DE3219437A1

DE3219437A1 - Kraftstoffbehandlungssystem fuer verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE3219437A1
Application number: DE19823219437
Authority: DE
Inventors: Edward L Simonds
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-27
Filing date: 1982-05-24
Publication date: 1983-11-24
Also published as: US4331116A; FR2527693A1

Description

Kraftstoffbehandlungssystem für Verbrennungskraftmaschinen

Die Erfindung betrifft ein KraftstoffbehandlurXjSsystem für Verbrennungskraftmaschinen und bezieht sich Insbesondere auf ein System zur Umwandlung flüssigen Kraftstoffs, und zwar hauptsächlich Gasolin, also Benzin, in ein Luft-Gas-Gemlsch, das sich In einer Verbrennungskraftmaschine verwenden lässt. Dieses System soll grundsätzlich den üblichen Vergaser, der den meisten mit Benzin arbeitenden Verbrennungsmotoren eigen Ist, ersetzen.

Alle Verbrennungskraftmaschine^ Im folgenden Verbrennungsmotoren genannt, die heutzutage weltweit Benzin als Kraftstoff verwenden, besitzen einen Vergaser zur Umwandlung des flüssigen Kraftstoffs In ein Luft-Gas-Gemlsch. Der Vergaser Ist cr> eine Ansaugsammelleitung angeschlossen, von der aus das aus dem Vergaser kommende Luft-Gas-Gemlsch auf die Zylinder des Motors verteilt wird, also in diese gelangt. Ein Vergaser regelt die Menge an in ihm befindlichen Kraftstoff und bewirkt, dass die durch Ihn hindurchtretende Luft wenigstens teilweise im flüssigen Kraftstoff verdampft und mit sich in die Ansaugsammelleitung transportiert und damit In die Zylinder des Motors, wo er zur Erzeugung der Motorleistung dient. Obgleich Vergaser Ihre Aufgabe zufriedenstellend lösen, wird der unverdampfte flüssige Kraftstoff, der In die Motorzylinder gelangt, nicht vollständig verbraucht. Dadurch werden zwei Nachtelle verursacht. Zunächst wird dadurch der Wirkungsgrad des Motors verringert, d.h., der Motor benötigt mehr Benzin, um eine bestimmte Leistungsabgabe zu erzielen. Ferner wird dadurch die Verschmutzung der Atmosphäre erhöht, well der unverbrannte Kraftstoff aus dem Auspuff des Motors austritt.

Die meisten Vergaser sind nur unzureichend dafür ausgerüstet, dass Kraftstoff/Luft-Verhältnis zu ändern und den Kraftstoff entsprechend den steh ändernden Betriebsbedingungen des Motors richtig zu verdampfen.

Erflndungsgemäss wird nun ein System geschaffen, das den üblichen Vergaser ersetzt. Dieses System erzeugt ein Kraftstoff/Luft-Gemisch In einer Anordnung, die jederzeit unterschiedliche Bedlngungen, unter denen der Motor arbeitet, berücksichtigt. Dazu kommt, dass das Kraftstoff/Luft-Verhältnis und die Menge an Kraftstoff und Luft, die unter gegebenen U nständen zugeführt wird, In geeigneter Welse gesteuert werden, wobei das erfindungsgemässe System die Kraftstoffverdampfung verbessert, so dass der Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, die den Auspuff des Motors verlassen, erheblich reduziert wird. Somit ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin zu sehen, ein Kraftstoff system zu schaffen, das der Erreichung zweier grundlegender Ziele dient, nämlich zunächst der Verbesserung des Kraftstoffwirkungsgrades und damit der Reduzierung des Kraftstoffverbrauches und des weiteren der Verringerung der Luftverschmutzung. Ein zweiter Vorteil dieses Systems, der dem erstgenannten Ziel etwas nachgeordnet Ist, besteht darin, dass das zu schaffende Kraftstoff system eine maximale Leistungsabgabe des Motors ermöglicht, Indem Ideale Kraftstoff/Gas-Verhältnisse bei unterschiedlichen Motordrehzahlen, Temperaturen und Antriebsbedingungen geschaffen werden.

Die grundlegende Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein verbessertes Kraftstoff system für benzingetriebene Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren zu schaffen.

- 10 -

Dieses System soll die Umwandlung von Benzin als Flüssigkeit in ein Luft/Gas-Gemisch in geeigneten Verhältnissen zur Verbrennung in Verbrennungsmotoren ermöglichen, bei denen die Kraftstoff/Gas-Verhältnisse in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen und -anforderungen gesteuert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss eir neuartiges Kraftstoffbehandlungssystem für Verbrennungsmotoren vorgeschlagen, die einen verbrennbaren Kraftstoff verwenden. Das neuartige System weist ein Gehäuse mit einer ersten Kammer zylindrischer Querschnittsform und gegenüberliegenden Stirnwänden auf. Die zylindrische Kammer besitzt einen oberen Lufteinlass, der sich zu einer Lufttür öffnet, durch die hindurch Luft aufgenommen wenden kann, sowie einen unteren Kraftstoffgemischauslass. Das Gehäuse lässt sich an einer AnsaugsammeUeltung des Motors so befestigen, dass der untere Kraftstoffgemischauslass mit der Ansaugsammelleitung In Verbindung steht. Ferner ist eine zweite Kammer in dem Gehäuse vorhanden und von der ersten Kammer durch eine Trennwand getrennt. Die zweite Kammer öffnet sich zur Hitze dec Motorabgassystems hin, und ein Kraftstofferwärmungsmantel ist in der zweiten Kammer so angeordnet, dass das Äussere des Mantels von der Hitze des Abgassystems umgeben ist, so dass das Innere des Mantels während des Betriebs des Motors erwärmt wird. In dem Gehäuse ist ein Luftablasskanal vorgesehen, durch den Luft aus dem Gehäuseinneren in das Innere des Kraftstofferwärmungsmantels gelenkt wird, um sich mit dem Kraftstoff zu vermischen und dessen Bewegung durch den Mantel hindurch zu erleichtern. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung erstreckt sich in den Kraftstoff mantel hinein und dient zur Zuführung des Kraftstoffs, während eine Kraft-

• · · II ti

••••ti·· Il ( t

- 11 -

stoffdüse an der Trennwand befestigt ist und mit ihrem einen Ende sich in das Innere des Kraftstoffmantels öffnet, während ihr anderes Ende sich in die erste Kammer erstreckt, um dadurch eine Kraftstoffaustrittsöffnung zwischen dem Einlass und dem Auslass der Kammer zu bilden.

