DE2826403A1

DE2826403A1 - Verbrennungskraftmaschine mit unterdruckgeber

Info

Publication number: DE2826403A1
Application number: DE19782826403
Authority: DE
Inventors: Albert Lewis Fowler
Original assignee: Hughes Microelectronics Ltd
Current assignee: Hughes Microelectronics Ltd
Priority date: 1977-10-18
Filing date: 1978-06-16
Publication date: 1979-04-19
Also published as: DE2826403C2; US4191145A; JPS5495831A; FR2406734A1; FR2406734B1; GB1599425A; JPS6151137B2

Description

Verbrennungskraftmaschine mit Unterdruckgeber

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine und insbesondere einen ünterdruckgeber zum Erfassen und Anzeigen der Höhe des Teilunterdruckes, der im Ansaugrohr der Maschine erhalten wird.

Es ist bekannt, daß Gas, das in den Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine verbraucht wird, durch ein Ansaugrohr und über eine Drosselklappe zur Steuerung der Geschwindigkeit angesaugt wird. Das Gas besteht gewöhnlich was einer Kraftstoff/ Luft-Mischung, die durch einen Vergaser erzeugt wird, jedoch kann das Gas auch "Luft allein sein, wenn die Maschine eine Kraftstoffeinspritzung verwendet.

Bei Betrieb der Maschine bewirkt die Drosselklappe die Entstehung eines Teilunterdruckes im Ansaugrohr, wobei die Höhe des Teilunterdruckes eine Funktion der Belastung der üaschine ist. Wenn die Maschine im Leerlauf im wesentlichen iastfrei umläuft^ ist die Drosselklappe fast geschlossen und bewirkt eine Erniedrigung des Gasdruckes im Ansaugrohr, wenn jedoch

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die Drosselklappe geöffnet wird, um die Maschine gegen eine erhöhte Last arbeiten zu lassen, erhöht sich der Gasdruck im Ansaugrohr, wodurch die Höhe bzw. der Pegel des Teilunterdruckes erniedrigt wird.

Es ist bekannt, einen Unterdruckmeßwertgeber zum Erfassen des Teilunterdruckpegels im Ansaugrohr zu verwenden, um so Aufschluß über die Belastung der Maschine zu erhalten, und solch ein Meßwertgeber ist bei Maschinen mit Funkenzündsystemen verwendet worden, um die Einstellung des Funkenzündsystems als Funktion der Maschinenbelastung zu steuern bzw. zu regeln.

Wenn sich die Maschine im dynamischen Gleichgewicht befindet, stellt der Teilunterdruck im Ansaugrohr eine genaue Anzeige der Maschinenbelastung dar. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Vakuummeßwertgeberanordnungen besteht jedoch darin, daß während der Betätigung der Drosselklappe zur -Steuerung der Geschwindigkeit, um die Maschinenbelastung zu ändern,

wandert, die Maschine aus dem dynamischen Gleichgewicht heraus/ wodurch -sich ein Druck im Ansaugrohr einstellt, der hinter dem Wert bleibt, den der Druck bei konstanten Maschinenzustandsbedingungen einnehmen würde und der die genaue Maschinenbelastung wiedergeben würde. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal des Vakuummeßwertgebers verzögert und ungenau wird bei Änderungen der Maschinenbelastung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Jaesteht nun darin, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die oben beschriebenen Nachteile vermieden sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Verbrennungskraftmaschine

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mit einem Ansaugrohr zur Aufnahme von durch die Maschine zu verbrauchendem Gas, mit einer Drosselklappe, die wahlweise geöffnet oder geschlossen wird, um die in das Ansaugrohr strömende Volumenmenge zu steuern, und mit einem Unterdruckgeber zum Erfassen des Pegels des im Ansaugrohr erhaltenen Teilunterdrucks dadurch gelöst, daß der UnterdruckmeSfühler einen Vakuummeßwertgeber aufweist, der die Höhe bzw. den Pegel des Teilunterdruckes erfaßt, der im Ansaugrohr erhalten wird, und daß eine Einrichtung zur !federung der Höhe des Teilunterdruckes vorgesehen ist, die durch den Meßwertgeber aus der Druckhöhe ermittelt wird, die im Ansaugrohr beim öffnen oder Schließen der Drosselklappe erhalten wird.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Funkenzündsystem, da die Einstellung der Zündung anhand der Meßergebnisse des Unterdruckmeßfühlers einstellbar und steuerbar ist, wodurch eine bessere überwachung und Steuerung der Zündeinsteilung bei Belastungsänderungen der Maschine erzielbar ist.

