DE2248530C3 - Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

JO Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine nach dem Dieselprinzip arbeitende Brennkraftmaschine, in deren Zylinder je ein elektromagnetisch betätigbares, beim Einspritzen einen Zündvorgang auslösendes Einspritz ventil einmündet, das den Kraftstoff unter konstantem Druck zugeführt erhält, bei einer vorgegebenen Kurbelwellenstellung geöffnet und anschließend für eine die jeweilige Einspritzmenge bestimmende Zeitdauer durch ein elektrisches Steuergerät offengehalten wird, sowie mit einer elektrischen Verstelleinrichtung zur Verschiebung des Einspritz- bzw. Zündzeitpunktes gegenüber dem oberen Totpunkt des zugehörigen

Kolbens der Brennkraftmaschine. Im Gegensatz zu den bekannten

Saugrohreinspritzanlagen für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen, bei denen die jeweils durch ein Einspritzventil zugemessene Einspritzmenge dem zugehörigen Einlaßventil der Brennkraftmaschine räumlich und zeitlich vorgelagert werden kann, ist es bei nach dem Dieselprinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen notwendig, den Spritzbeginn wegen des mit ihm verbundenen Zündvorgangs bei einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel möglichst genau einzuhalten. Wegen der von der jeweiligen Drehzahl unabhängigen Verzögerungen, zu denen vor allem die Anzugszeit der elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventile gehört, müssen die einzelnen Öffnungsimpulse für die Einspritzventile mit zunehmender Drehzahl linear nach früh verstellt werden, damit der während einer solchen Verzögerungszeit zurückgelegte Drehwinkel der Kurbelwelle kompensiert werden kann.

Aus der DE-OS 2011321 ist eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Dieselbrennkraftmaschinen bekannt, bei welcher nicht nur die

f>5 einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt, sondern auch mit zunehmender Drehzahl der Maschine der Einspritzbeginn vorverlegt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in

diesem Sinne arbeitende, in ihrem Aufbau einfache und wirkungsvolle Verstelleinrichtung zu schaffen. Eine besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich bei einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung dadurch, daß zwei von der Nockenwelle der Brennkraftmaschine betätigbare Schalter vorgesehen sind, deren Schließpunkte um einen Kurbelwellenwinkel gegeneinander versetzt sind, der mindestens dem größten erforderlichen Verstellwirkel entspricht, daß an den zuerst schließenden der beiden Schalter ein monostabiler Multivibrator angeschlossen ist, der eine Kippdauer hat, weiche so groß-ist wie die Summe der zu kompensierenden Verzögerungszeiten, und daß an den monostabilen Multivibrator ein bistabiler Multivibrator angeschlossen ist, der von dem monostabilen Multivibrator am Ende der Kippdauer zur Einleitung eines Speichervorgangs eingeschaltet und durch den zweiten Schalter zur Beendigung des Speichervorgangs und zur Einleitung eines Ausspeichervorgangs zurückgeschaltet wird.

Weitere Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausfüin-ungsbeispiel. Es zeigt

Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzanlage in ihrem Übersichtsbild,

Fig.2 ein Zeitschaubild zur Erklärung ihrer Wirkungsweise und

F i g. 3 ein Schaltschema für eine in der Einspritzeinrichtung nach Fig. 1 verwendete, erfindungsgemäße Verstelleinrichtung für den Spritzbeginn,

F i g. 4 ein Schaltschema für eine Verstelleinrichtung, die im Gegensatz zu F i g. 3 digital arbeitet.

Die Einspritzeinrichtung nach F i g. 1 ist zum Betrieb einer als Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges dienenden, nach dem Dieselprinzip arbeitenden Vierzylinder-Brennkraftmaschine 10 bestimmt, in deren Zylinder je eines von vier elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventilen 11 einmündet Jedes der Einspritzventile steht über eine Rohrleitung 12 mit einem gemeinsamen Verteiler 13 in Verbindung, in welchem der aus einem Vorratsbehälter 14 von einer Förderpumpe 15 angesaugte Kraftstoff unter Druck gehalten wird, den ein Regler 16 auf einem konstanten Wert von etwa 80 atü hält

Jedes der Einspritzventile enthält eine nicht dargestellte, einseitig an Masse angeschlossene Magnetwicklung. Die Magnetwicklungen sind über einen Kontaktverteiler 17 mit dem Kollektor eines Leistungstransistors 18 verbunden. Dieser liefert während der Dauer der Öffnungsimpulse Jv, weiche von einem Steuergerät 20 bereitgestellt werden, einen solch starken Strom an die Magnetwicklungen der Einspritzventile 11, daß diese in ihre Offenstellung gelangen und eine von der Dauer der Öffnungsimpulse Jv abhängige Kraftstoffmenge in den jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine einspritzen.

