DE3203660A1

DE3203660A1 - Steuerschaltung fuer die brennstoffeinspritzung eines innenverbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3203660A1
Application number: DE19823203660
Authority: DE
Inventors: Richard Elmer 54935 Fond du Lac Wis. Staerzl
Original assignee: Brunswick Corp
Current assignee: Brunswick Corp
Priority date: 1981-02-06
Filing date: 1982-02-03
Publication date: 1982-09-02
Also published as: GB2092777A; GB2092777B; US4391255A; CA1173134A; JPS57140532A

Abstract

1 Elektronische Steuerschaltung für einen Innenverbrennungsmotor mit Brennstoffeinspritzung, bei der die Brennstoffzufuhr unter ausgewählten Motorenzylindern bei niedriger Motorendrehzahl abgewechselt wird. Die alternierende Brennstoffzufuhr führt zu verbesserten Leerlaufbedingungen, zur Brennstoffeinsparung und zur Verringerung von Abgasemissionen. Der konventionelle Motorbetrieb wird nach und nach in dem Maße wieder hergestellt, indem der Motor den Hochdrehzahlbereich erreicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für elektronische Brennstoffeinspritzung eines Innenverbrennungsmotors und insbesondere auf eine programmierbare Steuerschaltung, die dazu ausgelegt ist, die Brennstoffeinsparung zu erhöhen und die Abgasemission zu vermindern. Wegen weiterer Einzelheiten eines Motors mit Brennstoffinjektion, für den sich die vorliegende Erfindung erläuterungsweise eignet, wird auf die Patentanmeldung Serial No. 120 467, eingereicht am 11. Februar 1980, Bezug genommen.

Bei Steuerschaltungen zur Brennstoffinjektion der angegebenen Art und insbesondere bei solchen Steuerschaltungen wie sie bei Zwei-Zyklus V-6 Motoren der in der Patentanmeldung Nr. 120 467 beschriebenen Art verwendet werden, werden bei jeder Kurbelwellenumdrehung sämtliche Zylinder mit Brennstoff durch Injektionen beaufschlagt. Die Brennstoffinjektion für sämtliche Motorenzylinder während jeder Kurbelwellenumdrehung ist bei voller Drosselklappenöffnung oder in der Nähe davon erforderlich, um im Hochdrehzahlbereich ausreichend Brennstoff zur Verfügung zu stellen. Im Bereich niedriger Drehzahlen, d.h. bei nicht maximaler Drosselklappenöffnung, hat es sich jedoch gezeigt, daß es vorteilhaft ist, nicht sämtliche Motorenzylinder während jeder Kurbelwellenumdrehung zu beaufschlagen, was zu einer Steigerung der Brennstoffeinsparung, der Verbesserung der Leerlaufsbedingungen und der Abgasemission führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Steuerschaltung für die Brennstoffeinspritzung bei einer Innenverbrennungsmaschine zu schaffen, die zu einer Senkung des Brennstoffverbrauches, zu einer Verbesserung der Motorleerlaufsbedingungen und zur Herabsetzung der Abgasemission bei niedrigen Drehzahlen führt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegeben.

Nach einem Merkmal der Erfindung wird die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, daß die Brennstoffzufuhr nur zu ausgewählten Zylindern während einer Kurbelwellenumdrehung ermöglicht wird, während die Zufuhr zu anderen Zylindern unterbrochen wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Brennstoffzufuhr zu den Zylindern progressiv wieder auf den üblichen Betriebszustand zurückgeführt, in dem Maße, wie der Motor Bereiche höherer Drehzahl erreicht.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird bei einem Vielreihenverbrennungsmotor der Brennstoff alternierend während aufeinanderfolgenden Kurbelwellenumdrehungen der einen Reihe und dann der anderen Reihe zugeführt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der programmierbaren Brennstoffeinspritzung und Steuerschaltung gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 eine Tabelle mit logischen Wahrheitswerten für die Vergleicher A, B und C der Fig. 1.

Die Erfindung eignet sich vorteilhaft zur Anwendung bei jedem Zwei-Zyklus-Innenverbrennungsmotor, der für Brennstoffeinspritzung geeignet ist. Die spezielle in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform ist für die Verwendung bei einem Zwei-Zyklus-Sechs-Zylinder, 60°-V-Motor mit Brennstoffeinspritzung der in der Patentanmeldung Nr. 120 467 beschriebenen Art konzipiert. Beim Gegenstand dieser genannten Patentanmeldung sind ein oder mehrere Rechteckpulsgeneratoren vorgesehen, die magnetbetätigte Brennstoffinjektoren betätigen, die jeweils als einzige einem Motorenzylinder zugeordnet sind. Das Motorsteuersystem beeinflußt oder moduliert den Impulsgenerator soweit dies erforderlich ist, um Drosselbedingungen bei der Steuerung der Motorgeschwindigkeit und anderer Faktoren einzustellen. Die Motorenzylinder #2, #4 und #6 werden gleichzeitig unter der Steuerung des Impulsausgangs eines ersten Rechtecksignalgenerators beaufschlagt, während die übrigen Brennstoffinjektoren für die Zylinder #1, #3 und #5 gleichzeitig unter der Steuerung des Ausgangsimpulses eines zweiten Generators gesteuert werden. Alle Zylinder werden während jeder Umdrehung der Kurbelwelle mit Brennstoff beaufschlagt.

