DE3902283A1 - Kraftstoff-luft-gemischbildungsvorrichtung fuer verbrennungsmotoren - Google Patents
Kraftstoff-luft-gemischbildungsvorrichtung fuer verbrennungsmotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung
für Verbrennungsmotoren, mit einem rotationssymmetrischen
Düsenkörper, der zusammen mit einem in ihm verschiebbaren
rotationssymmetrischen Drosselkörper eine konvergent-divergente
Düse bildet, die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors
mündet, sowie mit einer Kraftstoffmengenregeleinrichtung
mit einer Kraftstoffleitung, die in oder in der Nähe des
engsten Querschnitts in die Düse mündet.
Bei mit Benzin betriebenen Verbrennungsmotoren muß zur Erzielung
eines schadstoffarmen Betriebes die Gemischzusammensetzung
(Lambda-Wert) - unabhängig vom jeweiligen Betriebspunkt
des Motors - in engen Grenzen gehalten werden. Nur dadurch
ist es möglich, die gesetzlich vorgeschriebenen zulässigen
Grenzwerte für die Schadstoffe im Abgas des Motors einzuhalten.
Insbesondere beim Betrieb des Motors mit Abgaskatalysatoren
darf das "Lambda-Fenster" für optimale Konvertierung
der Gemischzusammensetzung nur sehr wenig um einen optimalen
Lambda-Wert schwanken. Dies wird erreicht durch
- - eine Vorsteuerung des Kraftstoff-Luftgemisches für den gesamten Betriebsbereich des Motors, die von vornherein nur möglichst wenig von der idealen Gemischzusammensetzung abweicht,
- - eine zusätzliche Regelung des vorgesteuerten Gemisches mittels einer Lambda-Sonde, die bei Abweichungen der Gemischzusammensetzung vom Idealwert eine Rückführung auf den idealen Lambda-Wert bewirkt.
Je weniger der Lambda-Wert des vorgesteuerten Gemisches vom idealen
Lambda-Wert abweicht, um so wirksamer kann die Regelung des
Kraftstoff-Luftgemisches durch die Lambda-Sonde erfolgen, um
so weniger Schadstoffe enthält das Abgas.
In der Praxis erfolgt die Vorsteuerung des Kraftstoff-Luftgemisches
durch Abrufen spezifischer Daten eines durch Versuche
ermittelten Kennfeldes, in dem beispielsweise als Stützpunkt
die Drehzahlen und Drehmomente des Motors erfaßt sind und zwischen
den einzelnen Stützpunkten eine lineare Interpolation
vorgenommen wird. Abgesehen davon, daß für jeden Motortyp
ein eigenes Kennfeld erstellt werden muß, kann eine Vorsteuerung
über ein Kennfeld nur eine Näherungslösung darstellen,
weil motorunabhängige Größen in die Ermittlung des Kennfeldes
nicht oder nur sekundär einfließen. Ferner bedingt eine
Kennfeldregelung wegen der erforderlichen Abgleichung von
aktuellen Motordaten mit den Kennfelddaten und dann erst einsetzender
Regelung eine zeitverzögerte Vorsteuerung des Kraftstoff-Luftgemisches,
so daß der zusätzlichen Regelung über
eine Lambda-Sonde eine größere Bedeutung zukommt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung
für Verbrennungsmotoren der genannten Art
zu schaffen, die eine einfache und schnelle Vorsteuerung der
Zusammensetzung des Kraftstoff-Luftgemisches ermöglicht.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung
für Verbrennungsmotoren der genannten Art,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kraftstoffmengenregeleinrichtung
eine Zumeßeinheit aufweist, die mit einer mit
den Kraftstofftank verbundenen Kraftstofförderleitung und
der in die Düse mündenden Kraftstofförderleitung verbunden
ist, sowie ein motorabhängig bewegbares Zumeßorgan zum
Steuern der Kraftstoffdurchflußmenge umfaßt, das bewegungsschlüssig
mit dem Düsenkörper gekoppelt ist.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß in der Gemischbildungsvorrichtung
die Strömungsgeschwindigkeit der Luft für
einen weiten Betriebsbereich des Motors Schallgeschwindigkeit
erreicht. Solange der Druck der Luft im Saugrohr des Motors
einen "kritischen" Wert unterschreitet, ändert sich an der
Strömungsgeschwindigkeit und am Zustand der Luft im engsten
Querschnitt der Düse nichts. Dies bedeutet, daß dabei der
Luftmassenstrom - bei unveränderlicher Stellung des Drosselkörpers
- konstant bleibt. Wird diesem konstanten Luftmassenstrom
ein konstanter Kraftstoffmassenstrom zugeführt, dann
bleibt auch die Zusammensetzung des entstehenden Gemisches
(Lambda-Wert) konstant, die Vorsteuerung des Kraftstoff-Luftgemisches
ist in diesem Falle unveränderlich. Die konkrete
Zuordnung von konstantem Luftmassenstrom und konstantem
Kraftstoffmassenstrom wird erfindungsgemäß durch die bewegungsschlüssige
Kopplung von Zumeßorgan und Düsenkörper erreicht.
