DE2923385A1

DE2923385A1 - Einrichtung zur steuerung der ansaugluftmenge in einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2923385A1
Application number: DE19792923385
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Nishimura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1979-06-08
Publication date: 1979-12-13
Also published as: FR2428744A1; DE2923385C2; AU4724779A; JPS54160927A; CA1119491A; AU522314B2; GB2025519B; US4249505A; GB2025519A; FR2428744B1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. M. Wcigkmann, Difl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.¥£Ickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. LisKA 9993 38 5

SBrt

8 000 MÜNCHEN 86, DEN - g ι . POSTFACH 860 820 ' -

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

HONDA GIKEN KOGYO KABÜSHIKI KAISHA
■27-8, 6-chome, Jingumae, Shibuya-ku, Tokyo, 150 Japan

Einrichtung zur Steuerung der Ansaugluftmenge in einer

Brennkraftmaschine

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Diese Einrichtung arbeitet abhängig von Änderungen atmosphärischer Bedingungen.

Bei Brennkraftmaschinen wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert, wenn die Luftdichte sich durch Änderung der Wetter- bedingungen oder der Höhenlage ändert. Dies kann zu einer Beeinträchtigung der Leistung der Brennkraftmaschine und zu einer Erhöhung luftverschmutzter Anteile in den Abgasen führen, insbesondere wenn eine Brennkraftmaschine in großer Höhe betrieben wird. Im Hinblick auf dieses Problem wurden bereits verschiedene Korrektursystemevorgeschlagen, mit denen das Volumen der Ansaugluft abhängig von der Höhenlage geändert wird.

Diese Systeme können allgemein in zwei Klassen unterteilt werden. Die erste Klasse betrifft solche Systeme, bei denen die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge verändert wird. Die zweite Klasse betrifft Systeme, bei denen die Menge eines Sekundärluftstromes geändert wird, der der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Bei der ersten Klasse haben sich einige Nachteile gezeigt, beispielsweise ein plötzliches Abreißen des Betriebes von AbgasSteuersystemen abhängig von dem Betrag der Öffnung der Drosselklappe.

Bei der zweiten Klasse gibt es eine bekannte Vorrichtung, die einen Nebenstromweg im Venturiabschnitt des Luftansaugkanals hat. Der Strömungsquerschnitt dieses Kanals wird abhängig vom Atmosphärendruck geändert. Eine Einrichtung nach der Erfindung zeichnet sich im Unterschied zu den bekannten Systemen durch die mit dem Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aus.

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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten

Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten

Ausführungsbeispiels.

in Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 11 mit einem Hauptansaugkanal 12 und einer Drosselklappe 13 dargestellt. Ein Zusatzluftkanal 14 ist von dem Hauptansaugkanal 12 hinter der Drosselklappe 13 abgezweigt. Dieser Kanal umfaßt eine Betätigungskammer 14A und einen Basisteil 14B. Ein abhängig vom Atmosphärendruck arbeitendes Korrekturventil 15 ist im oberen Teil der Betätigungskammer 14A angeordnet. Dieses Ventil hat einen Balgen 46 und eine öffnung 60 und ändert den Strömungsquerschnitt des Zusatzansaugluftkanals 14 abhär^-'-g von Änderungen des Atmosphärendrucks. Wenn der Atmosphärendruck abfällt, vergrößert das Korrekturventil 15 den Querschnitt des Zusatzansaugluftkanals 14. Wenn der Atmosphärendruck ansteigt, verkleinert das Korrekturventil 15 den Querschnitt des Zusatzansaugluftkanals 14.

Der Zusatzansaugluftkanal 1.4 ist ferner mit einem ersten, auf Unterdruck ansprechenden Steuerventil 16 versehen, das stromab des Korrekturventils 15 angeordnet ist und den Betätigungskammerteil 14A von dem Basisteil 14B trennt. Das Steuerventil 16 ändert den Strömungsquerschnitt des Zusatzansaugluftkanals 14 abhängig von der Menge der Ansaugluft, die durch den Hauptansaugkanal 12 eintritt. Dies erfolgt durch Verbindung der Unterdruckkammer 17 des ersten Steuerventils 16 über ein zweites Unterdrucksteuerventil 18 mit dem Venturiabschnitt 19 des Vergasers.

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Das zweite Steuerventil 18 hat zwei Kammern, die voneinander durch eine Membran 22 getrennt sind. Die erste Kammer 20 ist mit der Betätigungskammer 14A und die zweite Kammer 21 mit dem Venturiabschnitt 19 des Vergasers und der Unterdruckkammer 17 des ersten Steuerventils 16 verbunden. Die zweite Kammer 21 ist mit einer öffnung 24 versehen, die durch die Membran 22 geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Die Membran 22 kann mit Federn 25 zur Einstellung ihrer Gleichgewichtslage relativ zur öffnung 24 versehen sein. Die öffnung 24 ermöglicht eine Verbindung zwischen der Unterdruckkammer 17 des ersten Steuerventils und dem Venturiabschnitt 19 des Vergasers. Wenn die Öffnung 24 durch die Membran 22 verschlossen wird, so ist diese Verbindung gesperrt.

Die Unterdruckkammer 17 des ersten Steuerventils 16 ist über ein Einwegventil 30 und eine Querschnittsverengung 31 mit einem Kanal 32 verbunden, der vom Basisteil 14b des Zusatzansaugluftkanals 14 abgezweigt ist. Das Einwegventil 30 und die Querschnittsverengung 31 gleichen die Effekte des Betriebs der Drosselklappe 13 in voller Öffnungsstellung aus.

Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel enthält alle Elemente des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und zusätzlich einen Sekundärluftkanal 40. Dieser ist mit dem Hauptansaugkanal stromab der Drosselklappe 13 verbunden. Der Sekundärluftkanal 40 enthält ein drittes, auf Unterdruck ansprechendes Steuerventil 42. Die Unterdruckkammer 44 des dritten Steuerventils 42 ist mit der öffnung 24 des zweiten Steuerventils 18 und der Unterdruckkammer 17 des ersten Steuerventils 16 verbunden. Der Unterdruck in der Unterdruckkammer 44 des dritten Steuerventils 42 hängt von dem Unterdruck in der Unterdruckkammer 17 des ersten Steuerventils 16 ab. Dadurch wird der Betrieb der variablen Ventilöffnung 60 in dem

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Korrekturventil 15 stabilisiert, die klein, verglichen mit
derjenigen nach Fig. 1 ist.

Im folgenden wird die Steuerung der Ansaugmenge abhängig
von Änderungen des Atmosphärendrucks mit den in_Fig. 1 und gezeigten Einrichtungen beschrieben. Wenn die öffnung der
Drosselklappe 13 gering ist, so wird der Unterdruck PB in dem', Hauptansaugkanal 12 stromab der Drosselklappe 13 groß. Da die Unterdruckkammer 17 des ersten Steuerventils 16 über den Kanal 32 mit dem Hauptansaugkanal 12 stromab der Drosselklappe 13 verbunden ist, wird auch der Unterdruck Pe in der Unterdruckkammer 17 groß. Dadurch wird das erste Steuerventil 16 geöffnet, so daß der Unterdruck P in der Betätigungskammer 14a größer wird. Dadurch öffnet die Membran 22 des zweiten Steuerventils die Verbindungsöffnung 24 zwischen dem Venturiabschnitt 19
und der Unterdruckkammer 17 des ersten Steuerventils 16. Der Unterdruck Pe in der Unterdruckkammer 17 des ersten Steuerventils 16 fällt dadurch wegen des geringen Unterdrucks Pv in dem Venturiabschnitt 19 ab. Abhängig davon wird das erste
Steuerventil 16 sofort geschlossen.

Der Unterdruck P in der Betätigungskammer 14A wird durch
eine Regelschleife so gesteuert, daß er dem Unterdruck Pv in dem Venturiabschnitt 19 nahekommt.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Einrichtungen ermöglichen die Zuführung von Zusatzluft durch den Zusatzansaugluftkanal 14 proportional der Ansauggemischmenge, die durch die Drosselklappe 13 strömt, sowie eine Änderung der proportionalen Menge Sekundärluft entsprechend Änderungen des Atmosphärendrucks. Dies wird aus der folgenden Analyse deutlich.

Für einen Atmosphärendruck Po, einen Strömungsquerschnitt A der Venturianordnung 19, einen Strömungsquerschnitt Z₁ der

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Öffnung der Drosselklappe des Hauptansaugkanals 12, eine Strömungsgeschwindigkeit W₁ im Hauptansaugkanal 12 durch den Venturiabschnitt (i) und durch den Drosselklappenabschnitt (ii) gilt:

(i)

W. = CvA

-1

Po Jo (^) * - <£

(ii)

2σ JL ^2g k^

Pv

	2	.Pv.	k+1
⁽PO*	k		k
	2	.PB.	k+1
(PB) ^VPo'	k	k

Hierbei ist g die Erdbeschleunigung, k ein spezifisches Wärmeverhältnis, JO und /v die Luftdichte, Cv der Strömungskoeffizient im Venturiabschnitt und C₁ der Strömungskoeffizient im Drosselklappenabschnitt.

Die Strömungsrate W₂ durch die Ventilöffnung 60 des Korrekturventils 15 ist:

(iii) W₂ - C₃Z₃

2g V^r · Po /o -j (^)

k+1

Hierbei ist Z^. der Strömungsquerschnitt der Ventilöffnung des Korrekturventils 15 und C, der Strömungskoeffizient durch die Ventilöffnung 60 des Korrekturventils 15.

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Die Strömungsrate W- durch die Ventilöffhung 62 des ersten Steuerventils 16 ist:

(XV) W₂ =

kV|

Hierbei ist C₀ der Strömungskoeffizient durch die Ventilöffnung 62 des ersten Steuerventils 16 und Z„ der Strömungsquerschnitt der Ventilöffnung 62.

Ie bereits ausgeführt, wird der Druck P in der Betätigungskammer 14a zu jedem Zeitpunkt so gesteuert, daß er praktisch gleich dem Druck Pv im Venturiabschnitt 19 des Vergasers ist. Für P = Pv gilt:

W₂ C₃Z₃

Aus (i) und (iii) φ = ς^Γ ··· ^(a)

^W2 ^C2^Z2

Aus (ii) und (iv) φ = c^· (b)

Es hat sich gezeigt, daß die Strömungskoeffizienten Cv, C. , C₂ und C₃ praktisch konstant sind, wenn auch kleine Änderungen auftreten können. Unter der Annahme der Konstanz dieser Koeffizienten ergibt sich aus der Gleichung (a) für ein festes Z₃ das Strömungsverhältnis W₀ZW₁ als fester Wert unabhängig von den Werten von PB, Pv und Po und unabhängig von der Größe der Drosselklappenöffnung Z.. Da ferner das Korrekturventil

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den Wert Z_ entsprechend Änderungen des Atmosphärendrucks Po ändert, ändert sich automatisch das Strömungsverhältnis Wp/W^ entsprechend den Änderungen des Atmosphärendrucks Po.

Aus der Gleichung (a) ist ersichtlich, daß bei einem festen Atmosphärendruck Po der Wert Z₃ fest bleibt, so daß das Strömungsverhältnis W_?/W.j stabil bleibt. Aus der Gleichung (b) wird der Öffnungsquerschnitt Z₂ der öffnung 62 des ersten Steuerventils 16 geregelt, so daß er zu jedem Zeitpunkt ein praktisch konstantes Verhältnis mit dem Öffnungsquerschnitt Z₁ der Drosselklappe 13 bildet. Daher kann der Betriebsdruck Pe in der Unterdruckkammer 17 des ersten Steuerventils 16 als Ausgangssignal zur Betätigung des dritten Steuerventils 42 der Einrichtung nach Fig. 2 verwendet werden. Die Luftströmung durch den Sekundärluftkanal 40 kann somit proportional W₁ sein, wenn das dritte Steuerventil 42 nach Fig. 2 ähnliche Strömungseigenschaften wie das erste Steuerventil 16 hat.

Vorzugsweise sind die Strömungseigenschaften des dritten Steuerventils 42 entsprechend Änderungen des Wertes W₁ veränderlich.

Die Erfindung führt also zu einem System zur Steuerung der Ansaugluft für eine Brennkraftmaschine abhängig von Änderungen atmosphärischer Bedingungen. Gemäß der Erfindung wird der Unterdruck P in einer Betätigungskammer 14A eines ersten Zusatzansaugluftkanals 14 auf einen Wert geregelt, der nahe dem Unterdruck Pv in dem Venturiabschnitt 19 des Vergasers liegt. Um ein stabiles Verhältnis zwischen der Luftströmungsrate W₂ des ersten Zusatzansaugluftkanals und der Strömungsrate W₁ im Hauptansaugkanal 12 beizubehalten, wird der Öffnungsquerschnitt Z₃ am Eintritt des ersten Zusatzansaug-

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luftkanals 14 entsprechend Änderungen des Atmosphärendrucks gesteuert. Dadurch wird das Verhältnis W₃Zw₁ entsprechend
Änderungen des Atmosphärendrucks verändert. Eine solche Anordnung ermöglicht ferner die Zuführung von Sekundärluft
zu einer Brennkraftmaschine proportional der Ansauggemischmenge, die durch die Drosselklappe strömt, während die
proportionale Menge der Sekundärluft gemäß dem Atmosphärendruck geändert wird.

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Claims

Patentansprüche

M.!Einrichtung zur Steuerung der Ansaugluftmenge in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) ein Hauptansaugkanal (12) mit Vergaser und Drosselklappe (13),

b) ein Zusatzansaugluftkanal (14), der stromab der Drosselklappe (13) an den Hauptansaugkanal (12) angeschlossen und mit der Atmosphäre verbunden ist,

c) eine Atmosphärendruck-Korrekturvorrichtung (15) in dem Zusatzansaugluftkanal (14) zur Änderung des Öffnungsquerschnitts des Zusatzansaugluftkanals (14) entsprechend Änderungen des Atmosphärendrucks und

d) eine Vorrichtung (16) zur Steuerung des Öffnungsquerschnitts des Zusatzansaugluftkanals (14) derart, daß eine Zusatzluftmenge durch diesen Kanal (14) geführt wird, die proportional der durch den Hauptansaugkanal (12) geführten Ansaugluftmenge ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (15) zur Steuerung des Öffnungsquerschnitts des Zusatzansaugluftkanals (14) ein in diesem angeordnetes erstes, durch Unterdruck betätigbares Steuerventil (16) ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuerventil (16) eine Unterdruckkammer (17) enthält, die über einen Verbindungskanal (14B) mit dem Hauptansaugkanal (12) verbunden ist, und daß die Vorrichtung zur Steuerung des Öffnungsquerschnitts des Zusatzansaugluftkanals (14) ein zweites, durch Unterdruck betätigbares Steuerventil (18) in dem Verbindungskanal (14A) umfaßt, das den Unterdruck in der Unterdruckkammer (17) des ersten Steuerventils (16) proportional der Luftmenge steuert, die durch den Hauptansaugkanal (12) geführt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuerventil (18) eine erste und eine zweite Unterdruckkammer (20, 21) aufweist, die voneinander durch eine Membran (22) getrennt sind, daß die erste Unterdruckkammer (20) mit dem Zusatzansaugluftkanal (14) stromauf des ersten Steuerventils (16) und die zweite Unterdruckkammer (21) mit dem Venturiabschnitt (19) des Vergasers und der Unterdruckkammer (17) des ersten Steuerventils (16) verbunden ist und daß die Verbindung zwischen der zweiten Unterdruckkammer (21) und der Unterdruckkammer (17) des ersten Steuerventils (16) durch die Membran (22) geöffnet bzw. geschlossen werden kann.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptansaugkanal (12) stromab der Drosselklappe (13) angeschlossen einen zweiten Zusatzansaugluftkanal (40) aufweist, der ein drittes, durch Unterdruck betätigbares Steuerventil (42) enthält, dessen Kammer (44) mit der Unterdruckkammer (17) des ersten Steuerventils (16) verbunden ist.

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