DE3123983A1

DE3123983A1 - Zumesseinrichtung fuer fluessige oder gasfoermige medien

Info

Publication number: DE3123983A1
Application number: DE19813123983
Authority: DE
Inventors: Günter Ing.(grad.) 4040 Neuss Härtel; Armin Ing.(grad.) 4005 Meerbusch Schürfeld
Original assignee: Bosch and Pierburg System OHG
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1983-01-05
Also published as: GB2101714B; GB2101714A; FR2508106B1; IT8248609A0; JPS582452A; IT1148327B; US4439376A; DE3123983C2; FR2508106A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zumeßeinrichtung für flüssige oder gasförmige Medien, insbesondere für Vergaser und Einspritz systeme, mit einem in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter in seinem freien Strömungsquerschnitt beeinflußten Strömungsdurchgang.

Bei einer Zumeßeinrichtung der genannten Art ist es bekannt, zum Beeinflussen des freien Strömungsquerschnitts ein parameterabhängig gesteuertes Ventil einzusetzen. In diesem Zusammenhang kann ein linear bewegbarer, ventilkolbenartiger Schieber stellungsabhängig unterschiedliche Strömungsquerschnitte freigeben. Eine solche Zumeßeinrichtung hat den wesentlichen Nachteil,-daß eine Beeinflussung des freien Strömungsquerschnitts nur in Abhängigkeit von jeweils einem Betriebsparameter möglich ist, der für die Verstellung des Ventils bzw. des Schiebers sorgt. Sofern die Zumessung in Abhängigkeit von mehreren Betriebsparametern durchgeführt werden soll, ist es entweder erforderlich, die verschiedenen Betriebsparam±er zu einer übergeordneten Steuergröße zusammenzufassen oder aber mehrere der genannten Zumeßeinrichtungen .zu verwenden und einzeln anzusteuern. Für viele Anwendungsfälle, z.B.· auf dem Gebiet der Vergasertechnik, sind jedoch diese Maßnahmen zu aufwendig und teilweise völlig ungeeignet, da "gleichzeitig mehrere Betriebsparameter zu berücksichtigen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zumeßeinrichtung der genannten Art so auszubilden, daß sie bei einfachem, kompaktem Aufbau und zweckmäßiger, betriebssicherer Handhabung eine unabhängige, vielseitige Beeinflussung des Strömungsquerschnitts in Abhängigkeit von mehreren Betriebsparametern ermöglicht.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine solche Zumeßeinrichtung erfindungsgemäß aus durch einen um eine erste Drehachse schwenkbar gelagerten scheibenförmigen Drehschieber mit einer zu dieser Drehachse querverlaufenden, ersten ebenen Stirnfläche und zumindest einem aus dieser mündenden Strömungsaustritt, durch eine um eine zur ersten Drehachse parallele zweite Drehachse schwenkbar gelagerte Konturenscheibe mit einer zu dieser Drehachse querverlaufenden, zweiten ebenen Stirnfläche in ständigem direktem oder indirektem Anlageeingriff an der ersten ebenen Stirnfläche und mit einer die zweite ebene Stirnfläche umgebenden reliefartigen Konturenfläche, deren durch Verschwenken des Drehschiebers und/oder der Konturenscheibe axial mit dem Strömungsaustritt auszurichtenden einzelnen Flächenabschnitte von dem Strömungsaustritt einen vorgegebenen, veränderlichen Abstand haben und mit dem Strömungsaustritt einen strömungsbestimmenden, stellungsabhängig veränderlichen freien Strömungsquerschnitt bilden, sowie durch Stellglieder zum bedarfsabhängigen Verschwenken des Drehschiebers und der Konturenscheibe. Der scheibenförmige Drehschieber und die Konturenscheibe können völlig unabhängig voneinander in Abhängigkeit von zwei Betriebsparametern verschwenkt werden, so daß sich mit Hilfe der reliefartigen Konturenfläche in Abhängigkeit von der gegenseitigen Stellungsbeziehung der beiden Scheiben vorgegebene Strömungsverhältnisse erzielen lassen. Der gegenseitige Anlageeingriff im Bereich der ebenen Stirnflächen der beiden Scheiben sorgt dafür, daß stets definierte Ausgangsverhältnisse vorliegen. Die genannten Scheiben können relativ dünn und somit trägheitsarm ausgebildet werden, so daß sie durch die Stellglieder schnell verstellbar sind.

Die genannte Zumeßeinrichtung ist vielseitig einsetzbar und ermöglicht bei einfachem Aufbau eine sehr genaue Beeinflussung des freien Strömungsquerschnitts.

In weiterer Ausgestaltung "besitzt die Zumeßeinrichtung vorzugsweise einen Drehschieber mit einer äußeren, ringförmigen, vorstehenden, ersten ebenen Stirnfläche, eine Konturenscheibe mit einer zentrischen, vorstehenden, zweiten ebenen Stirnfläche und einen gegenseitigen Drehachsen-Abstand, der etwa dem Radius der Konturenscheibe und etwa dem Radialabstand des Strömungsaustritts bzw. der ersten ebenen Stirnfläche von der Drehachse des Drehschiebers entspricht. In diesem Fall erstreckt sich die äußere Stirnfläche des Drehschiebers durch das Zentrum der dort gelagerten Konturenscheibe, die somit im Vergleich zu dem Drehschieber besonders leicht verschwenkbar ist und durch ein recht leistungsarmes Stellglied betätigt werden kann. Wenn der Drehschieber mit dem Strömungsaustritt so verschwenkt wird, daß dieser in den Bereich der zentrischen Stirnfläche der Konturenscheibe gelangt, wird der Strömungsdurchgang unterbrochen. In allen anderen Schwenkstellungen der beiden Scheiben können dagegen vorbestimmte Strömungsquerschnitte erzielt werden.

