck für die Betätigung der Luftdrosseleinrichtung und in Folge des daraufhin sich erst ändernden Luftmengenstromes der Luftmengenmesser und das'Drosselorgan in der Kraftstoffversorgungsleitung verstellt. Hier können sich mehrere Übertragungsfehler ergeben, die das gewünschte Luft-Kraftstoffmengenverhältnis verfälschen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil einer kürzeren Regelstrecke und eines einfacheren und weniger störanfälligen Aufbaus der gesamten Einrichtung. Es kann damit ein gewünschtes Luft-Kraftstoffmengenverhältnis unabhängig von Störeinflüssen bei der Kraftstoffzumessung in den Kraftstoffführungen stromabwärts des Drosselorgans wie z.B. Druckschwingungen, Abweichungen von Durchmessertoleranzen oder verschleißbedingte Änderungen im Zumeßsystem eingehalten werden. In vorteilhafter Weise wird mit der· Stellung des Drosselorgans und der Druckdifferenz am Zumeßquerschnitt des Drosselorgans die Einspritzmenge pro Zeit bestimmt. Diese ist unabhängig vom Betriebszustand eines mit der Brennkraftmaschine betriebenen Fahrzeugs wie z.B. dem Schubbetrieb. Es ergeben sich bei konstantem Zumeßquerschnitt des Drosselorgans und konstanter Druckdifferenz über dem gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine hyperbolisch verlaufende Kurven der konstanten geförderten Kraftstoffmenge pro Zumeßtakt und damit ein gutes Fahrverhalten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen' Einrichtung möglich. Dadurch daß das Mengenverstellorgan der Kraftstoffzumeßeinrichtung zusätzlich mit einem willkürlich betätigbaren Verstellhebel verbunden ist wird die Last vorgegeben und die Einspritzmenge entsprechend dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Korrektur der Stellung des Mengenverstellglieds eingestellt, dessen Stellkraft dann unabhängig von der

809811/0067

Drehzahl der Brennkraftmaschine ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung dient als Luftmessorgan eine mit dem Drosselorgan verbundene Scheibe, die quer zur Strömungsrichtung innerhalb eines profilierten sich in Strömungsrichtung erweiternden Lufttrichter des Saugrohrs angeordnet ist und entgegen einer im wesentlichen konstanten Rückstellkraft verstellbar ist. Auf diese Weise läßt sich sehr genau ein Einspritzmengenverlauf über der Drehzahl der Brennkraftmaschine bei Vollast von einer Startanreicherung bis zur Enddrehzahl durch entsprechende Profilierung der Lufttrichterkontur verwirklichen und z.B. bei Dieselmotoren eine rußarme und schadstoffarme Verbrennung erzielen. Dies ist unabhängig davon, ob die Brennkraftmaschine als Saugmotor oder aufgeladen betrieben wird. Zur Ausnutzung der maximal von der Brennkraftmaschine abgebbaren Leistung kann diese bis unmittelbar an der Rußgrenze betrieben werden.

Dadurch daß bei der obigen Ausgestaltung ferner ein willkürlich verstellbarer Anschlag der Scheibe oder des Drosselorgans zur Begrenzung der Auslenkung der Scheibe vorgesehen ist, läßt sich vorteilhaft eine konstante Kraftstoffmenge pro Zeit über den gesamten .Betriebsbereich einhalten. Dabei wirken sich verschleißbedingte Änderungen im Bereich der Kraftstoffzumeßeinrichtung und der Kraftstoff einbringstellen nicht auf diese Menge aus. Diese Fehler wirken sich höchstens auf die Verteilung der Kraftstoffmenge auf die einzelnen Kraftstoffeinbringstellen der Brennkraftmaschine aus.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet und werden in der Beschreibung mit ihren Vorteilen anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Zeichnung

Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit willkürlicher Verstellung des Mengenverstellorgans und zusätzlicher

809811/0067

Beeinflussung des Drucks im Arbeitsraum des Stellmotors entsprechend Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit willkürlicher Verstellung der maximalen Auslenkung des Luftmessorgans und differenzdruckgesteuerter Drehzahlbegrenzung, Figur 3 ein Kennlinienfeld der Einspritzmenge pro Zumeßta-kt über der Drehzahl, Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit willkürlicher Änderung des Zuflußquerschnitts zum Drosselorgan und Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zusätzlich gesteuerter Abgasrückführung entsprechend dem Differenzdruck am Luftmeßorgan.

Beschreibung

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist vereinfacht eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt mit einem Saugrohr 2, dem ein Ansaugluftfilter 3 vorgeschaltet ist und mit einem Abgassammeirohr Die einzelnen Brennräume der Brennkraftmaschine werden von einer Einspritzpumpe 7, im gezeigten Beispiel einer Reiheneinspritzpumpe, mit Kraftstoff versorgt. Dabei erfolgt die Dosierung über ein Mengenverstellorgan 8, das in diesem Fall z. B. in bekannter Weise die Regelstange der Reiheneinspritzpumpe ist. Die Verstellung des MengenverStellorgans erfolgt über einen Hebel Io, der mit einem Gaspedal 11 gekoppelt ist.

