DE3301319C2

DE3301319C2 - Drosselvorrichtung für die Ansaugluft bei einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE3301319C2
Application number: DE3301319A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Miura; Kazushi Toyota Aichi Takahashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1982-01-18
Filing date: 1983-01-17
Publication date: 1987-01-29
Also published as: US4450806A; JPS58122334A; DE3301319A1

Abstract

Offenbart ist eine Drosselvorrichtung für die Ansaugluft bei einem Dieselmotor, wobei in einem Ansaugsystem eine Drosselklappe angeordnet ist, die entsprechend dem Betriebszustand des Motors in eine voll geöffnete, eine voll geschlossene oder eine Zwischenstellung gebracht wird. Eine Betätigungseinrichtung für die Drosselklappe wird durch Unterdruck betrieben. Ein auf Temperatur ansprechendes Ventil ist in einer Leitung, die die Betätigungseinrichtung mit einer Unterdruckquelle verbindet, angeordnet, wodurch die Drosselklappe voll geöffnet wird und somit weißer Rauch im Abgas vermieden wird, wenn der Motor kalt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drosselvorrichtung im Luftansaugsystem einer Diesel-Brennkraftmaschine.
Eine derartige Drosselvorrichtung ist aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS 30 24 731 bekannt. Hierbei wird eine Steuerklappe im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine durch eine Betätigungseinrichtung verstellt, die über eine Unterdruckleitung von einer Unterdruckpumpe beaufschlagt wird und mit steigendem Unterdruck die Steuerklappe in ihre Schließstellung bewegt. In der Unterdruckleitung sind in Reihe drei Ventile vorgesehen, die die Betriebsparameter Kühlwassertemperatur, Auslaßdruck und Ladedruck stromab der Steuerklappe erfassen und den zur Betätigungseinrichtung geführten Unterdruck entsprechend bestimmen. Ziel dieser Art der Regelung der Steuerklappe ist es, insbesondere im Leerlauf der Brennkraftmaschine Drehmomentschwankungen, die Ursache für Schwingungen und Geräuschentwicklungen sind, zu vermindern. Hierzu wird sie beim Leerlauf der Brennkraftmaschine in eine drosselnde Stellung gebracht, während sie bei voller Belastung sowie beim Kaltstart in einer vollständig geöffneten Stellung steht.
Aus der AT 3 64 197 ist eine Drosselvorrichtung für eine Brennkraftmaschne mit Kraftstoffeinspritzung bekannt, bei welcher die im Luftansaugsystem vorgesehene Steuerklappe in Abhängigkeit von den jeweils herrschenden Betriebsparametern eine erste, stark drosselnde und zweite, vollständig geöffnete Stellung einnimmt, wobei zwischen diesen Stellungen beliebige im wesentlichen durch die jeweilige Kraftstoffeinspritzmenge bestimmte Zwischenstellungen möglich sind. ln dieser Steuerklappe sind Öffnungen ausgebildet, die selbst bei einer Schließ-Maximalstellung der Steuerklappe eine für den Leerlaufbetrieb ausreichende Luftströmung gestatten. Ferner wird die Steuerklappe im Leerlaufbetrieb bei Kühlwassertemperaturen, die geringer als ein bestimmter Wert sind, in der drosselnden Stellung gehalten. Bei dieser Art der Steuerklappenreglung treten insbesondere bei einem Dieselmotor einerseits bei lastfreiem Betrieb oder Abschalten des Motors Vibrationen und Geräusche auf, während andererseits in der Warmlaufphase weißer Rauch im Abgas, begleitet von unvollständiger Verbrennung, entsteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drosselvorrichtung im Luftansaugsystem einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung zu schaffen, die gewährleistet, daß eine übermäßige Geräuschentwicklung bei bestimmten Betriebsbedingungen sowie eine Bildung von weißem Rauch im Abgas während der Warmlaufphase vermieden ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchsgelöst.
