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Die Erfindung betrifft einen Gemischbildner mit einer be-
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triebsparameterabhängig elektronisch gesteuerten Kraftstoffzugabe
in einen stromab einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe in einem Motoransaugrohr
befindlichen Venturi-Bereich.
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Bei einem aus der DE-OS 29 17 825 bekannten Gemischbildner gelangt
der Kraftstoff über elektronisch angesteuerte Düsen direkt in den stromab der Drosselklappe
befindlichen Venturi-Bereich. Grundsätzlich hat diese Betriebsweise gegenüber normalen
Festlufttrichter-Vergasern den wesentlichen Vorteil, daß in allen Betriebsbereichen
ein größerer Unterdruck zur Verfügung steht und die Kraftstoffzugabe mittels weniger
Elemente an einer zentralen Zumeßstelle erfolgt.
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Aufgrund der Veränderbarkeit und der Größe des Unterdruckes im Ansaugbereich
muß eine sehr exakte Steuerung der Kraftstoff-Düsen vorgesehen werden, was im Zusammenhang
mit einer exakten Kraftstoffdosierung zu Problemen führen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
derartigen Gemischbildner mit relativ einfachen Mitteln so auszubilden, daß in allen
Betriebsphasen in leicht überschaubarer Weise eine exakt reproduzierbare Kraftstoffdosierung
möglich ist, und zwar ohne Beeinflussung durch Druckschwankungen im Motoransaugrohr.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine über zumindest eine
feste Drosselstelle in einen Vorzerstäuber in den VenturiBereich mündende, eingangsseitig
membrangesteuerte Gleichdruckstrecke mit einem gegenüber dem Atmosphärendruck verminderten
Unterdruck, durch eine in die Gleichdruckstrecke mündende Kraftstoff-Nadeldüse mit
einer Dosiernadel und durch einen in Abhängigkeit mehrerer Betriebsparameter von
einem Steuergerät elektronisch ansteuerbaren, mit der Dosiernadel verbundenen Verstellmotor
erreicht.
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Bei einem solchen Gemischbildner, der nichts mit einem sogenannten
Gleichdruckvergaser zu tun hat, wird nur in einem Bypass zum Hauptluftstrom ein
Gleichdruck hergestellt, um konstante Druckverhältnisse an der Kraftstoffdüse sicherzustellen
und die Nadel steuerung zu vereinfachen. Bei konstantem Förderdruck an der Nadeldüse
muß der freie Düsenquerschnitt nur dem veränderlichen Luftdurchsatz und nicht dem
sich gegenläufig verändernden Saugrohrdruck angepaßt werden. Der in die Gleichdruckstrecke
gelangende Kraftstoff wird dann über die feste Drosselstelle in den Vorzerstäuber
im Venturi-Bereich gesaugt, wo besonders große Unterdruckverhältnisse und Luftgeschwindigkeiten
vorliegen. Während in den Leerlauf- und unteren Teillastbereichen ohnehin ein großer
Saugrohrunterdruck herrscht, ergibt sich ein solcher in den oberen Teillast- und
Vollastbereichen durch den Venturi-Unterdruck im Vorzerstäuber. Der Luftdurchsatz
durch die Gleichdruckstrecke ist relativ klein und zumindest kleiner als der Leerlauf-Luftdurchsatz;
da somit die Nadelkontur nur dem Luftdurchsatz des Hauptluftstroms angepaßt werden
muß, ist eine feinere Anpassung der Kraftstoffdosierung möglich.
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In weiterer Ausgestaltung ist der Verstellmotor als ein umpolbarer,
schnell verstellbarer Elektromotor mit federzentrierter Mittelstellung ausgebildet.
Dadurch läuft der Verstellmotor automatisch in die Mittelstellung, sobald das Ansteuersignal
entfällt bzw. die elektrische Versorgung ausfällt. Hierdurch ergibt sich insoweit
eine Notlaufeigenschaft, als der Verstellmotor in einem solchen Betriebsfall keine
undefinierte Stellung der Dosiernadel bewirkt.
