WO2003052257A1 - Kraftstoff-dosiervorrichtung - Google Patents

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WO2003052257A1
WO2003052257A1 PCT/EP2002/013747 EP0213747W WO03052257A1 WO 2003052257 A1 WO2003052257 A1 WO 2003052257A1 EP 0213747 W EP0213747 W EP 0213747W WO 03052257 A1 WO03052257 A1 WO 03052257A1
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WO
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fuel
movable element
ambient air
metering device
air pressure
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Application number
PCT/EP2002/013747
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Steffen
Original Assignee
Wacker Construction Equipment Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Construction Equipment Ag filed Critical Wacker Construction Equipment Ag
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Priority to EP02790469A priority patent/EP1454052B9/de
Priority to JP2003553116A priority patent/JP4204474B2/ja
Priority to US10/489,267 priority patent/US7040287B2/en
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Classifications

    • 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
    • F02M17/00—Carburettors having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of preceding main groups F02M1/00 - F02M15/00
    • F02M17/02—Floatless carburettors
    • F02M17/04—Floatless carburettors having fuel inlet valve controlled by diaphragm

Definitions

  • the invention relates to a fuel metering device according to the preamble of claim 1.
  • Fuel metering devices of this type are usually used as membrane gasifiers for internal combustion engines.
  • a diaphragm carburettor a movable diaphragm is displaced by a negative pressure which arises during the intake process in an intake duct or a crank chamber, as a result of which a fuel lock is opened and fresh fuel can flow into a fuel chamber.
  • the fuel flows into the intake tract via control devices and nozzles known per se, where it is mixed with air that is also flowing in and is finally fed into a combustion chamber as a fuel / air mixture.
  • the deflection of the membrane determines the amount of fuel delivered in each case.
  • the engine speed and the quantity of fuel supplied are roughly in proportion, since at high engine speed a lot of fuel is drawn in per unit of time, while less fuel flows at low engine speed and a correspondingly reduced number of strokes.
  • a fuel metering device in which the position and / or the mobility of the z. B. can be influenced by a membrane formed by an active actuator whose control is coupled to an ignition device of an internal combustion engine. In this way, if an ignition pulse is omitted, an unnecessary supply of fuel into the intake tract of the internal combustion engine can be reduced or even completely prevented.
  • the stoichiometrically correct composition of the fuel-air mixture is an important prerequisite for complete combustion, optimal engine performance and favorable exhaust gas behavior of the engine.
  • the concentration of oxygen per volume of air is generally dependent on the altitude at which an internal combustion engine is used Use comes, whereby the oxygen concentration decreases at higher altitudes. Accordingly, the performance of the internal combustion engine when used at higher altitudes is reduced by the reduced oxygen concentration and a consequent deviation from the stoichiometrically correct composition of the fuel / air mixture. This makes a new adjustment of the carburetor necessary to adapt to the changed operating height in order to restore the optimal fuel-air ratio to be supplied to the internal combustion engine.
  • the invention has for its object to provide a fuel metering device with which internal combustion engines can be operated automatically adapted to different heights.
  • a fuel metering device has a fuel chamber, an openable and closable fuel inlet to the fuel chamber and at least one fuel outlet from the fuel chamber to an intake duct of an internal combustion engine, part of a wall of the fuel chamber consisting of a first one, depending on a pressure difference exists between a pressure in the fuel chamber and an ambient air pressure movable element, which is coupled to a closing element for opening and closing the fuel inlet, and wherein an amount of fuel that is to be supplied to the intake duct for a predetermined operating position of the internal combustion engine is adjustable depending on the ambient air pressure.
  • a major advantage of the fuel metering device is that the variability of the composition of air is automatically compensated for by a corresponding amount of fuel, depending on a corresponding height, so that the internal combustion engine is always supplied with only as much fuel as for a stoichiometrically correct one Burning is required.
  • the fuel metering Direction with a flow control device for adjusting the fuel supply in the intake duct, an actuator that can be coupled to the flow control device, and is provided with a pressure detection device for detecting a change in the ambient air pressure.
  • the fuel metering device of this embodiment has a control device, by means of which, depending on the pressure detection device, the actuating device can be operated in order to actuate the flow regulating device.
  • the pressure detection device can have a nozzle needle in a passage between the fuel chamber and the intake duct as the flow regulating device, wherein a position of the nozzle needle in the passage can be adjusted by means of the actuating device, which is operated by the control device can be.
  • the nozzle needle z. B. be set by a digital signal from the control device such that the mixture composition in the metering device assumes a stoichiometrically correct ratio.
  • the flow regulating device can have the closing element and that the actuating device can have the first movable element.
  • the first movable element can be subjected to a prestressing force which is dependent on the ambient air pressure, the first movable element being set in motion by a change in the prestressing force and the closing element being able to be actuated thereby.
  • the biasing force may be based on a magnetic interaction.
  • a second element in contrast to the first movable element, a second element can be arranged which is movable as a function of a change in the ambient air pressure and in the direction of the first movable element.
  • first and second magnetic parts are attached to both the first movable element and the second movable element, the second movable element being attached to the first movable part is approximated such that a magnetic interaction between the first magnetic part and the second magnetic part is increased, as a result of which the first movable part can be set in motion for actuating the closing element.