Eine hohle Spindel oder Spule ist in der ersten Kammer drehbar befestigt und besitzt einen Aussendurchmesser, der dem Innendurchmesser der zylindrischen Kammer entspricht, so dass sie in die Kammer genau hineinpasst. Diese Spule ist in ihrer zylindrischen Wand mit gegenüberliegenden Öffnungen versehen, die mit den oberen und unteren Öffnungen der zylindrischen Kammer in dem einen Drehsinn der Spule fluchten und in zunehmendem Maße mit letzteren ausser Fluchtungslage treten, wenn die Spule gedreht wird, wodurch sich die offene Fläche der oberen und unteren Öffnungen verändern lässt. Die Spule ist mit einer integralen Nabe ausgerüstet, die sich von der einen Stirnwand wegerstreckt und durch eine in dem Ende der ersten Kammer befindliche Öffnung hindurchgeführt ist, um auf diese Weise ein Mittel zur Befestigung an einem Beschleunigungspedalgestänge zu bilden, durch das sich der Drehsinn der Spule in Abhängigkeit von der von dem Motor geforderten Leistung bestimmen lässt.

An der Oberseite des Gehäuses ist eine Lufteinlasshaube befestigt, die die obere Eintrittsöffnung umschliesst. Die Haube ist mit einer Öffnung für den Luftzutritt zum Haubeninneren versehen, und in dieser öffnung ist die Luftklappe oder der Luftflügel verschwenkbar befestigt, mit dem der Luftstrom zur oberen Eintrittsöffnung gemessen wird. Die in die Eintrittsöffnung eintretende Luft erzeugt in dem oberen Teil des Innenraums der Spule einen Wirbel und wandert durch die Spule

Il I I I I ι

III ■

I III· I

' > til

• : · t

till I

- 12 -

in Richtung zur Austrittsöffnung, wo ein zweiter Wirbel entsteht. Der in den Kraftstofferwärmungsmantel eingespritzte Kraftstoff wird durch die umgebende Abgaswärme erwärmt und wird durch die Kraftstoffdüse in die Spule hinein abgegeben, um sich dort mit der durch die Spule strömenden Luft zu vermischen. Das Erwärmen und Expandieren des Kraftstoffs in dem Kraftstofferwärmungsmantel führt zu einer im wesentlichen vollständigen Verdampfung des Kraftstoffs, wobei das Kraftstoff/Luft-Verhältnis, das durch die Austrittsöffnung hindurch in die Ansaugsammelleitung abgegeben wird, auf einem Optimalwert gehalten wird, der der Leistungsanforderung an den Motor entspricht.

Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist ein elektrisch gesteuertes Kraftstoff einspritzventil auf, das mit der Kraftstoffdüse in Reihe geschaltet ist. Ein Potentiometer ist an die Spule angeschlossen, um auf diese Weise ein analoges Spulenpositionssignal zu'erzeugen. In ähnlicher Weise ist ein Potentiometer mit dem Luftflügel verbunden, um ein analoges Luftflügelsignal zu erzeugen. Eine Temperatursonde ermittelt ein analoges Kraftstofftemperatursignal, und ein Temperaturfühler erzeugt ein analoges Motorblocktemperatursignal. Diese fünf analogen Signale werden an einen Summenverstärker abgegeben, welcher ein analoges Kraftstoffbedarfsstgnal erzeugt. Dieses Signal wird an eine Analog-Digital-Wandlereinrichtung abgegeben, welche ein pulsierendes Glotchstromsignal erzeugt, das verstärkt wird und dem Kraftstoffetnspi'ttzventil zugeführt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbelspiele näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

• · · I I I j ) 1 ; ·. t

• If «II I 1 J J

··· t t · t · Il t

• · t t t · · · III I 1

- 13 -

Fig. 1 eine Seitenansicht einer für das erfindungsgemässe Kraftstoffsystem verwendeten Vorrichtung, die auf der Ansaugsammelteitung eines Verbrennungsmotors sitzt,

Fig. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 eine Stirnansicht der Vorrichtung von Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht der in den Fig. 1,2 und 3 gezeigten Vorrichtung, und zwar längs der Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht längs der Linie 5-5 in Fig. 4, Fig. 6 eine Querschnittsansicht längs der Linie 6-6 in Fig. 4,

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Schaltbildes, das für die in den Fig. 1 bis 6 gezeigte Vorrichtung Verwendung findet, um die Vorrichtung so zu steuern, dass eine maximale Wirtschaftlichkeit beim Kraftstoffverbrauch und eine maximale Reduzierung der Luftverschmutzung erreicht werden, und

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Leistung des Funktionsgeneratorteils des Schaltbildes von Fig. 7, in der die bevorzugte Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der analogen Luftflügeleingangsspannung zu sehen ist.

In denFig. 1,2 und 3 ist eine bevorzugte Ausführung. · η der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine auf der Ansaugsammellettung

• · · I I I

3219A37

- 14 -

eines Verbrennungsmotors angeordnete Vorrichtung. Die anderen Teile des Motors sind, da sie bekannt sind, nicht dargestellt. Die Aufgabe der Ansaugsammelleitung besteht darin, Mn Kraftstoff/ Luft-Gemisch anzusaugen und das Gemisch auf jeden der Zylinder des Motors zu verteilen.

Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 12 auf, das in etwa rechteckig ist und eine Bodenplatte 14 sowie Stirnplatten 16 und 18 besitzt. Oben auf dem Gehä ^e 12 ist eine Luftansaughaube 20 angeordnet. An dem Gehäuse \L sind gegenüberliegende Äbgasflansche 22 und 24 befestigt, die die Verbindung zu einem Auspuffrohr 26A und 26B herstellen. Das Auspuffrohr 26A ist an die Motorabgassammelleitung angeschlossen, während das Auspuffrohr 26B mit dem Schalldämpfer- oder Auspufftopfsystem des Motors verbunden ist. Somit strömen die Abgase von dem Motor durch das Gehäuse und danach durch Schalldämpfer undVerschmutzungssteuer- bzw. Kontrollsysteme, die katalytische Umwandler enthalten können, bevor das Abgas in die Atmosphäre entweicht.

Zwei Kraftstoffeinspritzventile 28 und 30 sind an die öffnungen in der Stirnplatte 18 angeschlossen. Eine Kraftstoffzufuhrleitung 32 führt brennbaren Kraftstoff unter Druck den Einspritzventilen 28 und 30 zu.

In den Fig. 4, 5 und 6 ist der innere Aufbau der Vorrichtung dargestellt. Die Ansaugsammelleitung 10 nimmt eine Adapterplatte 34 auf, in der sich eine Öffnung 36 befindet. Bei der üblichen Konstruktion eines Verbrennungsmotors ist ein Vergaser an der Ansaugsammelleitung 10 angebracht, und wenn dieses System an den hler

I t

I «II··

- 15 -

beschriebenen Typ des Verbrennungsmotors angepasst wird, dann ;

entfällt der Vergaser, und die Adapterplatte 34 tritt an seine Stelle. ·|

Das Gehäuse 12 ist durch Schrauben 38, die sich durch in der ^!

Bodenplatte 14 befindliche Öffnungen hindurcherstrecken, an der \

Adapterplatte befestigt. ;

Das Gehäuse weist eine zylindrische Kammer 40 auf. Diese Kammer "'

ist mit gegenüberliegenden Stirnwänden versehen, von denen die

eine von der Stirnplatte 16 und die andere von der Trennwand 42 ,'.

gebildet wird. Das Gehäuse besitzt eine obere Lufteinlassöffnung 44 und eine untere Kraftstoffgemischauslassöffnung 48. Die Öffnungen 44 und 48 fluchten miteinander, und die Öffnung 48 liegt über der in der Adapterplatte 34 befindlichen Öffnung 36.

Die Stirnplatte 16 besitzt eine Öffnung 50, die axial mit der zylindrischen Kammer 40 fluchtet. Von der Trennwand 42 erstreckt sich in axialer Fluchtungslage zu der Öffnung 50 eine rohrförmlge Kraftstoffdüse 52. Das äussere Ende 52A ist vorzugsweise wie dargestellt . schräg abgeschnitten, wobei sich das äussere Ende dieser Öffnung unmittelbar über der Kraftstoffgemischauslassöffnung 48 befindet.

In der Kammer 40 sitzt drehbar eine zylindrische Spule 54. Der Durchmesser dieser Spule ist so gross, dass die Spule genau in die Kammer hineinpasst und dennoch in ihr drehbar ist. Die Spule ist hohl oder rohrförmig und besitzt eine Stirnwand 56. Von dieser Stirnwand 56 aus erstreckt sich ein mit der Spule ein gemeinsames Ganzes bildender Nabenteil 58, der in der Öffnung 50, welche in dem Körper der Stirnplatte16 ausgebildet ist, drehbar sitzt. Ausserhalb des Körpers ist ein Hebel 60 an der Nabe 58 angebracht, beispiels-

ι« ( t ι ν « ι

ι > · » ι ι

ι·· · ■ I I · ι

I 1(11·· ι · · ι

>■ * M ·■ I I t I

- 16 -

weise mit Hilfe der Mutter 62. Der Hebel 60 lässt sich mit einem nicht dargestellten Beschleunigungskabel verbinden, durch das die Betriebsperson die Leistungsanforderung an den Motor steuert. Somit erfüllt die Spule 54 die gleiche Aufgabe wie das normale Drosselklappenventil in einem typischen Vergaser, das mit dem Beschleunigungsgestänge verbunden ist. Wenn also die Betriebsperson, beispielsweise der Fahrer eines Kraftfahrzeugs, in das der Motor eingebaut ist, eine höhere Leistung verlangt, entweder um die Geschwindigkeit zu vergrössern oder diese auf einer Steigung beizubehalten, so drückt er auf das Gaspedal, und durch ein nicht dargestelltes Kabel wird der Hebel 60 bewegt, um die Spule 54 zu drehen. Wenn von dem Motor mehr Leistung verlangt wird, wird die Fläche der durch die Spule führenden Öffnungen vergrössert. Zu diesem Zweck weist die Spule eine obere Öffnung 64 und eine untere Öffnung 66 auf. In der einen Drehstellung der Spule fluchten die öffnungen 64 und 66 mit den Körperöffnungen 44 und 48, wodurch ein maximaler Luftdurchgang ermöglicht wird. In der anderen extremen Drehstellung der Spule sind die öffnungen nicht in Fluchtungslage, wodurch der Kanal für den Luftdurchtritt durch den Körper geschlossen ist. Im praktischen Betrieb des Motors befindet sich die Spule niemals in der vollständig geschlossenen Stellung.

Das Gehäuse 12 weist eine Vorwärmkammer 68 auf, die von der Stirnplatte 18 an dem einen Ende und der zentralen Körpertrennwand 42 an dem anderen Ende begrenzt wird. Die Öffnungen 70 und 72 (stehe Fig. 6) in dem Körper stehen mit den Flanschen 22 und 24 in Verbindung und damit mit den Auspuffrohren 26A und 26B, |

durch die Abgas durch die Vorwärmkammer 68 geschickt wird. Die Stirnplatte 18 besitzt zwei Brennstoffeintrittsöffnungen 74, von

- 17 -

denen nur die eine in Fig. 4 zu sehen ist und durch die flüssiger Kraftstoff in die Vorrichtung eingespritzt wird.