Unabhängig von der genauen Art und Lage der beiden ebenen Stirnflächen wird es bevorzugt, einen bei Ausrichtung der zweiten ebenen Stirnfläche mit dem Strömungsaustritt diesen abdichtenden direkten oder indirekten Anlageeingriff zwischen den Stirnflächen vorzusehen. Die Abdichtung erfolgt dadurch, daß der Strömungsaustritt von den anliegenden Bereichen der ebenen Stirnfläche der Konturenscheibe vollständig abgedeckt wird und somit auch bei Anliegen eines Druckgefälles keine Durchgangsströmung möglich ist.

Eine besonders bevorzugte, beispielhafte Ausführungsform zeichnet sich durch eine mit einem schwenkbaren, klappenförmigen Luftventil bzw. einem dieses verstellenden Glied eines Gleichdruckvergasers drehfest verbundene oder in an-

derer Weise entsprechend dem Vergaser-Luftdurchsatz verschwenkte Konturenscheibe in einem mit einer Vergaser-Gleichdruckstrecke strömungsmäßig direkt oder indirekt verbundenen Raum, ferner durch einen Drehschieber mit einem den Strömungsaustritt mit einer Schwimmerkammer verbindenden Strömungskanal und durch ein an ein elektronisches Steuergerät angeschlossenes elektromotorisches . Stellglied für den Drehschieber aus» Der an der Zumeßeinrichtung anstehende Vergasergleichdruck ermöglicht in Verbindung mit dem schwenkbaren Luftventil eine genaue, bedarfsgerechte Zuordnung des Kraftstoffdurchsatzes zu dem jeweiligen Luftdurchsatz, indem der freie Strömungsquerschnitt entsprechend der Stellung des Luftventils variiert wird. Demnach haben die einzelnen Flächenabschnitte der Konturenscheibe in zumindest einem ringförmigen Bereich einen solchen Abstand von dem Drehschieber, daß sich bei feststehendem Drehschieber und einer Verschwenkung der Konturenscheibe die erwünschte luftdurchsatzabhängige Kraftstoffzuordnung ergibt. Eine verschwenkende Verstellung des Drehschiebers ermöglicht eine noch zu erläuternde Korrektur dieser Kraftstoffzuordnung von zu berücksichtigenden Betriebsparametern, indem der Strömungsaustritt mit anderen Ringbereichen der Konturenscheibe ausgerichtet wird. Die Zumeßeinrichtung eignet sich vor allem dann für einen Gleichdruckvergaser, wenn die Konturenscheibe eine zentrische, vorstehende, zweite ebene Stirnfläche hat, so daß die Konturenscheibe durch das Luftventil leicht verschwenkt werden kann, ohne daß zusätzliche Bewegungsübertragungsmittel erforderlich sind. Demgegenüber spielen die für die Verstellung des Drehschiebers erforderlichen Verstellkräfte keine besondere Rolle, da hierfür ein ausreichend starkes elektromotorisches Stellglied benutzt werden kann.

Vorzugsweise ist ein federelastisch vorgespannter Anlage-

eingriff zwischen den ersten und zweiten ebenen Stirnflächen vorgesehen. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, daß die Stirnflächen stets aneinander anliegen und somit gleichbleibende Abstandsverhältnisse vorliegen, was für eine genaue Kraftstoffzumessung wichtig ist. Außerdem kann hierdurch sichergestellt werden, daß der Strömungsaustritt des Drehschiebers bei Ausrichtung mit der ebenen Stirnfläche der Konturenscheibe einwandfrei abgedichtet wird. Schließlich läßt sich durch entsprechendes Einstellen der federelastischen Vorspannung ein solcher noch ausreichender Anpreßeingriff zwischen den ebenen Stirnflächen erzielen, der bei einwandfreier Funktion eine gegenseitige Verschwenkbarkeit der Scheiben gewährleistet.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Zumeßeinrichtung besitzt diese zwei koaxial verschiebbar ineinandergreifende Anschlußteile am Stellglied und am Drehschieber, ferner einen an einem Anschlußteil befestigten radialen Mitnehmerbolzen, der in eine Mitnehmernut am anderen Anschlußteil mit Spiel eingreift, außerdem eine die Anschlußteile in Umfangsrichtung bis zur Anlage des Mitnehmerbolzens an der Begrenzung der Mitnehmernut verspannende Drehfeder und eine die Anschlußteile in deren axialen Richtung auseinander drückende Vorspannfeder. Ein solcher Aufbau stellt einen, einwandfreien Antrieb des Stellgliedes auch dann sicher, wenn die ineinandergreifenden Anschlußteile nicht exakt ■ zueinander ausgerichtet sind. Während in einer Drehrichtung über den Mitnehmerbolzen Formschluß besteht, ergibt sich in der anderen Drehrichtung über die Drehfeder ein Federkraftschluß. Die Druckfeder hält die ebenen Stirnflächen spielfrei in Anlage und gewährleistet eine ausreichende Anpreßkraft, ohne daß sich Fertigungstoleranzen, Temperaturausdehnungen usw. nachteilig auf die Funktion auswirken können.

