DE2931298C2

DE2931298C2 - Registervergaser für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2931298C2
Application number: DE2931298A
Authority: DE
Inventors: Isao Okazaki Aichi Igarashi; Masaaki Nagoya Noguchi; Yukiyasu Tanaka
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1978-09-25
Filing date: 1979-08-01
Publication date: 1983-10-27
Also published as: DE2931298A1; GB2042070A; US4254745A; GB2042070B; JPS5546012A; JPS5751530B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Registervergaser für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein solcher Registervergaser ist bekannt (KFZ-Fachblatt Nr. 12 vom 10. Dezember 1954, Seiten 393 und 394). Bei dem bekannten Registervergaser, der im Sekundäransaugkanal stromab der willkürlich betätigbaren Drosselklappe eine weitere, exzentrisch gelagerte Drosselklappe aufweist, wird letztere durch Gewichtsbelastung in ihrer Schließstellung gehalten, bis der Unterdruck im Sekundäransaugkanal ein bestimmtes «o Maß überschreitet und die Drosselklappe nach und nach öffnet. Durch diesen Vorgang wird bei einer bestimmten Drehzahl die zweite Vergaserstufe zugeschaltet.

Die Erfindung ist insbesondere mit der Ausbildung eines solchen Registervergasers für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine befaßt. Bei einer aus einem Vergaser und einem Spülgebläse bestehenden Ansauganlage einer Zweitakt-Brennkraftmaschine ändert sich der volumetrische Ansaugwirkungsgrad des vom Vergaser versorgten Spülgebläses gemäß der strichpunktierten, konvexen Kurve in Fig. 1, wenn der Vergaser ein Einfachvergaser ist, d. h. ein Vergaser mit nur einem Ansaugkanal. Der volumetrische Ansaugwirkungsgrad nimmt zunächst mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine zu, erreicht bei gegebenem Mischkammerdurchmesser sein Maximum bei einer bestimmten Drehzahl und sinkt dann bei weiter steigender Drehzahl, wenn die willkürlich betätigbare Drosselklappe vollständig geöffnet ist. Der Drehzahlwert, bei dem der volumetrische Ansaugwirkungsgrad maximal ist, wandert zu höheren Drehzahlen, wenn der Mischkammerdurchmesser vergrößert wird. Eine Zunahme des Mischkammerdurchmessers bedeutet jedoch eine Verringerung der Geschwindigkeit der durch die Mischkammer strömenden Luft und führt zu schlechter Zerstäubung des Benzins im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine, so daß das mögliche Drehmoment nicht erreicht wird, der Kraftstoffverbrauch höher ist und die mögliche Beschleunigung des Fahrzeugs nicht erreicht wird. Wenn das Spülgebläse mehrere Gebläsekammern aufweist, führt die ungünstige Zerstäubung des Benzins ferner zu ungünstiger Verteilung des Kraftstoffes in die Gebläsekammern bis in die Bi ennräume der einzelnen Zylinder.

Um gute Zerstäubung des Kraftstoffes in einem weiten Drehzahlbereich einer Brennkraftmaschine zu erreichen, ist es bereits bekannt, einen zweistufigen Registervergaser zu benutzen. Ein derartiger Registervergaser wird in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine in zwei Stufen geöffnet. Im Leerlauf- und Teillastbetrieb wird Ansaugluft nur durch den Primäransaugkanal angesaugt, wogegen mit weiter zunehmender Motorbelastung die zweite Vergaserstufe des Sekundäransaugkanals zugeschaltet bzw. geöffnet wird. Bei diesem herkömmlichen zweistufigen Registervergaser steuert die erste Drosselklappe das Ausmaß der öffnung im Primäransaugkanal und wird direkt vom Gaspedal mittels eines Mechanismus betätigt, wogegen die zweite Drosselklappe, die das Ausmaß der öffnung des Sekundäransaugkanals steuert, mit der ersten Drosselklappe über einen Verbindungsmechanismus so verbunden ist, daß die zweite Drosselklappe öffnet, wem die erste Drosselklappe um mehr als ein bestimmtes Ausmaß geöffnet wird. Alternativ kann die Drosselklappe von einem Membranantrieb geöffnet werden, der mit dem Ansaugunterdruck im Primäransaufkanal beaufschlagt wird und so arbeitet, daß er die zweite Drosselklappe öffnet, wenn der Ansaugunterdruck im Primäransaugkanal aufgrund einer Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Primäransaugkanal über einen bestimmten Wert ansteigt.