Die Dauer der Öffnungsimpulse Jv wird durch das Steuergerät 20 bestimmt Dieses ist in F i g. 1 stark vereinfacht dargestellt und besteht im Prinzip aus einem monostabilen Multivibrator mit einem Eingangstransistör 21, einem an dessen Kollektor angeschlossenen Ausgangstransistor 22 sowie einem als Zeitglied dienenden Transformator 22, dessen Induktivität mit Hilfe einer an das Ansaugrohr 24 der Brennkraftmaschine angeschlossenen Druckdose 25 um so stärker verringert wird, je weiter der Absolutwert des im Ansaugrohr herrschenden Ansaugluftdruckes absinkt. Je kleiner der Ansaugluftdruck wird, um so kleiner wird die Impulsdauer der Öffnungsimpulse Jv,

Im einzelnen arbeitet das Steuergerät 20 folgendermaßen:

Im Ruhezustand wird der Eingangstransistor 21 durch einen von der gemeinsamen Plusleitung 26 über seine Emitter-Basis-Strecke und seinen Basiswiderstand 27 zur gemeinsamen Minusleitung 28 fließenden Basisstrom in seinem leitenden Zustand gehalten. Er sperrt dabei den Ausgangstransistor 22. Dann befindet sich auch der über einen Verstärker 29 an den Ausgangstransistor 22 angeschlossene Leistungstransistor 18 in seinem Sperrzustand.

Die Auslösung des Steuergeräts 20 erfolgt in einem von der dem Steuergerät vorgeschalteten Verstelleinrichtung 30 bestimmten Zeitpunkt Z, wenn die Ausgangsspannung 31 der Verstelleinrichtung 30 von Null auf hohe Potentialwerte zurückspringt Dann wird mit der auf einem Differenzierkondensator 32 sitzenden Ladung der Eingangstransistor 21 gesperrt, der Ausgangstransistor 22 und der Leitur^stransistor 18 stromieitend gemacht, so daß der Einsnritzvorgang beginnen und gleichzeitig die Zündung des eingespritzten Kraftstoffs bewirkt werden kann. Der vom Zeitpunkt Z an exponentiell ansteigende KoIIektorstrom des Ausgangstransistors 22 erzeugt in der Sekundärwicklung 33 des Transformators 23 eine Rückkopplungsspannung, die den Eingangstransistor 21 über den Auslöse- und Zündzeitpunkt Zhinaus gesperrt hält Dieser wird unter Beendigung des Öffnungsimpulses Jv erst dann erneut stromleitend, wenn die in ihrem Verlauf von der Induktivität des Transformators 23 abhängige Rückkopplungsspannung unter einen durch zwei Spannungsteilerwiderstände 34 und 35 festgelegten Wert absinkt

Zur Steuerung der Verstelleinrichtung 30 sind zwei mit der Nockenwelle 36 der Brennkraftmaschine zusammenarbeitende Schalter Sl und S2 vorgesehen, deren Schiießpunkte um den aus Fig.2 ersichtlichen Winkel <xo gegeneinander versetzt sind. Der besseren Deutlichkeit halber ist für die Schalter S1 und S 2 in den F i g. 2 und 3 angenommen, daß die Brennkraftmaschine 10 nur einen einzigen Zylinder habe. Während in Wirklichkeit die Schalter Sl und 52 von je einem vierhöckrigen Nocken Ni bzw. N 2 bei jeder Umdrehung der Nockenwelle 36 in gleichmäßigen Abständen viermal geöffnet und viermal geschlossen werden, ist"in den Fig.2 und 3 nur ein einhöckriger Nocken 41 bzw. 42 angenommen.