Grundsätzliche Voraussetzungen der gleichmäßigen Gemischvorsteuerung
ist dabei, daß der wirksame Querschnitt
des Kraftstoffzumeßorganes proportional dem wirksamen Querschnitt
der Düse ist. Wird, ausgehend von dem "kritischen
Strömungszustand" im engsten Querschnitt der Düse die Motorbelastung
gesteigert, dann wird schließlich bei Überschreitung eines bestimmten
Luftdruckes im Saugrohr der Übergang von kritischer
Strömung (mit "Schallgeschwindigkeit") in eine unterkritische
Strömung ("Unterschallströmung") erfolgen. Bei unveränderter
Stellung des Drosselkörpers würde damit der vom Motor
angesaugte Luftmassenstrom kleiner. Würde sich dabei der mit
verkleinertem Luftmassenstrom beigemischte Kraftstoffmassenstrom
nicht ändern, würde das Gemisch zu "fett", der Lambda-Wert
würde abnehmen, die Gemischtzusammensetzung bei unverändertem
Kraftstoffmassenstrom immer mehr von der idealen Vorsteuerung
abweichen, mit den nachteiligen Folgen einer entsprechenden
Zunahme der anteiligen Schadstoffe im Abgas des
Motors. Damit sich die Gemischzusammensetzung (Lambda-Wert)
des Kraftstoff-Luftgemisches beim Übergang vom kritischen
Strömungszustand in den unterkritischen Strömungszustand
nicht verändert, muß im gleichen Maße wie der Luftmassenstrom
dabei abnimmt, auch der Kraftstoffmassenstrom abnehmen. Eine
besondere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zur Regelung
von Luftmassenstrom und Kraftstoffmassenstrom in Abhängigkeit
von motorunabhängigen Größen eine Korrektur der Kopplung
von Zumeßorgan und Düsenkörper erfolgt. Bevorzugt handelt
es sich bei den motorunabhängigen Größen um den Druck p L der
Luft im engsten Querschnitt der Düse, den Umgebungsdruck p₀
vor der Düse und die Umgebungstemperatur T₀ vor der Düse.
Die genannte Regelung nimmt Bezug auf die physikalischen
Gegebenheiten, nach denen der Luftmassenstrom eine Funktion
des Verhältnisses der spezifischen Wärmen, der Gaskonstante
R, des sogenannten Lavalquerschnittes A D in Abhängigkeit von
der Drosselkörperstellung y K , des Umgebungsdruckes p₀, der
Umgebungstemperatur T₀ und des Druckes p L der Luft im engsten
Querschnitt der Düse (Lavalquerschnitt) ist, sowie der Kraftstoffmassenstrom
eine Funktion , R, A D , den die stöchiometrische
Verbrennung repräsentierenden Wert λ, dem stöchiometrischen
Verhältnis Luft/Kraftstoff L min , p₀, T₀, p L ist.
Die Regelung von Luftmassenstrom und Kraftstoffmassenstrom
über die Größen p L , p₀ und T₀, das heißt die kennfeldunabhängige
Regelung erfolgt mit so hoher Geschwindigkeit, daß
einer zusätzlichen Regelung des vorgesteuerten Gemisches
mittels der Lambda-Sonde nur eine untergeordnete Bedeutung
zukommt.
Eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung
sieht vor, daß die
Zumeßeinheit durch eine eine Öffnung aufweisende Blende in
zwei Teilräume unterteilt ist, wobei einer der Teilräume mit
der mit dem Kraftstofftank verbundenen Kraftstofförderleitung
und der andere der Teilräume mit der in die Düse mündenden
Kraftstofförderleitung verbunden ist und das Zumeßorgan in
Abhängigkeit von seiner motorlastabhängigen Position die
Blendenöffnung mehr oder weniger durchsetzt. Eine besonders
einfache Zuordnung der Bewegungen von Zumeßorgan und Drosselkörper
ergibt sich dabei, wenn diese starr miteinander verbunden
sind und darüber hinaus das Zumeßorgan direkt oder indirekt
mittels des Fahrzeuggaspedals bewegbar ist. Eine Bewegung
des Drosselkörpers führt infolgedessen zu einer proportionalen
Bewegung des Zumeßorgans mit einer proportionalen
Änderung von Luftmassenstrom und Kraftstoffmassenstrom. Als
besonders vorteilhaft wird es in diesem Zusammenhang angesehen,
wenn sowohl der Drosselkörper als auch das Zumeßorgan
als Kegel ausgebildet sind, die gleichgerichtet und rotationssymmetrisch
mit einer gemeinsamen Lagerachse verbunden sind,
wobei unter dem Begriff Kegel auch solche Kegelgestaltungen
verstanden werden sollen, die von einem mathematisch definierten
Kegel abweichen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß der der kraftstofftankseitigen Kraftstofförderleitung
zugeordnete Teilraum der Zumeßeinheit über eine Öffnung
mit einem Ausgleichsraum verbunden ist, wobei ein mit dem
Zumeßorgan bewegungsschlüssig gekoppeltes Ausgleichselement, insbesondere
ein Ausgleichskolben die Öffnung dichtend durchsetzt und der Ausgleichsraum
über eine Zweigleitung mit der düsenseitigen Kraftstofförderleitung
verbunden ist. Diese Ausgestaltung der Zumeßeinheit dient
der Korrektur der Gemischzusammensetzung bei Änderung des Belastungszustandes
des Motors. So würde eine Veränderung des
Belastungszustandes (Druck im Saugrohr) des Motors zu einer
Luftdruckänderung im Saugrohr führen. Hierdurch würde bei
einer Verminderung des Druckes im Saugrohr an der Saugrohrwandung
angelagerter Kraftstoff in Form eines Kraftstoffilmes
verdampfen und das Kraftstoff-Luftgemisch nach der Düse "angefettet",
das heißt der Lambda-Wert verringert. Bei einer Vergrößerung
des Druckes im Saugrohr würde sich Kraftstoff am
Saugrohr niederschlagen und damit das in den Motor eintretende
Gemisch "abmagern", das heißt den Lambda-Wert vergrößern.
