DE1094041B - Einspritzanlage fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung und Benzineinspritzung, die eine elektrische Regeleinrichtung zur Anpassung der Einspritzmengen an die angesaugte Luftmenge enthält und bei der die zur Verstellung eines mechanischen, die Einspritzmengen bestimmenden Stellgliedes erforderliche Stellkraft durch eine an das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeschlossene Unterdruckdose gewonnen wird, deren Unterdruck mittels eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils durch Verbindung mit der Außenluft verringert werden kann, wobei eine Verringerung des Unterdrucks eine Erhöhung der Einspritzmenge bewirkt.

Es sind Regeleinrichtungen bekannt, die in Abhängigkeit von der Maschinenleistung oder Maschinendrehzahl arbeiten und in einem oder mehreren unteren Gängen des an die Maschine angeschlossenen Getriebes die Einspritzmenge zur Erzielung einer Höchstleistung erhöhen. Dazu ist ein mit dem Getriebeschalthebel gekuppelter elektrischer Schalter vorgesehen, der im Betätigungsstromkreis eines elektromagnetischen Schalters liegt. Dieser wirkt mit seinem beweglichen Anker auf eine Luftdüse ein, die zwischen einer Unterdruckkammer und einem Membranregler angeordnet ist, der das Brennstoffmengenregelglied, z. B. eine Regelzahnstange einer Einspritzanlage verstellt.

Demgegenüber lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung zu schaffen, mit welcher die zur Einspritzung gelangenden Kraftstoffmengen dem tatsächlichen Luftgewicht angepaßt und hierbei auch die für die Gemischbildung wichtigen Faktoren möglichst gleichzeitig berücksichtigt werden, d. h. also, die Regelung nicht nur in Abhängigkeit von der Drosselklappe und der Drehzahl vorzunehmen, sondern auch in Abhängigkeit von der Temperatur der Ansaugluft, dem Außenluftdruck und dem Feuchtigkeitsgehalt der Ansaugluft und dergleichen.

Dies ist in besonders einfacher Weise möglich, wenn gemäß der Erfindung eine elektrische Brücke vorgesehen ist, in deren einem Brückenzweig ein dem Ansaugluftstrom ausgesetzter elektrisch beheizter, temperaturabhängiger, bei Abkühlung größer werdender Widerstand und hiermit in Reihe geschaltet ein mit steigender Drehzahl kleiner werdender Widerstand liegt, während ihr anderer Brückenzweig ein Potentiometer enthält, dessen Abgriff mit der Unterdruckdose gekuppelt und an einen Transistor angeschlossen ist, der mit seiner Steuerstrecke in die Diagonale der Brücke eingeschaltet ist und bei Fehlabgleich der Brücke das den Unterdruck an der Druckdose erniedrigende, elektromagnetisch betätigbare Ventil periodisch wechselnd kurzzeitig öffnet und schließt.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der

Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen

Anmelder:

Robert Bosch G.m.b.H.,
Stuttgart W, Breitscheidstr. 4

DipL-Ing. Dr. Richard Zechnall, Stuttgart,

und Kurt Paule, Stuttgart-Obertürkheim,

sind als Erfinder genannt worden

Erfindung eine Einspritzanlage mit einer elektrischen Einrichtung zur Regelung der Einspritzmenge dargestellt.

Die Einspritzanlage enthält eine Einspritzpumpe 10, die zum Betrieb einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine bestimmt ist und mit dieser durch einen Antriebsflansch 11 verbunden ist. Die jeweilige von der Einspritzpumpe je Arbeitstakt der Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge kann durch Schwenken eines Stellhebels 12 eingestellt werden.

In dem mit 13 bezeichneten Ansaugrohr der Brennkraftmaschine ist eine drehbare Drosselklappe 14 angeordnet, deren öffnungswinkel über einen Winkelhebel 15 und eine mit diesem gelenkig verbundene Steuerstange 16 durch einen Fußhebel 17 einstellbar ist.