Wenn einem Spülgebläse durch diesen herkömmlichen zweistufigen Registervergaser das Spülgemisch zugeführt wird, ist es möglich, die Drehzahl der Brennkraftmaschine, bei der der volumetrische Ansaugwirkungsgrad des Spülgebläses maximal ist, auf einen hohen Drehzahlwert einzustellen, wie dies die gestrichelte Kurve in F i g. 1 zeigt, ohne die Zerstäubung des Kraftstoffes bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine zu verschlechtern, so daß die Auslegung der Spülung des Arbeitszylinders zweckmäßiger erfolgen kann. Der Verlauf des volumetrischen Ansaugwirkungsgrades in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, der mittels des herkömmlichen zweistufigen Vergasers erreicht wird, it>t jedoch nicht optimal, wie Fig. 1 erkennen läßt. Auch in diesem Fall treten, wenn die Spülung des Arbeitszylinders für maximale Drehzahlen ausgelegt ist, im Teillastbetrieb ungünstige Kraftstoffzerstäubung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Registervergaser derart auszubilden, daß er im gesamten Drehzahlbereich eine günstige Kraftstoffaufbereitung erzielt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Registervergasers ermöglicht es, im Vergaser einen proportional zur Abnahme der Drehzahl der Brennkraftmaschine zunehmenden Strömungswiderstand zu erzeugen. Dies wiederum ermöglicht es, eine Brennkraftmaschine, bei der die Spülung für maximale Drehzahl ausgelegt ist, bei niedrigen Drehzahlen zu betreiben, dabei dennoch optimale Spülbedingungen aufrechtzuerhalten und im gesamten Drehzahlbereich eine günstige Kraftstoff-Gemischaufbereitung erreicht wird.

Der volumetrische Ansaugwirkungsgrad des Spulgebläses in Abhängigkeit von der Drehzahl kann somit mittels des erfindungsgemäßen Registervergasers stärker variiert werden, als dies mittels des herkömmlichen zweistufigen Registervergasers der Fall ist. Der erfindungsgemäße Registervergaser ist daher insbesondere für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine geeignet

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des volumetrischen Ansaugwirkungsgrades eines Spülgebläses in Abhängigkeit von der Drehzahl einer Brennkraftmaschine wiedergibt, und zwar für eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Registervergaser sowie mit herkömmlichen Vergasern;

Fig.2 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Registervergasers;

Fig.3 eine ausschnittsweise Rückansicht -tes Registervergasers gemäß F j g. 2, wobei ein Verbindungsmechanismus erkennbar ist, der die Drosselklappen des Primär- und des Sekundäransaugkanals des Registervergasers verbindet; und

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Steuereinrichtung für eine der Drosselklappen des Registervergasers.

F i g. 2 zeigt das zu beschreibende Ausführungsbeispiel des Registervergasers im Längsschnitt Dieser ist ein zweistufiger Registervergaser 500 mit einem Primäransaugkanal 502 und einem Sekundäransaugkanal 504. Zum Primäransaugkanal 502 gehören eine Mischkammer 506, eine erste Hauptspritzdüse 508, die in der Einschnürung der Mischkammer mündet, sowie eine erste Drosselklappe 510. Zum Sekundäransaugkanal 504 gehören eine Mischkammer 512, eine zweite Hauptspritzdüse 514, die in der Einschnürung der Mischkammer 512 mündet, eine zweite Drosselklappe 516, eine als Klappenventil ausgebildete, durch Saugdruck betätigte Drosselklappe 518 und eine ebenfalls als Klappenventil ausgebildete weitere Drosselklappe 520. Zur Mischkammer 506 des Primäransaugkanals 502 gehören ein großer Lufttrichter 506a und ein kleiner Lufttrichter 5066. Die erste Hauptspritzdüse 508 mündet in der Einschnürung des kleinen Lufttrichters 506b. Im Primäransaugkanal 502 ist nahe dem Einlaß der Mischkamnmer eine Luftklappe 522 angeordnet. Zur Mischkammer 512 des Sekundäransaugkanals 504 gehören drei Lufttrichter, nämlich ein großer Lufttrichter 512a, ein mittlerer Lufttrichter 512b und ein kleiner Lufttrichter 512c.

F i g. 3 zeigt eine ausschnittsweise Rückansicht des Vergasers gemäß F i g. 2, und zwar teilweise im Schnitt. Die zweite Drosselklappe 516 ist funktional mit der ersten Drosselklappe 510 durch einen Verbindungsmechanismus verbunden, zu dem Verbindungsglieder 524, 526 und 528 gehören. Das Verbindungsglied 524 ist an der Drosselklappenwelle 510a der ersten Drosselklappe 510 befestigt und dreht sich daher zusammen mit der ersten Drosselklappe 510. Im Verbindungsglied 524 ist eine bogenförmige Nut 524a ausgebildet, in die ein Ende 526a des Verbindungsgliedes 526 verschiebbar eingreift. Das andere Ende 526b des Verbindungsgliedes 526 ist am freien Ende des Verbindungsgliedes 28 angelenkt, das an der Drosselklappc^nwelle 516a der zweiten Drosselklappe 516 befes<igt ist. Der vorstehend beschriebene Verbindungs'nechanismus ist an sich bekannt und bewirkt, daß die zweite Drosselklappe 516 geöffnet wird, wenn die erste Drosselklappe 510 um mehr als ein bestimmtes Ausmaß (normalerweise ungefähr 45° bis 55°) geöffnet wird.
Auch die Drosselklappe 518 ist an sich bekannt Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 wird es von einem Gewicht 530 nachgiebig in seiner geschlossenen Stellung gehalten. Wenn die Drehzahl der zugehörigen Brennkraftmaschine und demzufolge der Ansaugunterdruck zunimmt steigt die an der Drosselklappe 518 wirkende Druckdifferenz an. Wenn diese Druckdifferenz einen bestimmten Wert übersteigt wird die Drosselklappe 518 entgegen der vom Gewicht 530 ausgeübten Schließkraft geöffnet Zu diesem Zweck ist die Welle 518a der Drosselklappe 518 exzentrisch angeordnet, wie die F i g. 2 und 3 zeigen, so daß die an der Drosselklappe 518 wirkende Druckdifferenz ein Drehmoment erzeugt das die Drosselklappe 518 im Gegenuhrzeigersinn (in Fig.2) zu drehen versucht Wenn dieses, Drehmoment stärker als das entgegengesetzt wirkende, vom Gewicht 530 erzeugte Drehmoment ist wird die Drosselklappe 518 in Öffnungsrichtung, d.h. im Gegenuhrzeigersinn in Fig.2 gedreht Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel des Registervergasers ist die Drosselklappe 518 so eingestellt, daß es offen ist wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine ungefähr 1500 Upm übersteigt.

Bei der Drosselklappe 520 des in den F i g. 2 und 3 dargestellten Vergasers handelt es sich um ein Ventil, das bei zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine weiter geöffnet wird. Fig.4 zeigt schematisch eine Steuereinrichtung 600 zum Einstellen der Drosselklappe 520. In Fig.4 ist die zugehörige Brennkraftmaschine lediglich durch deren Zylinderblock 10 und die Kurbelwelle 12 angedeutet die einen Wechselstromgenerator 602 antreibt, der Bestandteil der Steuereinrichtung 600 zum Einstellen des Steuerventils 520 ist. Der vom Wechselstromgenerator 602 erzeugte Wechselstrom wird mittels einer Gleichrichterschaltung 604 zu einem Gleichstrom mit einer Spannung Vgleichgerichtet die sich entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert. Der von der Gleichrichterschaltung 604 erzeugte Gleichstrom ist an einen Gleichstrommotor 606 angelegt, der Bestandteil des Stellantriebs für die Drosselklappe 520 ist. Der Anker 608 des Gleichstrommotors dreht sich jedoch nicht ständig in einer Richtung, sondern erzeugt in Abhängigkeit von der angelegten Gleichspannung V ein unterschiedlich starkes Drehmoment. Der Gleichstrommotor 606 umfaßt einen Wendepol 610, einen Stellwiderstand 612 zur Einstellung des Magnetfeldstromes, eine Magnetfeldwicklung 614 und eine äußere Spannungsquelle 616 mit konstanter Spannung, die die Magnetfeldwicklung speist. Der Gleichstrommotor 606 mit dem Anker 608, dem Wendepol 610, dem Stellwiderstand 612 für den Magnetfeldstrom und der Magnetfeldwicklung 614 ist an sich bekannt.

Der Anker 608 des Gleichstrommotors 606 ist mit einer Seilscheibe 620 mittels einer Welle 618 verbunden, die in Fig.4 schematisch in Perspektive dargestellt ist, jedoch tatsächlich koaxial zum Anker 608 und zur Seilscheibe 620 verläuft. Ein Draht 622 ist an seinem einen Ende mit einer als Schraubenfeder ausgebildeten Zugfeder 624 verbunden, die an ihrem einen Ende an einem feststehenden Gehäuse 626 angehängt ist, und ist an sei.lern anderen Ende 622a mit einer Stelle am Umfang der Seilscheibe 620 verbunden, so daß auf die Seilscheibe ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment ausgeübt wird, dem das vom Anker 608 ausgeübte

Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn entgegenwirkt. Die Drosselklappe 520 wird mittels eines Armes 628 in Schließrichtung und in Öffnungsrichtung bewegt, der fest mit einer Welle 520a der Drosselklappe verbunden ist. Am freien Ende des Armes 628 ist ein Schlitz 630 ausgebildet, in den verschiebbar ein Stift 632 eingreift, der vom Draht 622 getragen wird. Die Schwenkbewegung des Armes 628 im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn (in F i g. 4) wird von Anschlägen 634 und 636 begrenzt.

Der Ankerstrom / im Gleichstrommotor 606 ergibt sich aus folgender Gleichung:

Darin bedeuten:

V die angelegte Spannung,

E die gegenelektromotorische Kraft,

ra den Widerstand des Ankers 608,

rc den Widerstand des Wendepols 610,

R den Widerstand des Stellwiderstandes 612.

Da sich der Anker 608 nicht bewegt, wenn das vom Gleichstrommotor 606 erzeugte Drehmoment im Gleichgewicht mit der Kraft der Zugfeder 624 steht, ist dann Egleich null. Das Drehmoment 7"des Gleichstrommotors 606 ist durch folgende Gleichung gegeben:

T=kxMxI
Darin bedeuten:

k eine Proportionalitätskonstantc, M den magnetischen Fluß.

