DE3916996A1 - Vorrichtung zur versorgung eines motors mit interner verbrennung mit einem kraftstoff/luft-gemisch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versorgung eines Motors mit interner Verbrennung mit einem Kraftstoff/Luft- Gemisch, wobei das Gemisch erzeugt wird, indem in eine Luft­ strömung vorbestimmte zerstäubte Kraftstoffmengen mittels eines elektromagnetisch betätigten Kraftstoff-Dosier- und Zerstäubungsventils eingeleitet werden.

In bekannter Weise enthält eine Vorrichtung dieser Art im wesentlichen einen Körper, der mit wenigstens einer Luftein­ trittsöffnung und einer Austrittsöffnung für das Gemisch so­ wie mit einem Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventil ver­ sehen ist, das elektromagnetisch betätigt wird und an dem Körper im Bereich der Luftströmung zwischen den beiden ge­ nannten Öffnungen angeordnet ist. In diesem Körper ist ein Kanal für die über die Eintrittsöffnung eintretende Luft gebildet; in diesem Kanal befindet sich eine Aufnahme für das Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventil, welches diesen Kanal mit Kraftstoff versorgt, um ein Gemisch aus Luft und zerstäubtem Kraftstoff zu bilden. In demjenigen Teil des Ka­ nals, welcher sich strömungsabwärts von dem Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventil befindet, ist eine Drosselklappe an­ geordnet, die dazu bestimmt ist, die Gemischmenge zu regu­ lieren, welche aus dem Austrittsende des Kanals austritt, um zu einem Verteiler zu gelangen, welcher das Gemisch den Ein­ laßventilen des Motors zuführt.

Vorrichtungen dieser Art weisen zweifellos Merkmale auf, welche sie besonders geeignet zur Versorgung von modernen Motoren mit interner Verbrennung machen, da sie imstande sind, ein homogenes Gemisch zu erzeugen, dessen Zusammenset­ zung und Menge mittels einer Elektronikzentrale sehr genau gesteuert werden können, um eine Anpassung an die verschie­ denen Betriebszustände des Motors zu gewährleisten. Mittels einer einzigen derartigen Vorrichtung ist es aber normaler­ weise nicht möglich, Motoren von hoher Leistung zu versor­ gen, denn die maximale, von einer solchen Vorrichtung abge­ gebene Gemischmenge ist nicht sehr groß. Die Gesetzmäßigkeit, mit welcher sich die Gemischmenge in Abhängigkeit vom Öff­ nungswinkel der Drosselklappe ändert, hängt auch wesentlich von den geometrischen Eigenschaften der Vorrichtung ab und kann nicht in der gewünschten Weise variiert werden, eine Forderung, die sich aber für eine korrekte Motorversorgung unter bestimmten Betriebzuständen des Motors ergeben kann.

Derartige Vorrichtungen sind also besonders geeignet für Motoren mittleren Hubraums, sind jedoch nicht geeignet, um die Probleme zu lösen, die bei der Versorgung von Motoren hoher Leistung auftreten, die eine relativ große Anzahl von Zylindern aufweisen und zwei oder mehr Einlaßventile pro Zylinder und/oder auf zwei Reihen verteilte Zylinder aufwei­ sen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Versorgung eines Motors mit interner Verbrennung mit einem Kraftstoff/Luft-Gemisch gemäß der eingangs angegebenen Gattung zu schaffen und bei dieser Vorrichtung die oben an­ geführten Mängel zu beseitigen, insbesondere eine Vorrich­ tung anzugeben, die imstande ist, hohe Gemischmengen abzuge­ ben, um besonders für die Versorgung von Hochleistungsmoto­ ren geeignet zu sein, wobei darüber hinaus die Gemischmenge in der jeweils den Betriebsbedingungen des Motors angemesse­ nen Weise verändert werden soll.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Versorgung eines Motors mit interner Verbrennung mit einem Kraftstoff/ Luft-Gemisch gelöst, die einen Körper mit wenigstens einer Lufteinlaßöffnung und einer Gemisch-Austrittsöffnung auf­ weist, wobei ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoff­ dosier- und Zerstäubungsventil an den Körper im Bereich der Luftströmung zwischen den zwei Öffnungen angeordnet ist und wenigstens ein Gemischverteiler an die Austrittsöffnung an­ geschlossen ist, um dem Motor das Gemisch zuzuführen; da­ durch gekennzeichnet, daß der Körper zwei Kanäle aufweist, deren Enden die Gemischaustrittsöffnung bilden und deren Durchtrittsquerschnitte jeweils von einer Drosselklappe ge­ steuert werden, wobei wenigstens ein Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventil strömungsaufwärts von den Kanälen ange­ ordnet ist und wenigstens einen der Kanäle zur Gemischbil­ dung versorgt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeich­ nung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Ver­ sorgungsvorrichtung nach einer ersten Aus­ führungsform;