Außerdem ist eine elektrische Steuereinrichtung vorgesehen, die im wesentlichen aus einer Brückenschaltung besteht, deren einer Zweig durch einen Festwiderstand 21, einen im Ansaugluftkanal 13 untergebrachten Heißleiterwiderstand 22 und einem verstellbaren Widerstand 23 besteht, während der andere Brückenzweig durch einen Potentiometer 24 gebildet wird. Die Brücke ist zum Anschluß an eine nicht dargestellte Gleichstromquelle bestimmt, deren Klemmen in der Zeichnung mit den üblichen Symbolen bezeichnet sind.

Die im Diagonalzweig der Brücke zwischen dem Abgriff des Potentiometers 24 und dem Verbindungspunkt des Festwiderstandes 21 und des Heißleiters 22 entstehende Regelspannung liegt an der Steuerstrecke eines Transistors 25 vom pnp-Typ, dessen Emitterelektrode E mit dem Widerstand 21 und dem Heißleiter 22 verbunden ist. Die Basis B des Transistors

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ist über die Sekundärwicklung 26 b eines Niederfrequenztransformators an den Abgriff des Potentiometers 24 angeschlossen. Die Primärwicklung 26a des Niederfrequenztransformators verbindet die Kollektorelektrode C des Transistors mit dem einen Ende einer Magnetspule 27. Das andere Ende der Magnetwicklung liegt am Minuspol der Betriebsstromquelle. Mit dem beweglichen Eisenkern 28 der Magnetspule ist ein Ventilteller 29 gekuppelt, der die Auslaßöffnung eines mit 30 bezeichneten Unterdruckraums öffnet und schließt.

Der Unterdruckraum 30 ist durch eine enge Bohrung 33 mit dem Ansaugluftkanal 13 der Brennkraftmaschine verbunden. Eine an den Unterdruckraum 30 angeschlossene Membrandose 31 ist durch eine nicht näher dargestellte Regelstange 32 mit dem Verstellhebel 12 der Einspritzpumpe 10 einerseits und über ein bei 34 angedeutetes Gestänge mit dem verstellbaren Abgriff des Potentiometers 24 andererseits mechanisch gekuppelt.

Im Ansaugkanal der Brennkraftmaschine liegt außerdem eine Heizspule 36, die auf den Heißleiterwiderstand 22 derart aufgewickelt ist, daß dieser die von der Heizspule entwickelte Wärme aufnehmen kann. Wenn der Heißleiterwiderstand 22 infolge der Heizung durch die Heizspule 36 eine hohe Temperatur annimmt, geht sein Widerstand sehr rasch zurück. Sein Widerstand steigt dagegen, wenn die das Ansaugrohr durchströmende Ansaugmenge zunimmt und den unverändert aufgeheizten Heißleiter stark abkühlt. Die jeweilige Temperatur des Heißleiters 22 und daher sein jeweiliger Widerstand sind der Ansaugluftmenge infolgedessen proportional.

Da die bei jedem Arbeitstakt eingespritzte Kraftstoffmenge durch den Stellhebel 12 bestimmt wird und dieser über die Membrandose 31 mit dem verstellbaren Abgriff des Potentiometers 24 gekuppelt ist, kann die Brückenschaltung nur dann im Gleichgewicht sein, wenn die eingespritzte Kraftstoffmenge mit der angesaugten Luftmenge im gewünschten Verhältnis steht. Die Membrandose 31 dient dabei lediglich dazu, die zum Verstellen des Stellhebels 12 und des Potentiometerabgriffs erforderlichen mechanischen Kräfte zu erzeugen. Dazu muß der Unterdruck im Unterdruckraum 30 zu der angesaugten Luftmenge ebenfalls im richtigen Verhältnis stehen.

