DE2365088C3 - Anordnung zur Kraftstoffeinspritzung bei einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kraftstoffeinspritzung bei einem Verbrennungsmotor mit je einem Kraftstoffeinspritzventil für jeden Zylinder, einer gemeinsamen Kraftstoffspeiseleitung für die Kraftstoffeinspritzventile und mit einem ersten und zweiten Umformerkreis, wobei der erste Umformerkreis eine erste, vom Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Speiseleitung abhängige Spannung und der zweite Umformerkreis eine zweite, von einem frei vorgegebenen Motorparameter abhängige Spannung erzeugt, die an einer Potenzierschaltunj; anliegt. Eine solche Anordnung ist aus der DE-OS JO 46 024 bekannt.

Kraftstoffeinspritzsysteme werden normalerweise dazu benutzt, die Einführung von flüssigem Kraftstoff in die Ansaugkanäle oder Zylinder von Motoren mit innerer Verbrennung zu bewirken. In einem dieser Systeme wird eine mechanisch betriebene Pumpe eingesetzt, um den Kraftstoff auf Einspritzdruck zu bringen. Man verwendet dabei ein Druckregelventil, um den Kraftstoffdruck in einer gemeinsamen Speiseleitung zu überwachen, so daß er auf einem konstanten Wert gehalten wird; überschüssiger Kraftstoff wird dabei in den Pumpeneinlaß zurückgegeben. Aus der gemeinsamen Leitung gespeiste Einspfitzventile wer-

den dann aufeinanderfolgend für einen Zeitraum geöffnet, der von den Betriebserfordernissen des Motors zur Regelung der mit konstanter Einspritzgeschwindigkeit eingespritzten Kraftstoffmenge abhängig IsL In Otto-Motoren ist bei jeder Drehzahl ein Drosselungsverhältnis von ungefähr 4:1 zwischen dem Kraftstoff für maximale und minimale Last erforderlich. Es hat sich bei der Verminderung toxischer Emissionen aus dem Abgas ais vorteilhaft erwiesen, die Einspritzung während der Zeit vorzunehmen, in der das Einlaßventil des Motors geöffnet ist. Da zur Einspritzung innerhalb der Ansaugperiode bei maximaler Drehzahl in der Regel nur 5 bis 6 msec zur Verfügung stehen, erfordert die Minimallast bei allen Drehzahlen eine minimale Einspritzdauer von 1,25 bis 1,5 msec, da die Zeitdauer der einzig verfügbare Regelparameter ist. Eine derart kurze Einspritzdauer ist mit elektromagnetischen oder mechanisch betriebenen Einspritzventilen schwierig zu erzielen. Sehr kurze Einspritzintervalle ergeben bei diesen Ventilen eine unbeständige Kraftstoffregelung, die für hohe Drehzahlen noch hingenommen werden könnte, aber bei Leerlauf- und Außerleerlauf-Bedingungen nicht mehr annehmbar ist.

In Dieselmotoren bewirkt ein konstanter Druck in der gemeinsamen Leitung eine konstante

Kraftstoffeinspritzrate. Die Einspritzrate, die zum Einspritzen des maximalen Kraftstoffs bei hohen Motordrehzahlen erforderlich ist, muß auch bei geringen Drehzahlen hingenommen werden. So tritt dann übermäßiges Dieselklopfen auf, und zwar aus folgenden Gründen: Dieselkraftstoff hat eine Einspritzverzögerungsperiode, die ungefähr konstant und unabhängig von der Motordrehzahl ist Wenn Kraftstoff mit einer übermäßigen Rate eingespritzt wird, befindet sich die gesamte Kraftstoffüllung innerhalb des Zylinders und erfährt insgesamt die Zündverzögerungsphase. Nach Freisetzung der Hitze verbrennt dann die gesamte Füllung nahezu augenblicklich und erzeugt so einen raschen Druckanstieg und schweres Klopfen. Es wäre wünschenswerter, den Brennstoff bei niedrigen Drehzahlen mit einer geringen Rate einzuspritzen, so daß nur ein kleiner Teil der Füllung die Zündverzögerungsphase vollständig erfährt und der Hauptanteil des Kraftstoffs mit einer durch die Einspritzrate gesteuerten Geschwindigkeit brennt. Kraftstoff, der ehgespritzt wird, nachdem der zuerst eingespritzte Kraftstoff Hitze freigesetzt hat, verbrennt dann fast sofort nach seiner Einspritzung, gemäß der größeren Reaktionsgeschwindigkeit bei höherer Temneratur, wie sie durch die Arhennius-Beziehung beschrieben wird; die Geschwindigkeit des Druckanstieg* kann dann durch die Einspritzrate gesteuert werden.

Demzufolge ist, selbst wenn man eine Pilot-Einspritzung (Hilfseinspnt/Ling) verwendet, eine veränderbare Einspritzrate der Haupteinspritzung erwünscht, um Druckanstieg, Spitzendruck, Geräusch, Bildung von Stickoxyden und anderen Effekten zu steuern, die mit hohen Zylinderdrücken und -temperaturen verknüpft sind.

