DE2851335A1

DE2851335A1 - Verbrennungskraftmaschinen-betriebssystem

Info

Publication number: DE2851335A1
Application number: DE19782851335
Authority: DE
Inventors: Howard Christopher Best; William Stanley May
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-12-01
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1979-06-07
Also published as: JPS5486024A; IT7830369A0; FR2410734B1; IT1100394B; FR2410734A1; MX147831A; GB1599648A; US4196708A; ES475212A1

Description

£851335

LUC

LUCAS INDUSTRIES LIMITED Birmingham, Großbritannien

Verbrennungskraftmaschinen-Betriebssystem

Die Erfindung betrifft ein Verbrennungskraftmaschinen-Betriebssystem mit einer Dieselkraftmaschine mit einem Abgassammeirohr und einem Verbrennungsluftansaugrohr, einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine drehwinkelabhängige Kraftstoffzufuhr zur Kraftmaschine und einem Abgasventil zum Steuern des überströmens von Abgas in das Verbrennungsluftansaugrohr.

Es ist bekannt, daß sich durch Abgasrückführung auf vorteilhafte Weise die mmision von schädlichen Gasen aus dem Kraftmaschinenabgas vermindern läßt. Die Menge des zurückgeführten Abgases sollte jedoch in Abhängigkeit von der Kraftmaschinenbelastung gesteuert werden, wobei die zurückgeführte Abgasmenge abnehmen muß» wenn die Belastung der Kraftmaschine zunimmt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde _r ein Verbrennungskraftmaschinen-Betriebssystern zu schaffen, welches diese Forderung durch konstruktiv einfache Mittel und auch funktionsmäßig auf bequeme Weise erfüllt.

Diese Aufgabe wird für ein Kraftmaschinen-Betriebssystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abgasventil über ein Betätigungsgestänge mit einem Stellglied verbunden und ein elastisches Element vorgesehen ist, welches das Abgasventil in seiner Schließstellung zu halten sucht, daß die Kraftstoffeinspritzanlage eine Einspritzpumpe, eine die Einspritzpumpe mit Kraftstoff versorgende Kraftstofförderpumpe, ein einstellbares Drosselventil zum.Steuern des Kraftstoffzuflusses zur Einspritzpumpe, eine durch das Drosselventil gesteuerte, veränderliche Durchflußblende und ein zwischen der Kraftstofförderpumpe und der veränderlichen Durchflußblende angeordnete konstante Durchflußblende umfaßt,und daß ferner vorgesehen sind ein innerhalb des Stellgliedes ausgebildeter Steuerkolben, ein Kanal/über den der Steuerkolben mit Flüssigkeitsdruck beaufschlagbar ist, um das Abgasventil zu öffnen, sowie ein in dem Kanal angeordnetes Steuerventil, welches so ausgebildet ist, daß es auf den Druck zwischen den Durchflußblenden anspricht und den auf den Steuerkolben wirkenden Druck derart steuert, daß dieser in Abhängigkeit von der der Kraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge in einer Weise verändert wird, daß die in das Verbrennungsluftansaugrohr überströmende Abgasmenge abnimmt, wenn die der Kraftmaschine zugeführte Kraftstoff menge zunimmt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der. Erfindung sind in den Unteransprücheh beansprucht.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Betriebssystems unter Hinweis auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen im einzelnen näher erläutert. Es stellen dar:

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Figur 1 eine diagramatische Darstellung des Verbrennungskraftmaschinen-Betriebssystems und

Figur 2 eine Modifikation des Steuerventils und Stellgliedes dieses Systems.

Die iri Figur 1 schematsisch angedeutete Dieselkraftmaschine 10 besitzt ein Abgassammeirohr 11 und ein Verbrennungsluftansaugrohr 12. Eine Verbindungsleitung 13 ist mit ihrem einen Ende an das Abgassamme1rohr 11 angeschlossen und führt mit ihrem anderen Ende in das Verbrennungsluftansaugrohr 12. Es ist ferner ein Abgasventil 14 vorgesehen, um die Menge an Abgas steuern zu können, die in das Verbrennungsluftansaugrohr durch die Verbindungsleitung 13 überströmen kann. Es ist ferner ein Stellglied mit einem Steuerkolben 15 vorgesehen, der in einem Zylinder 17 gleitbar angeordnet und über ein Betätigungsgestänge 16 mit dem Abgasventil 14 verbunden ist. Der Steuerkolben 15 wird durch eine schraubenförmige Druckfeder 18 in eine Position gedrückt, in welcher das Abgasventil 14 geschlossen ist.