Nach F i g. 3 enthält die Verstelleinrichtung 30 einen monostabilen, eine Standzeit 7*1 aufweisenden Multivibrator 43, der über ein Differenzierglied 44 an den Schalter S1 angeschlossen ist, welcher nach F i g. 2 um den Nockenwellenwinkel xo früher schließt und früher öffnet als der Schalter S 2. Beim Schließen des Schalters Sl wird der monostnbile Multivibrator 43 ausgelöst. Nach Ablauf seiner Standzeit Tl wird mit der rückwärtigen Ranke des vom Multivibrator 43 erzeugten Impulses 45 über ein zweites Differenzierglied 46 ein bistabiler Multivibrator 47 ausgelöst An den Ausgang des bistabilen Multivibrators 47 ist ein Transistor 48 angeschlossen, dessen Kollektor mit einem Spe'cherkondensator 50 und mit einer zur Ladung des Speicherkondensators dienenden ersten Konstantstromquelle 49 verbunden ist. Die zweite Elektrode des Speicherkondensators liegt an der Basis eines Schalttransistors 51 und an einer zweiten Konstantstromquelle 52, die zur periodischen, jeweils sich an einen Ladevorgang des Speicherkondensators anschließen-

den linearen Entladung des Speicherkondensators dient. Der Ladevorgang am Speicherkondensator 50 beginnt jeweils dann, wenn mit der rückwärtigen Flanke eines Impulses 45 der bistabile Multivibrator 47 umgeschaltet und dabei der Transistor 48 gesperrt wird. Dann steigt die Spannung Uc am Speicherkondensator

50 in der aus dem Kurvenzug 2c/der F i g. 2 ersichtlichen Weise linear an. Sobald der um einen Nockenwellendrehwinkel «o versetzt arbeitende Schalter 52 schließt, wird der bistabile Multivibrator 47 über ein zweites, mit diesem Schalter verbundenes Differenzierglied 54 in die Ausgangslage zurückgekippt, wobei der Transistor 48 erneut leitend wird. Da hierdurch das Kollektorpotential des Transistors 48 nahezu auf Null absinkt, wird mit der auf dem Speicherkondensator 70 sitzenden Ladung der seither stromleitende Schalttransistor 51 so lange gesperrt, bis sich der Speicherkondensator 50 unter dem EinfiuB des von der Emiauestromqueiie 52 geiieferieti Entladestromes auf eine nahe bei Null liegende Spannung entladen hat. Dann kann der Schalttransistor

51 erneut stromleitend werden und bewirkt den in Fig. I bei 31 angedeuteten Spannungssprung, durch welchen in der oben beschriebenen Weise der Einspritzbeginn und der Zündvorgang in einem der Zylinder bewirkt wird.

Mit zunehmender Drehzahl wird der Beginn eines Einspritzimpulses und demzufolge der nächste Zündvorgang auf folgende Weise nach früh verschoben:

Die Standzeit Tl des monostabilen Multivibrators 43 entspricht einem drehzahlabhängigen Winkel i\\ (n),dcr mit zunehmender Drehzahl linear größer wird. Dementsprechend wird die Differenz <xo—«ι (n), welche der Kondensatoraufladung und der zu dieser proportionalen Kondensatorentladung entspricht, mit zunehmender Drehzahl kleiner. Hierdurch verschiebt sich der Beginn eines Einspritzimpulses /vnach früh, wie im Kurvenzug 2e der F i g. 2 mit unterbrochenen Linien angedeutet ist. Man hat demgemäß die Möglichkeit, den Winkel A₀. um welchen die beiden Schalter S 1 und 52 gegeneinander versetzt sind, so groß zu wählen, daß er der

CTAU/npcr*htpn CTröfltmÄCTÜohAn Qnrit-yuftrctilliinT t*nt-

spricht. Durch geeignete Wahl der Standzeit Tl des monostabilen Multivibrators 43 kann man dann diejenige Drehzahl festlegen, bis zu welcher die Spritzverstellung mit der Drehzahl zunehmen soll. Oberhalb dieser Drehzahl kann dann auf einfache Weise die Spritzverstellung konstant gehalten werden.

Wenn anstelle der beim Ausführungsbeispiel erzielten linearen Abhängigkeit der Spritzverstellung von der Drehzahl ein nichtlii.earer Verlauf der Spritzverstellung gewünscht wird, ist es lediglich notwendig, mit Hilfe eines Funktionsgebers den Aufladestrom oder den Entladestrom des Speicherkondensators zeitabhängig zu ändern. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß mehrere auf verschiedene Standzeiten eingestellte Multivibratoren vorgesehen werden, die vom bistabilen Multivibrator 47 gesteuert werden und für die Dauer ihrer Standzeit den Entladestrom oder den Aufladestrom auf einen kleineren oder größeren Wert umschalten.

