EP1267067A1 - Gemischaufbereitungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Gemischaufbereitungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor Download PDF

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EP1267067A1
EP1267067A1 EP02010408A EP02010408A EP1267067A1 EP 1267067 A1 EP1267067 A1 EP 1267067A1 EP 02010408 A EP02010408 A EP 02010408A EP 02010408 A EP02010408 A EP 02010408A EP 1267067 A1 EP1267067 A1 EP 1267067A1
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EP
European Patent Office
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inlet
throttle body
inlet opening
preparation device
mixture preparation
Prior art date
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EP02010408A
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English (en)
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EP1267067B1 (de
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Jurij Gartner
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/12—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having slidably-mounted valve members; having valve members movable longitudinally of conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M19/00—Details, component parts, or accessories of carburettors, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M1/00 - F02M17/00
    • F02M19/02—Metering-orifices, e.g. variable in diameter
    • F02M19/0228—Ring nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M9/00—Carburettors having air or fuel-air mixture passage throttling valves other than of butterfly type; Carburettors having fuel-air mixing chambers of variable shape or position
    • F02M9/12—Carburettors having air or fuel-air mixture passage throttling valves other than of butterfly type; Carburettors having fuel-air mixing chambers of variable shape or position having other specific means for controlling the passage, or for varying cross-sectional area, of fuel-air mixing chambers
    • F02M9/127—Axially movable throttle valves concentric with the axis of the mixture passage

Definitions

  • the invention relates to a mixture preparation device for a Combustion engine.
  • a mixture preparation device for an internal combustion engine is used inter alia. the load of an internal combustion engine by adjusting the flow rate to control through the intake port of the internal combustion engine.
  • a throttle device such as in the inlet channel uses a throttle valve, a slide valve or an orifice, either in a carburetor is integrated, or as a separate device in the inlet duct can be provided.
  • an inlet duct is on one side with the combustion chamber for example connected via a valve and on the other side via a Inlet opening opened to the atmosphere.
  • the inlet opening an intake funnel, the throttle element downstream of the inlet funnel or Inlet opening is arranged around a calming section for the intake air train.
  • the throttle body is therefore in a central section of the Inlet channel provided, which has the disadvantage that the throttle body in the Intake duct vibrating air column or gas column interferes, and thus the filling of the Combustion chamber negatively affected.
  • a disturbance caused by the throttle device is particularly given when the throttle body in the partial load range Partially constricts inlet duct, such as. B. a partially open throttle valve or a partially opened slider.
  • a throttle valve or a slide or another throttle body also provides the full opening of the respective Throttle device represents a disturbance for the air column vibrating in the inlet duct.
  • the open throttle valve always remains in the middle of the inlet duct or with a slide there are edges along the Slider guide, which the flow through the inlet channel and the vibration of the Disrupt air column.
  • a throttle device is known, the one between Has two rings received hose, the throttling process and thus the narrowing of a passage cross-section by turning the two rings against each other.
  • the throttle flow is more favorable formed, but in this case the throttle is downstream of the inlet opening arranged of the inlet channel, whereby depending on the throttle position a more or less large disturbance of the vibrating air column occurs in the inlet duct.
  • the invention is therefore based on the object Mixture preparation device for an internal combustion engine is also available places where the load of the internal combustion engine can be varied without the disturbing vibrating air column in the inlet duct.
  • the throttle body of a throttle device at the inlet opening of the Inlet channel is arranged and by a relative movement between the Throttle body and the inlet opening the opening degree of the inlet opening is adjustable compared to the environment, the flow rate through the Inlet channel are controlled, causing a disturbance of the vibrating gas column is avoided within the inlet duct. Since the throttle device on the Inlet opening of the inlet channel is positioned, any constrictions, Interfering edges or throttle bodies located in the inlet duct are eliminated, with a free one and undisturbed flow through the inlet channel is possible.
  • the relative movement between the Throttle body and the inlet opening perpendicular to the plane of the inlet opening or in axial direction to the inlet channel, with a variable, circumferential gap is adjustable between the circumference of the inlet opening and the throttle body.
  • the throttle body as a plate that is perpendicular to the plane of the Inlet opening is movable, or as an insertable into the inlet opening and for Inlet end portion of the inlet duct mating plug or as a combination be made of plate and stopper.
  • a circumferential gap preferably an annular circumferential gap between the circumference of the Inlet opening and the throttle body is adjustable, is particularly advantageous Way the inflow of gaseous medium in the edge area of the Inlet opening, through which the main Inflow of gaseous medium through the inlet opening into the inlet channel he follows. This makes it possible for the flow to flow into the inlet duct minimal disturbance, by changing the size of the circumferential gap sucked gas quantity and thus the load of the engine can be regulated.
  • the one having the inlet opening Inlet end section of the inlet channel as a rotationally symmetrical inlet funnel and the throttle body is designed as a rotationally symmetrical, spherical body, with a centerline of the spherical body and the centerline of the Inlet funnel are congruent.
  • the inlet end section which is preferably used as a funnel is designed to withdraw and against the fixed throttle body to release the annular gap.
  • the throttle body is by means of a second one Movement device perpendicular to the plane of the inlet opening or in the axial Movable towards the inlet channel to the size of the gap (32) between Adjust throttle body and inlet opening.
  • first movement means the length of the inlet duct to match set the current speed of the internal combustion engine and at the same time via the second moving device the size of the gap and thus the current set the desired load, the first and the second Movement device perform a superimposed and coordinated movement.
  • a bypass line is in the throttle body formed, which connects the environment with the inlet duct, being in the Bypass line an additional throttle device is provided to a Flow control for small flow rates, such as idle and to train the lower part of the load range.