  • the main advantage of the above-mentioned embodiment is that when the ambient air pressure decreases, only due to the mobility of the second movable element does the second magnetic part attached to it move in the direction of the first movable element or the first magnetic part attached to it and move thereby reducing the distance between the two magnetic parts. As a result, an interaction between the magnets increases, which leads to the first magnetic part being attracted more by the second magnetic part. This changes the position of the first movable element, as a result of which the closing element coupled to the first movable element narrows the fuel inlet in such a way that the amount of fuel flowing through the fuel chamber is reduced in order to adapt the stoichiometric ratio to the changed use height.
  • the pressure detection device can have the chamber, and the control device can also have the second movable element.
  • the second movable element can hermetically seal a chamber, an intermediate space being provided between the first movable element and the second movable element, which is open to the environment.
  • the actuating device has an active actuator by means of which the prestressing force can be generated.
  • a first magnetic part can be attached to the first movable element, while the actuator can be formed from an electromagnet that is opposite the first magnetic part, and wherein a current flowing through the electromagnets is proportional to the ambient air pressure.
  • the actuator can be electrically connected to a map control which adjusts the current flowing through the electromagnet as a function of the ambient air pressure.
  • the map control z. B. output an analog or digital electromagnetic signal with which, based on the measured ambient air pressure, a suitable flow of the electromagnet and thus the stoichiometric composition of the fuel-air mixture appropriate to the air pressure and the load case can be set.
  • All of the above-mentioned possible embodiments of the fuel metering device according to the invention have the advantage that the amount of fuel that is to be supplied to the intake duct for operating the internal combustion engine can be automatically set to a smaller value when the ambient air pressure decreases, in order for the fuel air Mixture to ensure a stoichiometrically correct composition, taking into account the prevailing oxygen concentration.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a fuel metering device according to the invention in a partial section, design zones being partially folded into the sectional plane to explain the functional principle;
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the fuel metering device according to the invention in partial section
  • a configuration is schematically shown a first to drit ⁇ th embodiment of an inventive fuel-metering device.
  • the features are first described, which showed the ge ⁇ embodiments are common.
  • the fuel metering device comprises a housing 1 and an upper cover 2 and a lower cover 3.
  • the fuel is led from a tank, not shown, via an inlet channel 4 to a fuel chamber 5.
  • a fuel inlet 6 At the end of the inlet channel 4 there is a fuel inlet 6 to the fuel chamber 5, which can be opened and closed by an inlet needle 7 serving as a closing element.
  • the inlet needle 7 is formed by a lever 8, which together form a closing element for opening and closing the fuel inlet 6, the lever 8 being pivotable about an axis 9 and being acted upon by a spring 10 such that the inlet needle 7 connects the fuel inlet 6 closes.
  • an upper membrane 12 serving as the first movable element is coupled via a pin 11, which separates the fuel chamber 5 from a counter-pressure chamber 13 communicating with the surroundings.
  • the membrane 12 thus forms part of the wall of the fuel chamber 5.
  • the fuel can pass through a main fuel outlet 14 for the operation of the internal combustion engine or via idle fuel outlets 15 into an intake tract 16, where the fuel mixes with air flowing in the direction of the arrow and does not borrow as a fuel-air mixture Combustion chamber shown is supplied to the internal combustion engine.
  • This supply is effected by the pumping movement of a piston in the combustion chamber, which during a Intake cycle sucks the mixture.
  • a choke flap 16a and a throttle flap 16b are also arranged in the intake tract 16, the functioning of which is generally known.
  • the suction effect by the piston causes a pressure reduction in the fuel chamber 5, as a result of which the membrane 12 - assisted by the ambient pressure acting on its rear side in the counter-pressure chamber 13 - shifts into the interior of the fuel chamber 5.
  • the lever 8 is pivoted against the action of the spring 10, so that the inlet needle 7 lifts off the fuel inlet 6 and fresh fuel can flow in from the inlet channel 4 or is sucked in by the negative pressure in the fuel chamber 5.
  • a nozzle needle 17, which is arranged in a passage 18 of the housing 1 between the fuel chamber 5 and the intake tract 16 can be adjusted by means of a control device (not shown) such that with a fuel quantity that is varied and supplied to the intake tract 16, the fuel mixture can be adjusted to a stoichiometrically correct composition, which corresponds to a prevailing oxygen concentration in the respective operating height of the internal combustion engine.
  • a control device not shown
  • means for detecting a change in ambient air pressure such as. B. pressure sensors, measured values of the ambient air pressure recorded and output to the control device for further processing.
  • the control device can, for. B. generate digital control signals and output them to actuators (not shown) for adjusting the nozzle needle 17.
  • the second embodiment shown in FIG. 2 is modified compared to the first embodiment in that the nozzle needle 17 is not connected to a control device and can therefore only be adjusted manually. Furthermore, on an underside of the upper membrane 12, which underside is located outside the fuel chamber 5, a first magnet 19 is attached.
  • a lower membrane 20 serving as a second movable element, which hermetically seals a chamber 21 and which extends parallel to the upper membrane 12.
  • a second magnet 22 is attached to an upper side of the lower membrane.