Fig. 2 und 3 Schnittansichten weiterer Ausführungsformen der Vorrichtung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der im Inneren eines Ansaugkrümmers gebildeten Kanäle in einer Ausführungsform, welche einen Vier­ zylindermotor mit zwei Einlaßventilen pro Zylinder mit Gemisch versorgt;

Fig. 5 eine weitere schematische Darstellung eines Ansaugkrümmers, der Bestandteil der Vorrich­ tung ist, gemäß einer anderen Ausführungs­ form für einen Vierzylindermotor mit zwei Einlaßventilen pro Zylinder;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform mit einem Ge­ mischverteiler zur Versorgung eines Sechs­ zylindermotors, der drei Zylinder pro Zylin­ derreihe aufweist; und

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines Gemisch­ verteilers zur Versorgung eines Sechszylin­ dermotors, dessen Zylinder auf zwei Reihen aufgeteilt sind und jeweils mit zwei Einlaß­ ventilen versehen sind.

Es wird nun zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Die erfin­ dungsgemäße Versorgungsvorrichtung umfaßt im wesentlichen einen Körper 1, in dessen Innerem eine Kammer 2 gebildet ist, welche nach oben mit einer Lufteintrittsöffnung 3 offen ist und mit zwei Kanälen 4, 5 in Verbindung steht, die je­ weils eine untere Öffnung 6 bzw. 7 für den Gemischaustritt bilden.

Im Inneren der Kammer 2 ist ein Träger 8 angeordnet, der in einer geeigneten Weise mit dem Körper 1 verbunden ist und einen Sitz 9 für ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoff­ dosier- und Zerstäubungsventil 10 bildet.

Der Querschnitt der Kammer 2, der beliebig sein kann, nimmt kontinuierlich zu den Kanälen 4 und 5 hin ab; eine Trennwand 11 trennt die Luftströmung, die über die Lufteintrittsöff­ nung 3 eintritt, in zwei getrennte Strömungen auf, die durch jeweils einen der Kanäle 4, 5 fortgeleitet werden. In jedem Kanal 4, 5 ist eine Drosselklappe 12 bzw. 13 angeordnet.

Die Lufteintrittsöffnung 3 ist an das Luftfiltergehäuse an­ geschlossen, aus dem die die Kammer 2 durchströmende Luft stammt, während die Gemischaustrittsöffnungen 6, 7 in einen Gemischverteiler bzw. Einlaßkrümmer (in Fig. 1 nicht darge­ stellt) einmünden, der das Gemisch in noch zu beschreibender Weise den Zylindern des Motors mit interner Verbrennung zu­ führt.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Versorgungsvorrichtung erzeugt das Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventil zwei zerstäubte Kraftstoffkegel 16, deren Achsen 17 miteinander einen im voraus festgelegten Winkel bilden, der zweckmäßigerweise zwischen 18° und 36° liegt. Wie aus Fig. 1 klar ersichtlich ist, ist jeder Kraftstoffkegel zu einem der Kanäle 4, 5 hin gerichtet und von dem anderen durch die Trennwand 11 abge­ trennt. Auf diese Weise kann sich der Kraftstoff aus jedem Kraftstoffkegel 16 mit der Luft vermischen, die über die Lufteintrittsöffnung 3 eintritt und die Kammer 2 durchquert, um zwei Strömungen eines homogenen Gemisches zu bilden, die jeweils einen der Kanäle 4, 5 durchqueren. Die Gemischmenge in jedem Kanal wird durch die zugehörige Drosselklappe 12, 13 bestimmt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Körper 1 im wesentlichen wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungs­ form ausgebildet und mit entsprechenden Teilen versehen, so daß in Fig. 2 dieselben Bezugszahlen verwendet wurden. Bei der zweiten Ausführungsform ist jedoch der Träger 8 für das Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventil 10 im wesentlichen koaxial mit dem Kanal 4 angeordnet, wobei dieses Ventil 10 nur einen einzigen Sprühstrahl erzeugt, dessen Achse im we­ sentlichen koaxial mit dem Kanal 4 ist.