Bei der Anordnung nach der zitierten Offenlegungsschrift ist bereits vorgesehen, daß ein Soll-Einspritzdruck proportional mit dem Quadrat der angesaugten Luftmenge ansteigt, daß die Einspritzdauer umgekehrt proportional Von der Motordrehzahl (=sog. UPM-Wert des Motors) abhängt und daß die Einspritzdauer durch einen Vergleich zwischen dem Ist-Wert und dem Soll'Wert des Einspritzdrucks korrigiert wird. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß es im Rahmen eines solchen Konzepts nicht ohne weiteres gelingt, die Einspritzwerte auch bei extremer Wechselbelasturig stets ausreichend ranch nachzuführen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Anordnung zur Kraftstoffeinspritzung zu schaffen, die eine Regelung des Kraftstoffdrucks in einer gemeinsamen Speiseleitung eines Verbrennungsmotors in Obereinstimmung mit Veränderungen vorgegebener Motorparameter, vor allern der Motordrehzahl oder der angesaugten Luftmenge, gestattet Die Anordnung isoll dabei auf die vorgegebenen Motorparameter insbesondere mit raschem Druckanstieg oder -abfall reagieren können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Umformerkreise zur Veränderung des Kraftstoffdrucks gemäß dem frei vorgegebenen Parameter vorgesehen sind, daß die Potenzierschaltung die zweite Spannung in die n-te Potenz erhebt, wobei η durch eine fr si vorgegebene Motorabstimmung festgelegt ist, und eine dritte Spannung i<idet die einen erwünschten Kraftstoffdruck repräsentiert, daß ein Komparatorkreis die erste und die dritte Spannung miteinander vergleicht und die größere von beiden sowie ihre Differenz! bestimmt und daß die Anordnung einen Regler enthält, der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparatorkreises den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffspeiseleitung mit einer durch die Differenz bestimmten Rate ändert, bis der Kraftstoffdruck den durch die dritte Spannung bestimmten Wert annimmt

Den Gegenstand der Erfindung weiter ausbildende Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieh in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigt

F i g. 1 als rein schematisches Block-Diagramm eine erfindungsgemäße Anordnung, die bei Dieselmotoren angewendet werden kann,
F i g. 2 ein als Pumpe in einer erfindungsgemäßen Anordnung geeignetes Betätigungsglied,

F i g. 3 ein für eine erfindungsgemäße Anordnung geeignetes Druckregelventil,

F i g. 4 in einem schematischen Block-Diagramm eine Rechnerschaltung für einen Dieselmotor, die zur Steuerung der erfindungsgemäß vorgesehenen Pumpe geeignet ist.

F i g. 5 in einem schematischen Block-Diagramm Einzelheiten einer Flechnerschaltung, die zur Verwendung in einem Ottomotor geeignet ist und zur Steuerung der erfimiungsgemäß vorgesehenen Pumpe verwendet werden kann.

F i g. 6 in Ergänzung zur F i g. 5 die übrigen Teile einer eiPndi-.igigemäßen ^Ordnung für Ottomotoren,
Fig. 7 in einem schematischen Block-Diagramm einen Analogrechner, der zur Berechnung der Größe (Luftmengenfluß)² herangezogen werden kann.

In Fig. 1 ist diagrammartig eine erfindungsgemäße Anordnung für Diu'sdmotoren dargestellt Der Motor 8 hat einen Kraftstofftank 10 und eine Kraftstoffspeisepumpe 12, die Kraftstoff vom Kraftstofftank durch eine gemeinsame Kraftstoffspeiseleitung 14 pumpL Die Pumpe 12 kann den Kraftstoffdruck durch die gemeinsame Speiseleitung bis zu einem Wert anheben, der den für die Einspritzung erforderlichen Maximaldruck übersteigt. Eine Anzahl von Einspritzventilen 16, 18, 20, 22, die beispielsweise durch ein elektrisches Signal betätigt v/erden, sind zum Zwecke der Kraftstoffeinspritzung mit der gemeinsamen Leitung einerseits

und den Motorzylindern andererseits verbunden.

Die gemeinsame Krafisioffspciseleitürig 14 führt Kraftstoff in den Kraftstofftank 10 über ein Druckregelventil 24 zurück, dessen Einzelheiten, in F i g. 3- gezeigt sind. Das Druckregelventil wird durch den Kraftstoffdrüek im der Speiseleitung wie auch durch- ein elektromecfianisches Betätigungsglied-26 betätigt, das seinereits eine spulenbetätigte, magrietostriktive oder piezoelektrische Pumpe seirr kann* wie ganz allgemein in F ig. 2 dargestellt ist.

.' Ein Akkumulator 28 zapft die gemeinsame Speiseleitung mit dem unter Druck stehenden Kraftstoff an, um als eine Energiequelle in der Nähe der Einspritzventile zu dienen und ein gutes Ansprechen auf den Fluß zu sichern. Er ermöglicht auch einem Druckumformer 30 die Messung des Kraftstoffdruckes und die Erzeugung einer Spannung, deren Amplitude für diesen Druck k?nnz?ich"?"d· ist F.ine motnrbetriehene Abtastvorrichtung 32 enthält eine Anordnung zur Gewinnung von elektrischen impulsen mit einer durch die Motordrehzahl bestimmten Frequenz. Derartige Anordnungen sind bekannt und enthalten lediglich eine motorbetriebene Welle, die bei jeder Umdrehung einen Schalter betätigt und dadurch ein Spannungssignal mit der Frequenz des Motors erzeugt Der Ausgang der maschinenbetriebenen Vorrichtung wird einer aus Hochspannungsverteiler und Impulsgeberschaltung gebildeten Einheit 34 eingegeben. Die Einheit 34 enthält eine Schaltungsanordnung, um die Wellenform des von der maschinenbetriebenen Abtastvorrichtung empfangenen Signals geeignet zu formen und es dann auf das richtige der Einspritzventile 16 bis 22 zu verteilen, das zu dieser Zeit Kraftstoff einspritzen soll. Die Dauer des Intervalls, über den die Einspritzventile offengehalten werden, wird durch ein Steuerorgan 36 des Betriebsführers gesteuert Je schwerer die Last, desto länger sollte das Intervall sein, in dem die Einspritzventile geöffnet sind. Das Steuerorgan kann das Pedal im Fahrstand des Betriebsführers sein, das mit der Einheit 34 aus Hochspannungsverteiler und Impulsgeberschaltung verbunden ist um die Breite der den Kraftstoffeinspritzventilen eingegebenen Impulse zu verlangern oder zu verkürzen. Andere Motorparameter, die zur Steuerung der Öffnungsdauer der Kraftstoffeinspritzventile verwendet werden können, sind beispielsweise die Motordrehzahl, der Druck in der Kraftstoffleitung, die Motorlast der Rauschpegel oder der Luftverbrauch. Solche Daten können durch geeignete Sensoren in Signale umgewandelt werden und zur Modifizierung der Signale des Steuerorgans verwendet werden. Die diese Funktion darstellende Schaltungsanordnung ist mit dem Bezugszeichen 38 versehen.