Bei einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das dem Ansaugrohr zugeführte Gas aus einer Brennstoff/Luft-Mischung, die durch einen Vergaser erzeugt wird, obgleich alternativ die Maschine auch ein Brennstoffeinspritzsystem aufweisen kann, durch das Brennstoff direkt in die Zylinder der Maschine eingespritzt wird, wobei in diesem Falle das Ansaugrohr lediglich Luft den Zylindern zuführt.

Wenn die Maschine mit einer Brennstoffeinspritzung versehen ist, kann das Ausgangssignal des ünterdruckmeßfühlers

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vorteilhaft dazu verwendet werden, die gewünschten Brennstoffmengen, die in die Zylinder eingespritzt werden müssen, auszurechnen .

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2 eine gebenüber der Maschine nach Fig. 1 modifizierte Ausführungsform.

In der Fig. 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit sechs Zylindern für Kraftfahrzeuge schematisch dargestellt, mit einem Ansaugrohr 2, das an einen Vergaser 3 angeschlossen ist. Der Vergaser weist eine Drosselklappe zur Steuerung der Geschwindigkeit auf, die ein Drosselklappenventil 4 umfaßt, das über ein Gaspedal 5 über ein Verbindungsgestänge betätigbar ist, das einen Hebel 6, eine Stange 7 und eine Kurvenscheibe 8 aufweist. Brennstoff wird im Vergaser mit Hilfe einer Düse 9 verdampft, die vor dem Ventil 4 angeordnet ist, so daß der Brennstoff innig mit Luft vermischt wird, die über einen Lufteinlaß 10 eintritt.

Die Zündkerzen der Maschine (nicht gezeigt) werden mit Zündfunken aus einem Funkengenerator 11 über beispielsweise einen herkömmlichen mechanischen Verteiler 12 versorgt. Der

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Funkengenerator 11 weist eine herkömmliche Zündspule auf. Eingangsimpulse werden dem Funkengenerator 11 durch einen Einstellsteuerkreis 13 zugeführt, um Hochspannungsimpulse zu erzeugen, die den Zündkerzen zugeführt werden.

Der Schaltkreis 13 erzeugt Impulse in Abhängigkeit von einem Kurbelwellenmeßfühler 14, derart, daß jedesmal dann ein Impuls erzeugt wird, wenn sich ein Kolben in seinen oberen Totpunkt bewegt, wobei sein Zylinder mit einer Brennstoff/Luft-Mischung gefüllt wird.

Die zeitliche Impulsfolge, die durch den Schaltkreis 13 erzeugt wird, wird durch einen Vakuummeßfühler gesteuert, der nachfolgend im Detail beschrieben werden soll.

Die Anordnung weist einen Vakuummeßwertgeber mit einer Membran 15 auf, die ^n einem Ende eines Zylinders 16 angeordnet ist und in Abhängigkeit des Zylinderdruckes vor- und zurückbewegbar ist. Die Bewegung der Membran wird mit Hilfe einer Stange 15a abgetastet, die auf der Membran angeordnet und von einem Meßwertgeber 17 aufgenommen ist, der ein elektrisches Signal erzeugt, in Abhängigkeit von der Verschiebung der Stange. Der die Verschiebung erfassende Meßwertgeber 17 kann

in
beispielsweise von der/der GB-PS 1 431 166 beschriebenen Art sein. Das vom Meßwertgeber 17 erzeugte elektrische Signal wird dem Schaltkreis 13 zugeführt, um die Voreilung oder Nacheilung der dem Funkengenerator 11 zugeführten Impulse zu steuern.

Der Zylinder 16 ist an das Ansaugrohr 2 mit Hilfe einer Leitung 18 angeschlossen, die einen geringen Querschnitt aufweist, derart, daß beispielsweise mehrere Sekunden vergehen,

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bis sich der im Ansaugrohr erhaltene Druck im Zylinder aufbaut. Im Zylinder 16 ist ein Kolben 19 verschiebbar angeordnet, der mit dem Gaspedalgestänge über einen Hebel 20 verbunden ist.

