DE3117469A1

DE3117469A1 - Kraftstoff-dosiereinrichtung

Info

Publication number: DE3117469A1
Application number: DE19813117469
Authority: DE
Inventors: Norbert W. Mt. Clemens Mich. Kiesling
Original assignee: Colt Industries Operating Corp
Current assignee: Colt Industries Operating Corp
Priority date: 1980-05-02
Filing date: 1981-05-02
Publication date: 1982-04-22
Also published as: FR2481749A1; MX153554A; FR2481749B1; JPS572461A; US4292945A; IT1138291B; CA1156525A; IT8121498A0; JPH021979B2

Description

O I !

Anwaltsakte: P + 0 673 Colt Industries Operating Corp.

City of Warren, V. St. A.

Kraftstoffdosiervorrichtung

Die Erfindung betrifft Kraftstoffinjektionssysteme, insbesondere Kraftstoffdosiervorrichtungen zum Dosieren von Kraftstoff zu einer zugeordneten Brennkraftmaschine_β

Obwohl die Automobilindustrie über viele Jahre hinweg, wenn auch nur zum Erlangen von Wettbewerbsvorteilen, ständig Anstrengungen unternommen hat, um die Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit von Automobilen zu steigern, so wurden Jedoch die hierdurch erzielten Erfolge von Regierungsseite als unzulänglich betrachtet· Ferner wurden Auflagen gemacht, die die höchstzulässigen Gehalte von Kohlenmonoxyd (CO), Kohlenwasserstoffen (HC) und Stickoxyden (ΝΟ_χ), welche mit den Motorabgasen in die Atmosphäre gelangen dürfen, festgelegt«

Leider steht die verfügbare Technik, die das Erreichen größerer Kraftstoff«Wirtschaftlichkeit zum Ziele hat, jener Technik entgegen, die die Versuche unternimmt, den von Regierungsseite vorgeschriebenen Normen bezüglich der Abgasemission zu genügen, entgegen.

Um die festgesetzten Werte bezüglich der NO -Emissionen zu erreichen, wurde beispielsweise ein System der Abgasumwälzung verwendet, wobei wenigstens ein Teil der Abgase in die Zylinder-Brennkammer rückgeführt wird, um dadurch die hierin erreichte Verbrennungstemperatur zu senken und damit auch die Bildung von NO zu verringern·

Es wurde auch schon die Verwendung von Motor-Kurbelwellengehäuse-Umwälzeinrichtungen vorgeschlagen, wobei die sonst in die Atmosphäre entweichenden Gase in die Motor-Brennkammer zu weiterer Verbrennung eingeleitet werden.

Ferner wurde schon die Anwendung von Kraftstoffdosiereinrichtungen vorgeschlagen, die dazu geeignet sind, ein relativ fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch der Motor-Brennkammer zuzuführen, und damit die Bildung von NO innerhalb der Brennkammer zu verringern· Die Verwendung derartiger fetter Gemische führt zu einem erheblichen Anstieg an CO und HC in den Motorabgasen, was wiederum die Zufuhr zusätzlichen Sauerstoffes, beispielsweise durch eine zugeordnete Luftpumpe, zu den Abgasen erfordert, um die Verbrennung von CO und HC vor der Abgabe in die Atmosphäre zu vervollständigen»

Als weitere Maßnahme zum Verringern der Bildung von NO wurde auch sehon das Verzögern des Zündzeitpunktes vorgeschlagen· Ferner wurde eine geringere Kompression angewandt, um die resultierende Verbrennungstemperatur innerhalb der Motorbrennkammer abzusenken und damit auch die Bildung von NO zu verringern. In diesem Zusammenhang wurde ein sogenannter Zweibett-Katalysator angewandt* Dieses Verfahren besteht darin, einen chemisch reduzierenden, ersten Katalysator im Abgasstrom an einer näher beim Motor befindlichen Stelle anzuordnen, während ein chemisch oxidierender, zweiter

I I ItUJ

Katalysator im Abgasstrom an einer weiter vom Motor und stromabwärts des ersten Katalysators befindlichen Stelle angeordnet wird_e Die relativ hohen Konzentrationen von CO, die aus dem fetten Gemisch verwendet werden, wurden dabei als reduzierendes Mittel für NO im ersten Katalysator verwendet, während die dem Abgasstrom an einer Stelle zwischen den beiden Katalysatoren zugeführt© Extra-Luft als oxidierendes Mittel im zweiten Katalysator dient· Derartige Systeme haben jedooh verschiedene Nachteile; so erfordern sie beispielsweise eine aufwendige zusätzliche Verrohrung, ein Luftgebläse sowie ein besonderes Katalysatorenbett· Außerdem besteht bei derartigen Systemen die Tendenz, Ammonium zu bilden, das seinerseits im oxidierenden Katalysatorbett in NO umgewandelt werden kann_o