Auf der Saugseite des Motors ist ein Luftmessorgan 13 angeordnet, das aus einer Scheibe 14 besteht, die durch die Luftströmung in einem sich in Strömungsrichtung kegelförmig erweiternden Lufttrichter 15 stromabwärts des Luftfilters 3 entgegen einer im wesentlichen konstanten Kraft auslenkbar ist. Die Scheibe sitzt dabei auf einem Schwenkarm 17, der reibungsarm um einen festen Punkt schwenkbar ist und auf den rückstellend ein an seiner Rückseite einem im wesentlichen konstanten Kraftstoffdruck ausgesetzter Steuerschieber 18 wirkt. Dieser liegt in einer Kraftstoffversorgungsleitung 2o, die von einer Kraftstofförderpumpe 21 zur Einspritzpumpe 7 führt. Der Druck in der Kraftstoffversorgungsleitung ist durch ein -steuerbares Druckregelventil 22 auf einen im wesentlichen konstanten Viert regelbar.

809811/0057

Von der Kraftstoffversorgungsleitung stromaufwärts des Steuerschiebers 18 führt über eine Dämpfungsdrossel 23 eine Kraftstoffleitung zur Rückseite des Steuerschiebers. Dieser besitzt eine Ringniat 24, mit der er bei Verschiebung einen Zumeßquerschnitt 25 in der Kraftstoffversorgungsleitung 2o verändert.

Stromabwärts des Steuerschiebers 18 führt die Kraftstoffversorgungsleitung 2o durch den ungesteuerten Druckarm 27 eines Differenzdruckventils 28 zur Einspritzpumpe 7. Das Differenzdruckventil hat in einer üblichen Ausgestaltung eine Membran 29, die den ungesteuerten Druckraum 27_r in dem eine auf die. Membran wirkende Druckfeder 3o angeordnet ist,von einem gesteuerten Druckraum 31 trennt. Dieser wird von der stromaufwärts des Steuerschiebers 18 liegenden Kraftstoffversorgungsleitung durchströmt und besitzt eine Entlastungsleitung 32, deren Öffnung zusammen mit der Membrane 29 ein Ventil bildet.

Die Entlastungsleitung 32 führt zu einem Arbeitsraum 34 eines Stellmotors 35, dessen Kolben 36 entgegen einer Feder 37 auf das Mengenverstellorgan 8 der Einspritzpumpe wirkt. Über eine feste Drossel 38 ist der Arbeitsraum 34 ferner mit der Saugseite der Kraftstöfförderpumpe 21 verbunden.

Die Entlastungsleitung 32 ist ferner über eine Verbindungsleitung 39, in der ein Elektromagnetventil angeordnet ist, mit der stromaufwärts des Steuerschiebers liegenden Kraftstöffversorgungsleitung verbindbar. Dieses analog in der einen Ausführung oder getaktet in einer anderen Ausführung' betätigbare Ventil wird von einer entsprechend in bekannter Weise ausgestalteten elektronischen Schalteinrichtung 41 angesteuert, die Steuergrößen von Sensoren 42 oder 43 erhält, die die Beschaffenheit der Abgase ermitteln. Die Stromversorgung der Schalteinrichtung 41 erfolgt über einen Schalter 44, der z.B. der Zündschalter des Fahrzeugs sein kann, mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird.

809811/0067

— 7 —

In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist ferner stromabwärts des Luftmeßorgans 13 im Saugrohr ein Lader 45 angeordnet, mit dem z. B., in einer Ausgestaltung als Abgasturbolader die angesaugte Luft zur Leistungserhöhung verdichtet wird.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel arbeitet folgendermaßen: Wird bei einem stationären Ausgangszustand des Brennkraftmaschinenbetriebs die Einspritzmenge durch Verschieben des Mengenverstellorgans 8 vergrößert, so ergibt dies bekannterweise bei gleichbleibender Last eine Drehzahlsteigerung der Brennkraftmaschine. Entsprechend der dadurch vergrößerten Luftansaugmenge wird die Scheibe 14 soweit ausgelenkt, bis aufgrund des dabei sich vergrößernden RingquerSchnitts zwischen Scheibe und Lufttrichter 15 sich ein Staudruck einstellt, der durch die vom Steuerschieber 18 aufgebrachte Rückstellkraft aufgehoben wird. Dabei wird aber auch der Steuerschieber 18 verschoben und der Zumeßquerschnitt 25 vergrößert. Entsprechend mehr Kraftstoff soll über den ungesteuerten Druckraum 27 zur Kraftstoffeinspritzpumpe 7 fließen. Weicht diese Menge jedoch von der tatsächlich eingebrachten Kraftstoffmenge ab, so ergibt das eine Druckänderung im ungesteuerten Drückraum 27. Sinkt der Druck dort ab, so wird die Öffnung der Entlastungsleitung 32 geöffnet und ein durch die Drossel 38 bestimmter Stelldruck in den Arbeitsraum 34 des Stellmotors 35 gebracht. Dadurch wird das Mengenverstellorgan 8 korrigierend in Richtung Mindermenge solange verschoben, bis am Differenzdruckventil 28 wieder Gleichgewicht herrscht. Es wird also am Zumeßquerschnitt 25 über die korrigierende Verstellung des Mengenverstellorgans 8 ständig" die durch die Druckfeder 3o einstellbare Druckdifferenz eingehalten. Somit ist auch die der Einspritzpumpe 7 zugeführte Kraftstoffmenge proportional zur Größe des Zumeßquerschnitts. Die in die Brennkraftmaschine eingebrachte Kraftstoffmenge ist nur abhängig von der Lage des Steuerschiebers 18, nicht jedoch abhängig vom Zustand der Einspritzpumpe und dem Erhaltungszustand z. B. der Einspritzdüsen.