Durch das vollständige Schließen des Luftansaugsystems beim Abstellen der Brennkraftmaschine so, daß keine Luftströmung mehr stattfinden kann, ist das insbesondere bei einer Diesel-Brennkraftmaschine auftretende Abstellgeräusch beseitigt. Zudem wird durch die vollständige Öffnung der Steuerklappe während Kühlwassertemperaturen die kleiner als ein bestimmter Wert sind, eine unvollständige Verbrennung auf ein Minimum begrenzt und dadurch der weiße Rauch im Abgas stark vermindert.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch das den beiden elektromagnetisch betätigten Umschaltventilen in Reihe vorgeschaltete Thermostatventil wird eine in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur vorrangige Regelung der Steuerklappe erreicht, da eine Unterdruckzuführung unabhängig von der jeweiligen Stellung der Umschaltventile nur dann möglich ist, wenn das Thermostatventil die Unterdruckzuführung freigegeben hat, was bei Kühlwassertemperaturen größer als die Grenztemperatur der Fall ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung ausführlich erläutert.
Die Figur zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Drosselvorrichtung im Luftansaugsystem einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung.
Eine Ansaugleitung 1 ist mit einem Ansaugkrümmer 2 verbunden; beide bilden ein Luftansaugsystem, das Luft in Richtung des Pfeils A in einen Motorzylinder (nicht gezeigt) führt.
In der Ansaugleitung 1 ist eine Steuerklappe 3 fest an einer Achse 4 angebracht, die sich zusammen mit dieser drehen kann. Ein Ende eines Hebels 5 ist an der Achse 4 angebracht, während das andere Ende drehbar am oberen Ende einer Stange 6 befestigt ist, deren unteres Ende mit einer mittels Unterdruck arbeitenden Betätigungseinrichtung 7 verbunden ist. Die Steuerklappe 3 kann durch diese Betätigungseinrichtung 7 in eine voll geöffnete Stellung I (in durchgezogener Linie dargestellt), in eine Zwischenstellung II (in gestrichelter Linie dargstellt) und in eine vollständig geschlossene Stellung III (in halbdurchbrochener Linie dargestellt) gebracht werden.
Die Betätigungseinrichtung 7 umfaßt zwei hintereinander angeordnete Membranvorrichtungen 8 und 9, die beide jeweils eine Membran (nicht gezeigt) und eine diese in Richtung nach oben in der Zeichnung beaufschlagende Feder (nicht gezeigt) aufweisen; die Membran und eine innere Gehäusewand bilden eine Unterdruckkammer (nicht gezeigt). Infolge des Unterdrucks wird die Membran in der Zeichnung nach unten bewegt. Das untere Ende der Stange 6 ist mit der Membran der ersten Membranvorrichtung 8 verbunden, die wiederum mit der Membran der zweiten Membranvorrichtung 9 verbunden ist und so die Bewegung deren Membran auf die Stange 6 übertragen kann. Somit steht die Steuerklappe 3 in der voll geöffneten Stellung 1, wenn in beiden Unterdruckkammern beider Membranvorrichtungen 8 und 9 kein Unterdruck herrscht, sie nimmt die Zwischenstellung II ein, wenn nur in der Unterdruckkammer der ersten Membranvorrichtung 8 Unterdruck herrscht, und sie befindet sich in der voll geschlossenen Stellung III, wenn an beide Kammern Unterdruck angelegtist.
Der Unterdruck wird von einer Unterdruckquelle bzw. einer Unterdruckpumpe (nicht gezeigt) erzeugt. Diese Pumpe ist durch eine Leitung 10 mit einem Unterdruckbehälter 11 verbunden, der zunächst durch eine gemeinsame Leitung 12 und dann durch getrennte Leitungen mit der ersten und zweiten Membranvorrichtung 8 bzw. 9 verbunden ist. Ein mit einem Bimetall ausgestattetes Thermostatventil 13, das auf die Temperatur des Kühlwassers des Motors anspricht, ist in dieser gemeinsamen Leitung 12 angeordnet. Eine von der gemeinsamen Leitung abzweigende Leitung 14, ein magnetbetätigtes Umschaltventil 15, eine Leitung 16, ein Einwegverzögerungsventil 17 und eine Leitung 18 sind in Reihenschaltung mit dem ersten Membrangehäuse 8 verbunden. Eine Leitung 19, ein magnetbetätigtes Umschaltventil 20 und eine Leitung 21 sind ebenfalls in Hintereinanderschaltung mit dem zweiten Membrangehäuse 9 verbunden.
Das Thermostatventil 13 hat drei Anschlüsse A, B und C. Liegt die Temperatur des Kühlwassers des Motors unter einem bestimmten Wert, so stehen die Anschlüsse A und C miteinander in Verbindung und Atmosphärendruck breitet sich sowohl in der ersten als auch zweiten Membranvorrichtung 8 bzw. 9 aus, wodurch die Drosselklappe in ihre voll geöffnete Stellung 1 gebracht wird. Wenn die Temperatur des Kühlwassers über einem bestimmten Wert liegt, steht der Anschluß A mit dem Anschluß B in Verbindung, so daß sich der Unterdruck aus dem Unterdruckbehälter 11 zu beiden Umschaltventilen 15 und 20 fortpflanzt.
