DE2651308C3

DE2651308C3 - Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnisses bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2651308C3
Application number: DE2651308A
Authority: DE
Inventors: Proceso P. Ilog Pasig Rizal Ramos
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-10
Filing date: 1976-11-10
Publication date: 1982-02-04
Also published as: DE2651308A1; DE2651308B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Gemisch-Verhältnisses bei Brennkraftmaschinen, mit der das Gemischverhältnis in Abhängigkeit von dem Bedarf bei einer gegebenen Belastung und Drehzahl veränderbar ist und ein fetteres Gemisch bei einem höheren Leistungsbedarf und gegebener Drehzahl, sowie ein mageres Gemisch bei verlangter Drehzahlsteigerung einstellbar sind, wobei die Vorrichtung mit einer an die Gemischansaugleitung anschließbaren, als selbständige Einheit ausgebildeten Unterdruckeinrichtung zur Steuerung der Verbrennungsluftmenge in der Gemischsaugleitung versehen ist und eine von ihr gesteuerte, dem Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Ansaugleitung im Bypaß geführte Zusatzluft zuführende Ventilanordnung aufweist, die mit einem Leerlauf-Drehzahl-Einstellelement und einem Lastdrehzahl-Einstellelement versehen ist, welches einen Anschlag für die Bewegung eines den Ventildurchströmquerschnitt in Abhängigkeit von der Unterdruckwirkung in der Gemischsaugleitung verändernden Ventilstößels bildet.

Eine solche Steuervorrichtung ist aus der DE-OS

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65 25 08 080 bekannt. Ihr liegt der Gedanke zugrunde. Frischluft in die Gemischansaugleitung des Motors durch einen Ventilkörper in gesteuerter Weise ansaugen zu lassen, um in Abhängigkeit von dem Leistungsbedarf der Maschine ein reicheres oder ärmeres Gemisch herzustellen. Zu diesem Zweck ist die bekannte Vorrichtung als selbständige Einheit ausgebildet, die sich mit einfachen Mitteln an jede Brennkraftmaschine anschließen läßt.

Die in die Gemischansaugieitung durch die bekannte Vorrichtung eingeführte Zusatzluftmenge richtet sich nach der Belastung der Maschine, wie sie beispielsweise bei einer Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs oder bei Bergfahrt auftritt, da in diesen Belastungszuständen ein anderes Luft-Kraftstoff-Verhältnis erforderlich ist als bei der Fahrt auf ebener Straße und ohne Beschleunigung. Die bekannte Vorrichtung zeigt nun einen Weg, wie in Abhängigkeit von dem Energiebedarf der Maschine eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs durch eine automatische Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erreicht werden kann. Zu diesem Zweck wird die bekannte Steuervorrichtung an das Venturi-Rohr des Vergasers und das Bypaß-Ventil der Gemischansaugieitung des Motors angeschlossen, so daß die Vergaserhauptleitung umgangen wird. Die Zufuhr von Bypaß-Luft wird automatisch und progressiv durch einen Ventilstößel gesteuert, der seinerseits von einer Unterdnickvorrichtung gesteuert wird, die an das Venturi-Rohr des Vergasers angeschlossen ist. D'eses Bypaß-Ventil enthält Lastdrehzahl- und Leeriaufdrehzahl-Einstellschrauben, mit denen sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Erreichung eines maximalen Wirtschaftlichkeitsgrades bei Belastung und bei Leerlaufdrehzahl einstellen läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, diese bekannte Vorrichtung konstruktiv weiter zu verbessern und so an das Gemischansaugrohr der Brennkraftmaschine anzuschließen, daß die gewünschte Zusatzluftsteuerung noch präziser durchgeführt wird und insbesondere die Steuerempfindlichkeit verbessert wird, so daß die Ventilanordnung als Kernstück der als selbständige Einheit ausgebildeten Unterdruckeinrichtung ohne Verzögerung auf Leistungsbedarfänderungen der Maschine anspricht.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß auf das aus der Ventilanordnung ragende Ende des Ventilstoßeis eine federbelastete Membran sowie der Ansaugdruck stromab der Kraftstoffdüse im Bereich der Drosselklappe einwirken, und daß die Zusatzluft über eine Leitung der Ansaugleitung stromab der Drosselklappe zugeführt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindungsvorschlags läßt sich die Anschlußleitung des Zusatzluftausgangs der Ventilanordnung mit der Gemischansaugleitung an einer Stelle verbinden, die in Strömungsrichtung des Genisches hinter der Drosselklappe liegt. Ferner ist die Möglichkeit gegeben, die Membran in einem Gehäuse anzuordnen, das mit einer den Unterdruck von der Gemischansaugieitung heranführenden Steuerleitung verbunden ist, die in die Gemischansaugieitung an einer Stelle mündet, welche von der Außenkante der drehbaren Drosselklappe abdeckbar ist. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Zusatz-Luft-Steuerung über das Membran gesteuerte Ventil erheblich vergrößert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung der Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnis-Steuervorrichtung,

