DE1811020B2 - Einrichtung zum steuern der einspritzdauer bei brennkraftmaschinen - Google Patents
Einrichtung zum steuern der einspritzdauer bei brennkraftmaschinenInfo
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Description
Ϋ,
hingen der im Hauptanspruch gekennzeichneten Einrichtung angegeben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der
Zeichnung an einem Ausführur-.^xbeispiel näher erläulert.
Es zeigt
F i g. 1 einige Kurven der einzuspritzenden Menge als Funktion der Drehzahl für drei Stellungen des
Leistungssteuerorgans des Motors, d.h. in diesem Fall für drei verschiedene Öffnungswinkel der Drosselklappe
der Luftzufuhr,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anlage, bestehend aas einem Motor, der mit der erfindungsgemäilen
Steuervorrichtung ausgerüstet ist,
Fig. 3 eine schematisierte perspektivische Darstellung
der Impulsgebervorrichlung und des Impulsabnehmers,
Fig. 4 die abgewickelte Oberfläche einer Impulsgebervorrichtung
mit der hyperbolischen Verteilung der Punkte,
Fig. 5 die abgewickelte Oberfläche nach Fig. 2 mit
Überlagerung einer Korrektur auf die hyperbolische Verteilung der Punkte,
F i g. 6 eine schemalische Darstellung des Verfahrens,
die Kurven nach F i g. 1 in eine hyperbolische Verteilung zu übertragen,
Fig. 7 eine Kurvenschar entsprechend Fig. 1 für verschiedene Stellungen des Leistungssteuerorgans des
Motors.
Aus diesen Figuren sieht man, daß die einzuspritzende Menge q und demgemäß die Einspritzzeit t entsprechend
dem Öffnungswinkel θι, B2 und Θ) der Drosselklappe
im Luftansaugrohr verschiedene Funktionen der Drehzahl sind. Die dargestellten Kurven sind willkürlich,
entsprechen aber ungefähr dem Verlauf der experimentell aufgenommenen Kurven. Wenn man eine
große Anzahl dieser Kurven bestimmt, erhält man eine Flache, die die einzuspritzenden Mengen als Funktion
von zwei unabhängigen variablen Größen, nämlich der Drehzahl N unr' dem Öffnungswinkel β der Drosselklappe
im Ansaugrohr darstellt.
In F i g. 2 ist ein Motor 4 mit einer elektromagnetischen
Einspritzvorrichtung stark schematisiert dargestellt, der ein Ansaugrohr 10 mit einer Drosselklappe 11
umfaßt, die mit dem Gas- bzw. Beschleunigungspedal verbunden ist. Die elektromagnetischen Einspritzdüsen
5 sind in der Ansaugleitung angeordnet, es sind selbstverständlich jedoch auch andere Anordnungen
der Einspritzdüsen möglich. Eine durch einen elektrischen Motor 6 angetriebene Hochdruckpumpe 7 fördert
den Brennstoff aus einem Behälter 8 und führt ihn unter Druck durch eine Rohrleitung 9 den Einspritzdüsen zu.
Eine Spannungsquelle speist einen Diskriminator 14, der Impulse von einem Impulsabnehmer 13 empfängt
und der sie zu einem Impuls zur Steuerung der Einspritzung umformt, der entsprechend der Zündfolge
über einen Verteiler 16 und die Leitungen 17 den Einspritzdüsen zugeführt wird. Der Impulsabnehmer 13
ist mit der Bewegung des Gaspedals 12 gekoppelt, während die Impulsgebervorrichtung 1 mit ucn
rotierenden Teilen des Motors verbunden ist, um die Impulse in Abhängigkeit von der MotordrehzaH zu
steuern. In I" i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Impulsgebervorrichtung 1 dargestellt, wobei sie aus
einem 'transparenten Zylinder ! besteht, dessen Achse 4
mit den rotierenden Teilen des Motors verbunden ist. Dieser Zylinder 1 besitzt auf seiner Oberfläche e ic
Schar von Linien 3, die so angeordnet sind, daß sie in dem Impulsabnehmer 13 Impulse bewirken, die die
einzuspritzende Brennstoffmenge bestimmen. In dem dargestellten Beispiel ist eine Lichtquelle 18 vorgtsehen,
die auf einen Empfänger 19 wirkt, wobei letztere eine besonders schnell arbeitende Fotodiode oder einen
besonders schnell arbeitenden Fototransistor umfaßt. Es ist natürlich möglich, andere für eine hohe Schaltfrequenz
geeignete analoge Vorrichtungen zu verwenden, wie z. B. einen Impulsabnehmer, bei dem Infrarotstrahlung
verwendet wird.
