DE3242833A1

DE3242833A1 - Vorrichtung zur kraftstoff- und luftzufuehrung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3242833A1
Application number: DE19823242833
Authority: DE
Inventors: Eraldo Torino Giaccardi; Franco Giaveno Torino Grisotto; Leonardo Grondona
Original assignee: Fiat Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1983-06-01
Also published as: IT8168507A0; FR2516984A1; GB2109860B; ES268609U; IT1145131B; GB2109860A; ES268609Y

Description

1 9. Nov. ί982

Patentanwälte

Dip!. Ing. H. Weickmann, Dipl. Phys. Dr. K. Flncke Dipl. Ing, F. A. Weidemann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr.-Ing. H. Liska
Möhlsfralje 22, 8000 Mönchen 86

Vorrichtung zur Kraftstoff- und Luftzuführung für Brennkraftmaschinen . -

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art.

Eines der Grundprobleme der modernen Kraftfahrzeugtechnik besteht in der Optimierung des Verhältnisses zwischen Kraftstoffverbrauch, gelieferter Leistung, Abgasemissionen und Herstellkosten der Brennkraftmaschinen.

Gegenwärtig sind zwei Arten von Kraftstoff- und Luftzuführungsvorrichtungen bekannt und weit verbreitet, nämlich die mit Vergaser oder mit indirekter Kraftstoffeinspritzung arbeitenden Vorrichtungen.

Vorrichtungen der letztgenannten Art besitzen ein Luftdrosselventil zur Steuerung der durch den Einlaßkrümmer des Motors fließenden Luftmenge, wenigstens eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüse, die stromabwärts des Luftdrosselventils angeordnet ist, sowie eine elektronische Einrichtung zur Steuerung dieser Düse in Abhängigkeit von verschiedenen Motorbetriebsbedingungen einschließlich der angesaugten Luftmenge und des momentanen Motordrehwinkels (der im allgemeinen der oberen Totpunktposition entspricht). Die Steuereinrichtung beinhaltet entsprechende Sensoren zur Erfassung der verschiedenen Parameter. Andere Parameter, die gegebenenfalls durch die Steuereinrichtung erfaßt werden, sind die Drehgeschwindigkeit des Motors und die Temperatur des Motorkühlmittels.

Die mit indirekter Kraftstoffeinspritzung arbeitenden Vorrichtungen besitzen gewisse Vorteile bezüglich Kraftstoffverbrauch, gelieferter Leistung und der Abgaswerte. Sie sind jedoch kostenaufwendiger in der Herstellung. Die Herstellkosten werden insbesondere durch den Sensor zur Erfassung des Luftdurchsatzes und des zugeordneten Teiles der Steuereinrichtung bestimmt. Ein derartiger Sensor ist jedoch für die Eigensteuerung des Luftdrosselventils, (das üblicherweise ein Drosselkldppenventil ist), unerläßlich, wenn zur Verbesserung der Motoreffizienz ein optimales Luft-Kraftstoffverhältnis beibehalten werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kraftstoff- und Luftzuführung mit indirekter Kraftstoffeinspritzung zu schaffen, die unter Beibehaltung der typischen Eigenschaften wie Zuverlässigkeit, sparsamer Kraftstoffverbrauch und Leistungsvermögen, geringere Herstellkosten aufweist und schnell und einfach zu installieren und zu warten ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Kraftstoff- und Luftzuführungsvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei einige Einzelheiten lediglich schematisch dargestellt sind,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt einer Einzelheit von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

- Ir-
-Γ-

Fig. 3 zeigt einen Schnitt einer weiteren Einzelheit von Fig. 1 ebenfalls in vergrößertem Maßstab.

Mit 1 ist der Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bezeichnet, die im vorliegenden Fall ein Vierzylinder-Reihenmotor ist. Selbstverständlich läßt sich die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch bei Motoren mit anderer Zylinderzahl und -anordnung, z.B. bei V- oder Boxermotoren anwenden.

