DE2737849A1

DE2737849A1 - Verfahren zum betrieb einer mehrzylindrigen otto-brennkraftmaschine mit abgasturboaufladung und brennkraftmaschine zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2737849A1
Application number: DE19772737849
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dr Ing Emmenthal
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1977-08-23
Filing date: 1977-08-23
Publication date: 1979-03-08
Also published as: US4182294A; DE2737849C2

Description

VOLKSWAGENWERK AKTIENGESELLSCHAFT

VOIFS.BUBG

Unsere Zeichen: K 2390
-Ve-fi

Verfahren zinn Betrieb einer mehrzylindrigen Otto-Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer mehrzylindrigen Otto-Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und mit einer Einrichtung zur Einspritzung des in Abhängigkeit von der Last zugemessenen Kraftstoffes in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine sowie auf eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens.

Die zunehmenden Ansprüche an die Abgasqualität und an den Kraft-8 toffverbrauch beim Betrieb von Brennkraftmaschinen, insbesondere der Motoren von Kraftfahrzeugen, erfordern eine hohe Qualität der Kraft stoff zumessung und Kraftstoffaufbereitung. Die herkömmlichen Vergaseranlagen haben besondere Schwierigkeiten bei der exakten Zumessung auch kleinerer Kraftstoffmengen, die gleichmäßig auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine verteilt werden sollen. Dabei ergeben sich Probleme dadurch, daß größere Teile des Kraftstoffs an den Wänden des Saugrohre kondensieren und in Form von Rinnsalen entlanglaufen, wodurch nicht nur eine exakte und sparsame Kraftstoffzumessung erheblich erschwert wird sondern auch das Fahrverhalten, insbesondere bei instationären Betriebszuständen, sehr leidet. Hier verhalten sich Saugrohreinspritzanlagen, bei denen der Kraftstoff gezielt und genau dosiert in die den einzelnen Zylindern zugeordneten Saugrohre direkt vor die Einlaßventile eingespritzt wird, wesentlich günstiger.

Bei mit Abgasturboaufladung arbeitenden Brennkraftmaschinen sind ähnliche Verhältnisse anzutreffen. Bei diesen ergeben sich jedoch

Vorsitzender Vontand: Toni Schmücker. Vorsitzender ■ Hor*l Beckmann · Prot. Dr. techn. Ernst Fiala · Df. jur. Peler Frerk CMt Aiifsktitstats: Günter Hartwich · Horst Müniner · Or. rer. pol. Werner P. Schmidt ■ Gottlieb M. Strobt · Prot. Or. rer. pol. Friedrich Thorn*· Hans Birnbaum Sitz der Gesellschaft: Woltsbura Amtsgericht Woltsburg HU 2«

noch zusätzliche Schwierigkeiten dadurch, daß durch die Verdichtung der angesaugten Luft deren Temperatur angehoben wird, so daß sich insbesondere bei höheren Lasten die Gefahr des "Klingeins" einstellt. Diesmacht sich besonders dann bemerkbar, wenn als Kraftstoffzuführeinrichtung eine Saugrohreinspritzanlage der zuvor beschriebenen Art verwendet wird. Bei Vergaseranlagen ist diese Gefahr dagegen nicht so akut, da bei diesen der Kraftstoff noch vor dem Verdichter zugemischt wird, der Verdichter also ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet, dessen Verdichtungsendtemperatur infolge Vergasung des darin enthaltenen Kraftstoffes niedriger bleibt.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren zum Betrieb einer mit Abgasturboaufladung und Saugrohreinspritzung betriebenen Otto-Brennkraftmaschine sowie eine nach diesem Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine ■vorzuschlagen, die zum einen eine exakte Zumischung des Kraftstoffes auf die einzelnen Zylinder auch bei kleinen Lasten ohne die Nachteile eines nassen Saugrohres gewährleistet, die zum anderen aber auch bei hohen Lasten eine günstige Aufbereitung des den Zylindern zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches ohne die Gefahr des Klingeins sicherstellt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Kraftstoff bei kleinen Lasten in die den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Ansaugrohre vor die Einlaßventile und mit steigender Last zunehmend in die Ansaugleitung vor den das Druckniveau der Ansaugluft erhöhenden Verdichter eingespritzt wird. Bei einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens wird dazu vorgeschlagen, daß die Einspritzeinrichtung ein Umsteuerventil aufweist, das den Kraftstoff bei kleinen Lasten über einen Verteiler Einspritz stellen zur gesonderten Einspritzung in die den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Ansaugrohre und mit stehender Last zunehmend einer einzigen Einspritzstüe zur zentralen Einspritzung in die Ansaugleitung vor den Verdichter des Abgasturboladers zuführt. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß die Kraft-

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stoffzumessung der mit Aufladung betriebenen Otto-Brennkraftmaschine bei kleinen Lasten exakt und genau ist und daß der größte Teil der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine trocken bleibt. Bei größeren Lasten wird dagegen zunehmend der Kraftstoff durch eine einzige zentrale Einspritzung in die Ansaugleitung vor den Verdichter eingespritzt, so daß der Verdichter ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff verdichtet. Dadurch wird nicht nur erreicht, daß die Aufbereitung der in diesen Bereich relativ großen Mengen an Kraftstoff besonders günstig erfolgt, sondern auch sichergestellt, daß durch die während des Verdichtungsvorganges erfolgende Vergasung von Kraftstoff, wobei dem Gemisch wärme entzogen wird, die Verdichtungstemperatur des Gemisches begrenzt bleibt, so daß die Klingelgefahr bei der motorischen Verbrennung verringert wird.

