DE2431559A1

DE2431559A1 - Elektronisch gesteuertes brennstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE2431559A1
Application number: DE2431559A
Authority: DE
Inventors: Hideya Fujisawa; Norio Omori
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1973-08-11
Filing date: 1974-07-01
Publication date: 1975-07-03
Also published as: US3910241A; DE2431559C3; GB1482594A; JPS5226285B2; DE2431559B2; JPS5037925A

Description

Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung eines elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems, das mit einem Sauerstoff gehaltanzeiger im Auspuff versehen ist zur Steuerung der Brennstoffeinspritzung entsprechend dem Sauerstoffgehalt im Auspuffsystem, wodurch die schädlichen Bestandteile im Auspuffgas vermindert werden. Der Sauerstoffgehalt im Auspuffgas verändert sich, wie in Fig. 1 gezeigt, mit dem Wert des Luft-Brennstoff-Verhältnisses, das der Sauerstoffgehaltanzeiger anzeigt, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, deren Kennlinie, wie in Fig. 2 gezeigt, eine besondere Stelle bei einem Luft-Brennstoff -Verhältnis von ungefähr 14,8 aufweist, was dem Beginn der Sauerstoff(O₂)-Kurve in Fig. 1 entspricht. Bei einem herkömmlichen Brennstoffeinspritζsystern mit einem derartigen Sauerstoff gehaltanzeiger liegt der Nachteil vor, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis nur auf den Wert 14,8 eingeregelt werden kann, da der Sauerstoffgehaltanzeiger ein Steuersignal erzeugt, das die Brennstoffeinspritzventile so steuert, daß

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sie ein optimales Luft-Brennstoff-Verhältnis von ungefähr 14,8 herstellen und einhalten.

Im Hinblick auf dieses Problem ist es das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem zu schaffen, das das gesamte Luft-Brennstoff-Verhältnis so steuern kann, daß es in einem Bereich eingestellt werden kann, der von dem Bereich von etwa 14,8 abweicht, wodurch die schädlichen Bestandteile im Auspuffgas eines Motors wirksamer vermindert werden. Wenn das Verhältnis z.B. bei ungefähr 18,5 eingestellt wird, kann eine niedrigere CO-, HC- und NOx-Emission erzielt werden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vielzahl von BrennstoffVersorgungssystemen im Brennstoffeinspritzsystem mit einer verhältnismäßig einfachen Konstruktion und niedrigen Kosten.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Luft-Brennstoff-Verhältnis und zwei typischen Bestand- teilen im Auspuffgas;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Luft-Brennstoff-Verhältnis und der im Sauerstoffgehaltanzeiger erzeugten elektromotorischen Kraft;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht des elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritζsystems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein elektrisches Schaltschema eines Rechners des Brennstoffeinspritzsystems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt des Brennstoffdruckreglers des Brennstoffeinspritzsystems der vorliegenden Erfindung;

