DE2052133A1 - Kraftstoffzufuhrregler für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Patentanwälte Dlpl.-Ing. R. BEETZ sen.
Dlpl-Ing. K. LAiVJP; :£CHT

Dr.-Ing. R. D :i C Y Z Jr.
8 München 22, Steinsdorfstr. 10

81-16.224P 23.IO.I97O

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Kraftstoffzufuhrregier für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffzufuhrregier für Brennkraftmaschinen, insbesondere einen Kraftstoffeinspritzregier, durch den die Abgabe von unverbranntem Kraftstoffgas, wie sie z_e B_e bei plötzlichem Schließen der Drosselklappe auftritt, um die Maschine langsamer laufen zu lassen, vermindert wird.

Es ist bereits bekannt, die Kraftstoffzufuhr von Brennkraftmaschinen zu regeln, indem elektrisch die Zeitdauer berechnet wird, während der die Kraftstoffzufuhr-Stellmagnetventile betätigt sind, und zwar auf der Grundlage von elektrischen Signalen, die von entsprechenden Maschinenbetriebsparametern gewonnen werden. Ein Beispiel eines derartigen Kraftstoffzufuhrreglers, bei dem die genaue Kraft-

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ORIGINAL INSPECTED

stoffzufuhr aus vielen Maschinenbetriebsparametern berechnet wird, ist in der US-PS 2 98O 090 beschrieben.

Zur Erhöhung der Bremskraft, Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und Abgasreinigung ist es vorteilhaft, die Kraftstoffzufuhr zu der Brennkraftmaschine eines Autos oder ähnlichen Fahrzeugs während des Auslaufens zu unterbrechen. Für diesen Zweck sind Venturi-Vergaser und Kraftstoffeinspritzregier mit einer Einrichtung versehen, um die Kraftstoffzufuhr während des Auslaufens der Maschine zu unter-

m brechen. Bei diesen bekannten Kraftstoffzufuhrreglern wird jedoch die Kraftstoffzufuhr untebrochen, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind, nämlich die Maschinendrosselklappe geschlossen ist und die Motordrehzahl als oberhalb eines bestimmten Werts für das Anlaufen der leerlaufenden Maschine liegend festgestellt wird, wobei die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen wird, wenn die Maschinendrehzahl auf den vorbestimmten Wert abgefallen ist· Daher wird bei diesen Reglern die Kraftstoffzufuhr während des Quasiauslaufens (d. ho während die Drosselklappe noch nicht geschlossen ist) und während des Übergangszeitraums bis zum Schließen der Drosselklappe nicht unterbrochen, so daß die angestreb-

^ te Wirkung durch Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr nur unvollständig erreicht wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Kraftstoffzufuhrregler anzugeben, durch den die Kraftstoffzufuhr sofort unterbrochen wird, wenn der Auslaufzustand der Maschine erreicht wird. Ferner soll die Kraftstoffaufuhr sofort wieder aufgenommen werden, wenn die Maschine vom Auslaufin den Beschleunigungszustand übergeht. Schließlich soll die Anlauf datier der Maschine verringert werfen, indem die

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Krafts toff ziifuhr während des Anlaufens der Maschine aufrechterhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr-Stellmagnetventile in Abhängigkeit von den Ergebnissen einer elektrisch vorgenommenen Berechnung unter Verwendung der Maschinenbetriebsparameter, um die Kraftstoffzufuhr zur Maschine bestimmen, und durch eine Einrichtung zum Abschalten der eben genannten Einrichtung für die Steuerung der Magnetventile, wenn die Geschwindigkeit der Gaspedalbewegung in Schließrichtung der Drosselklappe einen vorbestimmten Wert überschreitet, während die Maschinendrehzahl über einem anderen vorbestimmten Wert liegt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigent

Fig. 1a eine grafische Darstellung der Maschinendrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit;

Fig. 1b eine grafische Darstellung des Drosselwinkeis in Abhängigkeit von der Zeit;

Fig. 1c eine Kraftstoffabsperr-Kennlinie in Abhängigkeit von der Zeit; und

Fig. 2 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Reglers.

Vor der Beschreibung eines bevorzugten AuefÜhrungsbei-

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spiels des erfindungsgemäßen Reglers soll zuerst eine Kraftstoff absperr-Kennlinie, wie sie üblicherweise erreichbar ist, anhand von Fig. 1a - 1c erläutert werden.

