DE2135824B2

DE2135824B2 - Luftmengenmesser mit einer im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine im wesentlichen quer zur Ansaugluftströmung angeordneten Stauscheibe

Info

Publication number: DE2135824B2
Application number: DE2135824A
Authority: DE
Inventors: Ulrich 7302 Nellingen Mutschler; Norbert Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Rittmannsberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-07-17
Filing date: 1971-07-17
Publication date: 1980-10-16
Also published as: BR7204671D0; DE2135824A1; FR2146789A6; GB1331219A; CS155993B2; SU518155A4; IT1009517B; NL7208764A; DE2135824C3; PL82584B1; US3823696A; SE370763B

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftmengenmesser mit einer im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine im wesentlichen quer zur Ansaugluftströmung angeordneten Stauscheibe, die an einer am Rande des Kanalquerschnittes gelagerten Welle sitzt und entgegen einer Federkraft schwenkbar ist, zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zur Maschine, insbesondere zur Verwendung bei einer intermittierend arbeitenden Kraftstoffeinspritzan-

« lage, wobei im Schwenkbereich der Stauscheibe die den Ansaugluftstrom einschließende Wand bzw. einschließenden Wände so gestaltet ist bzw. sind, daß sich der Öffnungsquerschnitt in Strömungsrichtung mindestens annähernd exponentiell zum Stellweg der Stauscheibe

so erweitert, mit einem mit der Welle der Stauscheibe gekuppelten Dämpfungsfiügel, der in einer Dämpfungskammer eines sektorförmigen Gehäuses schwenkbar geführt ist, nach Patent 20 53 132.
Ein wesentlicher Vorteil derartiger, elektrisch gesteuerter Einspritzeinrichtungen besteht darin, daß die beim Ansaughub zusammen mit der Ansaugluft in jeden einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine gelangende Kraftstoffmenge sehr genau an die angesaugte Luftmenge angepaßt werden kann und daß demzufolge bei

M) guter Ausnutzung der Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine die Einstellung so getroffen werden kann, daß die Auspuffgase in allen Last- und Drehzahlbereichen ein Minimum an gesundheitsschädlichen Anteilen erhalten.

b^r> Bei bekannten Einspritzanlagen wird die angesaugte Luftmenge nicht direkt gemessen, sondern dadurch ermittelt, daß ein in Ansaugrichtung hinter der Drosselklappe an Has Ansaugrohr angeschlossener

induktiver Druckfühler den dort herrschenden Ansaugluftdruck mißt, wobei die den jeweiligen Luftdruckwerten entsprechende Induktivität einer zu diesem Druckwandler gehörenden Eisendrossel die Dauer des instabilen Betriebszustandes eines Steuermultivibrators bestimmt, der in einer zu den Kurbelwellenumdrehungen synchronen Folge ausgelöst wird. Wegen der in starkem Maße geschwindigkeitsabhängigen Strömungswiderstände sind bei den bekannten Einspritzeinrichtungen verhältnismäßig aufwendige elektronische Schalteinrichtungen erforderlich, welche zur drehzahlabhängigen Korrektur der vom Saugrohrdruckfühler eingestellten, vor jedem Arbeitstakt einzuspritzenden Kraftstoffmenge dienen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem Einspritzsystem der eingangs beschriebenen Art eine wesentliche Vereinfachung der die Dauer der Öffnungsimpulse bestimmenden Steuereinrichtung dadurch zu erzielen, daß in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine eine als Luftmengenmesser dienende Stauscheibe angeordnet ist, die entgegen einer Rückstellkraft durch den Ansaugluftstrom um eine am Rande des Ansaugquerschnittes verlaufende Achse schwenkbar und mit wenigstens einem auf den Lade- oder Entladevorgang des Energiespeichers einwirkenden Mittel, insbesondere mit dem Abgriff eines verstellbaren Widerstandes, gekuppelt ist, wobei die Stauscheibe und die Drosselklappe der Brennkraftmaschine in Ansaugrichtung hintereinander liegen.

