Derartige Kraftstoff-Dosiervorrichtungen werden üblicherweise als Mem- branvergaser für Brennkraftmaschinen eingesetzt. Bei einem Membranverga- ser wird durch einen während des Ansaugvorgangs in einem Ansaugkanal oder einer Kurbelkammer entstehenden Unterdruck eine bewegliche Mem- bran verlagert, wodurch eine Kraftstoffsperre geöffnet wird und frischer Kraftstoff in eine Kraftstoffkammer einfließen kann. Aus der Kraftstoffkam- mer strömt der Kraftstoff über an sich bekannte Regeleinrichtungen und Düsen in den Ansaugtrakt, wo er mit ebenfalls einströmender Luft vermischt und schließlich als Kraftstoff-Luftgemisch in eine Brennkammer geführt wird. Neben anderen spezifischen Größen des Vergasers bestimmt dabei die Auslenkung der Membran die jeweils gelieferte Kraftstoffmenge. Die Mo- tordrehzahl und die gelieferte Kraftstoffmenge stehen annähernd in Propor- tion, da bei hoher Motordrehzahl pro Zeiteinheit viel Kraftstoff angesaugt wird, während bei geringer Motordrehzahl und entsprechend reduzierter Hubzahl weniger Kraftstoff fließt.

Aus der DE 199 13 073 C2 ist eine Kraftstoff-Dosiervorrichtung bekannt, bei der die Lage und/oder die Beweglichkeit des z. B. durch eine Membran ge- bildeten beweglichen Elements durch ein aktives Stellglied beeinflussbar ist, dessen Steuerung mit einer Zündvorrichtung einer Brennkraftmaschine ge- koppelt ist. In dieser Weise kann bei Auslassung eines Zündimpulses ein überflüssiges Zuführen von Kraftstoff in den Ansaugtrakt der Brennkraftma- schine verringert oder auch vollständig unterbunden werden.

Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen, denen das Kraftstoff-Luftgemisch über einen Vergaser zugeführt wird, stellt die stöchiometrisch korrekte Zu- sammensetzung des Kraftstoff-Luftgemisches eine wichtige Voraussetzung für eine vollständige Verbrennung, eine optimale Motorleistung und ein gün- stiges Abgasverhalten des Motors dar.

Die Konzentration von Sauerstoff pro Volumenanteil Luft ist im Allgemeinen von der jeweiligen Höhenlage abhängig, in der eine Brennkraftmaschine zum

Einsatz kommt, wobei die Sauerstoffkonzentration in größeren Höhen ab- nimmt. Entsprechend wird die Leistung der Brennkraftmaschine beim Ein- satz in größeren Höhen durch die verringerte Sauerstoffkonzentration und eine dadurch bedingte Abweichung von der stöchiometrisch korrekten Zu- sammensetzung des Kraftstoff-Luftgemisches herabgesetzt. Dies macht eine neue Justierung des Vergasers zur Anpassung an die geänderte Einsatzhöhe erforderlich, um das der Brennkraftmaschine zuzuführende optimale Kraft- stoff-Luftverhältnis wieder herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoff-Dosiervorrichtung anzugeben, mit der Verbrennungsmotoren automatisch angepasst an unter- schiedliche Einsatzhöhen betrieben werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Kraftstoff-Dosiervorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterent- wicklungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Dosiervorrichtung weist eine Kraftstoff- kammer, einen öffen-und schließbaren Kraftstoffeinlass zu der Kraftstoff- kammer und wenigstens einen Kraftstoffauslass von der Kraftstoffkammer zu einem Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine auf, wobei ein Teil einer Wandung der Kraftstoffkammer aus einem ersten, in Abhängigkeit von ei- nem Druckunterschied zwischen einem Druck in der Kraftstoffkammer und einem Umgebungsluftdruck beweglichen Element besteht, das mit einem Schließelement zum Öffnen und Schließen des Kraftstoffeinlasses gekoppelt ist, und wobei eine Kraftstoffmenge, die dem Ansaugkanal für eine vorbe- stimmte Betriebsstellung der Brennkraftmaschine zuzuführen ist, in Abhän- gigkeit vom Umgebungsluftdruck regulierbar ist.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Dosiervorrichtung besteht darin, dass die Veränderlichkeit der Zusammensetzung von Luft je- weils abhängig von einer entsprechenden Höhe automatisch durch eine ent- sprechend zugeführte Kraftstoffmenge ausgeglichen wird, so dass der Brenn- kraftmaschine stets nur so viel Kraftstoff zugeführt wird, wie für eine stöchiometrisch korrekte Verbrennung erforderlich ist.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung sieht vor, dass die Kraftstoff-Dosiervor-

