DE2741834A1

DE2741834A1 - Einrichtung zum regeln der zusammensetzung des betriebsgemisches einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2741834A1
Application number: DE19772741834
Authority: DE
Inventors: Franz Ing Grad Eheim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-09-16
Filing date: 1977-09-16
Publication date: 1979-03-29
Also published as: US4205645A; JPS5457025A

Description

R. ■'' -

19.7.1977
ot/ge

-3-

Anlage zur Patent-
und Gebrauchsmusterhilf sanmeldung

Firma

Robert Bosch GmbH

7000 Stuttgart

Einrichtung zum Regeln der Zusammensetzung des Betriebsgemisches einer Brennkraftmaschine

Zusammenfassung

Es wird eine Einrichtung zum Regeln der Zusammensetzung des Betriebsgemisches einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Diese Einrichtung umfaßt eine Kraftstoffzumeßeinrichtung mit willkürlich verstellbarer Einspritzmenge und eine im Saugrohr angeordnete Drosselklappe, die durch einen Stellmotor zur komplementären Verstellung vom Saugrohrquerschnitt und dem Querschnitt einer Abgasrückführleitung betätigbar ist. Der Stellmotor wird dabei entsprechend einer Abveichung einer im bestimmten Verhältnis zur angesaugten Frischluftmenge zuzumessenden Kraftstoffmenge von der tatsächlich von der Kraft-

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stoffzumeßeinrichtung der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge betätigt. Damit bei schneller willkürlicher Vergrößerung der Einspritzmenge ein schnelles Nachregeln der Luftmenge und der Abgasrückführmenge erfolgen kann, ist mit dem Mengenverstellorgan der Kraftstoff zündeinrichtung eine Differenziereinrichtung verbunden, die bei schneller Betätigung eine kurzzeitige Verbindung des Arbeitsraums des Stellmotors mit dem maximalen Druck des Systems herstellt. Durch die damit verbundene Druckerhöhung im Arbeitsraum wird die Drosselklappe augenblicklich ungeregelt betätigt und ein momentanes Uberfetten des Betriebsgemisches beim Beschleunigen sowie ein damit verbundener Rauchstoß vermieden.

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Regeleinrichtung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs aus. Eine solche Regeleinrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß bei sehr schnellen Verstellbewegungen des Mengenverstellorgans der Kraftstoffzumeßeinrichtung der Nachregelvorgang entsprechend der Abweichung des Vergleichsergebnisses von dem Sollwert nicht schnell genug vollzogen werden kann, so daß es kurzzeitig zu einer zu starken Anreicherung des Betriebsgemisches mit Kraftstoff kommt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Beschleunigung der Verstellbewegung des Mengenverstellorgans erfaßt wird. Abgestimmt auf die Erfordernisse des Regelsystems und die notwendige Nachführgeschwindigkeit des Istwertes auf den Sollwert erfolgt ab einem bestimmten Verstellimpuls vom Mengenverstellorgan her eine notwendige Unterstützung der

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Regelfunktion durch kurzzeitige Erhöhung des Arbeitsdrucks
im Arbeitsraum des Stellmotors auf den Systemdruck und damit eine ungeregelte Verstellung im Regelsinne. Nach dem Ende
des Stellvorgangs kann ein Druckausgleich über eine Drossel
in einer Entlastungsleitung des Arbeitsraums des Stellmotors erfolgen entsprechend dem Wert, der sich durch die von der
Vergleichseinrichtung geregelte Kraftstoffzufuhr zum Arbeitsraum des Stellmotors einstellt. Durch diese Einrichtung wird erreicht, daß auch bei einer sehr schnellen Vergrößerung der Kraftstoffzumeßmenge der Anteil der Frischluftmenge in jedem Fall groß genug ist, um mit Sicherheit ein Oberfetten des
Betriebsgemisches zu vermeiden. Dabei wird jedoch eine langsame und damit stabile Regelung der Abgasrückführmenge in den verschiedenen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine beibehalten.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfingung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung der Erfindung

In dem Ausführungsbeispiel ist vereinfacht eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt mit einem Saugrohr 2 und einer Abgassammelleitung 3. Eingangs ist das Saugrohr 2 mit einem Luftfilter 5 versehen und anschließend als profilierter, sich in Strömungsrichtung zur Brennkraftmaschine hin erweiternder
Lufttrichter 6 ausgebildet. Stromabwärts davon ist im Saugrohr eine Drosselklappe 7 angeordnet, die über ein Gestänge 8 mit einem hydraulischen Stellmotor 9 verbunden ist. Stromabwärts der Welle 10 der Drosselklappe mündet in das Saugrohr eine von der Abgassammelleitung 3 herführende Abgasrückführleitung 12 ein,

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deren in Saugrohrmitte liegende Austrittsöffnung 14 im Schwenkbereich der stromabwärts der Welle 10 liegenden Drosselklappenhälfte liegt und durch diese bei voll geöffneter Drosselklappe verschlossen wird.