  • FIG. 2 The partial sectional view of FIG. 2 makes it clear that in this embodiment the back pressure chamber 13 is delimited by the upper membrane 12 and the lower membrane 20, the back pressure chamber 13 being open to the surroundings via a compensating opening 23. Accordingly, when the internal combustion engine is used at greater heights, i. H. with a decrease in the ambient air pressure and thus a decreasing pressure in the counter-pressure chamber 13, due to the closed volume in the hermetically sealed chamber 21, a movement of the lower membrane 20 with the second magnet 22 attached thereon in the direction of the first magnet attached to the upper membrane 12 19, which increases a magnetic interaction between the two magnets 19, 22.
  • the third embodiment shown in FIG. 3 is modified compared to the second embodiment in that instead of the lower membrane 20 with the hermetically sealed chamber 21 in the region of the lower cover 3 an active actuator 24 is provided.
  • the active actuator 24 is introduced into the lower cover 3 in such a way that it is opposite to the first magnet 19 attached to the upper membrane 12.
  • the active actuator 24 is preferably an electromagnet.
  • the principle of operation of the third embodiment is based on the fact that by means of the electromagnet 24, analogously to the second embodiment, a prestressing force acting on the upper membrane 12 can be generated by a current flowing through the electromagnet 24, so that there is a magnetic interaction between the Electromagnet 24 and the first magnet 19 comes.
  • the electromagnet 24 is electrically connected to a map control (not shown) which adjusts the current which flows through the electromagnet 24 as a function of the respective ambient air pressure in such a way that the fuel / air mixture can thereby be adapted to the corresponding operating height of the internal combustion engine.
  • the ambient air pressure can be suitably z. B. by a pressure sensor (not shown), from which an output signal is input to the map control for further processing. If a corresponding current is applied to the electromagnet 24, the first magnet 19 is attracted by the magnetic interaction in the direction of the electromagnet 24, the effect on the fuel inlet 6 and the resulting amount of fuel supplied being the same as in the second embodiment.
  • an element made of metal can also be provided instead of the first magnet 19, which is attached to the upper membrane 12 in the same way as the first magnet 19.
  • This metal element takes on the same function as the first magnet 19 and ensures the magnetic interaction explained above.
  • the explained third embodiment can be modified such that the electromagnet 24 is arranged inside the fuel chamber 5.
  • the electromagnet 24 would be controlled by the map control in such a way that a prestressing force is generated with a view to the desired correction of the quantity of fuel supplied to the intake tract which counteracts the curvature of the membrane 12 accordingly.
  • actuators can also be used, which - depending on the embodiment - can also be connected directly to the membrane 12.
  • Piezoelectric actuators are particularly suitable.
  • magnetostrictive, hydraulic or pneumatic actuators adapted to the respective application, can also be expedient.

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Abstract

Kraftstoff-Dosiervorrichtung, mit einer Kraftstoffkammer (5), einem öffen- und schliessbaren Kraftstoffeinlass (6) zu der Kraftstoffkammer (5), wenigstens einem Kraftstoffauslass (14) von der Kraftstoffkammer zu einem Ansaugkanal (16) einer Brennkraftmaschine, wobei ein Teil einer Wandung der Kraftstoffkammer (5) aus einem ersten, in Abhängigkeit von einem Druckunterschied zwischen einem Druck in der Kraftstoffkammer (5) und einem Umgebungsluftdruck beweglichen Element (12) besteht, das mit einem Schliesselement (7, 8) zum Öffnen und Schliessen des Kraftstoffeinlasses (6) gekoppelt ist. Mit dieser Kraftstoff-Dosiervorrichtung lässt sich eine Kraftstoffmenge, die dem Ansaugkanal (16) für eine vorbestimmte Betriebsstellung der Brennkraftmaschine zuzuführen ist, in Abhängigkeit vom Umgebungsluftdruck automatisch regulieren.

Description

Kraftstoff-Dosiervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Dosiervorrichtung gemäjδ dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Derartige Kraftstoff-Dosiervorrichtungen werden üblicherweise als Membranvergaser für Brennkraftmaschinen eingesetzt. Bei einem Membranvergaser wird durch einen während des Ansaugvorgangs in einem Ansaugkanal oder einer Kurbelkammer entstehenden Unterdruck eine bewegliche Mem- bran verlagert, wodurch eine Kraftstoffsperre geöffnet wird und frischer Kraftstoff in eine Kraftstoffkammer einflie_ßen kann. Aus der Kraftstoffkam - mer strömt der Kraftstoff über an sich bekannte Regeleinrichtungen und Düsen in den Ansaugtrakt, wo er mit ebenfalls einströmender Luft vermischt und schließlich als Kraftstoff-Luftgemisch in eine Brennkammer geführt wird. Neben anderen spezifischen Größen des Vergasers bestimmt dabei die Auslenkung der Membran die jeweils gelieferte Kraftstoffmenge. Die Motordrehzahl und die gelieferte Kraftstoffmenge stehen annähernd in Proportion, da bei hoher Motordrehzahl pro Zeiteinheit viel Kraftstoff angesaugt wird, während bei geringer Motordrehzahl und entsprechend reduzierter Hubzahl weniger Kraftstoff fließt.
