DE2746521A1

DE2746521A1 - Kraftstoffzerstaeubungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2746521A1
Application number: DE19772746521
Authority: DE
Inventors: Hatuo Nagaishi; Suzuo Suzuki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1976-10-18
Filing date: 1977-10-17
Publication date: 1978-04-20
Also published as: US4183339A; JPS5349622A; GB1552292A

Description

Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Luft-Kraftstoff-Abgabesystem und insbesondere auf eine Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung für ein Luft-Kraftstoff-Abgabesystem, das die elektrostatische Anziehung und Abstoßung benutzt, um Kraftstoff zu induzieren, damit er in eine Luftströmung hineingespritzt oder gesprüht wird, um ein brennbares Gemisch zu bilden.

Luft-Kraftstoff-Abgabesysteme können allgemein in zwei Gruppen aufgeteilt werden, nämlich Einspritz- und Vergasersysteme.

Bei der Kraftstoffeinspritzung gibt es zwei Grundtypen von Systemen, von denen eines die Pumpe und den Einspritzer in eine einzige Einheit zusammenfaßt und das andere, das eine unabhängige Pumpe hat, die eine Vielzahl von elektronisch oder in anderer Weise betätigten Einspritzern speist.

Obwohl die zuvor beschriebenen Systeme Kraftstoff in Bezug auf die Zeit und Menge genau einspritzen können, leiden sie

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jedoch unter Nachteilen, die eine komplexe Konstruktion und hohe Kosten umfassen. Bei den Vergasern wurden moderne Vergaser infolge der immer anwachsenden Forderung nach einer genauen Steuerung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zur Vereinfachung der Verminderung von giftigen Verbindungen, die von Brennkraftmaschinen ausgestoßen werden, und der gleichzeitigen Maximalisierung eines wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauches und der Ausgangsleistung, immer komplizierter mit einem damit verbundenen Zuverlässigkeitsverlust.

Um die zuvor erwähnten Nachteile zu beseitigen, wurde eine Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung für ein Luft-Kraftstoff-Abgabesystem, das elektrostatische Anziehung und Abstoßung oder das elektrostatische Zerstäubungsphänomen benutzt, wie dieses später näher erläutert wird, von der Anmelderin mit der US-Patentanmeldung Serial No. 778 994- vorn 18.3-1977 vorgeschlagen.

Bei dieser Vorrichtung ist eine Vielzahl von feinen Röhren, die strömungsmäßig mit einer Kraftstoffquelle verbunden sind, so angeordnet, daß sie in die Einlaßleitung z.B. einer Brennkraftmaschine münden. Eine Elektrode ist neben den öffnungen der feinen Röhren derart angeordnet, daß beim Zuführen einer Hochspannung über den feinen Röhren und der Elektrode der mit einer Ladung versehen Kraftstoff von den Elektroden und den feinen Röhren jeweils §. eichzeitig angezogen und abgestoßen wird. Der Kraftstoff wird daher in die Einlaßleitung eingespritzt, damit er mit der durch diese strömenden Luft gemischt v/ird und einen Kraftstoff nebel bildet.

Die Ausstoßgröße aus den feinen Röhren hängt bei der zuvor erwähnten Vorrichtung von der zugeführten Spannung ab. Um ein vorgegebenes Volumen von Kraftstoff pro Zeiteinheit zuzuführen, sind entweder eine kleine Anzahl von Röhren großen

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Durchmessers oder eine ziemlich große Anzahl von Röhren kleinen Durchmessers erforderlich. Im Falle einer kleinen Anzahl von Röhren eines großen Durchmessers wurde jedoch festgestellt, daß die Änderung der Kraftstoffströmungsgröße, die durch eine gegebene Änderung der über die Elektroden angelegten Spannung induziert wird, tatsächlich unerwünscht klein ist, und bei einem übermäßig großen Durchmesser tritt das Zerstäubungsphänomen nicht auf. Im Falle einer großen Anzahl von Röhren mit kleinem Durchmesser wird, obwohl ein gewünschtes Zerstäubungsphänomen auftritt, die Vorrichtung übermäßig komplex infolge der zuvorerwähnten großen Anzahl von Röhren, und, wenn der Innen durchmesser der Röhren zu klein wird, treten unerwünschte Fluktuationen in der Strömungsgröße durch sie hindurch auf. Außerdem fällt der Steuerungsv/irkungsgrad bei niedrigen Spannungen steil ab und die Anordnung erfordert einen ihr zugeführten größeren Spannungsbereich, um einen geeigneten KraftstoffStrömungsbereich zu erreichen, verglichen mit dem Fall einer kleinen Anzahl von großen Röhren.

Bei der vorliegenden Erfindung kann durch Benutzung einer kleinen Anzahl von Röhren mit einem relativ großen Durchmesser, die schrittweise durch einen Kolben zu schließen sind, der in Abhängigkeit von der Menge der Einlaßluft sich bewegt, ein Spannungsbereich angewendet werden, der geringer ist als bei dem Fall von vielen Röhren mit kleinem Durchmesser.