Über die Kontur des Lufttrichters 15 läßt sich ferner das gewünschte Verhältnis von Luft zu Kraftstoff wie z.B. Startanreicherung

809811/0087 .

mm Q —.

und negative oder positive Angleichung der Kraftstoffeinbringmenge bei Vollast erzielen. Dabei kann jeweils ganz genau bis zur Rauchgrenze z.B. bei Dieselmotoren gegangen werden unter Ausnutzung einer maximalen Leistung der Brennkraftmaschine. Dies gilt auch für den Betrieb einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, da durch das Luftmeßorgan jeweils immer genau die angesaugte Luftmenge gemessen wird.

Weitere Eingriffsmöglichkeiten sind dadurch gegeben, daß das Elektroventil 4o entsprechend bestimmten ausgewählten Parametern der Brennkraftmaschine angesteuert wird und dadurch durch Druckerhöhung im Arbeitsraum 34 das Mengenverstellorgan 8 in Richtung Mindermenge verschoben wird. Vorteilhaft kann dabei z.B. von der elektronischen Schalteinrichtung über den Sensor 43 die Abgastemperatur erfaßt werden und und bei überschreiten eines Schwellwerts das Elektromagnetventil 4o geöffnet werden. Gleichermaßen kann auch das Magnetventil 4o entsprechend der Rauchdichte der Abgase angesteuert werden. Ferner ist es auch möglich, die Zusammensetzung der Abgase durch den Sensor 42 zu erfassen und entsprechend der Steuergröße dieses Sensors aber die entsprechend in bekannter Weise ausgebildete Schalteinrichtung 41 das Magnetventil 41 getaktet oder analog angesteuert werden.

Die getaktete Ansteuerung hat den Vorteil, daß das Elektromagnetventil 4o als Schaltventil ausgebildet sein kann, das im stromlosen Zustand geöffnet ist. Damit kann in einfacher Weise durch öffnen des Schalters 44 die KraftstoffVersorgung abgeschaltet werden, da dann der voll in den Arbeitsraum 34 geleitete Kraftstofförderdruck das Mengenverstellorgan in Richtung Null-Menge verschiebt.

Weitere Anpassungsmöglichkeiten an die Betriebserfordernisse der Brennkraftmaschine sind über das steuerbare Druckregelventil· 22 gegeben,.das über eine entsprechende Regelschaltung in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Temperatur oder dem Umgebungsdruck gesteuert werden kann. Durch Senkung des Förderdrucks in der Kraftstoffversorgungsleitung 2o wird dadurch bei verringerter Rückstellkraft die Scheibe 14 bei gleicher Luftansaugmenge relativ stärker ausgelenkt und damit' > der zugemessene Kraftstoffanteil

809811/0067 - 9 -

vergrößert.

Um ferner den Einfluß der Kraftstofftemperatur auf die Zumeßmenge zu kompensieren, wird vorteilhaft parallel zur Druckfeder 3o eine, Bimetallfeder im ungesteuerten Druckraum 27 des Differenzdruckventils angeordnet oder die Druckfeder 3o selbst als Bimetallfeder ausgebildet. Damit wird temperaturabhängig der Differenzdruck am
Zumeßquerschnitt 25 variiert und die Kraftstoffzumessmenge entsprechend angeglichen.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist im wesentlichen gleich
aufgebaut wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 1. Gleiche Teile werden hier mit gleichen Positionszahlen bezeichnet, zu deren Beschreibung auf das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 verwiesen wird. Es ist hier also ebenfalls eine Einspritzpumpe 7 für die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine 1 vorgeshen, die über das Saugrohr 2 und ggfls. dem Lader 45 die benötigte Luftmenge erhält und das Abgassammeirohr 4 besitzt, in dem Sensoren 42 eingesetzt sein können, die die Abgastemperatur, die Abgastrübung oder auch die
Zusammensetzung des Abgases erfassen. Als Einspritzpumpe 7 dient
eine der bekannten Reiheneinspritzpumpen oder Verteilereinspritzpumpen, an deren Mengenverstellglied 8 der Kolben 36 des Stellmotors 35 entgegen der Feder 37 angreift. Wie in Figur 1 ist als Drosselorgan ein Steuerschieber 18 in der Kraftstoffversorgungsleitung 2o angeordnet zu dessen Zumeßquerschnitt 25 parallel das
Differenzdruckventil· 28 geschaltet ist. Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist hier zwischen dem Steuerschieber 18 und dem Schwenkarm 17 des Luftmeßorgans 13 ein Zwischenhebel 49 vorgesehen, zwischen dem und dem Schwenkarm 17 eine Druckfeder 5o eingespannt ist, die den Zwischenhebel 49 an einen mit dem Schwenkarm 17 verbundenen festen Anschlag 51 preßt. Die Vorspannung der Feder ist dabei mindestens so groß gewählt, daß die Feder den Zwischenhebel 49 auch unter Krafteinwirkung des Steuerschiebers 18 an dem Anschlag 51 hält.