In beiden Fällen würde das den Motor zugeführte Kraftstoff-Luftgemisch
von dem für die optimale Konvertierung erforderlichen
Lambda-Wert mehr oder weniger stark abweichen. Je
schneller die Änderung der Motorbelastung und damit des Saugrohrdruckes
erfolgen würde, um so größer würde die Abweichung
vom optimalen Lambda-Wert. Die genannte Ausgestaltung der
Zumeßeinheit mit einem Ausgleichsraum gleicht den Einfluß der
bei der Änderung des Saugrohrdruckes veränderlichen Kraftstoffmenge
weitgehend dadurch aus, daß bei einer Verkleinerung
des Saugrohrdruckes, das heißt einem Abdampfen von Kraftstoff
von den Saugrohrwänden das von der Gemischbildungsvorrichtung
gelieferte Gemisch abgemagert wird, indem Kraftstoff statt
zur Düse in den Ausgleichsraum gefördert wird, und bei einer
Vergrößerung des Saugrohrdruckes, das heißt einer Kondensation
von Kraftstoff aus dem von der Gemischbildungsvorrichtung gelieferten
Gemisch und einer Anlagerung an den Saugrohrwandungen,
das von der Gemischbildungsvorrichtung gelieferte Gemisch
angereicht wird, indem zusätzlicher Kraftstoff aus dem
Ausgleichsraum gefördert wird. In beiden Fällen wird zwar
keine exakte Kompensation der Änderung des Kraftstoffilmes
am Saugrohr erreicht, bei richtiger Bemessung des Ausgleichskolbens
wird jedoch die Abweichung von dem durch die Gemischbildungsvorrichtung
ideal vorgesteuerten Kraftstoff-Luftgemisch
bei plötzlicher Laständerung vermindert, die Regelung
durch die Lambda-Sonde entlastet. Im Ergebnis wird dadurch
die Konvertierung der Schadstoffe verbessert. Selbstverständlich
kann zur Erzielung des oben genannten Effektes anstelle
eines Ausgleichskolbens auch eine Membrane oder ein Faltenbals
usw. Verwendung finden.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kraftstoffmengenregelung
mittels eines Zumeßreglers erfolgt,
der von einer Steuerelektronik ansteuerbar ist, die
wie oben beschrieben die Kopplung des Zumeßorganes und des
Düsenkörpers in Abhängigkeit von den motorunabhängigen Größen
korrigiert. Eine weitere Korrekturgröße kann das
Luftverhältnis darstellen, das in bekannter Art
und Weise mittels einer Lambda-Sonde ermittelbar ist und
gleichfalls in die Steuerelektronik eingegeben wird.
Vorteilhaft weist der Zumeßregler zwei mittels einer flexiblen
Membran gegeneinander abgedichtete Kraftstoffräume auf, und
es ist ein Kraftstoffraum über eine Zweigleitung mit der,
mit dem Kraftstofftank verbundenen Kraftstofförderleitung
und einer Rückführleitung mit dem Kraftstofftank verbunden,
sowie der Zufluß des Kraftstoffes in diesen Kraftstoffraum
durch eine über die Steuerelektronik regelbares Drosselelement
veränderbar und es ist im Abfluß ein statisches Drosselelement
angeordnet, wobei der andere Kraftstoffraum über einen ersten
Teil der in die Düse mündenden Kraftstofförderleitung mit der
Zumeßeinheit und einen zweiten Teil dieser Kraftstofförderleitung
mit der Düse verbunden ist und der Durchtrittsquerschnitt
des anderen Kraftstoffraumes mittels der flexiblen
Membran regelbar ist. Die Zweigleitung sollte benachbart
von einer dem einen Kraftstoffraum zugeordneten flexiblen
Membranenden und der Durchtrittsquerschnitt zwischen der Leitungsmündung
und der Membran mittels eines auf die Membran
einwirkenden und über die Steuerelektronik ansteuerbaren
Elektromagneten veränderlich sein. Die Gemischbildungsvorrichtung
sollte schließlich einen Systemdruckregler aufweisen,
der einen konstanten Kraftstoffdruck in der Kraftstofförderleitung
zur Zumeßeinheit und in der Zweigleitung sicherstellt.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der
Figuren und in den Unteransprüchen dargestellt, wobei bemerkt
wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von
Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.