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Grundsätzlich können die einzelnen Flächenabschnitte der Kontur ens chei"be einen "beliebigen Abstand vom Drehschieber haben. Im Zusammenhang mit einer Anwendung der Zumeßeinrichtung bei einem Vergaser wird es jedoch bevorzugt, eine Mittelstellung des Strömungsaustritts, in der auf einer mittleren Umfangslinie der Konturenscheibe zwischen dem Vergaser-Luftdurchsatz und dem Vergaser-Kraftstoffdurchsatz der gewünschte Verlauf des Mischungsverhältnisses für den betriebswarmen Motor vorgegeben ist, und an die Mittelstellung angrenzende Schwenkbereiche des Strömungsaustritts vorzusehen, in denen in an die mittlere Umfangslinie angrenzenden äußeren sowie inneren Ringbereichen der Konturenscheibe bei jeder Stellung derselben kleine, feinkorrigierende, positive sowie negative Änderungen des Mischungsverhältnisses vorgegeben sind. Demnach kann die luftdurchsatzabhängige Grundeinstellung des- Kraftstoffdurchsatzes durch entsprechendes Verschwenken des Drehschiebers vergrößert und verkleinert werden« Derartige korrigierende Veränderungen der Grundeinstellung des Kraftstoffdurchsatzes sind beispielsweise für die Warmlaufkorrektur, die Höhenkorrektur, die Lambda-Regelung, die Übergangsanreicherung und dergleichen erforderlich. Außerdem kann hierdurch eine Anpassung des Kraftstoffdurchsatzes an unterschiedliche Mischkraftstoffe erfolgen, wie beispielsweise solche mit einem bestimmten Prozentgehalt an Methanol. Je nach Anwendungsfall kann der Drehschieber für Korrekturzwecke ständig oder zeitabhängig vorübergehend aus seiner Grundeinstellung gegenüber der Konturenscheibe verschwenkt werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich durch luftdurchsatzabhängig unterschiedliche, jedoch prozentual gleiche Änderungen des Mischungsverhältnisses bei gleichem Verschwenkungsgrad des Strömungsaustritts in den an die mittlere Umfangslinie angrenzenden Ringbereichen

aus. Dies bedeutet,'daß unabhängig von der jeweiligen Stellung der Konturenscheibe ein bestimmtes Verschwenken des Drehschiebers stets zu einer prozentual gleichen Änderung des Mischungsverhältnisses führt. Hierdurch lassen sich besonders einfache Steuerungs- bzw. Regelungsvorgänge erzielen, da unabhängig von der Schwenkstellung des Drehschiebers die vorgegebene Luftdurchsatzabhängigkeit der Kraftstoffzumessung beibehalten wird. Demnach hat die reliefartige Konturenflaehe der Konturenscheibe in aneinander angrenzenden Ringbereichen in Umfangsrichtung unterschiedliche Steigungen. Auf diese Weise können gleichbleibende Anreicherungs- bzw. Abmagerungsvorgänge für verschiedene Zwecke in einfacher Weise erzielt werden.

In weiterer Ausgestaltung hat die Konturenscheibe wenigstens einen weiteren, wie einen äußeren, Ringbereich zum ausreichenden Vergrößern des Kraftstoffdurchsatzes für den Tieftemperaturstart und die Warmlauf phase und/oder zum Verändern des Mischungsverhältnisses in Abhängigkeit von anderen Betriebsparametern. Demnach kann der Drehschieber beispielsweise beim Vorliegen tiefer Temperaturen so verschwenkt werden, daß sich ausreichende, temperaturabhängige. Anreicherungsvorgänge ergeben. Mit zunehmender Betriebstemperatur kann der Drehschieber mit dem Strömungsaustritt in bezug auf die Konturenscheibe beispielsweise einwärts 'bis zu dem Ringbereich für den Normalbetrieb verschwenkt werden. Aus dieser Normalbetriebsstellung kann der Drehschieber anschließend für Beschleunigungs- und andere Korrekturzwecke mehr oder weniger weit im Sinne einer Anreicherung oder einer Abmagerung vorübergehend

oder auch stationär verstellt werden. In allen Betriebsfällen kann dabei die Luftdurchsatzabhängigkeit der Kraftstoffzumessung beibehalten werden.

Je nach Anwendungsfall und Art sowie Ausbildung der Stell-

glieder für den Drehschieber und die Konturenscheibe kann letztere eine umfangsmäßige und/oder radiale Unterteilung in einzelne ansteuerbare Abschnitte mit unterschiedlichen Abhängigkeiten des freien Strömungsquerschnitts von den durch die jeweiligen Schwenkgrade des Drehschiebers sowie der Konturenscheibe berücksichtigten Betriebsparamctern haben. Demnach kann die Flächenaufteilung der Konturenscheibe den jeweiligen Betriebserfordernissen in praktisch beliebiger Weise angepaßt werden. In den verschiedenen Bereichen der Konturenscheibe kann die reliefartige Konturenfläche völlig unterschiedlich gestaltet werden, so daß sich durch Zuordnung des Strömungsaustritts des Drehschiebers zu den verschiedenen Bereichen der Konturenscheibe völlig unterschiedliche Betriebs abhängigkeit en erzielen lassen,,.

In weiterer Ausgestaltung besitzt die Zumeßeinrichtung vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten der zweiten ebenen Stirnfläche befindliche Abschnitte der Konturenscheibe für alternative Kraftstoffe und eine umschaltende Verschwenkbarkeit des Strömungsaustritts zu diesen Abschnitten. Damit kann der Drehschieber im Bedarfsfall einfach umgeschaltet werden, um eine Betriebsabhängigkeit der Zumessung für alternativen Kraftstoff, wie Methanol, zu erhalten, ohne die Konturenscheibe auswechseln zu müssen.

Vorzugsweise besitzt die Zumeßeinrichtung wenigstens ein elektromotorisches Stellglied für den Drehschieber oder die Konturenscheibe, ferner ein elektronisches Steuergerät zum Ansteuern des Stellgliedes in Abhängigkeit von Betriebsparametern und einen mit dem Steuergerät verbundenen Stellungsmelder für die jeweilige Schwenkposition des Drehschiebers oder der Konturenscheibe. Auf diese Weise lassen sich die einzelnen Betriebszustände in Abhängigkeit von gemessenen und/oder eingegebenen Betriebsparametern sehr genau erreichen und einhalten.

Die Konturenscheibe hat zweckmäßigerweise eine geprägte Konturenfläche. Diese läßt sich mit relativ geringem Aufwand sehr genau und in praktisch "beliebiger Ausbildung herstellen. Außerdem ist die Konturenfläche der Konturenscheibe vorzugsweise korrosionsfest ausgebildet. Hierdurch werden eine lange Lebensdauer und eine gleichbleibende Zumeßgenauigkeit der Konturenscheibe auch im Falle einer Zumessung von aggressiven Medien sichergestellt.