Durch die Kopplung zwischen dem Abgriff des Potentiometers 24, der Membran 31 und dem Stellhebel 12 der Einspritzpumpe einerseits und durch das elektromagnetisch betätigbare Lüftungsventil andererseits wird ein dauernd wechselndes Spiel zwischen der Offen- und der Schließstellung des Lüftungsventils aufrechterhalten, das nur kurzzeitig dann aussetzt, wenn der Transistor gesperrt ist und somit die zum periodischen Anheben des Ventils 29 erforderlichen periodischen Stromimpulse aufhören.

Die beschriebene Einrichtung erzeugt im Unterdruckraum 30 den zur angesaugten Luftmenge in Beziehung stehenden Unterdruck in folgender Weise:

Es wird davon ausgegangen, daß der im Ansaugrohr entstehende Luftstrom sehr klein sei und die Brücke derart abgeglichen ist, daß die am Potentiometerabgriff in der Stellung e abgegriffene Spannung praktisch gleich groß ist wie der am Festwiderstand 21 infolge des den stark erwärmten Heißleiter 22 und den veränderlichen Widerstand 23 durchfließenden Brückenstroms Jo entstehende Spannungsabfall. Der öffnungswinkel α der Drosselklappe 14 sei klein. Es entsteht daher trotz der geringen Ansaugluftmenge ein hoher Unterdruck im Unterdruckraum 30. Außerdem soll die Drehzahl der Brennkraftmaschine so niedrig sein, daß der mit 35 bezeichnete, mit der Brennkraftmaschine gekuppelte Fliehgewichtsregler den Abgriff des veränderbaren Widerstandes 23 in der Nähe seiner Endstellung / hält.

Zur besseren Verständlichkeit der Wirkungsweise sollen im folgenden zwei verschiedene Vorgänge unterschieden werden:

Erster Fall: Die Drosselklappe 14 soll durch Niedertreten des Fußhebels 17 stärker geöffnet werden, die Drehzahl der Brennkraftmaschine infolge gleichzeitig steigender Belastung jedoch gleichbleiben.

Zweiter Fall: Die Drehzahl der Brennkraftmaschine soll infolge Entlastung ansteigen, die Drosselklappenstellung jedoch unverändert bleiben.

Im ersten Fall wird durch die öffnung der Drosselklappe der Luftdurchsatz im Ansaugrohr etwas gesteigert und dadurch der Heißleiterwiderstand 22 stärker abgekühlt. Dies hat zur Folge, daß der Widerstand des Heißleiters wächst und die Brückenschaltung aus dem Gleichgewicht bringt, da der im Brückenzweig 21, 22 und 23 fließende Zweigstrom Jo sinkt. Der Spannungsabfall am Widerstand 21 sinkt daher ebenfalls und hat zur Folge, daß das Potential der Emitterelektrode E des Transistors 25 positiver als das gleichgebliebene Potential der Basiselektrode B des Transistors wird. Von der Emitter- zur Basiselektrode fließt daher ein kleiner Steuerstrom, der wegen des Verstärkungsfaktors des Transistors einen wesentlich stärker ansteigenden Kollektorstrom Jc durch die Primärwicklung 26 ο des Transformators und durch die Magnetwicklung 27 zur Folge hat.

Die Sekundärwicklung 266 ist derart gepolt, daß die in ihr induzierte Spannung infolge des ansteigenden Kollektorstromes Jc das Potential der Basis B des Transistors erniedrigt, so daß die Potentialdifferenz zwischen Emitter und Basis vergrößert wird. Die Wicklung 26 b hat daher eine positive Rückkopplungswirkung. Hierdurch wird erreicht, daß der Kollektor- strom Jc praktisch bis zu seinem durch die Baudaten des Transistors begrenzten Höchstwert anwächst, sobald der W^riderstandswert des Heißleiters 22 um einen geringen Betrag wächst. Sobald der Kollektorstrom Jc sich seinem Höchstwert nähert, verschwindet die in der Rückkoplungswicklung 26 b induzierte Rückkopplungsspannung, was zur Folge hat, daß gleichzeitig der von der Emitterelektrode E 7MT Basiselektrode B fließende Steuerstrom und daher auch der Kollektorstrom Jc stark abzufallen beginnt.