In den Figuren ist die Erfindung anhand einer Ausführungsform
sowie deren teilweisen Modifikation verdeutlicht, ohne hierauf
beschränkt zu sein. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung,
Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des grundsätzlichen
Zusammenhanges der Massenströme von
Luft und Kraftstoff in Abhängigkeit vom Druck
im engsten Querschnitt der Düse für den überkritischen
und unterkritischen Strömungszustand,
Fig. 3 ein Diagramm mit normierter Darstellung der
Massenströme von Luft und Kraftstoff in Abhängigkeit
vom Druck im engsten Querschnitt
der Düse für den überkritischen und unterkritischen
Strömungszustand und
Fig. 4 eine schematische Darstellung der modifizierten
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung
im Bereich der
Zumeßeinheit mit einem Ausgleichsraum.
Fig. 1 zeigt einen Kraftstofftank 1, von dem über eine Pumpe
2 durch einen dieser nachgeschalteten Filter 3 und einen
Systemdruckregler 4 Kraftstoff mit vorgesteuertem konstanten
Druck durch eine Kraftstofförderleitung 5 zu einer Zumeßeinheit
6 gefördert wird. Von dieser gelangt der Kraftstoff in
einen ersten Abschnitt 7 a einer weiteren Kraftstofförderleitung
7, der in einen Zumeßregler 8 mündet. Ein zweiter Abschnitt
7b der Kraftstofförderleitung 7 führt vom Zumeßregler
8 zu einer konvergent-divergenten Düse 9, die durch einen
rotationssymmetrischen Düsenkörper 10 und einen in ihm verschiebbaren
rotationssymmetrischen Drosselkörper 11 gebildet
ist. Der zweite Abschnitt 7 b der Kraftstofförderleitung 7
mündet in der Nähe des engsten Querschnittes 12 in die Düse
9, die ihrerseits in ein Saugrohr 13 des nicht näher dargestellten
Verbrennungsmotors mündet.
Der Fig. 1 ist zu entnehmen, daß die Zumeßeinheit 6 durch
eine eine Öffnung 14 aufweisende Blende 15 in zwei Teilräume
16 und 17 unterteilt ist, wobei der Teilraum 16 mit dem Kraftstofftank
1 über die Kraftstofförderleitung 5 und der Teilraum
17 über die Kraftstofförderleitung 7 mit der Düse 9
verbunden ist. Ein als Kegel ausgebildetes Zumeßorgan 18 ist
in Richtung seiner Rotationsachse senkrecht zur Blendenebene
in die Blendenöffnung und aus dieser heraus bewegbar und bestimmt
damit je nach seiner Position den verbleibenden Durchtrittsquerschnitt
des Kraftstoffes durch die Zumeßeinheit 6.
Das Zumeßorgan 18 ist rotationssymmetrisch im Bereich seiner
Spitze und seiner kreisförmigen Grundfläche mit einer Achse
19 verbunden und in zwei Lagern 20 der Zumeßeinheit 6 längsverschieblich
gelagert. Rotationssymmetrisch zum Zumeßorgan 18
ist mit dem freien Ende der Achse 19 der Drosselkörper 11
verbunden, wegen der bewegungsschlüssigen Verbindung sind damit
die Bewegungen des Drosselkörpers 11 und des Zumeßorgans
18 gekoppelt. Der axiale Weg der Achse 19 und damit der Weg
von Drosselkörper 11 und Zumeßorgan 18 entsprechen dem mit
dem Doppelpfeil A verdeutlichten Gaspedalweg. Wegen der
gleichgerichteten kegelförmigen Ausbildung von Zumeßorgan 18
und Drosselkörper 11 führt damit eine Zustellbewegung der
Achse 19 in Richtung des Saugrohrs 13 zu einem fortschreitenden
Eintauchen des Zumeßorgans 18 in die Blendenöffnung
14 und damit einer Verringerung des Kraftstoffdurchtrittsquerschnittes,
desgleichen ein entsprechendes Eintauchen
des Drosselkörpers 11 an die Düse 9 zu einer Verringerung
des Luftdurchtrittsquerschnittes. Die Durchtrittsquerschnitte
sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß sich bei einer nicht
behinderten Strömung des Kraftstoffes durch die Kraftstofförderleitung
7 proportionale Verhältnisse bei Zumeßorgan 18
und Drosselkörper 11 bezüglich des Kraftstoff- bzw. Luftdurchsatzes
ergeben.
Der Darstellung der Fig. 1 ist zu entnehmen, daß der Zumeßregler
unter anderem zwei mittels einer flexiblen Membran
21 gegeneinander abgedichtete Kraftstoffräume 22 und 23 aufweist.
Der Kraftstoffraum 22 ist durch eine Verbindungsleitung
24 in zwei Teilräume 22 a und 22 b unterteilt, eine in
den Teilraum 22 b mündende Zweigleitung 25 ist hinter dem
Systemdruckregler 4 mit der Kraftstofförderleitung 5 verbunden,
so daß ein Teil des von der Pumpe 2 geförderten
Kraftstoffes über die Zweigleitung 25 in den Kraftstoffraum
22 gefördert wird. Mit dem Teilraum 22 a des Kraftstoffraumes
22 ist eine Rückführleitung 26 verbunden, die zum Tank 1
führt. In die Rückführleitung 26 ist im Bereich des Ausflusses
aus dem Teilraum 22 a eine Festdrossel 27 eingesetzt.