In weiterer Ausgestaltung werden korrosions- und verschleißfeste plangeschliffene Stirnflächen des Drehschiebers und der Konturenscheibe vorgesehen. Die Stirnflächen sollten korrosions- und verschleißfest sein, damit sie nicht durch aggressive Medien und durch den ständigen Reibungseingriff übermäßig abgenutzt werden. Zum Erzielen einer ausreichenden Maßhaltigkeit und Dichtigkeit müssen die Stirnflächen exakt eben sein. Ein Planschleifen ist zweckmäßig und kann beispielsweise durch ein Einschleifen unter gegenseitiger Anlage der Stirnflächen erfolgen. Der EinschleifVorgang kann kontinuierlich oder intermittierend so lange fortgesetzt werden, bis die Scheiben den erwünschten gegenseitigen Abstand bzw. Strömungswiderstand haben.

Die Zumeßeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist vielseitig und beispielsweise im Zusammenhang mit Gleichdruckvergasern einsetzbar. Sie ermöglicht eine praktisch beliebig anpaßbare Zumessung von flüssigen oder gasförmigen Medien in Abhängigkeit von mehreren Betriebsparametern in einer sehr einfachen, betriebssicheren und exakten Weise.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels und lediglich beispielhaft im Zusammenhang mit einem Gleichdruckvergaser näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in einer schemata sehen seitlichen Teilansicht eine Konturenscheibe und einen Drehschieber einer Zumeßeinrichtung?

Figur 2 die Anordnung aus Figur 1, in einer schematischen Draufsicht;

Figur 5 die Zumeßeinrichtung in beispielhafter Verbindung mit einem Fallstrom-Gleichdruckvergaser in einem schematischen Längsschnitt; und

Figur 4 die Anordnung aus Figur 3, in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht.

Gemäß den Figuren 1 und 2 besitzt ein scheibenförmiger Drehschieber 1 eine erste ebene Stirnfläche 2, die ringförmig ausgebildet ist und sich um den äußeren Rand der freien Stirnseite des Drehschiebers 1 erstreckt. Die ebene Stirnfläche 2 steht gegenüber dem übrigen Teil der genannten Stirnseite des Drehschiebers 1 in axialer Richtung vor. Der Drehschieber ist an seiner der Stirnfläche 2 entgegengesetzten Seite mit einer Welle 3 verbunden, die von einem axialen, im vorliegenden Fall im Querschnitt kreisrunden Strömungskanal 4 durchsetzt ist. Dieser führt zu einem entsprechenden Strömungsaustritt 5 im Bereich der ersten ebenen Stirnfläche 2.

Eine Konturenscheibe 6 besitzt im vorliegenden Fall eine in Richtung zum Drehschieber 1 axial vorstehende, zentrisch angeordnete, zweite ebene Stirnfläche 7, die von einer nur schematisch angedeuteten reliefartigen Konturenfläche 8 umgeben ist. Die einzelnen Flächenabschnitte der Konturenfläche 8 haben von der ebenen Stirnfläche 2 des Drehschiebers 1 unterschiedliche Abstände, so daß in Abhängigkeit von

der Zuordnung des Strömungsaustritts 5 zu den verschiedenen Flächenabschnitten hiervon begrenzte, unterschiedliche freie Strömungsquerschnitte außerhalb des Strömungsaustritts 5 zu erzielen sind. Dadurch läßt sich der relativ überdimensionierte Strömungsquerschnitt des Strömungska- · nals 4 im Bereich des Strömungsaustritts 5 in der gewünschten Weise mehr oder weniger weit drosseln.

Die Wellen 3, 9 des Drehschiebers 1 und der Konturenscheibe 6 sind so zueinander parallel versetzt, daß sich bei allen Schwenkstellungen des Drehschiebers 1 und der Konturenscheibe 6 die ebenen Stirnflächen 2 und 7 in gegenseitiger Anlage befinden. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, führt ein Verschwenken der Konturenscheibe 6 dazu,'daß der Strömungsaustritt 5 den einzelnen Flächenabschnitten einer bestimmten Umfangslinie der reliefartigen Konturenfläche 8 zugeordnet wird. In der Stellung I des Drehschiebers 1 betrifft diese Zuordnung die Flächenabschnitte auf einer mittleren'Umfangslinie 10 der Konturenscheibe 6. Bei einem Verschwenken des Drehschiebers 1 beispielsweise in die Positionen II, III und IV werden andere Umfangslinien der Konturenscheibe 6 abgetastet.■ Dadurch lassen sich' im Bereich des Strömungsaustritts 5 praktisch beliebige freie Strömungsquerschnitte erzielen. Bei einem Verschwenken des Drehschiebers 1 in die Stellung V gelangt der Strömungsaustritt 5 in den Bereich der ebenen Stirnfläche 7 der Konturenscheibe 6, so daß der Strömungsdurchgang infolge .der gegenseitigen Anlage der ebenen Stirnflächen 2, 7 vollständig unterbrochen wird. ·

Infolge der zentrischen Anordnung der ebenen Stirnfläche 7 der Konturenscheibe 6 kann diese mit nur kleinen Verstellmomenten bzw. -kräften verschwenkt werden. Dieses ist beispielsweise wichtig, wenn die Konturenscheibe 6 durch

ein Vergaser-Luftventil oder dergleichen verstellt wird„ Infolge der außerzentrisehen Anordnung der ebenen Stirnfläche 2 des Drehschiebers 1 sind für dessen Verschwenkvorgange notwendigerweise etwas größere Drehmomente erforderlich, die jedoch durch ein elektromotorisches Stellglied oder dergleichen aufgebracht werden können. In der Stellung I des Strömungsaustritts 5 des Drehschiebers 1 kann die reliefartige Konturenfläche 8 der Konturenscheibe 6 auf der mittleren Umfangslinie 10 so abgesetzt werden, daß für eine Anwendung bei einem Gleichdruckvergaser zwischen dem Luftdurchsatz und dem Kraftstol'Xdurchsatz der gewünschte Verlauf des Mischungsverhältnisses für den betriebswarmen Motor vorgegeben ist. Im Bereich eines Verschwenkens des Drehschiebers 1 von der Stellung I in die Stellungen II und III des Strömungsaustritts 5 kann die Änderung des Mischungsverhältnisses klein gehalten werden, um Feinkorrekturen ausführen zu können. In diesem Bereich werden luftdurchsatzabhängig unterschiedliche, jedoch bei jeder Stellung der Konturenscheibe und bei gleichen Drehschieberschwenkgraden vorzugsweise prozentual gleiche Änderungen des Mischungsverhältnisses erzielt. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise temperatur- oder beschleunigungsabhängig bei allen Luftdurchsätzen bzw. Drehstellungen der Konturenscheibe 6 prozentual gleich große Kraftstoffanreicherungen zu erzielen. Im Bereich .zwischen den Stellungen II und IV ist es beispielsweise möglich, den Kraftstoffdurchsatz so stark zu vergrößern, daß die für einen Tieftemperaturstart und die Warmlaufphase des Motors erforderliche Kraftstoffmenge zugemessen wird. Bei einem Verschwenken des Drehschiebers 1 bis zur Stellung V des Strömungsaustritts 5 wird dieser unabhängig von dem jeweiligen Luftdurchsatz vollständig verschlossen»

In den Figuren 3 und 4 wird eine lediglich beispielhafte

Anwendung der erfindungsgemäßen Zumeßeinrichtung bei
einem speziellen Fallstrom-Gleichdruckvergaser dargestellt, wobei jedoch darauf hinzuweisen ist, daß es sich
hier nur um ein Ausführungsbeispiel handelt und daß zahllose weitere Anwendungsfälle für eine Zumessung von flüssigen oder gasförmigen Medien möglich ist.

Gemäß der Figuren 3 und 4 besitzt ein Fallstrom-Gleichdruckvergaser eine Mischkammer 11, die stromauf von einem klappenförmigen, verschwenkbaren Luftventil 12 und stromab von einer klappenförmigen, verschwenkbaren Hauptdrossel 13 begrenzt wird, welche über ein nicht näher bezeichnetes
mechanisches Verbindungsmittel willkürlich verstellbar ist. Das Luftventil 12 wird dagegen in Abhängigkeit von dem
jeweiligen Unterdruck in der Mischkammer 11 in bekannter
Weise selbsttätig jeweils so verstellt, daß sich ein im
wesentlichen gleichbleibender Unterdruck einstellt.

Die Mischkammer 11 wird von einer Heizwand 14 umgeben, die im vorliegenden Fall doppelwandig ausgebildet ist und beispielsweise mit Kühlwasser oder Abgas beheizt werden kann, um eine günstigere verdampfende Gemischaufbereitung an der innenseitigen Wandungsoberfläche zu erzielen.

In einem Vergasereinlaß 15 befindet sich ein Einsatzrohr 16, in dessen Innerem das schwenkbare Luftventil 12 angeordnet ist. Die von dem Luftventil 12 herrührenden Luftwirbel
können sich dadurch im Inneren des Einsatzrohres 16 abbauen, ehe der angesaugte Luftstrom in die eigentliche
Mischkammer 11 gelangt. Zwischen der Vergaser-Rohrwandung
und dem Einsatzrohr 16 befindet sich ein in Axialrichtung
des Vergasers verlaufender ringförmiger Strömungsdurchgang, der den Vergasereinlaß 15 mit der Mischkammer 11 verbindet. Eine Kraftstoffzuteilungseinrichtung mit einer sich um den Strömungsdurchgang erstreckenden Ringkammer 17 mündet über

Einlaßkanäle 18 in den Strömungsdurchgang außerhalb des Einsatzrohrs 16. Die Anordnung ist derart, daß im Bereich der Einlaßkanäle 18 annähernd die in der Mischkammer 11 vorhandenen Unterdruckverhältnisse vorherrschen,, Die Kraftstoff Zuteilung erfolgt im Strömungsdurchgang derart, daß sich ein möglichst guter Kraftstoff-Wandfilm ergibt, der zumindest im Bereich der Heizwand 14 verdampft„

Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, befinden sich der Drehschieber 1 und die Konturenscheibe 6 in einem Raum 19, wobei die Konturenscheibe 6 bzw. deren Welle 9 mit dem Luftventil 12 drehfest verbunden ist„ Demgegenüber ist die Welle 3 des Drehschiebers 1 in noch näher zu beschreibender Weise mit einem elektromotorischen Stellglied 23 verbunden. Der mit dem Strömungsaustritt 5 verbundene Strömungskanal 4 führt zu einem Ringkanal 20 in einem die Welle 3 umgebenden, nicht näher bezeichneten Gehäuse. Dieser Ringkanal 20 ist mit einem Tauchrohr 21 verbunden, das in den Kraftstoff innerhalb einer Schwimmerkammer 22 eintaucht.