Der Brennkraftmaschine wird in üblicher Weise durch eine Einspritzpumpe 16 der Kraftstoff zugemessen. Es kann sich dabei, wie hier im Beispiel gezeigt, um eine bekannte Reiheneinspritzpumpe oder aber auch um eine Verteilereinspritzpumpe oder Saugdrosseleinspritzpumpe handeln. Die Einspritzpumpe wird von einer Kraftstofförderpumpe 17 über eine Kraftstoffversorgungsleitung 19 mit Kraftstoff versorgt. Dabei ist der Kraftstofförderpumpe 17 unmittelbar ein Kraftstoffilter 18 nachgeschaltet und parallel zur Kraftstofförderpumpe in einer Abströmleitung zum Kraftstoffvorratsbehälter 20 ein Druckregelventil 22 vorgesehen. Mit diesem kann ein gewünschter, im wesentlichen konstanter Kraftstofförderdruck erzielt werden, der ferner entsprechend ausgewählten Betriebsparametern, wie zum Beispiel Luftdruck oder Temperatur, beeinflußt werden kann.

Die Kraftstoffversorgungsleitung 19 führt durch den gesteuerten Druckraum 23 eines Differenzdruckventils 24 zur Führungsbohrung 26 eines als Drosselorgan in der Kraftstoffversorgungsleitung dienenden, mit einer Ringnut 28 versehenen Steuerschiebers 27. Je nach Lage des Steuerschiebers gibt die eine Begrenzungskante der Ringnut 28 einen mehr oder weniger großen Zumeßquerschnitt bzw. Durchtrittsquerschnitt in der Kraftstoffversorgungsleitung 19 frei. Stromabwärts des Zumeßquerschnitts führt die Kraftstoffversorgungsleitung unverschließbar von der Ringnut 28 ab und durch den ungesteuerten Druckraum 30 des Differenzdruckventils zur Kraftstoffeinspritzpumpe 16. Im ungesteuerten Druckraum 30, der durch eine Membran 31 vom gesteuerten Druckraum 23 getrennt wird, ist eine Druckfeder 32 angeordnet, durch deren Federcharakteristik und Vorspannung der durch das Differenzdruckventil einstellbare Differenzdruck im wesentlichen bestimmt wird.

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Die Membran 31 bildet mit der Öffnung 33 einer aus dem gesteuerten Druckraum 23 führenden Entlastungsleitung 34 ein Ventil, über das entsprechend der Auslenkung der Membran mehr oder weniger Kraftstoff abströmen kann

Der vom Steuerschieber 27 in der als Sackbohrung ausgebildeten Führungsbohrung 26 eingeschlossene Druckraum 36 ist über eine feste Drossel 37 ständig mit der Kraftstoffversorgungsleitung 19 stromaufwärts des Zumeßquerschnitts 2 9 verbunden. Damit wirkt auf den Steuerschieber 27 der geregelte, im wesentlichen konstante Kraftstoffdruck der Förderleitung stromaufwärts des Zumeßquerschnitts. Durch diesen Druck wird der Steuerschieber 27 auf einen Schwenkarm 38 gedrückt, der einseitig reibungsarm gelagert ist und an dessen im Bereich des Lufttrichters 6 ragenden Ende eine quer zur Luftströmungsrichtung liegende Stauscheibe befestigt ist. Diese Scheibe wird durch den Staudruck der Luftströmung bzw. durch die an ihr wirkende Druckdifferenz entgegen der durch den Kraftstoffdruck erzeugten und vom Steuerschieber übertragenen, im wesentlichen konstanten Kraft ausgelenkt. Mit Hilfe der Profilierung des Lufttrichters 6 kann erreicht werden, daß es für die kontinuierliche Vergrößerung der freien Ringfläche zwischen der Stau-scheibe 39 und der Lufttrichterwand bei gleichbleibender Druckdifferenz an der Stau-scheibe 39 unterschiedlicher Verstellwege der Stauscheibe bedarf. Ebenso kann z.B. durch schlitzförmige Ausgestaltung des Zumeßquerschnitts 29 erreicht werden, daß sich der Zumeßquerschnitt linear mit dem Verstellweg des Steuerschiebers 27 ändert, der entsprechend der Auslenkung der Stauscheibe 39 betätigt wird. Durch die Profilierung des Lufttrichters 6 bei konstant gehaltener Rückstellkraft und bei konstantem Differenzdruck am Zumeßquerschnitt 29 läßt sich somit in verschiedenen Betriebsbereichen ein angepaßtes gewünschtes Verhältnis Luft zu Kraftstoff einstellen.