Kraftstoff wird der Dieselkraftmaschine mittels einer Kraftstoff einspritzanlage 19 zugeführt. Zu der Kraftstoffeinspritzanlage 19 gehört eine Einspritzpumpe 20 mit einem Kraftstoffverteiler, die den Kraftstoff den Einspritzdüsen der Kraftmaschine in Synchronisation mit der Rotation der Kraftmaschine zuführen. Die Einspritzpumpe 20 erhält den Kraftstoff von einer Kraftstofförderpumpe 21, die mit einem Kraftstoffeintritt 22 versehen ist. Der Durchfluß von Kraftstoff zur Einspritzpumpe ist durch ein Drosselventil 24 gesteuert. Der Kraftsotff, der über das Drosselventil 24 der Kraftmaschine zuströmt, durchströmt einen Kanal 25, und das Drosselventil 24 ist in seiner Winkelstellung einstellbar und besitzt eine Längsnut 26, welche mit einer Durchtrittsöffnung 27 in Deckung gelangt, welche ihrerseits mit der Einspritzpumpe 20 verbunden ist. Die Stellung des Drosselventils wird durch einen (nicht gezeigten) Drehzahlregler bestimmt, der von der Betriebsdrehzahl der Kraftmaschine derart gesteuert ist, daß bei steigender Drehzahl die der Kraft-

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maschine zugeführte Kraftstoffmenge vermindert wird. Der Drehzahlregler verfügt ferner über ein von der Bedienungsperson betätigbares Element, durch das die Solldrehzahl der Maschine beeinflußbar ist.

Der Ausgangsdruck der Kraftstofförderpumpe 21 ist durch ein Überströmventil 23 gesteuert, und das Drosselventil 24 ist ferner mit einer veränderlichen Durchflußblende versehen, die durch eine schraubenförmig angeordnete Nut 28 gebildet ist, welche in das Drosselventil eingearbeitet ist und in ständiger querschnittsveränderlicher Verbindung mit einer Durchtrittsöffnung 29 steht, die über eine konstante Blende 30 mit dem Ausgang der Kraftstofförderpumpe verbunden ist. Die Nut 28 ermöglicht, daß ein Teil des Kraftstoffes in einen Ablauf gelangt, dessen Menge von der Winkelstellung des Drosselventiles abhängt. Zweckmäßigerweise fließt die durch die Nut 28 ausströmende Kraftstoffmenge in eine in der Kraftstoffeinspritzanlage 19 ausgebildete,interne Kammer und wird von dort zur Ansaugseite der Kraftstofförderpumpe zurückgeführt. Der Kraftstoff druck zwischen den Durchflußblenden nimmt ab, wenn die der Einspritzpumpe zugeführte Kraftstoffmenge zunimmt.

Weiterhin ist ein Steuerventil 31 vorgesehen, welches einen in einem Zylinder beweglichen kolbenartigen Ventilkörper 32 enthält. Ein Ende des Zylinders steht strömungsmäßig mit einem Punkt zwischen den beiden Durchflußblenden in Verbindung. Der Ventilkörper 32 ist mit einer ümfangsnut 33 versehen, die über ein axiale Bohrung im Ventilkörper 32 mit dem anderen Ende der Zylinderkammer in Verbindung steht. Weiterhin steht die ümfangsnut 33 in ständiger Strömungsverbindung mit dem Zylinder 17 des Stellgliedes, welcher den Steuerkolben 15 enthält. In der Wand des den Ventilkörper 32 enthaltenden Steuerventiles sind Durchtrittsöffnungen 34 und 35 vorgesehen, von denen die Durchtrittsöffnung'T-aie demjenigen Ende des Zylinders am nächsten liegt, welcher mit diesem Punkt zwischen den Durchflußblenden