richtung mit einer Durchfluss-Reguliereinrichtung zur Einstellung der Kraft- stoffzufuhr in den Ansaugkanal, einer Stelleinrichtung, die mit der Durch- fluss-Reguliereinrichtung koppelbar ist, und mit einer Druckerfassungsein- richtung zur Erfassung einer Änderung des Umgebungsluftdrucks versehen ist. Ferner weist die Kraftstoff-Dosiervorrichtung dieser Ausführungsform eine Steuerungseinrichtung auf, durch die in Abhängigkeit von der Drucker- fassungseinrichtung die Stelleinrichtung betrieben werden kann, um die Durchfluss-Reguliereinrichtung zu betätigen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoff- Dosiervorrichtung kann die Druckerfassungseinrichtung eine Düsennadel in einem Durchlass zwischen der Kraftstoffkammer und dem Ansaugkanal als die Durchfluss-Reguliereinrichtung aufweisen, wobei sich eine Stellung der Düsennadel in dem Durchlass mittels der Stelleinrichtung verstellen lässt, die durch die Steuerungseinrichtung betrieben werden kann. In Abhängig- keit vom jeweiligen Umgebungsluftdruck, der durch die Druckerfassungsein- richtung, wie z. B. ein Drucksensor und dergleichen, erfasst werden kann, kann die Düsennadel z. B. durch ein digitales Signal der Steuerungseinrich- tung derart eingestellt werden, dass die Gemischzusammensetzung in der Dosiervorrichtung ein stöchiometrisch korrektes Verhältnis annimmt.

Eine andere vorteilhafte Weiterentwicklung sieht vor, dass die Durchfluss- Reguliereinrichtung das Schließelement aufweisen kann, und dass die Stell- einrichtung das erste bewegliche Element aufweisen kann. Bei dieser Aus- führungsform kann das erste bewegliche Element mit einer vom Umgebungs- luftdruck abhängigen Vorspannungskraft beaufschlagt werden, wobei das erste bewegliche Element durch eine Änderung der Vorspannungskraft in Bewegung versetzt und dadurch das Schließelement betätigt werden kann.

Bei der vorstehend genannten Ausführungsform kann die Vorspannungs- kraft auf einer magnetischen Wechselwirkung beruhen. Hierbei kann in Ge- genüberstellung zum ersten beweglichen Element ein zweites Element ange- ordnet sein, das in Abhängigkeit von einer Änderung des Umgebungsluft- drucks und in Richtung des ersten beweglichen Elements beweglich ist. Fer- ner sind sowohl an dem ersten beweglichen Element als auch an dem zwei- ten beweglichen Element ein erstes bzw. zweites magnetisches Teil ange- bracht, wobei das zweite bewegliche Element dem ersten beweglichen Teil

derart angenähert ist, dass sich eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem ersten magnetischen Teil und dem zweiten magnetischen Teil verstärkt, infolgedessen das erste bewegliche Teil zum Betätigen des Schließelements in Bewegung versetzt werden kann.

Der wesentliche Vorteil der vorstehend genannten Ausführungsform besteht darin, dass bei einer Abnahme des Umgebungsluftdrucks erst durch die Be- weglichkeit des zweiten beweglichen Elements das daran angebrachte zweite magnetische Teil in Richtung des ersten beweglichen Elements bzw. des dar- an angebrachten ersten magnetischen Teils bewegt wird und sich dadurch der Abstand zwischen den beiden magnetischen Teilen verringert. Im Ergeb- nis verstärkt sich eine Wechselwirkung zwischen den Magneten, was dazu führt, dass das erste magnetische Teil durch das zweite magnetische Teil stärker angezogen wird. Hierdurch ändert sich die Position des ersten be- weglichen Elements, wodurch das mit dem ersten beweglichen Element ge- koppelte Schließelement den Kraftstoffeinlass derart verengt, dass die Menge des durch die Kraftstoffkammer strömenden Kraftstoffs zur Anpassung des stöchiometrischen Verhältnisses an die geänderte Einsatzhöhe verringert wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Druckerfas- sungseinrichtung die Kammer aufweisen, und ferner kann die Steuerungs- einrichtung das zweite bewegliche Element aufweisen. Hierbei kann das zweite bewegliche Element eine Kammer hermetisch verschließen, wobei zwi- schen dem ersten beweglichen Element und dem zweiten beweglichen Ele- ment ein Zwischenraum vorgesehen ist, der zur Umgebung hin offen ist. Bei einer Abnahme des Umgebungsluftdrucks kommt es entsprechend zu einer Bewegung des zweiten beweglichen Elements in Richtung des ersten bewegli- chen Elements, wodurch die vorstehend beschriebene magnetische Wechsel- wirkung zwischen den beiden magnetischen Teilen und die dadurch erzielte Korrektur der einströmenden Kraftstoffmenge erzielt wird.

Eine andere Ausführungsform der Kraftstoff-Dosiervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung ein aktives Stellglied aufweist, durch das sich die Vorspannungskraft erzeugen lässt. Hierbei kann an dem ersten beweglichen Element ein erstes magnetisches Teil angebracht sein, während das Stellglied aus einem Elektromagneten gebildet sein kann, der

dem ersten magnetischen Teil gegenüberliegt, und wobei ein den Elekroma- gneten durchfließender Strom proportional zum Umgebungsluftdruck ist.

Ferner kann das Stellglied mit einer Kennfeldsteuerung elektrisch verbun- den sein, die den den Elektromagneten durchfließenden Strom in Abhängig- keit vom Umgebungsluftdruck einstellt.

Bei dieser Ausführungsform kann die Kennfeldsteuerung z. B. ein analoges oder digitales elektromagnetisches Signal ausgeben, mit dem auf Basis des gemessenen Umgebungsluftdrucks eine geeignete Durchflutung des Elektro- magneten und somit die dem Luftdruck und dem Lastfall angemessene stöchiometrische Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches einge- stellt werden kann.

Alle der vorstehend genannten möglichen Ausführungsformen der erfin- dungsgemäßen Kraftstoff-Dosiervorrichtung besitzen den Vorteil, dass die Kraftstoffmenge, die dem Ansaugkanal zum Betrieb der Brennkraftmaschine zuzuführen ist, bei Abnahme des Umgebungsluftdrucks automatisch auf ei- nen kleineren Wert eingestellt werden kann, um für das Kraftstoff-Luft-Ge- misch eine stöchiometrisch korrekte Zusammensetzung unter Berücksichti- gung der jeweils vorherrschenden Sauerstoffkonzentration zu gewährleisten.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraft- stoff-Dosiervorrichtung in einem Teilschnitt, wobei zur Er- läuterung des Funktionsprinzips teilweise Gestaltungszonen in die Schnittebene hereingeklappt sind ; Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraft- stoff-Dosiervorrichtung im Teilschnitt ; und Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoff- Dosiervorrichtung im Teilschnitt.

In den Fig. 1 bis 3 sind jeweils schematisch ein Aufbau einer ersten bis drit- ten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Dosiervorrichtung dargestellt. Im Folgenden sind zunächst die Merkmale erläutert, die den ge- zeigten Ausführungsformen gemeinsam sind.

Die Kraftstoff-Dosiervorrichtung umfaßt ein Gehäuse 1 sowie einen oberen Deckel 2 und einen unteren Deckel 3.

Da das Grundprinzip einer derartigen auch als Membranvergaser bezeichne- ten Kraftstoff-Dosiervorrichtung bekannt ist, wird auf eine detaillierte Be- schreibung verzichtet.

Der Kraftstoff wird von einem nicht dargestellten Tank über einen Einlass- kanal 4 zu einer Kraftstoffkammer 5 geführt. Am Ende des Einlasskanals 4 ist ein Kraftstoffeinlass 6 zu der Kraftstoffkammer 5 vorgesehen, der durch eine als Schließelement dienende Einlassnadel 7 geöffnet und geschlossen werden kann.

Die Einlassnadel 7 wird von einem Hebel 8, die zusammen ein Schließele- ment zum Öffnen und Schließen des Kraftstoffeinlasses 6 bilden, wobei der Hebel 8 um eine Achse 9 verschwenkbar ist und durch eine Feder 10 derart beaufschlagt wird, dass die Einlassnadel 7 den Kraftstoffeinlass 6 ver- schließt.

Am anderen Ende des Hebels 8 ist über einen Zapfen 11 eine als erstes be- wegliches Element dienende obere Membran 12 angekoppelt, die die Kraft- stoffkammer 5 gegenüber einer mit der Umgebung kommunizierenden Ge- gendruckkammer 13 trennt. Die Membran 12 bildet somit einen Teil der Wandung der Kraftstoffkammer 5.

Aus der Kraftstoffkammer 5 kann der Kraftstoff über einen Hauptkraftstof- fauslass 14 für den Arbeitsbetrieb der Brennkraftmaschine oder über Leer- lauf-Kraftstoffauslässe 15 in einen Ansaugtrakt 16 gelangen, wo sich der Kraftstoff mit in Pfeilrichtung heranströmender Luft vermischt und schließ- lich als Kraftstoff-Luftgemisch einer nicht dargestellten Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Diese Zuführung wird durch die Pump- bewegung eines Kolbens in der Brennkammer bewirkt, der während eines

Ansaugtakts das Gemisch ansaugt. In dem Ansaugtrakt 16 sind weiterhin eine Chokeklappe 16a und eine Drosselklappe 16b angeordnet, deren Funk- tionsweise allgemein bekannt sind.

Die Saugwirkung durch den Kolben bewirkt eine Druckminderung in der Kraftstoffkammer 5, wodurch sich die Membran 12-unterstützt durch den auf ihre Rückseite wirkenden Umgebungsdruck in der Gegendruckkammer 13-in das Innere der Kraftstoffkammer 5 verlagert. Dadurch wird der Hebel 8 gegen die Wirkung der Feder 10 verschwenkt, so dass die Einlaßnadel 7 vom Kraftstoffeinlaß 6 abhebt und frischer Kraftstoff aus dem Einlaßkanal 4 nachströmen kann bzw. durch den Unterdruck in der Kraftstoffkammer 5 eingesaugt wird.

Sobald der Druckausgleich erfolgt ist, bewegt sich die Membran 12 aufgrund der Unterstützung durch die Feder 10 wieder in ihre Ausgangsstellung, wo- durch der Kraftstoffeinlaß 6 erneut verschlossen wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Kraftstoff-Dosier- vorrichtung lässt sich eine Düsennadel 17, die in einem Durchlass 18 des Gehäuses 1 zwischen der Kraftstoffkammer 5 und dem Ansaugtrakt 16 ange- ordnet ist, mittels einer Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) derart einstel- len, dass sich mit einer dadurch variierten, dem Ansaugtrakt 16 zugeführten Kraftstoffmenge das Kraftstoff-Gemisch auf eine stöchiometrisch korrekte Zusammensetzung einstellen lässt, die einer vorherrschenden Sauerstoff- konzentration in der jeweiligen Einsatzhöhe der Brennkraftmaschine ent- spricht. Anders ausgedrückt, werden durch Mittel zur Erfassung einer Ände- rung des Umgebungsluftdrucks, wie z. B. Drucksensoren, Messwerte des Umgebungsluftdrucks aufgenommen und an die Steuerungseinrichtung zur weiteren Verarbeitung ausgegeben. Nach einer entsprechenden Verarbeitung kann die Steurungseinrichtung z. B. digitale Steuersignale erzeugen und diese an Stellglieder (nicht gezeigt) zum Einstellen der Düsennadel 17 aus- geben.

Die in der Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform ist gegenüber der er- sten Ausführungsform dahingehend abgewandelt, dass die Düsennadel 17 nicht mit einer Steuerungseinrichtung verbunden und somit lediglich manu- ell einstellbar ist. Ferner ist an einer Unterseite der oberen Membran 12,

welche Unterseite sich außerhalb der Kraftstoffkammer 5 befindet, ein erster Magnet 19 angebracht. Im Bereich des unteren Deckels 3 ist eine als zweites bewegliches Element dienende untere Membran 20 vorgesehen, die eine Kammer 21 hermetisch verschließt und die sich parallel zur oberen Mem- bran 12 erstreckt. In Gegenüberstellung zum ersten Magneten 19 ist auf ei- ner Oberseite der unteren Membran ein zweiter Magnet 22 angebracht.

Die Teilschnittansicht von Fig. 2 macht deutlich, dass bei dieser Ausfüh- rungsform die Gegendruckkammer 13 von der oberen Membran 12 und der unteren Membran 20 begrenzt ist, wobei die Gegendruckkammer 13 über eine Ausgleichsöffnung 23 zur Umgebung hin offen ist. Demnach kommt es bei einem Einsatz der Brennkraftmaschine in größeren Höhen, d. h. bei ei- ner Abnahme des Umgebungsluftdrucks und damit einem abnehmenden Druck in der Gegendruckkammer 13, infolge des abgeschlossenen Volumens in der hermetisch verschlossenen Kammer 21 zu einer Bewegung der unte- ren Membran 20 mit dem darauf angebrachten zweiten Magneten 22 in Rich- tung des an der oberen Membran 12 angebrachten ersten Magneten 19, wo- durch sich eine magnetische Wechselwirkung zwischen den beiden Magne- ten 19,22 verstärkt. Dies hat zur Folge, dass bei einer vorbestimmten Be- triebsstellung der Brennkraftmaschine, in der die obere Membran 12 auf- grund der Saugwirkung durch den oder die Kolben in die Kraftstoffkammer 5 hinein verlagert ist, die Krümmung der oberen Membran 12 infolge einer durch die magnetische Wechselwirkung bewirkten, nach unten gerichteten Vorspannungskraft vermindert wird, wodurch der Kraftstoffeinlass 6 über den Hebel 8 und durch die Einlassnadel 7 verengt und somit die zugeführte Kraftstoffmenge vermindert wird.

In der vorstehend beschriebenen Weise wird bei vermindertem Umgebungs- luftdruck automatisch erreicht, dass das Kraftstoff-Luftgemisch infolge der erläuterten magnetischen Wechselwirkung zwischen den beiden Magneten 19,22 auf eine entsprechend korrigierte stöchiometrische Zusammenset- zung mit einer entsprechend dem geringeren Sauerstoffgehalt reduzierten Kraftstoffmenge festgesetzt wird.

Die in der Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsform ist gegenüber der zwei- ten Ausführungsform dahingehend abgewandelt, dass anstelle der unteren Membran 20 mit der hermetisch verschlossenen Kammer 21 im Bereich des

unteren Deckels 3 ein aktives Stellglied 24 vorgesehen ist. Das aktive Stell- glied 24 ist dabei derart in den unteren Deckel 3 eingebracht, dass es in Ge- genüberstellung zu dem an der oberen Membran 12 angebrachten ersten Magneten 19 ist. Bei dem aktiven Stellglied 24 handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromagneten.

Das Funktionsprinzip der dritten Ausführungsform basiert darauf, dass mit- tels des Elektromagneten 24, analog zur zweiten Ausführungsform, eine auf die obere Membran 12 wirkende Vorspannungskraft erzeugt werden kann, indem der Elektromagnet 24 durch einen Strom durchflossen wird, so dass es zu einer magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Elektromagneten 24 und dem ersten Magneten 19 kommt. Der Elektromagnet 24 ist dabei mit einer Kennfeldsteuerung (nicht gezeigt) elektrisch verbunden, die den Strom, welcher den Elektromagneten 24 durchfließt, in Abhängigkeit vom jeweiligen Umgebungsluftdruck derart einstellt, dass dadurch das Kraftstoff-Luftge- misch an die entsprechende Einsatzhöhe der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. Der Umgebungsluftdruck läßt sich geeignet z. B. durch einen Drucksensor (nicht gezeigt) erfassen, von dem ein Ausgabesignal in die Kennfeldsteuerung zur weiteren Verarbeitung eingegeben wird. Ist an den Elektromagneten 24 ein entsprechender Strom angelegt, wird der erste Ma- gnet 19 durch die magnetische Wechselwirkung in Richtung des Elektroma- gneten 24 angezogen, wobei die Auswirkung auf den Kraftstoffeinlass 6 und die resultierende zugeführte Kraftstoffmenge die gleiche wie bei der zweiten Ausführungsform ist.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann anstelle des ersten Magne- ten 19 auch ein Element aus Metall vorgesehen sein, dass in gleicher Weise wie der erste Magnet 19 an der oberen Membran 12 angebracht ist. Dieses Element aus Metall übernimmt hierbei die gleiche Funktion wie der erste Magnet 19 und gewährleistet die vorstehend erläuterte magnetische Wech- selwirkung.

Die erläuterte dritte Ausführungsform kann dahingehend abgewandelt sein, dass der Elektromagnet 24 innerhalb der Kraftstoffkammer 5 angeordnet ist.

In diesem Fall wäre der Elektromagnet 24 durch die Kennfeldsteuerung der- art anzusteuern, dass im Hinblick auf die erwünschte Korrektur der dem Ansaugtrakt zugeführten Kraftstoffmenge eine Vorspannungskraft erzeugt

wird, die der Krümmung der Membran 12 entsprechend entgegenwirkt.

Statt des beschriebenen Elektromagneten 24 können auch andere Stellglie- der verwendet werden, die-je nach Ausführungsform-auch direkt mit der Membran 12 verbunden sein können. Dabei eignen sich vor allem piezoelek- trische Stellglieder. Ferner können aber auch magnetostriktive, hydraulische oder pneumatische Stellglieder, angepasst an den jeweiligen Anwendungs- fall, zweckmäßig sein.