In der Vorwärmkammer 68 befindet sich ein Kraftstoffheizmantel 76. Dieser Mantel besteht aus dünnem Metall, so dass er wärmeleitend ist, und bildet zwischen den Kraftstoffeintrittsöffnungen 74 und der Kraftstoff düse 52 einen geschlossenen Durchgangskanal. Eine Bohrung 73 befindet sich in der oberen Wand des Gehäuses und stellt eine Verbindung zwischen dem Innenraum der Haube 20 und dem Inneren eines Gehäuses 75 her, das an dem inneren Umfang der Kammer 68, wie in Fig. 4 gezeigt, befestigt ist. Das Gehäuse ist geschlossen, besitzt jedoch an dem einen Ende eine Öffnung, die eine Verbindung mit einem Kanal 77 herstellt, der in der Stirnwand .18 des Gehäuses 12 ausgebildet ist. Der Kanal 77 erstreckt sich von dem Inneren des Gehäuses 75 zum Inneren des Kraftstofferwärmungsmantels 76 und lenkt Luft aus dem Inneren des Gehäuses 75 in das Innere des Mantels. Die durch die Bohrung 73 in das Gehäuse 75 eintretende Luft ist im allgemeinen atmosphärische Luft, welche ausserhalb des Gehäuses 12 anzutreffen ist. Sie wird während ihres Durchgangs durch das Gehäuse 75 durch die Wärme der Kammer 68 erhitzt. Damit ist die in den Mantel 76 ausgetragene Luft vorgewärmt und vermischt sich mit dem dort befindlichen Kraftstoff, um auf diese Weise den Kraftstoff transport von den Düsen 28und 30 zur Düse 52 zu erleichtern. Mit anderenWorten, die in den Mantel 76 aus dem Kanal 77 eintretende Luft lenkt den Kraftstoff im Mantel 76 in gewisser Weise.

Wenn das Abgas durch die Vorwärmkammer 68 strömt, wird der Kraftstofferwärmungsmantel 76 erhitzt, so dass die Temperatur

• · «to

- 18 -

der durch ihn hindurch stattfindenden flüssigen Kraftstoffströmung ansteigt. Dadurch wird die Verdampfungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs erheblich vergrössert. Die tatsächliche Form und Konfiguration des Kraftstofferwärmungsmantels 76 ist wettgehend variabel. Bei der dargestellten Ausführungsform wird ein einen rechteckigen Querschnitt aufweisendes Gehäuse verwendet, das an dem einen Ende offen ist und an der Stirnplatte 18 befestigt ist,

\ wobei eine Öffnung kleinen Durchmessers in dem anderen Ende vorhanden ist, welche einen Vorsprung der Kraftstoff düse 52 aufnimmt.

Zusätzlich zu den Kraftstoffeintrittsöffnungen 74 ist, wie aus Fig. ersichtlich, eine Öffnung 78 vorhanden, die einen Temperaturfühler 80 aufnimmt. Die Aufgabe dieses Fühlers 80 besteht darin, ein Spannungsausgangssignal zu erzeugen, das für die in der Vorwärmkammer herrschende Kraftstoff temperatur kennzeichnend ist. Dieses Spannungsausgangssignal wird als temperaturanaloges Signal bezeichnet, dessen Zweck im folgenden beschrieben wird.

\ In die K raftstoffeintritts öffnung en 74 sind Kraftstoffeinspritzdüsen

28 und 30 eingeschraubt. Diese Düsen entsprechen herkömmlicher Bauart und werden gegenwärtig in der Automobil Industrie eingesetzt. Sie sind kleine elektrisch gesteuerte Ventile, die sich in Abhängigkeit von gleichgerichteten Gleichspannungssignalen öffnen und schliessen. Die Kraftstoffmenge, die durch die Ventile strömt, wird durch das Verhältnis der Zeitspanne, während der die Düsen geöffnet sind, zu der Zeitspanne, während sie geschlossen sind, bestimmt, da die Einspritzventile entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen sind und damit dem gegenwärtig am häufigsten verwendeten Typ entsprechen.

• ■ « I 4 * I I I , ( _t ,

* · · · · · till

- 19 -

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird von der Körperstirnplatte 16 ein Potentiometer 86 getragen, das mit Hilfe eines Gestänges 88 in Abhängigkeit von dem Hebel 60 gesteuert wird, der seinerseits von der Lage der Spule 54 abhang!:, bzw. diese anzeigt. Somit erzeugt das Potentiometer 86 ein analoges Spannungsausgangssignal, das die Lage der Spule 54 angibt, und dieses Spannung? ausgangsslgnal wird Spulensignal genannt.

In der Luftansaughaube 20 ist ein Luftflügel 90 verschwenkbar angeordnet, der sich um eine Welle 92 dreht. Die Haube 20 besitzt an ihrem einen Ende eine Luftöffnung 94, die im wesentlichen geschlossen ist, sobald sich der Luftflügel 90 in seiner senkrechten Position befindet. Die Welle 92 erstreckt sich ausserhalb der Haube 20, wie aus Fig. 1 ersichtlich, und an ihr ist ein Hebel 95 angebracht. Eine Feder 96 zieht oder drückt den Luftflügel in die geschlossene Stellung. Sobald Luft durch die Haube 20 gesaugt wird, und zwar aufgrund des in dem Motor herrschenden Unterdrucks, wenn letzterer läuft, bewegt der Luftstrom den Luftflügel, und die Luftstrommenge wird durch die Winkellage des Hebels 95 erkennbar. Ein Luftflügelpotentiometer 98 ist auf der Seite der Haube 20 befestigt. Von ihm aus erstreckt sich ein Hebel 100. Ein Gestänge 102 verbindet das Potentiometer mit dem Hebel 95. Das Spannungsausgangssignal des Potentiometers 98 ist ein analoges Spannungssignal und zeigt die Stellung des Luftflügels an, die wiederum kennzeichnend ist für die strömende Luftmenge. Dieses Spannungssignal wird mit Luftflügelsignal bezeichnet.

