DE2340643A1

DE2340643A1 - Vergaser fuer eine verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2340643A1
Application number: DE19732340643
Authority: DE
Inventors: Heinz Gilewski; Erwin Dr Ing Klein; Herbert Dipl Ing Lucke
Original assignee: Siemens AG; Volkswagen AG
Current assignee: Siemens AG; Volkswagen AG
Priority date: 1973-08-10
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1975-02-27

Description

Vergaser für eine Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Vergaser für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Benzinpumpe, insbesondere einer Zueatzpumpe für Beschleunigungsphasen.

Bekannte Vergaser für Verbrennungskraftmaschinen, z.B. Pkw-Otto-Motoren, sind häufig mit einer Benzinpumpe ausgerüstet, die als Zusatzpumpe für Beschleunigungsphasen dient. Diese Benzinpumpe spritzt bei jeder Betätigung des Gaspedals, d.h. bei jedem Beschleunigungsvorgang, eine vorgegebene Menge Zusatzkraftstoff in den Ansaugluftstrom des Vergasers ein. Hierdurch wird ein verbessertes Anzugsvermögen des Motors beim Beschleunigen erzielt. Die Zusatzpumpender bekannten Vergaser sind als Membranpumpen ausgeführt und unmittelbar am Vergasergehäuse angeflanscht. Sie werden über ein Gestänge direkt vom Gaspedal bzw. von der Drosselklappe mechanisch betätigt, so daß die Zusatzkraftstoffmenge - dosiert durch den Hub der Benzinpumpe - über einen von der Geschwindigkeit der Pedalbetätigung abhängigen Zeitraum eingespritzt wird.

Das Verhältnis von Zusatzbenzinmenge zu Luftvolumen schwankt also bei den bekannten Vergasern in Abhängigkeit von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine. Da aber die Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von ihrer Drehzahl •inen sehr unterschiedlichen Bedarf an Luftdurchsatz (Liter/ Sekunde) durch ihr Ansaugrohr hat, läßt sich mit den bekannten Vergasern nur in diskreten Betriebszuständen eine günstige Gemischkonzentration, d.h. ein optimaler Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verhältnis von Zusatzbenzinmenge zu Luftvolumen besser dem drehzahlabhängi-

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VPA 73/8405 gen Luftbedarf der Verbrennungskraftmaschine anzupassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Vergaser der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch, gekennzeichnet, daß die Benzinpumpe einen Verdrängungskörper, vorzugsweise eine Membran, aufweist, der durch ein Signal einer elektrischen Steuereinrichtung aus einer Ausgangslage bewegbar ist und der sich nach dem Verschwinden dieses Signals wieder in dies· Ausgangslage zurtickzubewegen sucht, und daß diese elektrisch· Steuereinrichtung eine Signalfolge abgibt, deren Periodendauer eine fest vorgegebene Punktion der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ist.

Diese Funktion kann dem für einen optimalen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erforderlichen Verhältnis von Zusatzbenzinmenge zu Luftvolumen weitgehend angepaßt werden. Grünstigerweise ist die Abhängigkeit der Periodendauer der Signalfolge von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine so gewählt, daß das Verhältnis des von der Benzinpumpe in den Vergaser eingespritzten Benzins zur Ansaugluft wenigstens annähernd von der Drehzahl unabhängig ißt.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Benzinpumpe für einen erfindungsgemäßen Vergaser. Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer elektrischen Steuereinrichtung für die Benzinpumpe nach Figur 1. Figur 3 zeigt Impulsdiagramme.

Die Benzinpumpe nach Figur 1 kann direkt an den Vergaser montiert werden. Sie kann aber auch ein selbständiges Gerät sein, das mit dem Kraftstoffbehälter und mit dem Vergaser bzw. der Einspritzdüse lediglich durch Schläuche verbunden ist.

Das Gehäuse der Benzinpumpe nach Figur 1 besteht aus den

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Teilen 1 und 2, zwischen denen sich eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Membran 3 mit einem ferromagnetischen Betätigungskörper befindet. Diese Membran 3 verschließt den Füllraum 4 im Gehäuse der Benzinpump· 4» der über Kanäle 5 und 6 mit der Benzinversorgung bzw, der Einspritzleitung verbunden ist. In diesen Kanälen 5 und 6 befinden sich Kugelventile 7 und 8, die das Benzin nur in der jeweils gewünschten Richtung durchfließen lassen.