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ORIGINAL INSPECTED

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Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines BrennstoffVersorgungssystems des Brennstoffeinspritzsystems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Luft-Brennstoff-Verhältnis und dem Brennstoff druck im BrennstoffVersorgungssystem der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Rechner, 2 und Brennstoffeinspritzventile, 5 einen Brennstofftank. Die Bezugszeichen 7 und 8 bezeichnen Brennstoffpumpen, 9 einen ersten Brennstoffdruckregler, 11 einen zweiten Brennstoffdruckregler, 13 einen Brennstoffverteiler. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein erstes Auspuffsammeirohr, 17 ein zweites Auspuffsammeirohr, 19 einen SauerStoffgehaltanzeiger. Der Rechner 1 steuert die Betätigung der Brennstoffeinspritzventile 2 und 3 während einer geeigneten Zeitdauer zur Einspritzung einer geeigneten Menge von Brennstoff in einen Motor 21 in Abhängigkeit von Signalen aus einem Unterdruckanzeiger 23, einem Kurbelwinkelanzeiger 25 und einem Sauerstoffgehaltanzeiger 19. Der erste Brennstoffdruckregler 9 regelt den Druck des von der Brennstoffpumpe 7 geförderten Brennstoffs, damit Brennstoff mit konstantem Druck zum-Brennstoffeinspritzventil 2 geliefert wird, das an dem ganz linken Zylinder des Motors 21 angebracht ist. Der Sauerstoffgehaltanzeiger 19 ist am ersten Auspuffsammeirohr 15 angebracht, das an den genannten ganz linken Zylinder angeschlossen ist. Der erste Brennstoffdruckregler 9 hat die in Fig. 5 gezeigte Konstruktion, bei der eine mit einem Ventilsitz 32 versehene Membran 27 in ein Gehäuse 29 eingebaut ist und die innere Kammer in obere und untere Kammern 31 bzw. 33 teilt, in der eine Schraubenfeder in der unteren Kammer 33 eingebaut ist und in der ein überstehendes Rohr 37 in der Kammer 31 mit einem Ventilteil 39 eingebaut ist, der dem Ventilsitz 32 zugewandt ist. Die obere Kammer 31 ist über eine Brennstoffleitung 41 mit der Brennstoffpumpe 7 und über eine Brennstoffleitung 43 mit dem Brennstoffeinspritzventil

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2 verbunden, wodurch von der Brennstoffpumpe 7 geförderter Brennstoff eingeführt und zum Einspritzventil 2 herausgelassen wird.

Das vorspringende Rohr 37 ist über eine Brennstoffleitung 45 mit dem Brennstofftank 5 verbunden und läßt Brennstoff aus der oberen Kammer 31 zum Brennstofftank heraus, wenn der Brennstoffdruck ansteigt und die Membran 27 abwärtsdrückt, um den Ventilsitz 32 vom Ventilteil 39 zu trennen.

Die untere Kammer 33 ist über eine Unterdruckleitung 49 an eine Einlaßleitung 47 des Motors 21 angeschlossen, wobei die Unterdruckleitung 49 den in der Einlaßleitung 47 erzeugten Unterdruck hierher leitet. Daher bewegt sich die Membran 27 zusammen mit dem Ventilsitz 32 in Abhängigkeit vom Brennstoffdruck und vom Unterdruck, um die aus der oberen Kammer 31 zum Brennstofftank zurückkehrende Brennstoffmenge zu steuern und somit den Brennstoff druck zu regeln. Der Brennstoffdruck hängt ebenfalls von der Charakteristik der Schraubenfeder 35 ab.

Der zweite Brennstoffdruckregler 11 ist dem genannten ersten Brennstoffdruckregler 9 ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Federkonstante der Schraubenfeder des zweiten Brennstoffdruckregler s 11 kleiner gewählt wird als diejenige des ersten Brenn-'stoffdruckreglers, so daß der zweite Brennstoffdruckregler 11 den Brennstoffdruck auf einen niedrigeren Wert einregelt als derjenige des ersten Brennstoffdruckreglers 9. Daher wird durch den Brennstoffverteiler 13 und die Brennstoffleitungen 51 in die mit den Brennstoffeinspritzventilen 3 versehenen Zylinder bei Betätigung beider Brennstoffeinspritzventile 2 und 3 mit der gleichen Zeitdauer Brennstoff mit niedrigerem Druck, d.h. eine geringere Menge von Brennstoff, durch die entsprechenden Brennstoffeinspritzventile 3 als durch das ganz linke Einspritzventil*2 geliefert.

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Wenn der Sauerstoffgehaltanzeiger 19 sein Signal zum Rechner 1 liefert, hält dieser das Luft-Brennstoff-Verhältnis des ganz linken Zylinders bei ungefähr 14,8 durch Steuerung der Einspritzdauer des Brennstoffeinspritzventils 2. Andererseits wird in die übrigen mit den Brennstoffeinspritzventilen 3 versehenen Zylinder weniger Brennstoff eingespritzt, um somit das Luft-Brennstoff-Verhältnis größer als dasjenige des ganz linken Zylinders zu machen.