Fig. 7 zeigt schematisch die bei dem hier beschriebenen Gegenstand verwendete Schaltung zur Steuerung der Kraftstoffeinsprttz-

• · · · t t

- 20 -

düsen 28 und 30. Obgleich zwei Kraftstoffeinspritzdüsen oder -injektoren 28 und 30 dargestellt sind, spielt deren Anzahl keine Rolle, weil die Funktion dieselbe ist. Die Anzahl der Einspritzdüsen lässt sich verändern, um die maximale Kraftstoff menge, die eingespritzt werden kann, zu erhöhen, wobei jedoch die Schaltung für den Antrieb der Kraftstoffeinspritzdüsen dieselbe bleibt, also von der Anzahl der verwendetenDüsen nicht beeinflusst wird. Ein Kraftstoffbehälter 104 bildet den Kraftstoffvorrat für den Motor. Der Kraftstoff gelangt durch ein Filter 106 zu einer elektrischen Kraftstoffpumpe 108. Die Pumpe beliefert die Leitung 110 mit unter Druck stehendem flüssigem Kraftstoff. Um einen stetigen und konstanten Kraftstoff druck sicherzustellen, wird ein Druckregler 112 benutzt, welcher einen zu dem Kraftstoffbehälter 104 zurückführenden Bypass bildet. Die Bezugszeichen 104 bis 112 bezeichnen herkömmliche Ausrüstungselemente, die bei Verbrennungskraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren Verwendung finden, wie sie heutzutage in Personenwagen und Lastwagen benutzt werden. Die Aufgabe der in Fig. 7 gezeigten Schaltung besteht darin, die Kraftstoffeinspritzdüsen 28 und 30 so zu steuern, dass der aus der Leitung 110 zugeführte Kraftstoff mit optimaler Geschwindigkeit bzw. in einer optimalen Menge eingespritzt wird, um dadurch hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit maximale und hinsichtlich der Verschmutzung minimale Werte zu erreichen.

Aus diesem Grunde wird eine elektronische Antriebseinheit 114 eingesetzt, die eine Schaltungsapparatur bildet, welche vier Signaleingänge benutzt, d.h. ein Luftflügelsignal, ein Spulenventil signal und zwei Temperatursignale. Das Luftflügelstgnal wird an einen Funktionsgenerator 116 abgegeben, der das von dem Luftflügelpotentio-

• - ■ a ■

>ti · 111

V I ■ I I I I

- 21 -

meter 98 kommende analoge Signal so modifiziert, dass in dem Leiter 118 ein analoges Luftflügelsignal auftritt. Das von dem Spulenventilpotentiometer 86 abgegebene analoge Signal wird einer Beschleunigungsdifferenzierschaltung 120 und einer Verzögerungsdifferenzierschaltung 122 zugeführt. Die Beschleunigungsdifferenzierschaltung 120 verwendet das von dem Spulenventilpotentiometer 86 kommende analoge Signal zur Erzeugung eines analogen Signals in dem Leiter 124, das auf die von dem Motor geforderte Beschleunigung reagiert, welche in der Änderung der Stellung des Spulenventils zum Ausdruck kommt, die wiederum in einem Automobil oder Lastwagen durch das Fuss- oder Gaspedal des Fahrers gesteuert wird. In gleicher Weise erzeugt die Verzögerungsdifferenzierschaltung 122 ein analoges Signal in dem Leiter 126, das für die Änderung der Lage des Spulenventils in der entgegengesetzten Richtung kennzeichnend ist, sobald der Fahrer den auf das Fusspedal einwirkenden Druck verringert, um dadurch den Motor zu verzögern. Die Signale in den Leitern 124 und 126 zusammen bilden ein analoges Spulenventilsignal.

Ein geeigneter Temperaturfühler 121 ist in der Nähe des nicht dargestellten Motorblocks angebracht, um die Temperatur des Blocks zu ermitteln. Die festgestellte Temperatur wird mit einer gewählten Standardtemperatur durch einen Kaltstartvergleicher 123 verglichen, der mit einem geeigneten Antrieb 125 betrieblich verbunden ist, welcher eine Magnetspule 127 betätigt. Die Magnetspule 127 ist auf dem Aussenumfang des Gehäuses 12 in der Nähe des Gestänges

U| 88 angebracht, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Wenn die Temperatur

H des Motorblocks bei einem Vergleich mit der Standardtemperatur

nicht günstig ist, beispielsweise wer₍n der Motorblock kalt ist, wird

- 22 -

die Magnetspule 127 automatisch betätigt, um mit dem Arm 60 in Berührung zu treten und dadurch die Spule 154 in der richtigen Richtung zu drehen, so dass die Fluchtungslage zwischen den Spulenöffnungen und den Gehäuseöffnungen verstellt wird, wodurch der offene Querschnitt der Lufteintritts- und Austrittsöffnungen verändert wird. Wenn die Temperatur des Blocks sich ausreichend weit erhöht hat, um im Vergleich mit der Standardtemperatur einen günstigen Wert zu liefern, oder wenn sich die Temperatur innerhalb des zulässigen Temperaturbereiches befindet, wird die Magnetspule abgeschaltet, wodurch sie mit dem Arm 60 ausser Berührung trit*·. Die tier Blocktemperatur analoge Spannung wird von dem Temperaturfühler 121 an eine Temperaturkorrekturschaltung 128 abgegeben, welche in dem Leiter 130 ein analoges Ausgangssignal erzeugt, das für die Temperatur des Motorblocks kennzeichnend ist. Die Temperaturkorrekturschaltung modifiziert das analoge Eingangssignal so, dass das analoge Temperaturkorrektursignal nicht direkt der Temperatur proportional ist, sondern das Eingangssignal bildet, das für den richtigen Motorbetrieb bei der herrschenden Blocktemperatur und Lee rl aufdrehzahl geeignet ist.