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verbunden ist, an einen Ablauf angeschlossen ist. Die Durch trittsöffnung 34 dagegen ist mit der Druckseite der Kraftstoffförderpumpe 21 verbunden. Der Abstand zwischen den Durchtrittsöffnungen 34 und 35 entspricht im wesentlichen der Breite der ümfangsnut 33. Wenn sich im Betrieb der Steuerdruck zwischen den beiden Durchflußblenden ändert, wird der Ventilkörper 32 bewegt, um den dem Steuerkolben 15 zugeführten Flüssigkeitsdruck so einzustellen, daß er den Druck zwischen den beiden Durchflußblenden entspricht. Das für die Betätigung des Steuerkolbens 15 zur Verfügung stehende Druckniveau wird jedoch direkt von der Druckseite der Kraftstofförderpumpe abgeleitet. Das System arbeitet derart, daß, wenn das Drosselventil in einer Weise verstellt wird, um die der Kraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge zu erhöhen, was eine Erhöhung der Last der Kraftmaschine bedeutet, der dem Steuerkolben 15 zugeleitete Druck vermindert und das Abgasventil derart bewegt wird, daß ebenfalls die in das Verbrennungsluftansaugrohr überströmende Abgasmenge vermindert wird. Wenn umgkehrt das Drosselventil in einer Weise verstellt " wird, daß die der Kraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge vermindert wird, erhöht sich der auf den Steuerkolben 15 ivirkende Druck,und mehr Abgas strömt in das Verbrennungsluftansaugrohr über.

Die Einspritzpumpe .20 ist normalerweise mit einer Einrichtung versehen, die den Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffes in die Kraftmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Belastung der Kraftmaschine ändert. Ein Drucksignal zur Betätigung dieser Einrichtung kann dadurch erhalten werden, daß man zwischen der Druckseite der Kraftstofförderpumpe und der konstanten Durchflußblende 30 eine weitere konstante Durchflußblende 36 vorsieht. Das Überströmventil 23, welches das druckseitige Druckniveau der Kraftstofförderpumpe steuert, tut dies In einer Weise, daß sich der Ausgangsdruck in Abhängigkeit von der Drehzahl der zugehörigen Kraftmaschine ändert? d.h.,? daß er sich mit steigender Drehzahl der Kraftmaschine erhöht.

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t)urch Veränderung des Querschnittes der konstanten Durchflußblende 30 und der veränderlichen Durchflußblende läßt sich jede für die Steuerung der in das Verbrennungsluftansaugrohr überströmenden Abgasmenge geeignete Last-Drehzahl-Charakteristik erhaltene

Das in Figur 2 dargestellte Stellglied enthält das Steuerventil 31 in der gleichen Baueinheit» Das Stellglied der Figur 2 besteht aus einem Zylinder 37, in dem ein Kolben 38 angeordnet ist, welcher über ein Betätigungsgestänge mit dem Abgasventil 14 verbunden ist. Der Kolben steht unter dem Druck einer schraubenförmigen Druckfeder 39,, die mit ihrem anderen Ende gegen eine Abstützplatte 40 anliegt. Die Abstützplatte 40 ist am Ende eines zylindrischen Ventilkörpers 41 angebracht, der Teil des Steueerventiles ist, und das andere Ende des Ventilkörpers 41 ist mit einer Membran 42 verbunden. Mit dem das Eingangssignal darstellenden Steuerdruck wird eine Kammer .beaufschlagt, die teilweise durch die dem Ventilkörper 41 abgewandte Seite der Membran 42 begrenzt ist, während die durch die andere Seite der Membran begrenzte Kammer mit einer Ubertragungskette verbunden ist.

Der Ventilkörper 41 ist in einer Bohrung angeordnet, in die ein Kanal 43 mündet, dessen Ende in ständiger Verbindung mit einer ümfangsnut 46 auf dem Ventilkörper steht. Das andere Ende des Kanals 43 steht mit dem Ende der Zylinderkammer jenseits des Kolbens 38 in Verbindung. Die Bohrung , in der der Ventilkörper 41 angeordnet ist, besitzt ferner ein Paar von Durchtrittsöffnungen 44 und 45, die zu beiden Seiten der Mündung des Kanales 43 angeordnet sind. Die Durchtrittsöffnung 44 steht während des Betriebes mit einer Druckflüssigkeitsquelle in Verbindung, beispielsweise der Druckseite der Kraftstofförderpumpe oder des ölumlaufsystems der zugehörigen Kraftmaschine, während die Durchtrittsöffnung 45 an einen Ablauf abgeschlossen ist. Der Abstand zwischen den Öffnungen 44 und 45 entspricht im wesent-