Die vorliegende Erfindung wurde so entwickelt, daß sie die zuvor erwähnten Nachteile der herkömmlichen Vorrichtung beseitigt. Eine Vielzahl von feinen Röhren, deren offene Enden Düsen bilden, sind in der Einlaßleitung oder dem Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet und eine gegebene Anzahl von Düsen werden ii Abhängigkeit von einer augenblicklichen Strömungsgröße der Einlaßluft geschlossen. Eine

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Elektrode ist neben den Düsen angeordnet und erhält eine Hochspannung in Bezug auf die, die dem Kraftstoff stromab der Düsen zugeführt wird. Diese Hochspannung wird durch eine Steuerschaltung eingestellt, um ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten. Bei dieser Anordnung kann die Kraftstoffmenge, die zerstäubt werden soll, sowohl durch die Anzahl der offenen Düsen als auch durch die zugeführte Hochspannung gesteuert werden.

Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung zu schaffen, die in ihrer Konstruktion einfach ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung zu schaffen, die eine einfache und genaue Steuerung der KraftstoffStrömungsgröße selbst v/ährend der schnellen Beschleunigung, Verzögerung und des Hochgeschv/indigkeitsbetriebes der Brennkraftmaschine bewirkt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung zu schaffen, die eine einfache und genaue Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Einhalten eines gewünschten Pegels bewirkt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Zerstäubungsfähigkeit auch dann hat, wenn die Strömungsgröße des Kraftstoffes niedrig ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung zu schaffen, die die Fluktuation der Strömungsgröße des Kraftstoffes unterdrückt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung zu schaffen, die stabil

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und zuverlässig in ihrem Betrieb ist.

Erfindungsgemäß wird eine Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen, die sich auszeichnet durch eine in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine angeordnete Düsenanordnung, die so ausgelegt und angeordnet ist, daß sie ihr von einer Kraftstoffquelle zugeführten Kraftstoff in die Ansaugleitung ausstößt, durch eine Elektrodenanordnung, die so ausgelegt und angeordnet ist, daß sie bei Zuführung einer Hochspannung den Kraftstoff zum Ausstoßen aus der Düsenanordnung induziert, und durch eine Einrichtung zum wahlweisen Sperren der Düsenanordnung, welche so ausgelegt und angeordnet ist, daß sie die von der Düsenanordnung ausstoßbare Kraftstoffmenge nach Maßgabe der Luftströmung ändert.

Gemäß einem bevorzugten Gedanken der Erfindung ist ein Kolben in einem rohrförmigen Gehäuse aufgenommen und gleitend in Abhängigkeit von der augenblicklichen Strömung der Einlaßluft beweglich, um die Anzahl der Röhren kleinen Durchmessers zu ändern, durch die Kraftstoff unter dem Einfluß einer einstellbaren elektrostatischen Kraft ausgestoßen werden kann, die durch Zuführung einer einstellbaren Hochspannung über eine Elektrode, die in dem Kraftstoff stromab der Düsen eingetaucht ist, und einer Elektrode, die um und beabstandet von dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist, induziert wird.

Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung können anhand der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen klarer verstanden werden. Im einzelnen zeigen:

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Fig. 1 einen Schnitt einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 A einen Schnitt der Einrichtung zur Einstellung der Strömungsgröße durch die Düsen bei den ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 B einen Schnitt der Einrichtung zum Einstellen der Strömunssgröße durch die Düsen der ersten bevorzugten Ausführungsform längs der Linie A-A' in der Fig. 2A,

Fig. 3 ein Koordinatendiagranrsi, das die Beziehung zwischen der zugeführten Spannung und der Strömungsgröße des Kraftstoffes zeigt,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit mit geschlossener Regelschleife und der Spannungssteuerschaltung nach Maßgabe der Erfindung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßeη Ventilsteuere inhe it,

Fig. 6 einen Schnitt einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

Fig. 7 einen Schnitt einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Einander entsprechende Teile sind durch gleiche Bezugszeichen in den vorstehenden Figuren bezeichnet.

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Anschließend v/ird auf die Figuren 1, 2A und 23 Bezug genommen, die eine erste bevorzugte Ausführungsform zeigen. In diesen Figuren ist die Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung in Verbindung mit einer Kolben-Brennkraftmaschine dargestellt. Eine Einrichtung N zum Einstellen der Strömungsgröße durch die Düsen ist in der Einlaßleitung oder dem Ansaugrohr 1 angeordnet, das Luft über eine Einlaßleitungsanordnung 15 in einen Zylinder 16 führt. Die Einrichtung N weist ein rohrförmig es Teil ¹V auf, dessen Umfangsv/and mit einer Vielzahl von feinen Röhren 2 versehen ist, die Düsen an ihren Enden bilden, wobei ein Kolben 3 gleitend in das Teil 4 eingepaßt ist, der fest mit einer Kolbenstange 8 verbunden ist. Die feinen Röhren 2 sind aus einem elektrisch leitenden Material oder Materialien gebildet und so angeordnet, daß sie radial nach außen von und in Längsrichtung längs der Umfangsv/and des rohrförmigen Teils 4- sich erstrecken.

Eine kreisringfömige Elektrode 5 ist elektrisch isoliert in einer kreisringförmigen Ausnehmung, die in der Innenwandfläche des Einlaßrohrs 1 ausgebildet ist, über eine isolierende Hülse 28 derart angeordnet, daß sie sich neben den Öffnungen der feinen Röhren 2 befindet. Die Elektrode 5 kann entweder mit einer positiven oder negativen Hochspannung verbunden werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine positive Hochspannung mit der Elektrode 5 verbunden. Ein Ende des rohrförmigen Teils 4- ist strömungsmäßig mit einer Schwimmerkammer 7 über eine Kraftstoffleitung 6 verbunden, in der ein Elektromagnetventil 26 angeordnet ist. Das Elektromagnetventil 26 schließt die Leitung 6, wenn es erregt ist. Außer der ersten, neben den Öffnungen der feinen Röhren 2 angeordneten kreisringförmigen Elektrode 5 ist eine zweite Elektrode 17 in der Schwimmerkammer 7 derart angeordnet, daß eine Hochspannung, z.B. in der Größenordnung von einigen kV bis zu mehreren

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Zehnern von kV, die über diese beiden Elektroden 5 »17 angelegt ist, ein Zerstäuben und Ausstoßen des Kraftstoffes mit Hilfe des elektrostatischen Zerstäubungsphänomen aus den Öffnungen der feinen Röhren 2 bewirkt. Eine negative Spannung wird an die zweite Elektrode 17 bei diesem Ausführungsbeispiel gegeben.

Der in dem rohrförmigen Teil 4 angeordnete Kolben 3 der Einrichtung zum Einstellen der Strömungsgröße durch die Düsen ist starr mit einer Membran 9 über die Kolbenstange 8 verbunden. Diese Membran 9 ist abgedichtet zwischen einem Paar von napfförmigen Gliedern angeordnet, um Strömungskammern 10 und 11 einstellbaren Volumens zu bilden. Wie gezeigt, ist die Membran in Richtung der Kammer 11 mit Hilfe eine Druckfeder 37 vorgespannt. Die Kammer ist strönungsmäßig mit einem Venturiteil 14 verbunden, der in dem Einlaßrohr 1 ausgebildet ist, um diese Kammer dem sich ändernden Ansaugdruck auszusetzen, der in diesem während des Betriebs der Brennkraftmaschine entwickelt wird. Die Kammer 11 ist mit einem Teil des Einlaßrohres verbunden, der unmittelbar stromauf des Venturiteils 14 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung wird der oberhalb des Venturis herrschende Druck an die Kammer 11 gegeben, wodurch eine Druckdifferenz über der zuvor erwähnten Membran 9 während des Betriebs der Brennkraftmaschine erzeugt wird. Das Einlaßrohr 1 ist außerdem über ein Einlaßleitungssystem 15 mit dem Zylinder 16 der Brennkraftmaschine verbunden. Ein Kolben 23 ist dichtend und gleitend in den Zylinder 16 eingepaßt, um damit einen Brennraum zu bilden. Ein Drosselventil 24 ist innerhalb des Einlaßrohrs 1 stromab des rohrförmigen Teils 4 angeordnet.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung wird der Kraftstoff in feine Teilchen zerstäubt, wenn er in das Luft-Einlaßrohr 1 von den Düsen der feinen Röhren 2 durch die Einrichtung zur Einstellung der Strömungs-

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größe durch die Düsen hindurch infolge des elektrostatischen Zerstäubungsphänomen ausgestoßen wird.Da das Lufteinlaßrohr 1 und der obere Teil der Schwimmerkammer 7 über ein Rohr 25 miteinander verbunden sind, um den in den beiden Teilen herrschenden Luftdruck auszugleichen, wird der Kraftstoff aus den Öffnungen der feinen Röhren 7i allein unter dem Einfluß der elektrostatischen Kräfte ausgestoßen, die durch die Elektroden 5 und 17 induziert v/erden. Die Leitung 25 besitzt ein Elektromagnetventil 26', das in dieser angeordnet ist und gleichzeitig mit dem anderen Elektromagnetventil 26 erregt wird, das in der Kraftstoffleitung 26 angeordnet ist, um Kraftstoffdämpfe oder den Kraftstoff selbst daran zu hindern, in das Einlaßrohr 1 nach Maßgabe der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu fließen.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird die Membran

9 in Richtung zur Kammer 10 gegen die Kraft der Feder 37 durch die Luftdruckdifferenz zwischen den beiden Kammern

10 und 11 gezwungen, die durch die Luftströmung durch den Venturiteil 14 hindurch erzeugt wird. Der Kolben 3 wird daher in dem Zylinderteil des rohrförmigen Teils 4 hin- und herbewegt nach Maßgabe der Bewegung der Membran 9 und schließt daher wahlweise eine Anzahl von öffnungen der feinen Röhren 2, die in das Lufteinlaßrohr 1 münden. Es ist daher zu erkennen, daß, da die Strömungsgröße des Kraftstoffes, der von der Vielzahl von Düsen ausgestoßen wird, nach Maßgabe der Anzahl von öffnungen sich ändert, die in den feinen Röhren 2 vorgesehen sind, sich auch die Strömungsgröße des Kraftstoffes in Abhängigkeit von der Strömungsgröße der Ansaugluft ändert. Falls gewünscht, kann der Venturiteil 14 durch eine öffnung ersetzt werden, so daß die Membran in Abhängigkeit von der Druckdifferenz bewegt wird, die stromauf und stromab von ihr besteht.

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Eine Spannungssteuerschaltung 18 erhält eine Gleichspannung von einer Speisequelle 19 und ein Signal von einer Steuereinheit 22 mit geschlossener Regelschleife. Die Steuerspannungsschaltung 18 steuert die Hochspannung, die über den Elektroden 5> 17 angelegt wird, in Abhängigkeit von dem Signal von der Steuereinheit 22 mit geschloss ener Regelschleife. Auf diese V/eise kann die Strömungsgröße des Kraftstoffes genau in Abhängigkeit von der Änderung des Signals von der Schaltung 22 mit geschlossener Regelschleife gesteuert v/erden.

Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der zugeführten Spannung und der Strömungsgröße des Kraftstoffs, der aus den feinen Röhren 2 ausgestoßen wird. Die Strömungsgröße des Kraftstoffes steigt an, wenn die zugeführte Spannung ansteigt, und es ist darauf hinzuweisen, daß der Kraftstoff eine ausreichende kinetische Energie zu seinem Zerstäuben in feine Teilchen oberhalb von 3 kV bei diesem Ausführungsbeispiel erhält.

Fig. 4- zeigt ein Blockschaltbild für die Steuereinheit mit geschlossener Regelschleife und die Spannungssteuerschaltung 18. Der Eingang eines Verstärkers 50 ist mit einem Gasfühler 21 verbunden, der in Fig. 1 gezeigt ist und z.B. als ein Op-Fühler in einer Abgasleitung 20 angeordnet ist. Der Ausgang des Verstärkers 50 ist mit einem Differenzsignalgenerator 52 verbunden, der auch mit einem Addierer 51 verbunden ist, der ein erstes Bezugssignal wie auch die Brennkraftmaschinenparameter S_x., Sp, wie die Drehzahl und die Ansaugluft-Strömungsgröße erhält. Der Ausgang des Differenzsignalgenerators 52 ist mit einem Eingang d nes Integrators 53 verbunden, dessen Ausgang mit einem der Eingänge eines zweiten Addierers 54· verbunden ist. Der andere Eingang des zweiten Addierers 5^· ist mit einem

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Ausgang einer Konstantspannungsschaltung 55 verbunden, die ihrerseits mit der Gleichspannungsspeisequelle 19 verbunden ist. Der Ausgang des zweiten Addierers 54- ist mit einem Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umformer 56 verbunden, dessen Ausgänge mit den Elektroden 5 und 17 verbunden sind.

Die Punktion und Arbeitsweise der Steuereinheit 22 mit geschlossener Regelschleife und der Spannungssteuerschaltung 8 werden nachfolgend erläutert. Der Verstärker 50 verstärkt ein Signal, das die Konzentration eines Bestandteils, wie Sauerstoff (0~) angibt, der in den Abgasen enthalten ist und der das augenblickliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs angibt, das dec: Zylinder 16 zugeführt wird. Das an den ersten Addierer

51 gegebene Bssugssignal ist so gewählt, daß er ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das nahe dom stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt, angibt, so daß damit die Größe dss Bezugssignals solange konstant gehalten wird, wie die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine unverändert sind. Jedoch wird das Bezugssignal mit den Signalen S^ und Sp gemischt, die die Brennkraftmaschinenparameter in Bezug auf eine Änderung der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angeben. Der erste Addierer 51 erzeugt das modifizierte Bezugssignal an seinem Ausgang, das an den Differenzsignalgenerator

52 gegeben wird. Der Differenzsignalgenerator 52 erzeugt ein Ausgangssignal, das proportional zu der Differenz hinsichtlich der Größe zwischen den beiden EingangsSignalen ist, d.h. des Ausgangssignals des Verstärkers 50 und des modifizierten Bezugssignals. Die Größe des Ausgangssignals des Differenzsignalgenerators 52 gibt die Abweichung des augenblicklichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem gewünschten Pegel in Bezug auf die Be-

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dingungen der Brennkraftmaschine an. Das Ausgangssignal des Differenzsignalgenerators 52 wird an den zweiten Addierer 5^ über den Integrator 53 gegeben. Die Konstantspannungsschaltung 55 erzeugt eine geregelte und damit konstante Spannung unter Benutzung der von der Gleichspannungs-Speisequelle 19 zugeführten Gleichspannung. Der zweite Addierer 5^ überlagert das integrierte Differenzsignal der Konstantspannung von der Schaltung 55· Es ist jetzt darauf hinzuweisen, daß beide Eingangssignale von dem zweiten Addierer 5^ Niederspannungssignale sind. Daher ist auch die Ausgangsspannung des Addierers 5^ ein Niederspannungssignal, das z.B. um 10 Volt schwankt. Das Ausgangssignal des Addierers 5^ wird dann an den Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umforaer 56 gegeben, in dem das Eingangssignal niedriger Spannung in eine Hochspannung umgeformt wird, die z.B. zwischen einigen Kilovolt bis zu einigen Zehnern von Kilovolt liegt. Der Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umformer 56 ist natürlich eine zum Stand der Technik gehörende Schaltung, in der eine niedrige Gleichspannung auf eine hohe Gleichspannung transportiert wird.