„, Der Ausgang der maschinenbetriebenen Abtastvorrichtung 32 ist zusätzlich zu einem Tachometer 40 geführt dessen Funktion darin besteht ein Signal mit einer für die Motordrehzahl charakteristischen Spannung zu erzeugen. Das Tachometersignal wird einer Schaltung 42 zugeführt, die als Potenzier-Glied bezeichnet ist Das Potenzier-Glied ist im einzelnen irr Fig.4 dargestellt Es dient dazu, die Motordrehzahl in eine Spannung zu überführen, deren Amplitude den Druck anzeigt, den der Kraftstoff m der gemeinsamen Speiseleitung bei der herrschenden Motordrehzahl haben sollte, um den richtigen Betrieb der Maschine zu gewährleisten, wie er vorstehend beschrieben worden ist Das den tatsächlichen Kraftstoffdruck in der Speiseleitung anzeigende, durch den Druckumformer 30 erzeugte Signal und das Signal aus dem Potenzier-Glied 42(. das den erwünschten Kraftstoffdruck anzeigt, werden auf einen Komparator 44 gegeben.. Wenn die beiden die zwei Drücke kennzeichnenden Spannungen ungleich sind; gibt der Komparator 44 ein Ausgangssignat aut eine-Schalterschaltung 102. Die den tatsächli? cheirund den-erwünschten Kraftstoffdruek repräsentierenden Spannungen wefdert zusätzlich auf eine Subtraktionsschaltung 98" gegeben*, deren Ausgang die Ungleichheit zwischen diesen Spannungen- darstellt.

10- Dieser Ausgang wird- einem- spannüngsgesteüerten Oszillator 100 zugeführt so daß Spannungsimpulse die Schaltung 102 mit einer Frequenz proportional zur Üngleichheil beaufschlagen. Der Ausgang der Schaltung wird dem elektromechanischen Betätigungsglied 26 eingegeben, das, wie im folgenden noch beschrieben werden soll, das Druckregelventil veranlaßt, die Menge an Kraftstoff zu steigern oder zu verringern, die von der gemeinsamen Speiseleitung in den Kraftstofftank zurückgebracht wird. Dadurch wird der Druck in der gemeinsamen Speiseleitung erhöht oder gesenkt, und zwar auf den der Motordrehzahl entsprechenden Wert. Fig.2 zeigt ein elektromechanisches Betätigungsglied 26, das in einer erOndungsgemäßen Anordnung verwendet werden kann. Es umfaßt ein Gehäuse 50, das ein elektroexpansives Element 52 enthält Dieses Element kann ein Stapel aus piezoelektrischen Scheiben sein, ε·"¹ magnetostriktives Betätigungsteil, ein Spulen-Betätigungsteil oder eine mechanisch betriebene Pumpe, die durch Betätigung eines elektrisch betriebenen Organs oder Ventils mit einem exzentrischen Treiber in Verbindung gebracht werden kann.

Das elektroexpansive Element 52 betätigt einen Kolben 54 und veranlaßt ihn, sich in einer Kammer 56 hin- und herzubewegen. An einem Ende der Kammer befindet sich ein Einlaß zur Speiseleitung, in welchem ein Rückschlagventil 58 eingebracht ist. Im Boden der Kammer befindet sich ein Auslaß zum Druckregelventil 24, der ebenfalls ein Rückschlagventil 60 enthält.

Man erkennt daß die vorstehend kurz beschriebene Vorrichtung eine Pumpe ist in der die die Pumpe durchsetzende Kraftstoffmenge bei einem vorgegebenen Intervall eine Funktion der Betriebsfr equcrrz ticb elektromechanischen Betätigungsgliedes und des Drucks ist mit dem die Flüssigkeit sie beaufschlagt Es sei erwähnt daß die Rückschlagventile 58 und 60 dazu vorgesehen sind, einen Druckanstieg von mehreren hundert bar zu gestatten.

F i g. 3 ist ein Schnittbild durch ein Druckregelventil 24, das in der erfindungsgemäßen Ausführung eingesetzt werden kann. Es enthält ein Gehäuse 62 ir^:\ einer Öffnung 64, die mit einer Speiseleitung 14 kommuniziert Eine gleitfähige Stange 66 ist im Gehäuse aufgenommen und trägt ein Ventilglied 68 an ihrem einen Ende, das so bewegt, werden kann, daß es die mit der Speiseleitung kommunizierende Öffnung blockieren oder teilweise blockieren kann: Das Ventilglied 68 bewegt sich in- einem Hohlraum 70, der mit einer mit dem Kraftstofftank verbundenen Öffnung 72 kommuniziert Das- Ventilglied ist mittels einer Feder 74 vorgespannt, die das Ventilglied dahm drückt daß es die Öffnung 64 verschließt

Der auf das Ventilglied 68 ausgeübte Kraftstoffdruek überwindet den Druck der Feder 74 und ermöglicht dem Kraftstoff, die Ventflaufnahme zu durchsetzen und

es durch die Öffnung 72 in den Kraftstofftank zurückzugelangen.

