DE2724262A1

DE2724262A1 - Einrichtung zum regeln des mengenverhaeltnisses luft/kraftstoff

Info

Publication number: DE2724262A1
Application number: DE19772724262
Authority: DE
Inventors: Wolf Ing Grad Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-05-28
Filing date: 1977-05-28
Publication date: 1979-03-01
Also published as: JPS53148623A; SE7805996L; FR2392235A1

Description

4.4.1977 ot/cje ί

3 9 2 3

Anlage zur Patent-
und Gebrauchsmuster-HiIfsanmeldung

Firma

Robert Bosch GmbH

7000 Stuttgart

Einrichtung zum Regeln des Mengenverhältnisses Luft/Kraftstoff

Zusammenfassung

Es wird eine Einrichtung zum Regeln des Mengenverhältnisses Luft/Kraftstoff beschrieben, wobei die angesaugte Luftmenge und die der Einspritzpumpe zugeführte Kraftstoffmenge in Form von Differenzdrücken an Durchmesserverengungen oder an einem Venturi in den Zuleitungen erfaßt und in einem doppelt wirkenden Differenzdruckventil der Druckabfaiii der Luft und des Kraftstoffs

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an den Durchmesscrverengungen miteinander verglichen werden. Entsprechend der Abweichung von einem am Differenzdruckventil einstellbaren Sollwert des Verhältnisses beider Differenzdrücke zueinander, wird über eine Entlastungsleitung eine variable Menge Kraftstoff gesteuert und entsprechend dieser Kraftstoffmenge ein Stelldruck für die Steuerung eines Korrekturstellgliedes an einer Abströmdrossel aufgebaut.

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Einrichtung zum Regeln des Mengenverhältnisses Luft zu Kraftstoff des in die Brennräume einer Brennkraftmaschine einzubringenden Betriebsgemisches gemäß der Gattung des Hauptanspruchs aus. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art werden die angesaugte Luftmenge und die zugemessene Kraftstoffmenge je über eine Hitzdrahteinrichtung gemessen, welche Teil einer elektrischen Brückenschaltung ist, deren Diagonalspannung von einem Differenzverstärker erfaßt und die Abweichungen der Mittelspannung der Brückenzweige verstärkt einem Stellmagneten zugeführt werden, mit dem eine Drosselklappe im Saugrohr der Brennkraftmaschine betätigbar und damit die Ansaugluftmenge korrigierbar ist. Diese Einrichtung ist verhältnismäßig aufwendig und sowohl bezüglich der Messung, als auch der Verstellgenauigkeit störanfällig.

Es ist ferner bekannt, die angesauge Luftmenge mit Hilfe eines Differenzdrucks an einem Venturi im Ansaugrohr und die eingebrachte Kraftstoffmenge mit Hilfe des Druckabfalls an einer Meßdrossel auf einen konstant gesteuerten Kraftstoffeinspritzdruck zu erfassen und alle vier Druckwerte in einem gemeinsamen doppelt wirkenden Differenzdruckventil miteinander zu vergleichen. Entsprechend dem Vergleichsergebnis des vom Kraftstoffdruckabfall herrührenden Differenzdrucks mit dem Differenzdruck am Venturi wird eine Zumeßöffnung in der Kraftstofförderleitung stromaufwärts

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der Meßdrossel verstellt und damit die Kraftstoffzumeßmenge geändert.

Diese Anordnung ist nur für eine Niederdruck-Kraftstoffzuführung in das Saugronr einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine geeignet. Sie hat den Nachteil, daß zur Vermeidung von Rückwirkungen auf die Funktion des Differenzdruckventils und damit die Genauigkeit der Zumessung der Kraftstoffdruck sowohl stromaufwärts der Zumeßöffnung, als auch stromabwärts der Meßdrossel konstant gehalten werden muß. Besonders kritisch sind die Rückwirkungen des Saugrohrdrucks auf den Druck stromabwärts der Meßdrossel. Die hohen Unterdrücke stromabwärts der Drosselklappe im Saugrohr können die Wirkung eines einfachen Drucksteuerventils beeinflussen und damit auch die Funktion Differenzdruckventils stören. Zur Ausschaltung solcher Rückwirkungen ist deshalb ein sehr aufwendiges Drucksteuerventil vorzusehen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil eines einfacheren und weniger störungsanfälligen Aufbaus und vielfältiger Anwendungsmöglichkeiten. Durch den ohne Rückwirkung auf die Funktion des Differenzdruckventils und auf den Differenzdruck an der Durchmesserverengung in der Kraftstoff zuführleitung gewonnenen Steuerdruck als Steuergröße sind die verschiedensten Möglichkeiten eines Eingriffs zur Korrektur einer willkürlich eingegebenen Störgröße gegeben. Insbesondere können Steuerfunktionen ohne Rückwirkung mit beliebigem Stellkräfteaufwand, evtl. mit Hilfe von Verstärkungseinrichtungen durchgeführt werden. Dadurch eignet sich die Einrichtung insbesondere auch für die Verwendung bei der Steuerung und Regelung der Mengenanteile der Betriebsstoffe, wie Kraftstoff, Luft oder