Bei dem in F i g. 1 wiedergegebenen Steuergerät 20 ist nur eine Anpassung der Impulsdauer der Öffnungsimpulse Jv an den Saugrohr-Dnick ρ vorgesehen. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, einen der beiden Spannungsteilerwiderstände 34 oder 35 als temperaturabhängigen Widerstand auszubilden und mit dem Kühlwasser oder dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine in wärmeleitende Verbindung zu bringen. ^r> Dann kann die Einspritzmenge der jeweils herrschenden Betriebstemperatur ι angepaßt werden. Darüber hinaus ist es möglich, auch andere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, beispielsweise die Drehzahl η zur Beeinflussung der Impulsdauer der Öffnungsimpulse

in /vheranzuziehen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist ebenfalls ein monostabiler Multivibrator 43 vorgesehen, der von dem zuerst schließenden Schalter 51 über ein Differenzierglied 44 gesteuert wird, das in dem Symbol

ι■> für den monostabilen Multivibrator 43 durch einen Eingangspfeil angedeutet ist. Außerdem ist ein bistabiler Multivibrator 47 vorgesehen, dessen erster Eingang 5 ebenfaiis über ein Diiferen/.iergiieu 46 mit einem Ausgang des monostabilen Multivibrators 43 verbunden ist. während sein zweiter Eingang R mit dem Schalter 52 durch ein im einzelnen in Fig.3 dargestelltes Differenzierglied verbunden ist.

Anstelle eines Speichers, welcher in Fig. 3 durch einen Speicherkondensator 50 und eine Aufladestrom-

ίί quelle 49 realisiert ist und zur Entspeicherung eine Entladestromquelle 52 aufweist, ist beim Ausführungsbeispiel !mch Fig.4 ein Vor-Rückwärts-Zähler 70 vorgesehen, welcher bis zu vier bit speichern kann. Dieser Zähler ist handelsüblich aufgebaut und schaltet

w beim Erreichen von 4 bit, d. h. von fünfzehn Drehzahl-Informationsimpulsen Jd auf einen gleich aufgebauten Zähler 71 weiter. Die Drehzahl-Informationsimpulse Jd werden von einem nur schematisch dargestellten, an seinem umlaufenden Anker 81 zahlreiche Steuerzähne

)5 aufweisenden Permanentgenerator 80 geliefert. Dieser Drehzahlgeber liefert bei jeder Kurbelwellenumdrehung eine der Zahl seiner Zähne entsprechende Anzahl von Informationsimpulsen Jd. Die Zahl der nach Ablauf der Kippdauer des monostabilen Multivibrators 43 bis

■Ό zum Schließen des Schalters 52 in die beiden Zähler 70 iinri 71 ptntTPcnAi^hprtpn Infrtrmatinncimniilc** /W ict -711 -— --o-r--- · ...... _r .. , _

der Differenz zwischen dem Kurbelwellendrehwinkel λο und dem drehzahlabhängigen Winkel an (n) proportional. Nach dem Schließen des Schalters 52 stellt jeder der jetzt eintreffenden Drehzahl-Informationsimpulse Jd die Zähler 70 bzw. 71 zurück, bis schließlich beide Zähler auf Null zurückgestellt sind. Dieser Zeitpunkt wird durch eine Decodier-Einrichtung erfaßt, die im einzelnen acht Negationsglieder 72 und ein 8fach-NAND-Gatter 73 umfaßt. An den Ausgang dieses Gatters ist ein weiteres Negationsglied 74 angeschlossen, welches an einem der beiden Eingänge eines NAND-Gatters 75 liegt, dessen zweiter Eingang mit dem monostabüen Multivibrator 43 verbunden ist Wenn beide Eingänge des Gatters 75 ein L-Signal haben, gibt das NAND-Gatter 75 einen Auslöseimpuls für den Beginn eines Einspritzvorgangs ab, wie dies in F i g. 2 für den Zeitpunkt Zangedeutet ist

