DE3701170A1

DE3701170A1 - Lufteinlassvorrichtung fuer einen dieselmotor

Info

Publication number: DE3701170A1
Application number: DE19873701170
Authority: DE
Inventors: Koichiro Ito
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1986-01-17
Filing date: 1987-01-16
Publication date: 1987-07-23
Also published as: SE8700120D0; SE8700120L; US4811712A; JPS62165537A

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Lufteinlaßvorrichtung zur Verwendung in einem Dieselmotor, und besonders eine Lufteinlaßvorrichtung zur Verwendung in einem Dieselmotor mit Funkenzündung (funkenunterstützter Zündung), wo die Zündung oder Entflammung des in seine Zylinder eingespritzten Kraftstoffs durch Zündfunken unterstützt wird. In derartigen Dieselmotoren mit Funkenzündung wird als Kraftstoff ein Kraftstoffgemisch verwendet, das mehr als 10 Volumenprozent Methanol oder Ethanol enthält, und außerdem ist im Abgasrohr ein Oxidationskatalysator angeordnet.

2. Stand der Technik

Bei den bisher hergestellten Lufteinlaßvorrichtungen für Dieselmotoren der angegebenen Art wurde entweder keine Regulierung vorgesehen, um die zugeführte Lufmenge zu verringern, wenn der Motor unter Leerlaufbedingungen oder einer niedrigen Last, d. h. in einem Teillastbetrieb läuft, oder selbst wenn eine solche Regelung vorgesehen war, erfüllte sie nicht immer die gestellten Anforderungen.

In Dieselmotoren mit Funkenzündung, die mit den bisher hergestellten Lufteinlaßvorrichtungen ausgerüstet sind, kann daher im Teillastbetrieb keine vollkommene Verbrennung des in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffs erreicht werden, was den Kraftstoffverbrauch und die Eigenschaften des Abgases nachteilig beeinflußt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von den oben erwähnten Verhältnissen und hat zur Aufgabe, eine Lufteinlaßvorrichtung für einen Dieselmotor mit Funkenzündung zu schaffen, worin eine vollkommene Verbrennung des in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffs durch wirksame Regelung der zugeführten Luftmenge erreicht werden kann, selbst wenn der Motor in einem niedrigen Leerlaufbetrieb oder Niederlastbetrieb, d. h. einem Teillastbetrieb arbeitet, wodurch sein Kraftstoffverbrauch und die Menge an schädlichen oder gefährlichen Bestandteilen im Abgas verringert werden.

Die Erfindung bezweckt auch eine Lufteinlaßvorrichtung für einen Dieselmotor mit Funkenzündung, der als Kraftstoff Alkohol verwendet und in dessen Abgasrohr ein Oxidationskatalysator angeordnet ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine Lufteinlaßvorrichtung für einen Dieselmotor mit Funkenzündung vorgeschlagen, die eine Drosselklappe aufweist, die in einem Lufteinlaßverbindungsrohr eingebaut ist, das mit einem Lufteinlaßsystem des Motors verbunden ist, und mit einer Drosselklappenbetätigungsvorrichtung ausgerüstet ist, die mit einem Kraftstoffregelmechanismus des Motors verbunden ist, so daß die Drosselklappe in der Drossel- oder Schließrichtung betätigt oder gedreht wird, wenn der Motor in einem Teillastbetrieb läuft.

Weiter wird gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung eine Lufteinlaßvorrichtung für einen Dieselmotor mit Funkenzündung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Anordnung bei einem Teillastbetrieb des Motors einen Unterdruck der gedrosselt zugeführten Luft im Bereich von 20 bis 80 kPa (2000 bis 8000 mmWs) aufrechterhält.

Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird eine Lufteinlaßvorrichtung für einen Dieselmotor mit Funkenzündung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Drosselklappenbetätigungsvorrichtung durch eine mechanische Vorrichtung oder die Kombination der mechanischen Vorrichtung und einer elektrischen Vorrichtung mit dem Kraftstoffregelmechanismus des Motors verbunden ist.

