DE2257339C2

DE2257339C2 - Leerlaufdrehzahl-Steuersystem eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE2257339C2
Application number: DE2257339A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Yokohama Maruoka; Kenji Masaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1971-11-25
Filing date: 1972-11-22
Publication date: 1984-04-26
Also published as: US3774582A; FR2163031A5; DE2257339A1; AU4865372A; GB1364154A; JPS4858224A; CA959726A; JPS506903B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leerlaufdrehzahl-Steuersystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das sich insbesondere dafür eignet, die Leerlaufdrehzahl unabhängig von Veränderungen des Atmosphärischen Umgebungsdrucks auf einem geeigneten bzw. vorbestimmten Wert zu halten.

Bei einer Brennkraftmaschine ist es übliche Praxis, die Hauptdrosselklappe so einzustellen, daß sie bei Leerlaufbetrieb der Maschine um einen vorbestimmten Wert geöffnet ist. Die öffnung der Hauptdrosselklappe bestimmt dann im wesentlichen das Leerlaufgemisch der Brennkraftmaschine.

Es ist aus der DE-OS 15 76 524 eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Hauptdrosselklappe einer Brennkraftmaschine mittels eines membranbetätigten Stellmechanismus angesteuert wird. In dieser bekannten Vorrichtung zur Steuerung des angesaugten Gemischs ist ein membranbetätigter Drosselklappen-Verstellmechanismus gezeigt, bei dem der die Arbeitsmembran beaufschlagende Steuerdruck wechselweise entweder der Umgebungsdruck oder der Unterdruck im Ansaugsystem ist. Die Umschaltung der Beaufschlagung der Arbeitsmembran erfolgt durch eine auf einen plötzlichen Unterdruckaufbau im Ansaugsystem, d. h. beim Schiebebetrieb, reagierende Einrichtung, wobei die Abhängigkeit der Drosselklappenverstellung vom Umgebungsdruck darin zu sehen ist, daß bei der bekannten Vorrichtung sichergestellt wird, daß der Mechanismus des plötzlichen öffnens der Drosselklappe im Schiebebetrieb auch bei niedrigem Umgebungsdruck noch funktioniert Zu diesem Zweck ist eine Aneroiddose vorgesehen, durch die sichergestellt wird, daß sich Schwankungen im Außendruck nicht mehr auf die Funktionsfähigkeit der im Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine wirkenden Vorrichtung auswirkt

Die in der DE-OS 15 76 524 gezeigte Vorrichtung eignet sich nicht zur Verstellung der Hauptdrosselklappe im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine. Der bekannte Drosselklappen-Verstellmechanismus ist im Leerlaufbetrieb unwirksam, so daß die Hauptdrosselklappe des Ansaugsystems im Leerlaufbetrieb stets eine gleiche vorbestimmte Lage einnimmt Für die Festlegung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine ist der Massendurchsatz des angesaugten Luft/Brennstoffgemischs von entscheidender Bedeutung. Da sich der Massendurchsatz mit der Luftdichte und damit mit dem Umgebungsdruck ändert, ist es mit der bekannten Vorrichtung lediglich möglich, die Leerlaufdrehzahl für einen ganz bestimmten Umgebungsdruck auf einem optimalen Wert zu halten.

Schwankungen des Umgebungsdrucks wirken sich bei der bekannten Vorrichtung direkt auf die Gemischbildung und auf die Leerlaufdrehzahl aus, so daß es beispielsweise schwierig wird, mit der bekannten Vorrichtung bei extrem niedrigen Umgebungsdrücken, beispielsweise in großer Höhe, die Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb zu betreiben. Durch die verringerte Luftdichte wird eine mit dem bekannten System ausgestattete Brennkraftmaschine in großer Höhe mit einem übermäßig angereicherten Luft/Brennstoffgemisch versorgt, wodurch die Schadstoffemission zunimmt, weil die Maschine nicht mehr in einem verbrennungstechnisch optimalen Punkt arbeiten kann. Für den Fall, daß im Abgassystem des Kraftfahrzeugs ein katalytischer Wandler angeordnet ist, ergibt sich bei der Ausstattung einer Brennkraftmaschine mit dem bekannten Gemisch Steuersystem der weitere Nachteil, daß die Lebensdauer dieser Katalysatoren herabgesetzt wird, weil beim Betrieb der Brennkraftmaschine in großer Höhe, d. h. bei niedrigem Umgebungsdruck, die in den Abgasen enthaltenen unverbrannten Bestandteile erst im katalytischen Wandler verbrennen und diesen durch die damit hervorgerufene extrem hohe thermische Belastung zerstören. *