Dabei kann vorgesehen sein, daß das Umsteuerventil von einer die Leistung der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Größe steuerbar ist. Ebenso ist es möglich, das Steuerventil vom Ladedruck oder dem Abgasgegendruck des Abgasturboladers zu steuern» Bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die ein Gemisch aus lastabhängig zugemessenem Kraftstoff und der Ansaugleitung entnommener Luft liefert, ergibt sich eine besonders einfache Steuermöglichkeit für das umsteuerventil dadurch, daß der sich mit der Kraftstoffmenge ändernde "Förderdruck als Steuersignal herangezogen wird.

Weitere Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbäspiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung ein schematisches Schaltbild einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine mit Abgasturboaufladung arbeitende mehxzylindrige Otto-Brennkraftmaschine.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Ansaugleitung einer beispielsweise mehrzylindrigen, mit Abgasturboaufladung arbeitenden Otto-Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug bezeichnet, das mit einer den Kraftstoff zumessenden und mit Luftunterstützung

richtung einspritzenden Kraftstoffeinspritzein/"2 ausgerüstet ist. Mit

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ist ein in der Ansaugleitung vorgesehenes Venturirohr bezeichnet an dessen engstem Querschnitt die zur luftunterstützten Kraftstoffeinspritzung benötigte Luft über eine Leitung I4 entnommen wird. Dem Venturirohr nachgeschaltet ist eine herkömmliche, willkürlich betätigbare Drosselklappe 5· Vor einem Ansaugverteiler 7» der die angesaugte Luft auf die den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 8 zugeordneten Ansaugrohre 7a bis 7<i aufteilt, ist ein den Luftstrom auf ein höheres Druckniveau anhebender Verdichter 6 angeordnet, der über eine Welle 9 mit der hier nicht gezeigten, von den Abgasen der Brennkraftmaschine beaufschlagten Turbine des Abgasturboladers verbunden ist.

Die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellte luftunterstützte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 2 weist ein hakenförmig gebogenes Hauptanreicherungsrohr 10 auf, dessen Kraftstoffaustritt im wesentlichen von dem im engsten Querschnitt des Venturirohia 4 anstehenden, lastabhängigen Unterdruck bestimmt wird. Dieses Hauptanreicherungsrohr 10 führt in eine Schwimmerkammer 3» in der über einen hier nicht gezeigten Schwimmer sowie ein den Kraftstoffzufluß steuerndes Nadel ventil das Kraftstoffniveau auf einer konstanten Höhe gehalten wird. Mit 13 ist ein Anreicherungsrohr bezeichnet, das unterhalb des Kraftstoffniveaus in die Schwimmerkammer 3 einmündet und dessen anderes Ende vor dem Venturirohr 4 in die Ansaugleitung 1 hineinragt. Mit 11 ist ein in den Luftführungskanal 14 hineinragendes Zulaufrohr bezeichnet, über das Kraftstoff für den Leerlauf- und tJbergangsbereich zugeführt wird, wahren! 12 ein mit einer hier nicht gezeigten Beschleunigungspumpe verbundenes Einspritzrohr darstellt, das den für Beschleunigungsvorgänge benötigten Kraftstoff bereitstellt. Die Kraftstoffzuführungsrohre 10, 11 und 12 sind dabei zweckmäßigerweise so angeordnet, daß ihre Austrittsöffnungen direkt in den verengiai Ansaugquerschnitt 14a einerdas Kraftstoff-Luft-Gemisch fördernden Pumpe 15 gerichtet sind.

Hinter der Gemischförderpumpe 15 schließt sich ein Umsteuerven-

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til 16 an, das den Kraftstoff entweder über eine zentrale Einspritzleitung 17 einer den Kraftstoff in die Ansaugleitung 1, und zwar vor den Verdichter 6 des Abgasturboladers, einspritzenden Einspritzstelle oder aber einem Verteiler 18 zur gleichmäßigen Aufteilung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf vier den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 8 zugeordnete Einspritzleitungen 19 bis 22 zuführt. Die Einspritzleitungen I9 bis 22 ragen in die den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Ansaugrohre 7a bis 7d hinein.