Bei zahlreichen Konstruktionen von Brennkraftmaschinen sind zur Verbesserung des Füllungsgrades die Ansaugwege so abgestimmt, daß sich schnelle Schwingungen des Ansaugluftstromes einstellen können, wenn die Brennkraftmaschine im mittleren und oberen Drehzahlbereich läuft Es besteht deshalb die Gefahr, daß die zur Luftmengenmessung dienende Stauscheibe diese Schwingungen mitmacht und dann falsche Luftmengenwerte anzeigt Diese Schwierigkeit besteht auch beim Leerlaufbetrieb vor allem von Vierzylinder-Viertaktbrennkraftmaschinen, bei welchen das Kurbeltriebwerk sehr gut ausgewuchtet ist und daher eine sehr niedrige Leerlaufdrehzahl ermöglicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits derartige Schwingungen zu verhindern und andererseits eine ausreichend hohe Ansprechempfindlichkeit der Stauscheibe gegenüber Änderungen der Ansaugluftmenge sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druck in der Dämpfungskammer durch den stromabwärts der Stauscheibe herrschenden Druck im Saugrohr oder durch einen anderen von der Drosselklappenverstellung abhängigen Druck beeinflußbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Luftmengenmessers möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Ausschnitt aus einer Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine mit einem Luftmengenmesser und einer pneumatischen Dämpfungseinrichtung,

F i g. 2 einen anderen Luftmengenmesser mit pneumatischer Dämpfungseinrichtung,

F i g. 3 einen Luftmengenmesser mit lastabhängig arbeitender Kraftstoffanreicherung,

Fig.4 einen Luftmengenmesser mit einer beim öffnen der Drosselklappe wirksam werdenden Einrichtung zur Kraftstoffanreicherung beim Beschleunigen,

Fig.5 ein Bauteil zur temperaturabhängigen Änderung der Kraftstoffanreicherung für einen Luftmengenmesser.

Beim Luftmengenmesser nach F i g. 1 ist eine Stauklappe oder Stauscheibe 30 auf einer am Ansaugrohr 25 einer im übrigen nicht wiedergegebenen Brennkraftmaschine gelagerten Welle 41 befestigt mit welcher ein radial abstehender Dämpfungsflügel 42 verbunden ist Dieser steht mit sehr geringem, jedoch eine definierte Undichtigkeit ergebenden Abstand 43 einer zylindersektorförmigen Wand 44 gegenüber, weiche eine Dämpfungskammer 45 umschließt Der Dämpferflügel 42 grenzt diese Dämpfungskammer gegenüber demjenigen Hohlraum im Ansaugrohr 25 ab, welcher zwischen der Stauscheibe 30 und der Drosselklappe 28 liegt Eine enge Drosselbohrung 46 im Dämpfungsflügel 42 sorgt für eine dauernde Verbindung zwischen der Kammer 45 und diesem Hohlraum im Ansaugrohr 25. Im Fall einer stationären Luftströmung in dem Ansaugrohr 25 herrscht in der Kammer 45 infolge der Drosselbohrung 46 ein Druck p_k, der gleich groß ist, wie der Druck p_s in dem zwischen der Stauscheibe 30 und der Drosselklappe 28 liegenden Hohlraum des Ansaugrohres 25. Da die wirksame Fläche Fi der Stauscheibe 30 gleich groß wie die wirksame Fläche F₂ des Dämpfungsflügels 42 gewählt ist, bewirkt eine Änderung des Saugrohrdruckes p_s keine Änderung der Stauscheibenstellung, weil dann die auf die Stauscheibenwelle 41 ausgeübten Drehmomente sich gegenseitig aufheben. Erst wenn der Druck pt in der Dämpfungskammer 45 der Änderung des Saugrohrdruckes folgt, kann sich die Stauscheibe in ihre dem neuen Saugrohrdruck entsprechende Stellung bewegen, wobei durch die Drosselbohrung 46 Ausgleichsluft strömt. Ein solcher Druckausgleich kann jedoch bei den oben geschilderten Pulsationen, die eine Frequenz von 30 Hertz und mehr bei einer Viertakt-Vierzylinderbrennkraftmaschine haben, nicht schnell genug erfolgen, so daß die von den Pulsationen herrührenden Druckschwankungen ohne Einfluß auf die Stauscheibe bleiben. Durch geeignete Wahl des Bohrungsdurchmessers an der Drosselstelle 46 kann man es ohne weiteres erreichen, daß bei dem beispielsweise beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine durch öffnen der Drosselklappe hervorgerufenen Druckanstieg der Druck p* sich innerhalb einer Zehntelsekunde an den geänderten Saugrohrdruck anzupassen vermag und die Stauscheibe in ihre neue Stellung gelangen läßt. Die für die Beschleunigungsanreicherung erforderliche kurze Ansprechzeit der Stauscheibe 30 ist somit gewährleistet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist mit der Welle 41 der Stauscheibe 30 ebenfalls ein Dämpfungsflügel 42 verbunden, welcher an seiner zur Welle 41 parallelen Außenkante mit geringem radialen Abstand dem zylindersektorförmigen Teil einer Begrenzungswand 51 gegenübersteht, welche eine Dampfungskammer 52 einschließt, die über ein Fenster 53 mit dem vor der Stauscheibe liegenden Innenraum des Ansaugrohres in Verbindung steht. Zwischen der Stirnkante des Dämpfungsflügels 42 und der Wand 51 befindet sich ein Hefinierter Drosselspalt 54, der einen nur langsamen Druckausgleich zwischen dem mit dem Saugrohrinnenraum verbundenen, einen Druck Pa aufweisenden Teil des Kammerraumes und dem hinter dem Dämpfungsflügel 42 liegenden, einen Druck p? aufweisenden Teil der Kammer 52 zuläßt. In die Kammer reicht außerdem ein /Hiir»r»\wa r»H ifY«*r mit /iarn Kit-»*!*»· rJor Ctmir^kaika "5 Λ

liegenden Raum des Ansaugrohres in Verbindung stehender Faltenbalg 55 hinein. Der Faltenbalg 55 wirkt als elastische Trennwand und hat nur geringe Rückstellkräfte. Solange der Saugrohrdruck p\ einen konstanten Wert hat, ist der Druck Pa = pi- Dann ist der Dämpfungsflügel 42 unwirksam.

Wenn jedoch der Saugrohrdruck p\ sich bei auftretenden Pulsationen aus einem Gleichdruck und einem überlagerten Wechseldruck zusammensetzt, so überträgt sich der Wechseldruck über den weichen Faltenbalg 55 auf den Kammerdruck pi, so daß der Wechseldruck über den Dämpfungsflügel 42 ein kompensierendes Drehmoment auf die Stauscheibe 30 ausübt; diese kann dann bei geeigneter Wahl der Kammer- und Flügelabmessungen keine wesentlichen Schwingungen ausführen.

Wenn jedoch zum Zweck der Beschleunigung der Brennkraftmaschine die Drosselklappe 28 geöffnet wird, so sinken zunächst die beiden Drücke p\ und pi ab, so daß kein Drehmoment entsteht, welches dem von einer nicht dargestellten Rückstellfeder herrührenden Rückstellmoment M_r entgegenwirkt. Erst durch den langsamen Ausgleich des Druckes pi an den Druck P_A, welcher über den Drosselspalt 54 stattfindet, kann ein Drehmoment an der Stauscheibe wirksam werden. Dadurch wird eine Dämpfung der Stauscheibe 30 auch bei der Beschleunigung bewirkt. Die Größe der Dämpfung hängt von der Drosselwirkung am Drosselspalt 54 ab und kann den Erfordernissen entsprechend gewählt werden.

Wenn es erforderlich sein sollte, die Kompensation für die pulsierenden Wechseldrücke so stark zu machen, daß die Stauscheibe 30 im Übergangsbereich den Änderungen der Luftaufnahme der Brennkraftmaschine zu langsam folgen würde, so kann dies dadurch verhindert werden, daß an dem Dämpfungsflügel 42 zwei nicht dargestellte, unter Vorspannung stehende Flatterventile vorgesehen werden, von denen jeweils eines gegen den Druck /% und das andere gegen den Druck Pa sperrt.

Wie oben bereits angedeutet, sind die in ihrer Auswirkung auf die Stauscheibe unerwünschten Pulsationen beim Betrieb der Brennkraftmaschine unter hoher Last, d. h. bei voll oder mindestens annähernd voll geöffneter Drosselklappe besonders stark. Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 wird eine in Abhängigkeit von der Last bzw. von der Stellung der Drosselklappe 28 wirksam werdende Kompensation erzielt Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen nach F i g. 1 lediglich dadurch, daß die von dem Dämpfungsflügel 42 begrenzte Dämpfungskammer 45 über eine Rückführleitung 71 an den in der Ansaugrichtung hinter der Drosselklappe 28 liegenden Saugraum 72 des Ansaugrohres 25 angeschlossen ist In unmittelbarer Nähe der Kammer 45 ist im Zuge der Rückführleitung 71 eine Drosselstelle 73 angeordnet Vor der Einmündung der Rückführleitung in den Saugraum 72 befindet sich eine Ventileinrichtung 75, deren Ventilteller 76 an einer Zugfeder 77 hängt und gegen den Zug dieser Feder von dem im Saugraum 72 herrschenden Unterdruck in seine Schließstellung gebracht wird, wenn der Ansaugdruck im Saugraum 72 einen festgelegten Wert unterschreitet Die Rückführleitung 71 wird demzufolge erst dann geöffnet, wenn beim steigenden Saugrohrdruck dieser Mindestwert überschritten wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.4 sind Maßnahr, mer. getroffen, die eine Ubergangsanreicherung für das Kraftstoffluftgemisch der Brennkraftmaschine bewirken und sicherstellen, daß beim plötzlichen öffnen der Drosselklappe zur Erzielung eines raschen Beschleunigungsvorgangs die Stauscheibe stärker ausgelenkt wird

ίο als es dem momentanen Luftdurchsatz entspricht. Mit der hinter dem Dämpfungsflügel 42 liegenden Dämpfungskammer 45 steht eine Bohrung 80 in Verbindung, die zu einer Hilfskammer 81 führt, welche durch eine Membran 82 abgeschlossen ist Im Zentrum der Membran sitzt eine Verstärkungsscheibe 83, die an einen der beiden Anne eines Hebels 84 angelenkt ist Der andere Arm dieses Hebels ist über eine Stange 85 mit dem Ausleger 86 der Drosselklappe 28 gekuppelt Wenn zum Beschleunigen der Brennkraftmaschine die Drosselklappe in der angedeuteten Pfeilrichtung gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, zieht der zweiarmige Hebel 84 in Pfeilrichtung die Membran nach außen und erzeugt praktisch ohne zeitliche Verzögerung in der Kammer 45 einen Unterdruck, welcher über den Dämpfungsflügel 42 die Stauscheibe 30 stärker auslenkt als es der beim Beginn des Beschleunigungsvorgangs erst langsam wachsenden Ansaugluftmenge entspricht Die Drosselbohrung 46 in dem Dämpfungsflügel sorgt dafür, daß die hierdurch entstehende Kraftstoffanrei-

Jd cherung nur kurze Zeit andauert, nämlich so lange, bis sich der von der Membran 82 erzeugte Unterdruck über die Drosselbohrung 46 dem Druck im Ansaugrohr angeglichen hat Damit die Hilfskammer nur wirksam werden kann, wenn die Drosselklappe 28 im öffnungssinne gedreht wird, ist die Verbindungsbohrung 80 durch ein von einer Blattfeder 87 belastetes Plattenventil 88 verschlossen, das eine zentrale Ausgleichsbohrung 89 hat Durch diese kann bei einer Schließbewegung der Drosselklappe nur wenig an zusätzlicher Luft aus der

4(i Hilfskammer 81 in die Dämpfungskammer 45 abströmen, was zur Folge hat, daß während der Schließbewegung eine Beeinflussung der Stellung der Stauscheibe 30 nicht möglich ist
Die in F i g. 3 wiedergegebene Anordnung kann zur Erzielung einer temperaturabhängigen Korrektur nach F i g. 5 auch in der Weise abgewandelt werden, daß die Rückführleitung 71 in ein Ventilgehäuse 91 eingeleitet wird, dessen Verbindungsbohrung 92 zu dem hinter der Drosselklappe 28 liegenden Saugraum 72 führt und

so durch einen Ventilkegel 93, der an einer Bimetallfeder 94 sitzt temperaturabhängig verengt oder erweitert werden kann. Anstelle einer Bimetallfeder 94 kann auch ein Dehnstoffelement 95 vorgesehen sein.

Durch geeignete Wahl der Anschlußstelle der

Rückführleitung 71 an die Kammer 45 kann man den Einfluß der Lastabhängigkeit in der erwünschten Weise beeinflussen. Der Vorteil dieser Anordnungen liegt darin, daß die Auslenkung der Stauscheibe 30 nur mit Hilfe von Druckwirkungen erfolgt und somit keinerlei mechanische EinfluBglieder, vor allem keine Hebelgestänge und dergleichen notwendig sind, welche eine zusätzliche Reibung verursachen würden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t. Luftmengenmesser mit einer im Ansaugkana! einer Brennkraftmaschine im wesentlichen quer zur Ansaugluftströmung angeordneten Stauscheibe, die an einer am Rande des Kanalquerschnittes gelagerten Welle sitzt und entgegen einer Federkraft schwenkbar ist zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zur Maschine, insbesondere zur Verwendung bei einer intermittierend arbeitenden Kraftstoffeinspritzanlage, wobei im Schwenkbereich der Stauscheibe die den Ansaugluftstrom einschließende Wand bzw. einschließende Wände so gestaltet ist bzw. sind, daß sich der Öffnungsquerschnitt in Strömungsrichtung mindestens annähernd exponentiell zum Stellweg der Stauscheibe erweitert, mit einem mit der Welle der Stauscheibe gekuppelten Dämpfungsflügel, der in einer Dämpfungskammer eines sektorförmigen Gehäuses schwenkbar geführt ist, nach Patent 2053 132, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Dämpfungskammer (45) durch den stromabwärts der Stauscheibe (30) herrschenden Druck im Saugrohr (25) oder durch einen anderen von der Drosselklappenverstellung abhängigen Druck beeinflußbar ist
2. Luftmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskammer (45) mit dem stromabwärts der Stauscheibe (30) liegenden Saugraum verbunden und ein Abschnitt der Dämpfungskammer (45) vom Dämpfungsflügel (42) gegen diesen Saugraum abgrenzbar ist
3. Luftmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskammer einen Abschnitt (52) aufweist, der gegen den in Luftströmungsrichtung stromabwärts der Stauscheibe (30) liegenden Saugraum durch elastische Trennwände abgedichtet ist, wohingegen der auf der anderen Seite des Dämpfungsflügels (42) liegende Teil der Dämpfungskammer mit dem vor der Stauscheibe liegenden Saugraum in Verbindung steht
4. Luftmengenmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als elastische Trennwand ein Faltenbalg (55) dient
5. Luftmengenmesser nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsflügel (42) eine Drosselbohrung (46) enthält.
6. Luftmengenmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselbohrung (46) durch einen federbelasteten Ventilkörper abgedichtet ist.
7. Luftmengenmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als federbelasteter Ventilkörper ein Flachsitzventilteller dient.
8. Luftmengenmesser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei federbelastete Ventilkörper vorgesehen sind, von denen jeder gegen eine andere der beiden Dämpfungsflügelseiten abdichtet.
9. Luftmengenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Saugrohrdruck (ps) ausgesetzte Fläche der Stauscheibe (30) wenigstens annähernd gleich groß wie die Fläche des Dämpfungsflügels (42) ist.
10. Luftmengenmesser nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß von dem vom Dämpfungsflügel (42) abgegrenzten Abschnitt der Dämpfungskammer (45) zu dem stromabwärts der Drosselklappe liegenden Saugraiim ί72ϊ eine Leitun·» '7Π führt in welcher ein? in

Abhängigkeit vom Saugrohrdruck schließende Ventileinrichtung (75,77) angeordnet ist
11. Luftmengenmesser nach einem der Ansprüche !, 2 und 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß von dem vom Dämpfungsflügel (42) abgegrenzten Abschnitt der Dämpfungskammer (45) zu dem stromabwärts der Drosselklappe liegenden Saugraum (72) eine Leitung (71) mit einer Ventileinrichtung (91) führt, die eine temperaturabhängig veränderbare Verbindungsöffnung (92) zum Saugraum (72) enthält
12. Luftmengenmesser nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Dämpfungsflügel abgegrenzte Abschnitt der Dämpfungskammer (45) mit dem Innenraum (81) einer Druckdose verbunden ist, deren elastische Membran (82) mit der Drosselklappe (28) in der Weise verbunden ist, daß sich beim Offnen der Drosselklappe eine Vergrößerung des Innenraums (81) und demzufolge eine Druckminderung in der Kammer (45) ergibt
13. Luftmengenmessernach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem vom Dämpfungsflügel abgegrenzten Abschnitt der Dämpfungskammer (45) untf dem Innenraum (82) eine ständig offene Drosselstelle (89) vorgesehen ist
14 Luftmengenmessernach Anspruch 12oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (80) zwischen dem vom Dämpfungsflügel abgegrenzten Abschnitt der Dämpfungskammer (45) und dem Innenraum (81) ein Ventil (88) aufweist, das bei Unterdruck im Innenraum (81) öffnet.