  • additional throttle element becomes an additional one Flow rate control for small flow rates provided in register arrangement for flow rate control over the annular gap is controllable. This ensures optimal flow control from idle to guaranteed to the full load range of the internal combustion engine.
  • a fuel valve for introducing fuel into the inlet duct to match the amount of ambient air drawn in provided
  • the fuel valve is preferably arranged in the throttle body and fuel via a fuel outlet opening of the fuel valve in the direction of Center line of the inlet channel is introduced. This way it is possible Dosing fuel optimally into the air flow and mixing well to get almost any load.
  • the fuel outlet opening of the Fuel valve in a in the throttle body coaxial to the center line of the throttle body trained, open to the inlet cylindrical chamber, the Bypass line is preferably branched onto at least two sub-lines, which in the cylindrical chamber open transversely to the direction of introduction of the fuel. This is a good one, especially when idling and in the lower part-load range Mixing of fuel and air guaranteed.
  • an air collection housing which Inlet opening and the throttle body receives, the air collection housing itself opens to the atmosphere via an air filter.
  • the mixture preparation device has an inlet channel 2 a flow control device 4 for controlling the flow rate a gaseous medium, in particular air, through the inlet channel 2, the to control the load of the internal combustion engine, especially in the middle and serves the upper load range. Furthermore, the mixture preparation device has one additional flow control device 6 for a gaseous medium, especially air that is used to control the load of the internal combustion engine in the Idle operation and serves in the lower load range. Furthermore, the Mixture preparation device, a fuel valve 8 for injection or Introducing fuel into the inlet duct 2, the injected The amount of fuel matches the amount of fuel drawn from the environment Air fits. The entire mixture preparation device is relative to one large air collector housing 10, which in turn via an air filter (not shown) is open to the environment.
  • the inlet duct 2 is on one end side 12 with the combustion chamber 14 (only partially shown) connected.
  • a valve seat 15 which is connected via a valve (only symbolically represented by a center line 16) can be closed and opened can.
  • the valve is only activated during the recurring intake process opened, which leads to vibrations of the air column located in the inlet duct 2.
  • the other end side 19 of the inlet channel 2 has an inlet opening 20.
  • One at the End portion 19 arranged end portion 21 of the inlet channel 2 is as an inlet funnel 22 formed, which has a center line 23.
  • the inlet funnel 22 is on one linear, extending longitudinally to a central section 17 of the inlet duct 2, first movement device 24 (only symbolically represented by an arrow) between a front end position shown in FIG. 1 and a rear end position 2 movable back and forth.
  • the inlet opening 20 of the Inlet funnel 22 closed by a throttle body 25.
  • the throttle body 25 has a central, cylindrical section 26, the diameter of which is larger than d1 the diameter d2 of the end section 21 of the inlet channel 2.
  • To the cylindrical section 26 closes on the inlet opening 20 facing Side a part-spherical body 27.
  • At the central cylindrical section 26 another closes on the side opposite the inlet opening part-spherical body 28.
  • a center line 29 of the throttle body 25 is congruent to the center line 23 of the inlet funnel 22 and thus for extension of the inlet channel 2 arranged.
  • the inlet funnel 22 is in the front position according to FIG. 1, it protrudes the part-spherical body 27 partially into the inlet opening 20, the Inlet opening 20 is closed.
  • the throttle body 25 is in the range of annular portion 30 in which the inlet opening 20 of the inlet funnel 22 in 1 bumps against the throttle body 25 with a provided elastomeric seal 31.
  • the throttle body 25 is in the Air collector housing 10 attached.
  • the flow control device 4 is formed in that the inlet funnel 22 from the front closed position according to FIG. 1 towards the rear position according to FIG. 2 is moved away from the throttle body 25, with an annular gap 32 and a Distance a between the inlet opening 20 and the throttle body 25 is adjustable.
  • With increasing enlargement of the annular gap 32 or the distance a also shortens the length of the inlet channel 2, which means at the same time Adjustment and regulation of the air quantity or the load of the engine the length of the Inlet channel 2 optimally to the load and to the prevailing at the respective load Speed is adjustable.
  • the fuel valve 8 has a multi-step cylindrical housing 33 one end of which has a fuel outlet opening 34 serving as a nozzle is arranged.
  • a fuel outlet opening 34 serving as a nozzle is arranged in the throttle body 35 in which the fuel valve 8 is fitted, so that fuel in the direction of the longitudinal extent of the inlet channel 2 and in the middle can be injected to the inlet duct 2.
  • the bore 35 is in the area of Fuel outlet opening 34 as a cylindrical, open towards the inlet opening 20 Chamber 36 formed.
  • a bypass line 37 is formed, which the inside of the Air collection housing 10 and thus the atmosphere with the cylindrical chamber 36 and thus connects to the inlet opening 20.
  • the bypass line 37 has a collection space 40 formed in the throttle body 25, which does not have a opening shown is connected to the air collection housing 10.
  • Throttle device (not shown) for regulating the bypass line 37 flowing air.
  • the bypass line divides downstream of the additional one Throttle body in two sub-lines 38, which is transverse to the center line 29 of the Throttle body 25 in the cylindrical chamber 36, adjacent to Fuel outlet opening 34 open.
  • the bypass line 37 with the one in it arranged additional throttle body forms an additional Flow control device 6 for regulating smaller ones Air volumes from how they are at idle and in the lower part load range of the Internal combustion engine are needed.
  • a series of throttle bodies 25 is side by side in this way arranged and this row of throttle bodies 25 opposite a row of movable inlet funnels 22 arranged for operation, for example a four-cylinder in-line engine or a four-cylinder engine bank are.