Durch diese Art der Rückkopplung entstehen kurz aufeinanderfolgende Stromstöße Jc, die so lange anhalten, bis die Brücke wieder abgeglichen ist.

Dies wird dadurch erreicht, daß bei jedem Stromstoß der Magnetkern 28 eingezogen und von diesem der Ventilhalter 29 von seinem Sitz kurzzeitig abgehoben wird. Bei jedem Anlüften des Ventiltellers 29 kann in den Unterdruckraum 30 Luft einströmen. Die dadurch entstehende Verminderung des Unterdrucks hat zur Folge, daß die Membran der Unterdruckdose 31 nicht mehr so tief eingezogen wird und bei ihrer in der Zeichnung nach oben gerichteten Rückstellbewegung den Verstellhebel 12 in Richtung auf größere Fördermengen verstellt. Gleichzeitig wird der Potentiometerabgriff gegen seine mit α bezeichnete Anfangsstelung verschoben. Erst wenn durch diese Verstellung des Potentiometerabgriffs das Brückengleichgewicht wiederhergestellt und die infolge der stärkeren Luftströmung entstandene Widerstandserhöhung des Heißleiters wieder ausgeglichen ist, hören die zum Anheben des Ventiltellers erforderlichen

Stromimpulse auf, da dann zwischen dem Emitter und der Basis keine Potentialdifferenz mehr wirksam und der Transistor 25 praktisch gesperrt ist. Der im Unterdruckraum nach dem Abgleich der Brücke bestehenbleibende Druckabfall steht daher in einem festen Verhältnis zu der durch Öffnen der Drosselklappe erforderlich gewordenen Kraftstoffmehrmenge, die gleichzeitig mit dem Brückenabgleich durch Drehen des Verstellhebels 12 von der Unterdruckdose 31 eingestellt wurde.

Im zweiten Falle soll die Drosselklappenstellung konstant bleiben, die Drehzahl der Brennkraftmaschine jedoch infolge einer Last verringerung ansteigen. Durch die Drehzahlsteigerung muß die Strömung im Ansaugkanal 13 ebenfalls zunehmen, was zur Folge hat, daß der Heißleiter stärker gekühlt wird und die im Falle 1 beschriebenen Vorgänge zur Einstellung einer größeren Fördermenge auslösen würde. Im vorliegenden Falle darf dies jedoch nicht eintreten. Denn die eingespritzte Kraftstoffmenge soll im Gegenteil wegen der geringeren Last ebenfalls niedriger werden. Dies wird durch den mit Hilfe des Fliehkraftreglers verstellbaren Widerstand 23 erreicht. Der Fliehkraftregler verstellt infolge der gesteigerten Drehzahl den Abgriff des veränderbaren Widerstandes 23 in Richtung auf g zu kleineren Werten, so daß die Widerstandszunahme am Heißleiter 22 durch Widerstandsverringerung am veränderbaren Widerstand 23 ausgeglichen wird. Dabei kann die Einstellung so getroffen werden, daß bei steigender Drehzahl der Widerstandswert des Drehwiderstandes 23 stärker abfällt als der Widerstand des Heißleiters zunimmt.