Da die Ausgangsspannung des Gleichspannung-Gleichspannung-Umformers 56 proportional zur niedrigen Eingangsspannung ist, wird die Ausgangs-Hochspannung proportional zum Ausgangssignal der Steuereinheit 22 mit geschlossener Regelschleife gesteuert. Die Ausgangs-Hochspannung des Gleichspannungs-Gleichspannung-Umformers, d.h.. der Ausgang der Spannungssteuerschaltung 18 ist mit den Elektroden 5 »17 verbunden.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Steuerung der Strömungsgröße des Kraftstoffes durch die sich ändernde Hochspannung, die derart geändert wird, daß jede Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis kompensiert wird, bewirkt, daß ein opti-

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males Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter verschiedenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine beibehalten v/ird.

Werden bei der zuvor erwähnten Anordnung die Signale S,.,Sg, die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angeben, nicht an den ersten Addierer 51 gegeben oder sind die Werte der Signale S_x., Sp gleich Null, so wird das Bezugssignal an den Differenzsignalgenerator 52 ohne Modifizierung gegeben, so daß der Differenzsignalgenerator 52 ein Signal erzeugt, das proportional zu der Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung zu erkennen ist, steuert die Steuerschaltung 18 die Ausgangsspannung, die an die Elektroden 5»17 gegeben wird, die neben den öffnungen der feinen Röhren 2 und in der Schwimmerkammer 7 jeweils angeordnet sind, nach Maßgabe der zuvor erwähnten Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, so daß die Strömungsgröße des dem Zylinder 16 von der Schwimmerkammer 7 über die feinen Röhren 2 zugeführten Kraftstoffes genau und einfach gesteuert werden kann. Die erfindungsgemäße Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung kann außerdem so ausgebildet sdn , daß die Strömungsgröße des Kraftsxoffes vergrößert v/ird, indem die zugeführte Spannung proportional zu der Größe der Winkelverschiebung des Drosselventils 24-vergrößert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung wird die Grobsteuerung der Strömungsgröße des Kraftstoffes vorzugsweise durch die Bewegung des Kolbens 3 ausgeführt, wobei der Kolben 3 wahlweise die öffnungen der feinen Röhren 2 schließt, während die Feinsteuerung durch

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eine Änderung der zugeführten Spannung vorgenommen wird. Das heißt, die Größe des zugeführten Kraftstoffes wird grob durch die Bewegung des Kolbens 3 gesteuert und genau durch die Hochspannung zwischen den Elektroden 5 und 17 reguliert. Da die zugeführte Spannung sich ändert, um die genaue Steuerung der Kraftstoff-Strömungsgröße zu bewirken, kann der Spannungsbereich verglichen mit den herkömmlichen Vorrichtungen vermindert v/erden.

Daraus ist zu ersehen, daß, da kein großer Spannungsbereich wie zuvor erwähnt benutzt werden muß, der Durchmesser einer jeden Öffnung der feinen Röhren 2 z.B. etwa 0,2 mm bis 0,4- mm betragen, was merkbar größer als bei der herkömmlichen Vorrichtung ist. Die Steuerfähigkeit bei einer niedrigen Kraftstoff-Strömungsgröße durch die feinen Röhren, d.h. bei Zuführung einer niedrigen Spannung an die Elektroden wird daher verbessert, so daß diese Anordnung die Schwankung der ausgestoßenen Merge des Kraftstoffes unterdrückt, die durch die physikalischen Eigenschaften des Kraftstoffs bedingt ist. Daher wird auch die Stabilität der Kraftstoffströmung verbessert. Bei dieser Anordnung kann die Anzahl-.; der feinen Röhren 2 in Bezug auf die herkömmliche Vorrichtung vermindert v/erden, die keine Einrichtung für eine Grobsteuerung, wie den Kolben 3 bei der vorliegenden Erfindung, aufweist. Da die Anzahl der feinen Röhren 2 geringer als die bei der herkömmlichen Vorrichtung ist, wird die Konstruktion der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Steuerungsvorrichtung vereinfacht.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das Elektromagnetventil 26 elektrisch mit einer VentilSteuereinheit 29 verbunden, die ein Steuersignal in Abhängigkeit von einer Vielzahl von mit S^,Sc und S^ jeweils bezeichneten Signalen erzeugt, die die Ein-Aus-Stellung des Zündschalters, die Drehzahl und die Winkelstellung des Drosselventils ?Λ jeweils angeben,

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so daß das Elektromagnetventil 26 schließt, wenn die

Brennkraftmaschine anhält oder das Drosselventil 24-

bei einer hohen Drehzahl vollständig geschlossen ist, um die Kraftstoffströmung zu sperren.