Die Membran 3 kann eine elastische Metallmembran sein, die eine ausreichende Rückstellkraft besitzt. Sie kann aber auch beispielsweise als Gummituchmembran ausgeführt sein, die durch eine nicht dargestellte Feder in Richtung des Füllraumes 4 gedrückt ist. Ein Anschlag 11 im Füllraum 4 begrenzt den Weg der Membran 3 derart, daß die ihr eigene Rückstellkraft nie auf den Wert Null absinkt. Dadurch wird ein günstigerer Abschnitt der Federkennlinie der Membran 3 ausgenutzte Ist die Membran 3 mit einer Rückstellfeder versehen, wird diese günstigerweise dem begrenzten Hub der Membrane entsprechend vorgespannt.

Innerhalb des Teiles 2 des Gehäuses der Benzinpumpe befindet sich ein vorzugsweise als Topfmagnet ausgebildeter Elektromagnet 9. Dieser Elektromagnet 9 zieht bei Erregung die Membran 3 oder einen an dieser Membran angebrachten ferromagnetischen Anker an, so daß sich das Volumen des Füllraumes im Gehäuseteil 1 vergrößert und folglich Benzin angesaugt wird. Die Magnetkraft ist so bemessen, daß die Membran 3 verhältnismäßig schnell bis zum Anschlag an den Magnetkern 9a angezogen wird. Nach dem Abschalten des Magneten 9 versucht die Membran 3 aufgrund ihrer Rückstellkraft wieder ihre in Figur 1 dargestellte Ursprungslage einzunehmen, so daß das Volumen des Füllraumes 4 verkleinert und das» Benzin aus diesem Füllraum 4 verdrängt und zur Einspritzdüse gepreßt wird. Die Zeit bis zur Rückkehr der Membran in ihre in Figur 1 dargestellte Ruhelage hängt u.a. von der Rückstellkraft der Membran 3 (Federkonstante) und vom Strömungswiderstand in der Benzinabflußleitung einschließlich der Einspritzdüse ab.

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Wie Figur 2 zeigt, ist die Erregerwicklung 26 des Elektromagneten 9 der Benzinpumpe nach Figur 1 an einen Leistungsverstärker 25 angeschlossen, der so geschaltet ist, daß die Erregerspule 26 bei L-Signal am Verstärkereingang stromlos und bei Null-Signal am Verstärkereingang erregt ist. Der Eingang des Leistungsverstärkers 25 ist am Ausgang einer Zeitstufe 23 angeschlossen, die einen Stromimpuls vorgegebener definierter Dauer vorgibt, wenn an ihrem Eingang ein Stromimpuls beliebiger Dauer ankommt. Günstigerweise ist die Impulsdauer der Ausgangsimpulse der Zeitstufe 23 eine bestimmte, vorgegebene Punktion der Temperatur der Verbrennungekraftmaschine, so daß auch die Signaldauer am Ausgang des Leietungsverstärkers 25 eine bestimmte vorgegebene Funktion der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine ist. Die Temperaturabhängigkeit der Ausgangsimpulse der Zeitstufe 23 wird durch einen an der Verbrennungskraftmaschine angebrachten, der Zeitstufe 23 zugeordneten Heißleiter 24 realisiert, der bewirkt, daß die Zeitstufe 23 Stromimpulse mit einer Impulslänge t₁ abgibt, die bei niedriger Temperatur der Verbrennungskraftmaschine langer ist als bei hoher Temperatur. Dies berücksichtigt, daß die für eine optimale Beschleunigung erforderliche Zusatzkraftstoffmenge temperaturabhängig ist, und zwar braucht der kalte Motor etwa die doppelte Menge wie der betriebswarme Motor. Konstante Bemessung unter Zugrundelegung des kalten Motors führt bei warmem Motor zu Abgasproblemen und hohen Verlusten.