Die Entlastungsleitung 34 führt als Stellmittelzuführleitung in einen Arbeitsraum 41 des Stellmotors 9, dessen Stellorgan 42 hier z.B. als Arbeitskolben ausgebildet ist und entgegen dem

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hydraulischen Stelldruck von einer Druckfeder 43 beaufschlagt ist. Das Stellorgan, das auch z.B. als Membran ausgebildet werden kann, ist dabei mit dem Gestänge 8 zur Verstellung der Drosselklappe 7 gekoppelt. Der Arbeitsraum 41 ist ferner über eine feste Drossel 44 und eine Rücklaufleitung 45 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 20 verbunden.

Die oben beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Wird, ausgehend von einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine über einen Hebel 47 das Mengenverstellorgan der Einspritzpumpe 16 in Richtung Kraftstoffmehrmenge verstellt, so muß über die Kraftstofförderleitung der Einspritzpumpe entsprechend mehr Kraftstoff zugeführt werden. Bei zunächst konstanter Stellung des Steuerschiebers 27 führt dies jedoch zu einem Druckabfall in dem ungesteuerten Druckraum 30 des Differenzdruckventils. Dieses dient als Vergleichseinrichtung, mit der die tatsächlich der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge mit der angesaugten Frischluftmenge, die der über den Zumeßquerschnitt 29 fließenden Kraftstoffmenge entspricht, verglichen werden kann. Der Druckabfall bewirkt eine Verstellung der Membran 31 und damit eine Vergrößerung der öffnung 33 der Entlastungsleitung 34. Durch die hier nunmehr vergrößerte Kraftstoffabströmmenge, die das Ergebnis des Vergleichs bzw. die Abweichung von dem Sollwert darstellt, vergrößert sich unter dem Einfluß der festen Drossel 44 der Druck im Arbeitsraum 41, so daß das Stellorgan entgegen der Kraft der Feder 43 verstellt und die Drosselklappe 7 in Öffnungsrichtung bewegt wird. Dies führt zu einer Vergrößerung der zugeführten Frischluftmenge unter gleichzeitiger Verringerung der rückgeführten Abgasrückführmenge. Denn durch den an der Drosselklappe 7 vergrößerten Saugrohrdurchtrittsquerschnitt kann nun der von der Brennkraftmaschine erzeugte Ansaugunterdruck stärker zur Stauscheibe 39 durchgreifen, so daß diese unter Einwirkung der kurzzeitig vergrößerten Druckdifferenz weiter ausgelenkt wird, bis am Schwenkarm 38 wieder Kräftegleichgewicht herrscht. Bei einer Verstellung des Hebels 47 in umgekehrter Richtung spielt sich der oben beschriebene Vorgang ebenfalls in umgekehrter

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Richtung ab. Durch diese Einrichtung erzielt man eine äußerst genaue Zuordnung der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge zur angesaugten Frischluftmenge und darüber hinaus die Möglichkeit, Abgasrückführmengen in optimaler Dosierung der Brennkraftmaschine zuzuführen, ohne daß deren Leistung z.B. bei Vollastbetrieb beeinträchtigt wird. In diesem Fall wird durch die voll geöffnete Drosselklappe 7 die Abgasrückführung völlig unterbunden. Es wird dabei weiterhin vorteilhaft die Kraftstoffmengendosierung und -messung außerhalb der vielen Fehlereinflüssen ausgesetzten Kraftstoffeinspritzpumpe vorgenommen. Dabei ist dennoch die Möglichkeit geblieben, z.B. zum Beschleunigen willkürlich eine schnelle und große Verstellung der Kraftstoffzumeßmenge durch Verstellung des Hebels 47 zu vollziehen.

Durch die beschriebene Einrichtung wird erreicht, daß die Steuerung der Frischluftansaugmenge auf eine Verstellung der Kraftstoffzumeßmenge kontinuierlich und schwingungsfrei nachgeführt wird. Die Verstellung der Drosselklappe 7 erfolgt demgemäß relativ langsam. Dies hat nun den Nachteil, daß auf schnelle Einspritzmengenänderungen hin und bei knapp an der Rauchgrenze eingestelltem Verhältnis von Luft zu Kraftstoff kurzzeitig eine Überfettung des Betriebsgemisches auftreten kann, da dies Drosselklappe 7 dieser Verstellung nicht schnell genug folgen kann.