Da der Raum 19 über einen Strömungskanal 36 mit der Ringkammer 17 verbunden ist, kann sich der Unterdruck in der Mischkammer 11 über den mehr oder weniger stark gedrosselten Strömungsaustritt 5 bis in die Schwimmerkammer 22 ausbreiten. Demnach erfolgt ein Ansaugen von Kraftstoff in den das Einsatzrohr 16 umgebenden Strömungsdurchgang.in einem solchen Ausmaß, wie es durch die gegenseitige Stellung der Konturenscheibe 6 und des Drehschiebers 1 vorgegeben ist. Mit zunehmendem Öffnungsgrad des Luftventils wird die Strömungsdrosselung im Bereich des Strömungsaustritts 5 reduziert, so daß mehr Kraftstoff angesaugt werden kann. Im Falle einer anreichernden oder abmagernden Korrektur der Kraftstoffzumessung wird der Drehschieber 1

über die Welle 3 so verdreht, daß die Strömungsdrosselling im Bereich des Strömlingsaustritts 5 entsprechend verringert oder vergrößert wird. Wenn es erwünscht ist, kann die Ringkammer 17 mit einem mit dem Vergasereinlaß 15 verbundenen, nicht näher bezeichneten Luft-Strömungskanal verbunden werden, damit sich bessere Gemischverteilungssowie -transportverhältnisse einstellen.

Gemäß Figur 3 wird die Welle 3 des Drehschiebers'mittels des elektromotorischen Stellgliedes 23 angetrieben, das über ein elektronisches Steuergerät 24 angesteuert wird. Dem Steuergerät 24 können über Eingänge 25 mehrere gemessene und/oder eingegebene Betriebsparameter zugeführt werden, die das Steuergerät zu einer entsprechenden Verstellung des Drehschiebers 1 und damit zum Erzielen eines geeigneten Kraftstoffdurchsatzes verarbeitet. Den Eingängen 25 kann ferner ein Signal von einem nicht dargestellten Stellungsmelder zugeleitet werden, der beispielsweise die jeweilige Betriebsstellung des Drehschiebers 1 erfaßt. Die Rückmeldung des Istwertes wird in einem Lageregler dazu .benutzt, um das elektromotorische Stellglied solange anzusteuern, bis der Istwert mit dem Sollwert übereinstimmt. Auf diese Weise lassen sich die erwünschten Betriebszustände sehr genau erreichen und einhalten, und zwar unabhängig von den jeweiligen Reibungsverhältnissen im Bereich der aneinander anliegenden ebenen Stirnflächen 2 und·?.

Im vorliegenden Fall besitzt das elektromotorische Stellglied 23 einen drehbaren Wellenstumpf 26, auf dem ein Federteller 27 mit einem axialen Vorsprung drehfest angeordnet wird. Dieser Vorsprung greift in eine zentrisehe, stirnseitige Vertiefung der Welle 3 ein. Ein mit dem Wellenstumpf 26 bzw. dem Federteller 27 verbundener Mitnehmerbolzen 28 greift in eine Mitnehmernut 29 der Welle 3

mit axialem und umfangsmäßigem Spiel ein. Eine zwischen dem Federteller 27 und der Welle 3 eingespannte, äußere Drehfeder 30 verdreht die Welle 3 gegenüber dem Federteller 27 in der Weise, daß der Mitnehmerbolzen 28 an einer umfangsmäßigen Stirnseite der Mitnehmernut 29 zur Anlage kommt. Dadurch ergibt sich in einer Drehrichtung eine Formschlüssigkeit, während in der anderen Drehrichtung ein FederkraftSchluß vorliegt. Eine zentrisch angeordnete Vorspannfeder 31 drückt die Welle 3 und den Wellenstumpf 26 in Axialrichtung auseinander, so daß der Drehschieber 1 mit seiner ebenen Stirnfläche 2 in einen federelastischen Anpreßeingriff mit der ebenen Stirnfläche 7 der Konturenscheibe 6 gelangt. Diese Anordnung gewährleistet einen einwandfreien Drehantriebseingriff zwischen dem elektromotorischen Stellglied 23 und dem Drehschieber 1 auch dann, wenn keine exakte axiale und/oder winkelmäßige Ausrichtung vorliegt. Überdies können hierdurch Fertigungstoleranzen, temperaturbedingte Veränderungen und dergleichen kompensiert werden.

,Die Verstellung des Luftventils 12 erfolgt in bekannter Weise mittels einer Unterdruckdose 32. Der an einer Membranseite befindliche Steuerdruckraum der Unterdruckdose 32 wird über eine Leitung 33 mit der Mischkammer 11 verbunden. Der auf die Membran entgegen der Wirkung der Vorspannfeder einwirkende Unterdruck sorgt über die Membranbewegung dafür, daß das Luftventil 12 über eine Stange und einen hieran angelenkten Hebel 35 im Sinne·einer Konstanthaltung des Unterdrucks in der Mischkammer 11 verstellt wird, wie es auf dem Gebiet der Gleichdruckvergaser bekannt ist«,

Die erfindungsgemäße Zumeßeinrichtung ist überall dort einzusetzen, wo in Abhängigkeit von mehreren Betriebs-

Parametern eine variable Zumessung von flüssigen oder gasförmigen Medien erwünscht ist. Der Antrieb der beiden Scheiben kann durch beliebige Stellglieder erfolgen, und es lassen sich hierdurch zumindest zwei Betriebsparameter berücksichtigen. Das Strömungsmittel kann durch den mehr oder weniger weit gedrosselten Strömungsaustritt gedrückt oder gesaugt werden. Normalerweise wird der für den Strömungstransport sorgende Preß- oder Differenzdruck konstant gehalten. Es ist jedoch grundsätzlich möglich, auch diesen Druck in Abhängigkeit von irgendeinem Betriebsparameter zu verändern, so daß eine weitere Variable für die Zumessung des Strömungsmittels vorliegt.

Die Ausbildung sowie Unterteilung der reliefartigen Konturenfläche der Konturenscheibe 6 kann beliebig gestaltet und den jeweiligen Betriebserfordernissen angepaßt werden. Auch bezüglich der Form sowie Anordnung der ebenen Stirnflächen 2, 7 ist die Erfindung nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise wäre es möglich, die gesamte Stirnseite des Drehschiebers 1 als ebene Stirnfläche 2 auszubilden. Wichtig ist dabei, daß sich die ebene Stirnfläche 2 in allen Betriebsstellungen in einem definierten Anlageeingriff an der ebenen Stirnfläche 7 befindet; die Stirnfläche 7 muß nicht unbedingt im Zentrum der Konturenscheibe 6 angeordnet werden; vielmehr könnte sie beispielsweise auch ringförmig ausgebildet sein und sich konzentrisch um das Zentrum erstrecken.

