DE2847709A1

DE2847709A1 - Einrichtung zum steuern der zusammensetzung des betriebsgemisches bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2847709A1
Application number: DE19782847709
Authority: DE
Inventors: Werner Ing Grad Banzhaf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-11-03
Filing date: 1978-11-03
Publication date: 1980-05-14
Also published as: JPS5569734A; US4327683A

Description

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R. 5 0 5 0
2.10.1978 Bö/Ba

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Einrichtung zum Steuern der Zusammensetzung des
Betriebsgemisches bei Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Steuerung der Zusammensetzung des in die Brennräume einer
Brennkraftmaschine einzubringenden Betriebsgemisehs gemäß Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer solchen Einrichtung wird entsprechend dem dort verwirklichten Regelprinzip bei Schubbetrieb der Brennkraftmaschine die Kraftstoffzumeßmenge auf Null reduziert und dementsprechend auch der Prischluftansaugquerschnitt durch die
Drosselklappe verschlossen. Wird nun durch Verstellung der Kraftstoffzumeßmenge die Brennkraftmaschine auf
Lastbetrieb gebracht, so fehlt kurzzeitig während der

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Totzeit der Regelstrecke die zur Verbrennung des eingebrachten Kraftstoffs notwendige Prischluftmenge. Das gibt in nachteiliger Weise eine Rußanreicherung im Abgas der Brennkraftmaschine.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß in einfacher Weise eine Schuberkennung verwirklicht wird und bei Schubbetrieb durch Erhöhung des Ar-' beitsdrucks im hydraulischen Stellmotor auf Systemdruck die Drosselklappe voll geöffnet wird. Beim übergang zum Lastbetrieb steht dann die notwendige Prischluftmenge für die Verbrennung des eingebrachten Kraftstoffs zur Verfügung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist vereinfacht eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt mit einem Saugrohr 2 und einer Abgassammelleitung 3· Eingangs ist das Saugrohr 2 mit einem Luftfilter 5 versehen und anschließend als profilierter, sich in Strömungsrichtung zur Brennkraftmaschine hin erweiternder Lufttrichter 6 ausgebildet. Stromabwärts davon ist im Saugrohr eine Drosselklappe 7, die über ein Gestänge 8

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mit einem hydraulischen Stellmotor 9 verbunden ist₃ vorgesehen. Stromabwärts der Welle 10 dieser Drosselklappe mündet in das Saugrohr eine von der Abgassammelleitung 3 herführende Abgasrückführleitung 12 ein, deren in Saugrohrmitte liegende Austrittsöffnung 14 im Schwenkbereich der stromabwärts der Welle 10 liegenden Drosselklappenhälfte liegt und durch diese bei voll geöffneter Drosselklappe verschlossen wird. Die Brennkraftmaschine ist hier als mit Selbstzündung arbeitende Brennkraftmaschine ausgestaltet und wird bekannterweise durch eine Einspritzpumpe 16 mit Kraftstoff versorgt. Es kann sich dabei um eine Reiheneinspritzpumpe als auch um eine Verteilereinspritzpumpe, die nach dem Überströmprinzip oder nach dem Saugdrosselprinzip arbeitet, handeln.

Die Einspritzpumpe wird von einer Kraftstofförderpumpe 17 über eine Kraftstoffversorgungsleitung 19 mit Kraftstoff versorgt. Dabei ist der Kraftstofförderpumpe 17 unmittelbar ein Kraftstoffilter 18 nachgeschaltet und parallel zu diesem und zur Kraftstofförderpumpe in einer AbStromleitung zum Kraftstoff-Vorratsbehälter 20 ein Druckregelventil 22 vorgesehen. Mit diesem kann ein bestimmter, im wesentlichen konstanter Kraftstofförderdruck erzielt werden, der ferner entsprechend ausgewählten Betriebsparametern wie z.B. Luftdruck oder Temperatur langzeitlich beeinflußt werden kann.

In der Kraftstoffversorgungsleitung 19 ist ein variabler Zumeßquerschnitt 24 vorgesehen, der als schlitzförmiger Durchflußquerschnitt der in einen Ringraum 25 in einer Führungsbohrung 26 mündenden Kraftstoffversorgungsleitung 19 ausgebildet ist. Der Ringraum 25 wird dabei von einer

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Außenringnut eines in der Führungsbohrung 26 verschiebbaren Steuerschiebers 27 gebildet. Die eine Begrenzungskante 28 des Steuerschiebers kontrolliert entsprechend der Stellung des Steuerschiebers 27 den freien Querschnitt' des sich in Verschieberichtung des Steuerschiebers erstreckenden, schlitzförmigen Zumeßquerschnitts 24 in der Viand der Führungsbohrung 26. Unverschließbar vom Steuerschieber führt die Kraftstoffversorgungsleitung 19 vom Ringraum 25 ab zur Saugseite der Einspritzpumpe 16. Der Zumeßquerschnitt 24 kann natürlich auch umgekehrt am Austritt der Kraftstoffversorgungsleitung 19 aus dem Ringraum 25 vorgesehen sein.