Pig. 5 zeigt ein Beispiel der Schaltung der Ventilsteuereinheit 29· Erste und zv/eite Vergleicher 40,4-1 sind mit ihren Eingängen mit einem nicht gezeigten Fühler für die Drehzahl und einem nicht gezeigten Fühler für die Winkelstellung des Drosselventils verbanden. Sowohl der erste als auch der zweite Vergleicher 4-0,4-1 erzeugen jeweils Aus gangs signale, wenn die Größe der Eingangssignal jeweils größer als bestimmte Werte sind. Das Aus gangs signal des ersten Vergleichers 40 wird an ein UND-Glied 4-3 und das Ausgangssignal des zweiten Vergleichers 4-1 über einen Inverter 4-2 an den anderen Eingang des gleichen UIID-Gliedes 4-3 gegeben. Daher erzeugt das UND-Glied ein logisches "1"-Signal an seinem Ausgang, wenn beide Eingänge logische "1 "-Signale erhalten. Ist daher das Drosselventil 24- vollständig geschlossen und die Brennkraftmaschine läuft mit hoher Drehzahl, so erzeugt das UND-Glied an seinem Ausgang ein logisches "V-^ignal, das an eine Schalterschaltung 4-6 über ein ODER-Glied 4-5 gegeben wird. Ein zweiter Inverter 4-4- ist mit einem Zündschalter verbunden und erzeugt ein logisches "1"-Signal an seinem Ausgang, wenn der Zündschalter abgeschaltet ist, wodurch dieses Signal an die Schalterschaltung 4-6 über das ODER-Glied 4-5 gegeben wird. Bei Erhalt des zuvor erwähnten Signals von dem ODER-Glied 4-5 erregt die Schalterschaltung 4-6 das in Fig. 1 gezeigte Elektromagnetventil 26, um dieses zu schließen.

Die in der Schwimmerkammer 7 angeordnete Elektrode 17 kann fortgelassen werden, wenn die feinen Röhren aus einem

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elektrisch leitenden Material hergestellt sind und die zuvor erv/ähnte negative Hochspannung in Bezug auf die Elektrode 5 über die in Fig. 1 gestrichelt gezeigte Leitung 27 zugeführt wird. Selbstverständlxch ist es auch möglich, die negative Hochspannung sowohl an die Elektrode 17 als auch an die feinen Röhren 2 zum wirksamen Zuführen der Hochspannung zu geben.

Die Anordnung der feinen Röhren 2 kann verschiedene Änderungen in Bezug auf den Durchmesser der öffnungen der feinen Röhren und ihrer Anzahl pro Flächeneinheit haben. Die Durchmesser der öffnungen können allmählich längs einer Richtung von dem stromabwärtigen Teil bis zu dem stromaufv/ärtigen Teil oder ungekehrt sich vergrößern oder die Anzahl der Öffnungen pro Flächeneinheit kann allmählich größer werden von einem stromabvrärtigen Teil bis zu einem stronaufvfärtigen Teil oder umgekehrt.

In Fig. 6 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßan Vorrichtung gezeigt. 3ei dieser Ausführungsfom ist ein mit keinem Bezugszeichen versehenes bewegliches Glied einer elektromagnetischen Ankereinheit 30 mit der Kolbenstange 8 verbunden, um die bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gezeigte Ilembrananordnung zu ersetzen. Die elektromagnetische Ankereinheit 30 erhält ein Ankersteuersignal von einer Ankersteuereinheit 31> die das Ankersteuersignal nach Maßgabe eines Signals erzeugt, das die Strömungsgröße der Einlaßluft angibt, die von einem Detektor 32 für die Luft-Strömungsgröße erfaßt v/ird. Der Detektor 32 erzeugt das Signal durch Erfassung der Druckdifferenz der Einlaßluft zwischen dem Venturiteil 14· und einem stromabliegenden Teil der gleichen.

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Auf diese V/eise wird der'Kolben 3 betätigt und gleitet in dem rohrförmigen Teil 4 der Einrichtung N zum Einstellen der Strömungsgröße durch die Düsen zum wahlweisen Abschalten einiger der feinen Röhren 2 in der gleichen Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Im übrigen ist die Anordnung die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei einander entsprechende Teile oder Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Wie zuvor erwähnt, kann der Venturiteil 14 durch ein Öffnung zum Erfassen der Strömungsgröße der Einlaßluft ersetzt sein.