Eine weitere Kammer 76 befindet sich an demjenigen Ende der Stange 66, das nicht das Ventilglied trägt Das

andere Ende dieser Kammer weist einen durchbohrten Zapfen 78 auf, der ein Widerlager für eine Membranfeder 80 darstellt Cnd den Durchtritt von Kraftstoff der Hinter die Stange 66 sickert, und von Kraftstoff, der vom Betätigungsglied 26 gepumpt wird, einschränkt aber nicht unterbindet Die Kammer 76 kommuniziert über eine£ durchtritt 82 mit dem Ausgang des elektromechanischen Betätigungsgiiedes 26, Der durchbohrte Zapfen 78 wird durch Druck versetzt biegt dabei die Membranfeder 80 und wirkt als ein Öruclrtammler. um die durch das Betätigungsglied 26 erzeugten Impulse zu glätten und das Ende der Stange 66 mit einem gleichmäßigen Druck zu beaufschlagen.

Wenn der Kraflstoffdruck aus der Speiseleitung 14 über die Öffnung 64 auf das Ventilglied 68 ausgeübt wird, widersteht es sowohl aufgrund des Drucks der Feder 74 als auch aufgrund des auf das Ende der in die Kamtnsr 76 hineinragend?" S*3ng^e ßfi ausgeiihten Drucks, der dadurch zustande kommt, daß Kraftstoff unter Druck vom Betätigungsglied 26 durch den Durchtritt 82 in die Kammer gelangt. Der Gegendruck in der Speiseleitung wächst, bis er, angreifend an dem Ventilglied 68, den Summendruck aus dem Druck auf das andere Ende der Stange 66 plus Federdruck übersteigt; dadurch kann Kraftstoff ungehinderter von der Speiseleitung durch die Kammer 70 und die Öffnung 72 zurück in den Kraftstofftank fließen.

Fig.4 ist ein schematisches Block-Diagramm und deutet das Potenzier-Glied 42, den Komparator 44 und den ^rpannungsimpulsgeber 46 an. Die Analogspannung am Ausgang des Tachometers 40, die die Motordrehzahl darstellt, wird einer logarithmischen Schaltung 90 eingegeben. Sie ist eine bekannte, kommerziell erhältliche Schaltung, welche die ihr eingegebene Spannung in einen Spannungswert umwandelt, der dem Logarithmus der eingegebenen Spannung entspricht. Der Ausgang der logarithmischen Schaltung 90 wird an einen Multiplikator 92 geführt, der den Logarithmus mit η multipliziert. Der Faktor η kann größer oder kleiner als 1 sein. Der Wert von η wird zuvor eingestellt, wenn der Motor abgestimmt wird, und bleibt, einmal fixiert, konstant Der Ausgang der Multiplikationsschaltung 92 wird einer Antilog-Schaltung 94 aufgegeben. Die Wirkung der Operationen der Schaltungen 90,92 und 94 besteht darin, die für die Motordrehzahl kennzeichnende Spannung zu nehmen und sie in die n-te Potenz zu erheben oder die Größe (UPM)" zu bilden. Dieses Signal wird dem Spannungskomparator 44 eingespeist.

Der andere Eingang des Spannungskomparators 44 wird vom Druckumformer 30 abgeleitet und enthält ein Signal, das für den Druck in der Speiseleitung kennzeichnend ist Dieses Signal wird auf einen Verstärker 96 gegeben, der das Eingangssignal auf einen geeigneten Pegel bringt Der Ausgang des Verstärkers 96 wird auf den Spannungskomparator 44 sowie auf eine Subtraktionsschaltung 98 gegeben. Der andere Eingang der Subtraktionsschaltung 98 enthält das Signal (UPM)". Die Differenz zwischen beiden Signalen — sie ist die Differenz zwischen dem tatsächlichen Kraftstoffdruck und dem berechneten Kraftstoffdruck — wird einem spannungsgesteuerten Oszillator 100 zugeführt Diese Schaltung liefert ein AusgangssignaL dessen Frequenz durch die Amplitude des Eingangssignals bestimmt oder gesteuert wird. Der Ausgang des Komparators 44 wird einer Schaltung ίΟ2 aufgegeben, die einen Silikon-gesteuerten Gleichrichter enthalten kann. Der Silikon-gesteuerte Gleichrichter oder Schalter 102 kann durch den Ausgang des Komparators 44 gesteuert werden, um das Äusgangssignal des spaiinungsgesteueften Oszillators 100 durchzulassen öder zu sperren;