Die Erfindung wird mit weiteren Einzelheiten und Vorteilen erläutert durch die folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, die sich auf die beigefügten Zeichnungen beziehen. Hierin sind:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßvorrichtung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Grad der Betätigung (des Herabdrückens) eines Gaspedals (Beschleunigungsreglers) und dem Öffnungsgrad der Drosselklappe der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Unterdruck der gedrosselt zugeführten Luft und der Temperatur des Katalysators in der ersten Ausführungsform der Fig. 1;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Unterdruck der gedrosselt zugeführten Luft und der Dichte des Kohlenwasserstoffs im Abgas in der ersten Ausführungsform der Fig. 1;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Unterdruck der gedrosselt zugeführten Luft und der Kraftstoffersparnis in der ersten Ausführungsform der Fig. 1;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßvorrichtung;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Betätigungsgrad (Herabdrücken) des Gaspedals und dem Öffnungsgrad der Drosselklappe in der zweiten Ausführungsform der Fig. 6;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßvorrichtung;

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Betätigungsgrad des Gashebels und dem Öffnungsgrad der Drosselklappe in der dritten Ausführungsform der Fig. 8;

die Fig. 10 und 11 schematische Darstellungen einer vierten und fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßvorrichtung;

Fig. 12 eine graphische Darstellung der Unterdrücke der eingelassenen Luft, welche den Kraftstoffverbrauch auf einem Minimum halten;

Fig. 13 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Motorleistung und der Stellung des Einspritzzeitpunktreglers, und

Fig. 14 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Motorleistung und der Betätigung des Gaspedals.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt die Bauweise der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßvorrichtung zur Verwendung bei einem Dieselmotor mit Funkenunterstützter Zündung (nachfolgend kurz: mit Funkenzündung).

Fig. 1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzpumpe 1 zur Verwendung mit einem Dieselmotor mit Funkenzündung, und einen Kraftstoffregulierhebel 2. Der Kraftstoffregulierhebel 2 ist durch einen Verbindungsdraht 3 mit einem nicht gezeigten Beschleunigermechanismus (Gaspedal) verbunden. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei der Betätigung des Gaspedals durch die Bedienungsperson der Kraftstoffregulierhebel 2 gedreht wird, um die Menge des eingespritzten Kraftstoffs einzustellen. Ferner sind ein Einspritzzeitpunktregler (Begrenzer) und ein Lufteinlaßverbindungsrohr 5 vorgesehen, das mit dem Lufteinlaßsystem des Dieselmotors mit Funkenzündung verbunden ist. Im Einlaßverbindungsrohr 5 ist eine Drosselklappe 6 eingebaut, an der ein Drosselhebel 7 starr befestigt ist, der seinerseits durch einen Verbindungsdraht 8 mit dem Kraftstoffregulierhebel 2 der Kraftstoffeinspritzpumpe 1 verbunden ist. Die erwähnte Drosselklappe 6 ist durch eine Feder 9 in Schließrichtung beaufschlagt. Wenn der Kraftstoffregulierhebel 2 in Richtung eines Anstiegs der Motorleistung gedreht wird, wird die Drosselklappe 6 entsprechend gegen die Vorspannkraft der Feder 9 geöffnet.

Bei der beschriebenen Anordnung wird bei Betätigung des Gaspedals in Richtung einer Erhöhung der Motorleistung der Öffnungsgrad der Drosselklappe 6 proportional zu der manipulierten Variablen der Beschleunigungsregelvorrichtung vergrößert, wie die durchgehende Linie in Fig. 2 zeigt. Die Drehzahl des Motors im Null-Lastbetrieb verändert sich gleichzeitig, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 gezeigt.

Der Unterdruck der gedrosselt eingelassenen Luft, der durch Öffnen der erwähnten Drosselklappe erhalten wird, verändert sich von einem Höchstwert von etwa 78,5 kPa (8000 mmWs) bis zu einem Mindestwert von 0 kPa (0 mmWS).

