DE4431712A1 - Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine derartige Vorrichtung bekannt (Development of air-assisted injector system, SAE (Society of Automotive Engineers), Technical Paper Series 920294, Seiten 57/58, 1992) , bei der ein erstes Ventilschließglied einen ersten Ventilöffnungs­ querschnitt zu einer ersten Strömungsleitung und ein zweites Ventilschließglied einen zweiten Ventilöffnungs­ querschnitt zu einer zweiten Strömungsleitung steuert. Die erste Strömungsleitung ist dabei mit einer Brenn­ stoffzumeßeinrichtung der Brennkraftmaschine verbunden und dient der Zufuhr eines Betriebsmittels, insbesondere von Ansaugluft, zur Brennstoffzumeßeinrichtung zwecks luftunterstützter Brennstoffeinspritzung. Die zweite Strömungsleitung ist direkt mit einem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine stromabwärts einer im Ansaugkanal angeordneten Drosselklappe verbunden. Über die zweite Strömungsleitung kann Betriebsmittel zum Ansaugkanal und von dort ebenfalls der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Erstes und zweites Ventilschließglied sind mittels eines elektromotorischen Stellantriebes über ein Verstellglied entgegen der Kraft einer Ventilschließfeder in Ventilöffnungsrichtung verstellbar, wobei bei nicht aktiviertem Stellantrieb die Ventilschließglieder von der Ventilschließfeder in einer Ventilschließstellung gehalten werden. Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Betriebsmittelquelle ständig in Verbindung mit den das zweite Ventilschließglied um­ fassenden Ventileinrichtungen steht, so daß das Betriebs­ mittel, insbesondere Ansaugluft, in unkontrollierter Weise als Leckstrom an dem zweiten Ventilschließglied vorbei zum Ansaugkanal der Brennkraftmaschine gelangen kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine hat demgegen­ über den Vorteil, daß durch die Reihenschaltung der Ventileinrichtungen für die Umfassungsluft einerseits und die Leerlaufluft andererseits in der Weise, daß die Ventileinrichtungen für die Umfassungsluft stromaufwärts von den Ventileinrichtungen für die Leerlaufluft an­ geordnet sind, ein Leckstrom in den Ansaugkanal der Brennkraftmaschine auf jeden Fall solange verhindert werden kann, bis die Ventileinrichtungen für die Um­ fassungsluft geöffnet werden, da erst dann das Betriebs­ mittel auf der Einlaßseite der nachgeschalteten Ventil­ einrichtungen für die Leerlaufluft zur Verfügung steht.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung der Ventileinrichtungen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 bis 5 verschiedene bevorzugte Ausführungsformen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ehe nachstehend detailliert auf verschiedene Ausführungs­ beispiele der Erfindung eingegangen wird, soll zunächst das der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugrundeliegende Prinzip anhand der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 näher erläutert werden.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 zwischen einer Betriebsmittel­ quelle 10 und einer Brennkraftmaschine 12 eine Ventil­ anordnung 14 mit einem ersten Ventil 16 und einem zweiten Ventil 18, wobei diese beiden Ventile 16, 18 in Serie hintereinander in einen Strömungspfad 20 zwischen der Betriebsmittelquelle 10 und der Brennkraftmaschine 12 eingefügt sind. Der Strömungspfad 20, in dem das Be­ triebsmittel mit der durch einen Pfeil angedeuteten Strömungsrichtung fließt, gabelt sich hinter dem ersten Ventil 16 in einen ersten Zweig, der eine erste Strö­ mungsleitung 20a bildet, und einen zweiten Zweig 20b. Der erste Zweig bzw. die erste Strömungsleitung 20a führt zu einer Kraftstoffzumeßeinrichtung 22, insbesondere einem Satz von Einspritzdüsen. Der Kraftstoffzumeßeinrichtung 22 wird über eine Kraftstoffleitung 24 in bekannter, hier nicht näher zu erläuternder Weise Kraftstoff, beispiels­ weise von einer gesteuerten Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) zugeführt. Die der Kraftstoffzumeßeinrichtung 22 von der Auslaßseite des ersten Ventils 16 über die erste Strömungsleitung zugeführte Betriebsmittelmenge, Ansaug- oder Verbrennungsluft bzw. ein Gemisch von Frischluft und zurückgeführten Abgasen, dient der sogenannten "Luft­ umfassung" für die Einspritzdüse(n) der Kraftstoffzumeß­ einrichtung 22, wobei die Drosselwirkung der Einspritzdü­ se(n) in Fig. 1 durch eine Drosselstelle 22a der Kraft­ stoffzumeßeinrichtung 22 angedeutet ist. Die in der Kraftstoffzumeßeinrichtung 22 mit dem Kraftstoff gemisch­ te Umfassungsluft wird schließlich der Brennkraftmaschine 12 zugeführt, beispielsweise in die Einzelsaugrohre der Zylinder unmittelbar vor die Einlaßventile.