Die Funktion der in Fig. 1 dargestellten Steuerschaltung besteht darin, daß bei kleinen Drosselklappenöffnungen (niedriger Drehzahlbereich des Motors) die Brennstoffzufuhr zu jedem Zylinder alternierend durchgeführt wird. Die Zylinder werden nach und nach in die normale Betriebsweise übergeführt, in dem Maße, wie die Drosselklappenöffnung vergrößert wird, so daß bei oder in der Nähe von vollständiger Drosselklappenöffnung (vollständig getretenem Gaspedal) alle Zylinder in den Normalbetrieb übergeführt werden, welcher Betrieb in der oben genannten Patentanmeldung Serial No. 120 467 beschrieben ist.

Bei einem Vielreihenmotor wird die abwechselnde Zufuhr zu den Motorenzylindern durch Abwechslung zwischen einer Motorenreihe und der anderen durchgeführt. Beispielsweise in einem V-6-Zwei-Zyklen-Motor werden bei geschlossenem Drosselventil während einer Umdrehung die Zylinder mit gerader Ordnungszahl mit Brennstoff beaufschlagt, während die Zylinder mit ungerader Ordnungszahl nicht beaufschlagt werden. Während der nachfolgenden Kurbelwellenumdrehung werden die Verhältnisse umgekehrt. Eine solche alternierende Brennstoffzufuhr ermöglicht für den Zylinder eine Schmierung während der ersten Umdrehung, wenn der Zylinder Brennstoff aufnimmt und eine gute Abgasspülung während der zweiten Umdrehung. Dadurch, daß eine gute Gasspülung erzielt wird, wenn ein Zylinder keinen Brennstoff aufnimmt, wird ein ruhigerer Leerlauf und eine gesteigerte Brennstoffeinsparung durch verbesserte Verbrennung erzielt. Durch dieselbe Wirkungsweise wird Luft in den Auspuffraum gepumpt, wodurch Auspuffemissionen bei kleiner Drosselklappenöffnung verringert werden. Die alternierende Brennstoffzufuhr dient auch dazu, eine gleichmäßige Zylindertemperatur beizubehalten.

Um eine alternierende Brennstoffzufuhr bei kleinen Drosselklappenöffnungen und eine übliche Brennstoffzufuhr bei oder in der Nähe der maximalen Drosselklappenöffnung zu erzielen, ist es erforderlich, ein Kontrollsignal zu erzeugen, das von der Stellung der Drosselklappe, d.h. des Gaspedals abhängig ist.

Ein solches Steuersignal wird von einem Umsetzer 10 für die Drosselklappenstellung bereitgestellt. Der Umsetzer 10, der in Blockform in Fig. 1 zu erkennen ist, ist im Detail in der Parallelanmeldung Serial No. 169 365, eingereicht am 16. Juli 1980 beschrieben. Insbesondere liefert der Umsetzer, wie in Fig. 5 der Patentanmeldung mit der Serial No. 169 365 gezeigt, ein Ausgangssignal, dessen Größe von der Winkelstellung der Drosselklappe abhängt, derart, daß eine geringe Drosselklappenöffnung (kleiner Winkel) ein Signal mit niederem Pegel und eine weite Drosselöffnung (großer Winkel) ein Signal mit hohem Pegel erzeugt. Der Bereich der Drosselklappeneinstellung ist zur Erläuterung mit 75° in der Patentanmeldung mit Serial No. 169 365 angegeben, und dies ist auch der Bereich der Drosselklappeneinstellung für den Wandler 10.

Das von der Stellung der Drosselklappe abhängige Steuersignal des Wandlers 10 wird Vergleichern 11-13 zugeführt, die den Spannungspegel des von der Drosselklappenstellung abhängigen Steuersignals mit einer festen Referenzspannung vergleichen. Jeder Vergleicher erzeugt im Ansprechen auf den sich ändernden Pegel des von der Drosselklappenstellung abhängigen Steuersignales eine logische "1" oder eine logische "0" als Ausgangssignal nach einem vorgegebenen Muster. Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, erzeugt jeder der Vergleicher 11-13 ein logisches Ausgangssignal "1", für Drosselklappenöffnungen von 0 bis 20°. Für Drosselklappenöffnungen von 20 bis 35° erzeugt der Vergleicher 11 ein logisches Ausgangssignal "0", während die Vergleicher 12 und 13 eine logische "1" als Ausgangssignal erzeugen. Drosselklappenöffnungen von 35 bis 50° führen zu einem Ausgangssignal "0" für die Vergleicher 11 und 12 und einem Ausgangssignal "1" für den Vergleicher 13. In gleicher Weise führen Drosselklappenöffnungen von 50 bis 75° zu einem Ausgangssignal "0" für jeden Vergleicher 11-13. Es versteht sich jedoch von selbst, daß die Vergleicher 11-13 auch so programmiert werden könnten, daß sie andere Ausgangssignalmuster, falls für sich ändernde Motorbetriebsbedingungen erforderlich, in der nachfolgend beschriebenen Weise erzeugen könnten.