Wenn der tatsächliche Kraftstoffdruck gleich dem berechneten oder größer als der berechnete Kraftstoff' druck (UPM)" ist, setzt der Komparator die Schaltung 102 nicht in die Lage_f Schwingungen des spannungsge·* steuerten Oszillators 100 zu eitler Treiberschaltung oder einem Spannungsimpulsgeber 46 für das elektromecha* nische Betätigungsglied durchzulassen. Wenn dagegen der Druck in der Speiseleitung geringer als (UPM)" ist, gestattet der Spannungskomparator im Schalter 102, die Schwingungen des spannungsgesteuerten Oszillators zur Treiberschaltung 46 gelangen zu lassen, die dann das elektromechanische Betätigungsglied ansteuern kann. Die Größe der Differenz zwischen dem den Kraftstoffdruck der Speiseleitung kennzeichnenden Signal und dem (UPM)" repräsentierenden Signal ergibt den Ausgang der Subtraktionsschaltung 98 und wird dazu verwandt, die frequenz des Signals zu steuern, das zum Betreiben des elektromechanischen Betätigungsliedes dient. Je größer also die Differenz zwischen dem tatsächlichen Speiseleitungsdruck und dem der Beziehung p= A(UPM)" genügenden Druck ist, desto größer ist die Betriebsfrequenz des Betätigungsgliedes 26 im Falle, daß der Schalter 102 offen ist. Mit wiederholten Zyklen steigert das Betätigungsglied den Kraftstoffdruck zwischen dem Einlaß 64 zur Speiseleitung und dem Auslaß 82 zum Betätigungsglied, so daß eine Summenkraft auf das Ventilglied 68 ausgeübt wird, die es zur Drosselung des Sickerstroms von der Speiseleitung zum Kraftstofftank bringt. Dann steigt der Druck in der Speiseleitung und führt zu einem entsprechenden Druckanstieg in der Kammer 76, weil das Betätigungsglied 26 den Druck mit einem konstanten Zuwachs steigert, und liefert dadurch einen größeren Abdichtdruck auf das Ventilglied 68. Wenn der Druck in der Leitung 14 die erwünschte Beziehung zur Motordrehzahl erreicht, schließt der Komparator 44 den Schalter 102 und verhindert einen weiteren Betrieb des elektromechanischen Betätigungsgliedes. Dann kann sich im Druckregelventil wieder ein Sickerstrom bilden, der den Druck aus der Leitung i4 abbaut, bis der Zyklus wiederholt wird. Die Stange 66 wirkt mit dem durchbohrten Zapfen 78 und der Membranfeder 80 dahin zusammen, daß das durch den Ausgang des Betätigungsgliedes 26 erzeugte Pulsieren ausgedämpft wird, und liefert im Zusammenwirken mit der einstellbaren Sickermündung in der Membran 78 ein Regulativ für die Hysterese und die resultierende Instabilität des Systems.

Wenn der Druck in der Speiseleitung 14 über die erwünschte Beziehung anwächst, beispielsweise infolge eines Drehzahlabfalls, der seinerseits beispielsweise durch eine plötzliche Belastung entstehen kann, bleibt das Betätigungsglied 26 untätig und öffnet sich das Druckregelventilglied 68 mit Absinken des Drucks in der Kammer 76; der Kammerdruck verringert sich, weil der Kraftstoff durch die Steuermündung im durchgebohrten Zapfen 78 und auf Sickerpfaden an der Außenwandung des Zapfens 78 wegsickert Hierauf bewegt sich das Ventilglied 68 und öffnet die Mündung 64 noch weiter; dadurch fällt der Druck in der Speiseleitung bis der erwünschte Druck wieder hergestellt ist, worauf das Betätigungsglied 26 wieder rar Aufrechterhaltung dieser Bedingung arbeitet

Die Regelung der Schließzeiten der Ventile wird durch den Betriebsführer überwacht der die Lasterfordernisse bestimmt Bei jeder Motordrehzahl ist aller-

dings eine Grenze für die maximale Kraftsloffmenge erwünscht, um den Motor an übermäßiger Rauschbil· dung zu hindern. Da jede Motordrehzähl einen eigenen Einspritzdruck festlegt, schreiben die Grenzen für Maximalkraftstoff ein Programm für die maximale Öffnungszeitdauer des Ventils in Abhängigkeit von der Motordrehzahl "öf. So kann ein Steuermechanismus ein Rauchbegrenzungsprogramm enthalten. Ähnlich kann eine Drehzahlregelung eingebaut werden; beide Vorkehrungen setzen das Vom Beiriebsführer gegebene Steuersignal für die Öffnungsdauer außer Kraft.

In einem Ottomotor mit innerer Verbrennung wird die Öffnungsdauer der Kraftstoffeinspritzventile in Abhängigkeit von Belnebsparametern des Motors gesteuert, vorzugsweise in Abhängigkeit vom Luftmengenverbrauch bei konstantem Druck in der Speiseleitung. Wenn der Druck in der Speiseleitung nicht konstant ist, muß eine Anordnung verwendet werden, in der der tatsächliche Druckabfall über den Einspritzventilen registriert und das Signal mit einem Signal verglichen wird, das den Luftmengenfluß in dem Motor erzeugt. Wenn diese Signale in einer vorher bestimmten Beziehung zueinander stehen, beispielsweise P* sich wie (Luftmengenfluß)² verändert, wird Kraftstoff in den Motor über einen konstanten Drehwinkel der Kurbelwelle eingespeist und ein konstantes Kraftstoff/Luft-Verhältnis aufrechterhalten. Wenn der Kraftstoffdruck Von der erwünschten Beziehung abweicht, errechnet eine Schaltung die Einspritzdauer, die zur für diesen Druck nötigen Kraftstoffbeschickung erforderlich ist, und stellt demgemäß den Winkel der Kurbelwelle ein, über den die Einspritzung zum Erreichen dieser Dauer zugelassen wird. In einer derartigen Einrichtung kann eine Anordnung, wie sie in Fig.5 gezeigt ist, zur Steuerung des Betätigungsgliedes verwendet werden.