Der Steuerschieber 27 schließt in der Führungsbohrung 26 stirnseitig einen Druckraum 30 ein, der über eine Drossel 31 mit der Kraftstoffversorgungsleitung stromaufwärts des Zumeßquerschnitts 24 verbunden ist. Durch den in diesem Druckraum herrschenden Kraftstoffdruck wird der Steuerschieber auf einen Schwenkarm 32 gedrückt, der einseitig gelagert ist und an dessen, in den Bereich des Lufttrichters 6 ragenden freien Ende eine quer zur Luftströmungsrichtung liegende Stauscheibe 34 befestigt ist. Diese wird durch den Staudruck der Luftströmung bzw. durch die auf sie wirkende Druckdifferenz zwischen -Luftdruck stromaufwärts und Luftdruck stromabwärts der Stauscheibe entgegen der durch den Kraftstoffdruck erzeugten und vom Steuerschieber 27 übertragenen, im wesentlichen konstanten Kraft so lange ausgelenkt, bis sich ein Kräftegleichgewicht eingestellt hat. Mit Hilfe der Profilierung des Lufttrichters 6 kann erreicht werden, daß es für die kontinuierliche Vergrößerung der freien Ringfläche zwi-

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sehen der Stauscheibe 34 und der Luft trichterwand zur Einhaltung einer konstanten Druckdifferenz an der Stauscheibe unterschiedlicher Versteliwege der Stauscheibe bedarf. Andererseits wird durch die schlitzförmige Ausgestaltung des Zumeßquerschnitts 24 erreicht, daß sich der Zumeßquerschnitt. linear mit dem Verstellweg der Stauscheibe ändert. Bei konstant gehaltener Rückstellkraft auf den Steuerschieber 27 läßt sich somit ein den verschiedenen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine angepaßtes gewünschtes Verhältnis von Luft zu Kraftstoff einstellen.

Der Druckabfall am Zumeßquerschnitt wird durch ein Differenzdruckventil 36 kontrolliert. Dabei wird ein erster Druckraum 37 mit der Kraftstoffversorgungsleitung 19 stromabwärts des Zumeßquerschnitts 24 und ein zweiter Druckraum 38 mit der Kraftstoffversorgungsleitung 19 stromaufwärts des Zumeßquerschnitts 24 verbunden. Im ausgeführten Beispiel liegen diese Druckräume direkt in der Kraftstoffversorgungsleitung. Beide Druckräume werden durch eine· Membran 39 voneinander getrennt, die auf der Seite des ersten Druckraums 37 durch eine dort eingespannte Druckfeder 4l belastet ist. In den zweiten Druckraum 38 ragt senkrecht zur Membranfläche eine Entlastungsleitung 43, deren öffnung 44 mit der Membran ein Ventil bildet.

Die Entlastungsleitung 43 führt als Stellmittel-Zufuhrleitung in den Arbeitsraum 45 des Stellmotors 9, dessen Stellorgan 46 hier z.B. als Arbeitskolben ausgebildet, entgegen dem hydraulischen Stelldruck von einer Druckfeder 48 beaufschlagt ist. Das Stellorgan, das auch-z.B. als Membran ausgebildet werden kann, ist dabei mit dem

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Gestänge 8 zur Verstellung der Drosselklappe 7 gekoppelt. Der Arbeitsraum 45 ist ferner über eine feste Drossel 49 in einer Rücklaufleitung 50 mit dem Kraftstoff-Vorratsbehälter 20 verbunden.