Wenn die Maschine mit einer konstanten Geschwindigkeit umläuft, ist das Drosselklappenventil 4 um einen Betrag geöffnet, der durch die Betätigung des Gaspedals 5 bestimmt wird, und im Ansaugrohr stellt sich ein Teilunterdruck ein und ein im wesentlichen gleicher Unterdruckpegel im Zylinder 16, wodurch eine entsprechende Deformierung der Membran 15 bewirkt wird, wodurch wiederum der Meßwertgeber 17 ein elektrisches Signal dem Einstellsteuerkreis 13 zuführt, um die Einstellung der Zündung in Abhängigkeit vom ünterdruckpegel im Ansaugrohr zu steuern bzw. zu regeln.

Bei Beschleunigung der Maschine, um die Maschine gegen eine erhöhte Last arbeiten zu lassen, wird das Gaspedal 5 niedergedrückt, um das Drosselventil 4 weiter zu öffnen,und der Unterdruckpegel im Ansaugrohr 2 sinkt auf einen neuen Wert, sobald die Maschine beschleunigt, um eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen. Während der Beschleunigung liegt der Unterdruckpegel im Ansaugrohr 2 hinter dem Unterdruckpegel zurück, der sich bei der Belastung unter stetigen Maschinenbetriebszuständen einstellen würde, und der Unterdruckpegel im Ansaugrohr stellt somit keinen genauen Parameter bzw. Wert zur Steuerung der Zündeinstellung während der Beschleunigung dar. Diese Schwierigkeit wird überwunden mit Hilfe des Kolbens 19. Die Betätigung des Gaspedals 5, um eine Beschleunigung zu bewirken, bewirkt, daß der Kolben 19 in den Zylinder 16

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hineiiibewegt wird, und zwar um einen Weg, der abhängig ist vom Ausmaß des Niederdrückens des Gaspedals, wobei der Weg so bemessen ist, daß der von der Membran 15 abgetastete Teilunterdruck momentan auf einen Pegel herabgesetzt wird, der dem konstanten Unterdruckpegelzustand entspricht, der sich im Ansaugrohr einstellen würde, wenn die Beschleunigung beendet ist. Durch diese Ausbildung ergibt sich, daß die Einstellung der Zündung genauer während der Beschleunigungsphase steuerbar ist, als durch den Druck im Ansaugrohr allein, wenn dieser zur Steuerung der Zündeinstellung verwendet würde. Der Querschnitt des Rohres 18 ist so gewählt, daß der Druck im Zylinder 16 wirksam vom Druck im Ansaugrohr 2 während eines wesentlichen Teiles der Beschleunigungsphase abgekoppelt ist, jedoch werden der Druck im Ansaugrohr und der im Zylinder zum Ende der Beschleunigungsphase hin gleich sein, so daß die Maschine ein dynamisches Gleichgewicht einnimmt und der Unterdruckpegel im Ansaugrohr 2 wiederum die Einstellung der Zündung diktiert.

Es versteht sich, daß die Einrichtung in umgekehrter Art und Weise während der Verzögerungsphase der Maschine arbeitet.

Es soll nun eine modifizierte Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 1 unter Bezug auf Fig. 2 beschrieben werden. Gleiche Teile in den beiden Figuren sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen worden und Einzelheiten der Maschine sowie die Funkenerzeugungs- und Einstellsteuerkreise sind in der Fig. 2 aus Gründen der klaren Darstellung weggelassen worden. Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 ist der Zylinder 16 im Bereich

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des Durchgangs der Kolbenstange durch eine Dichtung 21 geschlossen, so daß durch den Kolben zwei Kammern 22, 23 veränderlicher Volumina im Zylinder gebildet sind. Die Kammer 22 ist an das Ansaugrohr mit Hilfe einer Leitung 18 angeschlossen, die einen großen Durchmesser aufweist, so daß der Druck in der Kammer 22 im wesentlichen momentan dem Druck im Ansaugrohr folgt. Die Kammern 22, 23 sind über einen Verbindungsweg, der eine Leitung 24 aufweist, miteinander verbunden, die die gleiche Funktion hat wie die Leitung 18 gemäß Fig. 1.