809811/0087 - io -

Abweichend vom Ausführungsbeispiel· nach Figur 1 ist ferner statt des willkürlich verstellbaren Hebels Io für eine Verstellung des MengenverStellorgans 8 ein Verstellhebel 47 vorgesehen, der einen verstellbaren, im Schwenkbereich des Zwischenhebels 49 liegenden Anschlag 48 z.B. in Form eines Exzenters einstellt. Je nach Lage des Anschlags 48 wird die maximale Auslenkung des Zwischenhebels und damit auch des Steuerschiebers 18 mehr oder weniger beschränkt. Über die Druckfeder 5o wirkt sich dies auch auf die Auslenkbarkeit des Schwenkarms 17 mit der im Lufttrichter 15 des Ansaugrohrs 2 angeordneten Scheibe 14 aus.

Ferner ist ein fester einstellbarer Anschlag 52 vorgesehen,der im Schwenkbereich des Schwenkarms 17 liegt und unmittelbar dessen maximale Auslenkung begrenzt.

Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß Figur 2 ist in bezug auf die übereinstimmenden Teile gleich wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1, abweichend wird jedoch hier die willkürliche Verstellung der Kraftstoffzumeßmenge entsprechend der Last oder der gewünschten Drehzahl direkt am Steuerschieber 18 vorgenommen. Durch Betätigung des Verstellhebels 47 wird die maximale Größe des Zumeßquerschnitts 25 eingestellt. Wird z.B. aus einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Zumeßquerschnitt 25 vergrößert, so ergibt dies zunächst eine Erhöhung des Kraftstoffdrucks im ungesteuerten Druckraum 27 des Differenzdruckventils Dies führt zu einer Verringerung des Abströmquerschnitts der Entlastungsleitung 32 und damit zu einer Senkung des Drucks im Arbeitsraum 34 des Stellmotors. Entsprechend dieser Druckabsenkung wird das Mengenverstellorgan 8 durch die Feder 37 in Richtung Mehrmenge verstellt, bis sich aufgrund der vergrößerten Kraftstoffabnahme über die Kraftstoffversorgungsleitung 2o im Differenzdruckventil 28 wieder ein Gleichgewicht einstellt.

Bei einer Betätigung des Verstellhebels 47 in Kraftstoffmindermenge spielt sich der beschriebene Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab. Durch die Zwischenschaltung der Druckfeder 5o wird in vorteilhafter Weise die auf den Verstellhebel wirkende Kraft vermindert.

809811/QQS7

- 11 -

Bei fehlender Druckfeder 5o und fehlendem Zwischenhebel 49 würde bei einer Zurückstellung des Schwenkarms 17 der Ringquerschnitt zwischen Lufttrichter 15 und der Scheibe 14 vermindert und demzufolge bei zunächst gleicher Drehzahl der Brennkraftmaschine eine wesentlich erhöhte Rückstellkraft entgegen der Verstellrichtung über den Schwenkarm 17 auf den Verstellhebel übertragen werden. Dies ist jedoch im Sinne eines "Gaswegnehmens¹.¹ wenig erwünscht. Durch Zwischenschaltung der Feder wird nun beim Zurückstellen zunächst hauptsächlich der Zwischenhebel 49 verstellt und die Druckfeder etwas komprimiert. Der Bewegung des Zwischenhebels folgt nun aber angetrieben vom Förderdruck in der Kraftstoffversorgungsleitung 2o stromaufwärts des Zumeßquerschnitts der Steuerschieber 18, so daß sich sogleich eine Verminderung der Kraftstoffeinspritzmenge und damit bei gleicher Last eine Verringerung der Drehzahl bzw. der Luftansaugmenge ergibt. Daraufhin kann sich wegen des sinkenden Differenzdrucks an der Scheibe 14 die Druckfeder 5o entspannen.

In einer Ausgestaltung der Einrichtung gemäß Figur 2 ist stromaufwärts des Lufttrichters 15 eine Druckentnahmeleitung 53 vorgesehen, die zu einem ersten Druqkraum 54 eines Stellorgans 55 führt, in dem dieser Druckraum durch eine Stellmembran 56 von einem zweiten Druckraum 57 getrennt ist. Dieser ist über eine Leitung 58 mit dem Saugrohr stromabwärts des Lufttrichters 15 verbunden und besitzt eine auf die Stellmembran 56 wirkende Druckfeder 59. Über die Stellmembran 56 ist ein Schieber 6o in einer Druckleitung 61 zwischen dem Arbeitsraum 34 und der Kraftstoffversorgungsleitung 2o stromaufwärts des Differenzdruckventils 28' entsprechend der auf sie wirkenden Druckdifferenz "betätigbar. Bei Normalbetrieb reicht diese Druckdifferenz jedoch nicht aus, den Schieber 6o in Bffnungsrichtung zu verschieben. Kommt jedoch der Schwenkarm 17 bei Höchstdrehzahl der Brennkraftmaschine zur Anlage an den Anschlag 52, so erhöht sich bei weiterer Drehzahlsteigerung der entgegen der Feder 59 wirkende Differenzdruck, so daß der Schieber 6o die Leitung 61 öffnet und der Systemdruck in die Arbeitskammer 34 gelangt und das Mengenverstellorgan 8 in Kraftstoffmindermenge verschiebt. Man erhält dadurch in einfacher und wirksamer Weise ein Begrenzung der

809811/0067 .

- yt -

Höchstdrehzahl der Brennkraftmaschine.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine Beeinflussung der jeweils maximalen Kraftstoffeinspritzmenge über das entsprechend Betriebsparametern der Brennkraftmaschine angesteuerte Elektromagnetventil 4o erfolgen. Auch läßt sich der Differenzdruck, wie bei Figur 1 beschrieben, über die Druckfeder 3o temperaturabhängig steuern. Eine weitere Beeinflussung ist mit Hilfe des gesteuerten Druckregelventil 22 möglich, das den Systemdruck in der Kraftstoffversorgungsleitung 2o stromaufwärts des ZurneßquerSchnitts 25 ebenfalls alternativ in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur, aber auch von Motorparametern oder dem Umgebungsdruck bei entsprechender Ansteuerung ändert.

Die im vorstehenden Beispiel genannten Vorteile gelten auch hier. Auch hier hat die Einspritzpumpe nur die Funktion, den notwendigen Einspritzdruck und die gleichmäßige Verteilung der Einspritzmenge pro Hub auf die Kraftstoffeinbringsteilen zu bewirken. Die genaue Zumessung der Gesamtmenge erfolgt über den Zumeßquerschnitt 25, entsprechend dem das Mengenverstellglied 8 unter Berücksichtigung der Drehzahl und der sich daraus ergebenden Kraftstoffmenge pro Hub verschoben wird. Die Stellkraft des MengenverStellglieds ist dabei unabhängig von der Drehzahl.

In Figur 3 ist vereinfacht ein Kennlinienfeld dargestellt, das sich mit den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen verwirklichen läßt. Die Kurven a geben dabei den hyperbolischen Verlauf der Einspritzmenge pro Hüb bei konstanter Einspritzmenge pro Zeit bzw. konstanter Einstellung des verstellbaren Anschlags 48 an. Die Kurve b zeigt den Verlauf der jeweils maximalen Kraftstoffeinbringmenge über der Drehzahl an. Diese Kurve läßt sich z.B. bei konstant-gehaltenem Differenzdruck durch Profilierung des Lufttrichters 15 verwirklichen. Die Kurve c ist die Abregelkennlinie bei Höchstdrehzahl, und wird durch die Betätigung des Schiebers entsprechend dem Differenzdruck erzielt. Der p-Grad ergibt sich aus der Federkonstante der Druckfeder 59.

80981 1/0087 -13-

-4t -

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist in seinen wesentlichen Teilen gleich aufgebaut wie das Ausführungsbeispiel nach Figur Gleiche Teile haben die gleichen Positionszahlen. Bezüglich der Beschreibung und Wirkungsweise wird auf das vorstehende Beispiel verwiesen. Abweichend davon ist hier das Luftmeßorgan 13 auf die Scheibe 14 beschränkt, die nun direkt mit dem Steuerschieber 18, der in bereits beschriebener Weise von Systemdruck beaufschlagt wird, verbunden. Abweichend ist in der Kraftstoffversorgungsleitung 2o stromaufwärts des Zumeßquerschnitts 25 eine von dem Fahrhebel 62 willkürlich verstellbare Drossel 63 angeordnet. Die in Figur 2 beschriebene Verstelleinrichtung des Steuerschiebers 18 über den verstellbaren Anschlag 48, den Zwischenhebel 45 und der Druckfeder 5o entfällt dafür. Durch diese verstellbare Drossel 63 wird der Systemdruck in der Kraftstoffversorgungsleitung 2o

vorstromaufwärts des Zumeßquerschnitts 25 mehr oder weniger gedrosselt, so daß sich am Zumeßquerschnitt ein willkürlich und unabhängig vom. Differenzdruck des Differenzdruckventils 28 änderbarer Differenzdruck einstellt. Bei konstanter Drossel 63 ergeben sich dabei ähnlich hyperbolisch verlaufende Kennlinien mit konstanter Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeit. Diese Ausgestaltung hat dabei den Vorteil, daß der Fahrhebel 62 nahezu kräftefrei betätigt werden kann, unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Die Vorteile der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele gelten auch hier, wo ebenfalls auch die bereits beschriebenen zusätzlichen Eingriffsmöglichkeiten auf den Kraftstoffeinspritzmengenverlauf verwirklicht werden können.