Eine Beziehung zwischen dem Luft-Brennstoff-Verhältnis und einem geregelten Brennstoffdruck für einen 4-Takt und 6-Zylinder-Motor ist in Fig. 7 beispielsweise dargestellt, worin das Luft-Brennstoff-Verhältnis des mit dem Brennstoffeinspritzventil 2 verbundenen Zylinders auf 14,8 und der Brennstoffdruck in der

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Brennstoffleitung 43 auf 2,55 kg/cm eingeregelt wird, während die übrigen fünf Zylinder entsprechend mit einer geringeren Brennstoffmenge versorgt werden. Wie in Fig. 7 zu sehen, wird das gesamte Luft-Brennstoff-Verhältnis so eingeregelt, daß es beinahe gleich demjenigen der mit den Brennstoffeinspritzventilen 3 verbundenen mageren Zylinder ist. Folglich wird der Motor insgesamt, mit magerem Gemisch betrieben, das die schädlichen Bestandteile im Auspuffgas vermindert mit einer resultierenden Zunahme der Leistung der katalytischen Wandlers.

Fig. 6 zeigt ein ebenfalls zur Verfügung stehendes weiteres Brennstoffversorgungssystem. Das Bezugszeichen 53 bezeichnet eine zwischengeschalt'ete Brennstoffleitung, die einen ersten Druckregler 55 mit einem zweiten Brennstoffdruckregler 57 verbindet , die entsprechend den oben genannten ersten und zweiten Brennstoffdruckreglern 9 und 11 entsprechen. Eine Brennstoffleitung 59 ist an den Brennstofftank 5 angeschlossen und führt überströmenden Brennstoff hierher zurück. Eine Brennstoffleitung 61 ist an das ganz linke Brennstoffeinspritzventil 2 angeschlossen, während eine Brennstoffleitung 63 an die Brennstoffeinspritzventile 3 angeschlossen ist. Das Bezugszeichen 65 bezeichnet

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eine Brennstoffpumpe, die genau die gleiche ist wie die Brennstoffpumpen 7 und 8 des oben genannten Systems. Eine Schraubenfeder 67 des zweiten Brennstoffdruckreglers 57 hat eine kleinere Federkonstante als eine Schraubenfeder des ersten Brennstoffdruckreglers 55, so daß die Brennstoff einspritzventile 3 in der gleichen Weise wie in Fig. 3 gezeigt weniger Brennstoff einspritzen als das Ventil 2.

Als nächstes werden die Konstruktion und der Betrieb des Rechners 1 im Hinblick auf Fig. 4 erklärt. Das Bezugszeichen 71 bezeichnet einen Wellenformgebungskreis, der mit dem Kurbelwinkelanzeiger 25 verbunden ist. Der Wellenformgebungskreis enthält Widerstände 71a, 71b, 71c und 71d_f einen Kondensator 71g, NAND-Schaltkreise 71f, 71d, 71i, 71j und einen Transistor 71e. Die NAND-Schaltkreise 71i und 71j bilden einen Flipflop. Wenn das Kurbelwinkelsignal erzeugt ist, erzeugt der Wellenformgebungskreis 71 ein rechteckiges Signal,das mit der Kurbelwellendrehung synchronisiert ist. Das Bezugszeichen 73 ist ein integrierender Kreis mit Widerständen 73a, 73b, 73d, 73f, einem Transistor 73c, einem Kondensator 73e, Dioden 73g, 73h und einem Operationsverstärker 73i. Der integrierende Kreis 73 führt seine Integration aus, wenn ein Ausgangssignal des NAND-Schaltkreises 71j sich im O-Zustand befindet, und wird zurückgestellt, wenn sich das Signal.im L-Zustand befindet. Das Bezugszeichen 75 ist ein Spannungsregelkreis mit einem Widerstand 75a und einer Zenerdiode 75b. Der Spannungsregelkreis liefert die konstante Spannung, die vom integrierenden Kreis 73 integriert wird. Das Bezugszeichen 72 ist ein Steuerkreis mit Widerständen 77a, 77f, 77g, 77h und Operationsverstärkern 77b und 77i. Der Operationsverstärker 77b verstärkt das Ausgangssignal des Sauerstoffgehaltanzeigers 19, während der andere Verstärker 77i die beiden Ausgangssignale des Unterdruckanzeigers 23 und des Operationsverstärkers 77b addiert. Das Bezugszeichen 79 ist ein Komparatorkreis mit Widerständen 79a, 79b und einem Komparator 79c, dessen Ausgang mit dem Eingang des NAND-Schaltkreises 71j ver-