F i g. 5 ist ein schematisches Block-Diagramm einer Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Verwendung in einem Ottomotor mit innerer Verbrennung. Ein Luftdruckumformer 104 erzeugt ein Signal Pi, das den Druck am Hals eines sogenannten Venturimeters 106 kennzeichnet, durch welches die Luft in den Innenverbrennungsmotor fließt. Dieses Signa! wird zusammen mit Signalen P\ und Ti, die jeweils durch einen Druckumformer 105 für die Umgebungsluft bzw. einen Temperaturumformer 107 für die Umgebungsluft gebildet werden, auf einen Rechner 109 gegeben, der die Größe (korrigierte Luftmengenflußrate)² aus diesen Signalen berechnet. Es kann von der Formel für den Luftmengenfluß durch ein Venturirohr, die Umgebungstemperatur und -druck in Betracht zieht, die folgende Näherungsformel für die Flußrate W der Luftmenge abgeleitet werden:

mit	Koeffizient für den Ausfluß aus dem Venturi
Cdv =	rohr
	Flußrate
W =	Fläche des Venturihalses (6,45 cm2 bzw. in2)
Ay =	980 cm/sec2(Dimensiorisfaktor;3Z2 ft/sec2)
S =	Umgebungsdruck
Px =	Umgebungstemperatur
T, =	Druck am Venturihals
Pi =

R = 28.4 m.N, N (Gaskonstante; 96.5 ft · Lbs/lb)
γ = Faktor eines »y-Gesetz^Gases«, als 1,4 angenommen
Po = Pi-Pj

Das vom Rechner 109 erzeugte Signal repräsentiert das Quadrat der korrigierten Luftmengenflußrate. Dieses Signal wird einer Schaltung 40 eingespeist, die der irt F i g. 4 beschriebenen ähnlich ist. Sie enthält eine

ίο iogafithmische Schaltung 90, deren Ausgang einer Schaltung 92 zur Multiplikation mit dem Faktor π zugeführt wird, deren Ausgang wiederum auf eine' Antilog-Schaltung 94 gegeben wird. In dieser Schaltung wird das Eingangssignal zur /i-ten Potenz erhoben, wobei der Faktor η zwischen 0,5 und 2,5 liegen kann. Der Ausgang der Antilog-Schaltung 94, der die Größe (korrigierte Luftmengenflußrate)" darstellt, wird zum Spanmingskomparator 44 und zu einer Subtraktionsschaltung 98 geführt. Der jeweils andere Eingang des Spannungskomparators und der Subtraktionsschaltung 98 wird vom Ausgang eines Verstärkers abgeleitet, dessen Eingang mit einer den Druckabfall des Kraftstoffs über den Kraftstoffeinspritzventilen darstellenden Spannung beaufschlagt wird, die ihrerseits von einem Umformer 111, wie in Fig.6 gezeigt, erhalten wird.

Wenn das verstärkte Signal für den Druckabfall des Kraftstoffs vom Verstärker 134 den berechneten Kraftstoffdruck übersteigt, steuert der Spannungskomparator 44 die Schaltung 102, so daß kein Ausgangssignal vom Oszillator 100 an die elektromechanische Treiberschaltung 46 gelangen kann. Wenn das Kraftstoffdruck-Signal unter das Luftmengenflußraten-Signal fällt, bringt der Komparator 44 die Schaltung 102 dazu.

Signale vom spannungsgesteuerten Oszillator 100 zur Treiberschaltung für das elektromechanische Betätigungsglied durchzulassen. Die Subtraktionsschaltung 98 bildet eine Spannung, die die Differenz zwischen den beiden dem Spannungskomparator eingegebenen Spannungen darstellt, und die Differenz dient dazu, den spannungsgesteuerten Oszillator 100 zu suuern. Die Γ ι ctjucti/. uCä SpünnungSgCStCUCrtCr· ^>SZ1 u*CTS !St

kennzeichnend für die Größe des Eingangssignals.
Durch Einstellung des Exponenten η kann Erscheinungen des Luft- und hydraulischen Stroms Rechnung getragen werden, die die Bernoulli-Beziehung p~ v¹ von inkompressiblen Medien modifizieren, unabhängig davon, ob diese Modifikationen aus Kraftstoff- oder Lufteffekten resultieren. Ein solcher Effekt kann beispielsweise durch heftiges Pulsieren im Ansaugsystem bei Verwendung von Rammrohren oder Resonanzkammern erzeugt werden. In derartigen Fällen bildet der Luftstrom ein mittleres Signal von größerem Wert da es den quadratischen Mittelwert (Effektivwert) der augenblicklichen Stromcharakteristik liefert

Es ist klar, daß eine derartige Vorrichtung den Luftmengenfluß und den Kraftstoffdruck zu allen Zeiten in der gewünschten Beziehung hält Allerdings kann der erforderliche Druckbereich zwischen maximalem Kraftstoffluß bei maximaler Geschwindigkeit und minimalem Kraftstoffluß bei minimaler Geschwindigkeit zur Erzielung einer Einspritzperiode mit konstantem Kurbelwellenwinkel zwischen 1000 und 1500 :1 liegen. Für eine annehmbare Lebensdauer der Kraftstoffpumpe sollte der Einspritzdruck auf maximal 27 bar begrenzt sein, und demzufolge können sich bei dem Kraftstoffdruck, der in der gemeinsamen Leitung bei geringer Motorleistung herrscht Dampfeinschlüsse aufgrund der vom

Motorgehäuse absorbierten Hitze bilden. Diese Einschlüsse sind unerwünscht und können Meßfehler oder einen ungleichmäßigen Motorlauf verursachen.

Um dieses Problem zu vermeiden, wird dem Kraftstoffdruck in der Leitung nicht gestattet, unter einen Pegel zu fallen, der empirisch zur Verhinderung von Dampfbildung ermittelt worden ist Der Minimaldruck kann erreicht werden, indem man der Feder 74 (F i g. 3) eine größere Stärke gibt so daß in der Druckleitung des Ottomotors mit innerer Verbrennung ein Minimaldruck von ausreichender Größe herrscht, bevor das Druckregelventil öffnen kann.