Erfindungsgemäß ist nun die oben beschriebene Einrichtung durch eine Einrichtung 49 ergänzt, die die Verstellgeschwindigkeit des Mengenverstellorgans der Kraftstoffzumeßeinrichtung bzw. der Kraftstoffeinspritzpumpe erfaßt. Diese Einrichtung besteht aus einem Steuerkolben 50, der in einem beiderseits geschlossenen Zylinder 51 verschiebbar angeordnet ist und dort einen ersten Druckraum 53 von einem zweiten Druckraum 54 des Zylinders 51 trennt. In dem ersten Druckraum 53 ist eine Druckfeder 56 zwischen der ersten Zylinderstirnseite 57 und dem Steuerkolben 50 einge-

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spannt, der durch die Feder an einen festen Anschlag 59 in seiner Ruhestellung gehalten wird. Die den anschlagseitigen zweiten Druckraum abschließende zweite Stirnseite des Zylinders 51 ist eine verschiebbare Wand 62, die im gezeigten Beispiel durch die Stirnfläche eines verschiebbaren Kolbens 63 gebildet wird und über ein Betätigungsglied 64 mit dem Hebel 47 bzw. dem Mengenverstellorgan der Einspritzpumpe 16 gekoppelt ist.

Der Steuerkolben 50 weist eine Ringnut 66 auf, die unabhängig von der Stellung des Steuerkolbens 50 über eine Verbindungsleitung 67 ständig mit der Kraftstoffversorgungsleitung 19 stromaufwärts des Differenzdruckventils 24 verbunden ist. Von dieser Verbindungsleitung führen unverschließbar durch den Steuerkolben 50 eine erste Leitung 68 zum ersten Druckraum und eine zweite Leitung 6 9 zum zweiten Druckraum 54 ab. In der zweiten Leitung 69 ist eine zweite Drossel 71 angeordnet. Von dem Zylinder 51 zweigt ferner eine Druckleitung 72 ab, die zum Arbeitsraum 41 führt, in diesem Fall über die Entlastungsleitung 34 des Differenzdruckventils bzw. der Stellmittelzuführleitung des Stellmotors 9. Die Druckleitung 72 ist in der Ruhestellung des Steuerkolbens 50 an seinem Anschlag 59 verschlossen und wird bei einer Verschiebung des Steuerkolbens entgegen der Kraft der Druckfeder 56 mit der Ringnut 66 verbunden. Stromaufwärts der Einmündung der Druckleitung 72 in die Entlastungsleitung 34 bzw. in den Arbeitsraum 41 des Stellmotors ist in der Entlastungsleitung 34 eine dritte Drossel 74 vorgesehen,

Die hier beschriebene Einrichtung dient als Differenziereinrichtung der Verstellgeschwindigkeitsänderung des Mengenverstellorgans und erfaßt dessen Verstellimpuls. In der Ruhestellung des Steuerkolbens herrscht im ersten und im zweiten Druckraum der von der Kraftstofförderpumpe 17 erzeugte konstante Systemdruck. Durch diesen Druck wird auch der Kolben 63 in Anlage an dem Betätigungsglied 64 gehalten. Natürlich ist der Kolben in dem Zylinder 51 zur Vermeidung von Leckverlusten dicht geführt.

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Er kann auch z.B. durch eine Rollmembran ersetzt werden. Wird nun das Mengenverstellglied bzw. der Hebel 47 in schneller Bewegung nach links, also in Richtung Kraftstoffmehrmenge, verstellt, so verdrängt der Kolben 63 entsprechend eine Kraftstoff menge pro Zeiteinheit, die an sich durch die zweite Drossel 71 dem System zugeführt werden kann. Ab einem bestimmten Verdrängungsvolumen pro Zeiteinheit nimmt die zweite Drossel 71 diese Menge jedoch nicht mehr auf, so daß sich der Druck im zweiten Druckraum 54 erhöht und entsprechend der Steuerkolben 50 aus seiner Ruhelage entgegen der Kraft der Feder 56 verschoben wird. Diese Verschiebung hat zur Folge, daß nun die Druckleitung 72 mit der Ringnut 66 in Verbindung kommt und somit über die Verbindungsleitung 67 der Systemdruck in den Arbeitsraum 41 gelangen kann. Dort wird, solange die Verbindung besteht, der Arbeitsdruck ungeregelt erhöht, so daß die Drosselklappe 7 durch den Stellmotor 9 verstellt wird. Am Ende der Verstellbewegung des Mengenverstellorgans kann sich der erhöhte Druck im zweiten Druckraum 54 über die zweite Drossel 71 wieder abbauen, so daß der Steuerkolben 50 wieder zu seinem Anschlag 59 zurückgelangt und die Druckleitung 72 wieder verschließt. Der kurzzeitig erhöhte Arbeitsdruck im Arbeitsraum 41 baut sich danach über die erste Drossel 44 wieder ab bis auf einen Arbeitsdruck, der wiederum durch das Differenzdruckventil 24 bestimmt ist. Entsprechend nimmt dann auch die Dosseiklappe wieder eine geregelte Stellung ein.