Der zweite Zweig 20b des Strömungspfades 20 führt zu dem zweiten Ventil 18, von dessen Auslaßseite eine zweite Strömungsleitung 20c zu der Brennkraftmaschine 12 führt. Außerdem ist parallel zu der vorstehend beschriebenen Anordnung zwischen der Betriebsmittelquelle 10 und der Brennkraftmaschine 12 ein Parallelpfad 26 vorgesehen, in den in üblicher Weise eine Drosselklappe 28 eingefügt ist.

Wenn die Drosselklappe 28, wie in Fig. 1 angedeutet, ihre Schließstellung einnimmt oder nahezu geschlossen ist, wird das Betriebsmittel bzw. die Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine 12 über die Ventilanordnung 14 auf folgende Weise zugeführt:
Bei der Betätigung der Ventilanordnung 14 mit Hilfe eines zugeordneten, beispielsweise elektromechanischen Stell­ antriebs (nicht gezeigt) öffnet zuerst das erste Ventil 16, so daß der Kraftstoffzumeßeinrichtung 22 Umfassungs­ luft zugeführt wird, die für eine effektive Gemisch­ aufbereitung hinsichtlich des der Kraftstoffzumeßeinrich­ tung 22 über die Kraftstoffleitung 24 zugeführten Kraftstoffs sorgt. Erst wenn das Ventil 16 ausreichend geöffnet ist, um der Kraftstoffzumeßeinrichtung 22 über die erste Strömungsleitung 20a die gewünschte Betriebs­ mittel- bzw. Verbrennungsluftmenge zuzuführen, öffnet das zweite Ventil 18, um der Brennkraftmaschine 12 über die zweite Strömungsleitung 20c in üblicher Weise die für das Aufrechterhalten der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftma­ schine 12 zusätzlich zu der Umfassungsluft erforderliche Betriebsmittel- bzw. Verbrennungsluftmenge zuzuführen. Dabei ist zu beachten, daß die durch die Drosselstelle 22a angedeutete Drosselwirkung der Elemente der Kraft­ stoffzumeßeinrichtung 22 konstant und größer ist als die Drosselwirkung des zweiten Ventils 18 im voll geöffneten Zustand desselben.

Wie Fig. 2 zeigt, kann die vorstehend anhand von Fig. 1 erläuterte Ventilanordnung 14 gemäß einem ersten bevor­ zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung als Drehventil­ anordnung bzw. Drehsteller realisiert werden. Dieser Drehsteller umfaßt gemäß Fig. 2 ein Gehäuse 30 mit einem Einlaß 32, einem ersten Auslaß 34 und einem zweiten Auslaß 36. Das Gehäuse 30 definiert eine zylindrische Kammer, in der ein drehbares Bauteil 38 angeordnet ist, welches durch einen zugeordneten elektromechanischen Stellantrieb (nicht gezeigt), wie durch einen Pfeil angedeutet, zu einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn antreibbar ist.

Das drehbare Bauteil 38 trägt zwei einstückig angeformte oder auch in anderer geeigneter Weise fest angebrachte Ventilschließglieder 38a und 38b, von denen jedes mit einem zugeordneten Ventilsitz am Einlaß 32 bzw. am zweiten Auslaß 36 zusammenwirkt. Dabei können die Ventil­ schließglieder 38a und 38b als Teile einer zylindrischen Schürze des drehbaren Bauteils 38 angesehen werden, die sich in axialer Richtung, d. h., senkrecht zur Zeichen­ ebene in Fig. 2, zumindest über die volle Höhe der Gehäuseöffnungen am Einlaß 32 bzw. am Auslaß 36 er­ strecken.