Der besondere Vorteil einer solchen digitalen Arbeitsweise liegt darin, daß vor allem bei niedrigen Drehzahlen die Genauigkeit wesentlich erhöht werden kann gegenüber einer in F i g. 3 dargestellten Speicherung mit Hilfe eines Speicherkondensators.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche;

   J. Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinricbtung für eine nach dem Dieselprinzip arbeitende Brennkraftmaschine, in deren Zylinder je ein elektromagnetisch betätigbares, beim Einspritzen einen Zündvorgang auslösendes Einspritzventil einmündet, das den Kraftstoff unter konstantem Druck zugeführt erhält, bei einer vorgegebenen Kurbelwellenstellung geöffnet und anschließend für eine die jeweilige Einspritzmenge bestimmende Zeitdauer durch ein elektrisches Steuergerät offengehalten wird, sowie mit einer elektrischen Verstelleinrichtung zur Verschiebung des Einspritz- bzw. Zündzeitpunktes gegenüber dem oberen Totpunkt des zugehörigen Kolbens der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zwei von der Nockenwelle betätigbare Schalter (Si, S2) vorgesehen sind, deren Schließpunkte um einen Kurbelwelleuwnkel («o) gegeneinander versetzt sind, der mindestens dem größten erforderlichen Verstellwinkel entspricht, daß an den zuerst schließenden der beiden Schalter ein monostabiler Multivibrator angeschlossen ist, der eine Kippdauer hat, welche so groß ist wie die Summe der zu kompensierenden Verzögerungs/eiten, und daß an den monostabilen Multivibrator (43) ein bistabiler Multivibrator (47) angeschlossen ist, der von dem monostabilen Multivibrator (43) am Ende der Kippdauer zur Einleitung eines Speichervorgangs eingeschaltet u^d durch den zweiten Schalter (S2) zur Beendigung des S/ieichervorgangs und zur Einleitung eines Ausspeichervorgangs zurückgeschaltet wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den monostabilen Multivibrator (43) eine Koristantstromquelle (49) angeschlossen ist, die zur Lieferung eines konstanten Ladestromes für einen Speicherkondensator (50) am Ende der Kippdauer des monostabilen Multivibrators eingeschaltet wird, und daß mit einer durch den zweiten Schalter einschaltbaren Konstantstromquelle (52) für die Entladung des Speicherkondensators der am Ende der Entladung liegende Einspritz- bzw. Spritzzeitpunkt fZJbestimmt ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des monostabilen Multivibrators (43) über ein Differenzierglied (46) einer der beiden Eingänge eines bistabilen, den Ladevorgang des Speicherkondensators (50) steuernden Multivibrators (47) angeschlossen ist, der an seinem zweiten Eingang über ein zweites Differenzierglied (54) mit dem zweiten Schalter (S 2) verbunden ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Ausgangsspannung des bistabilen Multivibrators (47) steuerbarer, mit seinem Kollektor ah eine der Elektroden des Speicherkondensators (50) und an die erste Konstantstromquelle (49) angeschlossener Transistor (48) vorgesehen ist und mit einem Schalttransistor (51) eine monostabile Kippstufe bildender mit seiner Basis an die andere Elektrode des Speicherkondensators und an die mit dieser verbundene zweite Konstantstromquelle (52) angeschlossen ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Kurbelwelle der brennkraftmaschine gekuppelter Drehzahlgeber (80) vor gesehen ist, der bei jeder Kurbelwellenumdrehung eine Vielzahl von Drebzahl-Informationsimpulsen (Jd) liefert, und daß mindestens ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler (70) vorgesehen ist, in welchem die nach Ablauf der Kippdauer des monostabilen Multivibrators (43) erzeugten Drehzahl-Informationsimpulse gezählt werden, und daß mit dem zweiten Schalter (S2) der Zähler (70) auf Rückwärtszählen umgesteuert wird und daß schließlich

   ίο beim Zählerstand Null der Einspritzvorgang ausgelöst wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler (70) als 4-bit-ZähIer ausgebildet ist
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei 4-bit-Vorwärts-Rückwärtszähler vorgesehen sind
8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zähler (70) eine Decodiereinrichtung (73) angeschlossen ist, die — vorzugsweise über ein Negationsglied (74) — mit einem der beiden Eingänge eines UND-Gliedes oder NAND-Gliedes (75) angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang mit einem Ausgang des monostabi len Multivibrators (43) verbunden ist.