Bei dieser Ausführungsform erzeugt die durch die Luftein­ trittsöffnung 3 eintretende Luft im wesentlichen zwei Strö­ mungen, eine direkte Strömung zum Kanal 4 hin und eine Strö­ mung zum Kanal 5 hin, wie bei der zuvor beschriebenen Aus­ führungsform. Während aber die Luftströmung, welche den er­ sten Kanal durchquert, mittels des Ventils 10 mit zerstäub­ tem Kraftstoff versorgt wird, strömt in dem anderen Kanal nur Luft. Während also aus der Austrittsöffnung 6 des Kanals 4 in den Ansaugkrümmer ein Kraftstoff/Luft-Gemisch einströmt, tritt aus der Austrittsöffnung 7 des anderen Kanals 5 nur Luft aus.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 weist der Körper 1 im wesentlichen dieselbe Gestalt wie zuvor beschrieben auf, je­ doch mit der Ausnahme, daß zwei Träger 8 für entsprechende Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventile 10 vorgesehen sind, die jeweils koaxial mit dem zugehörigen Kanal 4, 5 angeord­ net sind. Bei dieser Ausführungsform erzeugt die durch die Lufteintrittsöffnung 3 eintretende Luft zwei Strömungen, die jeweils einem der Kanäle 4, 5 zugeführt werden, wobei in je­ den Kanal zerstäubter Kraftstoff mittels des zugehörigen Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventils 10 eingesprüht wird.

Die Drosselklappe 12, welche den Durchgang des Gemisches durch den Kanal 4 steuert, wird normalerweise mittels des Gaspedals über eine geeignete Übertragungseinrichtung ge­ steuert. Die Drehbewegung der Drosselklappe kann auch über eine Stellvorrichtung 18 beliebiger Art gesteuert werden, zweckmäßigerweise mittels eines linearen Schrittmotors, der geeignet ist, um die axiale Bewegung einer Stange 19 zu steuern, welche an eine Kurbel 20 angeschlossen ist, die mit der Drosselklappe 12 verbunden ist. Eine solche Stellvor­ richtung ist vorgesehen, um die Drehbewegung der Drossel­ klappe 12 während eines Kaltstarts des Motors automatisch zu steuern, wobei dann die Winkelstellung der Drosselklappe al­ lein von der Temperatur abhängt, die der Motor in der jewei­ ligen Betriebsphase erreicht, solange eine Leerlaufsteuerung erforderlich ist. Ferner kann ein Stellungsmelder 21 vorge­ sehen sein, der imstande ist, ein Signal zu erzeugen, wel­ ches die Winkelstellung der Drosselklappe 13 anzeigt. Dieser Stellungsmelder, der an einem beliebigen Kanal oder beiden Kanälen angeordnet sein kann, dient zum Erkennen der Stel­ lung der Drosselklappe im Leerlauf oder zur Steuerung der Kraftstoffanreicherung bei Übergängen.

Die Steuerung der Drosselklappe 13, die mechanisch oder pneu­ matisch verwirklicht werden kann, erfolgt synchron mit der Steuerung der Drosselklappe 12 oder auch gänzlich unabhängig von dieser. Im zweiten Falle kann es von Vorteil sein, die Steuerung der beiden Drosselklappen in solcher Weise vorzu­ sehen, daß nach Erreichen eines vorbestimmten Öffnungswin­ kels der Drosselklappe 12 die Öffnung der Drosselklappe 13 beginnt, um eine Gesamtaustrittsmenge des Kraftstoffes an den Öffnungen 6, 7 zu erhalten, die graduell mit dem Betäti­ gungswinkel des Gaspedals zunimmt.

Allgemein kann die Winkelstellung jeder Drosselklappe 12, 13 in irgendeiner zweckmäßigen, gewünschten Weise gesteuert werden unter Verwendung beliebiger Stellvorrichtungen, die imstande sind, Drehwinkel einzustellen, welche von bestimm­ ten Betriebsbedingungen des Motors abhängen: Eine solche Steuerung kann auch durch Signale erfolgen, die von einer Elektronikzentrale erzeugt werden, die nach einer vorbe­ stimmten Steuerstrategie arbeitet.

Es wird nun die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung erläutert.

Wenn eine gleichzeitige synchronisierte Öffnung der Drossel­ klappen 12, 13 vorgesehen ist, wie bei der in Fig. 1 gezeig­ ten Ausführungsform, tritt bei niedrigem Leistungsniveau des Motors nur eine geringe Drosselklappenöffnung auf; wenn eine sehr hohe Leistung verlangt wird, gelangen die Drosselklap­ pen in die vollständig geöffnete Stellung, so daß eine große Gemischmenge durch die beiden Kanäle 4, 5 hindurchtritt.

