DE2243037A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung fuer brennkraftmaschinen mit einem im oder am saugrohr angeordneten luftmengenmesser - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung fuer brennkraftmaschinen mit einem im oder am saugrohr angeordneten luftmengenmesser

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Description

R.I 0 61
9.8.1972 Lr/Mn
Anlage zur Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
KORERT BOSCH GMBH, Stuttgart
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem im oder am Saugrohr angeordneten Luftmengenmesser
Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte, vorzugsweise intermittierend arbeitende Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer in ihrer Ansaugleitung angeordneten Drosselklappe und mit wenigstens einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil - vorzugsweise mit mehreren Einspritzventilen, von denen je eines einem der Zylinder zugeordnet ist- und mit einem zur Magnetisierungswicklung des Ventils in Reihe liegenden Leistungstransistor sowie mit einer diesem vorgeschalteten Transistorschalteinr richtung, die synchron zu den Kurbelwellenumdrehungen der Brennkraftmaschine unter gleichzeitigem öffnen des Einspritzventils eingeschaltet und für eine die jeweilige Einspritzmenge bestimmende Zeitdauer in diesem Zustand während der Entladezeit eines elektrischen, als Kapazität oder als Induktivität ausgebildeten Energiespeichers gehalten wird, der vor je-
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Stuttgart 22 A 3037
dem Entladevorgang in definierter Weise geladen wird.
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 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 enthalten.
Bei bekannten Einspritzanlagen wird die angesaugte Luftmenge nicht direkt gemessen, sondern dadurch ermittelt, daß ein in Ansaugrichtung hinter der Drosselklappe an das 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.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem Einspritzsystem der eingangsbeschriebenen Art eine wesentliche Vereinfachung der die Dauer der Öffnungsimpulse bestimmenden Steuereinrichtung dadurch zu erzielen, daß in der Ansaug·= leitung 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
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Energiespeichers einwirkenden Mittel, nämlich mit dem Abgriff eines verstellbaren Widerstandes gekuppelt ist, ' wobei die Stauscheibe an dem Widerstand eine Steuerspannung einstellt, die proportional oder umgekehrt proportional zur Ansaugluftmenge ist.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine einen temperaturabhängigen,'in einer Widerstandsmeßbrücke angeordneten Widerstand zur Messung der Ansaugluftmenge zu verwenden, wobei an die Diagonale der Meßbrücke ein mit hoher Innenverstärkung ausgerüsteter Regler angeschlossen ist, der an der anderen Brückendiagonale eine umso höhere Spannung einspeist, je stärker sich der temperaturabhängige Widerstand unter dem Einfluß eines wachsenden Ansaugluftstromes abkühlt. In diesem Falle kann die eingespeiste Spannung unmittelbar als Steuerspannung benützt werden.
Bei anderen bekannten Einspritzeinrichtungen wird der im Ansaugrohr hinter der Drosselklappe der Brennkraftmaschine' sich einstellende Saugrohrdruek dazu benutzt, über eine evakuierte Druckdose und ein empfindliches Hebelsystem den Abgriff eines Potentiometers zu verstellen, das an einer konstanten Spannung liegt und zwischen dem Abgriff und einem der beiden Potentiometerenden eine Steuerspannung abzugreifen gestattet, die-proportional oder umgekehrt proportional zum Ansaugluftdruck ist.
Unabhängig davon, auf welche Weise die zur Ansaugluftmenge proportionale oder umgekehrt proportionale Steuerspannung gewonnen wird, besteht insbesondere während des Warmlaufens der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen ihrer normalen Be-
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Robert Bosch GMbH R. 10 6 ΐ Lr/Mn
triebstemperatur das Bedürfnis, eine Übergangsanreicherung für das Brennstoff-Luftgemiscn zu erzielen, damit die Brennkraftmaschine ausreichend schnell beschleunigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache Schaltunganordnung zu schaffen, mit welcher während der Beschleunigungsphase die gewünschte Übergangsanreicherung erzielt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Steuerspannung einem Differenzierglied zugeführt ist, an dessen Ausgang eine beschleunigungsabhängige Hilfsspannung entsteht. Vorteilhaft kann die am Ausgang des Differenziergliedes zur Verfügung stehende Hilfsspannung dazu benützt werden, die Kippdauer einer monostabilen Kippstufe zu beeinflussen, das einen zur Beschleunigungsanreicherung dienenden Verlängerungsimpuls liefert.
