DE2719775B2

DE2719775B2 - Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses

Info

Publication number: DE2719775B2
Application number: DE2719775A
Authority: DE
Inventors: Masami Konishi; Masatami Takimoto; Mitsuyoshi Teramura
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1976-12-29
Filing date: 1977-05-03
Publication date: 1980-06-04
Also published as: DE2719775A1; JPS5382926A; DE2719775C3; JPS5854256B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs.

Es ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt (DE-OS 25 46 310), bei der eine Zusatzluftmenge in einer solchen Weise zugeführt werden soll, daß sie proportional zu der durch die Ansaugleitung fließenden Ansaugluftmenge ist, um die Zylinderfüllung konstant zu halten und einen weicheren Lauf des Motors zu gewährleisten. Dabei wird in der Abgasleitung gemessen, ob ein Sauerstoffmangel oder ein Ssuerstoffüberschuß vorliegt und danach die Zusatzluftzufuhr so bemessen, daß im wesentlichen mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gearbeitet wird. Auf diese Weise ist es zwar möglich, eine schnell ansprechende Zusatzluftzufuhr zu gewährleisten, jedoch nicht möglich, den Forderungen nach einem möglichst geringen Gehalt an schädlichen Bestandteilen in den Abgasen und optimaler Reinigung von Abgasen gerecht zu werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, zur optimaleren Abgasnachverbrennung ein Luft-Kraftstoffgemisch zuzuführen, das magerer ist, als das mit üblichen Vergasern erreichbare und das unabhängig vom Unterdruck in der Ansaugleitung sowie unabhängig von der Motordrehzahl konstant gehalten werden kann.

Diese Aufgabe ist durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Bei dieser Ausgestaltung überlagern sich die Luftanteile aus Nebenluftleitung und Zusatzluftleitung zu einem konstanten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, indem dafür Sorge getragen ist, daß wenigstens stets eine dieser Leitungen offen ist, also unterdruck- und drehzahlunabhängig stets Zusatzluft zugeführt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine schematische Darstellung einer ersten Alisführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem

Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei konstanter Motordrehzahl zeigt;

F i g. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei hohem und konstantem Unterdruck in der Ansaugleitung zeigt;

F i g. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei niedrigem und konstantem Unterdruck in der Ansaug-

H) leitung zeigt;

F i g. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Antriebsmoment des Motors unter Berücksichtigung der Art des Luft-Kraftstoff-Gemischs zeigt;

ι' Fig.6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und

F i g. 7 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Zunächst wird auf F i g. 1 eingegangen. Darin ist ein Vergaser 1 dargestellt, der eine Drosselklappe 2, eine Mischkammer 3, eine Spritzdüse 4, eine Hauptdüse 5 sowie eine Schwimmerkammer 6 umfaßt. Ferner ist ein Luftventil 7 dargestellt, das zur Lieferung atmosphärischer Luft dient und ein Gehäuse Ta, eine obere

-'■> Membran Tb sowie eine untere Membran Tc umfaßt. Von den zwei Membranen Tb und 7c wird das Gehäuse Ta in drei Kammern unterteilt, nämlich eine obere Unterdruckkammer Te, eine untere Unterdruckkammer Tf sowie eine atmosphärische Kammer Td, die sich

i" zwischen den zwei Unterdruckkammern Te und Tf befindet. In den Unterdruckkammern 7eund 7/'befinden sich Federn Tgund Th. In der atmosphärischen Kammer Td ist ein Ventilrohr Ti angeordnet, das an seinen entgegengesetzten Enden jeweils einen Einlaß aufweist,

ί^Γ> wobei diese Einlasse der Membran Tb bzw. Tc zugewandt sind. In der Seitenwand des Ventilrohres 7; sind auf gegenüberliegenden Seiten Luftauslässe Tj und Tk ausgebildet. Im Ventilrohr Ti befindet sich eine Trennwand TI, die in Längsrichtung des Ventilrohres verläuft und unter rechten Winkeln zu den Luftauslässen Tj und Tk angeordnet ist. Zwischen den oberen und unteren Einlassen des Ventilrohres Ti und der jeweiligen Membran Tb bzw. Tc befinden sich Zwischenräume bzw. Spalte Si bzw. S^- Die Spalte St und 52 können durch

■f' Auslenkung der Membranen Tb und Tc geschlossen werden.