In Fig. 7 ist eine dritte Ausführungsform gezeigt, die einen ähnlichen Aufbau zu dem der in Fig. 6 gezeigten zweiten Ausführungsform hat, mit der Ausnahme, daß die Strömungsgröße der Einlaßluft durch einen Detektor 33 für die Luft-Strömungsgröße erfaßt wird. Bei dieser Anordnung ist eine Klappe 34 schwenkbar in dem Einlaßrohr 1 angeordnet und kann sich in Richtung des stromabwärtigen Teils des Einlaßrohrs 1 in Abhängigkeit von dem Druck der Einlaßluft drehen, so daß ein Gleitkontakt 36 eines einstellbaren Widerstandes 35, dessen beiden Endanschlüssen eine bestimmte Spannung zugeführt wird, nach Maßgabe der Strömungsgröße der Einlaßluft verschoben wird. Der Detektor 33 für die Strömungsgröße der Luft besteht also aus einem Potentiometer und erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Größe proportional zur Strömungsgröße der Ansaugluft ist. Dieses Signal wird dann an eine Ankersteuereinheit 31 gegeben, deren Funktion die gleiche wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, so daß diese hier nicht weiter erläutert werden muß.

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Lie zuvor beschriebene Kraftstoff-Sinspritzvorrichtung ist so ausgelegt, daß sie die Strömungsgröße des Kraftstoffes durch Benutzung des Kolbens 3 steuert, der in Abhängigkeit von der Strömungsgröße der Ansaugluft für eine Grobsteuerung verschoben v/ird, sowie durch Änderung der zugeführten Spannung, die in Abhängigkeit von einer augenblicklichen Abweichung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem gewünschten Pegel zur Feinsteuerung geändert v/ird . Die Grob steuerung der Strömungsgröße v/ird im we sent liehen durch mechanische Einrichtungen und die Feinsteuerung im wesentlichen durch elektrische Einrichtungen bewirkt. Es ist jedoch ebenfalls möglich, eine Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung derart anzuordnen, daß die Grobsteuerung und die Feinsteuerung umgekehrt sind, indem die Anzahl der feinen Röhren vergrößert und der Innendurchmesser von ihnen klein gemacht v/ird. Bei einer solchen Anordnung wird die Grobsteuerung der Gtrönungsgröße durch eine Änderung der Eugeführten Spannung und die Feinsteuerung durch die mechanischen Einrichtungen, d.h. den in dem rohrförmigen Teil 4-angeordneten Kolben 3, durchgeführt.

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Claims

Patentansprüche

1J Kraftstoffzerstäubungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine , gekennzeichnet durch eine in der Ansaugleitung (1) der Brennkraftma3chine angeordnete Düsenanordnung (2,4-), die so ausgelegt und angeordnet ist, daß sie ihr von einer Kraftstoffquelle (7) zugeführten Kraftstoff in die Ansaugleitung (1) ausstößt, durch eine Elektrodenanordnung (2,5,17), die so ausgelegt und angeordnet ist, daß sie bei Zuführung einer Hochspannung den Kraftstoff zum Ausstoßen aus der Düsenanordnung (2,4) indu ziert,und durch eine Einrichtung (3,8 bis 14,· 30-35) zum wahlweisen Sperren der Düsenanordnung (2,4), v/eiche so ausgelegt und angeordnet ist, daß sie die von der Düsenanordnung (2,4) ausstoßbare Kraftstoffmenge nach Maßgabe der Luftströmung ändert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spannungszuführungseinrichtung (18,19,22) die so ausgelegt und angeordnet ist, daß sie der Elektrodenanordnung (2,5,17) die Hochspannung nach Maßgabe von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zuführt.

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TELEKOPIHRER

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsenanordnung (2,4) ein rohrförmiges Teil (4) aufweist, das eine Vielzahl von Düsen (2) hat, die in Längsrichtung und radial auf einer Umfangswand von ihr angeordnet sind, und daß das rohrförmige Teil (4) strömungsmäßig über eine Kraftstoffleitung (6) mit einer Schwimmerkammer (7) verbunden ist, die Kraftstoff enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrodenanordnung (2,5,17) eine erste, neben den Öffnungen der Düsen (2) angeordnete Elektrode (5) und eine zweite Elektrodeneinrichtung (2,17) aufweist, die so ausgelegt und angeordnet ist, daß sie mit dem in der Schwimmerkammer (7) der Kraftstoffleitung (6) und den Düsen (9) enthaltenen Kraftstoff in Kontakt gelangt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (3»8-14, 30-35) zum wahlweisan Sperren der Düsenanordnung (2,4) eine Unterdruckantriebseinrichtung (3,8-13) ist, die einen Kolben (3), der gleitend in das rohrförmige Teil (4) eingepaßt ist, eine fest mit dem Kolben (3) verbundene Membran (9), erste und zweite Kammern (10,11), die an gegenüberliegenden Seiten der Membran (9) jeweils angeordnet sind, wobei die erste Kammer (10) mit einem in der Ansaugleitung (1) angeordneten Venturiteil (14) verbunden ist und die zweite Kammer (11) mit einem stromauf liegenden Teil des Venturiteils (14) verbunden ist, und eine Vorspanneinrichtung (34) aufweist, die in der ersten Kammer (1O) angeordnet ist, um die Membran (9) in Richtung auf die zweite Kammer (11) vorzuspannen.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (318-14,30-35) sun v/ahlweisen Sperren der Düsenanordnung (2,4) ein Unterdruckantrieb (3,8-11,37) ist, der einen gleitend in das rohrförmige Teil (4) eingepaßten Kolben (3), eine fest mit dem Kolben (3) verbundene Membran (9), wobei die Membran erste und zweite Kammern (10,11) auf jeder ihrer Seiten definiert, die erste Kammer (10) stromauf von einer Öffnung, die in der Ansaugleitung (1) angeordnet ist, angeschlossen ist und die zweite Kammer (11) stromab von der Öffnung angeschlossen ist, und eine in der ersten Kammer (10) vorgesehene Vorspanneinrichtung (37) auf v/eist, mit der die Membran (9) in Richtung zu der zweiten Kammer (11) vorspannbar ist.
7· Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (3,8-14,30-35) zum v/ahlweisen Sperren der Düsenanordnung (2,4) einen gleitend in den rohrförmigen Teil (4) eingepaßten Kolben (3), eine elektromagnetische Ankeranordnung (30), die starr mit dem Kolben (3) zu dessen Bewegung verbunden ist, wobei die elektromagnetische Ankereinrichtung (30) durch ein Ankersteuersignal betätigbar ist, eine Ankersteuereinheit (31) zum Zuführen des Ankersteuersignals in Abhängigkeit von einem Strömungsgrößensignal, das die Strömungsgröße der Ansaugluft angibt und eine Strömungsgröße-Detektoreinrichtung (32,36) zum Erzeugen des Strömungsgrößensign als aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungsgröße-Detektoreinrichtung (32,36) ein Druckdetektor (32) ist, der die Druckdifferenz erfaßt, die zwischen dem Venturiteil (14),

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der in der Ansaugleitung (1) angeordnet ist, und einem Teil dar Ansaugleitung (1) stromab des Venturiteils (14) auftritt.
9- Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgröße-Detektoreinrichtung (3?,36) ein Druckdetektor ist, der die Druckdifferenz erfaßt, die stromauf und stromab von der öffnung auftritt, die in der Ansaugleitung (1) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungsgröße-Detektoreinrichtung ein Strömungsgrößen-Detektor (33) ist, der eine Klappe (84), die schwenkbar in der Ansaugleitung (1) angeordnet ist, und ein Potentiometer (35i36) aufweist, dem eine konstante Spannung an beiden seinen Endanschlüssen zugeführt ist und das einen Gleitkontakt (36) hat, der wirkungsmäßig mit der Klappe (34-) verbunden ist, um durch diese bewegt zu werden, so daß damit das Strömungsgrößensignal über dem Gleitkontakt (36) und einem der Endanschlüsse erzeugt wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungszuführungseinrichtung (18,22) eine Steuereinheit (22) mit geschlossener Regelschleife zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Abweichung des augenblicklichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem gewünschten Pegel angibt, und eine Spannungssteuerschaltung (18) aufweist, die mit der Steuerschaltung (22) mit geschlossener Regelschleife verbunden ist, um eine Ausgangs-Hochspannung zu erzeugen, deren Größe in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal, das die Abweichung angibt, änderbar ist.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinheit (22) nit geschlossener Regelschleife einen Bezugssignalgenerator (51) zum Erzeugen eines Bezugssignals, das den gewünschten Pegel angibt, einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis Detektor (50), der einen Gasfühler (21), der in der Abgasleitung (20) zum Erzeugen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Signals angeordnet ist, das das augenblickliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis angibt, hat, und einen Differenzsignalgenerator (52) zum Erzeugen des Ausgangssignals aufweist, das die Differenz zwischen dem Bezugssignal und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Signal angibt.
13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Gasfühler (21) ein Sauerstofffühler ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Bezugssignal konstant ist und das geväinschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis angibt, das nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal nach Maßgabe von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine sich ändert.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 151 dadurch gekenn zeichnet , daß die zweite Slektrodeneinrichtung (2,17) eine in der Schwimmerkammer (7) angeordnete Elektrode (17) ist.
17· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15» dadurch gekennzeichnet , daß die Düsen (2) aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sind

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und daß die zv/eite Elektrodeneinrichtung (2,17) durch die Düsen (2) gebildet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die zv/eite Elektrodeneinrichtung (2,17) eine in der Schwimmerkammer (7) angeordnete Elektrode (17) aufweist und elektrisch mit den Düsen (2) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß der obere Teil der Schwimmerkammer (7) mit der Ansaugleitung (1) zum Ausgleichen des Luftdrucks verbunden ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 19, dadurch gekennzeichnet . daß ein Slektronagnetventil (25) in der Kraftstoffleitung (6) zum Unterbrechen der Kraftstoffströmung bei seiner Erregung angeordnet ist und daß eine Ventilsteuereinheit (29) zum Erregen des Elektromagnetventils in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch ein weiteres Elektromagnetventil (26*), das zwischen dem oberen Teil der Schwimmerkammer (7) und der Ansaugleitung (1) angeordnet ist.

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