Wenn zur Luftmengenmessung in der oben erwähnten Weise ein temperaturabhängiger Widerstand im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine verwendet wird, können bei bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine starke Saugrohr-Druckschwankungen auftreten, die dazu führen, daß die Steuerspannung um einen dem zeitlichen Mittelwert der Luftmenge mit mehr oder weniger großer Genauigkeit entsprechenden Mittelwert pendelt. Derartige Schwingungen können zwar mit Hilfe eines Tiefpasses weitgehend unterdrückt werden. Es bestehen jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich des Frequenzganges eines solchen Tiefpasses als auch hinsichtlich seiner Dämpfung, da die hierbei auftretenden Forderungen sich zum Teil widersprechen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein beiden Erfordernissen einigermaßen genügendes Tiefpaß-System ein schlechtes Übergangsverhalten beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine zeigt, weil für diesen Betriebsfall die Dämpfung bzw. die Zeitkon-
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stante des Tiefpasses zu groß ist. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung während einer Übergangsphase, die durch positive Werte der als Differentialquotient der Steuerspannung gewonnenen Hilfsspannung signalisiert wird, mit Hilfe eines an die Hilfsspannung angeschlossenen Schwellwertschalters die Dämpfung des Tiefpasses reduziert bzw. die Grenzfrequenz des Tiefpasses auf höhere Vierte umgeschaltet werden. Hierbei kann diese Umschaltung auch in der. Weise erfolgen, daß die Grenzfrequenz des Tiefpasses davon abhängig gemacht wird, wie stark die Beschleunigung ist. Hierzu kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein aktiver Tiefpaß vorgesehen sein, bei dem die Zeitkonstante durch zwei Kondensatoren verändert wird, die in Stufen umgeschaltet oder zugeschaltet werden. Die Steuerung des Umschalters kann durch die beschleunigungsabhängige Hilfsspannung erfolgen. Pernerhin ist es möglich, die frequenzbestimmenden Kapazitäten des Tiefpasses in Abhängigkeit von der"Hilfsspannung zu verändern, so daß eine von der Beschleunigung abhängige Verän-* derung des Tiefpaßcharakters erreicht wird.
Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten ,Ausführungsbeispielen. Es zeigen :
Fig. 1 eine Saugrohr-Einspritzanlage für eine Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmas chine in einem Übersichtsbild und teilweise in schematischer Darstellung,
Fig. 2 einen Teil der elektrischen Steuereinrichtung der Einspritzanlage in einem vereinfachten Schaltbild und
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Pig. 3 ein Zeitschaubild zur Erklärung der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 1,
Fig. 4 eine abgewandelte Einrichtung zur Obergangsanreicherung in ihrem Blockschaltbild und
Fig. 5 eine Zeitschaubild zur Erklärung ihrer Wirkungsweise sowie
Fig. 6 eine Weiterbildung der Anordnung nach den Fig. 1 oder 1I mit einem umschaltbaren Tiefpaß-Filter.
Die dargestellte Benzineinspritzeinrichtung dient zum Betrieb der Brennkraftmaschine 10 und umfaßt als wesentliche Bestandteile vier elektromagnetisch betätigbare Einspritzventile 11, denen aus einem Verteiler 12 über je eine Rohrleitung 13 der einzuspritzende Kraftstoff zugeführt wird, eine elektromotorisch angetriebene Förderpumpe 14, einen Druckregler 15, der den Kraftstoffdruck auf einem konstanten Wert von 2 atü hält, sowie eine im folgenden näher beschriebene elektronische Steuereinrichtung. Diese wird durch einen mit der Nockenwelle 16 der Brennkraftmaschine gekuppelten Signalgeber 17 bei jeder Nockenwellenumdrehung zweimal ausgelöst und liefert dann je einen rechteckförmigen, elektrischen Öffnungsimpuls Jv für die Einspritzventile 11. Die in der Zeichnung angedeutete zeitliche Dauer Tv der Öffnungsimpulse bestimmt die Öffnungsdauer der Einspritzventile und demzufolge diejenige Kraftstoffmenge, welche während eines Öffnungsimpulses von den Einspritzventilen 11 abgespritzt wird. Die Magnetwicklungen 18 der Einspritzventile sind zu je einem Entkopplungs-Widerstand 19 in Reihe geschaltet und an eine gemeinsame Leistungstufe 20 angeschlossen, die wenigstens einen bei 21 angedeuteten Leistungstransistor enthält.
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Robert Bosch GmbH R1I 0 6 1 Lr/Mn
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Um das gewünschte stöchiometrische Verhältnis zwischen Ansaugluft und Kraftstoff zu erzielen, ist im Ansaugrohr 22 der Brennkraftmaschine in Ansaugrichtung hinter deren Filter 23, jedoch vor ihrer mit einem Gaspedal 24 verstellbaren Drosselklappe 25 ein Luftmengenmesser· LM angeordnet, der im wesentlichen aus einer Staur klappe 26 und einem Potentiometer 27 besteht, dessen verstellbarer Abgriff 28 mit der Stauscheibe gekoppelt ist. Das Potentiometer 27 ist an eine konstante Spannung angeschlossen und liefert eine von der Ansaugluftmenge Q abhängige Steuerspannung IL., die beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Ansaugluftmenge zunimmt. Der Luftmengenmesser LM arbeitet mit einer Transistor-Schalteinrichtung 30 zusammen, welche an ihrem Ausgang Grundimpulse Jo liefert, deren Impulsdauer zur' Ansaugluftmenge proportional ist. Diese Grundimpulse, werden in einer nachfolgenden Multiplizierstufe hO in Steuerimpulse Js mit etwa doppelt so großer Impulsdauer umgewandelt und einem ODER-Glied 50 zugeführt. Hier kann der einzelne Steuerimpuls Js zum Zwecke der Übergangsanreicherung um die Dauer eines Anreicherungsimpulses Jr verlängert werden, welcher während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine in der unten näher beschriebenen Weise geliefert wird und dann zusammen mit einem Steuerimpuls Js einen öffnungs impuls Jv ergibt.
Die Transistorschalteinrichtung 30 enthält nach ihrem in Fig. 2 dargestellten Prinzipschaltbild zwei zueinander jeweils im entgegengesetztem Betriebszustand befindliche und hierzu kreuzweise miteinander rückgekoppelte Transistoren, nämlich einen Eingangstransistor Tl und einen Aus-
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gangstransistor T2. Zwischen beiden ist ein als Energiespeicher dienender Kondensator C angeordnet, der jeweils während eines der von dem Signalgeber 17 gelieferten Ladeimpulses LJ aus einer Ladestromquelle mit einem konstanten, jedoch in seinem Stromwert von der Höhe der Steuerspannung IL abhängigen Ladestrom Ia geladen wird. Die Ladeimpulse LJ erstrecken sich jeweils über einen Kurbelwellendrehwinkel von l80°. Mit dem Ende eines Ladeimpulses beginnt der Entladevorgang des Speicherkondensators C, bei welchem von einer Entladestromquelle E ein konstanter Entladestrom Ie geliefert wird, der bewirkt, daß die Spannung am Speicherkondensator C rasch linear abnimmt. Während· der Dauer dieses Entladevorgangs bleibt der Ausgangstransistor T2 in seinem Sperrzustand. Er kehrt erst dann in seinen stromleitenden Ruhezustand zurück, wenn die Spannung am Kondensator C nahezu auf Null abgesunken ist. Dann wird der am Kollektor des Ausgangstransistors T2 zur Verfügung stehende Grundimpuls Jo beendet.
Die Multiplizierstufe 40 ist im Prinzip gleich aufgebaut wie die Transistorschalteinrichtung 30 nach Fig. 2, weist jedoch in ihrer Arbeitsweise den Unterschied auf, daß die dort vorgesehene Aufladestromquelle A jeweils nur während der luftmengenabhängigen Grundimpulse Jo anstelle der Ladestromimpulse LJ eingeschaltet wird.Die in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien umrahmte Einrichtung zur Erzielung einer Beschleunigungs-Anreicherung enthält eine monostabile Kippstufe 6l, welche jeweils am Ende eines Steuerimpulses Js getriggert wird. Der instabile Kipp-
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zustand der Kippstufe 6l und demzufolge der Dauer der Anreicherungs-Impulse Jr ändert sich linear mit der am Eingang der Kippstufe angelegten Hilfsspannung üu. Zur Gewinnung dieser Hilfsspannung ist an die Steuerspannung U7. über einen Kondensator 62 ein als Differentiator ge-
sehalteter Operationsverstärker P angeschlossen,- Der Rückkopplungswiderstand 63 des Operationsverstärkers kann vorteilhaft temperaturabhängig ausgebildet sein und mit dem Kühlwasser oder dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine in wärmeIeitender.Verbindung stehen. Dann erzeugt die Einrichtung 60 nur solange Anreieherungsimpulse Jr, bis die Brennkraftmaschine ihre normale Betriebstemperatur erreicht hat, d. h. nur während ihrer Warmlaufphase.
Wie die Fig. 3 erkennen läßt, nimmt die Hilfsspannung Ujt um so größere Werte an, je rascher die -Ansaugluftmenge Q und demzufolge die zu dieser proportionale Steuerspannung U7. anwächst. Wenn jedoch die Drosselklappe 25 geschlossen wird und demzufolge die Steuerspannung UT rasch abnimmt, ■<
Jj
bekommt die am Ausgang des Operationsverstärkers zur Verfügung stehende Hilfsspannung U^ .negative Werte, mit Vielehen die monostabile Kippstufe 6l nicht beeinflußt werden kann und dann keine Anreicherungsimpulse Jr liefert. Mit den negativen Vierten der beschleunigungsabhängigen Hilfsspannung U" kann jedoch in einfacher Weise der Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine signalisiert werden, bei dem es empfehlenswert ist, die eingespritzte Kraftstoffmenge so zu verändern, daß bei erheblichem Luftüberschuß die Verbrennungsvorgänge in den Zylindern der Brennkraftmaschine 10 gerade noch aufrecht erhalten werden können.
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Es ist außerdem möglich, von der am Ausgang des Differentiators P zur Verfügung stehenden Hilfsspannung U0
mit Hilfe eines zusätzlichen, in der Zeichnung mit unterbrochenen Linien angedeuteten Differenziergliedes 61 ein Signal abzuleiten, das zur Triggerung der monostabilen Kippstufe 6l herangezogen werden kann. In diesem Falle wird bei jeder Änderung der Ansaugluftmenge Q bzw, der luftmengenabhängigen Störspannung IL ein zusätzlicher Einspritzimpuls hervorgerufen, welcher in den Pausen zwischen zwei Steuerimpulsen Js jeweils einen zusätzlichen Einspritzvorgang bewirkt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Pig. ^ ist eine bistabile Kippstufe 71 und ein Schwellwertschalter 72 vorgesehen, der in bekannter Weise als Schmitt-Trigger ausgebildet sein kann. Der Schwellwertschalter 72 hat eine Schwellspannung Uo, die durch einen Zwischenverstärker 73 linear mit der Größe der luftmengenabhängigen Steuerspannung U1. erhöht wird. Die Steuerspannung U1. wird über ein
Jj
Verzögerungsglied, das aus einem im Längs zweig angeordneten Widerstand 74 und einem im Querzweig angeordneten Kondensator 75 besteht, dem Eingang des Schwellwertschalters zugeführt. Die am Kondensator 75 entstehende, zeitverzögernd ansteigende Spannung U erreicht im Zeitpunkt t2 den dann vorhandenen Wert der Schwellspannung Uo und bewirkt dann, daß in diesem Zeitpunkt die bistabile Kippstufe 71 in ihren ursprünglichen Schaltzustand zurückkehrt.
Dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem zweiten Eingang der bistabilen Kippstufe 71 eine Differenzierstufe vorgeschaltet, welche an die luftmengenabhängige Steuerspannung Ur angeschlossen ist und einen Triggerimpuls für die
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bistabile Kippstufe 71 liefert, wenn beispielsweise im Zeitpunkt ti die Steuerspannung UT ansteigt. Auf diese Weise kann ein vom Zeitpunkt ti bis t2 reichender Anreicherungsimpuls Jr auf die ODER-Stufe 50 gegeben werden, die ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 1 an ihrem zweiten Eingang 77 mit einer Multiplizierstufe 40 verbunden ist, Die Multiplizierstufe 40 liefert einen Steuerimpuls Js , welcher zusammen mit einem in der Übergangsphase erzeugten Anreicherungsimpuls Jr in der Leistungsstufe 20 einen verlängerten Öffnungsimpuls Jv für die Ventile 11 erzeugt.
Eine Temperaturabhängigkeit der BesenIeunigungsanreicherung kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Höhe der Schwellspannung mittels eines temperaturabhängigen Widerstandes beeinflußt wird.
Beim Ausführungsbeispiel nach Pig. 6 ist die beschleunigungsabhängige, in einer Einrichtung 60 nach Fig. 1 erzeugte Hilfsspannung UH dazu benützt, die Dämpfung eines Tiefpasses zu erniedrigen, bzw. dessen Grenzfrequenz zu erhöhen. Zu diesem Tiefpaß gehören die frequenzbestimmenden Kondensatoren Cl und C2, denen mit Hilfe je eines Schalters 83 bzw. 84 zwei Kondensatoren 8l bzw. 82 parallelgesehaltet werden können. Der Schaltvorgang wird jeweils durch eine Schalteinrichtung 85,bewirkt, die dann betätigt wird, wenn die beschleunigungsabhängige Spannung U„ einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist die luftir.engenabhängige Steuerspannung IL über zwei Widerstände 86 und 87 an den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 88 gegeben, der mit seinem Ausgang 90 auf eine Transistorschalteinrichtung 30 der in Pig. I angedeuteten Art einwirkt oder die Kippzeit eines monostabilen Multivibrators beeinflußt.
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Die frequenzbestimmenden Kapazitäten Cl und C2 des Tiefpasses können unter Umständen auch spannungsabhängig ausgebildet sein, so daß mit Hilfe der luftmengenabhängigen Steuerspannung bzw. der von dieser abgeleiteten, beschleunigungsabhängigen Hilfsspannung eine stufenlose, von der Beschleunigung abhängige Veränderung des Tiefpaßcharakters erreicht wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnungen liegt darin, daß mit einfachen elektrischen Mitteln eine in ihrer Höhe mit der Luftmenge sich ändernde Beschleunigungsspannung erzielt werden kann, mit welcher ohne weitere mechanische Stellglieder eine Verlängerung der Öffnungsimpulse zur Beschleunigungsanreicherung erzielt werden kann.
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Claims (3)

  1. Robert Bosch GMbH R.1 "S I Lr/Mn
    Stuttgart '
    Ansprüche
    j l/NElektrigch gesteuerte, vorzugsweise intermittierend ^^ arbeitende Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer in ihrer Ansaugleitung angeordneten Drosselklappe und mit wenigstens einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil - vorzugsweise mit mehreren Einspritzventilen, von denen je eines einem der Zylinder zugeordnet ist - und mit einem zur Magnetisierungswicklung des Ventils' in Reihe liegenden Leistungstransistor sowie mit einer diesem vorgeschalteten Transistorschalteinrichtung, die synchron zu den Kurbelwellenumdrehungen der Brennkraftmaschine unter gleichzeitigem öffnen des Einspritzventils eingeschaltet und für eine die jeweilige Einspritzmenge bestimmende Zeitdauer in diesem Zustand während der Entladezeit eines elektrischen, als Kapazität oder als Induktivität ausgebildeten Energiespeichers gehalten wird, der vor jedem Entladevorgang in definierter Weise geladen wird, sowie ferner mit einem im oder am Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeordneten Luftmengenmesser, der mit wenigstens einem auf den Lade- und/ oder Entladevorgang des Energiespeichers einwirkenden Mittel - insbesondere mit dem Abgriff eines verstell-
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    baren Widerstandes - gekuppelt ist, an welchem eine von der Ansaugluftmenge abhängige Steuerspannung entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung (üL) einem Differenzierglied (60) zugeführt ist, an dessen Ausgang eine beschleunigungsabhängige Hilfsspannung (Ujt) entsteht.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung (U„) an eine monostabile Kipp-
    stufe (6l) angeschlossen ist, deren Kippdauer von der
    Hilfsspannung abhängt und die Länge eines zur Übergangs-
    anreicherung dienenden Verlängerungsimpulses (Jr) be stimmt .
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeicn- net, daß die beschleunigungsabhängige Hilfsspannung (U„) zur Steuerung einer Schalteinrichtung (85) verwendet ist, mit welcher frequenzbestimmende Kondensatoren eines Tiefpaßfilters beim überschreiten eines vorgegebenen Wertes der Hilfsspannung umgeschaltet werden.
    k. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter einen Operationsverstärker (88) enthält, an dessen Ausgang ein zeitbestimmendes Glied eines monostabilen Multivibrators oder einer Transistorschalteinrichtung (30) angeschlossen ist.
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    L e e r s e i t
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