  • the throttle body 25 can advantageously over a second Movement device 39 (only symbolically represented by an arrow) coaxial to first movement device 24 to the inlet opening 20 towards and from the inlet opening 20 can be moved away.
  • This makes it possible to go over the first Movement device 24 primarily matches the length of the inlet channel 2 set the current speed of the internal combustion engine and at the same time via the second moving device 39 the size of the annular gap 32 and to set the currently desired load, the first and second Movement device 24 and 39 a superimposed and coordinated movement To run.
  • the length of the inlet channel 2 can be optimally matched to the Speed can be adjusted, on the other hand, the load or the size of the ring-shaped Gap 32 regardless of the length of the inlet channel 2 over the second Movement device 39 can be set as desired.
  • inlet duct 2 it is also possible for the inlet duct 2 to be stationary without the first Form movement device 24 and the annular gap 32 through and moving the throttle body 25 by the second movement device 39 adjust.
  • the throttle body 25 can also be an elliptical one Body or be formed as a body that roughly the inner shape of the The inlet area of the inlet funnel 22 corresponds.
  • the throttle body 25 can also be formed as a plate which is parallel to the plane of the inlet opening 20th is arranged or as a combination of plate and approximately one of the inner shape of the inlet portion of the inlet funnel 22 corresponding body.
  • This can advantageously the shape of the throttle body 25 and the shape of the Inlet end section 21 of the inlet channel 2 and thus the shape of the liberated Gaps 32 between the inlet opening 20 and the throttle body 25 on the with the length of the inlet duct 2 changing the load setting. For Every load setting and also for every speed will have an optimal inflow in allows the inlet channel 2, both the inflow into the inlet channel 2 and the flow in the inlet channel 2 itself is minimally disturbed.
  • the mixture preparation device shown can also be used for this be a finished fuel-air mixture or a mixture of air and regulate flammable gas. It is also possible to use the one shown above Flow control device 4 in combination with a direct injection to combine fuel in the combustion chamber 14.
  • mixture preparation device can also be charged Engine can be used.

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Abstract

Eine Gemischaufbereitungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor hat einen Einlaßkanal 2 für ein gasförmiges Medium, insbesondere Luft, der mit der einen Endseite 12 mit dem Brennraum 14 des Verbrennungsmotors verbindbar ist und der auf der anderen Endseite eine Einlaßöffnung 20 hat, und eine Durchflußmengensteuerungseinrichtung 4 mit einem Drosselkörper 25 zur Steuerung der Durchflußmenge durch den Einlaßkanal 2 und damit der Last des Verbrennungsmotors, wobei der Drosselkörper 25 an der Einlaßöffnung 20 angeordnet ist und durch eine Relativbewegung zwischen dem Drosselkörper 25 und der Einlaßöffnung 20 der Öffnungsgrad der Einlaßöffnung 20 gegenüber der Umgebung einstellbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Gemischaufbereitungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
Eine Gemischaufbereitungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor dient u.a. dazu, die Last eines Verbrennungsmotors über die Justierung der Durchflußmenge durch den Einlaßkanal des Verbrennungsmotors zu steuern. Üblicherweise wird passend zur Durchflußmenge von Luft eine bestimmte Menge an Kraftstoff entweder in den Einlaßkanal oder direkt in den Brennraum hinzu dosiert, um eine geeignete Verbrennung im Brennraum zu erhalten. Zur Justierung der Durchflußmenge wird üblicherweise im Einlaßkanal eine Drosseleinrichtung, wie eine Drosselklappe, ein Schieber oder eine Blende verwendet, die entweder in einem Vergaser integriert ist, oder als separate Einrichtung im Einlaßkanal vorgesehen sein kann.
Bei einem intermittierend arbeitenden Verbrennungsmotor, wie beispielsweise einem Hubkolbenmotor, ist die Länge des Einlaßkanals derart auf die übrigen Bauteile des Verbrennungsmotors abgestimmt, daß die im Einlaßkanal schwingende Luftsäule, die durch das intermittierende Arbeiten des Verbrennungsmotors erzeugt wird, den Füllungsgrad des Verbrennungsmotors verbessert. Ein Einlaßkanal ist hierzu auf einer Seite mit dem Brennraum beispielsweise über ein Ventil verbunden und auf der anderen Seite über eine Einlaßöffnung zur Atmosphäre hin geöffnet. Üblicherweise hat die Einlaßöffnung einen Ansaugtrichter, wobei das Drosselorgan stromab des Einlaßtrichters bzw. der Einlaßöffnung angeordnet ist, um eine Beruhigungsstrecke für die angesaugte Luft auszubilden. Das Drosselorgan ist daher in einem mittleren Abschnitt des Einlaßkanals vorgesehen, was den Nachteil hat, daß das Drosselorgan die im Einlaßkanal schwingende Luftsäule bzw. Gassäule stört, und somit die Füllung des Brennraums negativ beeinflußt. Eine durch das Drosselorgan verursachte Störung ist insbesondere dann gegeben, wenn im Teillastbereich das Drosselorgan den Einlaßkanal teilweise einschnürt, wie z. B. eine teilweise geöffnete Drosselklappe oder ein teilweise geöffneter Schieber. Eine Drosselklappe oder ein Schieber oder auch ein sonstiges Drosselorgan stellt aber auch bei voller Öffnung des jeweiligen Drosselorgans eine Störung für die im Einlaßkanal schwingende Luftsäule dar. Beispielsweise bei einer Drosselklappe verbleibt die geöffnete Drosselklappe immer in der Mitte des Einlaßkanals oder bei einem Schieber gibt es Kanten entlang der Schieberführung, die den Durchfluß durch den Einlaßkanal und die Schwingung der Luftsäule stören.