In den beiden letztgenannten Fällen muß natürlich für jede Zylinderreihe jeweils eine Kraftstoff- und Luftzuführungsvorrichtung vorgesehen sein.

Der Kopf 1 beinhaltet die Ansaugleitungen für die einzelnen Motorzylinder. Diese Ansaugleitungen vereinigen sich in einem einzigen Einlaßkrümmer 2. Falls der Kopf 1 die Ansaugleitungen nicht bereits beinhaltet, sind entsprechende externe Ansaugleitungen vorgesehen.

Ein gekrümmtes Rohrstück 3 ist mit dem Einlaßkrümmer 2 verbunden. Es besitzt in seinem oberen Bereich einen Sitz 4 für eine Kraftstoffeinspritzdüse 5 bekannter Art, die in den Zeichnungen nur schematisch dargestellt ist.

Ein Luftdrosselventil mit variablem Durchfluß, das nach Art eines Schallrohres ausgebildet ist, ist mittels Schraubbolzen 6 an dem Rohrstück 3 befestigt. Es besteht aus einem zylindrischen Körper 7 mit einem axialen Durchgang 8 in Form eines Venturirohres. Die Abmessungen dieses Venturirohres sind für optimale Effizienz in Bezug auf den für den Motor bestimmten Luftdurchsatz berechnet.

Die Abmessungen sind weiter unten angegeben. In Abhängigkeit von dem maximalen, dem jeweiligen Motortyp entsprechenden Luftdurchsatz muß lediglich der Durchmesser der Leitung

Λ-

8 variiert werden.

Die Leitung 8 beginnt - vom Befestigungspunkt an dem Rohrstück 3 aus betrachtet - mit einem Abschnitt von 12 mm Länge und einem Winkel von 97° 7,5' senkrecht zur Achse der Leitung 8. Daran schließt sich an ein Abschnitt von 10,5 mm Länge mit einem Winkel von 95° 26,47', sodann ein Abschnitt von 12,5 mm Länge mit 92° 17,44', ein Abschnitt von 12,5 mm Länge mit einem Winkel von 90°, ein Abschnitt mit einer Länge von 12,5 mm und einem Winkel von 87° 42,56', ein Abschnitt mit einer Länge von 5 mm und einem Winkel von 78° 41,41', ein Abschnitt von 17 mm Länge und einem Winkel von 73° 36,63' und schließlich ein Abschnitt mit einer Länge von 3 mm und einem Winkel von 28° 36,63'.

Die Gesamtlänge der Leitung 8 beträgt demnach 85 mm, während der Durchmesser der Außenkante des letzten Abschnittes von 3mm Länge für einen Motor mit 903 cm Hubraum und einer maximalen Drehzahl von 5600 UpM mit 50 mm berechnet ist.

Die Wandung des ersten Längsabschnittes besitzt eine Öffnung 9, die mit einer Leitung 10 in Verbindung steht. Diese ist mit einem Druckregler verbunden, der durch das Kraftstoffeinspritz-Steuersystem gesteuert wird.

Koaxial in die Leitung 8 ist ein kegelstumpfförmiger Ventilkern 11 derart eingesetzt, daß sein Endbereich mit dem kleineren Durchmesser dem Rohrstück 3 zugewandt ist.

Die Abmessungen des Ventilkerns 11 sind ebenfalls so berechnet, daß sich in Kombination mit dem Profil des Venturirohres 8 ein optimaler Wirkungsgrad ergibt.

Der Ventilkern 11 hat folgende Dimensionen:

BAD ORIGINAL

Auf einen zylindrischen Teil mit einer Länge von 15 mm folgt ein konischer Teil mit einer Länge von 90 mm. Die Erzeugende dieses konischen Teiles hat einen größten Durchmesser von 30 mm und ist gegenüber der Achse des Kerns 11 um 5° 42,6' geneigt.

Diese Abmessungen gelten für den obengenannten Vierzylindermotor» Wenn der Durchmesser der Leitung 8 verändert wird, muß sich selbstverständlich auch der Durchmesser des Ventilkerns 11 ändern, damit die anfänglichen Proportionen unverändert beibehalten werden.