Ein fünftes analoges Eingangssignal wird durch ein Leerlaufeinstellpotentiometer 134 in den Leitern 132 erzeugt. Dieses analoge Eingangssignal im Leiter 132 stellt einen minimalen Kraftstoffbedarf dar, der für den Leerlauf des Motors erforderlich ist, wenn kein anderer Bedarf auftritt.

Das von dem Kraftstofftemperaturfühler 80 gelieferte analoge Spannungssignal wird einer Signalkonditionierungsschaltung 137 zugeführt und dann einem Summierungsverstärker 131, in dem es mit

I I

I I t

I ( f t

I I 11*1

- 23 -

dem in dem Leiter 129 vorhandenen analogen Blocktemperatursignal summiert wird. Die aus dem Summierungsverstärker 131 und der Funktionsgeneratorschaltung 116 austretenden Signale werden einem Vervielfacher 133 zugeführt, der das analoge Signal Im Leiter 135 zu einem Summierungsverstärker 136 leitet. Das analoge Signal 135 ermöglicht eine Korrektur des Luftflügelgrundsignals als Funktion der Block- und Kraftstofftemperatur·.

Die sechs analogen Signale werden dem analogen Summlerungsvervielfacher 136 aufgedrückt, der in dem Ausgangsleiter 138 ein analoges Signal erzeugt, welches den Kraftstoffbedarf anzeigt. Das Signal wird einer Impulsmodulatorschaltung 140 zugeleitet, die für die Antriebe 142 und 144 ein pulsierendes Glelchstromslgnal erzeugt. Das Ausgangssignal dieser Antriebe wird den zu den Kraftstoff el nsprltzdüsen führenden Leitern 146 und 148 zugeführt.

Wie aus Flg. 4 ersichtlich, lässt sich in der Stirnwand 18 eine geeignete Glühkerze 150 anordnen. Die Glühkerze 150 steht mit dem elektrischen System des Motors in an sich bekannter Weise in Betriebsverbindung und erstreckt sich in das Innere des Kraftstofferwärmungsmantels 76. Sie kann dazu benutzt werden, der Kammer, falls erforderlich, zusätzliche Wärme zuzuführen, so beispielsweise bei kaltem Wetter oder wenn der Motor in kaltem Zustand angelassen bzw. gestartet werden soll. Dazu kommt, dass möglicherweise ein Innenmantel oder Innengehäuse 152 In dem Kraftstofferwärmungsmantel 76 vorgesehen werden soll, dessen beide Enden, wie bei 154 und 156 in Fig. 6 gezeigt, offen sind und mit der Abgaswärme des Motors in Verbindung stehen. Auf diese Weise entsteht eine im wesent-

ι ■ ( r I if it

ti lilt

■ Iff ti c

t ii«; i

( 1 I f (

t ; ι ii (Ci

- 24 -

lichen ringförmige Kraftstoffkammer Innerhalb des Mantels 76, wobei Wärme sowohl um den Aussenumfang des Mantels herrscht als auch Innerhalb des Gehäuses 152. Somit steht für den Kraftstoff eine grössere Heizfläche zur Verfugung, und das Gesamtvolumen des Kraftstoffes, bezogen auf die Heizfläche, Ist kleiner, wodurch sich eine Wirkungsgradverbesserung bei der Erwärmung des Kraftstoffes ergibt.

Somit wird erflndungsgemäss eine neuartige Vorrichtung sowie ein neuartiges Verfahren zur Steuerung dieser Vorrichtung mit Hilfe einer elektronischen Antriebseinheit geschaffen, um den Kraftstoff strom In die Vorrichtung hinein In Abhängigkeit von der Luftansaugung, der Stellung der Spule, die die an den Motor gestellte Letstungsanforderung kennzeichnet, sowie von der Motortemperatur und der Kraftstofftemperatur regelt.

Die Funktlonsgeneratorschaltung 116 erzeugt einen analogen Spannungsausgang und hat eine mit einem veränderlichen Verhältnis arbeitende Vorrichtung, durch die empirisch der maximale Motorwirkungsgrad und die minimale Verschmutzung erreichbar sind. Eine typische empirisch hergeleitete Eingangs/Ausgangs-Beziehung Ist In Fig. 8 dargestellt. Die Eingangsspannung X kennzeichnet die von dem Luftflügetpotentlometer 98 gelieferte Spannung. Die Ausgangsspannung Y Ist die Spannung, die In dem Leiter 118 auftritt und die das analoge Luftflügelsignal darstellt, das an den Summterungsverstärker 136 abgegeben wird. Diese funktioneile Eingangs/Ausgangs-Abhängigkeit trägt, wie festgestellt wurde, zu einer wesentlichen Verbesserung des Motorwtrkungsgrades bei den herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen bei, die In amerikanischen Kraftfahrzeugen heutzutage eingesetzt werden. Man erkennt, dass die Funktionsgenerator- I

- 25 -

schaltung 116 modifiziert werden kann, um das gewünschte Verhältnis von Ausgang zu Eingang gemäss den Leistungseigenschaften des Motors sowie seinen Leistungserfordernissen zu erhalten. Obgleich kein spezieller Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang für die Temperaturkorrekturschaltung 128 gezeigt Ist, lässt sich erkennen, dass In ähnlicher Welse durch empirisch abgeleitete Beziehungen das analoge Ausgangsstgnal, welches Im Leiter 130 erscheint, für unterschiedliche Temperatureingangssignale erhalten werden kann. Diese Verhältnisse lassen sich nicht aus mathematischen Ausdrücken herleiten, sondern in befriedigender Welse aus experimentellen Versuchen.

Das Im obigen beschriebene erftndungsgemässe System, durch das die gestellte Aufgabe gelöst wird, hat mit einem typischen herkömmlichen Vergaser, der keine wesentlichen Einstellungen ermöglicht, um die Motorbetriebsbedingungen zu verändern, keine Ähnlichkeit.