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Vorzugsweise wird als Verstellmotor ein Glockenankermotor benutzt,
der ein sehr geringes Trägheitsmoment hat und sich somit sehr schnell verstellen
läßt, um eine unverzügliche Berücksichtigung von sich ändernden Betriebsparametern
vornehmen zu können. Außerdem ermöglicht ein solcher Motor, insbesondere wenn er
als Zweiwicklungsdrehsteller ausgebildet ist, ein leichtes Anfahren einer definierten
Stellung, so daß auf eine Stellungsrückmeldung verzichtet werden kann.
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Grundsätzlich wäre es möglich, die Dosiernadel mechanisch nur durch
den Verstellmotor anzusteuern. Es wird jedoch bevorzugt, eine von dem Verstellmotor
übersteuerbare mechanische Steuerverbindung zwischen der Drosselklappe und der Dosiernadel
vorzusehen. In diesem Zusammenhang kann ein drehzentrierter Verstellmotor unmittelbar
in der mechanischen Steuerverbindung mitdrehend angeordnet werden. Durch diese Maßnahmen
erfolgt eine Vorsteuerung der Dosiernadel durch die Stellung der Drosselklappe,
und alle erforderlichen Abweichungen hiervon werden nach Erfassen der notwendigen
Betriebsparameter durch entsprechende Ansteuerung des Verstellmotors in der Steuerverbindung
berücksichtigt.
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Durch diese Maßnahmen ergeben sich hervorragende Notlaufeigenschaften,
da der federzentrierte Verstellmotor bei einem Ausfall der Motoransteuerung ein
definiertes Koppelglied in der mechanischen Steuerverbindung darstellt.
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Um besonders gute Notlaufeigenschaften zu erzielen, wird es ferner
bevorzugt, eine dem wiew-iligen Luftdurchsatz angepaßte und im Straßenteillastbereich
dem erwünschten Lambda-Verlauf entsprechende Nadelkontur der Dosiernadel vorzusehen.
In diesem Fall ist auch ohne korrigierende Übersteuerung durch den Verstellmotor
ein ausreichender Notlauf gewährleistet.
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Vorzugsweise ist ein zumindest den Drosselklappenwinkel, die zeitliche
Drosselklappen-Winkeländerung, die Motortemperatur und die Drehzahl erfassendes
Steuergerät zum Ansteuern des Verstellmotors vorhanden. In weiterer Ausgestaltung
ist es zweckmäßig, einen mit dem Steuergerät elektrisch verbundenen Drosselklappenansteller
vorzusehen. Alle Abweichungen der durch die mechanische Steuerverbindung zwischen
der Drosselklappe und der Dosiernadel vorgegebenen Abhängigkeiten können nach Erfassen
der notwendigen Betriebsparameter durch das Steuergerät, das vorzugsweise einen
Mikro-Prozessor enthält, erfaßt bzw. errechnet und für das Nachsteuern
der
Dosiernadel bzw. das Über- bzw. Untersteuern der mechanischen Steuerverbindung herangezogen
werden. Zu den Abweichungen gehören beispielsweise die Kennfeldanpassung, die Beschleunigung,
der Schub, die Temperatur, die Höhe, die Lambda-Regelung usw. . Als Betriebsparameter
können außer den oben genannten beispielsweise auch die Lufttemperatur, der Saugrohrdruck,
die Drehzahländerung, das Signal der Lambda-Sonde usw. berücksichtigt werden.
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In weiterer Ausgestaltung ist ein von einer Membrandose gesteuertes
Nadelventil an dem mit der Atmosphäre verbundenen Einlaß der Gleichdruckstrecke
vorhanden. Hierdurch lassen sich in einfacher Weise ausreichend gleichförmige Gleichdruckverhältnisse
erzielen.
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Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 In einem schematischen Längsschnitt einen erfindungsgemäßen
Gemischbildner; Fig. 2 in einem schematischen Blockdiagramm die Signalverarbeitung;
Fig. 3 in einer Detailansicht die Anordnung des Verstellmotors in der mechanischen
Steuerverbindung; Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 3, in einer Seitenansicht; Fig.
5 eine Ausführungsform eines mittenzentrierten Verstellmotors, in einem schematischen
Schnitt; und Fig. 6 in einer schematischen Darstellung den Verstellbereich des mittenzentrierten
Verstellmotors gemäß Fig. 5.