Bei Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine befindet sich die Drosselklappe in einer Stellung, bei der die im Ansaugrohr 13 strömende Ansaugmenge nur verhältnismäßig klein ist. Trotz festgehaltener Drosselklappenstellung wächst die Luftmenge anfänglich proportional mit der Drehzahl und zeigt bei höheren Drehzahlen ein Sättigungsverhalten in der Weise, daß sie trotz Steigerung der Drehzahl nur noch wenig zunimmt. Die je Arbeitstakt der Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge muß zur Erhaltung des stöchiometrischen Verhältnisses diesem Verhalten der Ansauglauft folgen. Dies wird durch die Kombination des Heißleiterwiderstandes 22 mit dem veränderbaren Widerstand 23 erreicht. Während der veränderbare Widerstand 23 bei steigender Drehzahl proportional mit der Drehzahlsteigerung durch den Fliehkraftregler 35 verkleinert wird, nimmt im oberen Drehzahlbereich wegen der sich nur noch wenig ändernden Luftmenge die Kühlung des Heißleiterwiderstandes nur noch wenig zu. Im Gegensatz zum unteren Drehzahlbereich wird im oberen Drehzahlbereich die Verkleinerung des Widerstandes 23 daher durch die Widerstandszunahme am Heißleiter 22 nicht voll ausgeglichen, so daß der zwischen Emitterelektrode E des Transistors 25 und der Minusleitung wirksame Gesamt widerstand bei steigender Drehzahl allmählich verkleinert wird.

Das Potential der Emitterelektrode wird daher in Richtung auf negative Werte verschoben. Der Transistor 25 bleibt infolgedessen gesperrt, und der Ventilteller 29 kann wegen des Ausbleibens von Stromimpulsen Ic nicht abgehoben werden. Der Unterdruck im Unterdruckraum 30 kann aber infolge der durch die Drehzahlerhöhung verursachten Strömungszunahme ansteigen. Der Abgriff des Potentiometers 24 wird daher ebenso wie der Stellhebel 12 der Einspritzpumpe 10 nach unten gezogen. Durch die Verstellung des Potentiometerabgriffs gegen das Potentiometerende e wird die Basiselektrode gegenüber der Emitterelektrode des Transistors 25 negativ, so daß ein Basisstrom Ib einsetzen und die oben beschriebene Impulsfolge auslösen kann, durch die der Unterdruck 30 infolge der am Ventilteller 29 einströmenden Luft auf einen Wert erniedrigt wird, der die gewünschte Kraftstoffmenge an der Einspritzpumpe 10 einstellt und gleichzeitig den Potentiometerabgriff in Richtung auf α so weit zurücknimmt, bis das Brückengleichgewicht wieder hergestellt ist und die Stromimpulse Ic daher wieder aufhören.

Beim plötzlichen Übergang von der Vollaststellung, in der die Drosselklappe praktisch waagerecht liegt, auf Leerlauf und umgekehrt stellen sich folgende Wirkungen ein:

Der geringe Strömungswiderstand an der voll geöffneten Drosselklappe ergibt nur einen geringen Unterdruck in der Ansaugleitung 13 und im Unterdruckraum 30. Die je Arbeitstakt eingespritzte Kraftstoffmenge ist daher groß. Wenn nun die Drosselklappe aus der Vollaststellung in die Leerlaufstellung zurückgeht und dabei einen hohen Strömungswiderstand im Ansaugrohr ergibt, nimmt der Unterdruck im Unterdruckraum 30 erheblich zu, so daß die Membran der Unterdruckdose 31 nach unten gezogen wird und dadurch das Potentiometer 24 in Richtung auf e verstellt. Hierdurch wird der Transistor wieder stromleitend und die einsetzenden Stromimpulse können das Magnetventil wieder öffnen.

Um eine günstige Wirkung zu erzielen, muß der Drosselquerschnitt 33 größer als der Ventilquerschnitt 29 sein. Der Unterdruck im Unterdruckraum 30 eilt dann der Widerstandsabnahme am Heißleiter 22 voraus, wenn die Strömungsgeschwindigkeit im Ansaugrohr abfällt. Hierdurch ergibt sich eine kleine Voreilung der Kraftstoffregelung gegenüber der Strömungsänderung.