Die Zweigleitung 25 ist in den Teilraum 22 b hineingeführt und
endet in geringfügigem Abstand von der dem Eintrittsbereich
gegenüberliegenden Teilraumwandung, die gleichfalls als
flexible Membran 28 ausgebildet ist. Auf der der Zweigleitung
25 abgewandten Seite dieser Membran 28 ist ein Elektromagnet
29 angeordnet, der über eine Steuerelektronik 30 ansteuerbar
ist und aufgrund einer auf einem Magneten ansprechenden Ausbildung
der flexiblen Membran 28 bei Anliegen eines Steuerstromes
die Membran 28 mehr oder weniger von der benachbarten
Öffnung der Zweigleitung 25 wegbewegt. Der Eingang des Kraftstoffraumes
22 ist damit mit einer beweglichen Drossel und
der Ausgang dieses Kraftstoffraumes mit einer Festdrossel 27
versehen.
In den Kraftstoffraum 23 mündet der erste Abschnitt 7 a der
Kraftstofförderleitung 7 und es reicht entsprechend der Ausbildung
der Zweigleitung 25 der zweite Abschnitt 7 b der Kraftstofförderleitung
7 in den Kraftstoffraum 23 bis kurz vor
die flexible Membran 21 hinein. Zwischen dieser und der zugewandten
Einströmöffnung des zweiten Abschnittes 7 b der
Kraftstofförderleitung 7 ist damit gleichfalls eine bewegliche
Drossel gebildet, wobei sich dort aber die Drosselung
aufgrund der infolge der dem Teilraum 22 b zugeordneten beweglichen
Drossel und den damit im Teilraum 22 sich einstellenden
unterschiedlichen Drücken ergibt.
In die Steuerelektronik 30 werden die mittels nicht näher dargestellter
Aufnehmer ermittelten momentanen Werte betreffend den Druck p L
der Luft im engsten Querschnitt der Düse 9, den Umgebungsdruck p₀ vor der
Düse 9 und die Umgebungstemperatur T₀ vor der Düse 9 eingegeben,
diese Umgebungsgrößen p₀ und T₀ werden in aller Regel den Umgebungszustand
nach dem dem Verbrennungsmotor vorgeschalteten Luftfilter
wiedergeben. Zusätzlich kann in die Steuerelektronik noch der
aktuelle Lambda-Wert eingegeben werden, der in bekannter Art
und Weise über eine Lambda-Sonde ermittelt wird.
Fig. 2 verdeutlicht die im Versuch ermittelten Zusammenhänge
von Luftmassenstrom a und Kraftstoffmassenstrom B in Abhängigkeit
vom Druck P L im engsten Querschnitt der Düse 9
für den überkritischen und unterkritischen Strömungszustand.
Erreicht die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in der Düse in einem bestimmten
Betriebsbereich des Verbrennungsmotors Schallgeschwindigkeit
und unterschreitet der Druck der Luft im Saugrohr
13 des Motors eines "kritischen" Wert, ändert sich an
der Strömungsgeschwindigkeit und am Zustand der Luft im
engsten Querschnitt der Düse 9 nichts. Demzufolge bleibt der
Luftmassenstrom a - bei unveränderlicher Stellung des Drosselkörpers
11 - konstant. Wird diesem konstanten Luftmassenstrom
a ein konstanter Kraftmassenstrom B zugeführt, dann
bleibt auch die Zusammensetzung des entstehenden Gemisches,
das heißt auch der Lambda-Wert konstant, die Vorsteuerung
des Kraftstoff-Luftgemisches ist in diesem Falle unveränderlich.
Auf die Prinzipdarstellung nach der Fig. 1 bezogen
bedeutet dies, daß im überkritischen Bereich die Steuerelektronik
30 nicht regelnd eingreifen muß, es erfolgt infolgedessen
keine Aktivierung des Elektromagneten 29, womit sich
im Kraftstoffraum 22 konstante Strömungsverhätnisse einstellen
und damit auch die zwischen diesem Kraftstoffraum und
dem Kraftstoffraum 23 befindliche nachgiebige Membran stationär
verbleibt und infolgedessen der durch den Systemdruckregler
4 mit konstant vorgesteuertem Druck in die Zumeßeinheit
6 eingeführte Kraftstoff unter konstanten Fließbedingungen
durch die Abschnitte 7 a und 7 b der Kraftstofförderleitung
7 zum engsten Querschnitt der Düse 9 gefördert wird.
Grundsätzliche Voraussetzung dieser gleichmäßigen Gemischvorsteuerung
ist wie oben beschrieben, daß der wirksame
Durchtrittsquerschnitt der Blende 15 proportional dem wirksamen
Querschnitt der Düse 9 ist.