Kurz gesagt, verändert sich der Unterdruck der gedrosselt zugeführten Luft von etwa 78,5 kPa im Leerlauf und Teillastbetrieb bis zu 0 kPa unter der Bedingung maximaler Ausgangsleistung.

Demgemäß wird bei einem Teillastbetrieb das Luft/ Kraftstoffverhältnis verringert, um die Flammengeschwindigkeit zu erhöhen und so die Kraftstoffverbrennung, den Kraftstoffverbrauch und die Eigenschaften des Abgases zu verbessern.

Außerdem erhöht die Verringerung des Luft/Kraftstoff- -Verhältnisses im Teillastbetrieb die Temperatur des Abgases sowie die des im Abgasrohr angeordneten Katalysators, wodurch dieser aktiviert und das Abgas besser gereinigt wird.

Der in diesem Motor verwendete Kraftstoff ist Alkohol und schließt besonders Methanol, Ethanol und ein Kraftstoffgemisch, das mehr als 10 Volumenprozent von entweder Methanol oder Ethanol enthält, ein.

Ausführungsbeispiel

Man ließ den Motor in einem niedrigen Leerlaufbetrieb unter Verwendung eines Kraftstoffs mit 100 Volumenprozent Methanolgehalt laufen. Durch Veränderung des Öffnungsgrades der Drosselklappe wurde der Unterdruck der gedrosselt zugeführten Luft von 0 bis 80 kPa (8000 mmWS) verändert, um Veränderungen in der Temperatur des Katalysators, dem Gehalt an Kohlenwasserstoff im Abgas und dem Kraftstoffverbrauchsverhältnis festzustellen.

Als Ergebnis erhielt man die in Fig. 3 gezeigten Katalysatortemperaturen, die in Fig. 4 gezeigten Kohlenwasserstoffgehalte im Abgas und die in Fig. 5 gezeigten Kraftstoffverbrauchsverhältnisse. Diese Versuchsergebnisse zeigen, daß verbesserte Kohlenwasserstoffgehalte und Kraftstoffverbrauchsverhältnisse bei Unterdrücken der gedrosselten zugeführten Luft im Bereich von 20 bis 80 kPa (2000 bis 8000 mmWS) erhalten wurden.

Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßvorrichtung für einen Dieselmotor mit Funkenzündung.

In dieser Ausführungsform ist ein Drosselhebel 7 durch eine Hilfsfeder 10 mit einem Draht 8 verbunden.

Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 6, der durch Betätigung der Beschleunigungsvorrichtung (des Gaspedals) in dieser Ausführungsform erhalten wird, ist durch die durchgezogene Linie in Fig. 7 gezeigt. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 6 ist klein in dem Bereich, wo die Federkraft der Hilfsfeder 10 wirksam ist, und steigt an, sobald die Hilfsfeder 10 voll zusammengedrückt wurde.

In dieser zweiten Ausführungsform wird die Drosselwirkung durch die Beschleunigungsvorrichtung bei der anfänglichen Betätigungsstufe wirksam gemacht, so daß eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchsverhältnisses bei einem Teillastbetrieb erreicht werden kann.

Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßvorrichtung für einen Dieselmotor mit Funkenzündung.

In dieser Ausführungsform ist ein Drosselhebel 7 durch zwei Hilfsfedern 12 und 13 mit verschiedenen Federkonstanten und einem zwischen ihnen angeordneten Federsitz 11 mit einem Draht 8 verbunden.

Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 6, der durch Betätigung der Beschleunigungsvorrichtung in dieser Ausführungsform erhalten wird, verändert sich wie durch die ausgezogene Linie in Fig. 9 gezeigt. In dem Bereich, wo die Federkraft der Hilfsfeder 12 mit niedrigerer Federkonstante wirksam ist, ist der Grad der Öffnung der Drosselklappe 6 klein, wie bei der erwähnten zweiten Ausführungsform. Sobald die Hilfsfeder 12 voll zusammengedrückt wurde, wird die Drosselklappe 6 durch die Hilfsfeder 13 mit einer höheren Federkonstante weiter gedreht. Wenn schließlich die Biegekraft der Hilfsfeder 13 mit höherer Federkonstante die zum Herabdrücken des Gaspedals aufgewandte Kraft übersteigt, dreht sich die Drosselklappe 6 integral mit dem Draht 8 im Sinn einer Vergrößerung des Öffnungsgrades. Sobald die Drosselklappe 6 voll geöffnet wurde und sich nicht weiter drehen kann, wird bei weiterem Herabdrücken des Gaspedals die Hilfsfeder 13 mit höherer Federkonstante zusammengedrückt, so daß das Gaspedal weiter bis zu seiner Endstellung herabgedrückt werden kann, während die Drosselklappe 6 voll geöffnet ist.

In dieser dritten Ausführungsform kann die Drosselklappe 6 voll geöffnet werden bevor das Gaspedal bei einem Hochlastbetrieb voll herabgedrückt ist. Dadurch kann das Kraftstoffverbrauchsverhältnis bei voll herabgedrücktem Gaspedal, d. h. bei einem Hochlastbetrieb, wesentlich verbessert werden.

Die Fig. 7 und 9 zeigen die Drehzahlen des Motors durch eine gestrichelte Linie.

Auch kann die Beschleunigungsvorrichtung (das Gaspedal) mit der Drosselklappe 6 über eine Kurvenscheibenvorrichtung so verbunden sein, daß die Drosselklappe 6 durch Betätigung der Beschleunigungsvorrichtung gesteuert werden kann, wie in Fig. 7 und 9 gezeigt.

Fig. 10 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßvorrichtung für einen Dieselmotor mit Funkenzündung.

In dieser Ausführungsform ist eine Betätigungsvorrichtung 14 mit dem Drosselhebel 7 verbunden, der seinerseits mit der Drosselklappe 6 verbunden ist, so daß letzere durch die Betätigungsvorrichtung 14 betätigt wird. Ein elektronischer Regler 15 steuert die erwähnte Betätigungsvorrichtung 14, und ein Einspritzzeitpunktsensor mißt die Stellung des Einspritzzeitpunktreglers der Kraftstoffeinspritzpumpe 1. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Stellung des Einspritzzeitpunktreglers der Kraftstoffeinspritzpumpe 1 durch den Einspritzzeitpunktsensor 16 elektrisch gemessen und das vom Sensor 16 erzeugte Meßsignal verwendet wird, um den Öffnungsgrad der Drosselklappe 6 durch den elektronischen Regler 15 und die Betätigungsvorrichtung 14 elektrisch zu steuern.

Fig. 11 zeigt eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßvorrichtung für einen Dieselmotor mit Funkenzündung.

In dieser Ausführungsform ist eine Betätigungsvorrichtung 14 mit einem Drosselhebel 7 verbunden, der an der Drosselklappe 6 angebracht ist, so daß letztere mittels der Betätigungsvorrichtung 14 betätigt werden kann. Ein elektronischer Regler 15 steuert elektronisch die erwähnte Betätigungsvorrichtung 14 durch ein Steuersignal entsprechend der Stellung des Gaspedals, die durch den Gaspedalsensor 17 gemessen wird, und entsprechend der Drehzahl des Motors, die durch den Drehzahlsensor 18 gemessen wird, so daß die Drosselklappe 6 entsprechend dem Grad des Herabdrückens des Gaspedals geöffnet wird.

Der Unterdruck der eingelassenen Luft wird durch einen Sensor 19 gemessen, und dieser Meßwert des Unterdrucks wird ebenfalls in den elektronischen Regler 15 eingespeist.

Weiterhin ist es in dieser Ausführungsform möglich, das Ausgangsdrehmoment und/oder die Einspritzzeitpunktreglerstellung der Kraftstoffeinspritzpumpe statt der Stellung des Gaspedals zu messen und auf der Grundlage der Meßwerte mittels des elektronischen Reglers 15 ein Steuerungssignal zu erzeugen, um so den Öffnungsgrad der Drosselklappe 6 zu steuern.