Fig.2 eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung der Vorrichtung von Fig. 1,

F i g. 3 ein Schaubild, in dem das Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnis in Abhängigkeit von Belastung und Drehzahl für bekannte Brennkraftmaschinen eingezeichnet ist und aus dem die Änderungen ersichtlich sind, die durch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung in Abhängigkeit von Leistung und Motordrehzahl erreicht werden,

F i g. 4 eine schematische Darstellung des Anschlusses der erfindungsgemäßen Vorrichtung an eine Brennkraftmaschine,

Fig.5 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung der an die Gemisch-Ansaugleitung angeschlossenen Ventilanordnung,

Fig.6 eine geschnittene Detailansicht des Ventildurchgangs für die Zusatzluft und der Ai.Ordnung der Einstellschrauben für die Lastdrehzahl und die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine.

Zur Verdeutlichung der Arbeits- und Wirkungsweise der Steuervorrichtung wird hier das Zustandekommen eines geeigneten Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnisses kurz betrachtet. Im allgemeinen weisen herkömmliehe Vergaser einen Kanal auf, in dem sich Kraftstoffdüsen befinden. Die erforderliche Kammer und der Schwimmer zur Aufrechterhaltung des Kraftstoffspiegels sowie die Drossel zur Steuerung der der Verbrennungskammer zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischmenge sind in dem Vergaser eingebaut. Beim Anlassen des Motors wird in dem Vergaserkanal ein Unterdruck erzeugt, wodurch der Kraftstofffluß in Gang gesetzt wird. Sobald die Drehzahl des Motors ansteigt, erhöht sich der Unterdruck gleichermaßen, um j-, dadurch mehr Kraftstoff und Luft einströmen zu lassen.

Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung der hier beschriebenen Art ist nun an die Vergaser-Engstelle (Venturi) angeschlossen, und das Bypaß-Ventil umgeht den Vergaser-Hauptkanal. Die Zufuhr von Bypaß-Luft wird automatisch und progressiv mit Hilfe eines Ventilstößels gesteuert, der seinerseits von einer Unterdruck-Vorrichtung betätigt wird, die an den Venturi- oder Engstellenbereich des Vergasers angeschlossen ist, um eine gewünschte Gemisch-Zusammen-Setzung zu bewirken. Dieser Stößel steuert die Bypaß-Luft in Abhängigkeit von dem für eine speziellen Fall erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Durch diese Kombination der genannten Elemente läßt sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so einstellen, daß ein optimal wirtschaftlicher Betrieb erreicht wird. Diese Einstellung wird durch Verstellen der Last-Drehzahl (höhere Drehzahlen)- und Leerlauf-Stellschrtube erhalten, die in das Bypaß-Ventil eingebaut ist. Wenn also die richtige Einstellung vorgenommen worden ist, dann bestimmt die Bypaß-Luftmenge die einzelnen Luft-Kraftstoff-Verhältniswerte bei einer bestimmten Belastung oder Motordrehzahl. Sobald Energie bzw. Leistung benötigt wird, verringert das Ventil diesen Bypaß-Luftstrom oder unterbricht den Luftstrom vollständig, wenn dem Motor die maximale Leistung abverlangt wird, wodurch sich ein fetteres oder reicheres Luft-Kraftstoff-Gemisch ergibt. Fails höhere Motordrehzahlen verlangt werden, öffnet sich das Ventil automatisch und in zunehmendem Maße, wodurch das Gemisch magerer wird.

In Fig. 1 ist die Luft-Kiaftstoff-Steuervorrichtung dargestellt, die sich an irgendeinem herkömmlichen Vergaser und die Motcransaugleitung anschließen laßt. Diese Vorrichtung weist eine Unterdruckanordnung 1, eine mit ihr in betrieblicher Verbindung stehende Ventilanordnung 2 und einen Filter 3 auf, der auf den Vemilkörper aufgeschraubt ist.

Die Unterdruckanordnung, die mit dem Venturi-Bereich des hier nicht dargestellten Vergasers über die Steuerleitung 4 in Verbindung steht, ist mit einem Halterungsarm 5 ausgestattet, der an seinem unteren Ende an der Anordnung befestigt ist, sowie mit einer gebogenen Stößelstange 6, die mit der Unterdruckar.-ordnung in betrieblicher Verbindung steht, so daß die Bewegung der Stößelstange von dem Unterdruck abhängt, der an der Vergaser-Engstelle und in der Unterdruckanordnung 1 erzeugt wird

Auf der Ventilanordnung 2 ist eine U-förmige Ventilstütze 7 befestigt, an der der Halterungsarm 5 durch die Schrauben 8 und Muttern 9 fest angebracht ist.

Der Ventilstößel 10 ist an dem unteren Ende der Stößelstange 6 angeschraubt. Mit dem Ventilstößel fluchtend ausgerichtet, ist in der Ventilkörperanordnung eine senkrechte Bohrung 11 vorgesehen, deren Durchmesser es dem Ventilstößel ermöglicht, in der Bohrung hin- und herzugleiten. Die Ventilanordnung 2 wird von einer Axialbohrung 12 durchzogen, die sich über die ganze Länge der Ventilanordnung erstreckt Am rückwärtigen Ende der Bohrung U befindet sich eine Leerlaufeinstellschraube 13, also am Bodentei! der Ventilanordnung, während sich eine Einstellschraube 14 für hohe Drehzahlen am oberen Teil der Ventilanordnung befindet, und beide Schrauben mit der Axialbohrung 12 in Verbindung stehen. Ein Paßstück 15 ist in die Auslaßöffnung der Axialbohrung eingeschraubt, und eine Leitung 16, die mit diesem Paßstück verbunden ist, läßt sich an die Motor-Ansaugleitung anschließen. Die Lufteintrittsöffnung der Ventilanordnung bildet der Nippel 17, der den Luftfilter 3 mit der Ventilanordnung verbindet.

Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen. Luft wird durch den Filter 3 hindurchgeleitet und gelangt damit in die Axiabohrung 12 der Ventilordnung. Die Luftmenge für hohe Drehzahl wird durch die Einstellschraube 14 eingestellt und für die Leerlaufdrehzahl durch die Einstellschraube 13. Der Ventilstößel 10 öffnet oder schließt progressiv automatisch, und zwar in Abhängigkeit von den Anforderungen an das Gemisch. Wenn ein fetteres Luft-Kraftstoff-Gemisch erforderlich ist, also eine höhere Leistung, schließt der Ventilstößel automatisch, wobei er von der Unterdruckanordnung 1 gesteuert wird. Wenn nur die Motordrehzahl erhöht werden soll und nicht die Leistung, dann öffnet der Ventilstößel 10 automatisch, und zwar wiederum mit Hilfe der Unterdruckanordnung 1, wodurch sich dann ein mageres Gemisch ergibt. Wenn sich der Ventilstößel 10 in der Öffnungsstellung befindet, verringert sich der in dem Vergaserkanal herrschende Unterdruck, wodurch der Kraftstoffstrom abnimmt.

Die F i g. 4 zeigt, wie die ais selbständige Einheit ausgebildete Unterdruckeinrichtung zur Steuerung der Verbrennungsluftmenge in der Gemischansaugleitung an eine Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Der Zusutzluftausgang 15 der Ventilanordnung 2 ist über die Leitung 16 und ein Nippel 18 mit der Gemischansaugleitung 25 in einem Bereich 17a stromab der Drosselklappe 22 verbunden, wie aus F i g. 5 ersichtlich ist. Eine den in der Gemisch-Ansaugleitung im Bereich der Drosselklappe 22 herrschenden Druck abtastende Steuerleitung

4 steht ebenfalls mit der Ventilanordnung 2 in Verbindung. Die Ventilanordnung 2 weist eine von einer Haube 30 abgedeckte, federbelastete Membran 29 auf, die zwischen dieser Haube und einem Schalenteil 31 fest eingespannt ist. Die Unterseite der Membran 29 steht , mit dem Ventilstößel 10 in Verbindung, während auf die Oberseite die Feder 28 einwirkt, die am Dach der Haube 30 abgestützt ist. Mit Hilfe der Feder 28 wird auf die Membran 29 eine vorbestimmte Kraft ausgeübt. Dadurch, daß die Steuerleitung 4 in die Haube mündet, u> wird auf die Membran gleichzeitig auch der in der Gemisch-Ansaugleitung 25 im Bereich der Drosselklappe 22 herrschende Unterdruck übertragen. Die Summe dieser beiden Drücke läßt auf die Oberseite der Membran 29 eine Kraft zur Einwirkung gelangen, die ·,■; die Membran in Abhängigkeit von ihrer Größe hin- und herbewegt, wodurch der Ventilstößel 10 auf- und abgesteuert wird, und dadurch die Axialbohrung 12 der Ventilanordnung mehr oder weniger freigibt.

Der Ventilstößel 10 öffnet und schließt selbsttätig in ;,« Abhängigkeit von der Membranbewegung und damit dem in der Gemischansaugleitung 25 herrschenden Unterdruck den Querschnitt der Axialbohrung 12 und stößt an seinem der Membran 29 gegenüberliegenden Ende gegen die Leerlauf-Einstellschraube 13. >-,

Der Ausgang der Steuerleitung 4 aus der Gemischansaugleitung 25 befindet sich an einer Stelle 21, die von der Randkante der Drosselklappe 22 in Schließstellung der Drosselklappe abgedeckt wird. Wenn dann die Drosselklappe 22 im Drehsinn der in F i g. 5 gezeigten jo Pfeile geöffnet wird, strömt die Verbrennungsluft, die durch die Unterdruckwirkung im Bereich der Engstelle 27 in der Gemischansaugleitung 25 über die Kraftstoffdüse 26 mit Kraftstoff aus dem mit dem Schwimmer 24 versehenen Kraftstoffbehälter 23 angereichert wird, in y, den Bereich 17a der Gemischansaugleitung, in dem in Abhängigkeit von dem bei 21 abgetasteten Unterdruck durch die Ventilanordnung 2 Zusatz- oder Bypaßluft in die Gemisch-Ansaugleitung eingeführt wird und sich mit dem Kraftstoff-Luftgemisch vermischt, wodurch dieses 4» Gemisch abmagert Die Bypaßluftzufuhr in die Gemischansaugleitung kann jedoch auch an einer anderen Stelle erfolgen, beispielsweise an einer Stelle zwischen dem Vergaser 20 und dem Gemischansaugleitungsflansch 19. 4

In F i g. 6 ist schematisch der Körper der Ventilanordnung 2 im Längsschnitt gezeigt, sowie die die Axialbohrung 12 dieses Körpers durchdringenden Einstellelemente in Form des Ventilstößels 10 mit der Leerlaufeinstellschraube 13 und der Einstellschraube 14 für hohe Drehzahlen. Die Bypaßluft kommt vom nicht dargestellten Filter 3 (F i g 2) und tritt in den Bereich A der Axialbohrung ein, umströmt den Ventilstößel 10, wobei sie sich durch den zwischen seinem unteren Ende und der Einstellschraube 13 gebildeten Spalt 31 hindurchbewegt und erreicht den Bereich B der Axialbohrung, von dem aus sie in die Leitung 16. die, wie in F i g. 2 gezeigt in Form eines Schlauches vorgesehen sein kann, in die Gemischansaugleitung 25 (Fig.5) eintritt Der Ventilstößel 10 ermöglicht eine feine eo Dosierung der Bypaßluft bei jeder Motordrehzahl in Abhängigkeit von dem Leistungsbedarf. Er öffnet sich und schließt sich progressiv, um den speziellen Anforderungen hinsichtlich des Leistungsbedarfs zu entsprechen.

Die Einstellschraube 14 für hohe Drehzahlen begrenzt den BypaB-Luftstrom bei vollständig geöffnetem Ventilstößel 10. Diese Einstellschraube für hohe Drehzahlen wird während des Einbaues der Vorrichtung nur einmal bei V4 der Reglerdrehzahl eingellt. Sie hat die Aufgabe, den Slrötnungsquersehnitt zu verengen und unmittelbar vor dem Ventilstößel in der Axialbohrung 12 einen turbulenten Strömungszustand zu erzeugen.

Bei Leerlaufdrehzahl strömt die Bypaß-Luft denselben Weg von A nach B. Sie wird dabei durch das anfängliche Öffnen des Ventilstößels 10 dosiert und gesteuert, und dieser Öffnungszustand wird wiederum durch die Stellung der Leerlaufeinstellschraube 13 beeinflußt. Durch einschrauben der Einstellschraube 13 wird der Stößel nach oben geschoben, wodurch sich die ursprüngliche Öffnung zwischen Stößel und Axialbohrungswand, d. h. die Breite des Schlitzes 31, vergrößert, so daß eine größere Bypaß-Luftmenge bei Leeriaufdrehzahl durchgelassen wird. Wird dagegen die Leerlaufeinstellschraube 13 in umgekehrter Richtung bewegt, also herausgeschraubt, dann wird die Anfangs-Öffnung zwischen Axialbohrung 12 und Ventilstößel 10 verkleinert, und dementsprechend nimmt der Bypaß-Luftstrom bei Leerlaufdrehzahl ab.

Während also bei bloßer Verwendung eines herkömmlichen Vergasers das Luft-Kraftstoffverhältnis des der Maschine zugeführten Gemisches unabhängig von dem Leistungsbedarf praktisch konstant auf maximalen Leistungsbedarf eingestellt bleibt, so daß die Maschine mehr Leistung abgibt, als in einem gegebenen Augenblick möglicherweise erforderlich ist, wodurch unnötig viel Kraftstoff verbrennt, wird mit Hilfe der oben beschriebenen, als selbständige Einheit ausgebildeten Unterdruckvorrichtung das Luft-Kraftstoff verhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches automatisch verändert, und demzufolge wird auch die Leistungsabgäbe des Motors verändert, und zwar in Abhängigkeit von dem speziellen Leistungsbedarf, der bei einer gegebenen Drehzahl und Belastung herrscht.

Die oben beschriebene Vorrichtung paßt also das Luft-Kraftstoffverhältnis an die sich ändernden Bedingungen an, indem es das Gemisch verarmt, wenn der Leistungsbedarf geringer ist, und dann wieder automatisch anreichert, d. h. das ursprüngliche Mischungsverhältnis wieder herstellt, sobald ein entsprechender Leistungsbedarf vorliegt. Als Folge dessen wird der Kraftstoffverbrauch erheblich gesenkt.

Wird angenommen, daß ein halb beladenes Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit auf einer ebenen glatten Straße läuft, dann öffnet die Unterdruckvorrichtung 1. gesteuert durch die Fühlerleitung 4, die Axialbohrung 12 der Ventilanordnung 2 und ermöglicht damit, daß eine Bypaß-Luftmenge Q₂ in die Gemischansaugleitung 17 eintritt und sich dort mit der durch den Vergaser 20 hindurchtretenden Luftmenge Qi zur Menge Q vereinigt. Wenn Q konstant bleibt, wird Q\ um einen inkrementalen Anteil verkleinert, der gleich Q₂ ist also dem Bypaß-Luft-Anteil. Da Qx kleiner als <?ist und der Luftstromquerschnitt F konstant bleibt, verringert sich aufgrund der Gleichung Q=F- V die Luftgeschwindigkeit V. Dadurch wird aber auch der Kraftstofffluß reduziert während die Luftmenge Q = Qi + Q₂ konstant bleibt Infolgedessen ergibt sich ein ärmeres Gemisch. Wenn jedoch mehr Leistung benötigt wird, schließt sich die Ventilanordnung 2 automatisch aufgrund der an der Drosselklappe bei 21 abgetasteten und durch die Steuerleitung 4 auf das Ventil übertragenen Änderung des Unterdrucks, wodurch das ursprüngliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis für maximale Leistungsabgabe wieder hergestellt wird. Sobald dann

der Leislungsbedarf wieder zurückgeht, öffnet sich die Untcrdruckvorriehtung 1 wieder in zunehmenden Maße. Dieser Zyklus wiederholt sich automatisch in Abhängigkeit von dem bei einer gegebenen Belastung und Geschwindigkeit auftretenden Leistungsbedarf.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnisses bei Brennkraftmaschinen, mit der das Gemischverhältnis in Abhängigkeit von dem Bedarf bei einer gegebenen Belastung und Drehzahl veränderbar ist und ein fetteres Gemisch bei einem höheren Leistungsbedarf und gegebener Drehzahl, sowie ein mageres Gemisch bei verlangter Dreh- ι ο Zahlsteigerung einstellbar sind, wobei die Vorrichtung mit einer an die Gemischsaugleitung anschließbaren, als selbständige Einheit ausgebildeten Unterdruckeinrichtung zur Steuerung der Verbrennungsluftmenge in der Gemischsaugleitung versehen ist '5 und eine von ihr gesteuerte, dem Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Ansaugleitung im Bypaß geführte Zusatzluft zuführende Ventilanordnung aufweist, die mit einem Leerlauf-Drehzahl-Einstellelement und einem Lastdrehzahl-Einstellelement versehen ist, welches einen Anschlag für die Bewegung eines den Ventildurchströmungsquerschnitt in Abhängigkeit von der Unterdruckwirkung in der Gemischsaugleitung verändernden Ventilstößels bildet, dadurch gekennzeichnet, daß auf das aus der Veniilan-Ordnung (2) ragende Ende des Ventilstößels (10) eine federbelastete Membran (29) sowie der Ansaugdruck stromab der Kraftstoffdüse (26) im Bereich der Drosselklappe (22) einwirken, und daß die Zusatzluft über eine Leitung (16) der Ansaugleitung ^o (25) stromab der Drosselklappe zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (16) mit der Gemischansaugieitung (25) stromab der Drosselklappe verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran auf der federbelasteten Seite über die Steuerleitung (4) mit der Gemischansaugieitung (25) an einer Stelle (21) verbunden ist, welche von der Außenkante der sich in Schließstellung befindlichen Drosselklappe (22) abgedeckt wird.