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Abgasrückführmengen am Betriebsgemisch bei Dieselmotoren. Es kann mit einer solchen Einrichtung immer ein bestimmtes Kraftstoff-Oxidationsstoff(Luft)-Verhältnis eingehalten werden, damit z.B. unter anderem die Rauchgrenze beim Dieselmotor nicht Oberschritten wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit willkürlicher Verstellung der Kraftstoffmenge und Korrektur der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge mit Hilfe eines Stellwerkes an der Einspritzpumpe, Figur 2 den mit der Einrichtung gemäß Figur 1 erzielbaren Kennlinienverlauf und Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit willkürlicher Verstellung der Kraftstoffeinspritzmenge und nachgeführter Luftbzw. AbgasrückfUhrmenge.

Beschreibung

Bei der Regeleinrichtung nach Figur 1 ist vereinfacht eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt mit einem Abgassammeirohr 2 und einem Luftansaugrohr 3, das einen Ansaugluftfilter 5 aufweist. Auf der Ansaugseite des Ansaugluftfilters 5 ist ein Rohrstück 6 aufgesetzt, das eine Venturiverengung 7 hat.

Die Brennkraftmaschine wird in üblicher Weise durch eine Kraftstoff einspritzpumpe 9, die synchron von der Brennkraftmaschine

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angetrieben wird, mit Kraftstoff versorgt. Diese Pumpe weist einen Regler 12 auf sowie einen Verstellhebel Io, der zur Betätigung eines Mengenverstellorgans 11 dient, das bei der hier gezeigten Reiheneinspritzpumpe die Regelstange ist. Die Kraftstoffeinspritzpumpe wird über eine Kraftstoffzuführleitung 14 von einer aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 16 fördernden Kraftstofförderpumpe 17 mit Kraftstoff versorgt. Zur Erzeugung eines konstanten Förderdrucks führt von der Druckseite der Kraftstofförderpumpe 17 über ein Drucksteuerventil 18 eine Entlastungsleitung ab.

Gemäß der besonderen Ausgestaltung ist in der Kraftstoffzuführleitung 14 eine Druchmesserverengung 20 bzw. eine Drossel angeordnet. Stromaufwärts dieser Drossel führt eine Druckleitung 21 zu einer ersten Kammer 22 eines Differenzdruckventils .23. In dem Gehäuse des Differenzdruckventils sind drei parallel zueinander angeordnete Stellmembranendicht eingespannt, die miteinander und mit dem Gehäuse vier einzelne Kammern einschließen. Die erste Kammer 22 wird durch das Gehäuse und eine erste Stellmembran 25 mit einer Wirkfläche A begrenzt. Die jenseits der ersten Stellmembran 25 angrenzende zweite Kammer 26 wird ferner durch das Gehäuse und eine zweite Stellmembran 27 begrenzt, die die wesentlich größere Wirkfläche B aufweist. Auf der anderen Seite der zweiten Stellmembran 27 liegt die dritte Kammer 28, die auf der anderen Seite durch eine dritte Stellmembran 29 begrenzt wird, die die gleichgroße Wirkfläche A wie die erste Stellmembran 25 aufweist. Jenseits der Stellmembran 29 wird in dem Gehäuse des Differenzdruckventils 23 die vierte Kammer 3o eingeschlossen.

Die drei Stellmembranen sind untereinander über ein Koppelglied 33 verbunden, das auf der an die erste Kammer 22 angrenzenden Seite durch eine sich am Gehäuse abstützende Druckfeder 33 belastet ist, die bestrebt ist, das Koppelglied 32 mit seinem in die vierte Kammer 3o ragenden Teil auf die Abströmöffnung 34 einer aus der vierten Kammer 3o abführenden Entlastungsleitung 35 zu pressen.