Die obere Unterdruckkammer Te ist über eine Unterdruckleitung 8 mit einer Unterdrucköffnung 9 verbunden, die in die Mischkammer 3 des Vergasers 1

^r>l) mündet. Die untere Unterdruckkammer 7AiSt über eine Unterdruckleitung IO mit einer Unterdrucköffnung 11 verbunden, die stromab der Drosselklappe 2 in den Vergaser 1 mündet. Der Luftauslaß Tk des Ventilrohres Ti ist über eine Nebenluftleitung 12 mit der Spritzdüse 4

^r>1> des Vergasers 1 verbunden. In der Nebenluftleitung 12 befindet sich eine Düse 12a. Der andere Luftauslaß Tjist über eine Luftbypassleitung bzw. Zusatzluftleitung 13 mit einer Zusatzluftaustritts- oder Drosselöffnung 14 verbunden, die stromauf der Drosselklappe 2 in den

wi Vergaser 1 mündet. In der Drosselöffnung 14 befindet sich eine Luftdüse 15. Die atmosphärische Kammer Td ist über eine Luftleitung 16 mit einer Lufteinlaßöffnung 17 für atmosphärische Luft verbunden, die sich in der Wand des Saugrohres an einer Stelle stromauf der

^br> Mischkammer 3 befindet. Alternativ kann die atmosphärische Kammer Td direkt mit der umgebenden Atmosphäre verbunden sein.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet in

ι der erfindungsgemäßen Transportvorrichtung

folgender Weise. Wenn die Motordrehzahl konstant ist und die Drosselklappe 2 nur wenig geöffnet ist, ist der an der Unterdrucköffnung 11 der Saugleitung herrschende Unterdrück so hoch, daß die untere Membran Tc entgegen der Kraft der Feder Th nach unten gezogen wird, so daß der untere Einlaß des Ventilrohres Ti geöffnet ist Aufgrund des geringen Unterdrucks, der in der Unterdruckleitung 8 herrscht, wird die obere Membran Tb von der Feder Tg nach unten gedruckt, so daß dadurch der obere Einlaß des Ventilrohres Ti geschlossen gehalten wird. Wenn dann bei konstanter Motordrehzahl die öffnung der Drosselklappe 2 allmählich vergrößert und der Unterdruck an der Unterdruckleitung 8 zunimmt, wird die Membran Tb vom oberen Einlaß des Ventilrohres Ti abgehoben. Bei weiterem öffnen der Drosselklappe 2 sinkt der an der Unterdrucköffnung 11 herrschende Unterdruck, so daß die Membran Tc von der Feder Th auf den unteren Einlaß des Ventilrohres Ti gesetzt wird. Da somit zunächst einer der Spalte Si und & offen bleibt, — es sei denn, daß die an den beiden Unterdrucköffnungen 9 und Il herrschenden Unterdrücke beide niedriger als vorgegebene Werte sind —, wird die in die atmosphärische Kammer Td eingeleitete atmosphärische Luft durch die Nebenluftleitung 12 und die Spritzdüse 4 in den Vergaser 1 eingeleitet, so daß das Luft-Kraftstoff-Gemisch verdünnt wird. Wenn die Dross '!klappe 2 so weit geöffnet ist, daß die Drosselöffnung 14 stromab des oberen Randes der Drosselklappe 2 in den Vergaser mündet, wird atmosphärische Luft auch durch die Zusatzluftleitung 13 und durch die Drosselöfinung 14 eingeleitet, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch weiter verdünnt wird.

F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem stromab der Drosselklappe 2 herrschenden Unterdruck und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den Fall, daß die Motordrehzahl verhältnismäßig hoch und konstant ist. In F i g. 2 gilt die Linie A für den Fall, daß atmosphärische Luft allein als Zusatzluft durch die Zusatzluftleitung 13 eingeleitet wird. Die Linie M gilt für den Fall, daß Luft nur durch die Nebenluftleitung 12 zugeführt wird. Die Linie ßgilt für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das vom Vergaser allein erzeugt wird. Die Linien A und M ergeben kombiniert die Linie R. Obwohl in F i g. 2 die Linie R parallel zur Linie B verläuft, kann die Linie R auch unter einem gewünschten Winkel bezüglich der Linie B geneigt verlaufen, was durch entsprechende Einstellung der Düse 12a und der Luftdüse 15 oder dergleichen erreicht wird. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Abhängigkeit des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch Kombination von Zusatzluftzufuhr und Nebenlufteinleitung erreicht wird, vom Unterdruck in der Ansaugleitung stromab der Drosselklappe 2 in gewünschter Weise festgelegt werden kann.