Aus der DE 199 13 073 C2 ist eine Kraftstoff-Dosiervorrichtung bekannt, bei der die Lage und/oder die Beweglichkeit des z. B. durch eine Membran gebildeten beweglichen Elements durch ein aktives Stellglied beeinflussbar ist, dessen Steuerung mit einer Zündvorrichtung einer Brennkraftmaschine gekoppelt ist. In dieser Weise kann bei Auslassung eines Zündimpulses ein überflüssiges Zuführen von Kraftstoff in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verringert oder auch vollständig unterbunden werden.
Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen, denen das Kraftstoff-Luftgemisch über einen Vergaser zugeführt wird, stellt die stöchiometrisch korrekte Zusammensetzung des Kraftstoff-Luftgemisches eine wichtige Voraussetzung für eine vollständige Verbrennung, eine optimale Motorleistung und ein günstiges Abgasverhalten des Motors dar.
Die Konzentration von Sauerstoff pro Volumenanteil Luft ist im Allgemeinen von der jeweiligen Höhenlage abhängig, in der eine Brennkraftmaschine zum Einsatz kommt, wobei die Sauerstoffkonzentration in größeren Höhen abnimmt. Entsprechend wird die Leistung der Brennkraftmaschine beim Einsatz in größeren Höhen durch die verringerte Sauerstoffkonzentration und eine dadurch bedingte Abweichung von der stöchiometrisch korrekten Zu- sammensetzung des Kraftstoff-Luftgemisches herabgesetzt. Dies macht eine neue Justierung des Vergasers zur Anpassung an die geänderte Einsatzhöhe erforderlich, um das der Brennkraftmaschine zuzuführende optimale Kraftstoff-Luftverhältnis wieder herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoff-Dosiervorrichtung anzugeben, mit der Verbrennungsmotoren automatisch angepasst an unterschiedliche Einsatzhöhen betrieben werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Kraftstoff-Dosiervorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Eine erfindungsgemäjße Kraftstoff-Dosiervorrichtung weist eine Kraftstoffkammer, einen offen- und schließbaren Kraftstoffeinlass zu der Kraftstoff- kammer und wenigstens einen Kraftstoffauslass von der Kraftstoffkammer zu einem Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine auf, wobei ein Teil einer Wandung der Kraftstoffkammer aus einem ersten, in Abhängigkeit von einem Druckunterschied zwischen einem Druck in der Kraftstoffkammer und einem Umgebungsluftdruck beweglichen Element besteht, das mit einem Schließelement zum Öffnen und Schließen des Kraftstoffeinlasses gekoppelt ist, und wobei eine Kraftstoffmenge, die dem Ansaugkanal für eine vorbestimmte Betriebsstellung der Brennkraftmaschine zuzuführen ist, in Abhängigkeit vom Umgebungsluftdruck regulierbar ist.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Dosiervorrichtung besteht darin, dass die Veränderlichkeit der Zusammensetzung von Luft jeweils abhängig von einer entsprechenden Höhe automatisch durch eine entsprechend zugeführte Kraftstoffmenge ausgeglichen wird, so dass der Brennkraftmaschine stets nur so viel Kraftstoff zugeführt wird, wie für eine stöchiometrisch korrekte Verbrennung erforderlich ist.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung sieht vor, dass die Kraftstoff-Dosiervor- richtung mit einer Durchfluss-Reguliereinrichtung zur Einstellung der Kraftstoffzufuhr in den Ansaugkanal, einer Stelleinrichtung, die mit der Durchfluss-Reguliereinrichtung koppelbar ist, und mit einer Druckerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Änderung des Umgebungsluftdrucks versehen ist. Ferner weist die Kraftstoff-Dosiervorrichtung dieser Ausführungsform eine Steuerungseinrichtung auf, durch die in Abhängigkeit von der Druckerfassungseinrichtung die Stelleinrichtung betrieben werden kann, um die Durchfluss-Reguliereinrichtung zu betätigen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoff- Dosiervorrichtung kann die Druckerfassungseinrichtung eine Düsennadel in einem Durchläse zwischen der Kraftstoffkammer und dem Ansaugkanal als die Durchfluss-Reguliereinrichtung aufweisen, wobei sich eine Stellung der Düsennadel in dem Durchläse mittels der Stelleinrichtung verstellen lässt, die durch die Steuerungseinrichtung betrieben werden kann. In Abhängigkeit vom jeweiligen Umgebungsluftdruck, der durch die Druckerfassungseinrichtung, wie z. B. ein Drucksensor und dergleichen, erfasst werden kann, kann die Düsennadel z. B. durch ein digitales Signal der Steuerungseinrichtung derart eingestellt werden, dass die Gemischzusammensetzung in der Dosiervorrichtung ein stöchiometrisch korrektes Verhältnis annimmt.
Eine andere vorteilhafte Weiterentwicklung sieht vor, dass die Durchfluss- Reguliereinrichtung das Schließelement aufweisen kann, und dass die Stelleinrichtung das erste bewegliche Element aufweisen kann. Bei dieser Aus- führungsform kann das erste bewegliche Element mit einer vom Umgebungsluftdruck abhängigen Vorspannungskraft beaufschlagt werden, wobei das erste bewegliche Element durch eine Änderung der Vorspannungskraft in Bewegung versetzt und dadurch das Schließelement betätigt werden kann.
Bei der vorstehend genannten Ausführungsform kann die Vorspannungskraft auf einer magnetischen Wechselwirkung beruhen. Hierbei kann in Gegenüberstellung zum ersten beweglichen Element ein zweites Element angeordnet sein, das in Abhängigkeit von einer Änderung des Umgebungsluftdrucks und in Richtung des ersten beweglichen Elements beweglich ist. Fer- ner sind sowohl an dem ersten beweglichen Element als auch an dem zweiten beweglichen Element ein erstes bzw. zweites magnetisches Teil angebracht, wobei das zweite bewegliche Element dem ersten beweglichen Teil derart angenähert ist, dass sich eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem ersten magnetischen Teil und dem zweiten magnetischen Teil verstärkt, infolgedessen das erste bewegliche Teil zum Betätigen des Schließelements in Bewegung versetzt werden kann.
Der wesentliche Vorteil der vorstehend genannten Ausführungsform besteht darin, dass bei einer Abnahme des Umgebungsluftdrucks erst durch die Beweglichkeit des zweiten beweglichen Elements das daran angebrachte zweite magnetische Teil in Richtung des ersten beweglichen Elements bzw. des dar- an angebrachten ersten magnetischen Teils bewegt wird und sich dadurch der Abstand zwischen den beiden magnetischen Teilen verringert. Im Ergebnis verstärkt sich eine Wechselwirkung zwischen den Magneten, was dazu führt, dass das erste magnetische Teil durch das zweite magnetische Teil stärker angezogen wird. Hierdurch ändert sich die Position des ersten be- weglichen Elements, wodurch das mit dem ersten beweglichen Element gekoppelte Schließelement den Kraftstoffeinlass derart verengt, dass die Menge des durch die Kraftstoffkammer strömenden Kraftstoffs zur Anpassung des stöchiometrischen Verhältnisses an die geänderte Einsatzhöhe verringert wird.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Druckerfassungseinrichtung die Kammer aufweisen, und ferner kann die Steuerungseinrichtung das zweite bewegliche Element aufweisen. Hierbei kann das zweite bewegliche Element eine Kammer hermetisch verschließen, wobei zwi- sehen dem ersten beweglichen Element und dem zweiten beweglichen Element ein Zwischenraum vorgesehen ist, der zur Umgebung hin offen ist. Bei einer Abnahme des Umgebungsluftdrucks kommt es entsprechend zu einer Bewegung des zweiten beweglichen Elements in Richtung des ersten beweglichen Elements, wodurch die vorstehend beschriebene magnetische Wechsel- Wirkung zwischen den beiden magnetischen Teilen und die dadurch erzielte Korrektur der einströmenden Kraftstoffmenge erzielt wird.
Eine andere Ausführungsform der Kraftstoff-Dosiervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung ein aktives Stellglied aufweist, durch das sich die Vorspannungskraft erzeugen lässt. Hierbei kann an dem ersten beweglichen Element ein erstes magnetisches Teil angebracht sein, während das Stellglied aus einem Elektromagneten gebildet sein kann, der dem ersten magnetischen Teil gegenüberliegt, und wobei ein den Elekroma- gneten durchfließender Strom proportional zum Umgebungsluftdruck ist. Ferner kann das Stellglied mit einer Kennfeldsteuerung elektrisch verbunden sein, die den den Elektromagneten durchfließenden Strom in Abhängig- keit vom Umgebungsluftdruck einstellt.
Bei dieser Ausführungsform kann die Kennfeldsteuerung z. B. ein analoges oder digitales elektromagnetisches Signal ausgeben, mit dem auf Basis des gemessenen Umgebungsluftdrucks eine geeignete Durchflutung des Elektro- magneten und somit die dem Luftdruck und dem Lastfall angemessene stöchiometrische Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches eingestellt werden kann.
Alle der vorstehend genannten möglichen Ausführungsformen der erfin- dungsgemäßen Kraftstoff-Doslervorrichtung besitzen den Vorteil, dass die Kraftstoffmenge, die dem Ansaugkanal zum Betrieb der Brennkraftmaschine zuzuführen ist, bei Abnahme des Umgebungsluftdrucks automatisch auf einen kleineren Wert eingestellt werden kann, um für das Kraftstoff-Luft-Gemisch eine stöchiometrisch korrekte Zusammensetzung unter Berücksichti- gung der Jeweils vorherrschenden Sauerstoffkonzentration zu gewährleisten.
Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Dosiervorrichtung in einem Teilschnitt, wobei zur Er- läuterung des Funktionsprinzips teilweise Gestaltungszonen in die Schnittebene hereingeklappt sind;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Dosiervorrichtung im Teilschnitt; und
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoff-
Dosiervorrichtung im Teilschnitt. In den Fig. 1 bis 3 sind jeweils schematisch ein Aufbau einer ersten bis drit¬ ten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Dosiervorrichtung dargestellt. Im Folgenden sind zunächst die Merkmale erläutert, die den ge¬ zeigten Ausführungsformen gemeinsam sind.
Die Kraftstoff-Dosiervorrichtung umfaßt ein Gehäuse 1 sowie einen oberen Deckel 2 und einen unteren Deckel 3.
Da das Grundprinzip einer derartigen auch als Membranvergaser bezeichne- ten Kraftstoff-Dosiervorrichtung bekannt ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
Der Kraftstoff wird von einem nicht dargestellten Tank über einen Einlasskanal 4 zu einer Kraftstoffkammer 5 geführt. Am Ende des Einlasskanals 4 ist ein Kraftstoffeinlass 6 zu der Kraftstoffkammer 5 vorgesehen, der durch eine als Schließelement dienende Einlassnadel 7 geöffnet und geschlossen werden kann.
Die Einlassnadel 7 wird von einem Hebel 8, die zusammen ein Schließele- ment zum Öffnen und Schließen des Kraftstoffeinlasses 6 bilden, wobei der Hebel 8 um eine Achse 9 verschwenkbar ist und durch eine Feder 10 derart beaufschlagt wird, dass die Einlassnadel 7 den Kraftstoffeinlass 6 verschließt.
Am anderen Ende des Hebels 8 ist über einen Zapfen 11 eine als erstes bewegliches Element dienende obere Membran 12 angekoppelt, die die Kraftstoffkammer 5 gegenüber einer mit der Umgebung kommunizierenden Gegendruckkammer 13 trennt. Die Membran 12 bildet somit einen Teil der Wandung der Kraftstoffkammer 5.
Aus der Kraftstoffkammer 5 kann der Kraftstoff über einen Hauptkraftstof- fauslass 14 für den Arbeitsbetrieb der Brennkraftmaschine oder über Leerlauf-Kraftstoffauslässe 15 in einen Ansaugtrakt 16 gelangen, wo sich der Kraftstoff mit in Pfeilrichtung heranströmender Luft vermischt und schließ - lieh als Kraftstoff-Luftgemisch einer nicht dargestellten Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Diese Zuführung wird durch die Pumpbewegung eines Kolbens in der Brennkammer bewirkt, der während eines Ansaugtakts das Gemisch ansaugt. In dem Ansaugtrakt 16 sind weiterhin eine Chokeklappe 16a und eine Drosselklappe 16b angeordnet, deren Funktionsweise allgemein bekannt sind.
Die Saugwirkung durch den Kolben bewirkt eine Druckminderung in der Kraftstoffkammer 5, wodurch sich die Membran 12 - unterstützt durch den auf ihre Rückseite wirkenden Umgebungsdruck in der Gegendruckkammer 13 - in das Innere der Kraftstoffkammer 5 verlagert. Dadurch wird der Hebel 8 gegen die Wirkung der Feder 10 verschwenkt, so dass die Einlaßnadel 7 vom Kraftstoffeinlaß 6 abhebt und frischer Kraftstoff aus dem Einlaßkanal 4 nachströmen kann bzw. durch den Unterdruck in der Kraftstoffkammer 5 eingesaugt wird.
Sobald der Druckausgleich erfolgt ist, bewegt sich die Membran 12 aufgrund der Unterstützung durch die Feder 10 wieder in ihre Ausgangsstellung, wodurch der Kraftstoffeinlaß 6 erneut verschlossen wird.
Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Kraftstoff-Dosiervorrichtung lässt sich eine Düsennadel 17, die in einem Durchlass 18 des Gehäuses 1 zwischen der Kraftstoffkammer 5 und dem Ansaugtrakt 16 angeordnet ist, mittels einer Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) derart einstellen, dass sich mit einer dadurch variierten, dem Ansaugtrakt 16 zugeführten Kraftstoffmenge das Kraftstoff-Gemisch auf eine stöchiometrisch korrekte Zusammensetzung einstellen lässt, die einer vorherrschenden Sauerstoff- konzentration in der jeweiligen Einsatzhöhe der Brennkraftmaschine entspricht. Anders ausgedrückt, werden durch Mittel zur Erfassung einer Änderung des Umgebungsluftdrucks, wie z. B. Drucksensoren, Messwerte des Umgebungsluftdrucks aufgenommen und an die Steuerungseinrichtung zur weiteren Verarbeitung ausgegeben. Nach einer entsprechenden Verarbeitung kann die Steurungseinrichtung z. B. digitale Steuersignale erzeugen und diese an Stellglieder (nicht gezeigt) zum Einstellen der Düsennadel 17 ausgeben.
Die in der Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform ist gegenüber der er- sten Ausführungsform dahingehend abgewandelt, dass die Düsennadel 17 nicht mit einer Steuerungseinrichtung verbunden und somit lediglich manuell einstellbar ist. Ferner ist an einer Unterseite der oberen Membran 12, welche Unterseite sich außerhalb der Kraftstoffkammer 5 befindet, ein erster Magnet 19 angebracht. Im Bereich des unteren Deckels 3 ist eine als zweites bewegliches Element dienende untere Membran 20 vorgesehen, die eine Kammer 21 hermetisch verschließt und die sich parallel zur oberen Mem- bran 12 erstreckt. In Gegenüberstellung zum ersten Magneten 19 ist auf einer Oberseite der unteren Membran ein zweiter Magnet 22 angebracht.
Die Teilschnittansicht von Fig. 2 macht deutlich, dass bei dieser Ausführungsform die Gegendruckkammer 13 von der oberen Membran 12 und der unteren Membran 20 begrenzt ist, wobei die Gegendruckkammer 13 über eine Ausgleichsöffnung 23 zur Umgebung hin offen ist. Demnach kommt es bei einem Einsatz der Brennkraftmaschine in größeren Höhen, d. h. bei einer Abnahme des Umgebungsluftdrucks und damit einem abnehmenden Druck in der Gegendruckkammer 13, infolge des abgeschlossenen Volumens in der hermetisch verschlossenen Kammer 21 zu einer Bewegung der unteren Membran 20 mit dem darauf angebrachten zweiten Magneten 22 in Richtung des an der oberen Membran 12 angebrachten ersten Magneten 19, wodurch sich eine magnetische Wechselwirkung zwischen den beiden Magneten 19, 22 verstärkt. Dies hat zur Folge, dass bei einer vorbestimmten Be- triebsstellung der Brennkraftmaschine, in der die obere Membran 12 aufgrund der Saugwirkung durch den oder die Kolben in die Kraftstoffkammer 5 hinein verlagert ist, die Krümmung der oberen Membran 12 infolge einer durch die magnetische Wechselwirkung bewirkten, nach unten gerichteten Vorspannungskraft vermindert wird, wodurch der Kraftstoffeinlass 6 über den Hebel 8 und durch die Einlassnadel 7 verengt und somit die zugeführte Kraftstoffmenge vermindert wird.
In der vorstehend beschriebenen Weise wird bei vermindertem Umgebungsluftdruck automatisch erreicht, dass das Kraftstoff- Luftgemisch infolge der erläuterten magnetischen Wechselwirkung zwischen den beiden Magneten 19, 22 auf eine entsprechend korrigierte stöchiometrische Zusammensetzung mit einer entsprechend dem geringeren Sauerstoffgehalt reduzierten Kraftstoffmenge festgesetzt wird.
Die in der Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsform ist gegenüber der zweiten Ausführungsform dahingehend abgewandelt, dass anstelle der unteren Membran 20 mit der hermetisch verschlossenen Kammer 21 im Bereich des unteren Deckels 3 ein aktives Stellglied 24 vorgesehen ist. Das aktive Stellglied 24 ist dabei derart in den unteren Deckel 3 eingebracht, dass es in Gegenüberstellung zu dem an der oberen Membran 12 angebrachten ersten Magneten 19 ist. Bei dem aktiven Stellglied 24 handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromagneten.
Das Funktionsprinzip der dritten Ausführungsform basiert darauf, dass mittels des Elektromagneten 24, analog zur zweiten Ausführungsform, eine auf die obere Membran 12 wirkende Vorspannungskraft erzeugt werden kann, indem der Elektromagnet 24 durch einen Strom durchflössen wird, so dass es zu einer magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Elektromagneten 24 und dem ersten Magneten 19 kommt. Der Elektromagnet 24 ist dabei mit einer Kennfeldsteuerung (nicht gezeigt) elektrisch verbunden, die den Strom, welcher den Elektromagneten 24 durchfließt, in Abhängigkeit vom jeweiligen Umgebungsluftdruck derart einstellt, dass dadurch das Kraftstoff- Luftgemisch an die entsprechende Einsatzhöhe der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. Der Umgebungsluftdruck läßt sich geeignet z. B. durch einen Drucksensor (nicht gezeigt) erfassen, von dem ein Ausgabesignal in die Kennfeldsteuerung zur weiteren Verarbeitung eingegeben wird. Ist an den Elektromagneten 24 ein entsprechender Strom angelegt, wird der erste Magnet 19 durch die magnetische Wechselwirkung in Richtung des Elektromagneten 24 angezogen, wobei die Auswirkung auf den Kraftstoffeinlass 6 und die resultierende zugeführte Kraftstoffmenge die gleiche wie bei der zweiten Ausführungsform ist.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann anstelle des ersten Magneten 19 auch ein Element aus Metall vorgesehen sein, dass in gleicher Weise wie der erste Magnet 19 an der oberen Membran 12 angebracht ist. Dieses Element aus Metall übernimmt hierbei die gleiche Funktion wie der erste Magnet 19 und gewährleistet die vorstehend erläuterte magnetische Wechselwirkung.
Die erläuterte dritte Ausführungsform kann dahingehend abgewandelt sein, dass der Elektromagnet 24 innerhalb der Kraftstoffkammer 5 angeordnet ist. In diesem Fall wäre der Elektromagnet 24 durch die Kennfeld Steuerung derart anzusteuern, dass im Hinblick auf die erwünschte Korrektur der dem Ansaugtrakt zugeführten Kraftstoffmenge eine Vorspannungskraft erzeugt wird, die der Krümmung der Membran 12 entsprechend entgegenwirkt.