Damit wird bei Verwendung der Anordnung gemäß Fig. 2, wenn das Gaspedel 5 niedergedrückt wird, um die Maschine zu beschleunigen, der Kolben 19 bewegt, um das Volumen in der Kammer 23 zu erniedrigen und das Volumen in der Kammer 22 zu erhöhen. Dadurch wird der Druck in der Kammer 23 erhöht und betätigt die Membran 15, die Stange 15^ und den Meßwertgeber 17 (in der Fig. 2 nicht gezeigt), um die Zündeinstellung zu verzögern, und daß heißt, eine Nacheilung der Zündung zu bewirken. Der Druck in der Kammer 22 steigt mit der Beschleunigung der Maschine, und die Druckdifferenz zwischen den Kammern gleicht sich allmählich über die Leitung 24 während der Beschleunigungsphase aus. Damit wird anfänglich der Druck in der Kammer 23 erhöht durch Niederdrücken des Gaspedals 5, um die Zündung zu verzögern, wobei der Druckanstieg vom Druck im Ansaugrohr entkoppelt wird. Jedoch gleicht sich,während die Beschleunigungsphase andauert, der Druck in der Kammer 23 mit dem im Ansaugrohr 2 aus, so daß der Druck im Ansaugrohr im dynamischen Gleichgewicht der Maschine die Zündvoreilung diktiert.

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Die Anordnung gemäß Fig. 2 hat gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 den Vorteil, daß bei stetigen Zustandsbedingungen kein Differentialunterdruck auf den Kolben 19 wirkt und daß somit keine Tendenz für den Kolben besteht, in den Zylinder 16 hineingezogen zu werden. Sollte die Anordnung ein unerwünschtes Ansteigen der Gaspedallast bewirken, kann ein Servomechanismus verwendet werden, obgleich die Ansicht vertreten wird, daß ein solcher Servomechanismus in der Praxis nicht notwendig ist. Während die beschriebenen Beispiele der Erfindung ein elektronisches Zündsystem einschließen, kann die Unterdruckmembran 15 ferner dazu verwendet werden, elektronische Brennstoffsysteme oder eine herkömmliche mechanische Anordnung für die Voreilung und Nacheilung zu betätigen.

Verschiedene andere Modifikationen sind möglich. So kann eine Bewegung
der Kolben/beispielsweise in Form einer nichtlinearen Funktion des Winkels der Bewegung des Gaspedals vollführen zur Anpassung an spezifische nichtlineare Gesetzmäßigkeiten zwischen dem Drosselklappenwinkel und dem Druck. Die vorgenannte Modifikation ist geeignet z.B. zur Verbesserung des Antriebs, der Wirtschaftlichkeit, der Vermeidbarkeit von Detonationsbereichen in der Zündvoreilungskarte. Überdies könnte die Leitung 24 ersetzt werden durch ein Zweiwegekugelventil, das an die Kammern 22 und 23 angeschlossen ist, um die Kammer 23 von der Kammer 22 während Beschleunigungsänderungen zu entkoppeln.

Obgleich die Erfindung oben beispielhaft unter Bezug auf eine Maschine mit einem Vergaser beschrieben worden ist, liegt im Schutzbereich der Erfindung auch eine Verbrennungskraft-

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maschine, die mit einem Brennstoffeinspritzsystem ausgerüstet ist. Bei Maschinen, die mit Brennstoffeinspritzsystemen ausgerüstet sind, wird der Brennstoff direkt in die Maschinenzylinder eingespritzt, und das Ansaugrohr führt den Zylindern Luft zu, wobei eine brennbare Brennstoff/Luft-Mischung direkt in den Zylindern gebildet wird anstatt durch Verwendung eines Vergasers. Um die Verbrennung zu optimieren und ein genaues Verhältnis von Brennstoff zu Luft in der Mischunj zu erhalten, die in den Zylindern gebildet wird, ist es notwendig, den genauen Brennstoffanteil, der in die Zylinder eingespritzt wird, in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine und insbesondere der Belastung der Maschine zu steuern. Dementsprechend kann eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung mit Hilfe ihres Vakuummeßfühlers ein Signal erzeugen, das genau die Belastung der Maschine sowohl während des dynaischen Gleichgewichts der Maschine als auch bei Laständerungen genau anzeigt, wobei das Signal dazu verwendet werden kann, die gewünschten Brennstoffanteile, die in die Zylinder der Maschine eingespritzt werden sollen, zu errechnen. Wie wohl bekannt ist, braucht eine Verbrennungskraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung nicht notwendigerweise ein Funkenzündsystem aufzuweisen, und die vorliegende Erfindung ist daher auch auf Brennstoffeinspritzsysteme mit und ohne Funkenzündsysteme anwendbar.