Wird, ausgehend vom beschriebenen "kritischen Strömungszustand"
im engsten Querschnitt der Düse 9 die Motorbelastung
gesteigert, dann erfolgt bei Überschreitung eines bestimmten
Luftdruckes im Saugrohr 13 der Übergang von kritischer Strömung
mit Schallgeschwindigkeit in eine unterkritische Strömung
mit Unterschallgeschwindigkeit. Bei unveränderter Stellung des
Drosselkörpers 11 würde damit der vom Motor angesaugte Luftmassenstrom
a kleiner und bei konstantem Kraftstoffmassenstrom
B das Gemisch zu fett und der Lambda-Wert abnehmen.
Damit keine Abweichung von der idealen Vorsteuerung erfolgt,
mit den nachteiligen Folgen einer entsprechenden Zunahme der
anteiligen Schadstoffe im Abgas des Motors, wird im gleichen
Maße, wie der Luftmassenstrom a abnimmt, auch der Kraftstoffmassenstrom
B reduziert. Die Reduzierung des Kraftstoffmassenstromes
B erfolgt über die Steuerelektronik 30 in die als
wesentliche Kenngröße der Druck p L und weiter der Druck p₀
und die Temperatur T₀ eingegeben werden. Die von der Steuerelektronik
30 ausgehende Steuergröße aktiviert den Elektromagneten
29 der entsprechend dem Maß der Steuergröße die
flexible Membran 28 mehr oder weniger anzieht und damit entsprechend
den Durchtrittsspalt zwischen dem offenen Ende der
Zweigleitung 25 und der Membran 28 vergrößert. Dies bedingt
einen Anstieg des Kraftstoffdruckes im Kraftstoffraum 22, so
daß die flexible Membran 21 auf das offene Ende des zweiten
Abschnittes 7 b der Kraftstofförderleitung 7 bewegt wird und
damit der Spalt zwischen der flexiblen Membran und diesem
Abschnitt 7 b verringert wird, mit der Folge, daß weniger
Kraftstoff durch die Kraftstofförderleitung 7 gefördert werden
kann.
Fig. 3 zeigt, daß bei normierter Darstellung a + des Luftmassenstromes
a und des für konstanten Lambda-Wert erforderlichen
normierten Kraftstoffmassenstromes B + das Streuband
für a + und B + für den gesamten Betriebsbereich, das heißt
für den Druck im engsten Querschnitt der Düse schmal wird,
also von der Stellung des Drosselkörpers 11 nur noch wenig
abhängig ist. Hierbei bedeutet:
Die Fig. 3 verdeutlicht, daß im gesamten überkritischen Bereich
a + = 1 und für konstanten Lambda-Wert auch B + = 1 ist.
Für den unterkritischen Strömungsbereich sind wegen
dann auch a + < 1 und B + < 1.
Abweichungen durch den Streubereich um den idealen Lambda-Wert
können durch die Lambda-Sonde ausgeglichen werden, die
mit der Steuerelektronik 30 zusammenarbeitet. Je kleiner der
Streubereich bei unterschiedlichen Stellungen des Drosselkörpers
11 ist, und je besser die Vorsteuerung - insbesondere
im unterkritischen Bereich - ausgeführt wird, um so mehr wird
der Eingriff der Lambda-Sonde entlastet, um so besser ist die
Konvertierung der Schadstoffe im Abgas, so daß die Absteuerung
des Kraftstoffmassenstromes im unterkritischen Strömungsbereich
primär aufgrund der Steuergröße des Druckes p L im engsten
Luftquerschnitt erfolgen kann.
Fig. 4 zeigt die modifizierte Ausbildung der Zumeßeinheit 6.
Diejenigen Teile der Zumeßeinheit 6, die mit denen nach der
Ausführungsform in Fig. 1 übereinstimmen, sind der Einfachheit
halber mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Aus zeichnerischen
Gründen mündet bei der Ausführungsform nach der
Fig. 4 die Kraftstofförderleitung 5 auf der der Kraftstofförderleitung
7 abgewandten Seite in die Zumeßeinheit 6 ein.
Der Figur ist zu entnehmen, daß der Teilraum 16 über eine
Öffnung 31 mit einem Ausgleichsraum 32 verbunden ist, ein mit
dem Zumeßorgan 18 verbundener und konzentrisch zu dessen
Rotationsachse angeordneter Ausgleichskolben 33 durchsetzt
die Öffnung 31 dichtend, ferner ist der Ausgleichsraum 32
über eine Zweigleitung 34 mit dem ersten Abschnitt 7 a der
düsenseitigen Kraftstofförderleitung 7 verbunden.
Durch die in der Fig. 4 gezeigte Ausgestaltung der Zumeßeinheit
6 besteht die Möglichkeit, den Einfluß der sich bei
Änderung des Saugrohrdruckes verändernden Kraftstoffmenge
weitgehend auszugleichen. Bei einer Verkleinerung des Saugrohrdruckes,
bei der Kraftstoff von den Saugrohrwänden abdampft,
wird von der Gemischtbildungsvorrichtung das Gemisch
abgemagert, indem eine Bewegung des Gaspedals im Sinne einer
Verringerung der Gemischmenge zu einer entsprechenden Bewegung
des Zumeßorgans 18 und des Ausgleichkolbens 33 und des
Drosselkörpers 11 in Richtung der mit vollausgezogenen Linien
gezeichneten Pfeile erfolgt, wodurch aufgrund des sich vergrößernden
Ausgleichsraumes 32 ein Teil des üblicherweise in
die Kraftstofförderleitung 7 b geförderten Kraftstoffes über
die Zweigleitung 34 im Ausgleichsraum 32 gespeichert wird.