Auch das Ausführungsbeispiel nach Figur 5 weist im wesentlichen gleiche Teile auf wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 2. Abweichend davon ist jedoch eine vom Abgassammeirohr 4 abzweigende Abgasrückfuhrleitung 65 vorgesehen, die stromabwärts des Lufttrichters 15 und ggfls. stromaufwärts des Laders 45 in das Saugrohr · mündet. Falls ein Druckgefälle vom Abgassammelrohr zur Förderseite des Laders besteht, kann die Abgasrückfuhrleitung auch stromabwärts des Laders ins Saugrohr münden. In diesem Fall ist der Lader stromaufwärts der Drosselklappe 67 angeordnet. Die Abgasrückführleitung 65 mündet bei der erstgenannten Ausgestaltung rechtwinklig in das Saugrohr 2 ein und hat ihre Austrittsöffnung 66 in Saugrohrmitte. Unmittelbar stromaufwärts der Austrittsöffnung ist eine Drosselklappe 67 im Saugrohr angeordnet, mit deiew stromo-b wirts verschwenkbaren Teil die Austrittsöffnung 66 8 0 9 811/0087 - _l4 -

geschlossen ist, wenn die Drosselklappe ganz geöffnet ist. Die Drosselklappe wird unter Zwischenschaltung eines Gestänges 69 von einer Stellmembran 7o eines Stellmotors 71 betätigt. Die Stellmembran ist dabei einerseits dem Druck im Saugrohr zwischen Drosselklappe 67 und Luftmeßorgan 13 sowie der in Öffnungsrichtung der Drosselklappe wirkenden Kraft einer Druckfeder 72 ausgesetzt. Der jenseits von der Stellmembran im Stellmotor 71 eingeschlossene Druckraum 73 ist über eine Druckleitung 74 mit dem Saugrohr zwischen Luftfilter 3 und dem Lufttrichter 15 verbunden.

Weiterhin ist abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Figur 2 hier in der Leitung 61 zwischen der Kraftstoffversorgungsleitung 2o stromaufwärts des Zumeßquerschnitts 25 und dem Arbeitsraum ein entgegen einer Feder 76 verschiebbarer Schieber 77 angeordnet, der entweder von einem Fliehkraftversteller bekannter Bauart oder vom Steuerdruck eines bei Einspritzpumpen üblichen Einspritzzeitpunktverstellers verschiebbar ist. Auch auf diese Weise läßt sich einfach die Höchstdrehzahl der Brennkraftmaschine begrenzen, indem der Schieber 77 bei Erreichen der Höchstdrehzahl den Systemdruck in den Arbeitsraum 34 leitet. Die Einrichtung gemäß Figur 5 arbeitet folgendermaßen:

Wie auch beim Ausführungsbeispiel· nach Figur 2 bestimmt die Stellung des Verstellhebels 4 7 bzw. des verste^baren Anschlags 48 die maximalen Größen des Zumeßquerschnitts 25. Die Nachstellung des Mengenverstellglieds 8 erfolgt in gieicher Weise wie dort beschrieben. Abweichend wird jedoch nun durch die Einrichtung der Drosselklappe 67 an der Scheibe 14 ein konstantes Druckgefälle eingehalten, das durch die Charakteristik der Druckfeder 72 bestimmt ist. Bei dieser Feder handelt es sich um eine sehr weiche Feder, so daß bei kleinen Federwegen dennoch eine im wesentlichen konstante Kraft eingehalten v/ird. In auf v/endigerer Weise kann die Feder natürlich auch durch einen konstanten rückste^enden Flüssigkeitsdruck, ähnlich wie am "Steuerscheiber 18, verwirklicht werden. Modifiziert durch die Kraft der Feder 72 tritt also an der Stellmembran 7o die gleiche Druckdifferenz auf wie an der

- 15 -

8uyö11/0Ö67

Scheibe 14 des Luftmeßorgans 13. Wird z.B.. bei einer Verstellung des Verstellhebels 47 in Richtung Mehrmenge die Scheibe 14 stärker ausgelenkt, so führt dies kurzzeitig zu einer Drucksteigerung im Saugrohr stromaufwärts der Drosselklappe 67. Durch diese gestörte Druckdifferenz an der Stellmembran 7o wird nun die Drosselklappe 67 ebenfalls etwas geöffnet, so daß der Unterdruck von der Brennkraftmaschine her in stärkerem Maße in das Saugrohr stromaufwärts der Drosselklappe 67 durchgreifen kann bis das ursprüngliche Druckgefälle an der Scheibe 14 wieder eingestellt ist. Gleichzeitig hat sich die Drosselklappe 67 stärker der Öffnung 66 der Abgasrückführleitung genähert, so daß entsprechend der Mehrmenge an angesaugter Frischluft die Menge des rückgeführten Abgases vermindert wird. Im Bereich von Vollast ist die Drosselklappe 67 ganz geöffnet und die Abgasrückfuhrleitung ganz geschlossen. Das wird erreicht, indem der durch die Feder 72 bestimmte Differenzdruck an der Membrane 7o größer gewählt wird als der an der Stauscheibe 14 wirkende Differenzdruck in Vollaststellung des Hebels 47. Dies ist auch erwünscht, um die Leistung bei Vollastdrehzahl nicht durch Abgasrückführung zu vermindern.

Durch die beschriebene Einrichtung wird folglich die Drosselklappe 67 der Auslenkung der Scheibe 14 und damit der Veränderung der freien Ringfläche zwischen Scheibe 14 und Lufttrichter 15 nachgeführt Es wird ferner ständig an der Scheibe 14 ein konstantes Druckgefälle einreguliert, so daß die dem Motor zugeführte Luftmenge proportional zu der freien Ringfläche zwischen Scheibe und Lufttrichter ist. Die restliche Zylinderladung ist Abgas. Im Teillastbereich wird dabei zur Minderung des NOX-Gehalts eine maximale Abgasmenge rückgeführt und durch die Kontur des Lufttrichters und der auf die Scheibe 14 wirkenden Druckdifferenz die Luftzahl so bestimmt, daß bei der Anwendung bei einem Dieselmotor die Rauchgrenze gerade nicht erreicht wird und der HC- und CO-Gehalt niedrig gehalten wird.

Bei Vollast ist die Drosselklappe 67 ganz geöffnet und die Abgasrückführung unterbunden. Das Verhältnis von angesaugter Luftmenge zur eingebrachten Kraftstoffmenge wird dann nur noch durch die Kontur des Lufttrichters und den rückstellenden Druck -auf den Steuerschieber 18 sowie durch 'den am Zumeßquerschnitt 25 wirkenden Differenzdruck bestimmt. .Das beschriebene System ist ebenfalls auch für aufgeladene Motoren geeignet und läßt sich

8U981 1 /0067

- 16 -

auch bei Brennkraftmaschinen verwenden, welche bei kleiner Last zur IIC-Minderung an einem Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine die Kraftstoffzuführung abschalten. Dabei wird das Fahrverhalten nicht beeinträchtigt, v/eil die Kraftstoff menge außerhalb der Einspritzpumpe dosiert wird. Als weiterer Vorteil bietet sich eine Vermindung der Ansaug- und Auspuffgeräusche dadurch, daß bei Teillast durch die Abgasrückführung die Ansaugluftmenge und die Abgasausstoßmenge vermindert v/erden.

Die einzelnen Varianten der Ausgestaltungen der Ausführungsbeispiele können sinnvoll miteinander kombiniert werden. Statt des Eingriffs des verstellbaren Anschlags auf- den Schwenkarm 17 läßt sich auch der verstellbare Anschlag 48 direkt dem Steuerschieber zuordnen. Außerdem kann zum Temperaturausgleich dem Anschlag 48 auch ein Bimetallzwischenglied vorgeschaltet v/erden. Dabei wird der wirksame Anschlag z.B. zur Startanreicherung bei niedrigen Außentemperaturen bei steigender Temperatur in Richtung Kraftstoffmindermenge versetzt. Statt der hier beschriebenen mechanischen Ausgestaltung der Regeleinrichtung kann eine solche Regelung in äquivalenter Weise auch mit bekannten elektrischen oder elektromechanischen Mitteln verwirklicht werden.

8U9811/0067

Leerseite

Claims

Ansprüche

1.) Regeleinrichtung zum Regeln des Mengenverhältnisses Luft/Kraftstoff des in die Brennräume einer Brennkraftmaschine eingebrachten Betriebsgemisches mit einer Kraftstoffzumeßeinrichtung, einer Meßeinrichtung der der Brennkraftmaschine zugeführten Frisqhluftmenge, , einem steuerbaren Zumeßquerschnitt in der Kraftstoffversorgungsleitung der Kraftstoffzumeßeinrichtung und mit einer Vergleichseinrichtung der über den Zumeßquerschnitt strömenden Kraftstoffmenge mit der von der Kraftstoffzumeßeinrichtung entnommenen Kraftstoffmenge sowie einer entsprechend dem Vergleichsergebnis steuerbaren Stellvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung in Wirkverbindung mit einem Mengenverstellorgan der Kraftstoffzumeßeinrichtung steht.

2. Regeleinrichtung.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in der Kraftstoffversorgungsleitung ein von einem Luftmeßorgan der Frischluftmenge betätigbares Drosselorgan angeordnet ist, parallel zu dessen Zumeßquerschnitt die Druckräume' eines Differenzdruckventils mit der Kraftstoffversorgungsleitung verbunden sind, und aus dem gesteuerten bruckraum des Differenzdruckventils eine mit einer Drossel versehene Entlastungsleitung abführt, die stromaufwärts der Drossel mit dem Arbeitsraum eines Stellmotors verbunden ist, wobei der Stellmotor (35) ein mit dem Mengenverstellorgan (8) der Kraftstoffzumeßeinrichtung (7) verbundenes Stellorgan (36) besitzt, durch das das Mengenverstellorgan entgegen einer Rückstellkraft verstellbar ist.

808811/0087 ~

INSPECTED

3. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverstellorgan (8) der Kraftstoffzumeßeinrichtung zusätzlich mit einem willkürlich betätigbaren Verstellhebel (lo, 11) verbunden ist.

