DE2848147A1

DE2848147A1 - Vergaser mit elektronisch gesteuerter einspritzung

Info

Publication number: DE2848147A1
Application number: DE19782848147
Authority: DE
Inventors: Robert W Sutton
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1977-11-07
Filing date: 1978-11-07
Publication date: 1979-05-10
Also published as: JPS5474029A; US4250842A; IT7829459A0; AU4118378A; ES474887A1; CA1095350A; FR2408044A1; IT1100908B

Description

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Die Erfindung betrifft im allgemeinen Vergaser oder P-Regler für das Luftbrennstoffverhältnis von Verbrennungsmotoren, insbesondere aber einen Vergaser mit elektronischer Einspritzung, welche primäre und sekundäre Zumeßaufgaben erfüllt.

Im allgemeinen sind Vergaser des früheren Standes der Technik bekannt; sie umfassen im wesentlichen eine oder mehrere Zumeßdüsen in einem Drosselquerschnitt oder einer QuerschnittVerengung. Die Zumeßdüsen und entsprechende langsame und schnelle Leerlaufeinstellungen sind so dimensioniert, daß sie ein angenähertes Luft-Brennstoff verhältnis liefern, wenn Brennstoff in den Ansaugkanal des Vergasers durch Sog oder Druckabfall der an der Querschnittverengung vorbeiströmenden Luft angesaugt wird. Diese Vergaser verwenden auch einen Behälter sowie einen eine Brennstoffpumpe steuernden Schwimmer, um einen Brennstoffvorrat für Beschleunigungen zu schaffen, damit Brennstoff bei Schnell_verstellungen einer Drosselklappe angesaugt wird. Eine Beschleunigerpumpe kann ebenfalls für ein schnelles Einschwingverhalten in den stationären Zustand steuerbar an der Drosselklappe angebracht sein. ■ ^: '

Diese Einrichtungen hängen von der die Querschnittverengung durchanzeigenden strömenden Luft ab, um einen diesen Luftstrom/Druckabfall oder Unterdruck zu erzeugen, damit die Zumessung gesteuert werden kann; obzwar diese Einrichtungen bis zu einem gewissen Maß mit gutem Wirkungsgrad arbeiten, schaffen sie kein genaues Luft-Brennstoffverhältnis für alle Betriebsbedingungen. Z.B. bewirkt eine Leer-

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laufeinstellung bei einem Sollverhältnis oder einem etwas angereicherten Luft-Brennstoffverhältnis bei einer unveränderlichen Zumeßdüse ein noch reicheres Luft-Brennstoffverhältnis bei hohen Drehzahlen, bei der in den Drosselquerschnitt oder in die Querschnittverengung angesaugte Brennstoff mit größerer Geschwindigkeit zunimmt als der Luftstrom. Dieser Betrieb mit reichem Gemisch ist in einem großen Bereich von Betriebsdrehzahlen, in welchem Wirtschaftlichkeit und nicht Leistung erforderlich ist, nicht kraftstoffsparend.

Die Dimensionierung des Drosselquerschnitts ist bei einem herkömmlichen Vergaser ein Kompromiß zwischen hohen und niedrigen Drehzahlen. Die Querschnittverengung muß eng genug gemacht werden, um bei niedrigen Drehzahlen sowie gerade über der Leerlaufdrehzahl einen genügend großen Zumeßunterdruck zu erzeugen, jedoch nicht so eng, daß der Luftstrom für den Motor bei höheren Drehzahlen beschränkt wird. Außerdem können bei einer Querschnittverengung BrennstoffVerteilungsschwierigkeiten auftreten. Normalerweise müssen die Düsen in der Mitte der Gegend des größten Unterdrucks für eine richtige Verdampfung des Brennstoffs angeordnet sein. Die aus der Mitte kommende Luft-Kraftstoffladung muß sich dann durch den Ansaugkrümmer verteilen, um die einzelnen Zylinder zu erreichen. Eine Einrichtung, die für eine gleichmäßigere Anfangsverteilung des Luft-Brennstoffgemisches bei der Bildung der Ladung im Vergaseransaugkanal sorgen könnte, würde den Wirkungsgrad der Kraftstoffverteilung erhöhen.

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Herkömmliche, auf einen Punkt wirkende Vergaseranlagen sind jedoch verhältnismäßig billig und weisen ein gutes Einschwingverhalten beim Übergang zum stabilen Zustand auf. Außerdem erzeugen sie die verhältnismäßig reichen Luft-BrennstoffVerhältnisse, die für hohe Drehzahlen und im Hochleistungsbetrieb bei voll geöffneten Drosselklappen erforderlich sind.

Ein Beispiel für einen Luftstromvergaser mit einer QuerschnittVerengung ist in der US-PS 2 7 33 9o1 gegeben.

Mit dem Ansteigen der Brennstoffkosten wird der Betrieb bei einem genau abgestimmten Luft-Brennstoffverhältnis zunehmend wichtiger, da Brennstoffausnutzung oder -Wirtschaftlichkeit und Leistungsabgabe Funktionen des richtigen Luft-BrennstoffVerhältnisses sind. Es ist bekannt, daß Brennstoff bei sehr mageren Luft-Brennstoffverhältnissen vergeudet wird, weil nicht der gesamte vorhandene Brennstoff ausgenützt wird. Ein stöchiometrisches Luft-Brennstoffverhältnis oder ein nahe an diesem Idealwert liegendes Verhältnis soll als Sollarbeitspunkt für viele Betriebsbedingungen dienen.