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Gemäß Fig. 1 befindet sich in einem in Pfeilrichtung durchströmten
Motoransaugrohr 1 eine schwenkbare Drosselklappe 2, die von einem Fahrer beispielsweise
entgegen der Wirkung einer nicht dargestellten Rückstellfeder in Pfeilrichtung d.h.
im Öffnungssinne, willkürlich verstellt werden kann.
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Die Drosselklappe 2 befindet sich auf einer Schwenkwelle 3, der ein
Winkelgeber 4, beispielsweise ein optischer, magnetischer oder ohmscher Winkelgeber,
zugeordnet ist. Mit Hilfe dieses Winkelgebers 4 ist es möglich, die jeweilige Drosselklappenstellung
und deren zeitliche Stellungsveränderung zu erfassen.
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Im Unterschied zu üblichen Festlufttrichter-Vergasern befindet sich
stromab der Drosselklappe 2 ein Venturi-Bereich 5 mit einem darin angeordneten Vorzerstäuber
6, in den eine Gleichdruckstrecke 7 über eine Drosselstelle 8 einmündet.
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Eingangsseitig ist die Gleichdruckstrecke 7 mit einem Nadelventil
9 versehen, das mittels einer Membrandose 11 einen Luft-Einlaß 10 mehr oder weniger
stark mit der Gleichdruckstrecke 7 verbindet. Die Membrandose 11 ist über einen
Kanal 12 mit der Gleichdruckstrecke 7 so verbunden, daß die Membrandose 11 das Nadelventil
weiter öffnet bzw. schließt, wenn der Unterdruck in der Gleichdruckstrecke 7 ansteigt
bzw. abfällt. Auf diese Weise ergeben sich weitgehend gleichförmige Gleichdruckverhältnisse
in der Gleichdruckstrecke 7.
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In die Gleichdruckstrecke 7 mündet eine Nadeldüse 13, die sich am
Auslaß eines in eine Schwimmerkammer 16 ragenden Tauchrohres 15 befindet. Eine longitudinal
bewegbare, profilierte Dosiernadel 14 greift mehr oder weniger weit in die Nadeldüse
13 ein, um hierdurch den freien Düsenquerschnitt zu steuern. Die Dosiernadel 14
ist mit einem in Fig. 1 lediglich angedeuteten Nadelantrieb 17 verbunden und kann
mittels einer in Fig. 1 angedeuteten Feder in Schließrichtung
vorgespannt
sein. Die Dosiernadel 14 wird von einem elektrischen Verstellmotor betätigt, der
in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 19 und in den weiteren Figuren mit dem Bezugszeichen
26 belegt ist.
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Gemäß Fig. 2 ist der Verstellmotor 19 ggf. über eine gegenseitige
Steuerverbindung mit einem elektronischen Steuergerät 18, wie einem Mikroprozessor,
verbunden, das eingangsseitig mit verschiedenen Eingangssignalen 21 bis 25 beaufschlagt
werden kann. Die Eingangssignale stellen verschiedene Betriebsparameter dar, und
es kann sich hierbei beispielsweise um den Drosselklappen-Winkel, die Drosselklappen-Winkeländerung,
die Motortemperatur, die Drehzahl sowie das Signal eines Leerlaufschalters handeln.
Wie es bereits ausgeführt wurde, können auch weitere Betriebsparameter erfaßt werden.
Außerdem ist gemäß Fig. 2 ein Drosselklappenansteller 20 ggf. auch über eine gegenseitige
Steuerverbindung mit dem elektronischen Steuergerät 18 verbunden. Dieser auf die
Drosselklappe 2 einwirkende Drosselklappen-Ansteller 20 ermöglicht durch die Veränderung
der Stellung der vom Fahrer freigegebenen Drosselklappe wiederum eine Beeinflussung
des Verstellmotors und damit der Nadeldüse bzw. der Kraftstoffdosierung.
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Wie es aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, kann der Verstellmotor,
hier mit 26 bezeichnet, unmittelbar in einer mechanischen Steuerverbindung zwischen
der Schwenkwelle 3 der Drosselklappe 2 und der hier nicht dargestellten Dosiernadel
14 bzw. dem in Fig. 1 dargestellten Nadelantrieb 17 angeordnet sein. Gemäß den Fig.
