DE3008618C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1.

Es ist schon eine Kraftstoffversor­ gungsanlage bekannt (DE-OS 24 30 415), bei der stromabwärts eines Vergasers ein mittels eines piezoelektrischen Wandlers erregter Schwingkörper angeordnet ist, dem über den Wandler z. B. schwere Brennstoffe zugeführt werden können. In erster Linie soll jedoch durch den Schwingkörper das vom Vergaser her zuströmende Kraft­ stoff-Luft-Gemisch fein vernebelt werden. Es ist ebenfalls bereits bekannt (DE-OS 25 52 973), im Ansaugrohr einen Ultraschallgenerator anzuordnen, über den Kraftstoff in das Ansaugrohr zugeführt und ver­ nebelt wird. Hierbei dient der Ultraschallgenerator als einzige Ge­ mischbildungseinheit, die auch, wie die einzige Ultraschallzerstäu­ berdüse nach der DE-OS 17 51 458 in Abhängigkeit von Betriebskenn­ größen der Brennkraftmaschine ansteuerbar ist, wobei die Einsatzmög­ lichkeit gering ist, da die maximale Zerstäuberleistung bei ca. 2,5 Liter pro Stunde liegt. Bekanntlich ergibt sich durch die Anord­ nung einer einzigen kostengünstigen zentralen Hauptgemischbildungs­ einheit für alle Zylinder der Brennkraftmaschine das Problem, daß durch die unterschiedlichen Strömungslängen des Kraftstoff-Luft-Ge­ misches zu den einzelnen Zylindern und durch geometrische und strö­ mungstechnische Gegebenheiten nicht jeder Zylinder der Brennkraft­ maschine korrekt mit der gleichen Kraftstoff-Luft-Gemischmenge ver­ sorgt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffversor­ gungsanlage zu schaffen, bei der trotz der Anordnung einer einzigen zentralen Hauptgemischbildungseinheit gewährleistet ist, daß den einzelnen Zylindern der Brennkraftma­ schine ein korrektes und den Erfordernissen der Brennkraftmaschine angepaßtes Kraftstoff-Luft-Gemisch zuführbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Daraus ergibt sich der Vorteil, daß durch die Haupt­ gemischbildungseinheit eine einfache Gemischversorgung der Brenn­ kraftmaschine und durch die jedem Zylinder zugeordnete Zusatz­ gemischbildungseinheit in Form einer Ultraschallzerstäuberdüse eine Korrektur des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgen kann, unter Berück­ sichtigung der Ungleichverteilung auf die einzelnen Zylinder, des gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λ und zur Anreicherung bei Warmlauf, Vollast und Beschleunigung sowie zur Leerlaufregelung. Dabei ist die ausreichende Feinstzerstäubung auch bei kleinsten Kraftstoffzusatzmengen gewährleistet.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Kraftstoffversorgungsanlage möglich. Besonders vorteil­ haft ist die Anordnung je einer Abgasmeßsonde in den Einzelabgaslei­ tungen zur Ansteuerung der einzelnen Ultraschallzerstäuberdüsen.

Vorteilhaft ist ebenfalls die Anordnung der Mündung der Ultraschallzerstäuberdüsen im Bereich eines Vorsprunges des Saugrohres, über den Ströme flüssigen Kraftstoffes von der Hauptgemischbildungseinheit entlangfließen können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Brennkraft­ maschine mit einer erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungs­ anlage,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Saugrohr mit einer Ultraschallzerstäuberdüse,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Ultraschallzerstäuberdüse.