F i g. 6 zeigt, sehr schematisch, die erfindungsgemäß vorgesehene Vorrichtung, die zusätzlich zu der in F i g. 5 dargestellten in einem Ottomotor mit innerer Verbrennung erforderlich ist Ein Kraftstofftank 110 liefert Kraftstoff zu einer Pumpe 112, die diesen Kraftstoff in eine gemeinsame Leitung 114a, 1146 einspeist welche sich zur Einspeisung von Krariscoffeinspriizveiiüien ί in bis 123 verzweigt. Die verzweigte Kraftstoffleitung wird dann wieder zusammengeführt und kehrt als Einzelleitung zu einem Druckregelventil 124 zurück. Die Kraftstoffrückleitung ist zusätzlich mit einem elektromechanischen Betätigungsglied 126 verbunden. Aufbau und Betriebsweise des elektromechanischen Betätigungsgliedes und des Druckregelventils sind die gleichen, wie sie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben worden sind, daher wird hier auf ihre Beschreibung verzichtet

Der Druckumformer 111 könnte derart aufgebaut sein, daß er die Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdruck in der Speiseleitung 114a, 1146 und dem Druck in der Ansaugsammelleitung 128 des Motors erfaßt. Das Signal aus dem Druckumformer 111 kann demzufolge zur Regelung des Kraftstoffdrucks verwendet werden, und ebenfalls dazu dienen, die Einspritzdauer des Kraftstoffs zu berechnen.

In Dieselmotoren, die ein Einspritzsystem mit gemeinsamer Leitung und zeitlich abgestimmten Einspritzventilen haben, ermöglicht die Regelung des Kraftstoffdrucks in einer konstanten Beziehung zur r.Bcr-hninrHrr^oit AaR rli» Rincnrit^rat«» ripe Kraffclnffs gemeinsamer Leitung und Einspritzventilen für jeden Kanal oder Zylinder haben, kann eine feste Verknüpfung zwischen Motorgeschwindigkeit und Druck in der Kraftstoffleitung de:r Art ρ=Κω" erhalten werden; dabei ist ρ der Kraftstoffdruck, ω die Drehzahl des Motors in der Minute, K eine Konstante und π der Exponent, der zu Abstimmzwecken einfach verändert werden kann. Die Druck-Beziehung kann exakt mit einem System aufrechterhalten werden, das frei von

ίο mechanischer Kompliziertheit und nicht schwingungsempfindlich ist. Bekannte Systeme mit konstantem Druck in der Kraftstoffleitung sind nicht in der Lage, ein Maximum an Kraftstoff zu erhalten, welcher pro Takt innerhalb des wirksamen Öffnungsvorganges des Einlaßventils eingespritzt wird, und eine minimale Ventilöffnungsdauer mit der Leistung von Einspritzpumpen aufrechtzuerhalten, welche nach gegenwärtigem Stand der Technik gebaut sind.

Γ ί g. 7 iSl ein äCiicTuatiSCiicS LiiOCiv-L^iägranüTi Ciil65

2ö Analogrechners 109, der zur Bestimmung der Größe geeignet ist, welche der logarithmischen Schaltung 90 in F i g. 5 eingegeben wird. Bei Betrachtung der Gleichung (1) kann man entnehmen, daß die Größe

Cdo ■ A_t

gleich einer berechenbaren Konstanten K ist da für jedes gegebene Venturirohr alle Werte dieses Terms konstant sind. Der verbleibende Teil von Gleichung (1) kann zur Vereinfachung der Mechanisierung umgeordnet werden, so daß die gesamte Gleichung lautet

W = ΪΚ² ■ ^? (0,286 P, -0,306P₀)I

Ίι

zusätzlich zur Einspritzdauer eingestellt wird. Im Ergebnis kann der Motor zu einer geschmeidigeren, ruhigeren Betriebsweise mit geringeren Beanspruchungen (erhöhte Lebensdauer) bei niedrigen Lastfaktoren gebracht werden.

Die Abnutzung der Pumpe für den Kraftstoffdruck kann auf ein Minimum verringert werden, indem man ihren Betrieb bei Spitzen-Einspritzdruck nur für die Zeit fordert, in der ein solcher Druck tatsächlich notwendig ist Bekannte Anordnungen verlangen, daß diese Pumpe zu allen Zeiten bei Spitzen-Versorgungsdruck arbeitet sie beeinflussen dadurch nicht nur die Lebensdauer, sondern verursachen auch Kfäftstofferhitzung, Kraftstoffbelüftung und Leistungsvernichtung mit einem daraus resultierenden hohen spezifischen Verbrauch bei geringer Last

In Ottomotoren, die ein Kraftstoffeinspritzsystem mit Die Signale P₀, P\ und 71 werden alle verstärkt und erhalten ihre Vorzeichenumkehr durch die jeweiligen Verstärker 130,132 und 134, die jeweils -P₀, -Pi und — T\ bilden. — Pq und — P\ werden Abschwächern 136 und 137 zur Bildung von -0306P₀ und -0,286Pi eingegeben. Diese Werte werden dann zu einem Verstärker 140 mit zwei Eingängen geführt ^er die Summe -(-0,286P₁+0,306P₀) bildet Der Ausgang dieses Verstärkers wird einem Verstärker 142 zugeführt, dessen Verstiirkungsgrad so gewählt ist daß er das Ausgangssignal mit K² zur Bildung des Produkts 10(02.86Pi +0,306P₀) multipliziert
Das Signal — 71 wird als Eingangssignal auf einen Multiplizierer 139 eingegeben, der sich in der Gegenk.opplungsschleife eines Verstärkers 138 befindet Das zweite Eingangssignal des Multiplizierers 139 ist die Gegenkopplung des; Verstärkers. Im Ergebnis ist der Ausgang des Verstärkers 138 die Größe PaIT_x. Diese

55_; Größe wird dann zusammen mit dem Ausgang des Verstärkers 142 dem Multiplizierer 144 zur Bildung des Ausgangs W² eingegeben. Dieser Ausgang wird der logarithmischen Schaltung 90 in F i g. 5 zugeführt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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   to

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   Patentansprüche:

   1. Anordnung zur Kraftstoffeinspritzung bei einem Verbrennungsmotor mit je einem Kraftstoffeinspritzventil für jeden Zylinder, einer gemeinsamen Kraftstoffspeiseleitung für die Kraftstoffeinspritzventile und mit einem ersten und zweiten Umformerkreis, wobei der erste Umformerkreis eine erste, vom Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Speiseleitung abhängige Spannung und der zweite Umformerkreis eine zweite, von einem frei vorgegebenen Motorparameter abhängige Spannung erzeugt, die an einer Potenzierschaltung anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umformerkreise zur Veränderung des Kraftstoffdrucks gemäß dem frei vorgegebenen Parameter vorgesehen sind, daß die Potenzierschaltung (42) die zweite Spannujg in die n-te Potenz erhebt, wobei η durch eine frei vorgegebene Motorabstimmung festgelegt ist, und eine dritte Spannung bildet, die einen erwünschten Kraftstoffdruck repräsentiert, daß ein Kornparatorkreis (44) die erste und die dritte Spannung miteinander vergleicht und die größere von beiden sowie ihre Differenz bestimmt und daß die Anordnung einen Regler (24,26,46,124) enthält, der in Abhängigkeil vom Ausgangssignal des Komparatorkreises (44) den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffspeiseleitung (14; 114a, 114Oj mit einer -furch die Differenz bestimmten Rate ändert, bis der Kraftstoffdruck den durch die dritte Spannung bestimmten Wert annimmt.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Umformt/kreis (32,40) ein Tachometer (40) zur Bildung einer die Motordrehzahl repräsentierenden Spannung enthält.

   3. Anordnung nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Umformerkreis (32, 40) einen Umformer (104, 105, 107, 109) zur Erzeugung einer Spannung enthält, die das Druckdifferential der Luftmenge repräsentiert, welche zum Motor durch ein Venturirohr (106) fließt.

   4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (24, 26, 46, 124) eine elektromechanische Pumpe (Betätigungsglied 26) umfaßt, die zur Steigerung des Kraftstoffdrucks mit Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung (14; 114a. \\4b) beaufschlagt ist. sowie ein Steuerventil (Druckveniil 24, 124) enthält, das mit dem druckhöheren Kraftstoff aus dem Ausgang der elektromechanischen Pumpe (26) beschickt ist und die Rate steuert, mit der Kraftstoff in der gemeinsamen Speiseleitung (14; 114a. 114ZjJ zirkulieren kann, wodurch dessen Druck steuerbar ist.

   '>. Anordnung nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff durch eine Pumpe (26) aus der gemeinsamen Speiseleitung (14; 114a. I 14ö;in einen Kraftstofftank (10, 110) und von da in eine Pumpe (12) in Umlauf gesetzt wird, welche den Kraftstoff in die gemeinsame Speiseleitung (14; 114a, \\4b) pumpt, und daß der Kompafälorkreis (44) ein erstes Ausgangssignal erzeugt, wenn die erste Spannung die dritte Spannung übersteigt, und ein zweites Ausgangssignal erzeugt, wenn die dritte Spannung die erste übersteigt, und daß ein Steuerventil (24; 124) die gemeinsame Speiseleitung (14; 114a, 1146,) mit dem Kraftstofftank (10; 110) verbindet, dabei auf das

   erste Ausgangssignal hin den Kraftstofffluß erhöht, wodurch der Kraftstoffdruck vermindert wird, und auf das zweite Ausgangssignal hin den Kraftstofffluß vermindert, wodurch der Kraftstoffdruck steigt

   6. Anordnung nach Anspmch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Subtraktionsschaltung (98) vorgesehen ist, die die erste Spannung von der dritten Spannung zur Bildung einer Differenzspaunung abzieht, daß ein spannungsgesteuerter Oszillator (100) eine Impulsfolge erzeugt, deren Frequenz durch die Differenzspannung bestimmt ist, daß ein Tor (Schaltung 102) auf das erste Ausgangssigal hin geschlossen bleibt und auf das zweite Ausgangssignal hin öffnet und die Impulsfolge von dem spannungsgesteuerten Oszillator (100) durchläßt und daß ein elektromechanisches Betätigungsglied (26; 126) mit dem Tor (102) zur Steuerung des Steuerventils (24; 124) in Abhängigkeit von der Impulsfolge verbunden ist

   7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannung den Kraftstoffdruck über einem Kraftstoffeinspritzventil (16, 18, 20,22; 116 bis 123) repräsentiert und daß die zweite Spannung die Flußrate der Luftmenge in den Motor repräsentiert

   8. Anordnung na^h Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Subtraktionsschaltung (98) enthält, die die erste Spannung von der dritten Spannung zur Bildung einer Differenzspannung subtrahiert, daß ein spannungsgesteuerter Oszillator (100) eine Impulsfolge erzeugt, deren Frequenz durch die Differenzspannung bestimmt ist, daß ein Tor (Schaltung 102) auf die erste Ausgangsspannung hin geschlossen bleibt und auf die zweite Ausgangsspannung hin öffnet und die Impulsfolge vom spannungsgesteuerten Oszillator (100) durchläßt und daß ein elektromechanisches Betätigungsglied (26; 126) mit dem Tor (102) zur Steuerung des Steuerventils (24; 124) in Abhängigkeit von der Impulsfolge verbunden ist.