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lichen der Breite der Umfangsnut 46, und wenn sich während des Betriebes der Steuerdruck erhöht,-wird der Ventilkörper 41 zuerst entsprechend der Darstellung der Figur 2 nach links bewegt, um den Durchtritt von Druckflüssigkeit durch die öffnung 44, die Nut 46 und den Kanal 43 zu gestatten, damit der Druck auf den Kolben 38 wirken kann. Der Kolben wird dann durch die Durckflüssigkeit gegen die Rückstellkraft der Feder 39 bewegt, wodurch sich die von der Feder ausgeübte Kraft erhöht, sodaß die Tendenz besteht, den Ventilkörper in seine Ausgangsstellung zurückzubringen. Wenn dagegen der Steuerdruck abnimmt, bewegt sich der Ventilkörper, bezogen auf die Darstellung der Figur 2, nach rechts, sodaß Flüssigkeit aus dem Zylinder durch die öffnung 45 entweichen kann, sodaß sich der Ventilkörper wieder in Richtung auf seine Ausgangs- oder Gleichgewichtsstellung bewegt, in der er in Figur 2 dargestellt ist.

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Claims

Dr.. Joachim Rasper/ _LÜC

Wiesbaden

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LUCAS INDUSTRIES LIMITED Birmingham, Großbritannien

Verbrennungskraftmaschinen-Betriebssystem

Patentansprüche;

J Verbrennungskraftmaschinen-Betriebssystem mit einer Dieselkraftmaschine mit einem Abgassammeirohr und einem Verbrennungsluftänsaugrohr, einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine drehwinkelabhängige Kraftstoffzufuhr zur Kraftmaschine und einem Abgasventil zum Steuern des überströmeris von Abgas in das Verbrennungsluftänsaugrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasventil (14) über ein Betätigungsgestänge (16) mit einem Stellglied (15, 17) verbunden und ein elastisches Element (18) vorgesehen ist, welches das Abgasventil (14) in seine Schließstellung zu halten sucht, daß die Kraftstoffeinspritzanlage (19) eine Einspritzpumpe (20), eine die Einspritzpumpe (20) mit Kraftstoff versorgende Kraftstofförderpumpe (21), ein einstellbares Drosselventil (24) zum Steuern des KraftstoffZuflusses zur Einspritzpumpe (20), eine durch das Drosselventil (24) gesteuerte, veränderliche Durchfiußblende (28, 29) und eine zwischen der Kraftstof förderpumpe (21) und der veränderlichen Durchf lu.ßblende

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(28, 29) und eine zwischen der Kraftstofförderpumpe (21) und der veränderlichen Durchflußblende (28, 29) angeordnete konstante Durchflußblende (30) umfaßt_xund daß ferner vorgesehen sind ein innerhalb des Stellgliedes (15, 17) ausgebildeter Steuerkolben (15), ein Kanal^über den der Steuerkolben (15) mit Flüssigkeitsdruck beaufschlagbar ist, um das Abgasventil (14) zu öffnen, sowie ein in dem Kanal angeordnetes Steuerventil (31), welches so ausgebildet ist, daß es auf den Druck zwischen den Durchflußblenden (28, 29; 30) anspricht und den auf den Steuerkolben (15) wirkenden Druck derart steuert, daß dieser in Abhängigkeit von der der Kraftmaschine (10) zugeführten Kraftstoffmenge in einer Weise verändert wird, daß die in das Verbrennungsluftansaugrohr (12) überströmende Abgasmenge abnimmt, wenn die der Kraftmaschine (10) zugeführte Kraftstoffmenge zunimmt.
2. Betriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (31) einen Ventilkörper (32) enthält, auf dessen eines Ende eine Kraft wirkt, die von der Höhe des zwischen den Durchflußblenden (28, 29; 30) anstehenden Steuerdruckes abhängt, und auf dessen anderes Ende eine Kraft wirkt, die von dem an dem Steuerkolben (15) anstehenden Druck abhängt, und daß beide Kräfte einander entgegengerichtet sind.
3. Betriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (32) an seinem einem Ende diesem Steuerdruck und an seinem anderen Ende dem an dem Steuerkolben (15) anstehenden Druck ausgesetzt ist.
4. Betriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Ventilkörpers (41) mit einer Membran (42) verbunden ist, deren dem Ventilkörper (41) abgewandte Fläche diesem Steuerdruck ausgesetzt ist, und daß das andere Ende des Ventilkörpers (41) mit einer Abstützplatte (40) für dieses elastische Element (Feder 39) versehen ist, sodaß, wenn sich

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der Flüssigkeitsdruck auf den Steuerkolben (15) erhöht, die auf das andere Ende des Ventilkörpers (41) wirkende Kraft zunimmt und umgekehrt.
5. Betriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine schraubenförmige Druckfeder (39) ist, die zwischen der Abstützplatte (40) und der Rückseite des Steuerkolbens (15) angeordnet ist.

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