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Claims

Patentansprüche :

(T) Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugrohr zur Aufnahme von Gas, das in der Maschine verbraucht wird, mit einer Drosselklappe, die wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann, um die Volumenmenge des in das Ansaugrohr strömenden Gases zu steuern, und mit einem Unterdruckmeßfühler zum Er-

oder Vakuums

fassen der Höhe des Teilunterdruckes/im Ansaugrohr, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruckmeßfühler (15, 16) einen Vakuummeßwertgeber -(17) aufweist, der die Höhe des Teilunterdruckes im Ansaugrohr (2) erfaßt, und daß eine Einrichtung (16, 19) zur Änderung der Höhe des Teilunterdruckes vorgesehen ist, die durch den Meßwertgeber (17) aus der Druckhöhe ermittelt wird, die im Ansaugrohr (2) beim Öffnen oder Schließen der Drosselklappe (4) erhalten wird.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruckmeßfühler (15, 16) einen Kolben (19) und einen Zylinder (16) umfaßt, daß der

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Zylinder (16) mit dem Ansaugrohr (2) verbunden ist, so daß sich der Pegel des Tei!unterdrückes des Ansaugrohres im Zylinder einstellt, daß der Vakuummeßwertgeber (17) ein Ausgangssignal erzeugt, das dem Unterdruckpegel im Zylinder (16) entspricht, und daß der Kolben (19) im Zylinder (16) in Abhängigkeit von der Bewegung der Drosselklappe in Schließ- und Offenstellung verschiebbar angeordnet ist.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennze lehnet, daß der Kolben (19) mit der Drosselklappe (4) über ein mechanisches Gestänge (19) verbunden ist.
4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber (17) eine Membran (15) aufweist, die an einem Ende des Zylinders (16) angeordnet ist.
5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (16) Kammern (22, 23) beiderseits des Kolbens (19) angeordnet sind, daß eine der Kammern (22) Gas aufnimmt, dessen Druck dem im Ansaugrohr (2) entspricht, und daß die andere Kammer (23) den Meßwertgeber (17) umfaßt, daß zwischen den Kammern (22, 23) eine enge Verbindungsleitung (24) angeordnet ist, die so ausgebildet ist, daß der Druck in der ersten Kammer (23) bei Bewegung des Kolbens (19) in Richtung des Meßwertgebers (17) rela-

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tiv zum Druck in der zweiten Kammer (22) ansteigt, und daß nachfolgend ein Druckausgleich zwischen den Drucken der beiden Kammern erfolgt.
6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekenn ze ichnet, daß die Verbindungsleitung (24) ein Strömungsbegrenzungsventil aufweist.
7. Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuummeßwertgeber (17) eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signales aufweist, das dem sensierten Pegel des Teilunterdruckes entspricht.
8. Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Funkenzündungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Zündsystems als Funktion des Pegels des Teilunterdruckes gesteuert wird, der durch den Vakuummeßwertgeber (17) erfaßt wird.
9. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergaser vorgesehen ist zur Versorgung des Ansaugrohres (4) mit einer Brennstoff/Luft-Mischung.
10. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekenn ze ichnet, daß die Drosselklappe ein Dros-

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selklappenventil im Vergaser aufweist.
11. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Brennstoffeinspritzsystem_/ dadurch g e kennze ichnet, daß eine Einrichtung zur Steuerung
der durch das System eingespritzten Brennstoffmenge in Abhängigkeit vom Pegel bzw. von der Höhe des TeilVakuums vorgesehen
ist, das durch den Vakuummeßwertgeber erfaßt wird.

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