DE2409775C2 - Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelanlage einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelanlage einer Brennkraftmaschine

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DE2409775C2 DE2409775A DE2409775A DE2409775C2 DE 2409775 C2 DE2409775 C2 DE 2409775C2 DE 2409775 A DE2409775 A DE 2409775A DE 2409775 A DE2409775 A DE 2409775A DE 2409775 C2 DE2409775 C2 DE 2409775C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Luft-Verhälinis-Regelanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Messung der vom Motor angesaugten Luftmenge, mit einer Kraftstoffzumeßeinrichtung und mit einer Einrichtung zur Bildung eines von der Luftmenge abgeleiteten Sollwerts für die Kraftstoffeinspritzmenge, entsprechend dem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis steuerbar ist.
Zur Einhaltung einer geringen Schadstoffemission bei Brennkraftmaschinen ist eine genaue Einhaltung des günstigsten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses erforderlich. Dies gilt gleichermaßen für konventionelle fremdgezündete Motoren, wie auch für Motoren mit geschichteter Ladung oder Selbstzündung.
Bei den bekannten Kraftstoffzumeßeinrichtungen für Brennkraftmaschinen dient entweder die dem Motor zugeführte Luft oder die Kraftstoffmenge als Führungsgröße und der Ergänzungsstoff wie Kraftstoff oder Luft wird entsprechend der Führungsgröße zugemessen. So wird z.B. bei einer durch die DE-OS 20 14 633 bekannten Gemischsteuereinrichtung für fremdgezündete Brennkraftmaschinen die vom Motor angesaugte Luftmenge durch die im Saugrohr angeordnete Drosselklappe als Führungsgröße willkürlich bestimmt. Um das gewünschte Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erhalten, wird diese änderbare Luftmenge gemessen und es wird ihr eine entsprechende Kraftstoffmenge zugemessen. Ändert sich also die Ltiftmenge, so ändert sich auch die Kraftstoffmenee. Zumessungsfehler, beispielsweise bei verstopften Düsen, werden bei derartigen »Folgesteuerungen« jedoch nicht kontrolliert, so daß sehr schnell große Schadstoffemissionen entstehen können, die der Betreiber der Brennkraftmaschine meist erst über das schlechte Fahrverhalten der Brennkraftmaschine bemerkt. Auch eine Rückmeldung der Stellung des Kraftstoffmengenstellglieds und ein Vergleich dieses Istwertes der Stellgliedstellung mit dem von der Steuerung gegebenen Sollwert mit anschließender Stellgliedstellungskorrektur kann eine Fehlzumessiing nicht erfassen oder vermeiden. Maßgeblich für die Zumessung von Kraftstoff an der Zumeßstelle sind die durch Verschleiß und Alterung beeinflußbaren Zumeßqucrschnittc. das ebenso beeinflußbare Druckgefälle am
Zumeßquerschnitt und die durch die Umwelt beeinflußte Viskosität des Kraftstoffes. Diese Einflüsse werden von der bekannten Einrichtung nicht erfaßt und können die Genauigkeit der Kraftstoffzumessung erheblich beeinflussen. Bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen wird im allgemeinen die Kraftstoffmenge willkürlich geändert und die Luftmenge vom Motor nach Bedarf angesaugt. Die Brennkraftmaschine fährt weitgehend mit einem Luftüberschuß, was auch wiederum zu unerwünschten Schadstoffemissionen führen kann, da to durch Luftüberschuß eine besonders heiße und damit stickoxidemissionsretche Verbrennung stattfindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelanlage zu entwickeln, mit der eine genauere Zumessung der Kraftstoffmenge entsprechend der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich eine Einrichtung zum Vergleichen der der Brennkraftmaschine zugeführten tatsächlichen Kraftstoffmenge mit der Soll-Kraftstot'fmenge vorgesehen ist, entsprechend deren Ausgangssignal die Menge eines der Betriebsstoffe, Kraftstoff oder Luft, änderbar ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kraftstoffzumeßeinrichtung durch eine Kraftstoffördereinrichtung über eine Kraftstofförderleitung mit Kraftstoff versorgt wird und daß in der Kraftstofförderleitung ein entsprechend dem Luftmengensignal des Luftmengenmessers verstellbares Drosselorgan angeordnet ist, dem eine Einrichtung zur jo Überwachung des Druckabfalls am freien Querschnitt des Drosselorgans und zur Erzeugung eines Korrektursignais für die Zufuhrmenge eines der Betriebsstoffe Kraftstoff oder Luft angeordnet ist. In Strömungsrichtung nach diesem Steuerorgan kann entweder ein Vergaser oder beispielsweise eine Hochdruckeinspritzpumpe angeordnet sein. Maßgebend ist, daß die gesamte dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge mit der gesamten angesaugten Luftmenge verglichen wird.