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Die vierte Kammer 3o ist über eine Druckleitung 37 mit der Kraftstoffzufuhrleitung 14 stromabwärts der Drossel 2o verbunden. Die zweite Kammer 26 ist über eine Druckleitung 38 mit dem atmosphärischen Luftdruck stromaufwärts des Venturis 7 verbunden, während die dritte Kammer 28 über eine Druckleitung 29 mit dem engsten Querschnitt des Venturis verbunden ist.

Die Entlastungsleitung 35 führt über eine Abströmdrossel 41 zum Kraftstoff vorratsbehälter 16 und v/eist stromaufwärts der Abströmdrossel 41 eine Verbindungsleitung 43 zum Arbeitsraum 44 einer Stellvorrichtung 45 an der Einspritzpumpe 9 auf. Diese Stellvorrichtung stellt einen hydraulischen Stellmotor dar, dessen Arbeitsraum 44 durch eine fest eingespannte Stellmembran 46 gebildet wird, die gegen die Kraft einer Druckfeder 48 verstellbar ist und in diese Richtung im Sinne einer Verminderung der Kraftstoffeinspritzmenge auf die Regelstange 11 wirkt.

Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung kann nun die eingespritzte Kraftstoffmenge in ein gewünschtes Verhältnis zur angesaugten Luftmenge gebracht werden. Bei einer Einspritzpumpe ohne Spülung entspricht die über die Kraftstoffzuführleitung 14 der Einspritzpumpe 9 zugeführte Kraftstoffmenge der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge. Der Druckabfall an der Drossel 2o, ausgehend von einem konstanten Förderdruck, ist ein Maß für die dort durchfließende Kraftstoffmenge. Gleicherweise ist bekanntlich der Druckunterschied zwischen atmosphärischem Druck und dem Druck im engsten Teil eines Venturis ein Maß für die dort durchströmende Luftmenge. Diese Drücke werden nun dem Differenzdruckventil 23 zugeführt und jeweils die Differenzen gebildet. Aus den Drücken in der ersten Kammer 22 und der vierten Kammer ergibt sich eine resultierende Kraft, die der Kraft der Druckfeder 33 entgegenwirkt. Demgegenüber stellt sich an der zweiten Stellmembran 27 ein bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine in Gegenrichtung wirkende resultierende Kraft ein. Durch die Wahl des Verhältnisses der wirksamen Flächen A und B zueinander

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kann ein gewünschtes Verhältnis der angesaugten Luftmenge zur eingespritzten Kraftstoffmenge (Λ) erzielt werden, wenn der Membranverbund aus den drei Stellmembranen 25, 27 und 29 in einer dem Kräftegleichgewicht entsprechenden Mittellage ist.

Eine Abweichung aus der Mittellage hat eine Änderung der Abströmöffnung 34 zur Folge, was wiederum eine Änderung der abströmenden Kraftstoffmenge bedeutet. Entsprechend dem geänderten Kraftstofffluß stellt sich stromaufwärts der Drossel 41 ein variabler Steuerdruck ein, der über die Verbindungsleitung 43 in dem Arbeitsraum 44 wirkt. Dieser Steuerdruck bewirkt eine Auslenkung der Stellmembran 46 solange, bis Kräftegleichgewicht mit der Druckfeder 4 8 herrscht. Entsprechend wird bei einem Zuviel an eingespritztem Kraftstoff die Regelstange 11 in Richtung Mindermenge bewegt, bis über die nun vermindert in der Kraftstoffzuführleitung 14 zur Kraftstoffeinspritzpumpe fließenden Kraftstoffmenge sich der Differenzdruck an der Drossel 2o soweit geändert hat, daß das Koppelglied 32 des Membranverbundes wieder seine Mittellage einnimmt und entsprechend die Abströmöffnung 34 verringert hat. In dieser Stellung stellt sich stromaufwärts der Drossel 41 bzw. in dem Arbeitsraum 44 ein mittlerer Steuerdruck ein.