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, *7 , γ

bunden ist. Der Komparator erzeugt ein L-Signal als Ausgang, wenn die Ausgangsspannung des integrierenden Kreises 73 niedriger ist als die Ausgangsspannung des Steuerkreises 77, während er ein O-Signal erzeugt, wenn die erstere Ausgangsspannung höher ist als die letztere. Wenn der Komparator ein Q-Signal erzeugt, wird der NAND-Schaltkreis in den L-Zustand versetzt, wodurch der integrierende Kreis 73 zurückgestellt wird. Das Bezugszeichen 81 bezeichnet einen ÜTreiberkreis mit Widerständen 81a, 81b, 81c, 81d, 81f, 81g, 81i und Widerständen 81e, 81h und 81j. Die Basis des Transistors 81e ist an den Ausgang des NAND-Schaltkreises 71j angeschlossen. Wenn sich der Ausgang des NAND-Schaltkreises 71j im L-Zustand befindet, wird der Transistor 81e leitend gehalten, während die Transistoren 81h und 81j nichtleitend gehalten werden« Wenn jedoch einmal der Kurbelwinkelanzeiger ein Signal erzeugt, versetzt er den NAND-Schaltkreis 71j in den L-Zustand und macht somit den Transistor 8Ie nichtleitend und die Transistoren 81h und 81j leitend, um hierdurch die Einspritzventile 2 und 3 zu betätigen.

Wie oben angegeben, wird die Brennstoffeinspritzung eingeleitet, wenn der Kurbelwinkelanzeiger 25 ein Signal erzeugt, und wird unterbrochen, wenn der Komparatorkreis ein O-Signal erzeugt, wodurch die Einspritzdauer abhängig ist von den Signalen des Unterdruckanzeigers 23 und des Sauerstoffgehaltanzeigers 19, mit dem Ergebnis, daß der Brennstoff in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Ansaugleitung 47 und dem Sauerstoffgehalt im ersten Auspuffsammeirohr 15 gesteuert wird.

In diesem Rechner kann der Unterdruckanzeiger 23 durch ein in das Ansaugrohr 47 eingebautes Luftdurchsatzmeßgerät ersetzt werden.

Wie oben beschrieben, hat das Brennstoffeinspritzsystem der vorliegenden Erfindung zwei unterschiedliche Brennstoffversorgungssysteme, von denen jedes den Brennstoff mit unterschiedlichem

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Druck in jedes der entsprechenden Brennstoffeinspritzventile 2 und 3 liefert, wodurch das gewünschte Luft-Brennstoff-Verhältnis als ganzes erzielt wird zur Verminderung der schädlichen Bestandteile in dem aus dem Motor ausgestoßenen Auspuffgas·