Es sei angenommen_f daß die Maschinendrehzahl N und der Drosselwinkel θ zum Zeitpunkt t.. von ihren Anfangswerten N und θ , wie in Fig. 1a gezeigt ist, abzufallen beginnen, und daß der Drosselwinkel θ auf Null (entsprechend der Leerlaufstellung der Drosselklappe) zum Zeitpunkt t„ verringert wird. Die Maschinendrehzahl wird auf einen vorbestimmten Leerlaufwert N_ zu einem späteren Zeitpunkt t„ infolge des Trägheitsmomente verringert» Eine übliche Kraftstoff zufuhr-Absperreinrichtung arbeitet so, daß sie zum Zeitpunkt t„ die Kraftstoffzufuhr unterbricht, zu welchem Zeitpunkt der Drosselwinkel θ auf Null abgefallen ist, und die Kraftstoffzufuhr zu einem Zeitpunkt t„' wieder aufnimmt, unmittelbar bevor die Maschinendrehzahl den vorbestimmten Leerlaufwert N erreicht, wie in Fig. 1c gezeigt ist. Venn die Maschine anläuft, wird die Maschinendrehzahl über den vorbestimmten normalen Leerlaufdrehzahlwert N» zum Zeitpunkt des Abfalle des Drosselwinkels auf Null erhöht, so _# daß es notwendig ist, einen höheren Leerlaufdrehzahlwert N · einzustellen, um die Kraftstoffzufuhr zu unterbrechen, wenn die Drehzahl auf N_' unter den AnIaufbedingungen verringert wird. Das ist wichtig im Hinblick auf,eine erhöhte Bremskraft und die Minimalisierung unvollständiger Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, was sehr zur Lösung der Abgasprobleme beiträgt. Es ist auch wichtig, das Anlaufen der Maschine so schnell wie möglich zu beenden, indem die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird, nachdem eine möglichst hohe Drehzahl erreicht worden ist·

Bei den oben erwähnten üblichen Kraftstoffzufuhr-Ab-

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sperreinrichtungen wird jedoch die Kraftstoffzufuhr nicht während des Zeitintervalls vom Zeitpunkt t.. bis zum Zeitpunkt t_? unterbrochen, während dem das Gaspedal in Schließrichtung der Drosselklappe gedreht wird, wenn die Maschine langsamer laufen soll. Daher erzeugt während dieses Zeitintervalls die Maschine ein Drehmoment. Während dieses Zeitintervalls wird auch der Unterdruck in der Maschinenansaugleitung schnell verringert, um die in die Maschinenzylinder einströmende Luftmenge zu verringern, was zu einer übermäßig hohen Kraftstoffzufuhr und damit zu einer unvollständigen Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches führt. Ferner sollte bei der Einstellung der Leerlaufdrehzahl N_ die höhere Leerlaufdrehzahl gleichzeitig eingestellt werden, was wartungstechnisch sehr unbequem ist.

Diese Schwierigkeiten werden mit dem in Fig. 2 abgebildeten erfindungsgemäßen Kraftstoffzufuhrregler überwunden. In Fig. 2 empfängt eine Signalverarbeitungseinrichtung 1 ein elektrisches Ausgangssignal eines Unterdruckfühlers 2, der den Maschinenansuagunterdruck erfaßt, während das elektrische Ausgangssignal eines Drehzahlfühlers die Maschinendrehzahl und das elektrische Ausgangssignal eines Temperaturfühlers 4 die Maschinentemperatur darstellt. Die SignalVerarbeitungseinrichtung 1 errechnet aus diesen elektrischen Signalen die zuzuführende Kraftstoffmenge· Das Ausgangssignal wird über Widerstände 5 und 6 in die Basis eines verstärkenden npn-Traneistors 7 eingespeist. Der Transistor 7 ist mit seinem Kollektor über einen Widerstand 8 an eine Stromversorgungsleitung 9 geschaltet und mit seinem Emitter über einen Widerstand 11 geerdet. Der Emitter des Transistors 7 ist auch mit einem steuernden npn-Transietor 10 verbunden, dessen Emitter geerdet und dessen Kollektor an eine Parallelschaltung angeschlos-