Der Ventilkern 11 besitzt eine axiale Bohrung 12, die sich über einen großen Teil seiner Länge erstreckt und in der sich ein Schaft 13 befindet. Dieser Schaft 13 besitzt einen Durchmesser, der im wesentlichen dem Durchmesser der Bohrung 12 entspricht. Er ist koaxial zur Achse der Leitung 8 montiert.

Der Schaft 13 ist in einen Sitz 14 eingeschraubt, der in einer zylindrischen Kappe 15 ausgebildet ist. Diese Kappe 15 ist mittels eines Stiftes 16 und Bolzen 17 koaxial zu dem zylindrischen Körper 7 fixiert.

Der Ventilkern 11 ist längs des Schaftes 13 bewegbar. Zur Bewegung dient eine Stange 18, die mit einem Ende an einem auf dem Schaft 13 gleitbar angeordneten hohlzylindrischen Körper 19 befestigt ist. Dieser hohlzylindrische Körper ist in den den größeren Durchmesser aufweisenden Teil des Ventilkerns 11 eingeschraubt. Das andere Ende der Stange ragt durch eine Bohrung der Kappe 15 und ist gelenkig mit einem Arm 21 verbunden, der mit Hilfe eines an dem Arm 21 gebildeten Schlitzes 22 und eines an der Kappe 15 befestigten Stiftes 23 an letzterer schwenkbar angebracht ist.

BAD ORIGINAL

Das andere Ende des Armes 21 ist mit einem Kabel Zk verbunden, das zu dem (nicht dargestellten) Gaspedal führt. Wenn das Gaspedal niedergedrückt wird, ändert sich die Position des Ventilkerns 11 innerhalb des Venturirohres 8 entsprechend.

Eine zweite Stange, die durch eine in der Kappe 15 gebildete Öffnung 26 hindurchragt, ist mit einem Ende fest mit dem Hohlkörper 19 und mit dem anderen Ende mit einem Arm 27 verbunden, der seinerseits mit der Betätigungsstange 28 eines resistiven Positionssensors 29 in Verbindung steht. Der Sensor 29 liefert ein Signal, das für die Position des Ventilkerns und damit für den Einlaßluftstrom kennzeichnend ist. Durch Änderung der Länge der Stange 25 läßt sich die Minimalstellung des Sensors 29 justieren.

Eine mit einem Filter 32 versehene Leitung 31 für die Luftzufuhr vom Außenraum ist im Bereich einer öffnung 30 mit der Kappe 15 verschraubt.

Zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzdüse .5 dient ein elektronisches Steuersystem, das eine Reihe von Sensoren zur Erfassung des Betriebszustandes des Motors umfaßt. Hierzu gehören

- ein Temperatursensor 33,

- ein Sensor 37 zur Erfassung des oberen Totpunktes und damit zur Kennzeichnung des momentanen Motordrehwinkels,

- ein als phonisches Rad ausgebildeter Sensor 42 zur Erfassung der Motorgeschwindigkeit

- sowie ein Sensor 29 zur Erfassung des Luftdurchsatzes in dem Luftdrosselventil 38.

Die Sensoren sind mit einer elektronischen Steuereinheit AO verbunden, welche die Kraftstoffeinspritzung in herkömmlicher Weise in Abhängigkeit von den von den Sensoren gelieferten

BAD ORIGINAL

— "if —

Signalen steuert.

Die Einspritzdüse 5 ist ferner mit dem Kraftstoffsystem verbunden, welches einen Kraftstofftank 53, ein Kraftstoffilter 54 sowie eine Pumpe 55 umfaßt, die in Reihe angeordnet sind.

Stromabwärts der Pumpe 55 ist ein Druckregler 56 angeordnet, der mit dem Tank 53 in Verbindung steht und dessen Aufgabe darin besteht, überschüssigen Kraftstoff zurückzuführen. Der Druckregler 56 wird durch ein Signal gesteuert, das ihm von dem Positionssensor 29 des Luftdrosselventils 38 über die elektronische Steuerschaltung 40 zugeführt wird.