Dient die Benzinpumpe nach Figur 1 als Zusatzpumpe für Beschleunigungsphasen, so ist es günstig, während einer Beschleunigungsphase nur eine vorgegebene, allerdings von der jeweiligen Temperatur der Verbrennungskraftmaschine abhängige Zusatzmenge Benzin in den Vergaser einzuspritzen. Zu diesem Zweck ist es günstig, wenn die elektrische Steuereinrichtung nach Figur 2 so ausgebildet ist, daß sie nur nach dem Auslenken des der Verbrennungskraftmaschine zugeordneten Gaspedals 31 bzw. der Drosselklappe über einen bestimmten vorgegebenen Wert des Auslenkwinkels hinaus die Benzinpumpe nach Figur 1 betätigende Signale an die Erregerwicklung 26 abgibt,

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deren Anzahl auf einen bestimmten vorgegebenen Wert beschränkt ist. Dadurch wird die Einspritzung von Zusatzkraftstoff vermieden, wenn das Gaspedal nochmals kurz nacheinander betätigt wird bei hoher Drehzahl und eine Beschleunigung nicht mehr möglich ist. Zu diesem Zweck ist die Zeitstufe 23 am Ausgang einer NAND-Stufe 21 angeschlossen, die am Ausgang L-Signal abgibt, wenn an ihren drei Eingängen Null-Signal (Massenpotential )ansteht. Der eine Eingang I der NAND-Stufe 21 ist am Zündunterbrecher 22 des Zündverteilers der Verbrennungskräftmaschine angeschlossen, der zweite Anschluß II am Ausgang einer Triggerstufe 30 und der dritte Eingang III am Arbeitskontakt eines Umschalters 32, dessen beweglicher Kontaktteil an Masse liegt und den Arbeitskontakt nur dann schließt, wenn der Auslenkwinkel des Gaspedals 31 einen vorgegebenen Wert, z.B. 15 Grad, überschreitet. Der Eingang der Triggerstufe 30 liegt über eine Sperrdiode 28 am Ausgang einer weiteren Zeitstufe 27, die ebenfalls in Steuerabhängigkeit vom Zündunterbrecher 22 steht. Diese Zeitstufe 22 gibt elektrische Stromimpulse definierter, unveränderlicher Dauer t_ ab. Die Dauer dieser Impulse hängt von keinen größeren Faktoren ab. Die Diode 28 ist für diese Stromimpulse in Durchlaßrichtung gepolt. Zwischen der Diode 28 und der Triggerstufe 30 ist der eine Anschluß eines Kondensators 29 angeschlossen, dessen anderer Anschluß an Masseliegt. Ferner ist der Ruhekontakt des Umschalters 32 mit der Verbindungsleitung zwischen der Diode 28 und der Triggerstufe 30 verbunden.

Wird während einer Beschleunigungsphase das Gaspedal 31 über den vorgegebenen Wert des AuslenkwinkeIs hinaus ausgelenkt und der Arbeitskontakt des Umschalters 32 geschlossen, so liegt der Eingang III der NAND-Stufe 21 an Masse. Da der Kondensator 20 zuvor über den Ruhekontakt des Umschalters 32 entladen worden ist und da die Triggerstufe 30 nur I-Signal abgibt, wenn die Spannung an ihrem Eingang einen bestimmten Wert erreicht hat, liegt auch am Eingang II der NAND-Stufe 21 zunächst Null-Signal (Massenpotential) an. Der Eingang I der NAND-Stufe 21 erhält im Rythmus des Schließens des Zündunterbrechers 22 Null-Signal, so daß zunächst am Ausgang der NAND-Stufe 21 im

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Rhythmus des Schließens des Zündunterbrechers 22 L-Signal ansteht. Wird zunächst unveränderliche Temperatur der Verbrennungskraftmaschine angenommen, so gibt die Zeitstufe 23 eine Folge von Stromimpulsen 31 entsprechend Figur 3a ab, die stets gleichbleibende Impulsdauer hat. Diese Stromimpulse gelangen zum Leistungsverstärker 25, der Null-Signal auf die Erregerwicklung 26 der Benzinpumpe gibt, solange an seinem Eingang L-Signal ansteht. Die Erregerspule 26 wird also mit Stromimpulsen 31 entsprechend Figur 3a beaufschlagt. In Figur 3a ist auch die Periodendauer T eingetragen, die hier zwischen den Endflanken zweier aufeinanderfolgender Stromimpulse 31 gemessen ist.