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sen ist, die aus parallelen Spulen 12 - 15_f angeschlossen an die Versorgungssammelleitung 9» in Reihe mit Widerständen 16, 17, 18 bzw. 19, besteht, die gemeinsam mit dem Kollektor des Traneistors 10 verbunden sind. Die Spulen 12 - 15 sind elektromagnetische Spulen, der zugehörigen Kraftstoffeinspritz-Stellmagnetventileinheit. Eine Konstantspannungsversorgungsleitung 10 geht von einem Konstantspannungsregler 21 aus, der an die Stromversorgungsleitung 9 angeschlossen 1st. Zwischen einer Leitung 20 und Erde ist ein Monoflop oder Univibrator 22 geschaltet« Der Univibrator 22 hat zwei npn-Transistoren 23 und 2^·, deren Emitter zusammen über einen Widerstand 25 geerdet sind. Die Basis des Transistors 23 ist über einen Widerstand 28 mit dem Kollektor des Transistors Zh verbunden. Die Basis des Transistors Zk 1st über einen Kondensator 29 mit dem Kollektor des Transistors 23 verbunden. Zwischen der Leitung 20 und der Basis des Transistors 24 befindet sich ein Schalter 31 in Reihe mit einem Widerstand 30. Der Schalter 31 wird geöffnet, wenn der Drosselwinkel auf Null reduziert wird (nach Erreichen der Leerlaufstellung der Drosselklappe). Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 5 und 6 ist mit dem Kollektor eines npn-Transistors 32 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand 33 geerdet und über einen Widerstand 3^ mit der Leitung verbunden 1st, während seine Basis über einen Widerstand mit dem Kollektor des Transistors Zh im Univibrator 22 verbunden ist. Der Transistor 32 dient zum Erden des Verbindungepunkts zwischen den Widerständen 5 und 6, damit nicht das Ausgangssignal der SignalVerarbeitungseinrichtung 1 die Basis des Transistors 7 beaufschlagt.

Der Ausgangsanschluß des Drehzahlfühlers 3 ist mit einem Ende eines Potentiometers 36 verbunden, dessen an-

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deres Ende geerdet ist, so daß eine Spannung proportional zur Maschinendrehzahl am Potentiometer 36 angelegt werden kann« Der Abgriff des Potentiometers 36 ist an die Basis eines npn-Transistors 37 angeschlossen, dessen Kollektor geerdet und dessen Emitter mit der Basis des Transistors 32 verbunden ist.

Ein anderes Potentiometer 38 ist zwischen die Leitung 20 und Erde geschaltete Sein Abgriff 39 wird gleichzeitig mit dem Maschinendrosselklappenhebel oder -gaspedal in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung bewegt. Er wird in Pfeilrichtung bewegt, wenn der Maschinendrosselklappenhebel in Öffnungsrichtung der Drosselklappe bewegt wird. Er ist über einen Kondensator 40 mit der Kathode einer Diode 41 verbunden, deren Anode an die Basis des Transistors 24 im Univibrator 22 angeschlossen ist_e Er ist auch über einen Kondensator 42 mit der Anode einer Diode 43 verbunden, deren Kathode mit der Basis des Transistors verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 40 und der Diode 41 ist über einenEntladewiderstand hh geerdet. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator hZ und der Diode h3 ist über einen Widerstand 45 der Leitung 20 verbunden und über einen Widerstand h6 geerdet. Die Reihenschaltung der Widerstände hü und h6 bildet einen Spannungsteiler, um den Verbindungspunkt zwischen diesen auf dem Emitterpotential der Transistoren 23 und 24 im Univibrator 22 zu halten.

Der Temperaturfühler h besteht aus einer Brückenschaltung, die zwischen der Leitung 20 und Erde liegt· Er hat Widerstände 47, 48, 49 und 50 sowie einen Thermistor 52 mit positiver Charakteristik, der parallel zum

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Widerstand 49 in Reihe mit einem Widerstand 51 liegt. Der Verbindungspunkt 53 zwischen den Widerständen 47 und 48 ist mit der Basis eines npn-Transistore 54 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand 55 an dem Verbindungspunkt 56 zwischen den Widerständen 49 und 50 und dessen Kollektor an einen Eingangsanschluß der Signalverarbeitungsvorrichtung 1 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 54 ist auch mit der Basis eines pnp-Transistors 58 verbunden, dessen Emitter mit der Leitung 20 und dessen Kollektor über einen Widerstand 59 mit der Basis des Transistors 24 im Univibrator 22 verbunden ist. Die Schaltungsparameter des Temperaturfühlers 4 einschließlich der Serienschaltung des Widerstands 51 und des Thermistors sind so gewählt, daß die Brückenschaltung elektrisch abgeglichen ist, wenn die Maschine sich auf Temperaturen befindet, die kein Anlaufen benötigen, und daß der Transistor 54 gesperrt ist, wenn der abgeglichene Zustand der Brückenschaltung erreicht ist.

Beim Betrieb des oben beschriebenen Reglers bei normaler Arbeitsweise der Maschine, bei der die Drosselklappe offen ist, ist der Schalter 31 geschlossen, so daß der Transistor 24 im Univibrator 22 Strom führt, so daß er ein niedriges Kollektorpotential und damit ein niedriges Basispotential des Transistors 32 bewirkt, um diesen gesperrt zu halten. In diesem Zustand wird das Ausgangssignal der SignalVerarbeitungseinrichtung 1, das die Menge des zuzuführenden Kraftstoffs betrifft, über den Transistor 7 in die Basis des Transistors 10 eingespeist, so daß die Steuerung der Kraftstoffeinspritz-Stellmagnetventileinhalt durch Erregung der Elektromagnetspulen 12 - 15 hervorgerufen wird.

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In diesem Zustand werden auch die Kondensatoren 40 und 42, die an den Abgriff 39 des Potentiometers 38 angeschlossen sind, mit dem in der Zeichnung angedeuteten Vorzeichen gegenüber dem Abgriff 39 aufgeladen. Wenn jetzt der Drosselwinkel O geändert wird, wird eine Spannung entsprechend der Zeitableitung der änderung des Drosselwinkels am Widerstand 44 erzeugte Das Vorzeichen der am Widerstand 44 abfallenden Spannung« wenn der Drosselwinkel verringert ist, d. h. wenn das Gaspedal in Schließrichtung der Drosselklappe bewegt wird (wenn der Abgriff sich in Pfeilgegenrichtung bewegt), ist so bemessen, daß die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 24 im Univibrator 22 rückwär ts vorgespannt wird. Damit können die Schaltungsparameter geeignet voreingestellt werden, so daß die am Widerstand 44 entwickelte Klemmenspannung bei der erforderlichen Winkelgeschwindigkeit des Gaspedals in Schließrichtung der Drosselklappe gerade ausreicht, um den Transistor 24 im Univibrator 22 zu sperren. Wenn der Transistor 24 gesperrt ist, steigt sein Kollektorpotential an, um den Transistor 32 zu triggern, so daß der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 5 und 6 geerdet wirdo In diesem Zustand wird das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung 1 nicht zum Transistor 7 übertragen, so daß die Kraftstoffeinspritz-Stellmagnetventile geschlossen gehalten werden, um die Kraftstoffzufuhr zur Maschine zu unterbrechen.

Nach Überschreiten der erforderlichen Winkelgeschwindigkeit des Gaspedals in Schließrichtung der Drosselklappe, um die Kraftstoffzufuhr zu unterbrechen, bleibt, wenn das Gaspedal in einer Zwischenstellung gehalten wird, der Schalter 31 geschlossen, so daß die Kraftstoffzufuhr nach einem quaeistabilen Zeitintervall (t = 0,7 χ C29 χ R30), während

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dem der Transistor Zk des Univibrators 22 gesperrt genalten wird, wieder aufgenommen wird·

Selbst während des quasistabilen Zeitintervalls wird jedoch die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen, wenn das Gaspedal bzw. der Drosselklappenhebel in Öffnungsrichtung der Drosselklappe bewegt wird. Zu diesem Zeltpunkt steigt die Spannung am Abgriff 39 des Potentiometers an, so daß ein Ladestrom zum Kondensator 42 fließt. Ώβτ Ladestrom fließt in Vorwärtsrichtung durch die Diode kj in die Basis des Transistors Zk im Univibrator 22, um den Transistor 2k zu triggern, so daß die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen wird.

Sobald der Drosselwinkel θ auf Null verkleinert worden ist, wird der Schalter 31 geöffnet, so daß der Transistor 2k des Univibrators 22 welter gesperrt gehalten wird, um die Kraftstoffzufuhr unterbrochen zu halten. Bei abnehmender Maschinendrehzahl N nimmt Jedoch die Ausgangsspannung des Drehzahl fühl er s 3 ^&t>t ^so daß die über das Potentiometer 36 in die Basis des Transistors 37 eingespeiste Spannung ebenfalls abnimmt. Sobald die Basisspannung des Transistors 37 niedriger als dessen Emitterpotential wird, wird der Transistor 37 getriggert, was die Basis des Transistors JZ erdet, um den Transistor JZ zu sperren, wodurch die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen wird. Daher wird durch geeignete Wahl der Schaltungsparameter, so daß das Basispotential des Transistors 37 niedriger als dessen Emitterpotential wird, wenn die Maschinendrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl N„ verringert wird, der Maschinenbetrieb nicht unterbrochen.

Beim Anlaufen der Maschine (wenn die Masohinentem-

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peratur niedrig ist, so daß eine zusätzliche Kraftstoffzufuhr erforderlich ist), ist die Widerstandsbrücke des Temperaturfühlers k im unabgeglichenen Zustand· In diesem Zustand ist das Potential am Verbindungspunkt 5*> niedriger als das Potential am Verbindungspunkt 53» da der Widerstandswert des Thermistors 52 hoch ist, so daß die Emitter-Basis-Strecke des Transistors $h in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist und der Transistor 5h Strom führt. Das Kollektorpotential des Transistors 5h ändert sich so mit der Haschinentemperatur, was die Abgabe eines entsprechenden elektrischen Ausgangssignals an die Signalverarbeitungseinrichtung 1 veranlaßt· Im obigen Zustand ist auch ein Basisstrom zum Transistor 58 vorhanden, und der Transistor 58 führt Strom, so daß eine ausreichende Vorspannung an der Basis des Transistors 2h des Univibrators 22 anliegt. Daher wird in diesem Zustand, selbst nach Erreichen der erforderlichen Winkelgeschwindigkeit der Drosselklappe in Schließrichtung der Drosselklappe oder selbst nach Verringerung des Drosselwinkels auf Null, um den Schalter 31 zu öffnen, der Transistor Zh nicht gesperrt, so daß die Kraftstoffzufuhr aufrechterhalten bleibt.

Bei niedrigen Temperaturen ist der Maschinenbetrieb Instabil, so daß es sehr vorteilhaft ist, die Maschinenwärme zu erhöhen, um den stabilen Maschinentemperaturbereich so schnell wie möglich ohne Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr in der obigen Weise zu stabilisieren.

Durch die Erfindung wird also ein Kraftstoffzufuhrregier angegeben, der äußerst wirksam hinsichtlich der Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine ist,

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   [1.) Kraftstoffzufuhrregier für Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch eine erste Transistor· schaltung (7t 10) ^zur Steuerung von Kraftstoffzufuhr-Stellelektromagnetventilen (12 - 15)» durch eine zweite Transistorschaltung (32), die einschaltbar ist, um die erste Transistorschaltung abzuschalten, und durch eine erste Steuerschaltung (38, 39, 44, 22), um die zweite Transistorschaltung einzuschalten, damit die erste Transistorsohaltung bei einer Maschinendrehzahl oberhalb eines vorbestimmten Werts und bei Überschreiten einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit der Bewegung des Maschinengaspedale bzw. -drosselhebels in Schließriohtung der Masohinendroseelklappe abgeschaltet wird.
2. 2. Kraftstoffzufuhrregler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Steuerschaltung (38, 39t ^2, 43t 22), um die zweite Transistorschaltung (32) so anzusteuern, daß sie die erste Transistorschaltung nach Drehen des Maschinengaspedals in Öffnungsrichtung der Maschinendrosselklappe wieder einschaltet.

   3· Kraftstoffzufuhrregier nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zeitbegrenzerschaltung (29t 30), um die zweite Traneistorschaltung (32) so zu steuern, daß die Abschaltdauer der ersten Traneistorschaltung (7t ¹⁰) begrenzt ist, wenn das Maschinengaspedal in einer Zwischenstellung nach Erreichen der vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit gehalten wird.

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   k. Kraftstoffzufuhrregier nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Steuerschaltung (4, 22), um die zweite Transistorschaltung (32) abgeschaltet zu halten, wenn die Maschinentemperatür unter einem vorbestimmten ¥©rt liegt.

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