Claims

Kraftstoffbehandlungssystem für Verbrennungskraftmaschtnen

PATENTANSPRÜCHE

Kraftstoffsystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Ansaugsammelleitung und einem unter Druck stehenden Vorrat an flüssigem Kraftstoff, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12) mit einer zylindrischen Kammer (40), welche gegenüberliegende Stirnwände (16, 42) aufweist und eine obere Lufteintrittsöffnung (44) sowie eine untere Kraftstoffgemischaustrittsöffnung (48) und eine axiale Öffnung in der einen Stirnwand und der anderen Stirnwand, die eine rohrförmige Kraftstoffdüse (52) aufweist, welche sich von dieser Stirnwand aus in axialer Ausrichtuing zu der zylindrischen Kammer (40) wegerstreckt, wobei das innere Ende (50A) der Kraftstoffdüse (52) sich über der Kraftstoffaustrittsöffnung (66) befindet und das Gehäuse (12) an der Ansaugsammellettung (10) eines Motors befestigbar Ist, ferner durch eine zylindrische Spule (54) mit einem Aussendurchmesser, der so gross ist, dass die Spule genau in die zylindrische Gehäusekammer (40) hineinpasst und in dieser drehbar ist, wobei die

Bayerliche Vereintbank MUnchen, Kto.Nr. 882495 (BLZ 70020270) - Deutsche Bank München, Kto.Nr. 82/08050 (BLZ 700 70010)

Postscheckamt MUnchen, Kto.Nr. 163397-802 (BLZ 700 10080)

f ·

· t

Spule zur Bildung einer rohrförmigen zylindrischen Wandung hohl ist und die Gehäusekammer eine sich mittig erstreckende, mit geraden Wänden versehene Bohrung (40) aufweist, die zur Ansaugsammelleitung (10) während des Motorbetriebs ständig offen ist und dadurch unter Unterdruck steht, wobei die Spule (54) ferner mit gegenüberliegenden Öffnungen (64, 66) in der zylindrischen Wand versehen ist, die in der einen Drehstellung der Spule mit den Eintritts- und Austrittsöffnungen (44, 48, 36) im Gehäuse fluchten, und wobei ferner die Spule eine Stirnwand (56) besitzt, von der sich eine axiale Nabe (58) wegerstreckt, die in der axialen Öffnung (50) des Gehäuses drehbar sitzt, so dass die Spule in Abhängigkeit von dem Kraftstoffbedarf des Motors bezüglich ihrer Drehstellung ausrichtbar ist, um dadurch die Querschnittsfläche der Kanäle zu vargrössern oder zu verkleinern, die von der Spule und den oberen Gehäuseöffnungen gebildet wird, und schliesslich gekennzeichnet durch I eine Einrichtung, mit der Kraftstoff durch die Kraftstoff düse (52) | hindurch förderbar ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) eine separate Kraftstoffvorwärmkammer (68) aufweist, die mit der Kraftstoff düse (52) zur Aufnahme von verdampften Kraftstoff in Verbindung steht und eine Stirnwand (18) besitzt, die der Kraftstoff düse (52) gegenüberliegt und in der sich eine öffnung (74) für den Kraftctoffdurchfluss befindet, wobei das Gehäuse (12) mit einer Abgasetntrittsöffnung (26A) und einer dieser gegenüberliegenden Abgasaustrittsöffnung (26B) versehen ist sowie einen Kraftstoffheizmantel (76) aus wärmeleitfähigem Material innerhalb der Vorwärmkammer (68) aufweist und eine geschlossene Verbindung zwischen der Kraftstoffdüse (52) und der Stirnwandöffnung bildet, um den eingespritzten Kraftstoff durch die Wärme der Abgase zu erwärmen, die

II · «I*

I « II« Il < » ' [

durch die Vorwärmkammer (68) strömen.
3. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Luftansaughaube (20), die mit dem Lufteinlass (44) des Gehäuses (12) in Verbindung steht und eine Lufteintritts öffnung (94) bildet, sowie durch einen Luftflügel (90), der in der Haube (20) in der Nähe der Luftelntrittsöffnung (94) verschwenkbar getragen wird und in einer Stellung den Lufteinlass der Haube im wesentlichen verschliesst und in Abhängigkeit von dem hindurchtretenden Luftstrom in die vollständig geöffnete Stellung bewegbar ist.
4. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein elektrisch gesteuertes Kraftstoff einspritzventil (28, 30), das zwischen dem unter Druck stehenden Vorrat an flüssigem Kraftstoff und der Kraftstoffeintrittsöffnung der Vorwärmkammer (68) angeordnet Ist, sowie durch eine Einrichtung zur Steuerung des Einspritzventils, um dadurch den Kraftstoff durchfluss durch das Ventil in Abhängigkeit von vorgewählten Systemparametern, die durch die Stellung des Luftflügels (90) bestimmt werden, zu regeln.
5. System nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Leerlaufpotentiometereinrichtung (134) zur Erzeugung eines analogen Leerlaufsignals in Abhängigkeit von einer Leerlaufeinstellung, wobei die Schaltung ein analoges Kraftstoffbedarfssignal in Abhängigkeit von dem Positionssignal der Spule (54), dem Signal des Luftflügels (90), der Temperatur und dem Leerlaufsignal erzeugt.
6. System nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Funktionsgeneratorschaltung (116), die das Luftflügelsignal empfängt und In Abhängigkeit von dem empfangenen Luftflügelsignal und einer vorge-