Ferner wurde bereits die Anwendung von Kraftstoff-Injektions-Dosiersystemen bei gleichzeitiger Vermeidung von Vergasern verwendet; hierbei wird der Kraftstoff durch einzelne Düsen unter überatmos« phärischem Druck direkt in die jeweiligen Zylinder einer mit Kolben und Zylinder arbeitenden Brennstoffmaschine gespritzt· Derartige Kraftstoff-Injektionssysteme sind jedoch teuer und haben sich ins« gesamt gesehen deshalb nicht erfolgreich erwiesen, da ein genau dosierter Kraftstoffstrom über einen weiten Bereich von dosierten Kraftstoff-Durchsätzen erforderlich ist. Diese vorbekannten Injektionssysteme, die an einem Ende des erforderlichen Bereiches des zu dosierenden Kraftstoff-Durchsatzes sehr genau sind, sind am anderen Ende desselben Bereiches relativ ungenau· Hat man hingegen bei derartigen vorbekannten Injektionssystemen einen mittleren Abschnitt des gewünschten Bereiches dosierten Kraftstoff-Durchsatzes genau gestaltet, so ist der Bereich an seinen beiden Enden relativ ungenau· Die Anwendung von Rtickführmitteln zum Verändern der Dosiercharakteristika solcher vorbekannten Kraftstoff-Ihjektionssysteme hat das Problem der üngenauigkeit des Dosierens nicht gelöst, da bei diesem Problem normalerweise Faktoren wie die folgenden einspielen: Wirksame öffnungsfläche der Injektordüse; vergleichbare Bewegung, die von der zugeordnetenDüsennadel oder dem Ventilglied verlangt werden muß; Trägheit des Düsenventilgliedes; Düsenberstdruck (also der Druck, bei welchem die Düse öffnete)· Es leuchtet

ein, daß mit kleiner werdendem, zu dosiertem Kraftstoff-Durchsatz der Einfluß dieser Paktoren größer wird.

Es ist vorherzusehen, daß die amtlichen Vorschriften bezüglich der Abgasemissionswerte noch strenger werden.

Im Hinblick auf derartige Anforderungen in Bezug auf NO wurde die

Jv

Verwendung eines Dreiwege-Katalysators in einem einzigen Bett innerhalb des Abgasstromes als Mittel zum Erreichen der angestrebten Abgasemissionswerte empfohlen. Xm allgemeinen ist ein Dreiweg-Katalysator ein einzelner Katalysator oder eine Katalysatoren« mischung, der bzw. die die Oxidation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd katalysiert sowie Stickoxyde reduziert. Bei einem solchen Dreiweige-Katalysatorensystem hat sich die folgende Schwierigkeit herausgestellt: Ist der zudosierte Kraftstoff zu fett, so wird zwar N0__ wirksam reduziert, die Oxydation von CO ist jedoch unvollständig; ist das zudosierte Kraftstoff-Luft-Gemisch zu mager, so wird zwar CO wirksam oxydiert, die Verringerung an NO „ ist jedoch unvollständig. Um ein derartiges Dreiwege-Katalysatoren-System wirkungsvoll zu gestalten, ist es notwendig, die Kraftstoff-Dosierfunktion der dem Motor zuarbeitenden Kraftstoff-Dosiereinrichtung gut in den Griff zu bekommen. Wie oben erwähnt, wurde bereits die Anwendung von Kraftstoff-Injektionseinrichtungen vorgeschlagen, wobei für jede Motor-Brennkammer entsprechende Düsen vorgesehen werden, mit zugeordneten Rückführmifceln ( auf ausgewählte Indizes der Motor-Betriebsbedingungen und Parameter ansprechend), mit dem Ziel, kontinuierlich die Dosiercharakteristika der Kraftstoff-Injektionseinrichtung zu verändern oder zu beeinflussen» Wie jedoch zuvor ebenfalls erwähnt, haben sich derartige Kraftstoff-Injektionssysteme als nicht erfolgreich erwiesen.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Kraftstoff-Dosiersysteme vom Vergasertyp mit Bückführmitteln anzuwenden, die auf die Anwesenheit ausgewählter Bestandteile ansprechen, welche in den Motorabgasen vorliegen. Derartige RUckführmittel wurden dazu verwendet, um das Arbeiten eines Haupt-Dosier-Stabes eines Haupt-Kraftstoff-Dosiersystemes eines Vergasers zu beeinflussen. Versuche und die