In Fig. 1 ist mit 1 eine gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschine bezeichnet, zu deren Zylindern von ei­ nem Sammelsaugrohr 2 abzweigende Einzelsaugrohre 3 führen. Auf der Auslaßseite der einzelnen Zylinder sind Einzel­ abgasleitungen 5 vorgesehen, die in eine Sammelabgaslei­ tung 6 münden. Mit 8 ist eine im Sammelsaugrohr vorgesehene Hauptgemischbildungseinheit bezeichnet, die beispielsweise als Vergaser oder als Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Einspritzventil ausgebildet sein kann und über eine Haupt­ kraftstoffversorgungsleitung 9 mit Kraftstoff versorgt wird. In die Hauptkraftstoffversorgungsleitung 9 wird durch eine Kraftstofförderpumpe 10 Kraftstoff gefördert, die den Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 11 saugt. Von der Hauptkraftstoffversorgungsleitung 9 zweigt eine Zusatz­ kraftstoffleitung 13 ab, die zur Kraftstoffversorgung ei­ ner Zusatzgemischbildungseinheit mit Ultraschallzerstäu­ berdüsen 14 bzw. 14′ dienen. Aufbau und Wirkungsweise ei­ ner Ultraschallzerstäuberdüse wird anhand der Fig. 4 spä­ ter erläutert. Wie mit 13′ bezeichnet und gestrichelt dar­ gestellt, kann die Zusatzkraftstoffleitung zu einer Ultra­ schallzerstäuberdüse 14′ führen, die im Sammelsaugrohr 2 stromabwärts der Hauptgemischbildungseinheit 8 mündet. Die Ultraschallzerstäuberdüse 14′ ist durch ein bekanntes elek­ tronisches Steuergerät 16 ansteuerbar, in das die in elektri­ schen Größen umgewandelten Meßwerte der Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, z. B. Last, Drehzahl, Temperatur von Kühlwasser oder Ansaugluft, Abgaszusammensetzung und ähn­ liches eingebbar sind. Als Abgasmeßsonde 17 bzw. 17′ kann eine sogenannte Sauerstoffsonde oder eine Grenzstromsonde dienen. Zur Ansteuerung der Ultraschallzerstäuberdüse 14′ dient die gestrichelt dargestellte und in der Sammelab­ gasleitung 6 angeordneten Abgasmeßsonde 17′. Aufgrund der maximalen Zerstäuberleistung der Ultraschallzerstäuberdüse 14, 14′ von ca. 2,5 Liter/Stunde ist der Einsatz der Ultra­ schallzerstäuberdüse 14, 14′ nur zur Korrektur des Kraft­ stoff-Luft-Gemisches oder zur Anreicherung des Gemisches bei Warmlauf, Vollast und Beschleunigung zweckmäßig. Die Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bei Warmlauf, Vollast und Beschleunigung erfolgt dabei in vorteilhafter Weise durch additive Verlängerung der Ansteuerzeit der Ultraschallzerstäuberdüse 14′.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in jedem Einzelsaugrohr 3 eine Ultraschallzerstäuberdüse 14 angeordnet, die mit der Zusatzkraftstoffleitung 13 in Ver­ bindung stehen und einzeln durch das elektronische Steuer­ gerät 16 ansteuerbar sind. Anhand des auch die Ungleichver­ teilung auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine berücksichtigenden Kennfeldes, das im elektronischen Steu­ ergerät 16 gespeichert ist, werden die einzelnen Ultraschall­ zerstäuberdüsen 14 derart angesteuert, daß auch die Un­ gleichverteilung des Gemisches auf die einzelnen Zylinder ausgeglichen wird. Dieser Grundansteuerzeit wird zur An­ reicherung des Gemisches bei Warmlauf, Vollast und Be­ schleunigung eine weitere Ansteuerzeit additiv überlagert.

Die Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λ auf λ = 1 kann bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch erfolgen, daß die Ansteuerung der einzelnen Ultraschallzerstäuber­ düsen 14 in Abhängigkeit vom Signal der Sauerstoffsonde 17′ in der Sammelabgasleitung 6 erfolgt, wobei unter Aus­ wertung des im elektronischen Steuergerät 16 gespeicher­ ten Kennfeldes eine Korrektur der Ansteuerzeiten der ein­ zelnen Ultraschallzerstäuberdüsen 14 zur Kompensation der Ungleichverteilung des Gemisches auf die einzelnen Zylin­ der erfolgt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die in jedem Einzelsaugrohr 3 angeordneten Ultraschallzerstäuberdüsen 14 über das elektronische Steuergerät 16 durch je eine zugeordnete Abgasmeßsonde 17 angesteuert, die in jeder zu­ geordneten Einzelabgasleitung 5 angeordnet sind. Es ist somit das Kraftstoff-Luft-Gemisch für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine derart einzeln beeinflußbar, daß das gewünschte Kraftstoff-Luft-Gemisch durch Beeinflussung der Ansteuerzeit jeder einzelnen Ultraschallzerstäuberdüse 14 beeinflußbar ist. Damit wird gleichzeitig automatisch die Gemischungleichverteilung auf die einzelnen Zylinder ausgeglichen. Bei Warmlauf, Vollast und Beschleunigung ist das Ansteuersignal der Ultraschallzerstäuberdüsen 14 zur Anreicherung des Gemisches additiv überlagerbar.

Bei allen Ausführungsbeispielen kann eine Beeinflussung der über die Ultraschallzerstäuberdüsen 14, 14′ zerstäubten Kraftstoffmenge dadurch erfolgen, daß die Zusatzkraftstoff­ leitung 13 mit einem variablen Druckteiler gebildet aus einer Drosselstelle 19 und 20 versehen ist, wobei der Kraftstoffdruck zwischen den beiden Drosselstellen 19, 20 an den Ultraschallzerstäuberdüsen 14, 14′ liegt und die Drosselstelle 19 stromaufwärts der Drosselstelle 20 ange­ ordnet ist. Stromabwärts der Drosselstelle 20 ist eine Rückströmleitung 21 vorgesehen, über die Kraftstoff zum Kraftstoffbehälter 11 zurückströmen kann. Der Querschnitt der Drosselstelle 19 kann in Abhängigkeit von der Drehzahl n und der Querschnitt der Drosselstelle 20 in Abhängigkeit von der Last (Drosselklappenstellung) veränderbar sein.

In den Fig. 2 und 3 ist eine vorteilhafte Anordnung der Ultraschallzerstäuberdüse 14, 14′ im Saugrohr 2, 3 darge­ stellt. Dabei ist an der Saugrohrwandung, an der stromab­ wärts der Hauptgemischbildungseinheit 8 in der Regel Ströme flüssigen Kraftstoffes entlang fließen ein Vorsprung 23 vor­ gesehen, der den Saugrohrquerschnitt verringert, so daß durch Absenkung des statischen Druckes im Gemischstrom der flüssige Kraftstoff an dem Vorsprung 23 hochgezogen und von der in diesem Vorsprung in das Saugrohr 2, 3 mündenden Ultraschallzerstäuberdüse 14, 14′ zerstäubt wird. Die Ultraschallzerstäuberdüse 14, 14′ ist in eine Öffnung 24 der Saugrohrwandung 2, 3 gesteckt und sitzt mit einem ela­ stischen Gummiring 25, der über einen Flansch 26 der Ultra­ schallzerstäuberdüse 14, 14′ greift auf einem Absatz der Öffnung 24 auf und wird durch einen Befestigungsring 27 gegen diesen Absatz gepreßt.

In Fig. 4 ist eine Ultraschallzerstäuberdüse 14, 14′ dar­ gestellt, die einen kegelstumpfförmig ausgebildeten Schwin­ gungsverstärkerkörper 29 aufweist, der an seinem Ende 30 mit größerem Durchmesser mit einer Piezokeramikscheibe 31 und am anderen Ende mit einem Zerstäuberteller 32 ver­ sehen ist. Ein zentraler Strömungskanal 33 ist mit der Zu­ satzkraftstoffleitung 13, 13′ verbunden und verengt sich zum Zerstäuberteller 32 hin zu einer Düse 34, wobei im Übergangsbereich zwischen Strömungskanal 33 und Düse 34 ein Ventilsitz 35 gebildet wird, mit dem eine im Strö­ mungskanal 33 geführte, als bewegliches Ventilteil die­ nende Kugel 36 zusammenwirkt. Die Kugel 36 könnte even­ tuell durch eine weiche Feder 37 gegen den Ventilsitz 35 gepreßt werden. Die Piezokeramikscheibe 31 ist mit elek­ trischen Anschlußkontakten versehen, über die die elektri­ sche Verbindung zum elektronischen Steuergerät 16 herge­ stellt wird.

Wird die Piezokeramikscheibe 31 erregt, so führt sie radiale Schwingungen aus, die auf den Schwingungsverstär­ kerkörper 29 übertragen dazu führen, daß die Ränder des Zerstäubertellers 32 auf- und abschwingen und die Kugel 36 vom Ventilsitz 35 abhebt, so daß über die Düse 34 Kraft­ stoff sich längs des Zerstäubertellers 32 zerstäubt wird. Wird die Erregung der Piezokeramikscheibe 31 been­ det, so wird die Kugel 36 durch den Kraftstoffdruck bzw. die Feder 37 gegen den Ventilsitz 35 gepreßt und ein wei­ teres Ausströmen von Kraftstoff aus der Ultraschallzerstäu­ berdüse 14, 14′ verhindert.