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Leerlaufdrehzahl-Steuersystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 unter Verwendung eines an sich bekannten Membranantriebs für die Hauptdrosselklappe zu schaffen, durch das die Leerlaufdrehzahl unabhängig von Veränderungen des atmosphärischen Drucks auf einem optimalen Wert gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird der an der Arbeitsmembran anliegende und dem Umgebungsdruck entgegenwirkende Druck vom Ansaugdruck bestimmt, der in Abhängigkeit vom Umgebungsdruck modifiziert ist. Erfindungsgemäß wird erreicht, daß der in der Arbeitsmembrankammer herrschende Steuerdruck bei absinkendem Umgebungsdruck proportional dazu die Drosselklappe in eine den Ansaugkanal öffnende Richtung verstellt, wodurch die Gemischzusammensetzung verbessert wird. Die Gemischzusammensetzung im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine wird somit automatisch dem Umgebungsdruck angepaßt, wodurch die Schad-

stoff-Emission herabgesetzt wird

Mit der Weiterbildung gemäß Unteranspruch 2 gelingt es, den korrigierenden Eingriff des LeerlaufdrehzahJ-Steuersystems auszuschalten, in dem lediglich das Drei-Wegeventil entaktiviert wird.

Wenn das Drei-Wegeventil mit einem Barometerschalter verbunden wird, der die Ventileinrichtung beim Unterschreiten eines gewissen Umgebungsdruckniveaus aktiviert, so eröffnet sich die Möglichkeit, das Leerlaufdrehzahl-Steuersystem erst dann wirksam in Funktion traten zu lassen, wenn der Umgebungsdruck so tief abgefallen ist, daß der korrigierende Eingriff des Leerlaufdrehzahl-Steuersystems wirkungsvoll zur Geltung kommt

Die Weiterbildung gemäß Unteranspruch 4 führt zu dem besonderen Vorteil, daß mit zwei sehr einfachen Komponenten die erforderliche Überlagerungscharakteristik des Umgebungsdrucks mit dem Ansaugdruck sichergestellt wird.

Nachstehend wird anhand einer Figur ein AusführungsbeispieJ der Erfindung näher erläutert

In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 12 den Vergaser einer Brennkraftmaschine, durch den das Luft-/Brennstoffgemisch zugeführt wird.

Im Ansaugkanal 16 befindet sich stromauf gesehen von der Drosselklappe 32 eine Venturidüse 14 und eine Luftklappe 18, die über einen Hebelmechanismus mit der Drosselklappe 32 in Verbindung steht und vom Fahrer durch das Gaspedal willkürlich betätigt wird. Weiter wirkt auf den Hebelmechanismus ein Leerlaufdrehzahl-Steuersystem, das mit dem Drosselklappenhebel 36 zusammenwirkt, um den Öffnungsgrad der Drosselklappe in Abhängigkeit von Änderungen im atmosphärischen Druck bei Leerlaufbetrieb der Maschine zu variieren und der Maschine ein Luft-/Brennstoffgemisch zuzuführen, das zur Aufrechterhaltung einer optimalen Leerlaufdrehzahl unabhängig von Änderungen im atmosphärischen Druck geeignet ist

Das Leerlautdrehzahl-Steuersystem besitzt einen Servomotor 44, der mit dem Drosselklappenhebel 36 verbunden ist, um den Öffnungsgrad der Drosselklappe 32 im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 10 zu steuern.

Der Servomotor 44 besitzt einen Stößel 46, dessen eines Ende sich in Anlageberührung mit dem freien Ende des Hebels 36 befindet, während sein anderes Ende mit einer flexiblen Membran 48 verbunden ist. Die Membran 48 befindet sich in einem Membrargehäuse 50 und unterteilt dieses Gehäuse in eine erste und eine zweite Membrankammer 50a bzw. 50i> bzw. in eine Steuerdruckkammer (50a) und eine Umgebungsdruckkammer (50b).