Jedes der magnetbetätigten Umschaltventile 15 und 20 hat drei Anschlüsse A, B und C, wobei Anschluß A mit Anschluß C in Verbindung steht, wenn an den Umschaltventilen eine Spannung anliegt, während die beiden Anschlüsse A und B miteinander in Verbindung stehen, wenn keine Spannung anliegt. Die Spannung wird durch einen Zündschlüsselschalter 23 von einer Lichtmaschine 22 auf die Umschaltventile 15 und 20 übertragen. Durch den Zündschlüsselschalter liegt sie direkt am Umschaltventil 20 an, während sie über einen Schaltkreis 24, der in Reihe mit dem Zündschlüsselschalter 23 geschaltet ist und ein Relais 24 sowie einen Beschleunigungsschalter 25 umfaßt, am Umschaltventil 15 liegt.
Beim Betrieb wird zum Starten des Motors der Zündschlüsselschalter 23 eingeschaltet und gleichzeitig die Spannung an das Umschaltventil 20 angelegt, wodurch durch dessen Verbindung der Anschlüsse C und A solange Atmosphärendruck in der Unterdruckkammer der zweiten Membranvorrichtung 9 herrscht, als der Zündschlüsselschalter 23 eingeschaltet ist.
Das Anlegen der Spannung an das Umschaltventil 15 wird durch den Beschleunigungsschalter 25 gesteuert, wobei Spannung anliegt, wenn dieser ausgeschaltet ist; dies bedeutet, daß das Gaspedal zum Beschleunigen oder zum Betrieb unter Last oder aufgrund einer Gemischanreicherung beim Kaltstart - falls eine derartige Vorrichtung vorgesehen ist - niedergedrückt ist. Andererseits liegt am Umschaltventil 15 bei eingeschaltetem Beschleunigungsschalter 25 keine Spannung an, d. h. das Gaspedal steht in Ruhestellung und der Motor läuft im Leerlauf oder mit sinkenden Drehzahlen nach Lastbetrieb. Dieser Zustand wird als "Betrieb ohne Last" bezeichnet.
Da während lastfreiem Betrieb des Motors keine Spannung anliegt, herrscht durch die Verbindung der Anschlüsse A und B des Umschaltventils 15 in der Unterdruckkammer der ersten Membranvorrichtung 8 Unterdruck. Da in der zweiten Membranvorrichtung 9 kein Unterdruck herrscht, steht die Steuerklappe in der Zwischenstellung II und der Luftstrom durch die Ansaugleitung 1 in die Brennkammer ist etwas gedrosselt. Eine Drosselungsrate von 10% bis 30% hat sich zur Vermeidung von Vibration als vorteilhaft erwiesen.
Durch Niederdrücken des Gaspedals wird der Beschleunigungsschalter 25 ausgeschaltet und Spannung an das Umschaltventil 15 angelegt, wodurch der Anschluß A mit dem Anschluß C verbunden wird und sich somit Atmosphärendruck in die Unterdruckkammer der ersten Membranvorrichtung 8 fortpflanzen kann. Die Steuerklappe 3 wird deshalb voll geöffnet und der Motor läuft mit uneingeschränkter Leistung, da die Luft nicht gedrosselt wird. Das Einwegverzögerungsventil 17 arbeitet derart, daß sich die Steuerklappe 3 nach plötzlicher Lastwegnahme allmählich von der voll geöffneten Stellung I in die Zwischenstellung II, andererseits aber schlagartig von der Zwischenstellung II in die voll geöffnete Stellung I bewegen kann.
Das Thermostatventil 13, das stromauf der Umschaltventile 15 und 20 in der gemeinsamen Leitung 12 angeordnet ist, versorgt die Membranvorrichtung 8 und 9 nicht mit Unterdruck, wenn sich die Temperatur des Kühlwassers unterhalb dem bestimmten Wert befindet. Somit wird die Steuerklappe 3 in die voll geöffnete Stellung 1 gebracht, unabhängig davon, ob die Spannung an die Umschaltventile 15 und 20 angelegt ist oder nicht. Deshalb erfolgt die Drosselung der angesaugten Luft während Leerlauf des Motors nur nach dem Anstieg der Temperatur des Kühlwassers bis auf den bestimmten Wert. Somit wird beim Warmlaufen des Motors eine vollständigere Verbrennung erreicht und der weiße Rauch im Abgas vermindert.
Wenn der Motor zum Stillstand kommt, wird der Zündschlüsselschalter 23 ausgeschaltet und die Kraftstoffversorgung unterbrochen. Da an beiden Umschaltventilen 15 und 20 keine Spannung anliegt, steht jeweils Anschluß A mit Anschluß B in Verbindung und Unterdruck herrscht in beiden Unterdruckkammern der Membranvorrichtung 8 und 9, wodurch die Steuerklappe in die vollständig geschlossene Stellung III gebracht wird. Da in die Brennkammer keine Luft mehr strömt, wird die Vibration, die gewöhnlich beim Abstellen des Motors auftritt, wirkungsvoll vermindert; dies hat sich durch den Versuch bestätigt.