Die oben beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

Wird ausgehend von einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine über einen Hebel 52 das Mengenverstellorgan der Einspritzpumpe 16 in Richtung große Kraftstoff einspritzmenge verstellt, so muß über die Kraftstoffversorgungsleitung 19 der Einspritzpumpe mehr Kraftstoff zugeführt werden. Bei zunächst konstanter Stellung des Steuerschiebers 27 führt dies jedoch zu einem stärkeren Druckabfall am Zumeßquerschnitt 24 und zu einer Senkung des Druckes im ersteh Druckraum 37 des Differenzdruckventils. Dieses dient als Vergleichseinrichtung, mit der die tatsächlich der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge mit der angesaugten Frischluftmenge, die der über den Zumeßquerschnitt 24 fließenden Kraftstoffmenge unter Zugrundelegung einer eingestellten, erforderlichen Abhängigkeit des Verhältnisses Luft/Kraftstoff entspricht, verglichen werden kann. Der Druckabfall im ersten Druckraum 37 bewirkt eine Verstellung der Membran 39 und damit eine Vergrößerung des geöffneten Querschnitts an der Abflußöffnung 44 der Entlastungsleitung 43· Die dadurch vergrößerte Kraftstoffabströmmenge bewirkt eine Erhöhung des sich an der Drossel 49 einstellenden Drucks, der nunmehr im Arbeitsraum 45 wirkend eine Verstellung des Stellorgans 46 entgegen der Kraft der Druckfeder 48 erzeugt. Entsprechend wird die Drosselklappe 7 in Öffnungsrichtung bewegt, was wiederum zu einer-Vergrößerung der zugeführten Frischluftmenge unter gleichzeitiger Verringerung der rückgeführten Abgasmenge führt.

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Durch den an der Drosselklappe 7 vergrößerten Saugrohrdur chtrittsquerschnitt kann nun der von der Brennkraftmaschine erzeugte Ansaugunterdruck stärker zur Stauscheibe 34 durchgreifen, so daß diese unter Einwirkung
der kurzzeitig vergrößerten Druckdifferenz weiter ausgelenkt wird, bis am Schwenkarm 32 durch Vergrößerung der freien Ringfläche bzw. Verminderung der Drosselung an
diesem Durchtrittsquerschnitt wieder Kräftegleichgewicht herrseht. Durch die Verstellung des Schwenkarms 32 hat
sieh auch der Zumeßquerschnitt 24 geändert, so daß der
durch die Auslegung des Differenzdruckventils bestimmte Druckabfall am Zumeßquerschnitt wieder eingestellt ist. Die Änderung der über die Entlastungsleitung 43 abströmenden Kraftstoffmenge entspricht dem Ergebnis des Vergleichs zwischen tatsächlich zugeführter Kraftstoffmenge und angesaugter Frischluftmenge bzw. der Abweichung vom am Differenzdruekventil eingestellten Sollwert.

Wird im umgekehrten Fall der Hebel 52 in Richtung geringe Kraftstoffmenge oder gar Null-Kraftstoffmenge gestellt, so spielt sich der obenbeschriebene Regelvorgang im umgekehrten Sinne ab. Durch die verringerte Kraftstoffördermenge zur Kraftstoffeinspritzpumpe steigt der Druck im ersten Druckraum 37 zunächst an, so daß sich die Membran 39 in Schließrichtung auf die öffnung 44 der Entlastungsleitung 43 zubewegt. Damit wird aber der Druck im Arbeitsraum 45 so abgebaut, daß die Druckfeder 48 die
Drosselklappe 7 in Schließrichtung bewegt, bis durch
die korrigierende Verstellung des Steuerschiebers 27
der Druck im zweiten Druckraum 38 entsprechend ausgeglichen ist.

Im Schubbetrieb bei eingestellter Einspritzmenge Null
steigt der Druck im ersten Druckraum 37 auf Systemdruck

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an und entsprechend wird die Drosselklappe 7 ganz geschlossen. Bei anschließendem "Gasgeben" bzw. Aufnahme des Lastbetriebes herrscht dann zunächst über die Totzeit der Regelstrecke Luftmangel in den Brennräumen der Brennkraftmaschine, was zu unvollständiger Verbrennung und starker Anreicherung von Rußbestandteilen in den Abgasen führt. Um dies zu vermeiden, ist eine Drueküberwachungseinrichtung vorgesehen, durch die beim überschreiten eines Referenzwertes, der den Schubbetrieb kennzeichnet, eine Verbindung zwischen dem Systemdruck und dem Arbeitsraum 45 des Stellorgans 9 aufsteuerbar ist.

Verwirklicht ist die Einrichtung dadurch, daß im gezeigten Beispiel von der Kraftstoffversorgungsleitung 19 stromaufwärts des. Zumeßquerschnitts 24 eine Verbindungsleitung 61 direkt zur Entlastungsleitung 43 führt. In der Verbindungsleitung 6l ist ein Schaltventil 55 angeordnet, das ein Schließglied aufweist, welches durch den in der Kraftstoffversorgungsleitung zwischen Zumeßquerschnitt und Einspritzpumpe herrschenden Druck entgegen der Kraft einer Feder so verschiebbar ist, daß die Verbindungs- ■ leitung 6l geschlossen wird. Dazu ist in einem Zylinder 58 ein Steuerkolben 57 vorgesehen, der eine Ringnut 56 aufweist. In den Zylinder 58 mündet die Verbindungsleitung 6l und führt auf der der Einmündung gegenüberliegenden Seite von diesen ab zur Entlastungsleitung 43. Der Steuerkolben schließt auf der einen Stirnseite einen Arbeitsraum 54 in dem dort geschlossenen Zylinder ein, der lediglich eine Verbindungsleitung 62 zum Kraftstoffversorgungsleitungsteil zwischen Zumeßquerschnitt 24 und Einspritzpumpe 16 hat. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist der Steuerkolben durch eine Druckfeder beaufschlagt.