Aus der DE 40 41 795 A1 ist eine Drosselvorrichtung bekannt, die einen zwischen zwei Ringen aufgenommenen Schlauch aufweist, wobei der Drosselvorgang und damit die Verengung eines Durchlaßquerschnitts durch Verdrehen der beiden Ringe gegeneinander erfolgt. In diesem Fall ist zwar die Drosselströmung günstiger ausgebildet, jedoch ist auch in diesem Fall die Drossel stromab der Einlaßöffnung des Einlaßkanals angeordnet, wodurch je nach Drosselstellung eine mehr oder weniger große Störung der schwingenden Luftsäule im Einlaßkanal auftritt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gemischaufbereitungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, bei der die Last des Verbrennungsmotors variiert werden kann, ohne die schwingende Luftsäule im Einlaßkanal zu stören.
Diese Aufgabe wird gelöst, durch eine Gemischaufbereitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Betreiben einer Gemischaufbereitungseinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 14.
Indem der Drosselkörper einer Drosseleinrichtung an der Einlaßöffnung des Einlaßkanals angeordnet ist und durch eine Relativbewegung zwischen dem Drosselkörper und der Einlaßöffnung der Öffnungsgrad der Einlaßöffnung gegenüber der Umgebung einstellbar ist, kann die Durchflußmenge durch den Einlaßkanal gesteuert werden, wobei eine Störung der schwingenden Gassäule innerhalb des Einlaßkanals vermieden wird. Da die Drosselvorrichtung an der Einlaßöffnung des Einlaßkanals positioniert ist, werden jegliche Einschnürungen, Störkanten oder im Einlaßkanal befindliche Drosselkörper eliminiert, wobei eine freie und ungestörte Strömung durch den Einlaßkanal möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt die Relativbewegung zwischen dem Drosselkörper und der Einlaßöffnung lotrecht zur Ebene der Einlaßöffnung oder in axialer Richtung zum Einlaßkanal, wobei ein veränderbarer, umlaufender Spalt zwischen dem Umfang der Einlaßöffnung und dem Drosselkörper einstellbar ist. Hierbei kann der Drosselkörper als eine Platte, die lotrecht zur Ebene der Einlaßöffnung beweglich ist, oder als ein in die Einlaßöffnung einführbarer und zum Einlaßendabschnitt des Einlaßkanals passender Stöpsel oder als eine Kombination aus Platte und Stöpsel ausgebildet sein. Dadurch, daß ein umlaufender Spalt, bevorzugt ein ringförmiger umlaufender Spalt, zwischen dem Umfang der Einlaßöffnung und dem Drosselkörper einstellbar ist, wird auf besonders vorteilhafte Weise die Einströmung von gasförmigem Medium im Randbereich der Einlaßöffnung bewerkstelligt, über den normalerweise die hauptsächliche Einströmung von gasförmigem Medium über die Einlaßöffnung in den Einlaßkanal erfolgt. Dadurch ist es möglich, die Strömung beim Einströmen in den Einlaßkanal minimal zu stören, wobei durch Verändern der Größe des umlaufenden Spalts die angesaugte Gasmenge und damit die Last des Motors reguliert werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der die Einlaßöffnung aufweisende Einlaßendabschnitt des Einlaßkanals als rotationssymmetrischer Einlaßtrichter und der Drosselkörper als rotoationssymmetrischer, kugelförmiger Körper ausgebildet, wobei eine Mittellinie des kugelförmigen Körpers und die Mittellinie des Einlaßtrichters deckungsgleich sind. Hierbei wird ein besonders strömungsgünstiger, ringförmiger Spalt zwischen dem Einlaßtrichter und dem kugelförmigen Körper ausgebildet, wobei das Einstellen des Spalts durch eine Relativbewegung zwischen dem Einlaßtrichter und dem kugelförmigen Körper längs der Mittellinien erfolgt. D. h., daß entweder der kugelförmige Körper in den feststehenden Einlaßtrichter hinein und heraus bewegt wird oder, daß der Einlaßtrichter gegenüber dem feststehenden kugelförmigen Körper mittels einer ersten Bewegungseinrichtung hin und her bewegt wird.
In einer vorteilhaften Ausführung ist der die Einlaßöffnung aufweisende Einlaßendabschnitt des Einlaßkanals teleskopartig gegenüber dem verbleibenden Einlaßkanal verschieblich, um so die Relativbewegung zwischen Drosselkörper und Einlaßöffnung zu bewerkstelligen, wobei sich die Länge des Einlaßkanals mit zunehmender Freigabe des Spalts zwischen Drosselkörper und Einlaßöffnung verkürzt. Da mit zunehmender Last und damit auch zunehmenden Drehzahlen der Füllungsgrad des Motors durch einen sich verkürzenden Einlaßkanal verbessert wird, ist es besonders vorteilhaft, den Einlaßendabschnitt, der bevorzugt als Trichter ausgebildet ist, gegenüber dem feststehenden Drosselkörper zurückzuziehen und damit den ringförmigen Spalt frei zu geben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Drosselkörper mittels einer zweiten Bewegungseinrichtung lotrecht zur Ebene der Einlaßöffnung oder in axialer Richtung des Einlaßkanals bewegbar, um die Größe des Spalts (32) zwischen Drosselkörper und Einlaßöffnung einzustellen. Hierdurch ist es möglich, über die erste Bewegungseinrichtung die Länge des Einlaßkanals passend zur gegenwärtigen Drehzahl des Verbrennungsmotors einzustellen und gleichzeitig über die zweite Bewegungseinrichtung die Größe des Spalts und damit die gegenwärtig gewünschte Last einzustellen, wobei die erste und die zweite Bewegungseinrichtung eine überlagerte und koordinierte Bewegung ausführen.
In einer vorteilhaften Ausführung ist im Drosselkörper eine Umgehungsleitung ausgebildet, die die Umgebung mit dem Einlaßkanal verbindet, wobei in der Umgehungsleitung ein zusätzliches Drosselorgan vorgesehen ist, um eine Durchflußmengensteuerung für kleine Durchflußmengen, wie den Leerlauf und den unteren Teillastbereich auszubilden. Durch dieses in der Umgehungsleitung angeordnete zusätzliche Drosselorgan wird eine zusätzliche Durchflußmengensteuerung für kleine Durchflußmengen zur Verfügung gestellt, die in Registeranordnung zur Durchflußmengensteuerung über den ringförmigen Spalt steuerbar ist. Somit ist eine optimale Durchflußmengensteuerung vom Leerlauf bis zum Vollastbereich des Verbrennungsmotors gewährleistet.
In einer vorteilhaften Ausführung ist ein Kraftstoffventil zum Einbringen von Kraftstoff in den Einlaßkanal passend zur Menge der angesaugten Umgebungsluft vorgesehen, wobei das Kraftstoffventil bevorzugt im Drosselkörper angeordnet ist und Kraftstoff über eine Kraftstoffauslaßöffnung des Kraftstoffventils in Richtung der Mittellinie des Einlaßkanals eingebracht wird. Auf diese Weise ist es möglich den Kraftstoff optimal in die Luftströmung zu dosieren und eine gute Vermischung bei nahezu jeder Last zu erhalten.
In einer vorteilhaften Ausführung mündet die Kraftstoffauslaßöffnung des Kraftstoffventils in eine im Drosselkörper koaxial zur Mittellinie des Drosselkörpers ausgebildete, zum Einlaßkanal hin göffnete zylindrische Kammer, wobei die Umgehungsleitung bevorzugt auf wenigstens zwei Teilleitungen verzweigt ist, die in die zylindrische Kammer quer zur Einbringungsrichtung des Kraftstoffs münden. Hierdurch ist insbesondere im Leerlauf und im unteren Teillastbereich eine gute Vermischung von Kraftstoff und Luft gewährleistet.
In einer vorteilhaften Ausführung ist ein Luftsammelgehäuse vorgesehen, das die Einlaßöffnung und den Drosselkörper aufnimmt, wobei das Luftsammelgehäuse sich über einen Luftfilter zur Atmosphäre hin öffnet. Durch die Abstimmung der Größe bzw. des Volumens des Luftsammelgehäuses ist es möglich, die im Einlaßkanal schwingende Luftsäule und damit den Füllungsgrad des Motors positiv zu beeinflussen. Weiterhin wird die Brandgefahr im Einlaßbereich des Verbrennungsmotors durch das Vorsehen des Luftsammelgehäuses vermindert.
Weiter Ausgestaltungen der Erfindung sind in den üblichen Unteransprüchen angegeben.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei:
  • Fig. 1 eine Schnittansicht durch die Gemischaufbereitungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit vollständig geschlossener Durchflußmengensteuerungseinrichtung ist;
  • Fig. 2 eine Schnittansicht der Gemischaufbereitungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit vollständig geöffneter Durchflußmengensteuerungseinrichtung ist;
  • Fig. 3 eine teilweise Schrägansicht der Gemischaufbereitungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit vier in Reihe angeordneten Einlaßkanälen ist.
    • Gemäß Fig. 1 und 2 hat die Gemischaufbereitungsvorrichtung einen Einlaßkanal 2 eine Durchflußmengensteuerungseinrichtung 4 zum Steuern der Durchflußmenge eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Luft, durch den Einlaßkanal 2, die zur Steuerung der Last des Verbrennungsmotors insbesondere im mittleren und oberen Lastbereich dient. Weiterhin hat die Gemischaufbereitungsvorrichtung eine zusätzliche Durchflußmengensteuerungseinrichtung 6 für ein gasförmiges Medium, insbesondere Luft, die zur Steuerung der Last des Verbrennungsmotors im Leerlaufbetrieb und im unteren Lastbereich dient. Weiterhin hat die Gemischaufbereitungsvorrichtung ein Kraftstoffventil 8 zum Einspritzen bzw. Einbringen von Kraftstoff in den Einlaßkanal 2, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge jeweils passend zur Menge der aus der Umgebung angesaugten Luft paßt. Die gesamte Gemischaufbereitungseinrichtung ist von einem relativ großen Luftsammelgehäuse 10 umgeben, das wiederum über einen Luftfilter (nicht dargestellt) zur Umgebung hin offen ist.
    Der Einlaßkanal 2 ist auf der einen Endseite 12 mit dem Brennraum 14 (nur teilweise dargestellt) verbunden. Im Übergangsbereich zwischen dem Brennraum 14 und der einen Endseite 12 befindet sich ein Ventilsitz 15, der über ein Ventil (nur symbolisch durch eine Mittellinie 16 dargestellt) geschlossen und geöffnet werden kann. Das Ventil wird nur während des periodisch wiederkehrenden Einlaßvorgangs geöffnet, was zu Schwingungen der im Einlaßkanal 2 befindlichen Luftsäule führt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verzweigt sich in einem mittleren Abschnitt 17 der Einlaßkanal 2 auf zwei einzelne Kanäle, so daß der Brennraum über zwei nebeneinander angeordnete Ventile befüllt wird.
    Die andere Endseite 19 des Einlaßkanals 2 hat eine Einlaßöffnung 20. Ein an der Endseite 19 angeordneter Endabschnitt 21 des Einlaßkanals 2 ist als Einlaßtrichter 22 ausgebildet, der eine Mittellinie 23 hat. Der Einlaßtrichter 22 ist auf einer sich längs zu einem mittleren Abschnitt 17 des Einlaßkanals 2 erstreckenden linearen , ersten Bewegungeinrichtung 24 (nur symbolisch durch einen Pfeil dargestellt) zwischen einer vorderen Endstellung gemäß Fig. 1 und einer hinteren Endstellung gemäß Fig. 2 hin und her beweglich.
    In der vorderen Endstellung gemäß Fig. 1 wird die Einlaßöffnung 20 des Einlaßtrichters 22 durch einen Drosselkörper 25 verschlossen. Der Drosselkörper 25 hat einen mittleren, zylindrischen Abschnitt 26, dessen Durchmesser d1 größer als der Durchmesse d2 des Endabschnitts 21 des Einlaßkanals 2 ist. An den zylindrischen Abschnitt 26 schließt sich auf der der Einlaßöffnung 20 zugewandten Seite ein teilkugelförmiger Körper 27 an. An den mittleren zylindrischen Abschnitt 26 schließt sich auf der der Einlaßöffnung gegenüberliegenden Seite ein weiterer teilkugelförmiger Körper 28 an. Eine Mittellinie 29 des Drosselkörpers 25 ist deckungsgleich zur Mittellinie 23 des Einlaßtrichters 22 und damit zur Erstreckung des Einlaßkanals 2 angeordnet.
    Befindet sich der Einlaßtrichter 22 in der vorderen Stellung gemäß Fig. 1, so ragt der teilkugelförmige Körper 27 teilweise in die Einlaßöffnung 20 hinein, wobei die Einlaßöffnung 20 verschlossen ist. Der Drosselkörper 25 ist im Bereich eines ringförmigen Abschnitts 30, in dem die Einlaßöffnung 20 des Einlaßtrichters 22 in seiner vorderen Stellung gemäß Fig. 1 gegen den Drosselkörper 25 stößt mit einer elastomeren Dichtung 31 versehen. Der Drosselkörper 25 ist im Luftsammelgehäuse 10 befestigt. Die Durchflußmengensteuerungseinrichtung 4 wird dadurch ausgebildet, daß der Einlaßtrichter 22 von der vorderen geschlossenen Stellung gemäß Fig. 1 in Richtung zur hinteren Stellung gemäß Fig. 2 vom Drosselkörper 25 weg bewegt wird, wobei ein ringförmiger Spalt 32 bzw. ein Abstand a zwischen der Einlaßöffnung 20 und dem Drosselkörper 25 einstellbar ist. Je größer der ringförmige Spalt 32 bzw. der Abstand a eingestellt wird, desto mehr Luft kann in den Einlaßkanal 2 einströmen, bis bei der hinteren Endstellung des Einlaßtrichters 22 nach Fig. 2 der ringförmige Spalt 32 bzw. der Abstand a maximal ist. Mit zunehmender Vergrößerung des ringförmigen Spalts 32 bzw. des Abstands a verkürzt sich auch die Länge des Einlaßkanals 2, womit gleichzeitig zur Einstellung und Regulierung der Luftmenge bzw. der Last des Motors die Länge des Einlaßkanals 2 optimal an die Last und an die bei der jeweiligen Last herrschende Drehzahl anpaßbar ist.
    Das Kraftstoffventil 8 hat ein mehrfach gestuftes, zylindrisches Gehäuse 33, an dessen einen Stimseite eine als Düse dienende Kraftstoffaustrittsöffnung 34 angeordnet ist. Im Drosselkörper 35 ist längs zu seiner Mittellinie 29 eine mehrfachgestufte Bohrung 35 ausgebildet, in der das Kraftstoffventil 8 eingepaßt ist, so daß Kraftstoff in Richtung der Längserstreckung des Einlaßkanals 2 und mittig zum Einlaßkanal 2 eingespritzt werden kann. Die Bohrung 35 ist im Bereich der Kraftstoffaustrittsöffnung 34 als eine zur Einlaßöffnung 20 hin geöffnete, zylindrische Kammer 36 ausgebildet.
    Im Drosselkörper 25 ist eine Umgehungsleitung 37 ausgebildet, die das Innere des Luftsammelgehäuses 10 und damit die Atmosphäre mit der zylindrischen Kammer 36 und damit mit der Einlaßöffnung 20 verbindet. Die Umgehungsleitung 37 hat einen im Drosselkörper 25 ausgebildeten Sammelraum 40, der über eine nicht dargestellte Öffnung mit dem Luftsammelgehäuse 10 verbunden ist. In der Umgehungsleitung 37 befindet sich stromab des Sammelraums 40 ein zusätzliches Drosselorgan (nicht dargestellt) zur Regulierung der durch die Umgehungsleitung 37 strömenden Luft. Die Umgehungsleitung teilt sich stromab des zusätzlichen Drosselorgans in zwei Teilleitungen 38 auf, die quer zur Mittellinie 29 des Drosselkörpers 25 in die zylindrische Kammer 36, benachbart zur Kraftstoffaustrittsöffnung 34 münden. Die Umgehungsleitung 37 mit dem darin angeordneten zusätzlichen Drosselorgan bildet eine zusätzliche Durchflußmengensteuerungseinrichtung 6 zum Regulieren von kleineren Luftmengen aus, wie sie im Leerlauf und im unteren Teillastbereich des Verbrennungsmotors benötigt werden.
    Mit dieser zusätzlichen Durchflußmengensteuerungseinrichtung 6 wird die Last des Motors und damit die Luftmenge in der vorderen Stellung des Einlaßtrichters 22 gemäß Fig. 1 für den Leerlauf- und den unteren Teillastbetrieb gesteuert. Wird eine höhere Last als die untere Teillast vom Verbrennungsmotor gefordert, so wird der Einlaßtrichter 22 sukzessive in Richtung hintere Stellung des Einlaßtrichters 22 gemäß Fig. 2 bewegt, wobei über den sich öffnenden ringförmigen Spalt 32 immer mehr Luft bei nachlassender Drosselung angesaugt wird und spätestens in der hinteren Stellung des Einlaßtrichters 22 gemäß Fig. 2 keine Drosselung zwischen der Einlaßöffnung 20 des Einlaßtrichters 22 und dem Drosselkörper 25 mehr stattfindet.
    Gemäß Fig. 3 ist eine Reihe von Drosselkörpem 25 derart nebeneinander angeordnet und dieser Reihe von Drosselkörpem 25 gegenüberliegend eine Reihe von beweglichen Einlaßtrichtem 22 angeordnet, die für den Betrieb beispielsweise eines Vierzylinderreihenmotors oder eine Vierzylindermotorenbank vorgesehen sind.
    Nachstehend werden Variationen und Abwandlungen zum vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert.
    Der Drosselkörper 25 kann auf vorteilhafte Weise über eine zweite Bewegungseirichtung 39 (nur symbolisch durch einen Pfeil dargestellt) koaxial zur ersten Bewegungseinrichtung 24 zur Einlaßöffung 20 hin und von der Einlaßöffnung 20 weg bewegt werden. Hierdurch ist es möglich, über die erste Bewegungseinrichtung 24 in erster Linie die Länge des Einlaßkanals 2 passend zur gegenwärtigen Drehzahl des Verbrennungsmotors einzustellen und gleichzeitig über die zweite Bewegungseinrichtung 39 die Größe des ringförmigen Spalts 32 und damit die gegenwärtig gewünschte Last einzustellen, wobei die erste und die zweite Bewegungseinrichtung 24 und 39 eine überlagerte und koordinierte Bewegung ausführen. Damit kann einerseits die Länge des Einlaßkanals 2 optimal an die Drehzahl angepasst werden, andererseits die Last bzw. die Größe des ringförmigen Spalts 32 unabhängig von der Länge des Einlaßkanals 2 über die zweite Bewegungseinrichtung 39 wunschgemäß eingestellt werden.
    Anstatt die Größe des ringförmigen Spalts 32 durch Bewegen des Drosselkörpers 25 in Richtung zur Einlaßöffnung 20 einzustellen kann auch um einen unbeweglichen Drosselkörper 25 herum ein Hülse (nicht dargestellt) angeordnet sein, die in Richtung zur Einlaßöffnung 20 beweglich ist, um die Größe des Spalts 32 einzustellen, insbesondere auch dann wenn mit der ersten Bewegungseinrichtung 24 der Einlaßkanal 2 zum Anpassen an die gegenwärtige Drehzahl verstellt insbesondere verkürzt worden ist.
    Es ist auch möglich den Einlaßkanal 2 feststehend ohne die erste Bewegungseinrichtung 24 auszubilden und den ringförmigen Spalt 32 durch hin und her Bewegen des Drosselkörpers 25 durch die zweite Bewegungseinrichtung 39 einzustellen.
    Weiterhin ist es grundsätzlich möglich den gesamten Lastbereich vom Leerlauf bis zur Vollast des Verbindungsmotors über die Regulierung des ringförmigen Spalts 32 zu bewerkstelligen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, den Drosselkörper 25 als Stöpsel auszubilden, so daß ein relativ langer ringförmiger Spalt 32 in geschlossener Stellung gemäß Fig. 1 ausgebildet wird, wobei beim Dosieren geringer Luftmengen und damit niedriger Lasten eine feinfühligere Durchflußmengensteuerung durch Zurückziehen des Einlaßtrichters 22 bewerkstelligbar ist.
    In diesem Zusammenhang kann der Drosselkörper 25 auch als ein elipsenförmiger Körper oder als ein Körper ausgebildet sein, der in etwa der Innenform des Einlaßbereichs des Einlaßtrichters 22 entspricht. Auch kann der Drosselkörper 25 als eine Platte ausgebildet sein, die parallel zur Ebene der Einlaßöffnung 20 angeordnet ist oder als eine Kombination aus Platte und in etwa einer der Innenform des Einlaßbereichs des Einlaßtrichters 22 entsprechenden Körper. Hierdurch kann auf vorteilhafte Weise die Form des Drosselkörpers 25 und die Form des Einlaßendabschnitts 21 des Einlaßkanals 2 und damit die Form des frei werdenden Spalts 32 zwischen der Einlaßöffnung 20 und dem Drosselkörper 25 auf die sich mit der Lasteinstellung verändernde Länge des Einlaßkanals 2 abgestimmt werden. Für jede Lasteinstellung und auch für jede Drehzahl wird eine optimale Einströmung in den Einlaßkanal 2 ermöglicht, wobei sowohl die Einströmung in den Einlaßkanal 2 als auch die Strömung im Einlaßkanal 2 selbst minimal gestört wird.
    Die dargestellte Gemischaufbereitungsvorrichtung kann auch dazu verwendet werden, ein fertiges Kraftstoff-Luftgemisch oder ein Gemisch aus Luft und brennbarem Gas zu regulieren. Auch ist es möglich die vorstehend dargestellte Durchflußmengensteuerungseinrichtung 4 in Kombination mit einer Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 14 zu kombinieren.
    Weiterhin kann die Gemischaufbereitungsvorrichtung auch bei einem aufgeladenen Motor verwendet werden.