Wenn das drehbare Bauteil 38, ausgehend von der in Fig. 2 gezeigten Schließstellung, in der der Einlaß 32 durch das Ventilschließglied 38a geschlossen ist und der zweite Auslaß 36 durch das Ventilschließglied 38b, entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht wird, dann wird zunächst am Einlaß 32 ein zunehmend größerer Strömungsquerschnitt freigege­ ben, so daß das Betriebsmittel bzw. die Verbrennungsluft von der Betriebsmittelquelle 10 über den Einlaß 32 in das Innere des Gehäuses 30 eintreten und aus diesem über den ersten Auslaß 34 zu der ersten Strömungsleitung 20a austreten kann. Erst dann, wenn durch das Ventilschließ­ glied 38a am Einlaß 32 des Gehäuses 30 ein vorgegebener Strömungsquerschnitt freigegeben ist, beginnt das zweite Ventilschließglied 38b, welches sich über eine größere Bogenlänge erstreckt als das erste Ventilschließglied 38a, einen zunehmend größeren Strömungsquerschnitt am zweiten Auslaß 36 bzw. für die zweite Strömungsleitung 20c freizugeben. In entsprechender Weise wird beim Zurückdrehen des drehbaren Bauteils 38 - im Uhrzeigersinn - zunächst der zweite Auslaß 36 geschlossen und erst dann der Einlaß 32. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß im Leerlaufbetrieb, d. h. bei geschlossener Drosselklappe 28 (Fig. 1), unter allen Betriebsbedingungen zunächst einmal für eine ausreichende Zufuhr an Umfassungsluft über die erste Strömungsleitung 20a gesorgt wird und erst danach für die übliche Zufuhr von Leerlaufluft zum Ansaugkanal der Brennkraftmaschine 12. Dabei ist der in Fig. 2 gezeigte Drehsteller sehr einfach und robust aufgebaut und ermöglicht bezüglich des Betriebsmittels bzw. der Luftzufuhr eine zumindest weitgehende Unter­ drückung eines Leckflusses. Ein weiterer wichtiger Vorteil des Drehstellers gemäß Fig. 2 besteht darin, daß der elektromechanische Stellantrieb in der Weise ausge­ bildet werden kann, daß für das Einstellen der in Fig. 2 gezeigten Schließstellung für das drehbare Bauteil 38 eine vorgegebene elektromagnetische Erregung des Antriebs erforderlich ist. Wenn das drehbare Bauteil 38 unter dieser Voraussetzung mit Hilfe geeigneter Federmittel oder dergleichen unter einer Vorspannung im Gegenuhrzei­ gersinn gehalten wird, dann führt in diesem Fall ein Ausfall der elektromagnetischen Erregung dazu, daß das drehbare Bauteil 38 so weit im Gegenuhrzeigersinn verdreht werden kann, daß die Ventilschließglieder 38a, 38b den Einlaß 32 bzw. den zweiten Auslaß 36 vollständig öffnen, so daß der Brennkraftmaschine 12 auf jeden Fall bei gesperrter Drosselklappe 28 eine für die Aufrecht­ erhaltung des Leerlaufbetriebs erforderliche Betriebs­ mittel- bzw. Luftmenge zugeführt werden kann.

Gemäß Fig. 3 der Zeichnung ist die in Fig. 1 skizzierte Ventilanordnung 14 bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung durch einen sogenannten Hubsteller reali­ siert, bei dem in einem Gehäuse 30, welches wiederum einen Einlaß 32, einen ersten Auslaß 34 und einen zweiten Auslaß 36 aufweist, anstelle des drehbaren Bauteils 38 in Fig. 2 ein axial verstellbares, kolbenförmiges Bauteil 38′ vorgesehen ist. Wenn das Bauteil 38′, ausgehend von der in Fig. 3 gezeigten Schließstellung mit Hilfe des zugeordneten elektromechanischen Stellantriebes (nicht gezeigt), wie durch einen Pfeil angedeutet, nach unten bewegt wird, dann wird durch einen in axialer Richtung niedrigeren Teil 38a der Kolbenschürze