Wenn hingegen die Öffnung der Drosselklappen 12, 13 unabhän­ gig voneinander erfolgt, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 vorgesehen sein kann, ist es zweckmäßig, eine Funktionweise zu wählen, bei welcher im niedrigen Leistungs­ bereich nur die Drosselklappe 12 geöffnet wird, während die Drosselklappe 13 geschlossen bleibt. Nur wenn besonders gro­ ße Leistungen abverlangt werden, wird auch die Drosselklappe 13 geöffnet, bis eine vollständige Öffnung beider Drossel­ klappen eingetreten ist. Der Öffnungsbeginn kann für die Drosselklappe 13 auftreten, bevor die Drosselklappe 12 voll­ ständig geöffnet ist, um eine graduelle Vergrößerung der ge­ samten Gemischmenge zu erzielen, die von den Kanälen 4 und 5 abgegeben wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 addiert sich die zusätzliche Luftmenge, die durch den Kanal 5 strömt, zu dem Gemisch, welches der Kanal 4 abgibt, um ein Gemisch mit hohem Sauerstoffgehalt zu erzeugen, welches für den Be­ trieb bei sehr hoher Leistung geeignet ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird das Kraftstoffdo­ sier- und Zerstäubungsventil, welches das Gemisch in dem Kanal 5 erzeugt, nur bei Öffnung der Drosselklappe 13 ange­ steuert.

Der Gemischverteiler bzw. Ansaugkrümmer, der geeignet ist, um das Gemisch aus den Austrittsöffnungen 6, 7 dem Motor zu­ zuführen, kann gemäß einer der in den Fig. 4 bis 7 gezeigten Ausführungsformen verwirklicht sein. Bei der in Fig. 4 ge­ zeigten Ausführungsform umfaßt der insgesamt mit 22 bezeich­ nete Gemischverteiler im wesentlichen zwei Abschnitte 23 und 24, von denen der erste die Austrittsöffnung 6 mit den bei­ den mittleren Zylindern des Motors 25 und der zweite Ab­ schnitt 24 die Austrittsöffnung 26 mit den anderen zwei Zy­ lindern in Verbindung bringt, wie in Fig. 4 gezeigt ist, wo­ bei angenommen wird, daß jeder Zylinder mit zwei Einlaßven­ tilen versehen ist.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform bringen die Ab­ schnitte 23 und 24 des Gemischverteilers die Austrittsöff­ nungen 6 und 7 jeweils in Verbindung mit einem der zwei Ein­ laßventile jedes Zylinders des Motors 25.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform für einen Motor mit auf zwei Reihen 25 a, 25 b verteilten Zylindern umfaßt der Gemischverteiler 22 ebenfalls zwei Abschnitte 23, 24, von denen jeder eine der Austrittsöffnungen 6, 7 mit den Einlaß­ ventilen der Zylinder einer entsprechenden Zylinderreihe 25 a, 25 b in Verbindung bringt.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform, bei welcher die Zylinder jeder der zwei Zylinderreihen 25 a, 25 b zwei Einlaß­ ventile aufweisen, ist der Gemischverteiler 22 in solcher Weise ausgebildet, daß er jede Austrittsöffnung 6, 7 mit einem entsprechenden Einlaßventil aller sechs Zylinder bei­ der Zylinderreihen in Verbindung bringt, wie aus der Fig. 7 leicht ersichtlich ist.

Es ist ersichtlich, daß mittels der erfindungsgemäßen Ver­ sorgungsvorrichtung bei Bedarf dem Motor große Gemischmengen zugeführt werden können. Dies beruht auf der Anwesenheit von zwei Kanälen 4, 5 für das Gemisch (bzw. einem Kanal für das Gemisch und einem für Luft, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2). Weiterhin wird es ermöglicht, eine Gesetzmäßigkeit für die Änderung der Gemischmenge in Abhängigkeit vom Dreh­ winkel des Gaspedals zu erzielen, die den jeweils gewünsch­ ten Verlauf besitzt. Dies beruht auf der Verwendung von zwei Drosselklappen 12, 13, deren Drehung jeweils unabhängig von­ einander erfolgen kann, mittels geeigneter Stellvorrichtun­ gen oder Übertragungen verschiedenster Art, wobei mechani­ sche, pneumatische oder elektrische Einrichtungen in Betracht kommen. Insbesondere ist die Vorrichtung geeignet, große Ge­ mischmengen für besondere Betriebsbedingungen des Motors be­ reitzustellen. Dies kann mittels einer Elektronikzentrale gesteuert werden, die nach einer geeigneten Strategie arbei­ tet und Steuersignale für die Öffnung der Drosselklappen und für die Ansteuerung der Kraftstoffdosier- und Zerstäubungs­ ventile abgibt.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Versorgung eines Motors mit interner Verbrennung mit einem Kraftstoff/Luft-Gemisch, mit einem Körper (1), der mit wenigstens einer Lufteintrittsöffnung (3) und wenigstens einer Austrittsöffnung (6, 7) für das Gemisch versehen ist, mit einem elektromagnetisch betätigten Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventil (10), das an den Körper im Bereich der Luftströmung zwischen den zwei Öffnun­ gen angeordnet ist, und wenigstens einem Gemischverteiler (22), der an die wenigstens eine Austrittsöffnung angeschlos­ sen ist und das Gemisch dem Motor zuführt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Körper zwei Kanäle (4, 5) gebildet sind, deren Enden die Austrittsöffnung bilden und deren Strömungs­ querschnitte jeweils mittels einer zugehörigen Drosselklappe (12, 13) gesteuert werden, wobei wenigstens ein Kraftstoff­ dosier- und Zerstäubungsventil strömungsaufwärts von den beiden Kanälen (4, 5) angeordnet ist und wenigstens einen dieser Kanäle zur Gemischbildung versorgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventil (10) vor­ gesehen ist, welches geeignet ist, beide Kanäle (4, 5) zur Gemischbildung mit Kraftstoff zu versorgen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventil zwei Zer­ stäubungskegel (16) erzeugt, deren Achsen untereinander einen Winkel vorbestimmter Größe bilden, wobei jeder Zer­ stäubungskegel auf einen zugehörigen Kanal hin gerichtet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventil vorgesehen ist, welches nur einen der zwei Kanäle zur Gemischbildung mit Kraftstoff versorgt, während der andere Kanal nur mit Luft versorgt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventile vorgese­ hen sind, die jeweils einen der zwei Kanäle zur Gemischbil­ dung mit Kraftstoff versorgen.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (12) eines der zwei Kanäle, in welchen mittels des Kraftstoffdosier- und Zerstäubungsventils Kraftstoff zur Gemischbildung eingebracht wird, durch ein Stellglied (18) gesteuert wird, das geeignet ist, um die Drehbewegung der Drosselklappe während eines Kaltstartzyklus des Motors und während des Leerlaufzustandes des Motors zu steuern.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellungsmelder (21) für die Drehstellung einer der Drosselklappen vorgesehen ist und ein Signal liefert, das proportional dem Drehwinkel dieser Dros­ selklappe ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischverteiler (22) zwei Rohrleitungsgruppen (23, 24) umfaßt, von denen eine (23) einen der Kanäle (4) mit den Einlaßventilen einer ersten Reihe von Zylindern des Motors in Verbindung bringt, während die andere (24) den anderen Kanal (5) mit den Einlaßventilen einer zweiten Reihe von Zylindern in Verbindung bringt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für einen Motor, der zwei Einlaßventile pro Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischverteiler (22) zwei Rohrlei­ tungsgruppen (23, 24) aufweist, von denen eine den einen Kanal (4, 5) mit einem Einlaßventil jedes Zylinders und die andere den anderen Kanal mit dem anderen Einlaßventil jedes Zylinders in Verbindung bringt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für einen Motor, der zwei Reihen von Zylindern aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verteiler (22) zwei Rohrgruppen (23, 24) umfaßt, von denen eine die Kanäle (4, 5) mit den Einlaß­ ventilen der Zylinder einer Reihe und die andere den anderen Kanal mit den Einlaßventilen der Zylinder der anderen Reihe in Verbindung bringt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für einen Motor, der zwei Reihen von Zylindern aufweist, die jeweils zwei Einlaßventile aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischverteiler (22) zwei Rohrgruppen (23, 24) aufweist, von denen die erste einen der Kanäle (4, 5) mit einem Einlaß­ ventil jedes Zylinders beider Zylinderreihen und die zweite den anderen Kanal mit dem anderen Einlaßventil jedes Zylin­ ders beider Zylinderreihen in Verbindung bringt.