Im Falle einer Anwendung beispielsweise bei einem Vergaser kann die Konturenscheibe 6 auch durch ein andersartiges, wie ein elektromotorisches, Stellglied in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter, wie luftdurchsatzabhängig, verstellt werden, beispielsweise durch eine als Luftmengenmesser arbeitende Einrichtung mit einem im Luft-

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strom befindlichen Hitzdraht oder durch eine Drucksensoreinrichtung für den Differenzdruck am Luftventil 12 mit einem Regelkreis für konstanten Differenzdruck. Statt dessen kann die Konturenscheibe β auch über eine manuelle Einrichtung (mechanisch, pneumatisch, elektromechanisch) betätigt werden. Schließlich ist eine Einrichtung mit einem Dehnstoffelement, z.B. im Motorkühlwasser, gegebenenfalls in Verbindung mit einem pneumatischen, den Saugrohrunterdruck erfassenden Stellglied denkbar und sinnvoll. Auch kann die Konturenscheibe 6 mit einer Stufenscheibe (K-Jetronic) oder anderen luftdurchsatzabhängigen Organen gekoppelt werden. Diese sowie weitere Änderungen der baulichen Detailg'estaltung werden von der vorliegenden Erfindung umfaßt«,

Damit ein definierter Strömungsmitteldurchsatz gewährleistet ist, muß die reliefartige Konturenoberfläche der Konturenscheibe sehr maßgenau sein. Aus diesem Grunde und aus Gründen einer einfachen sowie preiswerten Herstellbarkeit dürfte es zweckmäßig sein, die Konturenfläche zu prägen. Sie sollte möglichst korrosionsfest sein, um auch ein Zumessen von aggressiven Medien zu ermöglichen. Eine mechanische Verschleißfestigkeit ist im allgemeinen nicht unbedingt erforderlichj diese muß jedoch im Bereich der aneinander anliegenden ebenen Stirnfläche im Interesse einer langen Betriebslebensdauer gewährleistet sein. Um eine exakte Grundeinstellung bzw. Eichung der Zumeßeinrichtung zu gewährleisten, kann es zweckmäßig sein, die vorstehenden ebenen Stirnflächen zunächst mit einem axialen Übermaß zu versehen und dann, gegebenenfalls unter gegenseitiger Anlage, intermittierend oder kontinuierlich bis zum Endmaß einzuschleifen.

Die erfindungsgemäße Zumeßeinrichtung ermöglicht in einer

sehr einfachen sowie preiswerten Weise ein äußerst vielseitig anpaßbares Zumessen von flüssigen oder gasförmigen Medien. Da die zu verschwenkenden Scheiben sehr trägheitsarm ausgebildet werden können, lassen sich die erwünschten Betriebszustände schnell und ohne nennenswerten Leistungsaufwand erzielen. Da zumindest eine der Scheiben, im vorliegenden Fall die Konturenscheibe, nur sehr kleine Verstellkräfte bzw. -momente benötigt, kann die Zumeßeinrichtung auch dort eingesetzt werden, wo nur relativ schwache Stellglieder vorhanden sind und dennoch eine große Verstellgenauigkeit erwünscht ist.

In Verbindung mit einer lediglich beispielhaften Anwendung bei einem Vergaser ermöglicht die erfindungsmäßige Zumeßeinrichtung somit eine genaue Zumessung des Kraftstoffes in frei wählbarer Abhängigkeit vom Luftdurchsatz, wobei das Mischungsverhältnis in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern vielseitig verändert werden kann, z.B. von der Motortemperatur, der Luft- und Kraftstoff-Temperatur, dem Luftdruck, dem Mischkammerdruck, einem Lambda-1-Signal, einem Laufunruhesignal,-dem Instationärbetrieb, wie dem

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Beschleunigungsbetrieb, der Motordrehzahl und dergleichen, wie auch in Abhängigkeit von einer frei wählbaren Verknüpfung mehrerer Parameter. Die Abhängigkeiten von den Parametern können so gewählt werden, daß einerseits ein großer Bereich für die Änderung des Mischungsverhältnisses erreicht wird und andererseits eine große Auflösung bzw. Genauigkeit der Kraftstoffzumessung im Bereich des Mischungsverhältnisses für den betriebswarmen Motor vorliegt.

Claims

Dn.-ing. Reimar König · QipL.-lnrg.'KJäus-Böpgen Cecilienallee 76 4 Düsseldorf 3O Telefon 452QOB Patentanwälte

16. Juni 1981 33 657 B

Bosch und Pierburg System oHG, Leuschstraße 1, 4040 Neuss

"Zumeßeinrichtung für flüssige oder gasförmige Medien"

Patentansprüche

Zumeßeinrichtung für flüssige oder gasförmige Medien, insbesondere für Vergaser und Einspritzsysterne, mit einem in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter in seinem freien Strömungsquerschnitt beeinflußten Strömungsdurchgang, gekennzeichnet durch einen um eine erste Drehachse (3) schwenkbar gelagerten scheibenförmigen Drehschieber (1) mit einer zu dieser Drehachse querlaufenden, ersten ebenen Stirnfläche (2) und zumindest einem aus dieser mündenden Strömungsaustritt (5), durch eine um eine zur ersten Drehachse (3) parallele zweite Drehachse (9) schwenkbar gelagerte Konturenscheibe (6) mit einer zu dieser Drehachse querverlaufenden, zweiten ebenen Stirnfläche (7) in ständigem direktem oder indirektem Anlageeingriff an der ersten ebenen Stirnfläche (2) und mit einer die zweite ebene Stirnfläche (7) umgebenden reliefartigen Konturenfläche (8), deren durch Verschwenken des Drehschiebers (1) und/oder der Konturenscheibe (6) axial mit dem Strömungsaustritt (5) auszurichtenden einzelnen Flächenabschnitte von dem

Strömungsaustritt (5) einen vorgegebenen veränderlichen Abstand haben und mit dem Strömungsaustritt (5) einen strömungsbestimmenden, stellungsabhängig veränderlichen freien Strömungsquerschnitt bilden,, sowie durch Stellglieder (23, 32) zum bedarfsabhängigen Verschwenken des Drehschiebers (1) und der Konturenscheibe (6).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch einen Drehschieber (1) mit einer äußeren, ringförmigen, vorstehenden, ersten ebenen Stirnfläche (2), durch eine Konturenscheibe (6) mit einer zentrischen, vorstehenden, zweiten ebenen Stirnfläche (7) und durch einen gegenseitigen Drehachsen-Abstand, der etwa dem Radius der Konturenscheibe■(6) und etwa dem Radialabstand des Strömungsaustritts (5) bzw. der ersten ebenen Stirnfläche (2) von der Drehachse (3) des Drehschiebers (1) entspricht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen bei Ausrichtung der zweiten ebenen Stirnfläche (7) mit dem Strömungsaustritt (5) diesen abdichtenden direkten oder indirekten Anlageeingriff zwischen den Stirnflächen (2, 7).
4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine mit einem schwenkbaren, klappenförmigen Luftventil (12) bzw. einem dieses verstellenden Glied (32) eines G-I ei chdruckver gas er s drehfest verbundene oder in anderer Weise entsprechend dem Vergaser-Luftdurchsatz verschwenkte Konturenscheibe (6) in einem mit einer Vergaser-Gleichdruckstrecke (11) strömungsmäßig direkt oder indirekt verbundenen Raum (19), durch einen Dreh-

schieber (1) mit einem den Strömungsaustritt (5) mit einer Schwimmerkammer (22) verbindenden Strömungskanal (4, 20, 21) und durch ein an ein elektronisches Steuergerät (24) angeschlossenes elektromotorisches Stellglied (23) für den Drehschieber (1)..
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen federelastisch vorgespannten Anlageeingriff zwischen den ersten und zweiten ebenen Stirnflächen (2, 7).
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch zwei koaxial verschiebbar ineinandergreifende Anschlußteile am Stellglied (23) und am Drehschieber (1), durch einen an einem Anschlußteil befestigten radialen Mitnehmerbolzen (28), der in eine Mitnehmernut (29) am anderen Anschlußteil mit Spiel eingreift, durch eine die Anschlußteile in Umfangsrichtung bis zur Anlage des Mitnehmerbolzens (28) an der Begrenzung der Mitnehmernut (29) verspannende Drehfeder (30) und durch eine die Anschlußteile in deren axialen Richtung auseinanderdrückende Vorspannfeder (31).
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis6, gekennzeichnet durch eine Mittelstellung (i) des Strömungsaustritts (5), in der auf einer mittleren Umfangslinie (10) der Konturenscheibe (6) zwischen dem Vergaser-Luftdurchsatz und dem Vergaser-Kraftstoffdurchsatz der gewünschte Verlauf des Mischungsverhältnisses für den betriebswarmen Motor vorgegeben ist, und durch an die Mittelstellung (I) angrenzende Schwenkbereiche (I-II, I-III) des Strömungsaustritts (5), in denen in an die mittlere Umfangsli-

nie (10) angrenzenden äußeren sowie inneren Ringbereichen der Konturenscheibe (6) bei jeder Stellung derselben kleine, feinkorrigierende, positive sowie negative Änderungen des Mischungsverhältnisses vorgegeben sind.
8. Einrichtlang nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch luftdurchsatz abhängig unterschiedliche, jedoch prozentual gleiche Änderungen des Mischungsverhältnisses bei gleichem Verschwenkungsgrad des Strömungsaustrittes (5) in den an die mittlere Umfangslinie (10) angrenzenden Ringbereichen.
9.- Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, . gekennzeichnet durch wenigstens einen weiteren, wie einen äußeren, Ringbereich der Konturenscheibe (6) zum ausreichenden Vergrößern des Kraftstoffdurchsatzes für den Tieftemperaturstart und die Warmlaufphase und/oder zum Verändern des Mischungsverhältnisses in Abhängigkeit von anderen Betriebsparametern.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine umfangsmäßige und/oder radiale Unterteilung der Konturenscheibe (6) in einzelne ansteuerbare Abschnitte mit unterschiedlichen Abhängigkeiten des freien Strömungsquerschnittes von den durch die Schwenkgrade des Drehschiebers (1) sowie der Konturenscheibe (6) berücksichtigten Betriebspärametern.
11. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch an gegenüberliegenden .Seiten der zweiten ebenen Stirnfläche (7) befindliche Abschnitte

der Konturenscheibe (6) für alternative Kraftstoffe ■und durch eine umschaltende Verschwenkbarkej,t des Strömungsaustritts (5) zu diesen Abschnitten.
12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch wenigstens ein elektromotorisches Stellglied (23) für den Drehschieber (1) oder die Konturenscheibe (6), durch ein elektronisches Steuergerät (24) zum Ansteuern des Stellgliedes (23) in Abhängigkeit von Betriebsparametern und durch einen mit dem Steuergerät (24) verbundenen Stellungsmelder für die jeweilige Schwenkposition des Drehschiebers (1) oder der Konturenscheibe (6).
13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis12, gekennzeichnet durch eine Konturenscheibe (6) mit einer geprägten Konturenflache (8).
14. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Konturenscheibe (6) mit einer korrosionsfesten Konturenfläche (8).
15. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch korrosions- und verschleißfeste, plangeschliffene Stirnflächen (2, 7) des Drehschiebers (1) und der Konturenscheibe (6).