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Steigt nun der Druck in der Kraftstoffversorgungsleitung 19 bzw. in dem Arbeitsraum 54 so weit an, daß der durch die Druckfeder 59 einstellbare Referenzwert überschritten wird, gelangt die Ringnut 56 in den Mündungsbereich der Verbindungsleitung 6l, wodurch deren Durchgang geöffnet wird. Der nun in deh Arbeitsraum 45 geleitete Systemdruck bewirkt, daß die Drosselklappe 7 ganz geöffnet 'wird und die Abgasleitung verschlossen wird. Damit steht der Brennkraftmaschine bei Wiederaufnahme des Lastbetriebs und insbesondere auch bei schlagartig auf Vollast gestelltem Hebel 52 ausreichend Luft zur Verbrennung zur Verfügung. Nach Ablauf der Totzeit der Regelstrecke sinkt dann auch der Druck in der Versorgungsleitung 19 zwischen Zumeßquerschnitt 24 und Einspritzpumpe auf den üblichen Betriebswert, bei dem der den Schubbetrieb kennzeichnende Referenzwert unterschritten wird und somit durch die Verschiebung des Steuerventils 57 die Verbindungsleitung 61 geschlossen wird. Von diesem Zeitpunkt an arbeitet die Regeleinrichtung wie zuvor beschrieben.

Die ausgeführte Form läßt sich mit den zur Verfügung stehenden Antriebsmitteln sehr leicht verwirklichen. Natürlich kann auch in äquivalenter Weise das Öffnen oder Schließen der Verbindungsleitung 6l in anderer Weise wie z.B. durch ein Elektromagnetventil erfolgen, das von einer elektrisch arbeitenden Drucküberwachungseinrichtung betätigbar ist.

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Claims

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Ansprüche
( 1./Einrichtung zur Steuerung der Zusammensetzung des in die die Brennräume einer Brennkraftmaschine einzubringenden Betriebsgemischs mit einer Kraftstoff zündeinrichtung, in deren von einer im wesentlichen mit konstantem Druck fördernden Kraftstoffördereinrichtung abführenden Kraftstoffversorgungsleitung ein entsprechend der angesaugten Prischluftmenge verstellbares Drosselorgan angeordnet ist, wobei die Kraftstoffversorgungsleitung stromabwärts des Zumeßquerschnitts am Drosselorgan mit einem ersten Druekraum und stromaufwärts mit einem zweiten Druekraum eines Differenzdruckventils verbunden ist, von dessen zweiten Druekraum eine durch das Differenzdruckventil gesteuerte Abflußleitung abführt, die stromaufwärts einer Drossel mit einem Arbeitsraum eines Stellmotors verbunden ist, durch den ein den Prischluftansaugquerschnitt in der Saugleitung der Brennkraftmaschine und/oder den Querschnitt einer dort einmündenden Abgasrückführleitung komplementär zueinander steuerndes Drosselglied betätigbar ist, dadurch
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— ρ —
gekennzeichnet, daß der Druck in der Kraftstoffversorgungsleitung stromabvrärts des ZumeßquerSchnitts (24) von einer Drucküberwachungseinrichtung (55) erfaßbar ist, durch die bei Überschreiten eines Referenzwertes ein Ven- ' til (57) in einer Verbindungsleitung (6l) zwischen Kraftstoff versorgungsleitung stromaufwärts des Zumeßquerschnitts (24) und dem Arbeitsraum (45) des Stellmotors (5) aufsteuerbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Drucküberwachungseinrichtung in Kombination mit dem Ventil ein hydraulisch betätigbares Schaltventil (55) dient, mit einem mit einer Ringnut (56) versehenen Steuerkolben (57)·, der einerseits von der Kraft einer Feder (59) und andererseits von dem in der Kraftstoffversorgungsleitung stromabwärts des Zumeßquerschnitts (24) herrschenden Druck belastet ist und in seiner einen Schaltstellung über die Ringnut (56) die Verbindung zwischen zwei Teilen der Verbindungsleitung (6l) herstellt.
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