Im folgenden ist das Prinzip des Steuerverfahrens erklärt. Hätte der Motor für jede Stellung der
Ansaugluf'.drosselklappe unabhängig von der Drehzahl des Motors eine konstante Füllung, so wären die Kurven
θι, Ö; und Θ ι in F i g. 1 horizontale Geraden, und die
Einspritzdauer müßte über den ganzen Drehzahlbereich konstant sein. Wenn man jetzt F i g. 4 betrachtet, in der
eine Abwicklung des in Fig. 3 gezeigten Zylinders der
Impulsgebervorrichtung 1 gezeigt ist, sieht man, daß Reihen von Punkten 2 auf diese Oberfläche übertragen
wurden. Jede Reihe entspricht einem öffnungswinkel θ der Drosselklappe. Diese Punkte 2 erzeugen in der
Impulsabnehmervorrichtung 13 Impulse, die von ihr zu dem Diskriminator 14 übertragen werden, der diese
Impulse in einen elektrischen Rechteckimpuls umformt, der die Einspritzdüsen steuert. Dieser Diskriminator 14
ist so ausgelegt, daß das elektrische Rechtecksignal nur dann andauert, wenn der zeitliche Abstand zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Impulsen aus dem Impulsabnehmer 13 kleiner ist als eine vorgegebene Zeit Tr. Um
eine konstante Einspritzdauer zu erhalten, muß sich daher der Abstand zwischen den Punkten auf dem
Zylinder der Impulsgebervorrichtung 1 nach einem hyperbolischen Gesetz vergrößern, da der Abstand
zwischen zwei Punkten einem Drehwinkel entspricht, der vom Motor in einer Zeit durchlaufen wird, die
umgekehrt proportional der Drehzahl des Motors ist. Daraus folgt, daß der Abstand zwischen zwei Punkten
und demgemäß der Drehwinkel, der ihm entspricht, proportional mit der Drehzahl des Motors ansteigen
muß, um eine konstante Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten zu erhalten, d. h. Tr = konstant
= ~ K, wobei Tr die Bezugszeit, K ein fester
Proportionalitätsfaktor, A der Drehwinkel der Kurbelwelle und N die Drehzahl ist. Mit dieser Anordnung
erhält man demnach eine konstante Einspritzzeit, unabhängig von der Drehzahl des Motors. Dieses
Steuerverfahren ist zum Beispiel bei Dieselmotoren anwendbar. In diesem Fall ist der Impulsabnehmer 13
nicht mit einer Drosselklappe in der Ansaugleitung verbunden, sondern allgemein mit dem Leistungssteuerorgan
des Motors, das im allgemeinen der Regler bzw. die Steuerung der Drehzahl der Einspritzpumpe ist.