Das Hauptmerkmal des mit variablem Durchsatz arbeitenden Luftdrosselventils 38 besteht darin, daß es als Schallrohrdrosselventil ausgebildet ist, d.h. daß für jede Größe des kreisringförmigen Querschnittes, der von dem Außenprofil des Ventilkerns 11 unddem Innenprofil des Körpers 7 bestimmt ist, zumindest innerhalb des am häufigsten auftretenden Betriebsbereiches des Motors ein entsprechender spezifischer Luftdurchsatz existiert. Dies bedeutet, daß der Luftdurchsatz in jedem Zeitpunkt durch die Verwendung des einfachen resistiven Positonssensors 29 bestimmt werden kann, der mit dem Ventilkern 11 starr verbunden ist und dessen Position kontinuierlich signalisiert.

Leerseite

Claims

32k2833

-ß-

Patentansprüche

Vorrichtung zur Steuerung der Zuführung von Kraftstoff und Luft in das Saugrohr einer Otto-Brennkraftmaschine

- mit einem Luftdrosselventil zur Steuerung des Luftdurchsatzes durch das Ansaugrohr,

- mit wenigstens einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzdüse, die stromabwärts der Luftdrosseldüse angeordnet ist,

- sowie mit einer elektronischen Steuereinrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzdüse in Abhängigkeit von verschiedenen Motorbetrxebsparametern einschließlich des momentanen Motordrehwinkels und des angesaugten Luftdurchsatzes, wobei die Steuereinrichtung Sensoren zur Erfassung der verschiedenen Parameter beinhaltet,

dadurch gekennzeichnet,

- daß das Luftdrosselventil ein Drosselventil (38) nach Art eines Schallrohres mit variablen Durchsatz ist und aus einem Venturirohr (8) mit vorbestimmten Profil und einem kegelstumpfförmigen Ventilkern (11) besteht, der ebenfalls ein vorbestimmtes Profil besitzt und koaxial in dem Venturirohr (8) angebracht und durch Betätigung der Motorbeschleunigungssteuerung in Längsrichtung des Venturirohres (8) axial verschiebbar angeordnet ist,

- und daß der Sensor zur Erfassung des angesaugten Luftdurchsatzes von einem Positionssensor (29) gebildet ist, der auf die Position des Ventiikerns (11) innerhalb des Venturirohres (8) anspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Venturirohr (8) eine Gesamtlänge von 85 mm hat und aus

- einem ersten Abschnitt von 12 mm Länge und einem Winkel von 97! 7,5' senkrecht zur Achse des Venturirohres (8)

- einem darauffolgenden Abschnitt von 10,5 mm Länge und

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einem Winkel von 95° 26,47*/

- einem Abschnitt von 12,5 mm Länge und einem Winkel von 92° 17/44«,

- einem Abschnitt von 12,5 mm Länge und einem Winkel von 90°,

- einem Abschnitt von 12,5 mm Länge und einem Winkel von 87° 42,56',

- einem Abschnitt von 5 mm Länge und einem Winkel von 78° 41,41·,

- einem Abschnitt von 17 mm Länge und einem Winkel von 73° 36,63',

- einem Abschnitt von 3 mm Länge und einem Winkel von 28° 36,63'

besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kegel stumpfförmige Ventilkern (11) eine Gesamtlänge von 105 mm besitzt und aus einem 15 mm langen zylindrischen Abschnitt und einem 90 mm langen konischen Abschnitt besteht, wobei die Erzeugende des konischen Abschnittes gegenüber der Kernachse um 5° 42,6' geneigt ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der äußeren Kante des letzten Abschnittes von 3 mm Länge des Venturirohres (8) 50 mm beträgt und der Durchmesser des breiteren Endes des konischen Abschnittes des Ventilkerns (11) 30 mm beträgt. «