Im folgenden wird auf F i g. 3 eingegangen. Wenn die öffnung der Drosselklappe 2 gering ist, so daß der an der Unterdrucköffnung 11 in der Ansaugleitung herrschende Unterdruck hoch und außerdem konstant ist, und wenn sich die Drosselklappe bei einer Erhöhung der Motordrehzahl aus einer Stellung unterhalb der Drosselöffnung 14 in eine Stellung oberhalb der Drosselöffnung bewegt, nimmt die Verdünnung des Luft-Kraftstoff-Gemischs durch Zusatzluft allmählich zu, bis die Motordrehzahl einen bestimmten Wert erreicht, wie dies durch die Linie bzw. Kurve A in F i g. 3 dargestellt ist. Nachdem die Motordrehzahl diesen bestimmten Wert erreicht hat, nimmt die Menge des Luft-Kraftstoff-Gemischs stärker zu als die Zusatzluft

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menge, so daß die Verdünnungswirkung der Zusatzluft auf das Gemisch abnimmt, wie dies durch den weiteren Verlauf der Kurve A in F i g. 3 dargestellt ist. Die Wirkung der Nebenlufteinleitung auf die Verdünnung des Luft-Kraftstoff-Gemischs, die durch die Kurve Min F i g. 3 dargestellt ist, ist verhältnismäßig gering, wenn die Motordrehzahl niedrig ist und nur eine geringe Kraftstoffmenge in den Vergaser eingespritzt wird. Die Verdünnungswirkung der Nebenluft nimmt jedoch allmählich mit der Motordrehzahl und der Erhöhung der eingespritzten Kraftstoffmenge zu. Die Nebenlufteinleitung und die Zusatzluftzufuhr haben kombiniert auf das Luft-Kraftstoff-Gemisch einen solchen Einfluß, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einem wesentlich höheren Wert gehalten werden kann, als es mit dem Vergaser allein möglich ist, dessen Kennlinie durch die Kurve B in F i g. 3 wiedergegeben ist. Das sich aufgrund der kombinierten Wirkung ergebende Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist durch die Kurve R in F i g. 3 wiedergegeben. Das wesentlich höhere Luft-Kraftstoff-Verhältnis bedeutet ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch.

Im folgenden wird auf Fi g. 4 eingegangen. Wenn die Drosselklappe 2 weit geöffnet ist und demzufolge der an der Unterdrucköffnung 11 herrschende Unterdruck in der Ansaugleitung niedrig und außerdem konstant ist, nimmt der Einfluß der Zusatzluftzufuhr auf die Verdünnung des Luft-Kraftstoff-Gemischs bei einer Erhöhung der Motordrehzahl linear ab, wie dies duich die Kurve A in F i g. 4 dargestellt ist, wogegen die Verdünnung des Gemischs durch Nebenlufteinleitung bei einer Erhöhung der Motordrehzahl linear zunimmt, wie dies durch die Kurve Λ/ in Fig. 4 dargestellt ist. Nebenlufteinleitung und Zusatzluftzufuhr haben auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis die kombinierte Wirkung, daß ein dauernd magereres Luft-Kraftstoff-Gemisch als mit dem Vergaser allein erzeugt werden kann. Das vom Vergaser allein erzeugte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist durch die Kurve B wiedergegeben. Das durch Nebenlufteinleitung und Zusatzluftzufuhr bewirkte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist durch die Kurve R wiedergegeben. Der kombinierte Einfluß von Nebenlufteinleitung und Zusatzluftzufuhr, d. h. der Verlauf und die Neigung der Kurve R in F i g. 4, kann in gewünschter Weise modifiziert werden, indem beispielsweise die Abmessungen der Düse 12a oder der Luftdüse 15 entsprechend geändert werden.

F i g. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Antriebsmoment des Motors im Hinblick auf die Art des erzeugten Luft-Kraftstoff-Gemischs. Die Kurve Ca entspricht der Maximalleistung bzw. Maximalbelastung des Motors. Die Kurve Cb gibt das Fahrwiderstandsmoment wieder. Die Kurve Cc entspricht dem Betrieb des Motors bei einem bestimmten Unterdruck in der Ansaugleitung, und die Kurve Cd entspricht dem Betrieb des Motors bei einem bestimmten Unterdruck in der Mischkammer. Im von den Kurven Cb, Cc und Cd begrenzten Bereich sind beide Membranen Tb und Tc des Luftventils 7 von den Einlassen des Ventilrohres 7/ entfernt, so daß diese Einlasse geöffnet sind.

Fig.6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung bei der das Luftventil 7 mit Membranen, die auf die Unterdrücke in der Ansaugleitung und in der Mischkammer ansprechen, ersetzt ist durch ein elektromagnetisches Luftventil 30, das von einem Schalter 35 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, der Motordrehzahl, der Motorbelastung, der Getriebestellune, der Kühlwassertemperatur, der öl-

temperatur des Motors oder dergleichen gesteuert wird. Das Luftventil 30 umfaßt eine zylindrische Kolbenkammer 30a und eine zylindrische atmosphärische Druckkammer 306, die koaxial zur Kolbenkaminer 30a liegt und mit deren unterem Ende verbunden ist und einen ^r> größeren Durchmesser als die Kolbenkammer 30a hat. In der Kolbenkammer 30a sitzt ein Kolben 30c, der entlang der Innenwand der Kolbenkammer 30a gleitend verschoben werden kann und von einer Druckfeder 30c/ nach unten gedrückt wird. Das untere Ende des Kolbens ι« 30c ragt in die atmosphärische Druckkammer 30i. Am unteren Endes des Kolbens 30c ist ein Ventilelement 3Oe angebracht, das in der atmosphärischen Druckkammer 306 aufwärts und abwärts bewegt werden kann. An einer Bodenwand 30/ der atmosphärischen Druckkam- ΐί mer 306 befindet sich ein rohrförmiges Ventilteil 30/i das durch die Bodenwand 30/ hindurchgeführt und koaxial zum Ventilelement 3Oe angeordnet ist sowie einen dem Ventilelement 30e zugewandten Einlaß hat. In Längsrichtung des Ventilteils 30/Verläuft eine Trennwand 30g, 2" die zwei Luftauslässe 30Λ und 30/ abteilt. Zwischen dem Einlaß des Ventilteils 30/" und dem Ventilelement 3Oe befindet sich ein Zwischenraum bzw. Spalt S. Der Spalt Skann vom Ventilelement 3Oegeschlossen werden. Der Luftauslaß 30/ist über eine Zusatzluftleitung 31 mit der Drosselöffnung 14 verbunden, und der andere Luftauslaß 30Λ ist über eine Nebenluftleitung 32 mit der Spritzdüse 4 im Vergaser 1 verbunden. In der Nebenluftleitung 22 befindet sich eine Düse 32a. Die atmosphärische Druckkammer 306 ist über eine ^J" Luftleitung 33 mit der Lufteinlaßöffnung 17 stromauf der Mischkammer 3 verbunden. Ferner umfaßt die in F i g. 6 dargestellte Vorrichtung einen Elektromagnet 34.

Wenn die Fahrgeschwindigkeit, die Motordrehzahl ^J5 oder dergleichen einen bestimmten Wert erreichen, wird das Luftventil 30 vom Schalter 35 angesteuert. Liegt beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit unterhalb eines bestimmten Wertes, ist der Elektromagnet 34 nicht erregt, so daß die Luftauslässe 30Λ und 30/ unter der Wirkung der Feder 3Od geschlossen gehalten werden und keine Luftströmung zwischen der Lufteinlaßöffnung 17 und der Zusatzluftleitung 31 oder der Nebenluftleitung 32 erfolgt. Erreicht die Fahrgeschwindigkeit den bestimmten Wert, wird durch Betätigen des ^4: Schalters 35 der Elektromagnet 34 erregt und der Kolben 30c nach oben gezogen, so daß sich das Ventilteil 30/öffnet und ein Teil der in den Vergaser 1 eingesaugten Luft durch die Zusatzluftleitung 31 und die Nebenluftleitung 32 geführt wird und dadurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch verdünnt wird.

F i g. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der vier identisch aufgebaute Luft ventile 41, 42, 43 und 44 zur Lieferung atmosphärischer Luft vorgesehen sind. Im folgenden wird lediglich das Luftventil 41 ausführlich erläutert. Entsprechende Teile aller vier Luftventile sind mit gleichem dem Bezugszeichen des Luftventils hinzugefügten Kleinbuchstaben bezeichnet. Das Luftventil 41 umfaßt ein zylindrische: Gehäuse 41 a sowie eine Membran 416, die das Gehäuse 41a in eine Unterdruckkammer 41c sowie eint atmosphärische Kammer 41c/ unterteilt, die untei atmoshärischem Druck steht. In der Unterdruckkam mer 41c befindet sich eine Druckfeder 41e, die auf die Membran 416 in Richtung zur atmosphärischer Kammer 41c/drückt. In der atmosphärischen Kammei 41c/befindet sich ein Filter41i

Die Unterdruckkammern 41c und 43c der zwe Luftventile 41 und 43 sind jeweils über eine Zweigleitung 45a bzw. 456 mit einer Unterdruckleitung 45 verbunden, die an die Unterdrucköffnung 9 des Vergasers 1 angeschlossen ist. Die Unterdruckkammerr 42c und 44c sind jeweils über eine Zweigleitung 46a bzw 466 mit einer Unterdruckleitung 46 verbunden, die ar die Unterdrucköffnung 11 angeschlossen ist. Di« atmosphärischen Druckkammern 41c/ und 42c/sind übei eine Zweigleitung 47a bzw. 476 mit einer Nebenluftlei tung 47 verbunden, die zur Spritzdüse 4 des Vergaser 1 führt. In der Nebenluftleitung 47 befindet sich eine Düse 47c. Die atmosphärischen Druckkammern 43c/ und 44c sind über eine Zweigleitung 48a bzw. 486 mit einei Zusatzluftleitung 48 verbunden, die zur Drosselöffnung 14 des Vergasers 1 führt. In der Zusatziuftleitung 4f befindet sich eine Luftdüse 48c.

Die in F i g. 7 dargestellte dritte Ausführungsform dei Erfindung arbeitet in folgender Weise. Wenn die Motordrehzahl konstant ist und die Drosselklappe ί wenig geöffnet ist, ist der an der Unterdrucköffnung 11 der Saugleitung herrschende Unterdruck so hoch, daC die Membranen 426 und 446 entgegen der Kraft dei Druckfedern 42e und 44e abgehoben sind, wogegen du Membranen 416 und 436 aufgrund des in dei Unterdruckleitung 45 herrschenden niedrigen Unter drucks mittels der Druckfedern 41 e und 43e (in F i g. 7 aufsitzen werden, so daß die Zweigleitungen 47a unc 48a geschlossen sind. Die in die atmosphärischer Druckkammern 42c/ und 44c/ eintretende atmosphäri sehe Luft wird daher durch die Nebenluftleitung 47 unc die Zusatziuftleitung 48 zur Spritzdüse 4 bzw. zui Drosselöffnung 14 des Vergasers geleitet

Wenn die Motordrehzahl konstant ist und die öffnung der Drosselklappe 2 allmählich vergrößer wird, wird der an der Unterdrucköffnung 9 herrschende Unterdruck so hoch, daß die Membranen 416 und 43/ entgegen der Wirkung der Druckfedern 41 e und 43edie Zweigleitungen 47a und 48a freigeben. Wenn die Drosselklappe 2 noch weiter geöffnet wird, sinkt der ar der Unterdrucköffnung 11 herrschende Unterdruck, se daß die Zweigleitungen 476 und 486 schließen. Die atmosphärische Luft gelangt durch die Nebenluftleitunj 47 und die Zusatziuftleitung 48 zur Spritzdüse 4 bzw. zui Drosselöffnung 14 des Vergasers 1.

Die Luftventile 41, 42, 43 und 44 arbeiten irr Ein-Aus-Betrieb, und unter normalen Betriebsbedingun gen des Motors bzw. der Brennkraftmaschine sind nich alle Luftventile gleichzeitig geöffnet oder geschlossen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine mit einem Vergaser mit zumindest einem Luftventil zur Lieferung atmosphärischer Luft mit einer atmosphärischen Druckkammer, in die atmosphärische Luft eingesaugt wird, wobei das Luftventil eine Durchflußsteuereinrichtung zur Steuerung des Durchflusses der Luft in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine umfaßt, sowie einer Zusatzluftleitung, deren eines Ende mit der atmosphärischen Kammer des zumindest einen Luftventils verbunden ist und deren anderes Ende in einer Öffnung mündet, die sich im Vergaser im Bereich einer Drosselklappe befindet, gekennzeichnet durch eine Nebenluftleitung (12; 32), deren eines Ende mit der atmosphärischen Kammer des zumindest einen Luftventils verbunden ist und deren anderes Ende zu einer Mischkammer (3) im Vergaser (1) führt, wobei die Zusatzluftleitung (13; 31) über eine Drosselöffnung (14) etwas stromauf der Drosselklappe (2) in den Vergaser mündet.