4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Luftmeßorgan (13) eine mit dem Drosselorgan (18) verbundene Scheibe (14) dient, die quer zur Strömungsrichtung innerhalb eines profilierten, sich in Strömungsrichtung erweiternden Lufttrichter (15) des Saugrohres (2) angeordnet ist und entgegen einer im wesentlichen konstanten Rückstellkraft verstellbar ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch'gekennzeichnet, daß ein willkürlich verstellbarer Anschlag (48) der Scheibe (14) oder des Drosselorgans (18) zur Begrenzung der Auslenkung der Scheibe vorgesehen ist.

- 19 -

809811/0067

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe an dem freien .Ende eines raibungsarm gelagerten Schwenkarmes (17) befestigt ist, der über eine ·.. vorgespannte Feder (5o) mit einem vom Drosselorgan (15) durch eine im wesentlichen konstante Rückstellkraft beaufschlagten Zwischenhebel (49) gekoppelt ist, in dessen Schwenkbereich der verstellbare Anschlag (48) angeordnet ist,

j. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kraftstoffversorgungsleitung (2o) unmittelbar stromaufwärts des Drosselorgans (18) eine willkürlich verstellbare Drossel (63) angeordnet ist.

8. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche '6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein einstellbarer Anschlag (52) für die maximale Auslenkung der Scheibe (14) vorgesehen ist.

9. Regeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzdruckventil (28) eine Membran (29) besitzt, die einen gesteuerten Druckraum (31) von einem ungesteuerten Druckraum (27) trennt und mit der Öffnung der in den gesteuerten Druckraum (31) ragenden Entlastungsleitung (32) ein Ventil bildet und von einer Feder (3o) und/oder Bimetallfeder inSchDießrichtung ; des Vehtils belastet ist. . ·

lo. Regeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (34) des Stellmotors (35) über eine mit einem entsprechend einem oder mehreren Betriebsparamtern der Brennkraftmaschine steuerbaren Ventil (4o) versehenen Verbindungsleitung (61) mit der Kraftstoffversorgungsleitung (2o) stromaufwärts des Drosselorgans (18) verbindbar ist.

- 2o -

«09811/0067

11.' Regeleinrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (4o) elektromagnetisch betätigbar ist und über eine die Betriebsparameter erfassende elektronische Schalteinrichtung (41) steuerbar ist.

12. Regeleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (4o) im stromlosen Zustand geöffnet ist.

13. Regeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche lo- 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (4o) getaktet entsprechend einem die Abgasbeschaffenheit charakterisierenden Parameter betätigbar ist.

14. Regeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Verbindungsleitung (61) zwischen Arbeitsraum (34) und der Kraftstoffversorgungsleitung ein Ventil (6o) angeordnet ist, das durch den Differenzdruck zwischen dem Druck im engsten Querschnitt und dem Druck im weitesten Querschnitt des Lufttrichters (15) verstellbar ist. .

15. Regeleinrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (61) ein drehzahlabhängig schaltbares Ventil angeordnet ist.

16. Regeleinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil von einem Spritzversteller einer als Kraftstoff zumeßeinrichtung dienenden Einspritzpumpe betätigbar ist.

17. Regeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche

4 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wirkverbindung zwischen der Scheibe (14) des Luftmengenmessers und dem Drosselorgan (18) eine Bimetallfeder angeordnet ist.

809811/006?

- 21 -

1.8. Regeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 4-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft aus einem auf das Drosselorgan (18) wirkenden und abhängig von Betriebsparametern steuerbaren Flüssigkeitsdruck gebildet wird.

19. Regeleinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsdruck zusätzlich entsprechend dem Umgebungsdruck steuerbar ist.

20. Regeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzumeßmenge und/oder die angesaugte Frischluftmenge entsprechend Betriebsparametern der Brennkraftmaschine vorsteuerbar sind und die Kraftstoffmenge bei Abweichung des Verhältnisses Kraftstoffzumeßmenge zu angesaugter Frischluftmenge von einem eingestellten Wert durch Korrektur der Stellung des MengenverStellorgans der Einspritzpumpe nachregelbar ist und die Frischluftmenge durch Änderung einer rückgeführten Abgasmenge korrigierbar ist.

21. Regeleinrichtung nach Anspruch.2o, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung (66) einer stromabwärts des Luftmessorgans (14) ins Saugrohr mündenden Abgasrückführleitung (65) durch ein entsprechend der Druckdifferenz des Saugrohrdrucks stromaufwärts und unmi-ttelbar stromabwärts des Luftmeßorgans (14) betätigbares Ventilglied (67) steuerbar ist.

22. Regeleinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts des Luftmeßorgans im Saugrohr eine Drosselklappe (67) angeordnet ist, die über ein entsprechend der Druckdifferenz des Saugrohrdruckes stromabwärts und stromaufwärts des Luftmessorgans (14) betätigtes Stellorgan (7o) verstellbar ist und mit deren Verstellung in Schließ-

22 -

richtung des Saugrohrquerschnitts gleichzeitig eine stromabwärts der Drosselklappe liegende Mündung (66) einer Abgasrückf uhr leitung (65) geöffnet viird.

23. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22_r dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan (7o) entgegen einer im wesentlichen konstanten Kraft verstellbar ist.

24. Regeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß im Saugrohr stromabwärts des Luftmeßorgans ein Lader (45) angeordnet ist.