zunächst ein zunehmend größerer Strömungsquerschnitt zwischen dem Einlaß 32 und dem ersten Auslaß 34 freigegeben. Erst dann, wenn sich das Bauteil 38′ um eine vorgegebene Strecke nach unten bewegt hat, gelangt dann auch der obere Rand des höheren Schürzenteils 38b am zweiten Auslaß 36 in den Bereich der Auslaßöffnung, woraufhin dann auch am zweiten Auslaß 36 ein zunehmend größerer Strömungsquerschnitt freigegeben wird. Auch in diesem Fall wird also dafür gesorgt, daß bei der Betätigung des Stellantriebs zunächst die Luftumfassung für die Brenn­ stoffzumeßeinrichtung 22 sichergestellt wird und erst dann die Zuführung von Verbrennungsluft zum Ansaugkanal der Brennkraftmaschine 12 erfolgt. Auch die Ventilanord­ nung gemäß Fig. 3 ist vergleichsweise einfach und robust aufgebaut und verhindert einen unerwünschten Leckstrom zu der Brennkraftmaschine. Wenn die Ventilanordnung gemäß Fig. 3 ferner so ausgelegt wird, daß die in dieser Fig. gezeigte Schließstellung durch das Bauteil 38′ nur dann erreicht wird, wenn dem elektromechanischen Stellantrieb ein entsprechender Erregerstrom zugeführt wird, und wenn das Bauteil 38′ ferner unter einer entsprechenden - in Fig. 3 nach unten gerichteten - Vorspannung steht, dann kann auch bei dieser Ausgestaltung bei Ausfall des Stellantriebs ein Öffnen der Ventilanordnung erreicht werden und damit die Zuführung einer ausreichenden Luftmenge zur Brennkraftmaschine 12 zum Aufrechterhalten des Leerlaufbetriebes derselben bei einem Ausfall des Stellantriebs.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die in Fig. 1 skizzierte Ventilanordnung mit zwei in Reihe geschalte­ ten Ventilen in der Weise realisiert, daß in einem Gehäuse mit einem Einlaß 32, einem ersten Auslaß 34 und einem zweiten Auslaß 36 zwei konzentrische Gehäuseöff­ nungen vorgesehen sind, mit denen zwei scheibenförmige, axial hintereinander angeordnete und mechanisch zu einem axial beweglichen Bauteil 38′′ miteinander verbundene Ventilschließglieder 38a, 38b zusammenwirken, die mit Hilfe eines zugeordneten, insbesondere elektromechani­ schen Stellantriebs 40 gemeinsam in axialer Richtung verstellbar sind.

Wenn bei der Vorrichtung gemäß Fig. 4 mit Hilfe des elektromechanischen Stellantriebs 40 eine Bewegung des axial beweglichen Bauteils 38′′ in Richtung des einge­ zeichneten Pfeils, d. h. in Fig. 4 nach rechts, erfolgt, dann wird zunächst das Ventilschließglied 38a mit seiner konischen Stirnfläche von dem konischen Ventilsitz am Einlaß 32 abgehoben, so daß eine Fluidverbindung zu dem ersten Auslaß 34 und damit zu der ersten Strömungsleitung 20a hergestellt wird. Dabei liegt das zweite Ventil­ schließglied 38b mit seiner zylindrischen Mantelfläche noch in einem, zylindrischen Bund im Bereich der zweiten Gehäuseöffnung. Durch die Kombination von zylindrischem Bund und zylindrischer Mantelfläche ergibt sich also gewissermaßen ein toter Gang für die axiale Bewegung des zweiten Ventilschließgliedes 38b, welches die zugeordnete zweite Gehäuseöffnung erst freigibt, wenn durch das erste Ventilschließglied 38a ein vorgegebener Strömungsquer­ schnitt freigegeben ist. Beim Öffnen des zweiten Ventil­ schließgliedes 38b im Verlauf einer weiteren axialen Bewegung des axial beweglichen Bauteils 38′′ wird dann für das Betriebsmittel ein zweiter Strömungspfad zum zweiten Auslaß 36 freigegeben, über den der Brennkraftma­ schine Leerlaufluft zugeführt werden kann.