Außerdem werden amtliche Vorschriften für die Menge der Emissionen im Auspuffgas eines Motors zu einem Konstruktionsfaktor bei Vergasern. Äußerst angereicherte oder magere Luft-Brennstoffgemische lösen Abgasprobleme aus. Es ist bekannt, daß z.B. bei einem Dreiwegkatalysator zur Verringerung der Auspuffemissionen das Luft-Brennstoff gemisch innerhalb eines ziemlich engen Bereiches gesteuert werden muß, um einen richtigen Betrieb zu erreichen.

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Daher wurden elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen entwickelt, um den Bedarf nach einem genaueren Luft-Brennstoffverhältnis zu erfüllen, als ein Vergaser liefern kann. Zweckmäßigerweise verwendet die Vorrichtung mehrfach Magneteinspritzventile, die elektronisch durch einen Regler gesteuert werden, der die Öffnungszeiten und die für jedes Einspritzventil eingespritzte Brennstoffmenge steuert. Die Öffnungszeiten eines jeden Einspritzventils werden durch Betriebsparameter des Motors wie Drehzahl, Absolutdruck im Ansaugkrümmer und anderen berechnet, um ein genaues Sollverhältnis Luft!Brennstoff herstellen zu können.

Diese Einspritzvorrichtungen sind jedoch bisher verhältnismäßig teuer und umfassen einen eigenen Einschwingabtastkreis, welcher schnell auf die sich ändernden Bedürfnisse des Motors anspricht. Dies rührt daher, weil die Brennstoffsteuertaktgeber normalerweise auf Parameter ansprechen, welche durch die Einschwingbedingungen und nicht durch die veränderlichen Größen verändert werden, welche sie erzeugen. Außerdem sind die Meßfühler, welche Drehzahl-Dichte-Daten liefern wie ein Absolutdruckfühler im Ansaugrohr (MAP), der alle Zylinderdruckänderungen in einem Gesamtsignal ausmitteln muß, mit "eingebauten" Fehlern behaftet.

Weiter ist allgemein eine Zusatzschaltung für den Ausfall&er Brennstoffverteilungsvorrichtung in einer elektronisch gesteuerten Brennstoff einspritz anlage vorgesehen, damit der Motor noch "nach Hause stottern" kann, nachdem der Ausfall des grundlegenden Kraftstoffzumeßimpulses abgetastet worden ist. Jetzt wird der größte Teil

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der Genauigkeitssteuerung des Luft-Brennstoffverhältnisses aufgegeben, sodaß der Wagen zur Wartung gefahren werden kann.

Daher wäre es von Vorteil, wenn die Anlage mit den besseren Merkmalen von sowohl der drehzahl-dichteabhängigen Brennstoffeinspritzanlage als auch des Luftstromvergasers zu schaffen. Diese Anlage würde billiger sein als eine Brennstoffeinspritzanlage, würde jedoch eine bessere Steuerung des Luft-Brennstoffverhältnisses als ein normaler Vergaser gestatten. Außerden würde eine solche Anlage besser auf kurzfristige Einschwingbedingungen und Fehler der Anlage ohne Zusatzschaltungen ansprechen und würde Schwierigkeiten mit der Brennstoffverteilung und andere am Drosselquerschnitt auftretende Probleme erleichtern.

Die Erfindung bietet einen Vergaser mit einer durch eine sekundäre Zumeßfunktion korrigierten Hauptzumeßfunktion. Die Erfindung verbindet vorteilhafterweise eine drehzahl-dichteabhängige Anlage mit einem Luftströmungssystem zur Regelung der Zumeßfunktionen nach den veränderlichen Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors.

Eine Brennstoffzumeßeinrichtung führt eine Primärzumessung in Abhängigkeit von der Motorendrehzahl und dem Druck im Ansaugkrümmer durch, während eine Sekundärzumessung oder eine Korrektur der Primärzumessung in Abhängigkeit von der Luftströmung geboten wird, die durch den Ansaugkanal des Vergasers angesaugt wird. Die Brennstoffzumeßeinrichtung umfaßt eine Brennstoffeinspritzdüse zur Erzeugung der Primärzumeßfunktion. Bei dem bevorzugten Ausführungs-

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beispiel der Erfindung gibt die Brennstoffeinspritzvorrichtung eine quantisierte Menge von Kraftstoff an eine ausgemessene Brennstoffkammer durch Steuerung der Öffnungszeit einer elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzdüse ab. Die Öffnungsdauer der Einspritzdüse ist das Ergebnis der Beaufschlagung durch einen elektrischen Impuls, der durch einen elektronischen Regler oder eine elektronische Steuerung erzeugt wird, wobei die Impulsbreite durch den Regler aus Drehzahl- und Ansaugdruckdaten errechnet wird, die von Meßfühlern her an ihm anliegen.

Die Brennstoffzumeßeinrichtung umfaßt ausserdem ein Stellglied zur sekundären Brennstoffzumessung proportional zum Luftstrom, der den Ansaugkanal des Vergasers durchfließt. Vorzugsweise umfaßt das Stellglied eine ausgemessene Brennstoffkammer sowie eine Stellglieddruckkammer, die von der ausgemessenen Kammer durch eine biegsame Membran getrennt ist. Die biegsame Membran übt normalerweise eine Druckkraft gegen ein Nadelventil aus, um einen Brennstofffluß zu erzeugen, der dem Primärzumeßdruck der Brennstoffeinspritzanlage proportional ist und von diesem gesteuert wird. Dann wird die Druckkraft durch eine Druckänderung in der Druckkammer des Stellgliedes entsprechend dem Luftstrom verändert, um die Sekundärzumeßfunktion zu erzeugen.

Die Brennstoffzumeßeinrichtung umfaßt viele vorteilhafte Merkmale von sowohl der elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzung als auch vom Stellglied und bietet eine Parallelanordnung, bei welcher bei Ausfall einer Einrichtung der Motor noch mit einem gewissen

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Grad an Brennstoffzumeßregelung betrieben verdien kann.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Luft-Brennstoffverhältnisregler mit P-Regelung zu schaffen,dessenPrimärzumeßfunktion vom Drehzahl-Dichteverhältnis des Motors abhängt und dessen Sekundärzumeßfunktion von einem Luftströmungsverhältnis des Motors abhängt. Weiter ist erfindungsgemäß eine Luftstromkorrektur für die Brennstoffzumeßfunktion eines Verbrennungsmotors vorgesehen, während eine gute Motorenbelüftung bei hohen Drehzahlen erhalten bleibt. Erfindungsgemäß soll dann eine ausfallsichere Betriebsweise des Vergasers durch eine doppelte, parallel arbeitende Zurneßfunktion geschaffen werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen die Verteilungseigenschaften der Luft-Brennstoffladung verbessert werden und es soll bei vielen Betriebsbedingungen für den Motor ein genaues Luft-Brennstoffverhältnis aufrechterhhalten werden.

Erfindungsgemäß wird ein Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung für einen Verbrennungsmotor einschließlich eines Ansaugkrümmers vorgeschlagen, der ein Gehäuse mit einem Ansaugkanal umfaßt, welcher eine bestimmte Menge von aus der Atmosphäre angesaugter Luft dem Ansaugkrümmer von mindestens einem Zylinder des Motors zuleitet, ferner mit einer im Ansaugkanal angeordneten Drosselklappe zur steuerbaren Veränderung der dem Ansaugkrümmer zugeführten Luftmenge, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Brennstoffaustrittsvorrichtung zur Mischung bestimmter Mengen zerstäubten Brennstoffes mit angesaugter Luft umfaßt, um im Ansaugkanal des Vergasers eine

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verdampfte brennbare Ladung eines Luft-Brennstoff-Sollverhältnisses zu bilden, das dem Ansaugkrümmer zugeleitet wird, ferner dadurch, daß eine Brennstoffzumeßeinrichtung die bestimmten Mengen von Brennstoff aus einem Brennstoffreservoir an die Brennstoffaustrittsvorrichtung abgibt, daß die Brennstoffzumeßeinrichtung eine Brennstoffeinspritzdüse umfaßt, um eine zugemessene Primärmenge von Brennstoff zu liefern, deren Durchsatz proportional der Drehzahl und dem Absolutdruck des Ansaugkrümmers des Motors ist sowie dadurch, daß ein Stellglied den zugemessenen Brennstoff von der Brennstoffeinspritzdüse erhält und die primär zugemessene Menge proportional zum Luftstrom der durch den Ansaugkanal des Vergasers angesaugten Luftmenge korrigiert.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt und

teilweise schematisch, eines erfindungsgemäßen Vergasers mit elektronisch gesteuerter Einspritzung;

Fig. 2 ein Kurvenbild der Funktionsbeziehungen

zwischen der Primärbrennstoffzumessung durch eine drehzahldichteabhängige Lösung, die durch eine Sekundärbrennstoffzumessung korrigiert wird, welche durch eine Luftströmungslösung erreicht wird.

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Fig. 1 zeigt einen Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzvorrichtung Io zur Mischung von Luft und Brennstoff in einem Sollverhältnis, um eine brennbare Ladung zu bilden. Das Luft-Brennstoffgemisch wird dann durch einen Krümmer 22 in die Zylinder eines Verbrennungsmotors gesaugt, um in einem herkömmlichen Verbrennungstakt verbrannt und ausgestoßen zu werden. Ein Ansaugkanal 11 des Vergasers enthält eine Ventilklappe 12, die mit einer Schraube 16 an einem drehbaren Teil 14 befestigt ist. Die Ventilklappe 12 wird durch Drehung des Teils 14 betätigt, wobei sie sich dreht, so daß veränderliche Luftmengen durch den Kanal 11 angesaugt werden. Ein herkömmliches nicht gezeigtes Verbindungsgestänge kann an einem Gashebel oder einer anderen, vom Fahrer gesteuerten Vorrichtung vorgesären sein, um die Drosselklappe 12 in die richtige Stellung zu bringen und damit die Drehzahl oder die Leistungsabgabe des Motors zu steuern.

Außerdem umfaßt der Ansaugkanal 11 des Vergasers eine Brennstoffaustrittsvorrichtung mit einem Ansaugrohr 32 und einer an ihm befestigten Austrittsdüse 18. Die Austrittsdüse 18 ist zweckmäßigerweise unterhalb des Drosselventils 12 des erfindungsgemäßen Vergasers angeordnet, um Verteilungsschwierigkeiten zu vermeiden, die auftreten, wenn das Luft-Brennstoffgemisch die Drosselklappe passieren muß. Wenn Brennstoff an der Drosselklappe vorbeifließt, entsteht eine Ablenkung der Ladung von ihrem Ursprungsweg, wobei manchmal Kondensationsfeuchtigkeit und Tröpfchenbildung an der Klappe entstehen. Infolge der Wärme, die von der Drosselklappe Brennstoff absorbiert, damit dieser verdampfe, kann sich auch Eis aus der

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Feuchtigkeit der abgekühlten Luft auf der Klappe bilden.

Außerdem mildert eine zentrale Brennstoffaustrittsvorrichtung die Feuchtigkeit am Krümmer und an der Klappe die zu Fehlzündungen führen kann.

Das Ansaugrohr 32 besitzt zwei sich gegenüberliegende mittig angeordnete Bohrungen, von denen eine ein Entlüftungskanal 36 ist,der mit der Atmosphäre durch eine Lufteinlaßleitung 38 verbunden ist, und die zweite Bohrung ist eine Brennstoffleitung 34, die mit einer Brennstoffquelle der Brennstoffzumeßvorrichtung verbunden ist, wie nachstehend näher erläutert wird. Das Ansaugrohr 32 versorgt eine Mischkammer 24 der Austrittsdüse 18 über Leitungen 23,25 mit Brennstoff und Luft. Die durch den Ansaugkanal 11 des Vergasers angesaugte Luft gelangt durch einen Einlaß 26 in die Austrittsdüse 18 und erzeugt dadurch einen Strom zur Unterstützung der in die Kammer 24 gelangenden Mischung sowie zur Unterstützung der Zerstäubung oder Verdampfung der Luft und des Brennstoffs, bevor sie durch die Zerstäubungsleitungen 28,29,3o der Austrittsdüse 18 abgegeben werden. Der Unterschied zwischen dem Ansaugkrümmerdruck unter der Drosselklappe 12 und der Atmosphäre für die Entlüftung 36 sorgt für eine verhältnismäßig starke Zerstäubung. Zweckmäßigerweise wurde keine starke Querschnittsverengung für den Lufstrom, wie ein schmaler Drosselquerschnitt, im Ansaugkanal 11 des Vergasers angeordnet. Die Luftversorgungseigenschaften des Vergasers 1o bei hohen Drehzahlen werden ohne diese Verengungen erfindungsgemäß erheblich verbessert.

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Die Verteilung des von der Düse 18 ausströmenden Luft-Brennstoffgemisches wird durch eine schräge konische Kühlrippe 31,33 verbessert, die in den Raum des Vergaseransaugkanals 11 hineinragt. Das Bauteil 31,33 erzeugt Wirbel im Luftstrom, um die zerstäubte und teilweise verdampfte Ladung gründlich mit der angesaugten Luft vor dem Eintritt in den Ansaugkrümmer 22 im wesentlichen gleichmäßig durchzumischen. Die Durchmischung im Unterdruckgebiet unterhalb der Austrittsvorrichtung verdampft im wesentlichen die gesamte Ladung. Die Durchmischung der brennbaren Ladung kann weiter im Ansaugrohr 32 durch eine Vorheizung der Luft durch eine Heizvorrichtung 3 verstärkt werden, ehe sie in die Lufteinlaßleitung 38 gelangt. Dies verstärkt die Durchmischung, ohne im wesentlichen das volumetrische Verhältnis des Motors zu beeinflussen.

Während eine bevorzugte Brennstoffaustrittsvorrichtung für den Vergaser 1o vorstehend beschrieben wurde, ist es offensichtlich, daß viele andere die Aufgabe des Mischens und der Verdampfung durchführen können, und die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Einrichtung begrenzt.

Natürlich kann jedes gewünschte Luft-Brennstoffverhältnis mit dieser Austrittsvorrichtung durch Steuerung der Brennstoffzufuhr durch die Brennstoffleitung 34 erreicht werden. Eine bestimmte Brennstoffmenge gelangt durch die Leitung 34 an die Austrittsvorrichtung über eine Brennstoffzumeßeinrichtung, welche aus zwei getrennten Zumeßvorrichtungen besteht, die zusammen oder parallel arbeiten. Die erste ist eine elektronisch gesteuerte Brennstoff-

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einspritzvorrichtung 4o, welche eine primäre Brennstoffmenge für eine erste Zumessung über einen elektrischen Einspritzimpuls abgibt; die zweite Zurneßvorrichtung ist ein mechanisches Stellglied 43, welches die erste Zumeßvorrichtung korrigiert und für ein genaueres Luft-BrennstoffSollverhältnis sorgt.

Die elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtung umfaßt ein am Vergasergehäuse 2o befestigtes Gehäuse 41, in welchem ein einen magnetisierbaren zylinderförmigen Kern 44 umschließender Spulensatz 42 angeordnet ist. Der Kern 44 und die Wicklungen 42 sind durch einen Seegerring 46 befestigt. Das Gehäuse 41, das mit einem freiliegenden Teil des Drosselgehäuses 2o zusammenpaßt und zusammen montiert ist, bildet eine nicht ausgemessene Brennstoff kammer 67, in welche eine Brennstoffversorgungsleitung 52 Brennstoff aus einem nicht gezeigten Brennstoffreservoir unter verhältnismäßig niedrigem Druck einspeist.

Im allgemeinen brauchen moderne Brennstoffeinspritzanlagen eine Hochdruckbrennstoffquelle, um einen Brennstoffnebel in der gewünschten Gegend aus Gründen der Verteilung zu bilden, sowie um den Verdampfungsprozeß zu unterstützen. Erfindungsgemäß ist dieser hohe Druck nicht erforderlich, und eine herkömmliche Brenn-

stoffpumpe, die einen Druck von 1o-12 PSI (o,7 bis o,84 kg/cm ) entwickelt, reicht für die erfindungsgemäßen Zwecke aus.

Eine in eine Bohrung einer Brennstoffleitung 66 eingeschraubte Zumeßdüse 54 vermittelt bestimmte Brennstoffmengen aus der unbe-

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messenen Kammer 67 zur Leitung über eine zentral angeordnete Bohrung mit feststehender Mundstücköffnung. Das Mundstück ist so bemessen, daß die weitgeöffnete Drosselklappe genügend Brennstoff zum Zeitpunkt der maximalen Öffnung erhält. Auf der Kammerseite der Zumeßdüse 54 ist ein Ventilsitz angeordnet, auf den ein halbkugelförmiges Ventil 62 dichtend paßt. Die Ventilhalbkugel 62 ist durch einen magnetisierbaren Hohlstift 64 am entfernten Ende einer Blattfeder 5o befestigt. Die Blattfeder ragt freitragend aus einer Niet 48 heraus, die am Vergasergehäuse 2o befestigt ist. Wenn die Spule 42 durch ein elektrisches Signal auf einer Zuleitung 1o8 erregt wird, magnetisiert sie den Kern 44 und zieht den Polstift 64 an, welcher das Ventil öffnet, damit Brennstoff in die Brennstoffleitung 66 gelangen kann. Durch Regelung der Erregungszeit der Spule 42 kann eine zugemessene Menge von Brennstoff einfließen.

Die Brennstoffleitung 66 steht mit einem anderen herausgearbeiteten Teil des Drosselgehäuses 2o in Verbindung, der eine ausgemessene Brennstoffkammer 6o bildet. Eine Brennstoffarmatur 88 ist in einem Gewindestutzen des Vergasergehäuses 2o montiert und besitzt eine Mittelbohrung, welche die Verbindung zwischen der Brennstoffleitung und der ausgemessenen Brennstoffkammer 6o herstellt. Die Mittelbohrung der Brennstoffarmatur 88 enthält eine Zumeßnadeldüse 86 mit einem konischen Ventilsitz, in welchem ein Nadelventil 1oo hin- und herbewegt wird, um verschiedene Brennstoffmengen durchzulassen. Das Nadelventil 1oo wird von der Düse 86 durch eine Nadelventilfeder 9o hinweggedrückt, die an einem Absatz der Brennstoff-

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armatur 88 befestigt ist.

Ein Stellgliedgehäuse Io bildet eine zweite Kammer 73 dadurch, daß zwischen ihr und der ausgemessenen Brennstoffkammer 6o eine biegsame Membran 72 dichtend angebracht ist, die sich als Anzeichen für die Druckunterschiede zwischen den beiden Kammern bewegt.

Auf einer Seite der Membran erzeugt die Feder 9o eine Kraft, indem sie den Kopf des Nadelventils 1oo gegen einen Druckdämpfer 74 drückt. Dieser Kraft wirkt ein Federdruckdämpfter 76 mit einer Membrandruckfeder 78 entgegen, welche gegen eine Federhalterung 8o drückt. Die Federhalterung 8o wird durch eine Stellschraube 82 in einer stationären Lage gehalten, und die Feder kann nachgedreht werden, um die auf die Membran einwirkenden Kräfte auszugleichen und damit von Anfang an die Öffnung der Nadeldüse 86 einzustellen. Die Stellschraube 82 wird durch eine Feder 84 nach außen gedrückt, um die Lose der Gewinde aufzunehmen und eine genaue Vorspannung für das Nadelventil zu schaffen.

Ein Saugrohr 1o4 erzeugt einen Unterdruck, der dem Luftstrom im Ansaugkanal 11 des Vergasers proportional ist. Das Rohr 1o4 ist über seine Bohrung an ein Verbindungsrohr 1o6 angeschlossen, das in einer Unterdrucköffnung 1o2 der Kammer 73 endet. Der Luftstrom im Ansaugkanal 11 des Vergasers erzeugt ein von der Kammer abgegriffenes Unterdrucksignal· sowie einer diesem Signal proportionalen Größe und bewirkt eine gleichwertige Auslenkung der Membran 72. Das Luftstromsignal könnte auch durch eine Querschnittverengung

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erzeugt werden, wenn diese nicht die schnelle Luftströmung zu sehr behindert.