• · «II«

• » t I I

wählten Venttlfünktlonsabhänglgkelt ein analoges Luftflügelsignal erzeugt, um dadurch als Ausgang ein modifiziertes Luftflügelsignal zu schaffen, das dem Summierungsverstärker (136) zugeführt wird.
7. System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine erste Differenzlerschaltung (120) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei ersterer das Spulenposltlonssignal empfängt und der Ausgang (124) mit dem Summierverstärker (136) in Verbindung steht, wobei das Ausgangssignal von der Grosse der Beschleunigung in der Änderung der Spulenposition abhängig ist, und durch eine zweite Differenzlerschaltung (122) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang das Spulenposltlonssignal empfängt und der Ausgang (126) ebenfalls mit dem Summlerverstärker (136) verbunden Ist, und das Ausgangssignal auf die Grosse der Verzögerung in der Änderung der Spulenposition anspricht, wodurch das Spulenpositlonsslgnal In Form von getrennten analogen Beschleunlgungs- und Verzögerungssignalen auftritt, die dem Summierverstärker (136) zugeführt werden.
8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12)eine getrennte Kra^ctstoffvorwärmkammer (68) enthält, die mit der Kraftstoffdüse (52) In Verbindung steht, dass in dem Gehäuse ein Luftkanal (73) vorhanden ist, der eine Verbindung zwischen dem Luftraum ausserhalb des Gehäuses und dem Innenraum der Kraftstoffvorwärmkammer schafft, um die Bewegung des Kraftstoffs durch die Vorwärmkammer hindurch zu erleichtern.
9. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Luftvorwärmelnrtchtung (75) In dem Luftzufuhrkanal (73) zur Erwärmung

- 5 der Luft, bevor diese in die Kraftstoffvorwärmkammer (68) gelangt.
10. Kraftstoff sy stern für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Ansaugsammelleitung und einem unter Druck stehenden Vorrat an flüssigem Kraftstoff, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12) mit einer zylindrischen Kammer (40), welche gegenüberliegende Stirnwände (16, 42) aufweist und eine obere Lufteintrittsöffnung (44) sowie eine untere Kraftstoffgemischaustrtttsöffnung (48) und eine axiale Öffnung in der einen Stirnwand und der anderen Stirnwand, die eine rohrförmige Kraftstoffdüse (52) aufweist, welche sich von dieser Stirnwand aus in axialer Ausrichtung zu der zylindrischen Kammer (40) wegerstreckt, wobei das innere Ende (50A) der Kraftstoffdüse (52) sich über der Kraftstoffaustrittsöffnung (66) befindet und das Gehäuse (12) an der Ansaugsammelleitung (10) eines Motors befestigbar ist, ferner durch eine zylindrische Spule (54) mit einem Aussendurchmesser, der so gross ist, dass die Spule genau tn die zylindrische Gehäusekammer (40) hineinpasst und in dieser drehbar ist, wobei die Spule (54) zur Bildung einer rohrförmigen zylindrischen Wand mit gegenüberliegenden Öffnungen (64, 66) hohl ist und in der einen Drehstellung der Spule diese öffnungen mit den Eintritts- und Austrtttsöffnungen (44, 36) des Gehäuses (12) fluchten, wobei ferner die Spule eine Stirnwand (56) aufweist, aus der eine axiale Nabe (58) austritt, die in der axialen Gehäuseöffnung (50) drehbar gelagert ist, so dass die Spule zur Vergrösserung und Verkleinerung des Querschnitts der Kanäle, die von der Spule und den oberen Körperöffnungen gebildet werden, gedreht werden kann, und durch eine Vorrichtung (28, 30), mit der durch die Kraftstoff düse (52) Kraftstoff schickbar ist, ferner durch eine in dem Gehäuse (12) befindliche separate Kraftstoffvorwärmkammer (68), die mit der Kraftstoff düse (52) in Verbindung steht und eine der Kraftstoff düse gegenüberliegende Stirnwand (18)

Il · I · *

aufweist, in der sich eine Öffnung für den Kraftstoff durchfluss befindet, wobei das Gehäuse (12) eine Abgaseintrittsöffnung (26A) und eine Abgasaustrittsöffnung (26B) aufweist, die auf entgegengesetzten Seiten des Gehäuses liegen, ferner gekennzeichnet durch einen Kraftstoffheizmantel (75) in der Gehäusevorwärmkammer (68) aus wärmeleitendem Material, der eine geschlossene Verbindung zwischen der Kraftstoffdüse (52) und der Stirnwandöffnung bildet, und zur Erwärmung des in ihn eingespritzten Kraftstoffes mit Hilfe der Abgase dient, die durch die Vorwärmkammer strömen, des weiteren durch eine Luftansaughaube (20), die mit dem Lufteinlass (44) des Gehäuses in Verbindung steht und selbst eine Lufteintrittsöffnung (94) bildet, des weiteren durch einen Luftflügel (90), der in der Haube (20) in der Nähe der Lufteintrittsöffnung (94) verschwenkbar getragen wird und eine Stellung aufweist, in der die Lufteintrittsöffnung der Haube (20) im wesentlichen geschlossen ist und die in Abhängigkeit von der durchströmenden Luft in Richtung auf die vollständig geöffnete Stellung bewegbar ist, und schliesslich gekennzeichnet durch ein elektrisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzventil (28, 30), das zwischen dem unter Druck stehenden Vorrat (104) flüssigen Kraftstoffes und der Kraftstoffetntrittsöffnung der Vorwärmkammer (68) angeordnet ist, sowie durch eine Einrichtung zur Steuerung des Einspritzventils und damit zur Regelung des Kraftstoffdurchflusses in Abhängigkeit von vorgegebenen Systemparametern, des weiteren durch ein mit der Spule (54) verbundenes Potentiometer (86) zur Erzeugung eines analogen Signals in Abhängigkeit von der Spulenstellung, ein mit dem Luftflügel (90) verbundenes Potentiometer (98) zur Erzeugung eines analogen Signals in Abhängigkeit von der Luftflügelstellung, einen Temperaturfühler (80), der in Abhängigkeit von der Kraftstoff tempera tür in der Vorwärmkammer (68) arbeitet und zur Erzeugung eines analogen Signals dient, das von der ermittelten

• · tilt Il « t

I · · fill

ι β t · t < r »

Temperatur abhängt, einen Summterungsverstärker (136) zur Erzeugung eines den Kraftstoffbedarf betreffenden analogen Signals in Abhängigkeit von dem Spulenstellungsslgnal, dem Luftflügelsignal und dem Temperatursignal und durch eine Analog/Digital-Wandlerschal tung zur Erzeugung eines gepulsten Gleichstromsignals, das dem Einspritzventil (28, 30) zur Steuerung des durch ihn hindurch erfolgenden Kraftstofflusses zugeführt wird.