Die Periodendauer T sei zunächst so groß, daß die Membran 3 infolge der Erregung des Elektromagneten 9 durch die Stromimpulse 31 zunächst am Magnetkern 9a anschlägt und dann noch genügend Zeit findet, zwischen zwei Stromimpulsen 31 wieder am im Füllraum 4 befindlichen Anschlagkörper 11 anzuschlagen. Die Wegimpulse der Membran 3 sind in Figur 3b dargestellt. In Figur 3b ist T die Zeit, die die Membran 3 ausgehend von ihrer in Figur 3 dargestellten Ruhelage bis zum Anschlag am Magnetkern 9a braucht, während die Zeit T₁ die Zeit ist, die die Membran 3 zwischen zwei Stromimpulsen 31 braucht, bis sie wieder am Anschlagkörper 11 anliegt. Die zwischen zwei Stromimpulsen 31 eingespritzte Benzinmenge ist in Figur 3c, Fall A dargestellt und beträgt 100 %. Hängt die Periodendauer T reziprok mit der Drehzahl zusammen, ist sie also beispielsweise umgekehrt proportional zur Drehzahl, so wird auch mit steigender Drehzahl und damit mit steigendem Luftdurchsatz durch das Ansaugrohr der Verbrennungskraftmaschine mehr Benzin in den Vergaser eingespritzt. Das Verhältnis von Zusatzbenzin zu Luftvolumen kann also weitgehend drehzahlunabhängig gehalten werden.

Ist die Dauer der von der Zeitstufe 23 abgegebenen Stromimpul- , se eine vorgegebene Funktion der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine, und beispielsweise umgekehrt proportional zur Temperatur der Verbrennungskraftmaschine, so sind diese Umpulse um so kürzer, je höher die Temperatur der Verbrennungskraftmaschine ist. Das bedeutet daher, daß die vom invertieren-

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den Leistungsverstärker 25 an die Erregerspule 26 abgegebenen Stromimpulse eine mit höher werdender Temperatur der Verbrennungskraftmaschine ansteigende Dauer haben. In Figur 3a ist gestrichelt eine durch erhöhte Temperatur der Verbrennungekraftmaschine hervorgerufen· Verlängerung 31^f der Stromimpuls· 31 angedeutet. Aufgrund der verlängerten Stromimpulse ist die Membran 3 der Benzinpumpe nach Figur 1 nur während eines vesfkürzten Zeitraumes T₂ vom Elektromagneten 9 freigegeben, so daß diese Membran 3 nicht mehr bis zum Anschlagkörper 11 im Füllraum 4- gelangen kann. Daher wird auch pro Stromimpuls 31 , der um das Stück 31' verlängert ist, eine gegenüber dem unverlängerten Stromimpuls 31 verringerte Benzinmenge in den Vergaser eingespritzt, beispielsweise eine nur noch 50# betragende Benzinmenge, wie in Figur 3c, Fall B, dargestellt ist. Hierdurch ist also gewährleistet, daß das während einer Beschleunigungsphase zusätzlich in den Vergaser eingespritzte Benzin entsprechend der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine dosiert ist.

Während des Beschleunigungsvorganges, bei dem der Arbeitskontakt des Umschalters 32 geschlossen ist, gibt die Zeitstufe 27 Stromimpulse stets gleichbleibender vorgegebener Dauer im Rhythmus des Zündunterbrechers 22 ab. Diese Impulse werden durch den Kondensator 29 und die Triggerstufe 30 gezählt d.h. die Triggerstufe 30 gibt L-Signal ab in dem Moment, in dem die Zahl der von der Zeitstufe abgegebenen Impuls· und damit die Ladespannung des Kondensators 29 einen bestimmten vorgegebenen Wert überschreitet. Dieses L-Signal am Ausgang der Triggerstufe 30 bewirkt ein Null-Signal am Ausgang der NAKD-Stufe 21, durch das die Benzinpumpe abgeschaltet wird. Hierdurch ist also gewährleistet, daß nur eine vorbestimmte Benzinmenge, die jedoch abhängig von der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine ist, während eines Beschleunigungsvorganges in den Vergaser eingespritzt wird. Die Einspritzgeschwindigkeit ist unabhängig von der Geschwindigkeit der Gaspedalbetätigung.

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Der erfindungsgemäße Vergaser hat ferner den Vorteil, daß das Gemisch auch bei warmer Verbrennungskraftmaschine nicht zu fett ist, so daß die Abgasprobleme und der Benzinverbrauch verringert und der Wirkungsgrad verbessert sind.

Am erfindungsgemäßen Vergaser kann auch eine Benzinpumpe verwendet werden, die beim Ansprechen des Magneten einspritzt und beim Rückholen der Membran durch die Federkraft ansaugt. Ein· derartige Benzinpumpe hat den Vorteil, daß die Einsehaltdauer des Magneten geringer ist und daß beim Abstellen des Motors d.h. beim Abstellen der Stromversorgung kein Benzin in den Vergaser eingespritzt wird. Die Benzinpumpe kann auch eine Tauchkolbenpumpe sein.

12 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

.)Vergaser für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Benzinpumpe, insbesondere mit einer Zusatzpumpe für Beschleunigungsphasen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Benzinpumpe einen Verdrängungskörper, vorzugsweise eine Membran, aufweist, der durch ein Signal einer elektrischen Steuereinrichtung aus einer Ausgangslage bewegbar ist und der sich nach dem Verschwinden dieses Signals wieder in diese Ausgangslage zurückzubewegen sucht, und daß die elektrische Steuereinrichtung eine Signalfolge abgibt, deren Periodendauer eine fest vorgegebene Punktion der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ist.
2. Vergaser nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Periodendauer der Signalfolge von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine so gewählt ist, daß das Verhältnis des von der Benzinpumpe in den Vergaser eingespritzten Benzins zur Ansaugluft wenigstens annähernd unabhängig von der Drehzahl ist.
3. Vergaser nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Signaldauer eine bestimmte vorgegebene Funktion der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine ist.
4. Vergaser nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet, daß die Signaldauer proportional zur Temperatur der Verbrennungskraftmaschine ist.
5. Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie nur nach dem Auslenken eines der Verbrennungskraftmaschine zugeordneten Gaspedals bezw. einer Drosselklappe über einen bestimmten vorgegebenen Wert des AuslenkwinkeIs hinaus die Benzinpumpe betätigende Signale abgibt.

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6. Vergaser nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Eingang eines Gatters (21) mit UND-Punktion über einen drehzahlabhängig betätigten ersten Kontakt (22), insbesondere einen Zündunterbrecher, in drehzahlabhängiger Folge mit einem Potential verbunden und ein zweiter Eingang des Gatters (21) über einen mit einem Gaspedal (31) gekoppelten zweiten Kontakt (31) nur oberhalb des vorgegebenen Wertes des Auslenkwinkels mit dem gleichen Potential verbunden ist, und daß an den Ausgang des Gatters (21) eine Erregerspule (26) für die Bewegung des Verdrängungskörpers (3) über eine Zeitstufe (23) angeschlossen ist, die Impulse mit von der Dauer der ihr zugeführten Impulse unabhängiger Dauer (ti) abgibt.
7. Vergaser nach den Ansprüchen 3 oder 4 und 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitstufe (23) ein Schaltungsteil nach Art eines Heißleiters (24) zur Gewinnung von Impulsen mit mit zunehmender Temperatur abnehmender Dauer (ti ) enthält .
8. Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steureinrichtung Mittel zur Begrenzung der Zahl der Signale der Signalfolge enthält.
9. Vergaser nach den Ansprüchen 7 und 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuereinrichtung eine mit dem ersten Eingang des Gatters (21) in Verbindung stehende weitere Zeitstufe (27) enthält, die Impulse (t2) mit konstanter Dauer an einen Kondensatorspeicher (29) abgibt, an den ein bei Erreichen eines vorgegebenen Spannungswertes an dem Speicher (29) ansprechender Trigger (30) zur Unterbrechung der Signalfolge angeschaltet ist.
10. Vergaser nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Triggers (30) mit einem dritten Eingang des Gatters (21) verbunden ist.

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11. Vergaser nach den Ansprüchen 6 und 10 oder nach Anspruch 6, einem der Ansprüche 7 bis 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kontakt (32) als TJmschaltkontakt ausgebildet ist, der bei nicht betätigtem Gaspedal (31) auf den Speicher (29) das Potential aufschaltet.
12. Vergaser nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß Anzahl der von der Steuereinrichtung nach dem Auslenken des Gaspedals bzw, der Drosselklappe über einen bestimmten, vorgegebenen Wert des Auslenkwinkels hinaus abgegebenen, die Benzinpumpe betätigenden Signale auf einen bestimmten vorgegebenen Wert beschränkt ist.

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