Damit nun das Umsteuerventil 16 erfindungsgemäß das von der Gemischförderpumpe 15 gelieferte Kraftstoff-Luft-Gemisch je nach Lastzustand der Brennkraftmaschine entweder dem Verteiler 18 zur getrennten Einspritzung in die Ansaugrohre 7a bis 7d oder aber der Zentraleinspritzleitung I7 zur zentralen Einspritzung in die Ansaugleitung 1 vor dem Verdichter 6 zuführt, kann dieses in Abhängigkeit von einer die Belastung der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Größe gesteuert werden. Dies könnte beispielsweise die Stellung der Drosselklappe, mit Vorteil aber auch der Ladedruck oder der Abgasgegendruck des Abgasturboladers sein. Besonders einfach gestaltet sich die Steuerung des Umsteuerventils, wenn eine in der Zeichnung angedeutete luftunterstützte Kraftstoffeinspritzeinrichtung vorgesehen ist. Bei dieser ist nämlich der Förderdruck der Gemischförderpumpe 15 nicht etwa konstant, sondern steigt mit größer werdendem Kraftstoffanteil bedingt durch den in den nachfolgenden Leitungen sich erhöhenden Widerstand an. Damit kann also der Förderdruck des Kraftstoffluftgemisches selbst zur Steuerung des Umsteuerventils herangezogen werden. Dies läßt sich in einfacher Weise dadurch verwirklichen, daß beispielsweise in der Abzweigung zu der Zentraleinspritzleitung I7 ein Überdruckventil angeordnet ist, daß die Zentraleinspritzleitung bei Oberschreiten eines bestimmten Druckes öffnet. Dieses Oberdruckventil müßte dann so eingestellt werden, daß es bei einem einer -vorgegebenen Leistung der Brennkraftmaschine entsprechenden Förderdruck öffnet, so daß von diesem Moment an zumindest ein Teil, vorzugsweise aber ein mit der Last ansteigender Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches über die Zentraleinspritz-

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leitung 17 direkt in das Ansaugrohr 1 vor den Verdichter 6 eingespritzt wird.

Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der in der Zeichnung angedeuteten luftunterstützten Kraftstoff-Einspritzeinrichtung eine Einspritzeinrichtung herkömmlicher Art zu verwenden, bei der also direkt der flüssige, lastabhängig zugemessene Kraftstoff über Einspritzdüsen eingespritzt wird. In jedem Fall wird durch die Erfindung erreicht, daß bei niedrigen Lasten eine sichere und exakte Auftelung der relativ kleinen Kraftstoffmengen auf die einzelnen Zylinder vorgenommen wird, während bei hohen Lasten ein wesentlicher Teil des Kraftstoffs vor den Verdichter in die Ansaugleitung zugegeben wird. In dem Verdichter wird dieser Kraftstoff dann sehr innig und wirkungsvoll mit der Luft vermischt, so daß sich in dem Ansaugverteiler 7 ein gleichmäßiges homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch ergibt, das keine Schwierigkeiten hinsichtlich einer gleichmäßigen Aufteüing auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine macht. Durch Verdampfung der in dem Gemisch enthaltenen, fein verteilten Kraftstofftröpfchen wird zudem eine Senkung der Verdichtungsendtemperatur erreicht, die die Gefahr des Klingeins gerade bei höheren Lasten der Brennkraftmaschine weitgehend beseitigt.

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Claims

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ANSPRÜCHE

1/ Verfahren zum Betrieb einer mehrzylindrigen Otto-Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und mit einer Einrichtung zur Einspritzung des in Abhängigkeit von der Last zugemessenen Kraftstoffes in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff bei kleinen Lasten in die den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Ansaugrohre vor die Einlaßventile und mit steigender Last zunehmend in die Ansaugleitung vor den das !Druckniveau der Ansaugluft erhöhenden Verdichter eingespritzt wird.
2. Mehrzylindrige Otto-Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzeinrichtung (2) ein Umsteuerventil (16) aufweist, das den Kraftstoff bei kleinen Lasten über einen Verteiler (18) Einspritzleitungen (I9 bis 22) zur gesonderten Einspritzung in die den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine (8) zugeordneten Ansaugrohre (7a bis 7d) und mit steigender Last zunehmend einer einzigen zentralen Einspritzleitung (I7) zur zentralen Einspritzung in die Ansaugleitung (1) vor den Verdichter (6) des Abgasturboladers zuführt.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuerventil (16) von einer die Leistung der Brennkraftmaschine (8) kennzeichnenden Größe steuerbar ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuerventil (16) von dem Ladedruck oder dem Abgasgegendruck des Abgasturboladers steuerbar ist.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Förderung eines Gemisches aus lastabhängig zugemessenem Kraftstoff und der Ansaugleitung entnommener Luft ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuerventil (16) durch den Förderdruck des Kraftstoff-Luft-Gemisches steuerbar ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuerventil (16) als in der zentralen Einspritzleitung (17) angeordnete, bei Überschreitung eines vorgegebenen Förderdruckes öffnendes Überdruckventil ausgebildet ist

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