Innerhalb der ersten Membrankammer 50a befindet sich eine Druckfeder 52, die die Membran 38 und dementsprechend den Stößel 46 in eine Lage vorspannt, bei der der Hebel 36 in Schließrichtung der Drosselklappe 32 vorgespannt wird. Die erste Membrankammer 50a ist über eine Leitung 54 mit dem Ansaugdruck stromab der Drosselklappe 32 verbunden, um die Drosselklappe 32 durch die Bewegung der Membran 48 entgegen der Kraft der Druckfeder 52 geringfügig in Öffnungsrichtung zu bewegen.

Mit 56 ist eine Ventileinrichtung in der Ausbildung als Dreiwege-Solenoidsteuerventil bezeichnet, dessen Einlaß 58 über eine Leitung 60 mit der Ansaugleitung (nicht gezeigt) der Maschine in Verbindung steht, und dessen Auslaß 62 mit der Leitung 54 verbunden ist. Das Ventil 56 besitzt einen bewegliche;'! Kern oder Stößel 64, der die Verbindung zwischen dem Einlaß 58 und dem Auslaß 62 herstellen oder sperren kann; ferner hat dieses Ventil eine Solenoidspule 66, die bei Erregung den Stößel 64 in der Zeichnung nach unten bewegt, um dadurch eine Verbindung zwischen dem Einlaß 58 und dem Auslaß 62 herzustellea Das Solenoidsteuerventi! 56 ist mit einem zusätzlichen Auslaß 68 versehen, der benutzt wird, um den Pegel des dem Servomotor zuzuführenden Ansaugleitungsunterdnicks in einer noch zu beschreibenden Weise zu variieren.

Der in dem Solenoidsteuerventil 56 vorgesehene zusätzliche Auslaß 68 ist über eine Leitung 70 an eine Druck-Steuereinrichtung in Form einer Aneroiddose 72 angeschlossen, die den Pegel des Ansaugleitungsunterdrucks steuert, der zu der ersten Kammer 50a des Membrangehäuses 50 geliefert wird, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von Änderungen im atmosphärischen Druck erfolgt, so daß der Öffnungszustand der Drosselklappe 32 so modifiziert wird, daß die Maschine ein Luft-Brennstoffgemisch mit richtigem Luft-Brennstoffverhältnis erhält Hierfür ist die Druck-Steuereinrichtung bzw. die Aneroiddose mit einer Unterdruckpegelsteuerkammer 74 gekoppelt und besitzt eine den Barometerdruck kompensierende Membraneinheit 76. Die Unterdruckpegelsteuerkammer 74 hat eine Steueröffnung 78, die mit der Leitung 70 in Verbindung steht, sowie eine Luftabflußöffnung 80, die zur Atmosphäre offen ist. Die Membraneinheit 76 der Aneroiddose Desitzt ein Membrangehäuse 82 mit einer ersten und einer zweiten Kammer 82a bzw. 826, die durch eine flexible Membran 84 voneinander getrennt sind. Die erste Kammer 82a ist über eine Luftöffnung 86 zur Atmosphäre offen. Die zweite Kammer 826 ist mit Luft oder einem anderen geeigneten Gas 88 mit einem Druck von 760 mm Hg gefüllt. Die Aneroiddose ist einem Steuerstößel 90 gekoppelt, dessen Endabschnitt sich in die Unterdruckpegelsteuerkammer 74 erstreckt, um die wirksame Querschnittsfläche der Steueröffnung 78 zu steuern; ferner ist eine Druckfeder 92 vorgesehen, die die Membran 84 in eine Richtung vorspannt, so daß der Steuerstößel 90 die wirksame Querschnittsfläche der Steueröffnung 78 vergrößert. Fällt in bergigen Bereichen bzw. Gebäudeabschnitten der in der ersten Kammer 82a herrschende Druck ab, wird die Membran 84 in der Zeichnung gegen die Kraft der Druckfeder 92 nach links bewegt, so daß der Stößel 90 die wirksame Querschnittsfläche der Steueröffnung 78 verkleinert, um den Pegel des dem Servomotor 44 zuzuführenden Ansaugleitungsunterdrucks zu erhöhen.