Claims

1. Drosselvorrichtung mit einer in einem Luftansaugsystem einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung angeordneten Steuerklappe, die mittels einer Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine in verschiedene Stellungen gebracht wird, wobei sie beim Leerlauf in einer drosselnden Stellung und bei voller Belastung sowie beim Kaltstart in einer vollständig geöffneten Stellung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine ein Dieselmotor ist, dessen Steuerklappe (3) solange in der vollkommen geöffneten Stellung verbleibt, bis die Kühlwassertemperatur größer als ein bestimmter Wert (Grenztemperatur) ist, daß beim Abstelllen der Brennkraftmaschine nach Überschreitung dieser Grenztemperatur die Steuerklappe (3) in eine vollständige geschlossene Stellung übergeht, daß die Betätigungseinrichtung (7) zwei hintereinander geschaltete, mit Unterdruck arbeitende Membranvorrichtungen (8, 9) umfaßt, die beide jeweils eine Unterdruckkammer aufweisen, und daß die Steuerklappe (3) in die drosselnde Stellung gebracht wird, wenn in einer der beiden Unterdruckkammern Unterdruck herrscht.

2. Drosselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckversorgung jeder der Membranvorrichtungen (8, 9) über je ein elektromagnetisch gesteuertes Umschaltventil (15, 20) erfolgt, denen in Reihe ein Thermostatventil (13) zur Erfassung der Kühlwassertemperatur vorgeschaltet ist, das bei Kühlwassertemperaturen kleiner als die Grenztemperatur die Unterdruckversorgung durch Öffnung eines Atmosphärenanschlusses (C) unterbricht.

3. Drosselvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltventile über einen Zündschlüsselschalter (23) mit Spannung versorgt werden und im spannungslosen Zustand - Abstellen der Brennkraftmaschine - eine Atmosphärenverbindung (C) schließen.

4. Drosselvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einwegverzögerungsventil (17) zwischen einer der Unterdruckkammern (8) und dem dazugehörigen Umschaltventil (15) angebracht ist.