οι ι /

Erfahrung haben jedoch gelehrt, daß derartige vorbekannte Vergaser und derart zugeordnete Rückführmittel niemals den Grad der Genauigkeit herbeiführen können, der bei dem Dosieren von Kraftstoff zu einem zugeordneten Motor erforderlich ist, um beispielsweise die genannten, angestrebten Abgas-Emissionswerte zu erreichen·

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, diese und andere verwandte Probleme zu lösen.

Eine erfindungsgemäß gestaltete Kraftstoff«Dosiereinrichtung verwendet einen Drosselkörper mit einem in diesem vorgesehenen Einlaßkanal sowie einem Drosselventil zum Regeln des Durchsatzes in dem Einlaßkanalj es wird unter überatmosphärischem Druck Kraftstoff einer Art Schalldüse zugeführt, die ihrerseits dosierten Kraftstoff einer ringförmigen Abgasöffnung zuleitet, welche innerhalb des Einlaßkanales stromabwärts des Drosselventiles sitzt; es wird oberhalb der Schalldüse dosierter Kraftstoff bei Leerlaufdrehzahl und wenigstens unmittelbar anschließenden Motordrehzahlen zugeführt«

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin sind der besseren Übersichtlichkeit halber Einzelelemente weggelassene Im einzelnen ist folgendes dargestellt":

Fig. 1 veranschaulicht in einer Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer Kraftstoff-Dosiereinrichtung;

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines ganzen Kraftstoff-Dosiersystemes, das in Kombination mit der Kraftstoff-Dosiereinrichtung gemäß Fig. 1 angewandt werden kann.

Die in Fig. 1 dargestellte Kraftstoff-Dosiereinrichtung 10 umfaßt ein Gehäuse 12 mit einem Einlaßkanal 14. Hierin ist eine Drosselklappe Ιβ auf einer Welle l8 gelagert, womit der Luftdurchsatz durch den Einlaßkanal I²J-In Motor 20 über die Einlaß leitung 22 ge-

drosselt werden kann. Palls gewünscht, läßt sich ein Luftfilter (nur fragmentarisch dargestellt) in Einlaßkanal l4 vorsehen. Drosselklappe 16 läßt sich mittels eines Übertragungsmechanismus mit dem Fußhebel 28 des Fahrers verbinden; Kraftstoff wird aus einem Kr ^.f tstof f tank 30 einer zugeordneten Kraftstoffpumpe 32 zugeführt, die ihrerseits undosierten Kraftstoff über eine Leitung 34 zur Leitung 36 führt, die ihrerseits zu einer Kammer 38 führt. Kammer 38 kommuniziert mit einem Kanal 4o, der zu einem Druckregler 42 führt. Wie ganz allgemein angedeutet, umfaßt Druckregler 42 eine Kammer 44, die in Gehäuse 12 eingebaut ist sowie einen beeherartigen Deckel 46. Eine Membran 48 ist zwischen zwei Stützplatten 54 und 56 eingespannt und steht mittels eines Zapfens 50 mit einem Ventilstift 52 in Wirkverbindungj Membran 48 ist von entsprechenden Teilen des Gehäuses 12 und des Deckels 46 einge« schlossen und definiert hierdurch veränderbare, fest abgegrenzte Kammern 44 und 58 innerhalb Kammer 58, die durch einen Auslaß 60 an die Umgebung angeschlossen ist. Ein Ventilsitz 62 arbeitet mit Ventilstift 52 zusammen, um den Kraftstoff-»Durchsatz in einen Kanal 64 und in eine Kraftstoff«Rückführleitung 66 zu regeln; die Kickführleitung 66 führt überschüssigen Kraftstoff zum Tank 30 zurück. Auf Membran 48 wirkt eine Feder 68 ein, die Kammer 58 angeordnet ist; sie drückt Ventilstift 52 im Schließsinn gegen den Ventilsitz 62. .