Das bei stillstehendem Anker 608 vom Gleichstrommotor 606 erzeugte Drehmoment ist daher durch folgende Gleichung bestimmt:

T= k χ Mx V/(ra + rc+R)

Da M konstant ist, ergibt sich aus Gleichung (3), daß das Drehmoment T"des Gleichstrommotors proportional zur Spannung V und somit proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Wenn der Arm 628 am Anschlag 636 anliegt, ist die Drosselklappe 520 vollständig geschlossen, wobei die Zugfeder 624 so angebracht ist, daß sie in diesem Zustand gerade entspannt ist. Wenn der Arm 628 aus dieser Stellung im Gegenuhrzeigersinn (in Fig.4) gedreht wird, ist die Bewegungsstrecke des Stiftes 632, d. h. die Länge, um die die Zugfeder 624 gedehnt wird, aufgrund des Hookeschen Gesetzes proportional zum Drehmoment T des Gleichstrommotors 602 zu diesem Zeitpunkt. Wenn der Arm 628 am Anschlag 634 anliegt, ist die Drosselklappe 520 vollständig geöffnet. Der Dreh- bzw.

ίο Schwenkwinkel der Drosselklappe 520 zwischen seiner vollständig geschlossenen Stellung, in der der Arm 628 am Anschlag 636 anliegt, und seiner vollständig geöffneten Stellung, in der der Arm 628 am Anschlag 634 anliegt, beträgt ungefähr 80°. Wenn die Drosselklappe 520 und die Zugfeder 624 relativ zueinander so angeordnet sind, daß die Winkelhalbierende des voüen Schwenkwinkels des Armes 628 die Zugfeder ungefähr unter rechtem Winkel schneidet, ist die vorstehend erwähnte Bewegungsstrecke des Stiftes 632 ungefähr proportional zum Ausmaß der öffnung der Drosselklappe 520. Daher ist das Ausmaß der Öffnung der Drosselklappe 520 ungefähr proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Wenn die Steuereinrichtung beispielsweise so ausgelegt ist, daß der Stift 632 bei einer Drehzahl der Brennkraftmaschine von 3500 Upm um die Maximalstrecke d verschoben ist, so daß dann die Drosselklappe 520 vollständig geöffnet ist, ist das Ausmaß der Öffnung der Drosselklappe bei Drehzahlen der Brennkraftma-(2) 30 schine unter 3500 Upm ungefähr proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dadurch, daß das Ausmaß der öffnung der Drosselklappe 520 im Sekundäransaugkanal 504 so eingestellt ist, daß es ungefähr proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, sinkt der volumetrische Ansaugwirkungsgrad des Spülgebläses der Brennkraftmaschine dann, wenn das Spülgebläse so ausgelegt ist, daß sein volumetrischer Ansaugwirkungsgrad maximal bei einer Drehzahl von 3500 Upm ist, bei einem Absinken der Drehzahl der Brennkraftmaschine unter 3500 Upm schneller als bei einem herkömmlichen zweistufigen Registervergaser ohne weitere Drosselklappe 520, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, so daß bei sinkender Drehzahl die je Hub der Arbeitseinheit gelieferte Spülgemisch-Liefermenge stark verringert ist und dadurch dem Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine bei niedriger bis mittlerer Drehzahl ebenso wie bei hohen Drehzahlen äußerst zweckmäßig angepaßt ist.

(3)

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Registervergaser für Brennkraftmaschinen, insbesondere Zweitakt-Brennkraftmaschinen, mit mindestens einem Primär- und einem Sekundäransaugkanal mit je einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe, welche miteinander gekoppelt sind, und einer weiteren Drosselklappe im Sekundäransaugkanal stromab der willkürlich betätigbaren Drosselklappe, welche sich mit zunehmendem Saugdruck öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Drosselklappe (520) im Sekundäransaugkanal (504) von einem Stellantrieb (606, 618, 620, 622, 624, 628) im wesentlichen proportional zur Zunahme der Drehzahl der Brennkraftmaschine (10) in Öffnur.gsrichtung bewegt wird und umgekehrt

2. Registervergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb im wesentlichen von einem Gleichstrommotor (606) gebildet ist, der von einem gleichgerichteten Spannungssignal eines direkt mit der Brennkraftmaschinenwelle gekoppelten Wechselstromgenerators (602) gespeist wird.