3 und 4 sitzt der Verstellmotor 26 auf der Schwenkwelle 3, und der Motorausgang
ist mit einem Schwenkhebel 27 verbunden, an dem ein Antriebshebel 28 angelenkt ist,
die unmittelbar mit dem Nadelantrieb 17 aus Fig. 1 verbunden sein kann. Somit ist
der Verstellmotor 26 mit der mechanischen Steuerverbindung mitdrehbar, und er kann
je nach elektronischer Ansteuerung für ein Übersteuern oder Untersteuern der mechanischen
Steuerverbindung sorgen.
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Damit beim Ausfallen der elektrischen Versorgung bzw. der Ansteuersignale
der Verstellmotor 26 eine neutrale Mittelstellung einnimmt, bei der keine Übersteuerung
oder Untersteuerung der mechanischen Steuerverbindung auftritt, ist es zweckmäßig,
einen federzentrierten Verstellmotor 26 vorzusehen, wie er beispielhaft in Fig.
5 dargestellt wird.
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Während das Gehäuse des Verstellmotors an einer Seite mit der Schwenkwelle
3 verbunden ist, ist die drehbare Welle 29 des Verstellmotors ausgangsseitig mit
dem Schwenkhebel 27 verbunden. Der eigentliche Motorteil 30 sorgt dafür, daß sich
die Welle 29 in Abhängigkeit von der Motoransteuerung mehr oder weniger weit dreht.
Gemäß Fig. 6 kann die Motordrehung von einer Mittelstellung ausgehend in positivem
und negativem Drehsinn um jeweils etwa 900 erfolgen. Die Drehbewegung erfolgt gegen
die Wirkung zweier rückstellender Federn 31, 32, die auf der Welle 29 sitzen und
an entgegengesetzten Seiten eines Anschlags 33 des Motorgehäuses anliegen. Ein mit
der Welle 29 verbundener Mitnehmer 34 sorgt dafür, daß beim Drehen des Motors die
eine oder die andere Feder ausgelenkt wird. Dadurch ist es möglich, daß beim Wegfall
der Motoransteuerung die jeweils ausgelenkte Feder den Motor in die Mittenstellung
zurückdreht. Auf diese Weise wird erreicht, daß der nicht angesteuerte Verstellmotor
26 lediglich als ein definiertes mechanisches Koppelglied der mechanischen Steuerverbindung
zwischen der Drosselklappe und der Dosiernadel fungiert.
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Wie bereits erwähnt wurde, ist die Nadelkontur der Dosiernadel 14
so gestaltet, daß sich auf der Straßenteillast-Kurve der gewünschte Lambda-Verlauf
ergibt (Notlaufeigenschaft). Für alle anderen Kennfeldpunkte sowie für Start, Warmlauf,
Beschleunigung usw. wird das gewünschte Lambda mit Hilfe des Verstellmotors durch
das elektronische Steuergerät eingestellt. Daraus werden Steuersignale für den Verstellmotor
19 bzw. 26 und evtl. für den an sich bekannten Drosselklappen-Ansteller 20 abgeleitet.
Mit Hilfe
des Drosselklappen-Anstellers lassen sich eine Leerlauffüllungsregelung,
eine Schubabschaltung sowie eine Füllungsanpassung für Start und Warmlauf realisieren.
Ohne Drosselklappen-Ansteller würde die Füllungsanpassung für Start und Warmlauf
in bekannter Weise mit Hilfe eines Dehnstoffelementes, einer Bimetallfeder mit Stufenscheibe
o.ä. Vorrichtungen durchgeführt werden.
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Nachfolgend werden die Funktionen für die einzelnen Betriebszustände
beschrieben: 1. Leerlauf: Der gesamte Leerlauf-Luftdurchsatz setzt sich aus dem
Luftdurchsatz durch die leicht geöffnete Drosselklappe 2 und dem maximalen Luftdurchsatz
der Gleichdruckstrecke 7 zusammen, wobei letzterer kleiner als der Hauptluftstrom
im Leerlaufzustand ist. Dabei öffnet die Steuermembran der Membrandose 11 das Nadelventil
9 für die Gleichdrucksteuerung auf den maximalen Wert, damit der Druck in der Gleichdruckstrecke
nicht abfällt und im wesentlichen konstant bleibt. Die Dosiernadel 14 der Kraftstoffdüse
nimmt dabei die dem jeweiligen Drosselklappen-Winkel entsprechende Stellung ein.
Sofern eine Leerlauffüllungsregelung vorgesehen ist, wird die Füllung durch Verstellung
der Drosselklappe 2 geregelt. Dadurch erfolgt gleichzeitig auch eine Anpassung der
Kraftstoffmenge mit Hilfe der Dosiernadel 14 (anderer Kennfeldpunkt).
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2. Straßenteillast, Teillast: Aus mindestens zwei Meßwerten wird
ein dem Motor entsprechendes Kennfeld gebildet. Als Meßwerte können beispielsweise
die Drehzahl sowie die Drosselklappen-Stellung oder die Drehzahl sowie der Saugrohrdruck
benutzt werden. Für jeden Kennfeld-Punkt wird im elektronischen
Steuergerät
18 ein dem Motor angepaßter Ansteuerungswert für den Verstellmotor 19 bzw. 26 festgelegt.
Hierdurch ist es möglich, für jeden Kennfeld-Punkt ein optimales Gemisch zu erhalten,
und damit einen verbrauchsoptimierten, abgasoptimierten und leistungsoptimierten
Betrieb zu gewährleisten. Entsprechend weiterer Motoreinflüsse, wie der Temperatur,
der Höhe (Luftdruck) usw., kann das Kennfeld weiter verändert werden.
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3. Vollast: Für die maximale Leistung bei Vollast ist es lediglich
erforderlich, die jeweiligen Stellungen der Dosiernadel 14 in Abhängigkeit von der
Drehzahl vorzugeben.
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Bei Vollast besteht gegenüber Gleichdruckvergasern oder Vollast-Anreicherungen
durch Schließen einer Vordrossel (Starterklappe) bei Festlufttrichter-Vergasern
hier der Vorteil, daß der Ansaugstrom nicht gedrosselt wird und somit kein Leistungsverlust
entsteht.
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4. Start t Warmlauf: Für den Start erfolgt die Gemischanpassung durch
weiter res Öffnen der Dosiernadel 14, und die hierfür erforderlichen Werte werden
vom elektronischen Steuergerät 18 entsprechend der Motorparameter, wie der Motortemperatur,
der Saugrohrtemperatur od.dgl. vorgegeben.
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Die Füllungserhöhung erfolgt entweder durch die Leerlauffüllungs-Regelung
(mit Hilfe eines elektronisch angesteuerten Drosselklappen-Stellgliedes, z.B. eines
Drosselklappen-Anstellers) oder durch eine mechanische Verstellung der Drosselklappe,
wie durch ein auf den Drosselhebel einwirkendes Dehnstoffelement oder durch eine
Bimetallfeder und eine Stufenscheibe, was von Vergasern mit koventioneller Startautomatik
bekannt ist.
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5. Beschleunigungsanreicherung: Bei einer Beschleunigung wird aus
den Meßwerten der zeitlichen Drosselklappen-Winkeländerung und/oder der zeitlichen
Drehzahländerung ein Wert errechnet, um den die Dosiernadel 14 weiter geöffnet wird.
Diese Anreicherung kann auch temperaturabhängig gemacht werden.
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6. Schubabschaltung / Motorabstellen: Bei diesen Funktionen wird
die Dosiernadel 14 vollständig in Schließstellung gebracht. Im Falle eines vorhandenen
Drosselklappen-Anstellers kann zusätzlich die Drosselklappe 2 weiter geschlossen
werden.
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Der erfindungsgemäße Gemischbildner ermöglicht somit eine zentrale,
genaue und betriebsparameterabhängig bedarfsgerechte Kraftstoffdosierung in einem
Bereich großen Unterdruckes und großer Luftstromgeschwindigkeiten. Es ist eine sehr
gute Kennfeldanpassung durch elektronische Steuerung möglich, wobei gleichzeitig
gute Notlaufeigenschaften erhalten bleiben. Außerdem ist der neue Gemischbildner
einfach und kompakt aufgebaut.
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