Zwei Susführungsbeispiele des Gegenstandes der -to Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 das erste Ausführungsbeispiel, bei dem die Luft Führungsgröße ist und
Fig.2 sowie 3 jeweils ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem der Kraftstoff als Fuhrungsgröße dient.
Bei beiden Ausführungen wird die Luft von einem Motor 1 durch ein Saugrohr 2 über einen Filter 3 ein Luftmeßorgan 4 und eine Drosselklappe 5 angesaugt. Die Abgase des Motors 1 werden über einen Auspuff 6 geleitet, in dem ein Schalldämpfer 7 angeordnet ist. Der Motor 1, der bei den Beispielen mit Selbstzündung arbeitet, wird von einer Kraftstoffzumeßeinrichtung 8 über Leitungen 9 mit Dieselkraftstoff versorgt, der direkt in die Motorzylinder bzw. die Vorkammern der Zylinder eingespritzt wird.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dient als Führungsgröße der Regeleinrichtung die durch die Stellung der Drosselklappe 5 und zu einem gewissen Grade auch die Motordrehzahl bestimmte Frischluftmenge, weshalb die Drosselklappe 5 mit dem Gaspedal il des Fahrzeuges unmittelbar gekoppelt ist. Das Luftmeßorgan 4 betätigt ein Drosselorgan 12 eines Kraftstoffventiles 13, das in der Saugleitung 14 der Kraftstoffzume3einrichtung 8 angeordnet ist. Als 6~> Luftmeßorgan dient hierbei eine Platte 10, die quer zr.r Luftströmungsrichtu.!^ und am Ende eines Schwenkhebels 15 im Saugrohr angeordnet ist. Der Schwenkhebel 15 wirkt unmittelbar auf den Steuerschieber 12 entgegen einer hydraulischen Rückstellkraft, die durch Flüssigkeit erzeugt wird, welche die rückseitige Stirnseite des Steuerschiebers 12 beaufschlagt und welche durch eine Kraftstofförderpumpe 16 gefördert wird, die auch als Vorförderpumpe für die Kraftstoffzumeßeinrichtung 8 dient. Um die Rückstellkraft konstant zu halien, ist ein Druckhalteventil 17 vorgesehen.
Das Kraftstoffventil 13 bewirkt also einen Druckabfall in der Saugleitung 14, der der angesaugten Kraftstoffmenge sowie der das Saugrohr durchströmenden Luftmenge entspricht. Der Ausschlag des Luftmeßorgans und die dabei am Kraftstoffventil 13 bewirkte Querschnittsänderung stehen, um irgendwelche Korrekturgrößen zu vermeiden, vorzugsweise in einem linearen Verhältnis zueinander. Ändert sich also die durch das Kraftstoffventil 13 bewirkte Druckdifferenz in der Saugleitung 14, so hat sich auch das Verhältnis zwischen Luftmenge und Kraftstoffmenge geändert. Diese Druckdifferenz wird deshalb als Regelgröße verwendet, die als Sollwert ein ßistimmtes Verhältnis zwischen Kraftstoff menge und Luftjnenge festlegt. Es werden deshalb die Drücke vor und nach dem Kraftstoffventil 13 einem Differenzdruckventil 18 zugeführt, das einen Stellmotor 19 steuert, welcher die der Kraftstoffzumeßeinrichtung 8 zugeführte Kraftstoffmenge bestimmt. Dies erfolgt, indem der Stellmotor das Kraftstoffzumeßglied betätigt, beispielsweise bei einer Reiheneinspritzpumpe die Regelstange. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt als Kraftstoffzumeßeinrichtung eine Saugdrosseleinspritzpumpe, bei der der Stellmotor 19 das Saugdrosselventil 20 steuert. Im Gegensatz zu diesem die Erfindung erläuternden Beispiel würde man zur Vereinfachung das Kraftstoffventil 13 unmittelbar als Saugdrossel verwenden. Der Stellmotor ist al? hydraulischer Stellmotor ausgebildet, der durch Flüssigkeit betätigt wird, die durch das Differenzdruckventil 18 bestimmt wird. Das Differenzdruckventil 18 arbeitet mit einer Membran 21. die auf der einen Seite von dem Kraftstoffdruck beaufschlagt ist, der vor dem Kraftstoffventil 13 und auf der anderen Seite der nach dem Kraftstoffventil 13 herrscht. Zum Ausgleich der Druckdifferenz ist in der Kammer niedereren Drucks eine die Membran 21 zusätzlich beaufschlagende Feder 22 angeordnet, während in der gegenüberliegenden Kammer, in der der niedere Druck herrscht, ein durch die Membran 21 als bewegliches Ventilteil gesteuerter fester Ventilteil 23 angeordnet ist, von dem eine entsprechende Leitung 24 zum Stellmotor 19 führt. Vorteilhafterweise läßt man konstant über diese Leitung 24 einen Teil des von der Kraftstofförderpumpe 16 geförderten Kraftstoffes zurück zum Kraftstoffbehälter 25 fließen und bewirkt durch eine kurz vor der Mündung angeordnete Drossel 26 die bei Ändern des Querschnittes des Differenzdruckvcntils 21, 23 gewünschte Druckänderung zur Betätigung des Stellmotors 19. Die Regelgröße, die durch die hydraulische Rückstellkraft am Steuerschieber 12 sowie durch die Kra'i der Feder 22 im Differenzdruckventil bestimmt wird, läßt sich durch Ändern dieser beiden Kräfte wandeln, z. B. in Abhängigkeit der Motortemperatur oder des atmosphärischen Druckes, wodurch dann das Verhältnis zwischen Kraftstoffmenge und Luftmenge geändert wird.
Die Kraftstof.'iumeßeinrichtung 8 arbeitet als intermittierend einspritzende Verteilerpumpe, die bei jedem Saughub die Saugleitung 14 mit dem Pumpenarbeitsraum 28 verbindet. Über den hin- und hergehenden und
gleichzeitig rotierenden Verteiler 29 wird dann der Kraftstoff über eine Nut 27 zu den einzelnen Leitungen 9 und von dort zum Motor I gefördert. Die Abregelung dieser Einspritzpumpe kann durch einen Fliehkraftversteller 30 erfolgen, der ein Ventil 31 in der .Saugleitung der Pumpe steuert.
Sobald durch das Oaspedal 11 die Drosselklappe 5 verstellt wird und sich damit die zum Motor strömende Luftmenge verändert, verändert sich auch die Stellung des t.uftmcßorgans 4 und damit die durch das Kraftstoffventil 13 bewirkte Druckdifferenz. Diese Änderung der Regelgröße, also des Sollwerts an Druckdifferenz, bewirkt über das Differenzdruckveniil 18 ein Ändern des den Stellmotor 19 beaufschlagenden Drucks und damit eine Verstellung der Saugdrossel 20 der Kraftstoffzumeßeinrichtung 8. Diese Verstellung wiederum bewirkt eine Änderung der Kraftstoffmenge.
uie S(JIiHi viel angesaugten Luiii'uengc neu di'i^cpdi.ii wird. Auf diese Weise wird kontinuierlich die eingespritzte Kraftstoffmenge mit der angesaugten l.uftmenge verglichen und auf ein Sollwertverhältnis geregelt.
Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet im Prinzip wie das in F i g. 1 dargestellte mit dem Unterschied, daß als Führungsgröße die Finsprit/-menge dient, die durch das Gaspedal 11. das hier direkt die Finspritzmenge der Einspritzpumpe 35 bestimmt. Auch hier wird die vom Motor angesaugte l.uftmenge durch einen Luftmesser 4 gemessen, der den Querschnitt eines in F i g. 3 dargestellten DrosseUentils ändert, über das der von der Kraftstoffeinsprit/pumpe 35 über die Leitung 36 angesaugte Kraftstoff strömt, der dann unmittelbar durch die Finspinzpumpe in die Brennkraftmaschine gespritzt wird.
Das l.uftmeßorgan ist hier als einseitig im Saugrohr 2 angeordnete Stauklappe 37 ausgebildet, die fur I.uftruckschläge mit einem Überdruckventil 38 \ersehen lsi. D,e KLippe ist auf einer Achse 39 gelagert und hat einen /weiten Hügel 40. der /ur Heuegungsdämpfung in einer .\ii<.w>lhung 41 der .Saugleitung mit möglichst geringem R.üiiispiel schwenkbar ist. Die Auswölbung 41 isi /u ..!em -.fotnab der Achse 39 befindlichen Saiigrohrabschi'üt: hin ι '!fen.
F . L' ί /eii.'i einen Schnitt durch die Achse und einen Teil de· Viuijrohre«· gegenüber I ι g 2 in \eixn.Henem M.:'-\ ■- Die l.iiftmeHkkippc 37 weist \ orieilhafterweise '-■"*■.·■ ■ ck l":'oi.kiL'c·": Querschnitt au!, im; so /wischen Drc1'■■ ·'«ei i:\! zu ;v:essendcr l.ut'menge ein lineares \'c~".: " - /:. ■ -h.tT■ fi Da*. I)'t^r'cr-/dritkvi.-nii! 42 is: ach-.- . " /;:' Krippe-ii.'r>v 39 . "Müclh.r am S.1ÜL ' 2 . .;o··:·:,-! \,,n der Pimpc IS hur SC--■■ - ■■ ;■ ■· ■ K-.:·■-■■■·! :-i D';1e'-e;vd'-in.-k\en·
til 42 über die Leitung 43 vor Eintritt in das Drosselventil in die eine Kammer 45 des Differenzdruckventils, von der die Leitung 46 zum Stellmotor 19 führt. Der Austrittsquerschnitt der Leitung 46 wird durch die Membran 44 gesteuert, welche auf der entgegengesetzten Seite in der Kammer 47 durch eine Feder 48 belastet ist. Der nicht über die Leitung 46 abströmende Kraftstoff gelangt aus der Leitung 43 in eine Leitung 49. die in der Achse 39 verläuft und von dort in eine auf der Mantelfläche der Achse 39 angeordnete Ringnut 50. Die Luftmeßklappc 37 selbst ist auf einer Nabe 51 angeordnet, die wiederum auf der Achse 39 verdrehbar gelagert ist. An der Nabe 51 greift eine als Spiralfeder ausgebildete Rückstellfeder 52 an. In dieser Nabe 51 verläuft für die weitere Kraflstoffiihrung ein Kanal 53 /u einem Schiit/ 57. der dann zusammen mit Ausnehmungen 54 auf der Mantelfläche der Achse 39 das Drosselventil d.iisicili, ucäsc-n DrosselwirkiHie in einem linearen Verhältnis zur l.uftmenge steht. Von hier aus gelangt dann über einen Kanal 55 der Kraftstoff in die zweite Kammer 47 des Differenzdruckventils und von dort zum Saugkanal 36 der Einspritzpumpe 35. Durch einen Hebel 56 läßt sich die Drehachse 39 und damit das Grundverhältnis zwischen Achsenstellung und Nabenstellung ändern.
Bei diesem zweiten Ausführungsbcispiel wird also. sobaL Jiirch das Gaspedal 11 die eingespritzte Menge geändert wird, durch Änderung des Differenzdrucks am Differenzdruckventil 42 die Drosselklappe 5 durch den Stellmotor 19 so lange verstellt, bis die vom l.uftmeßorgan 4 gemessene Luftmenge und damit bewirkte Differen/druckänderung am Ventil 57. 54 w ieder dem gewünschten Sollwert entspricht. Falls eine Aufteilung der F'inspritzmenge auf zwei Brennräume über einem Arbeitskolben des Motors erforderlich ist, so kann stromab des Differenzdruckventils eine zweite Einspritzpumpe angeschlossen werden, deren Saugmenge ebenfalls vom Differenzdruckventil mit der gesamt angesaugten Luftmenge verglichen wird. Der Gemischregler bestimmt also immer das gesamte Verhältnis /wischen Luft und Kraftstoff.
Die FMindung ist besonders bei Hochdruckkraftstoffeinsprit/anlagen von Bedeutung, welche mit intermittierender Einspritzung arbeiten. Besonders die Anlagen, die mit dem Saugrohrdruck als Führungsgröße arbeiten, welcher beispielsweise den pneumatischen Regler der Einspritzpumpe betätigt, sind die Abweichungen von einem gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnis groß, schon allein deshalb, weil das Verhältnis L.uftmenge zu Druck im Saugrohr nicht linear ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;
1. Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zum Messen der angesaugten Luitmenge, mit einer Kraftstoffzumeßeinrichtung und mit einer Einrichtung zur Bildung eines von der Luftmenge abgeleiteten Sollwerts für die Kraftstoffeinspritzmenge, entsprechend dem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Einrichtung (18) zum Vergleichen der der Brennkraftmaschine zugeführten tatsächlichen Kraftstoffmenge mit der Soll-Kraftstoffmenge vorgesehen ist, entsprechend deren Ausgangssignal die Menge eines der Betriebsstoffe, Kraftstoff oder Luft, änderbar ist
2. Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelanlage nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzumeßeinrichtung (8) durch eine Kraftstofförde.einrichtung (16) über eine Kraftstofförderleitung (!4,36) mit Kraftstoff versorgt wird und daß in der Kraftstofförderleitung ein entsprechend dem Luftmengensignal des Luftmengenmessers (4) verstellbares Drosselorgan (12,39) angeordnet ist, dem eine Einrichtung(18)zur Überwachung des Druckabfalls am freien Querschnitt des Drosselorgans (12) und zur Erzeugung eines Korrektursignals für die Zufuhrmenge eines der Betriebsstoffe Kraftstoff oder Luft zugeordnet ist.
3. Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Drosselorgan (12, 39) ein durch das Luftmeßorgan
(4) verstellbares Kraftstoffventil dient, dessen Öffnungsquerschnitt der angesaugten Luftmenge entspricht und daß der Differtiizdruck am Drosselorgan ein Differenzdruckventil (18, 42) beaufschlagt, das einen Stellmotor (19) ansteuert, der entweder die angesaugte Luftmenge durch eine Drosselklappe (5) im Saugrohr oder die zugemessene Kraftstoffmenge ändert.
4. Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Luftmeßorgan (4) eine Scheibe (10) dient, die quer zur Strömungsrichtung an dem einen Ende eines ortsfest und nahezu reibungsfrei gelagerten Schwenkhebels (15) befestigt ist und proportional der durch das Saugrohr (2) strömenden Luftmenge entgegen einer Rückstellkraft ausgclenkt den Steuerschieber (12) des Kraftstoffventils betätigt, wobei als Rückstellkraft insbesondere Flüssigkeit konstanten Drucks die Rückseite des Steuerschiebers (1 2) beaufschlagt.
5. Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelanlaee nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Luftmeßorgan (4) eine im Saugrohr (2) schwenkbar gelagerte Klappe (37) dient, deren Drehachse in bekannter Weise die Fläche in zwei in der Wirkfläche etwa gleich große Flügel teilt, von denen der eine Flügel ins Saugrohr (2) ragt und auf der einen Seite von dem stromauf auf der anderen Seite von dem stromab der Klappe (37) herrschenden Druck beaufschlagbar ist und daß der andere Flügel
(40) zur Bewegungsdämpfung in einer Auswölbung
(41) der Saugleitung (2) mit möglichst geringem Randspiel schwenkbar ist und daß die Auswölbung 6r· zum Saugrohr stromab der Achse (39) hin offen ist.
6. Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelanlage nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daö die Klappe (37) mit einer Nabe (51) versehen ist, die auf einer relativ zur Klappe drehfesten Achse (39) gelagert ist, und daß in der Achse (39) Kraftstoffkanäle (49,50,55) angeordnet sind, die mit Kanälen (53, 57) in der Nabenbohrung zusammenwirken und den sich ändernden Differenzdruck bewirken.
7. Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzdruckventil mit einem beweglichen Ventilglied (Membran) (21, 44) arbeitet, das auf der einen Seite, wo es eine Abflußleitung (24, 46) steuert, durch den höheren stromauf des Kraftstoffventils (13, 57, 54) herrschenden Druck und auf der anderen Seite durch den kleineren stromab des Ventils herrschenden Druck sowie eine Feder (22,48) beaufschlagt ist.
S. Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (19) hydraulisch arbeitet, gesteuert vom Druck stromaufwärts einer in der Abflußleitung angeordneten Drossel (26).
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