Weiterhin kann in der vierten und fünften Ausführungsform, die in den Fig. 10 und 11 gezeigt sind, die Betätigungsvorrichtung 14 vom mechanischen oder elektrischen Typ sein und entweder direkt durch den elektronischen Regler 15 oder eine Kolben-Zylinder-Einheit gesteuert werden, die durch ein Druckfluid betätigt wird. Im Fall der Kolben-Zylinder- Einheit ist die Anordnung so getroffen, daß ein Fluidregelventil im Druckfluidzufuhrkreis angeordnet und der Steuerung durch den elektronischen Regler 15 unterworfen ist.

Das Diagramm der Fig. 12 zeigt die Unterdrücke der gedrosselt zugeführten Luft, die erforderlich sind, um das Kraftstoffverbrauchsverhältnis bei einem Mindestwert zu halten. Das Diagramm der Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen der Motorleistung und der Einspritzzeitpunktreglerstellung. Das Diagramm der Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen der Motorleistung und der veränderten Variablen des Gaspedals und damit der Stellung des Einspritzzeitpunktreglers der Kraftstoffeinspritzpumpe.

Claims

1. Lufteinlaßvorrichtung für einen Dieselmotor mit Funkenzündung, gekennzeichnet durch eine Drosselklappe (6), die in ein Lufteinlaßverbindungsrohr (5), das mit einem Lufteinlaßsystem des Dieselmotors verbunden ist, eingebaut ist, und eine Drosselklappenbetätigungsvorrichtung, die mit einem Kraftstoffreguliermechanismus (1, 2) des Motors so verbunden ist, daß die Drosselklappe (6) in die Richtung der Drosselung (Schließstellung) betätigt oder gedreht wird, wenn der Motor in einem Teillastbetrieb arbeitet.

2. Lufteinlaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck der gedrosselt zugeführten Einlaßluft bei einem Wert im Bereich von 20 bis 80 kPa gehalten wird, wenn der Motor in einem Teillastbetrieb läuft.

3. Lufteinlaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappenbetätigungsvorrichtung folgende Elemente aufweist: einen Drosselhebel (7), der mit der Drosselklappe (6) starr verbunden ist; ein Stück Draht (8), das den Drosselhebel (7) mit dem Kraftstoffreguliermechanismus (1, 2) des Motors verbindet; und eine elastische Vorrichtung, die zwischen die Drosselklappe oder den Drosselhebel und das Lufteinlaßverbindungsrohr (5) eingeschaltet ist, so daß die Drosselklappe (6) in Richtung der Drosselung oder Schließstellung betätigt oder gedreht wird, wenn der Motor in einem Teillastbetrieb arbeitet.

4. Lufteinlaßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtstück (8) durch eine Hilfsfeder (10) mit dem Drosselhebel (7) verbunden ist.

5. Lufteinlaßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtstück (8) mit dem Drosselhebel (7) durch zwei Hilfsfederelemente (12, 13) verbunden ist, deren Federkonstanten verschieden sind und die durch einen zwischen ihnen angeordneten Federsitz (11) voneinander getrennt sind.

6. Lufteinlaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappenbetätigungsvorrichtung folgende Elemente aufweist: einen mit der Drosselklappe (6) starr verbundenen Drosselhebel (7); eine mit dem Drosselhebel (7) verbundene Betätigungsvorrichtung (14); und einen elektronischen Regler (15), der das Signal, welches die Stellung des Einspritzzeitpunktreglers der Kraftstoffeinspritzpumpe (1) anzeigt, vom Einspritzzeitpunktsensor empfängt und den Betrieb der Betätigungsvorrichtung (14) steuert.

7. Lufteinlaßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Regler (15) so aufgebaut ist, daß er Signale empfängt, die vom Sensor (17) der Gaspedalstellung, dem Motordrehzahlsensor (18) und dem Unterdrucksensor (19) der Einlaßluft geliefert werden und den Betrieb der Betätigungsvorrichtung (14) entsprechend steuert.