Weiter besitzt die Anlage einen elektronischen Regler 11o, im folgenden ECU genannt, der über eine Leitung 1o8 einen elektrischen Puls von veränderlicher Länge abgibt, um die elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtung für unterschiedliche Zeitspannen zu öffnen. Der Regler 11o erzeugt den veränderlichen Impuls in Abhängigkeit vom Absolutdruck im Ansaugkrümmer (MAP), der über eine Leitung 115 von einem Druckmeßfühler 114 eingespeist wird, welcher den Ansaugkrummerdruck von einem Druckrohr 112 herleitet. Die Impulslänge ist außerdem eine Funktion der Motordrehzahl, die als Parameter von einem Drehzahlmesser 117 über eine Leitung 116 eingespeist wird. Der Regler 11o verwendet diese abgetasteten Parameter für einen Brennstoffzeitplan und berechnet elektronisch eine diesem entsprechende Impulslänge. Elektronische Steuereinheiten mit Steuertakten, die eine veränderliche Impulslänge aus dem Absolutdruck des Ansaugkrümmers und den Drehzahldaten erzeugen, sind allgemein bekannt.

Ein vorteilhaftes Beispiel einer solchen Steuerung ist in der US-PS 37 34 o68 beschrieben, auf die hier ausgesprochen Bezug genommen werden soll. Wie in dieser Patentschrift ausgeführt ist, können auch andere Parameter zur Festlegung der grundlegenden Impulslänge für die Brennstoffzumessung verwendet werden.

Im Betrieb erfolgt die Primärzumessung nach dem Drehzahl-Dichte-

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verfahren durch den Regler 11o, der einen den Berechnungen proportionalen Impuls abgibt, die in den elektronischen Schaltungen der elektronisch gesteuerten Einspritzvorrichtung 4o vorgenommen werden, und eine zweite Zumessung wird durch das Luftströmungsverfahren durch das Stellglied 43 durchgeführt, welches die Primärbrennstoff zumessung korrigiert, die durch die Brennstoffleitung 34 zugeführt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß Brennstoff nach Anfangseinstellung durch die Leerlaufschraube 82 in Abhängigkeit von den Druckunterschieden zwischen der Speicher- oder ausgemessenen Brennstoffkammer 6o und der Unterdruck- oder Stellglieddruckkammer 72 fließt. Die Auswirkung eines gewissen Unterdruckes von der Brennstoffaustrittsvorrichtung her ist für die Positionierung des Nadelventils 1oo vernachlässigbar. Der Druck in der Kammer 6o wird durch die vom Regler 11o berechneten Öffnungs- und Schließzeiten der Einspritzvorrichtung 4o geregelt. Der Druck in der Unterdruckkammer 73 wird in Abhängigkeit vom am Saugrohr 1o4 vorbeifließenden Luftstrom geregelt.

Erfindungsgemäß kann die Einspritzvorrichtung 4o bei einem Ausfall des Reglers 11o offen bleiben, um den Motor mit Brennstoff zu versorgen, und die Zumessung wird durch den Unterdruck in der Kammer 73 gesteuert. Dieser Parallelbetrieb sorgt für einen ausfallsicheren Betrieb, wenn andererseits das Stellglied 43 ausfällt und die Brennstoffeinspritzvorrichtung 4o die Zumeßaufgabe erfüllt. Ein Schalter mit Arbeitskontakten in der Steuerleitung 1o8 ist

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an die Anlaßfolgeschaltung angeschlossen, um ein überfluten zu verhindern, wenn der Motor nicht läuft.

Anhand der Fig. 2 ist ein bevorzugtes Programmierverfahren für den Regler 11o in Verbindung mit der Luftstromkorrektur des Stellglieds 43 gezeigt. Das Kurvenbild zeigt die Zahlen (A) für das Luft-Brennstoff verhältnis in Abhängigkeit vom Luftstrom. Die untere Kurve für den Normalbetrieb zeigt die Luft-Brennstoffverhältnisse des Motors für verschiedene öffnungen der Drosselklappe und Ansaugkrümmerdrücke (ZoIl-Hg) . Die obere Kurve für die Leistung zeigt die Luft-Brennstoff verhältnis se des Motors bei voll geöffneter Drosselklappe und Ansaugkrümmerdrücken (in ZoIl-Hg).

Man erkennt, daß im Leerlauf an Punkt A hohe Krümmerunterdrücke vorhanden sind und ein relativ angereichertes Verhältnis (^,ist klein) gebraucht wird. Bei weiterer öffnung der Drosselklappe erhöht sich die Luftströmung, der Ansaugkrümmerdruck nimmt ab, und die Motordrehzahl erhöht sich. Dies ist der Reisegeschwindigkeitsbereich des Motors, und zur Erhöhung der Brennstoffeinsparung sollten verhältnismäßig magere Luft-Brennstoffgemische zugeführt werden. Erhebliche Anteile der Betriebszeit fallen in diesen Bereich.

Für höhere Drehzahlen und Lasten muß das Luft-Brennstoffgemisch angereichert werden, bis das optimale Leistungsverhältnis bei voll geöffneter Drosselklappe und maximaler Drehzahl (Punkt B) erreicht ist. Für niedrigere Drehzahlen bei voll geöffneter Drosselklappe mit maximaler Leistung muß dieses durch die obere Kurve dargestellte Verhältnis beibehalten werden. - 23 -

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Im Leerlauf (Punkt A), wenn der Luftstrom klein ist, versorgt die Einspritzvorrichtung 4o die Brennstoffaustrittsvorrichtung mit dem Hauptbrennstoffdruck. Das ergibt die sehr vorteilhafte und schnell wirkende Anlaßcharakteristik von vielen Brennstoffeinspritzanlagen. Die Brennstoffkammer 60 mittelt die Impulse weitgehend aus und verhindert ein Klopfen, das bei Impulsen für niedrige Drehzahlen einer einzigen Einspritzdüse auftreten könnte, welche einen Motor während des Leerlaufs beschleunigen und abbremsen. Wie in der angezogenen US-PS 37 34 068 beschrieben ist, kann das Luft-Kraftstoffgemisch während eines Kaltstarts und im Leerlauf reicher als das stöchiometrische Verhältnis eingestellt werden.

Für normale konstante Betriebsdrehzahlen und normale Lasten, bei welchen der Hauptbetrieb abläuft, kann die Einspritzvorrichtung 4o den Brennstofffluß auf eine magerere Einstellung als das stöchiometrische Luft-Brennstoffverhältnis regeln, während das Luftstromsignal für die Kammer 73 den Betrieb nicht wesentlich unterstützt. Wenn die Luftstromkorrektur einen Einfluß haben soll, so kann dies im Steuerkreiszeitplan für jeden beliebigen Zumeßstrom kompensiert werden.

In Einschwing- oder Übergangslagen wie bei Beschleunigungen ändert sich der Druck in der Kammer 73 schneller als der Brennstoffdruck in der Kammer 60, und das Nadelventil spricht auf den Luftstrom an. Die Brennstoffkammer 60 liefert einen Beschleunigungsvorrat für die Brennstoffaustrittsvorrichtung zur Brennstoffentnahme in solchen Lagen,bis die Drücke durch die Brennstoffeinspritzvorrxchtiig

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4o und den auf den Übergangszustand ansprechenden Regler Ilo ausgeglichen sind. Daher ist keine Beschleunigungspumpe wie im Fall eines herkömmlichen Vergasers erforderlich.

Der unter schweren Belastungen oder im oberen Drehzahlbereich (Punkt B) erforderliche höhere Leistungsbedarf kann dadurch befriedigt werden, daß die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Impulslänge für ein voll angereichertes Gemisch oder einer voll geöffneten Drosselklappe beschickt wird sowie einer Korrektur für ein angereichertes Luft-Brennstoffgemisch und, daß die Zumessung durch die Unterdruckkammer 73 aufrecht erhalten wird.

Bei einer Anlage mit einer einzigen Einspritzvorrichtung kann diese Betriebsart Schwierigkeiten der Impulslänge mildern und den Betriebsbereich des Vergasers erweitern. Es ist schwierig, eine einzelne Einspritzvorrichtung so zu dimensionieren, daß sie genaue Mengen bei kurzen Impulslängen und niedrigen Drehzahlen abgibt und dann einen Impuls zu erzeugen, der lang genug ist, die richtigen Mengen bei hohen Drehzahlen zu liefern. Der Arbeitsbereich der Einspritzvorrichtung und damit auch des Vergasers kann durch öffnung der Einspritzvorrichtung mit dem längsten möglichen Impuls erweitert und dann in Abhängigkeit vom Luftstrom geregelt werden. Da die Zumessung eine Funktion der Druckdifferenz an der Membran 72 und des Gegendrucks auf den Kraftstoff in der Zumessungskammer 67 ist, kann bei stärkeren Luftströmen mehr Brennstoff abgegeben werden als nur an der Einspritzvorrichtung 4o zur Verfügung steht. An einem Einstellpunkt korrigiert der Druck des Luftstroms auf die Mein-

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bran nicht nur, sondern übernimmt auch den primären Zumeßdruck von der Einspritzvorrichtung.

Obwohl diese Zeitplanungs- und Betriebsweise für ein Luftbrennstoffgemisch für die erfindungsgemäße Anlage vorgezogen wird, ist es offensichtlich, daß auch andere Programmierungen aufgrund der betrieblichen Vielfältigkeit möglich sind. Die erfindungsgemäße Anlage kann viele Arbeitskombinationen der Drehzahl-Dichtezumessung und der Luftstromzumessung durchführen.

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Claims

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Bendix Center 31. Oktober 1978

Southfield, Mich.48o76, USA Anwaltsakte M-4775

Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung

Patentansprüche

Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung für einen Verbrennungsmotor mit einem Einlaß, der ein Gehäuse mit einem Ansaugkanal umfaßt, der eine Menge aus der Atmosphäre angesaugter Luft demAnsaugkrümmer von mindestens einem Zylinder des Motors zuführt, ferner mit einer im Ansaugkanal angeordneten Drosselklappe, um die Menge der in den Ansaugkrümmer angesaugten Luft steuerbar zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß er (1o) eine Brennstoffdüse (32) zur Mischung bestimmter Mengen zerstäubten Brennstoffes mit der angesaugten Luft umfaßt, um im Ansaugkanal (11) des Vergasers (1o) ein brennbares Brennstoff-Luftgemisch von einem Luft-Brennstoff -Sollverhältnis zu bilden, das dem Ansaugkanal zugeführt wird, und dadurch, daß eine Brennstoffzumeßeinrichtung (4o,43) die bestimmten Brennstoffmengen von einem Brennstoffreservoir an die Brennstoffdüse (32) leitet, ferner dadurch, daß die Brennstoffzumeßeinrichtung (4o,43) eine

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Brennstoffeinspritzvorrichtung (4o) umfaßt, um eine primäre zugemessene Menge von Brennstoff mit einer Geschwindigkeit zuzuführen, die der Drehzahl und dem Absolutdruck im Ansaugkrümmer des Motors proportional ist sowie dadurch, daß ein Stellglied (43) die bestimmte Brennstoffmenge von der Brennstoffeinspritzvorrichtung (4o) erhält und die primär zugemessene Menge proportional zum Strom der durch den Ansaugkanal (11) des Vergasers (1o) angesaugten Luft korrigiert.
2. Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüse (32) zwischen dem Ansaugkanal (11) und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist, so daß die angesaugte Luft mit Brennstoff vermischt wird, nachdem sie an der Drosselklappe (12) vorbeigeströmt ist.
3. Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüse ein Saugrohr (32) zur Zerstäubung des Brennstoffs mit Luft umfaßt, ferner dadurch, daß das Saugrohr eine mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Entlüftungsbohrung (36) sowie eine Brennstoffleitung (34) aufweist, welche an die Brennstoffzumeßeinrichtung (4o,43) angeschlossen ist, weiter dadurch, daß die Entlüftungsbohrung (36) und die Brennstoffleitung (34) an einer Anzahl von Auslaßöffnungen (23,25) zusammenpressen, um Luft und Brennstoff zu einer Ladung zusammenzumischen, die beim Verlassen der Auslaß-

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Öffnungen (23,25) zerstäubt, sodann dadurch, daß eine Brennstoffaustrittsdüse (18) mit einer Mischkammer (24) unter Niederdruck mit den Auslaßöffnungen (2 3,25) in Verbindung steht, um das zerstäubte Luft-Brennstoffgemisch zu verdampfen und das verdampfte Gemisch an die angesaugte Luft ahzugeben, um die Ladung zu bilden.
4. Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß die Brennstoffaustrittsdüse (18) Vorrichtungen (31,33) für die gleichmäßige Verteilung der brennbaren Ladung über den Ansaugkanal (12) des Vergasers (to) besitzt.
5. Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vorrichtung (3) zur Erwärmung der zur Entlüftungsbohrung (36) strömenden Luft besitzt.
6. Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung nah einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtung (4o) eine Zumeßdüse mit einer Bohrung (67) umfaßt, die so dimensioniert ist, daß sie ein konstanter Brennstoff stromäurchfließen kann, ferner dadurch, daß die Bohrung (67) mit einem unter Druck stehenden Brennstoffreservoir in Verbindung steht, daß ein elektronischer Regler (11o) in Abhängigkeit von Signalen für die Drehzahl und den Absolutdruck des Ansaugkrümmers des Motors ein elektrisches Signal erzeugt, des-

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sen Dauer eine Funktion dieser Drehzahl und des Druckes ist, sowie dadurch, daß ein elektrisches Ventil (42,44,62) in Abhängigkeit vom elektrischen Signal die Zumeßdüse öffnet und schließt, um eine veränderliche Menge von Brennstoff in Abhängigkeit von der Öffnungszeit des Ventils (42,44,62) zu fördern.
7. Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung nach Anspruch

6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (43) eine ausgemessene Brennstoffkammer (6o) umfaßt, welche Brennstoff über die Zumeßdüse von dem unter Druck stehenden Brennstoffreservoir aufnimmt,daß eine sekundäre Zumeßeinrichtung (9o) Brennstoff von der ausgemessenen Brennstoffkammer (6o> der Brennstoffdüse

(32) zumißt, die in Abhängigkeit vom Luftstrom der angesaugten Luft und vom Druck des Brennstoffs in der ausgemessenen Kammer (6o) den Brennstofffluß verändert.
8. Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung nach Anspruch

7, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Zumeßeinrichtung (9o) Vorrichtungen (8o,82) umfaßt, um die Menge des an die Brennstoffdüse (32) gelangenden Brennstoffs von Anfang an einstellen zu können.
9. Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Zumeßeinrichtung (9o) ein Zumeßaggregat mit einem Nadelventil (1oo) umfaßt, das mit der sekundären Zumeßdüse (86) in Verbindung steht, um die das Nadelventil (1oo) durchströmende Brennstoffmenge zu verändern.

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10. Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung nach Anpsruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine biegsame Membran (72) umfaßt, die in Abhängigkeit vom Brennstoffdruck in der ausgemessenen Kammer <6o) arbeitet, sowie dadurch, daß die Zumeßeinrichtung gesteuert wird, um die Stellung des Nadelventils (1oo) in Abhängigkeit von der Stellung der Membran (72) zu verändern.
11. Vergaser mit elektronisch gesteuerter Einspritzung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet,daß die biegsame Membran (72) außerdem durch eine Unterdruckvorrichtung (73,1o2,1o4) gesteuert wird, um einen auf die Membran (72) wirkenden Druck zu erzeugen, der dem Luftstrom im Ansaugkanal (11) des Vergasers (1o) proportional ist.

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