Die Ultraschallzerstäuberdüsen 14, 14′ können auch zur Leerlaufdrehzahlregelung der Brennkraftmaschine dienen, indem beim Absinken der Drehzahl unterhalb einer vorbe­ stimmten Drehzahl im Leerlauf die Ultraschallzerstäuber­ düsen 14, 14′ durch das elektronische Steuergerät 16 so ansteuerbar sind, daß durch erhöhte Kraftstoffzugabe die Drehzahl auf die gewünschte Leerlaufdrehzahl ansteigt.

Claims (9)

1. Kraftstoffversorgungsanlage für gemischverdichtende fremdgezün­ dete Brennkraftmaschinen mit einer im Saugrohr angeordneten Haupt­ gemischbildungseinheit und stromabwärts dieser mindestens einer Ultraschallzerstäuberdüse, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine (1) zugeordneten Ein­ zelsaugrohre (3) eine Ultraschallzerstäuberdüse (14) angeordnet und in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine (1) ansteuerbar ist.

2. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Sammelabgasleitung (6) der Brennkraftmaschine (1) eine Abgasmeßsonde (17, 17′) angeordnet ist, deren Ausgangssignal über ein elektronisches Steuergerät (16) mindestens eine Ultra­ schallzerstäuberdüse (14, 14′) steuert.

3. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ansteuerung der einzelnen Ultraschallzerstäu­ berdüsen (14) unter Auswertung eines im elektronischen Steuergerät (16) gespeicherten, die Ungleichverteilung auf die einzelnen Zylin­ der berücksichtigenden Kennfeldes erfolgt.

4. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in jeder der von den einzelnen Zylindern der Brennkraft­ maschine (1) fortführenden Einzelabgasleitungen (5) eine Abgasmeß­ sonde (17) angeordnet ist, deren Ausgangssignale über ein elektroni­ sches Steuergerät (16) je eine in dem zugeordneten Einzelsaugrohr (3) jedes Zylinders angeordnete Ultraschallzerstäuberdüse (14) an­ steuern.

5. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Warmlauf-, Vollast- und Beschleunigungsanrei­ cherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches die Ansteuerzeit der Ultra­ schallzerstäuberdüsen (14, 14′) jeweils additiv verlängerbar ist.

6. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffdruck des den Ultra­ schallzerstäuberdüsen (14, 14′) zugeführten Kraftstoffes in Abhän­ gigkeit von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine änderbar ist.

7. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Saugrohrwandung (2, 3), an der stromabwärts der Hauptgemischbildungseinheit Ströme flüssigen Kraftstoffes entlangfließen können, ein den Saugrohrquerschnitt ver­ ringernder Vorsprung (23) vorgesehen ist, in dessen Bereich die Mün­ dung der Ultraschallzerstäuberdüse (14, 14′) liegt.

8. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprü­ che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallzerstäuberdüse (14, 14′) einen kegelstumpfförmigen Schwingungsverstärkerkörper (29) auf­ weist, der an seinem Ende (30) mit größerem Durchmesser mit einer Piezokeramikscheibe (31) und am anderen Ende mit einem Zerstäuber­ teller (32) versehen ist und einen zentralen Strömungskanal (33) hat, der zum Zerstäuberteller (32) hin düsenartig verengt im Über­ gangsbereich einen Ventilsitz (35) bildet, mit dem eine im Strö­ mungskanal (33) geführte, als bewegliches Ventilteil dienende Kugel (36) zusammenwirkt.

9. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ultraschallzerstäuberdüse (14, 14′) von einem elektro­ nischen Steuergerät (16) bei Leerlauf der Brennkraftmaschine in Ab­ hängigkeit von der Drehzahl derart ansteuerbar ist, daß bei Absinken der Drehzahl unterhalb einer vorbestimmten Leerlaufdrehzahl über die Ultraschallzerstäuberdüse (14, 14′) Zusatzkraftstoff zuführbar ist, bis die gewünschte Leerlaufdrehzahl wieder erreicht ist.