Im Unterschied hierzu erfolgt bei dieser Vergrößerung des Saugrohrdruckes
und Kondensation von Kraftstoff aus dem von der
Gemischbildung gelieferten Gemisch und Anlagerung an den
Saugrohrwandungen eine Anreicherung des von der Gemischbildungsvorrichtung
gelieferten Gemisches, indem bei der Bewegung
des Gaspedals im Sinne einer Vergrößerung der Gemischmenge
der Drosselkörper 11 und das Zumeßorgan 18 mit dem
Ausgleichskolben 33 in die entgegengesetzte Richtung entsprechend
der strichliert gezeichneten Pfeile bewegt werden,
so daß infolge der damit einhergehenden Verkleinerung des
Ausgleichsraumes 32 zusätzlich über die Zweigleitung 34 Kraftstoff
in den Abschnitt 7 b der Kraftstofförderleitung 7 einströmt.
Bezugszeichenliste
1 Kraftstofftank
2 Pumpe
3 Filter
4 Systemdruckregler
5 Kraftstofförderleitung
6 Zumeßeinheit
7 Kraftstofförderleitung
7 a erster Abschnitt
7 b zweiter Abschnitt
8 Zumeßregler
9 Düse
10 Düsenkörper
11 Drosselkörper
12 engster Querschnitt
13 Saugrohr
14 Öffnung
15 Blende
16 Teilraum
17 Teilraum
18 Zumeßorgan
19 Achse
20 Lager
21 Membran
22 Kraftstoffraum
22 a Teilraum
22 b Teilraum
23 Kraftstoffraum
24 Verbindungsleitung
25 Zweileitung
26 Rückführleitung
27 Festdrossel
28 flexible Membran
29 Elektromagnet
30 Steuerelektronik
31 Öffnung
32 Ausgleichsraum
33 Ausgleichskolben
34 Zweigleitung
2 Pumpe
3 Filter
4 Systemdruckregler
5 Kraftstofförderleitung
6 Zumeßeinheit
7 Kraftstofförderleitung
7 a erster Abschnitt
7 b zweiter Abschnitt
8 Zumeßregler
9 Düse
10 Düsenkörper
11 Drosselkörper
12 engster Querschnitt
13 Saugrohr
14 Öffnung
15 Blende
16 Teilraum
17 Teilraum
18 Zumeßorgan
19 Achse
20 Lager
21 Membran
22 Kraftstoffraum
22 a Teilraum
22 b Teilraum
23 Kraftstoffraum
24 Verbindungsleitung
25 Zweileitung
26 Rückführleitung
27 Festdrossel
28 flexible Membran
29 Elektromagnet
30 Steuerelektronik
31 Öffnung
32 Ausgleichsraum
33 Ausgleichskolben
34 Zweigleitung
Claims (14)
1. Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren,
mit einem rotationssymmetrischen Düsenkörper,
der zusammen mit einem in ihm verschiebbaren
rotationssymmetrischen Drosselkörper eine konvergentdivergente
Düse bildet, die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors
mündet, sowie mit einer Kraftstoffmengenregeleinrichtung
mit einer Kraftstofförderleitung, die in oder in
der Nähe des engsten Querschnitts in die Düse mündet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmengenregeleinrichtung
(4, 6, 8) eine Zumeßeinheit (6) aufweist, die
mit einer mit dem Kraftstofftank (1) verbundenen Kraftstofföferleitung
(5) und der in die Düse (9) mündenden
Kraftstofförderleitung (7) verbunden ist, sowie ein motorlastabhängig
bewegbares Zumeßorgan (18) zum Steuern der
Kraftstoffdurchflußmenge umfaßt, das bewegungsschlüssig
mit dem Dorsselkörper (1) gekoppelt ist.
2. Gemischbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zumeßeinheit (6) durch eine eine
Öffnung (14) aufweisende Blende (15) in zwei Teilräume
(16, 17) unterteilt ist, wobei einer (16) der Teilräume
mit der mit dem Kraftstofftank (1) verbundenen Kraftstofförderleitung
(5) und der andere (17) der Teilräume mit
der in die Düse (9) mündenden Kraftstofförderleitung (7)
verbunden ist und das Zumeßorgan (18) in Abhängigkeit
von seiner motorlastabhängigen Position die Blendenöffnung
mehr oder weniger durchsetzt.
3. Gemischbildungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Zumeßorgan (18) starr mit
dem Drosselkörper (11) verbunden ist.
4. Gemischbildungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (11) und das
Zumeßorgan (18) als Kegel ausgebildet sind, die gleichgerichtet
und rotationssymmetrisch mit einer gemeinsamen
Lagerachse (19) verbunden sind.
5. Gemischbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßorgan (18) mittels
des Fahrzeuggaspedals bewegbar ist.
6. Gemischbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß der der kraftstofftankseitigen
Kraftstofförderleitung (5) zugeordneten Teilraum (16)
der Zumeßeinheit (6) über eine Öffnung (31) mit einem Ausgleichsraum
(32) verbunden ist, wobei ein mit den Zumeßorgan
(18) bewegungsschlüssig gekoppeltes Ausgleichselement,
insbesondere ein Ausgleichskolben (33), die Öffnung
(31) dichtend durchsetzt und der Ausgleichsraum (32) über
eine Zweigleitung (34) mit der düsenseitigen Kraftstofförderleitung
(7) verbunden ist.
7. Gemischbildungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zumeßorgan (18) und der Ausgleichskolben
(33) eine Baueinheit bilden.
8. Gemischbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Kraftstofftank
(1) verbundenen Kraftstofförderleitung (5) ein Systemdruckregler
(4) zugeordnet ist, zur Erzeugung eines konstanten
Druckes an der Zumeßeinheit (6).
9. Gemischbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmengenregeleinrichtung
(4, 6, 8) einen über eine Steuerelektronik
(30) ansteuerbaren Zumeßregler (8) aufweist, wobei über
die Steuerelektronik (30) in Abhängigkeit von motorunabhängigen
Größen eine Korrektur der Kopplung von Zumeßorgan
(18) und Drosselkörper (11) erfolgt.
10. Gemischbildungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die motorunabhängigen Größen der Druck p L der
Luft im engsten Querschnitt der Düse (9), der Umgebungsdruck
p₀ vor der Düse (9) und die Umgebungstemperatur
T₀ vor der Düse (9) sind.
11. Gemischbildungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß als weitere Korrekturgröße das Luftverhältnis
des Kraftstoff/Luftgemisches mittels einer Lambda-Sonde
ermittelt und in die Steuerelektronik (30) eingegeben wird.
12. Gemischbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zumeßregler (8) zwei
mittels einer flexiblen Membran (21) gegeneinander abgedichtete
Kraftstoffräume (22, 23) aufweist und ein Kraftstoffraum
(22) über eine Zweigleitung (25) mit der mit dem
Kraftstofftank (1) verbundenen Kraftstofförderleitung (5)
und eine Rückführleitung (26) mit dem Kraftstofftank (1)
verbunden ist, sowie der Zufluß des Kraftstoffs in diesen
Kraftstoffraum (22) durch ein über die Steuerelektronik
(30) regelbares Drosselelement (28) veränderbar ist und
im Abfluß ein statisches Drosselelement (27) angeordnet
ist, wobei der andere Kraftstoffraum (23) über einen
ersten Teil (7 a) der in die Düse (9) mündenden Kraftstofförderleitung
(7) mit der Zumeßeinheit (6) und einen zweiten
Teil (7 b) dieser Kraftstofförderleitung (7) mit der
Düse verbunden ist und der Durchtrittsquerschnitt des
anderen Kraftstoffraumes (23) mittels der flexiblen Membran
(21) regelbar ist.
13. Gemischbildungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die flexible Membran (21) beabstandet
von dem Durchtrittsquerschnitt des zweiten Teiles (7 b)
der Kraftstofförderleitung (7) endet.
14. Gemischbildungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigleitung (25) benachbart
von einer dem einen Kraftstoffraum (22) zugeordneten
flexiblen Membran (28) endet und der Durchtrittsquerschnitt
zwischen der Leitungsmündung und dieser Membran (28) mittels
eines auf die Membran (28) einwirkenden und über die
Steuerelektronik (30) ansteuerbaren Elektromagneten (29)
veränderlich ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893902283 DE3902283A1 (de) | 1989-01-26 | 1989-01-26 | Kraftstoff-luft-gemischbildungsvorrichtung fuer verbrennungsmotoren |
EP89102665A EP0383959A1 (de) | 1989-01-26 | 1989-02-16 | Kraftstoff-Luft-Gemischbildungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren |
JP1143210A JPH02207174A (ja) | 1989-01-26 | 1989-06-07 | 内燃機関用の混合気形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893902283 DE3902283A1 (de) | 1989-01-26 | 1989-01-26 | Kraftstoff-luft-gemischbildungsvorrichtung fuer verbrennungsmotoren |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3902283A1 true DE3902283A1 (de) | 1990-08-02 |
Family
ID=6372845
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893902283 Ceased DE3902283A1 (de) | 1989-01-26 | 1989-01-26 | Kraftstoff-luft-gemischbildungsvorrichtung fuer verbrennungsmotoren |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0383959A1 (de) |
JP (1) | JPH02207174A (de) |
DE (1) | DE3902283A1 (de) |
Citations (6)
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-
1989
- 1989-01-26 DE DE19893902283 patent/DE3902283A1/de not_active Ceased
- 1989-02-16 EP EP89102665A patent/EP0383959A1/de not_active Ceased
- 1989-06-07 JP JP1143210A patent/JPH02207174A/ja active Pending
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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EP0383959A1 (de) | 1990-08-29 |
JPH02207174A (ja) | 1990-08-16 |
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8131 | Rejection |