Undosierter Kraftstoff wird über Leitung 36 und Kammer 38 bei einem leicht oberhalb 10,0 p.s.i. liegenden Druck zugeführt. Kanal 4o überträgt diesen Druck auf Kammer 44, wo er Membran 48 und Feder 68 beaufschlagt; dabei sind die Verhältnisse derart bemessen, daß Ventilstift 52 abhebt, um damit etwas Kraftstoff und etwas Druck auszulassen, um einen undosierten Kraftstoffdruck- von 10,ο p.s.i. aufrecht zu erhalten.

Kammer 48 befindet sich zeitweise in Kommunikation mit dem Kanal dosierten Kraftstoffes über die dosierte Kraftstofföffnung 72. Wie dargestellt, liegt Dosierventilglied 74 manchmal an einem Sitz 76 an und sperrt damit den Durchsatz von Kraftstoff aus Kammer 38 durch

O I I / 4OC3

Kanal 72 in Kanal 70 ab. Kanal 70 kann eine Venturi-Düse 78 umfassen, diese kann aus einem eingesetzten Teil 80 mit einem Venturi« Kanal 82 bestehen, der einen konvergierenden, stromaufwärts ge« legenen Einlaßbereioh 84 hat, welcher zu einer Venturi-Einsehnürung führt sowie einen stromabwärts gelegenen Diffusorbereich 86. Das eine Ende 90 eines Kanales kommuniziert mit der Umgebung, während das andere Ende mit* dem Kanal 70 dosierten Kraftstoffes an einer Stelle kommuniziert, die sich stromaufwärts' der Venturi-Düse 78 befindet, und, allgemein gesprochen, stromabwärts des Kanales 72 dosierten Kraftstoffes,

In Gehäuse 12 befindet sieh eine Ausdrehung 92, die einen Ring 94 aufnimmt. Dieser hat vorzugsweise einen oberen, stromaufwärts gelegenen Teil 96, der konvergiert sowie einen unteren, stromabwärts gelegenen Teil 98, der divergiert. Dieser aus konvergierendem und divergierendem Teil zusammengesetzte Ring 94 bildet seinerseits mit Ausdrehung 92 einen Ringraum 100, der mit Kanal 70 dosierten Kraftstoffes sowie mit Venturi-Düse 78 kommuniziert. Ring 94 trägt vorzugsweise eine Mehrzahl von in gleichem Abstand angeordneten Bohrungen 102 an seinem Umfang. Diese Bohrungen befinden sich vorzugsweise im stromabwärts gelegenen, also divergierenden Teil 98 des Ringes 94, liegen somit unterhalb der Stoßstelle zwischen dem stromaufwärts gelegenen Teil 96 und dem stromabwärts gelegenen Teil 98 des Ringes 94.

Ventil 74 umfaßt einen Antrieb 104 mit einer Spule 106. Diese hat eine Bohrung I08, in der ein Anker 110 gleitet» Man erkennt ferner eine Feder 112, die Anker 110 sowie Ventilstift 74 in der Darstellung nach links drückt, so daß Ventilstift 74 an Ventilsitz 76 anliegt und damit die Kammer 38 von Kanal 72 absperrt«, Spule I06 trägt eine Wicklung 114, deren entgegengesetzte elektrische Enden an elektrische Leiter 116 und II8 angeschlossen sind; diese sind durch einen Deckel 120 hindurchgeführt und an eine Regeleinrichtung 122 angeschlossen. Die Erfindung ist keineswegs auf eine besondere Kraftstoff -Dosiereinriohtung begrenzt» Im Falle des dargestellten Ausführungsbeispieles ist das Dosierventil vom Arbeitszyklus-Typ, wobei die Wicklung 114 intermittierend beaufschlagt wird und damit

während eines derarigen Beaufschlagens den Anker und den Ventil« stift 74 in Richtung von Ventilöffnung 72 oder Ventilsitz 76 hinweg bewegt. Wie man sieht, läßt sich eine derartige Arbeitszyklus-Dosier-Magnetventileinrichtung zum Regeln der Durchsatzfläche oder Ventilöffnungsflache 72 verwenden, und zwar durch Regeln der Prequenz und/oder der Dauer des Beaufschlagens der Spu-lenwicklung

Die Regeleinrichtung 122 kann beispielsweise eine geeignete elektronische logische Regeleinrichtung aufweisen, für den Empfang eines oder mehrerer Parameter-Eingangssignale, und demgemäß ent« sprechende Ausgangssignale erzeugen. So kann beispielsweise ein auf die Motortemperatur ansprechender Transducer 124 über eine Leitung 126 der Regeleinrichtung 122 ein Signal eingeben, das die Motortemperatur anzeigt; ein Sensor 130 kann den relativen Sauerstoffgehalt der Motorabgase in der Motorabgasleitung 132 erfassen und hiervon über eine Leitung 134 der Regeleinrichtung 122 ein entsprechendes Signal eingeben. Ferner kann ein die Motordrehzahl wiedergebender Transducer 136 über einen Leiter 138 der Regeleinrichtung 122 ein die Motordrehzahl wiedergebendes Signal einspeisen, während die Motorbelastung, die beispielsweise durch die Position der Drosselklappe l6 angezeigt wird, über einen Leiter ein Signal dem Regler 122 einspeisen kann. Eine Spannungsquelle mit zugeordnetem Schalter 144 kann über Leiter 146 und 148 an den Regler 122 angeschlossen sein.

Arbeitsweise der Einrichtung gemäß der Erfindung

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird Kraftstoff mittels der Kraftstoffpumpe 32 der Leitung 36 und der Kammer 38 zugeführt (und mittels des Druckreglers 42 druckgeregelt). Dieser Kraftstoff wird mittels der wirksamen Dosierfläche der Ventilöffnung 72 dem Kanalabschnitt 70 zugeführt, von wo aus der derart dosierte Kraftstoff durch die Drossel 78 in den Ringraum 100 einströmt und schließlich über die Bohrung 102 dem Motor 20 zugeführt

Ol I / if 03

wird. Die Menge des dosierten Kraftstoffes hängt bei dieser dargestellten Ausführungsform von dem relativen Prozentsatz der Zeitdauer ab, während eines willkürlichen Arbeitszyklus oder einer verstrichenen Zeitdauer, während welcher Ventilstift 74 relativ dicht bei Ventilfläche 76 oder an dieser anliegt, verglichen mit dem Prozentsatz der Zeitdauer, während welcher Ventilstift 7^ relativ weit weg von Ventilsitz 76 ist.

Dies ist wiederum abhängig vom Ausgang der Wicklung 114 aus Regler 122, der seinerseits von den verschiedenen von Regler 122 aufgenommenen Parameter-Signalen abhängt. Erfassen z. B. Sauerstoffsensor und Transducer 130, daß eine weitere Kraftstoffanreicherung in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisch notwendig ist, und wird ein dementsprechendes Signal dem Regler 122 zugeführt, so veranlaßt Regler 122 seinerseits, daß Dosierventilstift 74 während eines höheren Prozentsatzes der Zeitdauer öffnet, um die notwendige Steigerung des dosierten Kraftstoff-Durchsatzes herbeizuführen. Die Erfindung ist keiiESwegs auf eine besondere Ausführungsform von Kraftstoff-Dosiereinrichtungen oder auf ein besonderes System für die Regelung derartiger Kraftstoff-Dosiereinrichtungen beschränkt. Demgemäß versteht es sich, daß Regler 122 bei Jeglichen gegebenen Parametern und/oder Indizes des Motorbetriebes und/oder der Umweltbedingungen auf hiervon erzeugte Signale reagiert und demgemäß eine entsprechende Beaufschlagung oder Nichtbeaufschlagung der Spule 114 mit daraus folgender Bewegung des Ventilstiftes 74 reagiert, um die sodann erforderliche Menge des Kraffcstoffdurchsatzes zum Motor zu besorgen.

Um eine genügend starke Zerstäubung innerhalb des Einlaßkanales zu erreichen, wurde beim Stande der Technik bereits hohe Drücke oberhalb und unterhalb der Kraftstoff-Dosiereinrichtung vorgesehen» Dies hat sich als nicht erfolgreich gezeigt.

Es hat sich herausgestellt, daß durch die Erfindung eine hervorragende Kraftstoffzerstäubung selbst dann herbeigeführt wird, wenn der Kraftstoff-Druck des undosierten Kraftstoffes stromaufwärts in

10

der Größenordnung von 10,0 p.s.i. liegt. Der Druck des undosierten Kraftstoffes stromaufwärts liegt oft in der Größenordnung von 4o,O p.s.i. Die Erfindung erreicht dies durch eine hohe Geschwindigkeit des Luftstromes, in welcher der gesamte dosierte Kraftstoff injiziert, eingemischt und atomisiert und schließlich dem Motoreinlaßkanal zugeführt wird.

Über Kanal 88 wird die gesamte, zum Aufrechterhalten des Leerlaufbetriebes erforderliche Luft zugeführt, während Ventilklappe ΐβ geschlossen ist· Wie man sieht, ist ein Strömungskreislauf aus Sin«· laß 90 von Kanal 88, Kanal 88, Kanal 70, Kanal 82, Ringraum 100, Bohrungen 102 und Motoreinlaßkanal 13 gebildet; hiermit wird der gesamte Luftdurchsatz zu Motor 20, der für den Leerlaufbetrieb er« forderlich ist, geschaffen. Drossel 78 ist derart bemessen, daß ein Durchsatz durch Kanal 82 während des Motorleerlaufbetriebes im Sehallbereich liegt. Ventilstift 74 dosiert den Kraftstoff, der in Kanal 70 injiziert wird und sich mit der Luft als dosierter Kraftstoff und Luftdurchsatz mischt und in Einlaß 84 der Venturi-Düse 78 eintritt und dort auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Der innerhalb eines solchen Kraftstoff-Luft-Gemisches vorliegende Kraftstoff wird dann zerstäubt, wenn er auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird; er expandiert anschließend im Bereich 86 der Venturi« Düse 78. Die atomisierte Kraftstoff-Luft-Mischung tritt sodann in Ringraum 100 ein und wird auf den Umfang des Ringraumes über die Bohrungen 102 des Diffusorteiles von Ring 94 in Kanal 13 des Motors 20 abgegeben. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird nicht nur während des Leerlauf-Betriebes des Motors Schallströmung in Drossel 78 herbeigeführt, sondern auch während anderer Betriebszustände des Motors als bei Leerlaufbetrieb, vorzugsweise über den größten Teil des gesamten Bereiches des Motorbetriebes.

Wird vom Motor mehr Leistung abverlangt, so öffnet Drosselklappe 16 in entsprechendem Maße; die verschiedenen, zugeordneten Parametersensoren erzeugen Eingangssignale für Regler 122, so daß die Kraftstoff-Dosiereinrichtung 104 für einen entsprechenden Anstieg des Durchsatzes dosierten Kraftstoffes zu Kanal 70 und schließlich zu Motor 20 sorgt.

11

Weiterhin kann eine geeignete Temperatur ansprechende Einrichtung vorgesehen werden, um die Drosselklappe während des kalten Motorleerlaufbetriebes leicht zu öffnen, und um hierdurch dazu beizutragen, den Kalt-Motor-Leerlaufbetrieb zu erreichen und einen rauhen Motorbetrieb (Stottern oder dergleichen) auszuschließen.

Die in Fig. 1 dargestellte Erfindung wird noch durch das in Fig. dargestellte Blockschaltbild erläutert, zusammen mit anderen, in Betracht kommenden Betriebsparametern sowie Indizes-Sensoren zum Erzeugen entsprechender Eingangssignale für den Regler. Der letztere kann, wie in Fig. 2 veranschaulicht, ein elektronischer Regler sein» Zur einfacheren Bezugnahme sind jene Elemente von Fig. 2, die denen von Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen, jedoch mit dem Zusatz ^rta^H.

Wie in Fig. 1 ganz allgemein veranschaulicht, nimmt die Regel- oder logische Einrichtung 122a Eingangssignale durch entsprechende Leiter auf; diese Signale geben verschiedene Motor-Betriebsparameter und Indizes des Motorbetriebes wieder. So kann Regler 122a als Eingangssignale beispielsweise Signale der Position der Drosselklappe l6a über einen Leiter l40a aufnehmen, die Größe der Motordrehzahl über einen Leiter 138a; die Größe des absoluten Druckes innerhalb der Motorzufuhrleitung 22 über einen Leiter 15O; die Temperatur der Luft am Einlaß des Induktionssystemes über einen Leiter 152; die Größe der Kühlsystem-Temperatur des Motors 20a über einen Leiter 126; die Größe der Temperatur des Motorabgaskatalysators 154· über einen Leiter 156; und den Prozentsatz des Sauerstoffes (sowie weiterer, erfaßter Bestandteile) im Motorabgas über einen Leiter 134_β

Bei der Betrachtung der beiden Figuren 1 und 2 erkennt man, daß der elektronische Regler 122 nach Eingang der verschiedenen Eingangssignale ein erstes Ausgangssignal über Leiter Il6a und Il8a weitergibt und hierbei die Kraftstoff-Dosier-Ventileinrichtung 104a beaufschlagt, öffnet der Betreiber des Motors die Drosselklappe l6a über Pedal 28a und die Hebelei 26a, so wird die neue Stellung dem Regler 122a mitgeteilt und ein zusätzlicher Luftstrom 158 dem Eingangskanal l4a zugeführt, so daß sich dieser mit dem von Düse 94 abgegebenen Medium mischt.

12

In jedem Falle wird dem Motor 20a über Leitungen 22 Kraftstoff« Luftgemisch zugeführt, dort gezündet, so daß es Arbeit leistet, und dem Abgassystem zugeführt. Ein Sauerstoff sensor IjJOa erfaßt die Motorabgase und erzeugt demgemäß ein Ausgangssignal, das über Transducer oder Leiter 134a weitergeleitet wird und das angibt, ob die Abgase zu fett, zu mager oder genau richtig sind. Der elektronische Regler erzeugt je nach der Art des vom Sauerstoffsensor 134a aufgenommenen Signales ein Ausgangssignal über Leiter Il6a und Il8a; je nach dem wird derselbe Arbeitszyklus des Kraftstoff -Dosierventiles 104a fortgeführt oder geändert, um gegebenenfalls einen korrigierten Arbeitszyklus und entsprechend geänderten Durchsatz dosierten Kraftstoffes zu erzeugen. Ganz allgemein gesprochen führt jedes dieser Eingangssignale (entweder für sich alleine oder insgesamt variierend) dazu, daß der elektronische Regler (ausgenommen dort, wo es als gegenteilig besonders vermerkt ist) seinerseits den elektronischen Regler 122 dazu veranlaßt, ein geeignetes Signal für die Kraftstoff-Dosier-Ventileinrichtung 104a zu erzeugen.

Wie man am besten aus Fig. 2 erkennt, wird Kraftstoff aus Tank 30a dem Einlaß einer Kraftstoffpumpe 32a zugeführt (die elektrisch angetrieben und innerhalb des Tanks 30a angeordnet sein kann). Diese Pumpe fördert undosierten Kraftstoff zum Druckregler 42a, der im allgemeinen zum Dosierventil 104a -parallel geschaltet ist» Rückführleitung 66a dient zum Rückführen überschüssigen Kraftstoffes, und zwar zum Einlaß der Pumpe 32a, oder, wie dargestellt, zum Tank 30a. Undosierter Kraftstoff geregelten Druckes wird über eine Leitung 36 zur stromaufwärtigen Seite der wirksamen Kraftstoff-Dosieröffnung 72 und dem damit zusammenarbeitenden Ventilstift 74 geführt.

Im praktischen Betrieb werden gewisse Kraftstoff-Dosierfunktionen als offener Kreis ausgeführt, und zwar gemäß einem Kraftstoffschema, das seinerseits eine Funktion eines oder mehrerer Eingangssignale zum Regler 122a ist. So ist es beispielsweise denkbar, daß Beschleunigungskraftstoff durch die Kraftstoff-Dosiervsitileinrichtung 104a als Funktion der Position der Drosselklappe löa und der Veränderung der Position dieser Drosselklappe löa gefördert und dosiert wird, während der Motoranlaßkraftstoff oder der Kaltstart-

13

- AG- ¹^

Kraftstoff eine Punktion der Motortemperatur, der Motordrehzahl und des Eingangsleitungsdrucks ist. Weiterhin ist es möglich, das Offenkreisschema (open loop scheduling) während des katalytischen Konverteraufwärmens bei maximaler Motorleistung sowohl bei weit offener Drosselklappe zu verwenden, wie auch bei jeglichen anderen Bedingungen.

28.04.1981
DrW/MJ

Leerseite

Claims

Anwaltsakte: P + G 673 Colt Industries Operating Corp.

City of Warren, V. St. A.

PATENTANSPRÜCHE

, 1.jKraftstoff-Dosiereinrichtung zum Zuführen dosierter Mengen von ■ -^Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor, mit einem Gehäuse, einem Einlaßkanal, der in dem Gehäuse eingeformt ist, um dem Motor Kraftstoff zuzuführen, einer Drosselklappe, die innerhalb des Einlaßkanales angeordnet ist, um die Menge des Kraftstoffes in dem Einlaßkanal zu bestimmen, so-wie mit einer innerhalb des Einlaßkanales stromabwärts der Drosselklappe befindlicher Ab« gabeöffnung für Kraftstoff-Luft-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftkanal zwischen einer Luftquelle und der Abgabeöffnung für Kraftstoff-Luft-Gemisch angeordnet ist, daß der Luftkanal eine Drossel (78) umfaßt, daß die Drossel derart gestaltet ist, daß sie bei Leerlaufbetrieb Schallströmung erzeugt, daß eine Kraftstoff-Dosiereinrichtung zum Dosieren flüssigen Kraftstoffes in Abhängigkeit von den Motorerfordernissen und von Indizes bezüglich des Motorbetriebes vorgesehen ist, daß der flüssige Kraftstoff nach dem Dosieren durch die genannte Kraftstoff-Dosiereinrichtung in den Luftkanal in einem Bereich stromabwärts der Luftquelle und stromaufwärts der Drossel (78) eingespeist wird, daß die Drosseleinrichtung (78) eine Venturi-Düse umfaßt, daß die Kraftstoff-Dosiereinrichtung zum Dosieren flüssigen Kraftstoffes eine dosierende Magnetventileinrichtung vom Arbeitszyklustyp (duty-cycle type) umfaßt, daß die Magnetventileinrichtung ferner einen Anker aufweist, ein' Ventilelement, das von dem Anker getragen wird, eine Feldwicklung, die während des Dosierens des flüssigen Kraftstoffes derart beaufschlagbar ist, daß sie den Anker und das Ventilglied in eine geschlossene Position und aus dieser Position sich bewegen

J I I

läßt und hierbei zu einem dtirchsehnittliohen Durchsatz von Kraftstoff hinter dem Ventil führt, der dann den dosierten Durchsatz des flüssigen Kraftstoffes darstellt, daß ein Kanal für undosierten Kraftstoff zum Zuführen undosierten Kraftstoffes zu der Kraftstoff-Dosiereinrichtung stromaufwärts der Kraftstoff-Dosiereinrichtung vorgesehen ist, daß ein Druckregler vorgesehen ist, der dem undosierten Kraftstoff zugeordnet ist, um dessen Druck auf einen vorbestimmten, über·* atmosphärischen Wert zu bringen, daß die Abgabeöffnung für Kraftstoff-Luft-Gemisch einen ringförmigen Raum aufweist, daß der mit der Abgabeöffnung für Kraftstoff-Luftgemisch kommunizierende Luftkanal mit dem ringförmigen Raum kommuniziert, daß eine Abgabeöffnung zwischen dem Ringraum und zwischen dem Einlaßkanal vorgesehen ist, um Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Ringraum in den Einlaßkanal zu überführen, und daß die Abgabeöffnung eine Vielzahl von Auslässen aufweist, die radial innerhalb des Einlaßkanales in gegenseitigen Abständen angeordnet sind«

2. Kraftstoff-Dosiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schall-Venturi-Düse einen stromaufwärtigen, konvergierenden Abschnitt und einen stromabwärtigen Diffusorabschnitt aufweist, daß der Diffusorabschnitt ein stromabwärts gelegenes Ende hat, und daß- das stromabwärts gelegene Ende in dem Luftkanal an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß es sich nicht in den Einlaßkanal hinein erstreckt.

3. Kraftstoff-Dosiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum einen ringförmigen Körper (94) umfaßt, daß dieser eine radial innere, im wesentlichen ringförmige Fläche und eine radial äußere, im wesentlichen ringförmige Fläche umfaßt, daß die radial innere, im wesentlichen ringförmige Fläche eine konische, konvergierende erste Fläche besitzt und eine stromabwärts befindliche, im wesentlichen konische, divergierende zweite Fläche, daß die erste und die zweite Fläche eine Einschnürung bilden, daß das Gehäuse eine Ausdehung umfaßt, die den Einlaßkanal in Umfangsrichtung um-

_ 3-

gibt und die den genannten Luftkanal schneidet, und daß der ringförmige Körper wenigstens teilweise von der Ausdrehung aufgenommen wird, so daß die äußere Fläche und die zusätzliche Fläche den genannten Ringraum bilden·

4. Kraftstoff«Dosiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturi-Düse einen stromaufwärts gelegenen, konvergierenden Abschnitt und einen stromabwärts gelegenen Diffusorabschnitt aufweist, daß der Diffusorabschnitt ein stromabwärts gelegenes Ende hat, und daß dieses Ende innerhalb des Luftkanales an einer Stelle angeordnet ist, daß es sich nicht in den Einlaßkanal hinein erstreckt.

28.04,1981
DrW/MJ