Durch die bei diesem Ausführungsbeispiel in der ersten Kammer vorgesehene Druckfeder 33 kann ein hyperbelähnlicher Verlauf der Vollastkennlinie bzw. der T^ -Kennlinie über den Durchsatz an Luft bzw. Kraftstoff erzielt werden. Je nachdem, ob die Druckfeder in der ersten Kammer oder in der vierten Kammer 3o angeordnet ist, nimmt das einzustellende Verhältnis Luft zu Kraftstoff (TO mit steigender Durchsatzmenge zu oder ab. In Figur 2 ist mit der Kennlinie a der Verlauf von ^\ über der Durchsatzmenge bei weggelassener Druckfeder 33 dargestellt. Die Kurve b mit kleiner werdendem ^ bei größer werdendem Durchsatz entsteht, wenn die Druckfeder 33 in der vierten Kammer angeordnet ist, während die Kurve c bei einer Anordnung der Feder in der ersten Kammer 22 gebildet wird.

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Die mit dem Differenzdruckventil 23 erzeugte Steuergröße kann grundsätzlich mit entsprechender Anpassung zu jeder Form der Korrekturverstellung dienen. Auch könnte die Verstellung des Koppelgliedes 32 direkt in eine elektrische Stellgröße umgewandelt werden, die bei entsprechender Verstärkung einen Stellmotor betreibt. Durch die hier gezeigte Anordnung kann vorteilhaft der bei einer Einspritzanlage bereits vorhandene Kraftstofförderdruck als Steuerdruck moduliert zur korrigierenden Verstellung benutzt werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 zeigt eine weitere Möglichkeit, mit Hilfe des gewonnenen Steuerdrucks eine korrigierende Verstellung durchzuführen. Dieses Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 1. Abweichend davon ist von dem Abgassammeirohr 2 der Brennkraftmaschine 1 eine Abgasrückführleitung 5o vorgesehen, die stromaufwärts der Brennkraftmaschine senkrecht in das Luftansaugrohr 3 mündet. Das ebenfalls mit einem Venturi 7 und einem Luftfilter 5 versehene Ansaugrohr weist stromabwärts des Luftfilters 5 eine Drosselklappe 52 auf, deren stromabwärts liegender Teil in ganz geöffneter Stellung der Drosselklappe 52 die bis in die Mitte des Ansaugrohres 3 ragende Mündung 53 der Abgasrückführleitung 5o verschlossen hat. Die Welle 54 der Drosselklappe 52 ist über ein Gestänge 55 mit den Arbeitskolben 56 eines hydraulischen Stellmotors 57 verbunden. Der Arbeitskolben 56 ist einerseits von einer Druckfeder 58 beaufschlagt und begrenzt auf der anderen Seite einen Arbeitsraum 6o.

In den Arbeitsraum 6o mündet wie beim ersten Ausführungsbeispiel die Verbindungεleitung 43 ein, durch die der sich stromaufwärts der Abströmdrossel 41 bildende Steuerdruck in den Arbeitsraum geleitet wird. Das Differenzdruckventil 23 ist gleich ausgebildet wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1, so daß diesbezüglich auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden kann. Die Brennkraftmaschine wird auch hier durch die Kraftstoffeinspritzpumpe 9, deren Verstellhebel Io durch ein Pedal 62 betätigbar ist,

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mit Kraftstoff versorgt, der ihr über die Kraftstoffzuführleitung 14 zugeführt wird. Wie auch im ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dieser Pumpe um einen Typ, bei dem keine Kraftstoffspülmenge durch die Pumpe geführt wird. Die über die Kraftstoffzuführleitung 14 geleitete Kraftstoffmenge ist deshalb genau gleich der in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzten Menge.

Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Ausgehend von einer Gleichgewichtslage wird bei einem Anstieg des Steuerdrucks, der auf eine relative Verminderung der angesaugten Luftmenge zurückzuführen ist, der Arbeitskolben 56 entgegen der Kraft der Feder 58 verschoben, so daß die Drosselklappe in Öffnungsrichtung geschwenkt wird. Dementsprechend wird nun vermehrt Frischluft und in verminderter Menge Abgasrückführmenge angesaugt, so daß durch die sich am Venturi ändernden Druckverhältnisse das Differenzdruckventil 23 wieder in seine Vorzugslage gebracht wird. Durch diese Einrichtung kann vorteilhaft neben einem gewünschten λ auch noch Abgasrückführmenge der Brennkraftmaschine zugeführt werden, wobei bei Vollastbetrieb die Rückführung des Abgases aufgrund der dann verschlossenen Mündung 53 vollständig unterbunden wird.

Während beim ersten Ausführungsbeispiel die Einspritzmenge zunächst willkürlich verstellt wurde und bei Abweichung von einem gewünschten wieder korrigiert wurde, erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 die Korrektur durch Anpassung der Luftmenge. Grundsätzlich sind bei geeigneter Ausgestaltung Korrekturen sowohl bei der geführten Größe, als auch bei der willkürlich verstellten Größe möglich.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

1.) Einrichtung zum Regeln des Mengenverhältnisses Luft/ Kraftstoff des in die Brennräume einer Brennkraftmaschine einzubringenden Betriebsgemisches mit einer Meßeinrichtung zum Messen der angesaugten Frischluftmenge, einer Meßeinrichtung zum Messen der zugeführten Kraftstoffmenge und mit einer Vergleichseinrichtung zum Vergleich der beiden gemessenen Mengen, von denen die eine oder andere Menge korrigierend durch eine Stellvorrichtung entsprechend der Abweichung des Vergleichsergebnisses von einem Sollwert änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftansaugrohr (3, 6) und der mit Kraftstoff unter konstantem Druck versorgten Kraftstoffzuführleitung (14) zu einer Kraftstoffzumeßeinrichtung (9) eine Durchmesserverengung (7, 2o) angeordnet sind und mit den dort auftretenden Differenzdrücken zu deren Vergleich ein Differenzdruckventil (23) beaufschlagbar ist, durch dessen Stellglied (32) eine Abströmöffnung (34) einer von einer Konstantdruckquelle abführende Entlastungsleitung (35) steuerbar ist, in der stromaufwärts einer Abströmdrossel (41) ein Steuerdruck gebildet wird, entsprechend dem die zugemessene Kraftstoffmenge oder die angesaugte Frischluftmenge durch eine Stellvorrichtung (45, 57) änderbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Drücken an den DurchmesserVerengungen (7, 2o) je eine Kammer (22, 26, 28, 3o) eines doppelwirkenden Vier-Kammer-Differenzdruckventils (23) beaufschlagbar sind und die Stellglieder (25, 27, 29) des Differenzdruckventils über ein Koppelglied (32) miteinander verbunden sind.

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Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsleitung (35) aus der vierten Kammer (3o) des Differenzdruckventils führt, die mit der Kraftstoff zuleitung (14) stromaufwärts der Durchmesserverengung (2o) verbunden ist und daß stromaufwärts der Abströmdrossel (41) die Entlastungsleitung (35) mit einem Arbeitsraum (44, 6o) der Stellvorrichtung (45, 57) verbunden ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzdruckventil als Stellglied drei parallel zueinander angeordnete und miteinander und dem Gehäuse des Differenzdruckventils (23) vier Kammern (22, 26, 28, 3o) einschließende Stellmembranen (25, 27, 29) aufweist, die insgesamt gegensinnig durch die jeweiligen Differenzdrücke an den Durchmesserverengungen beaufschlagbar sind und von denen eine der außenliegenden Membranen (25 oder 29) durch die Kraft einer Feder (33)

beaufschlagt ist.

Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Luftansaugrohr als Durchmesserverengung ein Venturi (7) angeordnet ist und die einander entsprechenden. Kammern (26, 28) des Differenzdruckventils mit dem Saugrohr stromaufwärts des Venturi (7) und dem engsten Querschnitt des Venturi verbunden sind.

6. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesserverengung (2o) in der

Kraftstoffzufuhrleitung (14) eine einstellbare Drossel ist.

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7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung aus einem hydraulischen Stellmotor (45, 57) besteht, dessen Stellglied (46, 56) entgegen der Kraft einer Feder (48, 58) auf ein Mengenverstellorgan (11, 52) wirkt.

8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung aus einem hydraulischen Stellmotor (57) besteht, dessen Stellglied (56) entgegen der Kraft einer Feder (58) auf eine Einrichtung zur Verstellung einer im Saugrohr (3) angeordneten Drosselklappe (52). wirkt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts der Drosselklappe in das Saugrohr eine Abgasrückführleitung ragt, deren Mündung (53) durch die Drosselklappe in deren ganz geöffneter Stellung völlig verschließbar ist.

Io. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Venturi (7) als Rohrstück (6) auf das Saugrohr (3) stromaufwärts des Ansaugluftfilters (5) aufsetzbar ist.

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