Die in Fig. 5 der Zeichnung gezeigte Vorrichtung gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet im Prinzip ebenso wie die Vorrichtung gemäß Fig. 4, wobei jedoch der Einlaß 32 und der zweite Auslaß 36 gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 vertauscht sind, so daß in diesem Fall das erste Ventil­ schließglied 38a weiter im Inneren des Gehäuses 30 liegt als das zweite Ventilschließglied 38b, während die Situation bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 gerade umgekehrt ist. Im übrigen sind die Ventilschließglieder 38a und 38b hinsichtlich ihrer konischen Stirnfläche bzw. ihrer zylindrischen Mantelfläche ebenso ausgebildet wie in Fig. 4 und wirken, wie in Fig. 4 beschrieben.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine durch Steuerung einer über wenig­ stens zwei Strömungsleitungen der Brennkraftmaschine aus einer Betriebsmittelquelle zuführbaren Betriebs­ mittelmenge, wobei ein erster Ventilöffnungsquer­ schnitt an einer ersten Ventilöffnung für eine erste Strömungsleitung mittels eines ersten Ventilschließ­ gliedes steuerbar ist und ein zweiter Ventilöff­ nungsquerschnitt an einer zweiten Ventilöffnung für eine zweite Strömungsleitung mittels eines zweiten Ventilschließgliedes, wobei die erste Strömungs­ leitung zu einer Kraftstoffzumeßeinrichtung und die zweite Strömungsleitung zu einem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine stromabwärts einer im Ansaugkanal angeordneten Drosselklappe führt und wobei das erste und das zweite Ventilschließglied mittels eines Stellantriebs verstellbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Ventilöffnung und die zweite Ventilöffnung in Reihe hintereinander zwischen der Betriebsmittelquelle (10) und dem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine (12) angeordnet sind und daß die Ventilschließglieder (38a, 38b) derart gekoppelt sind, daß bei ihrer Betätigung stets zuerst das erste Ventilschließglied (38a) einen Strömungs­ querschnitt für die zugeordnete erste Strömungs­ leitung (20a) freigibt und erst dann das zweite Ventilschließglied (38b) einen Strömungsquerschnitt für die zweite Strömungsleitung (20c).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilschließglieder (38a, 38b) mechanisch fest miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilschließglieder (38a, 38b) an einem in einem Gehäuse (30) drehbaren Bauteil (38) vorgesehen sind und sich in Umfangsrichtung des drehbaren Bauteils (38) derart über unterschiedliche Umfangswinkel erstrecken, daß bei einer Drehung des drehbaren Bauteils (38) in einem vorgegebenen Drehsinn zuerst eine mit der Betriebsmittelquelle (10) verbundene Einlaßöffnung (32) des Gehäuses (30) freigebbar ist, um einen Strömungsquerschnitt zu der ersten Strömungsleitung (20a) zu öffnen, die eine von dem Gehäuse (30) abzweigende Strömungsleitung (Auslaß 34) umfaßt, und daß erst dann bei einer weiteren Drehung des drehbaren Bauteils (38) in dem vorgegebenen Drehsinn durch das zweite Ventil­ schließglied (38b) ein Strömungsquerschnitt für die zweite Strömungsleitung (20c) freigebbar ist, die eine weitere Auslaßöffnung (36) des Gehäuses (30) umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Ventilschließglieder (38a, 38b) an einem im Inneren eines Gehäuses (30) axial verstellbaren kolbenförmigen Bauteil (38′) derart angeordnet und so ausgebildet sind, daß bei einer axialen Verstellung des kolbenförmigen Bauteils (38′) in einer vorgegebenen Richtung zuerst eine mit der Betriebsmittelquelle (10) verbundene Einlaßöff­ nung (32) des Gehäuses (30) freigebbar ist, um einen Strömungsquerschnitt zu der ersten Strömungsleitung (20a) zu öffnen, die eine von dem Gehäuse abzweigen­ de Strömungsleitung (Auslaß 34) umfaßt, und daß erst dann bei einer weiteren axialen Verstellung des kolbenförmigen Bauteils (38′) in der vorgegebenen Richtung ein Strömungsquerschnitt für die zweite Strömungsleitung (20c) freigebbar ist, die eine weitere Auslaßöffnung (36) des Gehäuses (30) umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilschließglieder (38a, 38b) an dem kolbenförmigen Bauteil (38′) als Bereiche unter­ schiedlicher axialer Höhe einer Kolbenwand ausgebil­ det sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Ventilschließglieder (38a, 38b) als scheibenförmige, axial hintereinander angeordnete und miteinander verbundene, durch Betätigung axial verstellbare Ventilschließglieder zum Öffnen und Schließen konzentrischer Ventilöff­ nungen ausgebildet sind, daß das erste Ventilschließglied (38a) als mit einer Stirnfläche an einem Ventilsitz in einem Gehäuse (30′′) anlie­ gendes Ventilschließglied ausgebildet ist, daß das zweite Ventilschließglied (38b) als mit einer Umfangsfläche in einem in dem Gehäuse eine Gehäuse­ öffnung umgebenden, in axialer Richtung eine vor­ gegebene Höhe aufweisenden Bund verschiebbares kolbenförmiges Ventilschließglied ausgebildet ist, daß die eine Gehäuseöffnung mit der ersten Strö­ mungsleitung (20a) verbunden ist, daß die andere Gehäuseöffnung mit der zweiten Strömungsleitung (20c) verbunden ist und daß die beiden Gehäuseöff­ nungen im Inneren des Gehäuses (38′′) eine durch das erste Ventilschließglied (38a) freigebbare Fluidver­ bindung für das Betriebsmittel aufweisen.