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Claims

Patentansprüche

1/ Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem mit einer Brennstoffpumpe zum Liefern von Brennstoff aus einem Brennstofftank zum System, mit Brennstoffeinspritzventilen zum Einspritzen von Brennstoff in Zylinder eines Motors, mit einem Rechner zum Betätigen der Brennstoffeinspritzventil in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im aus dem Motor ausgestoßenen Auspuffgas und mit einem Sauerstoffgehaltanzeiger, der in einem Auspuffsammeirohr einer ausgewählten Anzahl von Zylindern des Motors angebracht ist, gekennzeichnet durch einen ersten Brennstoffdruckregler, der an · die Brennstoffpumpe und eine ausgewählte Anzahl der Brennstoffeinspritzventile angeschlossen ist, die entsprechend an der ausgewählten Anzahl von Zylindern angebracht sind, zum Einregeln des Brennstoffdrucks auf einen vorgegebenen Wert zum Liefern des geregelten Brennstoffs von der Brennstoffpumpe zur ausgewählten Anzahl der Brennstoffeinspritzventile, und durch einen zweiten Brennstoffdruckregler, der an die Brennstoffpumpe und die übrigen Brennstoffeinspritzventileangeschlossen ist, die entsprechend an den übrigen Zylindern angebracht sind zum Regeln des Brennstoffdrucks auf einen anderen vorgegebenen Wert zum Liefern des geregelten Brennstoffs von der Brennstoffpumpe zu den übrigen Brennstoffeinspritzventilen.
2. Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem, gekennzeichnet durch eine Brennstoffpumpe zum Liefern von Brennstoff zum System, durch an den Zylindern eines Motors angebrachte Brennstoffeinspritzventile zum Einspritzen von Brennstoff in die Zylinder, durch einen an die Brennstoffeinspritzventile angeschlossenen Rechner zum Betätigen der Ventile in Abhängigkeit von die Betriebszustände des Motors darstellenden Signalen, durch einen in einem ersten Auspuffsammeirohr des

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Motors angebrachten Sauerstoffgehaltanzeiger, der an eine ausgewählte Anzahl von Zylindern angeschlossen ist zur Lieferung eines Sauerstoffgehaltsignals zum Rechner als einem Signal, das die Betriebsbedingungen des Motors darstellt, durch einen ersten Brennstoffdruckregler, der an eine ausgewählte Anzahl von Brennstoffeinspritzventilen angeschlossen ist, die an der ausgewählten Anzahl von mit dem ersten Auspuffsammeirohr verbundenen Zylindern angebracht sind, zum Einregeln des Brennstoff drucks auf einen vorgegebenen Wert, und durch einen zweiten Brennstoffdruckregler," der an die übrigen Brennstoffeinspritzventile angeschlossen ist, die an den übrigen mit einem zweiten Auspuffsammeirohr verbundenen Zylindern angebracht sind, wobei das zweite Auspuffsammelrohr getrennt vom ersten Auspuffsammeirohr am Motor angebracht ist, zum Einregeln des Brennstoffdrucks auf einen anderen vorgegebenen Wert.
3. Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Brennstoffdruckregler zwei durch eine Membran voneinander getrennte Kammern aufweist, von denen eine an die ausgewählte Anzahl der Brennstoffeinspritzventile und an die Brennstoffpumpe angeschlossen und mit einer Auslaßleitung versehen ist zum Herauslassen von Brennstoff hieraus, während die andere an eine Einlaßleitung des Motors angeschlossen und mit einer Feder versehen ist zum Einstellen des Drucks des geregelten Brennstoffs auf einen vorgegebenen Wert, und daß der zweite Brennstoffdruckregler zwei durch eine Kammer voneinander getrennte Kammern aufweist, von denen eine an die übrigen Brennstoffeinspritzventile und an die Brennstoffpumpe angeschlossen und mit einer Auslaßleitung versehen ist zum Herauslassen,von Brennstoff hieraus, während die andere an die Einlaßleitung des Motors angeschlossen und mit einer Feder mit einer anderen Federkonstante versehen ist zum Einstellen des Drucks des geregelten Brennstoffs auf einen unterschiedlichen vorgegebenen Wert.

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4. Elektronisch gesteuertes Erennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoffdruckregler den Brennstoffdruck auf einen niedrigeren Wert hält als der erste Brennstoffdruckregler, wodurch das gesarate Luft-Brennstoff-Verhältnis größer gemacht wird als dasjenige der mit dem ersten Brennstoffdruckregler verbundenen ausgewählten Anzahl von .Zylindern.

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