    Claims (15)

    1. Gemischaufbereitungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit
      einem Einlaßkanal (2) für ein gasförmiges Medium, insbesondere Luft, der mit der einen Endseite (12) mit dem Brennraum (14) des Verbrennungsmotors verbindbar ist und der auf der anderen Endseite eine Einlaßöffnung (20) hat,
      einer Durchflußmengensteuerungseinrichtung (4) mit einem Drosselkörper (25) zur Steuerung der Durchflußmenge durch den Einlaßkanal (2) und damit der Last des Verbrennungsmotors,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (25) an der Einlaßöffnung (20) angeordnet ist und durch eine Relativbewegung zwischen dem Drosselkörper (25) und der Einlaßöffnung (20) der Öffnungsgrad der Einlaßöffnung (20) gegenüber der Umgebung einstellbar ist.
    2. Gemischaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen dem Drosselkörper (25) und der Einlaßöffnung (20) lotrecht zur Ebene der Einlaßöffnung (20) oder in axialer Richtung des Einlaßkanals (2) erfolgt, wobei ein veränderbarer, umlaufender Spalt (32) zwischen dem Umfang der Einlaßöffnung (20) und dem Drosselkörper (25) einstellbar ist.
    3. Gemischaufbereitungsvorrichtung Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Einlaßöffnung (20) aufweisende Endabschnitt (21) des Einlaßkanals (2) als rotationssymmetrischer Einlaßtrichter (22) ausgebildet ist und daß der Drosselkörper (25) als ein kugelförmiger Körper (27) ausgebildet ist, wobei eine Mittellinie (29) des kugelförmigen Körpers (27) und eine Mittellinie des Einlaßtrichters (23) deckungsgleich sind, und durch die Relativbewegung zwischen Einlaßöffnung (20) und Drosselkörper (25) ein in Breite und Länge veränderbarer ringförmiger Spalt (32) zwischen dem Einlaßtrichter (22) und dem kugelförmigen Körper (27) bewerkstelligbar ist
    4. Gemischaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (25) als eine Platte, die parallel zur Ebene der Einlaßöffnung (20) angeordnet oder als ein in die Einlaßöffnung (20) einführbarer, und zum Einlaßendabschnitt (21) des Einlaßkanals (2) passender Stöpsel oder als eine Kombination aus Platte und Stöpsel ausgebildet ist.
    5. Gemischaufbereitungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Einlaßöffnung (20) aufweisende Endabschnitt (21) des Einlaßkanals (2) mittels einer ersten Bewegungseinrichtung (24) teleskopartig gegenüber dem verbleibenden Einlaßkanal (2) verschieblich ist, um die Relativbewegung zwischen Drosselkörper (25) und Einlaßöffnung (20) zu bewerkstelligen, wobei sich die Länge des Einlaßkanals (2) mit zunehmender Freigabe des Spalts (32) zwischen Drosselkörper (25) und Einlaßöffnung (20) verkürzt.
    6. Gemischaufbereitungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (25) mittels einer zweiten Bewegungseinrichtung (39) lotrecht zur Ebene der Einlaßöffnung (20) oder in axialer Richtung des Einlaßkanals (2) bewegbar ist, um die Größe des Spalts (32) zwischen Drosselkörper (25) und Einlaßöffnung (20) einzustellen.
    7. Gemischaufbereitungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschossenem Spalt (32) zwischen Einlaßöffnung (20) und Drosselkörper (25) im Kontaktbereich zwischen der Einlaßöffnung (20) und dem Drosselkörper (25) eine Dichtung (31) bevorzugt aus einem Elastomer vorgesehen ist.
    8. Gemischaufbereitungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Drosselkörper (25) eine Umgehungsleitung (37) ausgebildet ist, die die Umgebung mit dem Einlaßkanal (2) verbindet, wobei in der Umgehungsleitung (37) ein zusätzliches Drosselorgan vorgesehen ist, um eine zusätzliche Durchflußmengensteuerung (6) für kleine Durchflußmengen, wie beim Leerlauf und im unteren Teillastbereich auszubilden.
    9. Gemischaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Drosselkörper (25) ein zusätzlicher Sammelraum (40) stromauf dem zusätzlichen Drosselorgan vorgesehen ist, wobei der zusätzliche Sammelraum (40) mit der Umgebung verbunden ist.
    10. Gemischaufbereitungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftstoffventil (8) zum Einbringen von Kraftstoff in den Einlaßkanal (20) passend zur Menge der angesaugten Umgebungsluft vorgesehen ist,
    11. Gemischaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffventil (8) im Drosselkörper (25) angeordnet ist und Kraftstoff über eine Kraftstoffaustrittsöffnung (34) des Kraftstoffventils (8) koaxial zur Mittellinie (23) des Einlaßkanals (2) eingebracht wird
    12. Gemischaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffaustrittsöffnung (34) des Kraftstoffventils (8) in eine im Drosselkörper (25) koaxial zur Mittellinie (29) des Drosselkörpers (25) ausgebildete, zum Einlaßkanal (2) hin offene zylindrische Kammer (36) mündet und daß die Umgehungsleitung (37) bevorzugt auf zwei Teilleitungen (38) verzweigt ist, die in die zylindrische Kammer (36) quer zur Einbringungsrichtung des Kraftstoffs münden.
    13. Gemischaufbereitungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (20) und der Drosselkörper (25) von einem Luftsammelgehäuse (10) umgeben sind, das sich über einen Luftfilter zur Atmosphäre hin öffnet.
    14. Verfahren zum Betreiben einer Gemischaufbereitungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Last des Verbrennungsmotors durch eine Relativbewegung zwischen dem Drosselkörper (25) und der Einlaßöffnung (20) des Einlaßkanals (2) eingestellt wird.
    15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß kleinere Durchflußmengen wie für einen Leerlauf und eine untere Teillast des Verbrennungsmotors durch ein in einer Umgehungsleitung (37) angeordnetes, zusätzliche Drosselorgan eingestellt werden.
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