Für Motoren mit Fremdzündung sind die Kurven der Einspritzdauer jednch keine horizontalen Geraden
sondern haben den in F i g. 1 dargestellten Verlauf. In diesem Fall wird der Abstand zwischen zwei Punkten ir
Abhängigkeit von den in F i g. 1 gezeigten Kurver korrigiert, indem diese Punkte vorwärts oder zurücl
versetzt werden, wie in F i g. 5 schematisiert gezeigt ist Daraus ergibt sich, daß jede Kurve für einen Winkel (■
durch eine eigene Reihe von Punkten 2 auf dem Zylinde der Impulsgebervorrichtung 1 dargestellt wird. Nimm
man an, daß diese Kurven für eine begrenzte Zahl voi
Stellungen der Drosselklappe experimentell bestimm worden sind, so hat man natürlich nur eine begrenzt
Anzahl von Punktreihen 2. Mit einer ausreichende Anzahl von Reihen von Punkten 2 kann man jedoch ein
gültige Interpolation für jede beliebige Stellung des Impulsabnehmers 13 durchführen, indem man die
Punkte 2 durch Linien 3 verbindet, die in Fig.4 und 5
gestrichelt und in F i g. 3 in vollen Linien dargestellt sind.
Es ist selbstverständlich, daß die Abstände der Punkte bzw. der Linien so gewählt sein müssen, daß die
Steuerung im wesentlichen kontinuierlich ist, weshalb die Bezugszeit Tr kleiner als 1% der kleinsten
Einspritzdauer sein muß und umgekehrt die Frequenz der durch die Punktreihen bzw. Linien erzeugten
Impulse mindestens 1O5 Hertz sein muß (wenn als
kleinste Einspritzdauer etwa 10 J see angenommen
wird). Dies kann zum Beispiel durch eine fotografische Herstellung der Linien 3 auf dem Zylinder der
Impulsgebervorrichtung 1 erreicht werden.
Es ist zu bemerken, daß der transparente Zylinder z. B. durch eine Scheibe ersetzt werden kann, auf
welcher das Programm auf einer vielspurigen Magnetschicht aufgezeichnet wird. Dieselbe Vorrichtung kann
übrigens dazu verwendet werden, mittels einer geeigneten Codierung eine automatische Steuerung der
Vorzündung zu erhalten.
Die Bestimmung der Korrektur der Verteilung der Punkte 2 als Funktion des Öffnungswinkels Θ der
Drosselklappe geschieht durch eine konforme Abbildung bzw. Transformation der Kurve t(N) nach einem
vorbestimmten Gesetz. In Fig.6 ist eine solche Übertragung dargestellt, und man sieht, daß allen
Werten der Drehzahl N ein Winkel A zugeordnet wird, dereine Funktion
(I)
der Einspritzdauer f ist, d. h., bis auf einen multiplikativen Faktor ist für den in der F i g. 6 dargestellten Punkt
A5= /Vv ίί
Der Wert dieses Winkels ist auf der Achse OA als Punkt 5' aufgetragen.
Wenn man andererseits annimmt, daß man jedem Werte von A eine Funktion g(A) zuordnet, die die
Verteilung der Punkte darstellt, so erhält man für eine kleine Veränderung dA des Winkels A eine Reihe von
Impulsen
dH = R(/l)d/l (II)
Um die zeitliche Verteilung der Impulse bei dem Wert
A zu erhalten, was einer Verschiebung der Fläche mit den zwei Dimensionen g(A) und (A) nach der Drehzahl
N entspricht, erhält man unter Berücksichtigung der Formel (1)
dW
■ dA
■- N. (...)
d/
df
Die für einen Wert von A pro Zeiteinheit bei der
Geschwindigkeit N erhaltene Zahl von Informationen Γ) bzw. Impulsen ist demnach
F(A,N) =
Mit Hilfe des Diskriminator 14 kann man es dann so einrichten, daß bei jeder Frequenz F(N.A), die höher ist
als eine bestimmte Bezugsfrequenz Fr. eingespritzt wird, und daß bei jeder Frequenz F(NA), die kleiner ist
als Fr, keine Einspritzung stattfindet.
In Fig. 6 ist ein Beispiel einer geometrischen Konstruktion gezeigt. Die Bezugsdrehzahl Nr ist dabei
eine Parallele zu der Achse O,g(A) und die Bezugsfrequenz Fr eine Parallele zu der Achse O. N. Der Punkt P
wird als Schnittpunkt der Geraden /Vs und der Geraden F« erhalten. Die Gerade O.P wird verlängert, um die
Gerade Nr bei M einzuschneiden. Anschließend zieht man eine Parallele zu A.O.N durch den Punkt M und
eine Parallele zu t.O,g(A) durch 5', wodurch man den Punkt 5" erhält, der den Wert bzw. Punkt g(A%NR,
bestimmt. Auf diese Weise kann man Punkt für Punkt die Kurve der Verteilung der Impulse g(A.N) für einen
gegebenen Wert des öffnungswinkels θ der Drosselklappe des Ansaugstutzens bestimmen. Die F i g. 7 zeigi
drei dieser Kurven für die öffnungswinkel θι, θ2 und θ
entsprechend Fig. 1. Wie man sehen kann, fällt dit Funktion g(A) für einen Wert von A sehr plötzlich aul
Null, was einer gewissen Überdrchzahlrcgelung de Motors entspricht.
Hici/u 4 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Einrichtung zum Steuern der Einspritzdauer bei Brennkraftmaschinen mit durch elektrische Rechteckimpuise
erregter elektromagnetisch gesteuerter Einspritzung, deren Dauer eine Funktion der
Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Stellung des Leistungssteuerorgans ist, wobei Impulsgeberelemente
auf einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, in Form einer rotierenden Fläche
ausgebildeten Impulsgeber angeordnet sind, und ein Impulsabnehmer in Abhängigkeil von der Stellung
des Leistungssteuerorgans relativ zum Impulsgeber und quer zu dessen Rotationsbewegung verschiebbar
ist, und die Impulsgebereleinente, die die Einspritzung freigebenden Rechleckimpulse auslösen,
in Richtung der Relativbewegung zwischen Impulsgeber und Impulsabnehmer eine unterschiedliche
Verteilung aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Impulsgeberelemente in Form von im Abstand voneinander angeordneten Punktreihen
(2) oder Linien (3) angeordnet sind, deren Abstand voneinander sich in der einer steigenden
Leistung entsprechenden Richtung der Relativbewegung zwischen Impulsgeber (1) und Impulsabnehmer
(13) vergrößert, und daß eine auf die Zeitintervalle zwischen den von dem Impulsabnehmer (13)
gelieferten Impulsen ansprechende Diskriminatorvorrichtung (14) vorgesehen ist, die der elektromagnetisch
gesteuerten Einspritzung (5, 16, 17) Rechteck-Einspritzimpulse nur dann zuführt, wenn die
Zeitintervalle zwischen den von dem Impulsabnehmer (13) gelieferten Impulsen geringer als eine
vorgegebene Bezugszeit (Tr)s\nd.
2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (1) als transparenter
Zylinder ausgebildet ist, auf dessen Oberfläche die Impulsgeberelemente in Form von dunklen, etwa
parallel zur Rotationsachse verlaufende Punktreihen oder Linien (3) ausgebildet sind, die von dem
Impulsabnehmer (13) optisch erfaßt werden.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsabnehmer (13) eine
Infrarotstrahlungsquelle (18) umfaßt, die im Inneren des zylindrischen Impulsgebers (1) angeordnet ist
und einen Empfänger (19), der gegenüber der Infrarotstrahlungsquelle (18) außerhalb des Zylinders
des Impulsgebers angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der lmpulsabnehnier (13) eine Lichtquelle (18) umfaßt, die im Inneren des Zylinders
des Impulsgebers (1) angeordnet ist und einen Empfänger (19) in Form einer besonders schnell
arbeitenden Fotodiode oder eines besonders schnell arbeitenden Fototransistors, der gegenüber der
Lichtquelle außerhalb des Zylinders des Impulsgebers angeordnet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungssteuerorgan
der Brennkraftmaschine (4) die Drosselklappe (11) für die Ansaugluft ist.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abstand der die Impulsgebereiemenie bildenden
Punktreihen (2) oder Linien (3) voneinander sich nach einem im wesentlichen hyperbolischen Gesetz
vergrößert.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern der Einspritzdauer bei Brennkraftmaschinen mit durch
elektrische Rechteckimpulse erregter elektromagnetisch gesteuerter Einspritzung. Nach einer aus der
'> CH-PS 3 60 847 bekannten Einrichtung, von der der Oberbegriff des Hauptanspruchs ausgeht, ist die Dauer
der Einspritzung eine Funktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Stellung des Leistungssteuerorgans,
wobei Impulsgeberelemente auf einem
in von der Brennkraftmaschine angetriebenen, in Form
einer rotierenden Fläche ausgebildeten Impulsgeber angeordnet sind, und ein Inipulsabnehmer in Abhängigkeit
von der Stellung des L.eistungssteuerorgans relativ zum Impulsgeber und quer zu dessen Rotationsbewe-
"> gung verschiebbar ist, und die Impulsgeberelemente, die
die Einspritzung freigebenden Rechteckimpulse auslösen, in Richtung der Relativbewegung zwischen
Impulsgeber und Impulsabnehmer eine unterschiedliehe
Verteilung aufweisen.
-'•ι Bei der bekannten Einrichtung bestehen die Impulsgeberelemente
aus einzelnen Scheiben, die zu einer Trommel vereinigt und auf einer mit der Kurbelwelle
umlaufenden Welle axial relativ zu dem Impulsabnehmer verschiebbar sind. Die Zah! dieser Scheiben ist
-'"> begrenzt, so daß die Stufung der Impulse in vielen
Fällen, z. B. bei Rennwagtnmotoren, zu grob ausfällt. Außerdem erfordert die bekannte Einrichtung verhältnismäßig
aufwendige mechanische Mittel
Bei einer anderen bekannten Steuereinrichtung für
)" die Brennstoffeinspritzung in Abhängigkeit von der
Stellung der verstellbaren Drosselklappe und der Drehzahl des Motors werden bei Veränderung der
Stellung sowohl der Drosselklappe als auch des Leistungssteuerorgans sich ändernde Widerstände über
r. eine Brückenschaltung mit einem festen Widerstand
verglichen und dabei ein in die Brennstoffleitung hinter der Einspritzpumpe eingebautes Drosselorgan verstellt.
Auch diese bekannte Einrichtung (US-PS 28 56 910) erfordert einen erheblichen Aufwand an mechanischen
■in und elektrischen Mitteln, die die Genauigkeit und
Empfindlichkeit der Steuerung ungünstig beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine genauere Steuerung der Einspritr.dauer zu schaffen und
außerdem den Aufbau der Einrichtung zu vereinfachen.
•t'i Hierzu ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die
Impulsgeberelemente in Form von im Abstand voneinander angeordneten Punktreihen oder Linien angeordnet
sind, deren Abstand voneinander sich in der einer steigenden Leistung entsprechenden Richtung der
"••ι Relativbewegung zwischen Impulsgeber und Impulsabnehmer
vergrößert, und daß eine auf die Zeitintervalle /wischen den von dem Impulsabnehmer gelieferten
Impulsen ansprechende Diskriminatorvorrichtung vorgesehen ist, die der elektromagnetisch gesteuerter
ν· Einspritzung Rechteck-Einspritzimpulse nur dann zuführt,
wenn die Zeitintervalle zwischen den von dcir Impulsabnehmer gelieferten Impulsen geringer als eint
vorgegebene Bezugszeit sind.
Mit Hilfe der als Punktreihen oder Linien ausgebilde
mi ten Impulsgebereleinente und ihrem sich entsprechend
der Erfindung vergrößernden Abstand voneinande wird im Zusammenwirken mit den elektromagneiiscl
gesteuerten Einspritzdüsen und den Rcchteck-Ein S[Ji ii/impulscii eine sehr genaue Steuerung des Motor
i") in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors um
unabhängig davon von der Stellung de Leistungssteuerorgans erreicht.
In den Unteranspr Jenen sind vorteilhafte Wciterbi
In den Unteranspr Jenen sind vorteilhafte Wciterbi
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