Dadurch wird der Hebel 36 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, um den Öffnungsgrad der Drosselklappe 32 und damit die Leerlaufdrehzahl zu erhöhen.

Das Solenoidventil 56 wird durch eine elektrische Schaltung 94 gesteuert. Diese Schaltung besitzt eine Gleichspannungsquelle oder Batterie 96, die elektrisch an einen Zündschalter 98 angeschlossen ist, der seinerseits elektrisch an einen Anschlußknoten 100 angeschlossen ist. Der Anschlußknoten 100 ist elektrisch mit einer Anschlußklemme der Solenoidspule 66 des Solenoidsteuerventils 56 sowie ferner mit einer Zündspule 102 verbunden. Die Zündspule 102 ist auf ihrer Primärseite 102a elektrisch mit einem Verteiler 104 verbunden.

C^r Verteiler 104 weist eine Vorstell-Unterbrecherkontakteinheit 106 und eine Nachstell-Unterbrecherkontakteinheit 108 auf.

Das Taktrelais 130 kann bekannten Aufbau haben und besteht in der Darstellung aus zwei stationären

Kontakten 132; es weist einen beweglichen Kontakt 134 sowie einen Solenoid 136 auf, der bei Erregung das Taktrelais 130 schließt. Der Solenoid 136 des Taktrelais 130 ist mit einer Anschlußklemme elektrisch an einen auf die Motortemperatur ansprechenden Schalter oder Temperaturschalter 138 angeschlossen, während das andere Ende an einen Leerlaufschalter 140 angeschlossen ist.

Der Temperaturschalter 138 schließt, wenn die Motortemperatur, die z. B. durch die Temperatur des Kühlmittels in dem in der Maschine vorgesehenen Wassermantel repräsentiert wird, niedrig ist.

Der Leerlaufschaltet 140 schließt, wenn das Gaspedal losgelassen wird, und öffnet, wenn das Gaspedal niedergetreten wird. Der Leerlaufschalter 140 ist elektrisch mit der anderen Anschlußklemme der Soienoidspuie 66 des Soienoidventiis 56 verbunden, an die auch ein Barometerschalter 142 elektrisch ange-~ schlossen ist

Der Barometerschalter 142 ist geschlossen, wenn der atmosphärische Druck unter einem Pegel von 600 mm Hg liegt, um auf diese Weise den elektrischen Kreis für die Soienoidspuie 66 des Solenoidsteuerventils 56 zu schließen, selbst wenn die Motortemperatur ansteigt und der Schalter 138 geöffnet ist, so daß die Soienoidspuie 66 erregt wird und den Stößel 64 einzieht, um eine Verbindung zwischen dem Einlaß 58 und dem Auslaß 62 herzustellen, so daß Ansaugleitungsunterdruck dem Servomotor 44 zugeführt wird, um die Drosselklappe 32 zu öffnen. Nachfolgend werden einige Betriebsweisen des Leerlaufdrehzahl-Steuersystems beschrieben:

Es sei angenommen, daß der Leerlaufschalter 140 geschlossen ist und daß die Maschinentemperatur niedrig ist, so daß der Temperaturschalter 138 ebenfalls geschlossen ist. In diesem Fall ist der elektrische Kreis zur Soienoidspuie 66 geschlossen, so daß die Soienoidspuie 66 des Soienoidventiis 56 erregt ist und der Stößel 64 eingezogen wird, wodurch eine Verbindung zwischen der Leitung 60 und der Leitung 54 hergestellt wird. In diesem Fall gelangt der Ansaugleitungsunterdruck der Leitung 60 zur Kammer 50a des Membrangehäuses 50, so daß die Membran 48 mit dem Stößel 46 entgegen der Wirkung der Druckfeder 52 in der Zeichnung etwas nach oben bewegt wird, so daß die Drosselklappe 32 für den erwünschten I .eerlaufbetrieb der Maschine etwas geöffnet wird. Gleichzeitig wird das Taktrelais 130 geschlossen, so daß die Nachstell-Unterbrecherkontakteinheit 108 betätigt wird, um den Zündzeitpunkt nachzustellen oder zu verzögern. Das Nachstellen des Zündzeitpunkts hat auch zur Folge, daß die den Maschinenzylindern zugeführte Luft-Brennstoffmischung verzögert oder verspätet verbrennt, so daß die Temperatur der Maschinenabgase erhöht wird und dadurch die giftigen und gefährlichen Bestandteile in den Abgasen durch den Nachverbrennungseffekt infolge verspäteter Verbrennung des Luft-Brennstoffgemisches vermindert werden.

Beim Warmlaufen der Maschine wird der Temperaturschalter 138 geöffnet, so daß das Taktrelais 130 geöffnet wird. In diesem Falle fließt elektrischer Strom durch die Zündspule 102 zu der Vorstell-Unterbrecherkontakteinheit 106, die dementsprechend den Zündzeitpunkt vorstellt, so daß die Leistung der Maschine für schwere Belastung oder für Beschleunigung erhöht wird.

Steht das Kraftfahrzeug still und befindet es sich in einer hügeligen Gegend, in der der atmosphärische Druck unter einem vorbestimmten Pegel, z. B. 600 mm Hg liegt, dann ist der Barometerdruck in der ersten Kammer 82a niedriger als der in der zweiten Kammer 82b der Aneroiddose. Unter diesem Umständen wird die Membran 84 und dementsprechend der Stößel 90 nach links gelegt, so daß die wirksame Querschnittsfläche der Steueröffnung 78 verkleinert wird. Demzufolge wird der Pegel des dem Servomotor zuzuführenden Ansaugleitungsunterdrucks erhöht, so daß der mit der Membran 48 zusammenwirkende Stößel 46 etwas mehr angehoben wird, wodurch der Hebel 36 die Drosselklappe 32 in einem bestimmten Ausmaß öffnet Die vergrößerte öffnung der Drosselklappe erhöht dadurch nicht nur die Leerlaufdrehzahl auf einen richtigen Wert; vielmehr arbeitet der Langsamlauf-Gemischkreis dadurch so, daß das Luft-Brennstoff gemisch zur Magerseite verschoben wird, wodurch befriedigende Verbrennung des Luft-Brennstoffgemisches erreicht wird.

Aus der Vorbeschreibung ergibt sich, daß das Leerlaufdrehzahl-Steuersystem den Öffnungsgrad der Drosselklappe in Abhängigkeit von Änderungen im atmosphärischen Druck variieren kann, wodurch eine optimale bzw. richtige Leeriaufdrehzahl selbst dann erhalten wird, wenn das Kraftfahrzeug in bergigem Bereich siümehi und seibst dann, wenn die Maschine beim Starten kalt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Leerlaufdrehzahl-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mittels Verstellung der Hauptdrosselklappe des Ansaugsystems mit Hilfe einer Membran, die ein Membrangehäuse in eine Kammer für den Umgebungsdruck und in eine Steuerdruckkammer für den Ansaugdruck unterteilt, dadurch gekennzeichnet, daß dem in die Steuerdruckkammer (5Oa^ eingespeisten Ansaugdruck Ober eine Ventileänrichtung (56) der durch eine Leitung (70) zuzuführende Umgebungsdruck überlagert wird, wozu eine Druck-Steuereinrichtung (72) dient, die bei abnehmendem Umgebungsdruck dessen Zufuhr zunehmend drosselt und dadurch den Druck in der Steuerdruckkammer (50a) modelliert.

2. Leerlaufdrehzahl-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (56) ein Drei-Wegeventil ist, das im aktivierten Zustand sowohl den Ansaugdruck als auch den Umgebungsdruck in die Steuerdruckkammer (5OaJ einspeisen kann.

3. Leerlaufdrehzahl-Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (56) mit einem Barometerschalter (142) verbunden und durch diesen aktivierbar ist, wenn der Umgebungsdruck unter einen vorbestimmten Pegel absinkt

4. Leerlaufdrehzahl-Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Umgebungsdruck abhängige Überlagerung des Umgebungsdruckes von einer Aneroid-Dose (72) gesteuert wird, welche mit einem Regulierventil (78, 90) gekoppelt ist.