Auf diese Weise wird bei plötzlicher Verstellung in Richtung Mehrmenge die Drosselklappe 7 so verstellt, daß die Gewähr für die Zufuhr einer den veränderten Verhältnissen entsprechende Frischluftmenge der Brennkraftmaschine gegeben ist.

Der Grad der ungeregelten Verstellung der Drosselklappe und der Einsatzpunkt dieser Verstellung kann durch die Dimensionierung der zweiten Drossel 71 in Verbindung mit der Fläche der verschiebbaren Wand 62 und der Lage der Abzweigung der Druckleitung 72

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abgestimmt werden. Auch die Kennlinie der Druckfeder 56 wirkt sich auf den Einsatzpunkt der ungeregelten Verstellung aus. Die dritte Drossel 74 kann ggfls. vorgesehen werden, um eine Rückwirkung auf das Differenzdruckventil 24 zu verhindern.

Statt der extern angelegten zweiten Leitung 69 kann diese auch als eine vom zweiten Druckraum 54 ausgehende, mit einer Drosselstelle versehene und zur Ringnut 66 führende Bohrung ausgebildet sein, wie das gestrichelt als Alternative in der Zeichnung angedeutet ist.

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Claims

-S- Ansprüche

1. Einrichtung zum Regeln der Zusammensetzung des Betriebs- ^~~ gemisches einer Brennkraftmaschine mit einer willkürlich betätigbaren Kraftstoffzumeßeinrichtung, einer Einrichtung zum Messen der angesaugten Frischluftmenge und einer Einrichtung zum Vergleich beider Mengen, von denen die Luftmenge über ein Drosselorgan in dem Saugrohr der Brennkraftmaschine entsprechend der Abweichung des Vergleichsergebnisses von einem Sollwert korrigierbar ist und komplementär dazu die Zuführmenge von rückgeführtem Abgas in das Saugrohr änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (7) durch einen hydraulischen Stellmotor (9) betätigbar ist, dessen Arbeitsdruck von der Vergleichseinrichtung (24) gesteuert ist, und daß der Arbeitsdruck entsprechend der Ausgangsgröße einer die Verstellgeschwindigkeit des Mengenverstellorgans der Kraftstoffzumeßeinrichtung (16) erfassenden Einrichtung (49) änderbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verstellgeschwindigkeit erfassende Einrichtung eine Differenziereinrichtung ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenziereinrichtung hydraulisch arbeitet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenziereinrichtung einen in einem beiderseits geschlossenen Zylinder (51) verschiebbaren, den Zylinder in einen ersten (53) und einen zweiten Druckraum (54) teilenden Steuerkolben (50) aufweist, der in Ruhestellung durch die Kraft einer

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Feder (56) gegen einen festen Anschlag (59) gedrückt wird und eine Ringnut (66) hat, die in jeder Stellung des Steuerkolbens (50) über eine erste Leitung (68) mit dem ersten Druckraum (53) und über eine mit einer zweiten Drossel (71) versehene zweite Leitung (69) mit dem anschlagseitigen zweiten Druckraum (54) des Zylinders verbunden ist, der dort durch eine von dem Mengenverstellorgan verschiebbare Wand (62) axial begrenzt ist, und daß ab einer bestimmten Verschiebestellung des Steuerkolbens die Ringnut (66) über eine Druckleitung (72) mit dem Arbeitsraum (41) des Stellmotors verbindbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (41) des Stellmotors (5) mit einer Stellmittelzuf uhr leitung (34) verbunden ist, die gesteuert von der Vergleichseinrichtung (24) Stellmittel in variabler Menge zumißt, und daß vom Arbeitsraum (41) eine Rücklaufleitung (45) abführt, in der zum Aufbau des variablen Arbeitsdrucks eine erste Drossel (44) angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts der Einmündung der Druckleitung (72) in den Arbeitsraum in der Stellmittelzuführleitung (34) eine dritte Drossel (74) angeordnet ist.

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