Wird dagegen bei Leerlauf, also bei großem Unterdruck im LTnterdruckraum 30 und bei Einstellung der Einspritzpumpe auf kleine K raft stoff mengen, plötzlich die Drosselklappe durch Niedertreten des Fußhebels 17 in die volle Offenstellung gebracht, so bricht im Ansaugrohr 13 der Unterdruck zusammen, und im Unterdruckraum 30 nimmt der Unterdruck ebenfalls wegen der nur noch sehr geringen Drosselwirkung ab. Der Abgriff des Potentiometers 24 wird dann in Richtung auf positivere Werte verschoben und gleichzeitig der Stellnebel 12 der Einspritzpumpe 10 auf größere Kraftstoffmengen verstellt. Der Transistor 25 bleibt dabei zunächst gesperrt, da das Potential seiner Basis durch die Potentiometerverstellung positivere Werte angenommen hat. Die eingespritzten größeren Kraftstoffmengen haben jedoch eine Erhöhung der Drehzahl der Maschine zur Folge. Dadurch steigt der Luftdurchsatz im Saugrohr 13, und der Heißleiter nimmt infolge rascher Abkühlung einen höheren Widerstand an. Wenn die Wärmekapazität des Heißleiters 22 klein genug ist, wächst der Widerstand des Heißleiters schneller als der Druck im Unterdruckraum 30 abfällt. Das Potential der Emitterelektrode E wird dann durch die Widerstandserhöhung des Heißleiters 22 zu positiven Werten verschoben und überholt dabei das Potential der Basiselektrode B, so daß der Transistor wieder so lange Stromimpulse liefern

6g kann, bis der Druck im Unterdruckraum 30 auf den richtigen Wert eingestellt ist.

Neben der Luftströmung bestimmen auch die Temperatur und der Feuchtigkeitsgrad der Ansaugluft und der Außenluftdruck den Grad der Abkühlung des Heißleiterwiderstands 22, da die dem Widerstand

entzogene Wärmemenge von diesen Größen unmittelbar abhängig ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung und Benzineinspritzung, die eine elektrische Regeleinrichtung zur Anpassung der Einspritzmengen an die angesaugte Luftmenge enthält und bei der die zur Verstellung eines mechanischen, die Einspritzmengen bestimmenden Stellgliedes erforderliche Stellkraft durch eine an das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeschlossene Unterdruckdose gewonnen wird, deren Unterdruck mittels eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils durch Verbindung mit der Außenluft verringert werden kann, wobei eine Verringerung des Unterdrucks eine Erhöhung der Einspritzmenge bewirkt, gekennzeichnet durch eine elektrische Brücke, in deren einem Brückenzweig ein dem Ansaugluftstrom ausgesetzter elektrisch beheizter, temperaturabhängiger, bei Abkühlung größer werdender Widerstand (22) und hiermit in Reihe geschaltet ein mit steigender Drehzahl kleiner werdender Widerstand (23) Hegt, während ihr anderer Brückenzweig ein Potentiometer (24) enthält, dessen Abgriff mit der Unterdruckdose (31) gekuppelt und an einen Transistor (25) angeschlossen ist, der mit seiner Steuerstrecke in die Diagonale der Brücke eingeschaltet ist und bei Fehlabgleich der Brücke das den Unterdruck an der Druckdose erniedrigende, elektromagnetisch betätigbare Ventil (29) periodisch wechselnd kurzzeitig öffnet und schließt.

2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor zur Erzeugung selbsterregter Kippschwingungen geschaltet ist.

3. Einspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch ίο gekennzeichnet, daß die Stromspule (27) des Ventils (29) in Reihe liegt mit der Primärwicklung (26 a) eines Transformators, dessen Sekundärwicklung (26 b) in den Steuerkreis des Transistors (25) zur Erzeugung der selbsterregten Kippschwingungen derart eingeschaltet ist, daß bei zunehmendem Strom (Jc) in der Stromspule der Transistor noch stärker in sein stromleitendes Gebiet gesteuert wird.

4. Einspritzanlage nach Anspruch 3, dadurch ao gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (26b) zwischen der Basiselektrode (B) des mit seiner Kollektorelektrode (Q an die Stromspule (27) angeschlossenen Transistors (25) und den verstellbaren Abgriff des Potentiometers (24) eingeschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 946 397;
»Motor-Rundschau«, 1957, S. 174, 175.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen