DE2719775C3 - Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses - Google Patents

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 Ar» bekannt (DE-OS 25 46 310), bei der eine Zusatzluftmenge in einer solchen Weise zugeführt werden soll, daä sip 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 Sauerstoffüberschuß 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, jedocii 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 et, 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

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig.2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Unterdruck in der Ansaugleitung und 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 Ansaugleitungzeigt;

F i g. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnr bei niedrigem und konstantem Unterdruck in der Ansaugleitung 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-Gem'.schs zeigt;

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

Fig.7 eine schematische Darstellung einer dritten Ausffihmngsform 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 7a, eine obere Membran 7b sowie eine untere Membran 7c umfaßt Von den zwei Membranen 7b und 7c wird das Gehäuse 7a in drei Kammern unterteilt nämlich eine obere Unterdruckkammer Te, eine untere Unterdruckkammer 7f sowie eine atmosphärische Kammer Td, die sich zwischen den zwei Unterdruckkammern 7e und 7/ befindet In den Unterdruckkammern 7e und 7/befinden sich Federn 7g und 7h. In der atmosphärischen Kanuner Td ist ein Ventilrohr 7i angeordnet das an seinen entgegengesetzten Enden jeweils einen Einlaß aufweist wobei diese Einlasse der Membran Tb bzw. 7c zugewandt sind. In der Seitenwand des Ventilrohres 7/ sind auf gegenüberliegenden Seiten Luftauslässe 7} und 7Jt ausgebildet Im Ventilrohr 7/ befindet sich eine Trennwand 71, die in Längsrichtung öuc Ventilrohres verläuft und unter rechten Winkeln zu den Luftauslässen 7j und 7k angeordnet ist Zwischen den oberen und unteren Einlassen des Ventilrohres 7/und der jeweiligen Membran 76 bzw. 7c befinden sich Zwischenräume bzw. _% Spalte S\ bzw. Si. Die Spalte 5t und Si können durch

Auslenkung der Membranen 7b und 7c geschlossen werden.

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

% mündet Die untere Unterdruckkammer 7/ist über eine Unterdruckleitung 10 mit einer Unterdrucköffnung 11 verbanden, die stromab der Drosselklappe 2 in den Vergaser 1 mündet Der Luftauslaß 7* des Ventilrohres 7/ist über eine Nebenluftleitung 12 mit der Spritzdüse 4 des Vergasers 1 verbunden. In der Nebenluftleitung 12 befindet sich eine Düse 12a Der andere Luftauslaß 7/ist über eine Luftbypassleitung bzw. Zusatzluftleitung 13 mit einer Zuiatzluftaustritts* oder Drosselöffnung 14 verbunden, die stromauf der Drosselklappe 2 in den Vergaser 1 mündet In der Drosselöffnung 14 befindet sich eine Luftdüse 13. 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 Mischkammer 3 befindet. Alternativ kann die atmosphärische Kammer 7d direkt mit der umgebenden Atmosphäre verbunden sein.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet in

folgender Weise. Wenn die Motordrehzahl konstant ist und die Drosselklappe 2 nur wenig geöffnet ist, ist der an der Unterdrucköffnung 11 der Saugleitung herrschende Unterdruck 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 gelingen Unterdrucks, der in der Unterdruckleitung 8 herrscht, wird die obere Membran Tb von der Feder Tg nach unten gedrückt, so daß dadurch der obere Einlaß des Ventilrohres Ti ι ο 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 7/abgehoben. Bei '5 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 S\ und S? offen bleibt, — es sei denn, daß die an den beiden Unterdrucköffnungen 9 und 11 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 Drosselklappe 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 M Zusatzluftleitung 13 und durch die Drosselöffnung 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 A/gilt für den Fall, daß Luft *<> nur durch die Nebenluftleitung 12 zugeführt wird Die Linie B gilt 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-Kraft- so stoff-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 U 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 ^w 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 Zusatzluftmenge, so daß die Verdünnungswirkung der Zusatzluft auf das Gemisch abnimmt, wie dies durch den weiteren Verlauf der Kurve A in Fig.3 dargestellt ist Die Wirkung der Nebenlufteinleitung auf die Verdünnung des Luft-Kraftstoff-Gemischs, die durch die Kurve M in 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 Fig. 3 wiedergegeben. Das wesentlich höhere Luft-KraiüÄoff-Verhältnis bedeutet ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemjwh.

Im folgenden wird auf F i 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 abv wie dies durch die Kurve A in Fig.4 dargestellt ist wogegen die Verdünnung des Gemischs durch Nebenlufteinleitung bei einer Erhöhung der Motordrehzahl linear zunimmt, wie dies durch die Kurve Mm 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 dir Maximalleistung bzw. Maximalbelastung des Motors. Die Kurve Cb gibt das Fahrwiderstandsmoment wieder. Die Kurve Cc entspricht ditti 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 Ti entfernt, so daß diese Einlasse geöffnet sind

Fig.6 zeigt eine weitere AusfOhrungsforrn 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 Kühlwassertemneratur. 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 Kolbenkammer 30a liegt und mit deren unterem Ende verbunden ist und einen 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 3Od nach unten gedruckt wird. Das untere Ende des Kolbens 30c ragt in die atmosphärische Druckkammer 30έ>. Am unteren Endes des Kolbens 30c ist ein Ventilelement 3Oe angebracht, das in der atmosphärischen Druckkammer 306 aufwärts und abwärt« bewegt werden kann. An einer Bodenwand 30/ der atmosphärischen Druckkammer 306 befindet sich ein rohrförmiges Ventilteil 30i das durch die Bodenwand 30/ hindurchgeführt und koaxial zum Ventilelement 3Oe angeordnet is« snwjp pjnpn rfprn Ventilelement 3Oe zugewandten Einlaß hat. In Längsrichtung des Ventilteils 30/Verläuft eine Trennwand 30g, die zwei Luftauslässe 30Λ und 30/abteilt. Zwischen dem Einlaß des Ventilteils 30/" und dem Ventilelement 30e befindet sich ein Zwischenraum bzw. Spalt S. Der Spalt 5kann vom Ventilelement 3Oe geschlossen werden. Der L 'iftauslaß 30/ist Ober eine Zusatzluftleitung 31 mit der Drosselöffnung 14 verbunden, und der andere Luftauslaß 30h ist Ober 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 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 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 30h und 30/ unter der Wirkung der Feder 3Od geschlossen gehalten werden und keine Luftströmung zwiscnen aer Lutteinlaßöffnung 17 und der Zusatzluftieitung 31 oder der Ntbenluftleitung 32 erfolgt. Erreicht die Fahrgeschwindigkeit den bestimmten Wert, wird durch Betätigen des Schalters 35 der Elektromagnet 34 erregt und der Kolben 30c nach oben gezogen, so daß sich das Ventiltei! 3Of öffnet und ein Teil der in den Vergaser 1 eingesaugten Luft durch die Zusatzhiftleitung 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 Luftventile 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 zylindrisches Gehäuse 41a sowie eine Membran 416, die das Gehäuse 41a in eine Unterdruckkammer 41c sowie eine atmosphärische Kammer 41c/ unterteilt, die unter

^r> atmoshärischem Druck steht. In der Unterdruckkammer 41c befindet sich eine Druckfeder 41 e, die auf die Membran 416 in Richtung zur atmosphärischen Kammer 41c/ drückt. In der atmosphärischen Kammer 41c/befindet sich ein Filter 41/!

Die Unterdruckkammern 41c und 43c der zwei 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 Unterdruckkammern

'⁵ 42c und 44c sind jeweils über eine Zweigleitung 46a bzw. 466 mit einer Unterdruckleitung 46 verbunden, die an die Unterdrucköffnung 11 angeschlossen ist. Die stmncnhärUrhpn Druckkammern 4ic/'jnd 42c/sind über eine Zweigleitung 47a bzw. 476 mit einer Nebenluftleitung 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 einer Zusatzluftleitung 48 verbunden, die zur Drosselöffnung

-"> 14 des Vergasers 1 führt. In der Zusatzluftleitung 48 befindet sich eine Luftdüse 48c.

Die in F' g. 7 dargestellte dritte Ausführungsform der Erfindung arbeitet in folgender Weise. Wenn die Motordrehzahl konstant ist und die Drosselklappe 2 wenig geöffnet ist, ist der an der Unterdrucköffnung 11 der Saugleitung herrschende Unterdruck so hoch, daß die Membranen 426 und 446 entgegen der Kraft der Druckfedern 42e und 44e abgehoben sind, wogegen die Membranen 416 und 436 aufgrund des in der

*■> Unterdruckleitung 45 herrschenden niedrigen Unterdrucks mittels der Druckfedern 41 e und 43e(in Fi g. 7) aufsitzen werden, so daß die Zweigleitungen 47a und 48a geschlossen sind. Die in die atmosphärischen Druckkammern 42c/ und 44c/ eintretende atmosphärisehe Luft wird daher durch die Nebenluftleitung 47 und die Zusatzluftleitung 48 zur Spritzdüse 4 bzw. zur Urosselöttnung 14 des Vergasers geleitet.

Wenn die Motordrehzahl konstant ist und die öffnung der Drosselklappe 2 allmählich vergrößert

wird, wird der an der Unterdrucköffnung 9 herrschende Unterdruck so hoch, daß die Membranen 416 und 436 entgegen der Wirkung der Druckfedern 41 e und 43e die Zweigleitungen 47a und 48a freigeben. Wenn die Drosselklappe 2 noch weiter geöffnet wird, sinkt der an

der Unterdrucköffnung 11 herrschende Unterdruck so daß die Zweigleitungen 476 und 486 schließen. Die atmosphärische Luft gelangt durch die Nebenluftleitung 47 und die Zusatzluftleitung 48 zur Spritzdöse 4 bzw. zur Drosselöifnung 14 des Vergasers 1.

Die Luftventile 41, 42, 43 und 44 arbeiten im Ein-Aus-Betrieb, und unter normalen Betriebsbedingungen des Motors bzw. der Brennkraftmaschine sind nicht alle Luftventile gleichzeitig geöffnet oder geschlossen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses för 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 (f) führt, wobei die Zusatzluftieitung (13; 31) über eine Drosselöffnung (14) etwas stromauf der Drosselklappe (2) in den Vergaser mündet