Statt des beschriebenen Elektromagneten 24 können auch andere Stellglieder verwendet werden, die - je nach Ausführungsform - auch direkt mit der Membran 12 verbunden sein können. Dabei eignen sich vor allem piezoelektrische Stellglieder. Ferner können aber auch magnetostriktive, hydraulische oder pneumatische Stellglieder, angepasst an den jeweiligen Anwendungsfall, zweckmäßig sein.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Kraftstoff-Dosiervorrichtung, mit
- einer Kraftstoffkammer (5); - einem offen- und schließbaren Kraftstoffeinlass (6) zu der Kraftstoffkammer (5); und mit
- wenigstens einem Kraftstoffauslass (14) von der Kraftstoffkammer zu einem Ansaugkanal (16) einer Brennkraftmaschine;
- wobei ein Teil einer Wandung der Kraftstoffkammer (5) aus einem er- sten, in Abhängigkeit von einem Druckunterschied zwischen einem Druck in der Kraftstoffkammer (5) und einem Umgebungsluftdruck beweglichen Element (12) besteht, das mit einem Schließelement (7, 8) zum Öffnen und Schließen des Kraftstoffeinlasses (6) gekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftstoffmenge, die dem Ansaugkanal (16) für eine vorbestimmte Betriebsstellung der Brennkraftmaschine zuzuführen ist, in Abhängigkeit vom Umgebungsluftdruck regulierbar ist.
2. Kraftstoff-Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch
- eine Durchfluss-Reguliereinrichtung zur Einstellung der Kraftstoffzu- fuhr in den Ansaugkanal;
- eine Stelleinrichtung, die mit der Durchfluss-Reguliereinrichtung koppelbar ist;
- eine Druckerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Änderung des Umgebungsluftdrucks; und durch - eine Steuerungseinrichtung, durch die in Abhängigkeit von der
Druckerfassungseinrichtung die Stelleinrichtung zur Betätigung der Durchfluss-Reguliereinrichtung betreibbar ist.
3. Kraftstoff-Dosiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Durchfluss-Reguliereinrichtung eine Düsennadel (17) in einem Durchlass ( 18) zwischen der Kraftstoffkammer (6) und dem Ansaugkanal (16) aufweist, wobei eine Stellung der Düsennadel (17) in dem Durchlass ( 18) mittels der durch die Steuerungseinrichtung betreibbaren Stelleinrichtung änderbar ist.
4. Kraftstoff-Dosiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die Durchfluss-Reguliereinrichtung das Schließelement (7, 8), und die Stelleinrichtung das erste bewegliche Element (12) aufweisen,
- das erste bewegliche Element (12) mit einer vom Umgebungsluft¬ druck abhängigen Vorspannungskraft beaufschlagbar ist, und dass - das erste bewegliche Element (12) durch eine Änderung der Vorspannungskraft in Bewegung versetzbar und dadurch das Schließelement (7, 8) betätigbar ist.
5. Kraftstoff- Dosiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Vorspannungskraft auf einer magnetischen Wechselwirkung beruht.
6. Kraftstoff-Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Gegenüberstellung zum ersten beweglichen Element (12) ein zweites, in Abhängigkeit von einer Änderung des Ungebungsluftdrucks und in Richtung des ersten beweglichen Elements bewegliches Element (20) angeordnet ist, wobei an dem ersten beweglichen Element (12) ein erstes magnetisches Teil (19) und an dem zweiten beweglichen Element (20) ein zweites magnetisches Teil (22) angebracht sind, und wobei das zweite bewegliche Element (20) bei Abnahme des Umgebungsluftdrucks dem ersten beweglichen Element (12) derart angenähert ist, dass sich zwischen dem ersten magnetischen Teil (19) und dem zweiten magnetischen Teil (22) eine magnetische Wechselwirkung verstärkt, infolgedessen das erste bewegliche Element (12) in Abhängigkeit vom Umgebungsluftdruck zum Betätigen des Schließelements (7, 8) in Bewegung versetzbar ist.
7. Kraftstoff-Dosiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die Druckerfassungseinrichtung eine Kammer (21), und die Steuerungseinrichtung das zweite bewegliche Element (20) aufweisen,
- das zweite bewegliche Element (20) die Kammer (21) hermetisch verschließt, und dass
- zwischen dem ersten beweglichen Element (12) und dem zweiten be- weglichen Element (20) ein Zwischenraum (13) vorgesehen ist, der zur Umgebung hin offen ist.
8. Kraftstoff-Dosiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung ein aktives Stellglied (24) aufweist, durch das die Vorspannungskraft erzeugbar ist.
9. Kraftstoff-Dosiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- an dem ersten beweglichen Element (12) ein erstes magnetisches Teil (19) angebracht ist, und dass
- das Stellglied (24) einen dem ersten magnetischen Teil (19) gegen- überstehenden Elektromagneten aufweist, wobei ein den Elektromagneten durchfließender Strom proportional zum Umgebungsluftdruck ist.
10. Kraftstoff-Dosiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuerungseinrichtung eine Kennfeldsteuerung aufweist, mit der das Stellglied (24) elektrisch verbunden ist, und dass
- die Druckerfassungseinrichtung einen Drucksensor aufweist, dessen Ausgabesignal in der Kennfeldsteuerung verarbeitbar ist, wobei die Kennfeldsteuerung den den Elektromagneten durchfließenden Strom in Ab- hängigkeit vom Umgebungsluftdruck einstellt.
11. Kraftstoff-Dosiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein hydraulisches, pneumatisches, piezoelektrisches oder magnetostriktives Element aufweist.
12. Kraftstoff-Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied mit dem ersten beweglichen Element (12) mechanisch verbindbar ist.
13. Kraftstoff-Dosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zuzuführende Kraftstoffmenge bei Abnahme des Umgebungsluftdrucks auf einen kleineren Wert einstellbar ist.
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