Die Ausgangssignale der Vergleicher 11-13 werden UND-Glieder 14 bis 19 in der Fig. 1 dargestellten Weise zugeführt und logisch mit dem Ausgang des Umschalte-Flip-Flops 26 kombiniert. Der Umschalte-Flip-Flop erhält ein Kippsignal pro Kurbelwellenumdrehung in einer Zwei-Zyklus-Maschine. Die Mittel zum Zuführen des Kippsignals zum Flip-Flop 26 sind nicht dargestellt, da die Erzeugung eines solchen Signales ausgehend von der Kurbelwellenbewegung für einen auf dem Fachgebiet erfahrenen Fachmann selbstverständlich ist.

Zu Erläuterungszwecken möge nun angenommen werden, daß der Flip-Flop 26 in einen solchen Zustand gesetzt ist, daß sein Q-Ausgang den Pegel "1" und sein Q[mit Überstrich]-Ausgang den Pegel "0" aufweist. In diesem Zustand werden die UND-Glieder 14 bis 16 freigegeben und die UND-Glieder 17 bis 19 gesperrt. Die Sperrung der UND-Glieder 17 bis 19 führt dazu, daß ein Signal mit dem logischen Pegel "0" an die Einspritztreiberstufen 23 bis 25 gelangt. Alle Einspritztreiberstufen werden durch das Anlegen des logischen "0"-Signals gesperrt. Demgemäß gelangen die Rechteckimpulse, die an den Eingängen der Treiberstufen 23 bis 25 dargestellt sind, an die Brennstoffeinspritzungen (nicht dargestellt) für die Zylinder #2, #4 und #6, wodurch entsprechend den Lehren der Parallelanmeldung Serial No. 120 467 diese mit Brennstoff beaufschlagt werden.

Durch die Freigabe oder Öffnung der UND-Glieder 14 bis 16 gelangen die Ausgangssignale der Vergleicher 11-13 zu den Einspritztreiberstufen 20 bis 22. Bei einer Drosselklappenöffnung von 0 bis 20° befinden sich die Vergleicherausgänge alle im logischen Zustand "1". Eine logische "1" sperrt jedoch die Einspritztreiberstufen, weswegen kein Brennstoff an die Zylinder #1, #3 und #5 gelangt, wenn der Flip-Flop 26 gesetzt ist

(Q-Ausgang im Zustand "1", Q[mit Überstrich]-Ausgang im Zustand "0") und die Drosselöffnung zwischen 0 und 20° liegt.

In dem Maße wie die Drosselöffnung vergrößert wird, wird der Betrieb der Brennstoffinjektoren nach und nach bis zum konventionellen Betrieb wieder hergestellt. So werden insbesondere bei einer Drosselöffnung von 20 bis 35° die Injektortreiber 21 und 22 gesperrt, während der Injektortreiber 20 freigegeben wird. Bei einer Drosselöffnung von 35 bis 50° ist der Injektortreiber 22 gesperrt, während die Injektortreiber 20 und 21 freigegeben sind. Schließlich sind bei einer Drosselöffnung von 50 bis 75° alle Injektortreiber freigegeben, wodurch der Normalbetrieb der Verbrennungsmaschine wieder hergestellt ist.

Es versteht sich jedoch von selbst, daß bei jeder Kurbelwellenumdrehung der Flip-Flop 26 ein Kippsignal erhält und dementsprechend seinen Zustand ändert. Wenn sich der Flip-Flop 26 in seinem gelöschten Zustand befindet, ist sein Q-Ausgang auf dem Pegel "0", wodurch die UND-Glieder 14 bis 16 gesperrt und die Injektortreiber 20 bis 22 freigegeben werden. In gleicher Weise befindet sich der Q[mit Überstrich]-Ausgang auf dem logischen Pegel "1", wodurch die UND-Glieder 17 bis 19 freigegeben und die Ausgangssignale der Vergleicher 11-13 den Injektortreiber 23 bis 25 zugeführt werden. Die Injektortreiber 23 bis 25 werden durch die Vergleicherausgänge, wie oben im Zusammenhang mit dem Betrieb der Injektortreiber 20 bis 22 beschrieben, gesteuert. Auf diese Weise wird die Brennstoffzufuhr von einer Reihe zur anderen bei kleinen Drosselklappenöffnungen alternierend umgeschaltet und es wird der Normalbetrieb nach und nach wieder hergestellt, wenn die Drosselklappenöffnung anwächst. Wenngleich die Erfindung in Bezug auf ein bevorzugtes Erläuterungsausführungsbeispiel beschrieben ist, versteht es sich von selbst, daß zahlreiche Abwandlungen im Rahmen der beanspruchten Erfindung möglich sind.

Claims

1. Steuerschaltung für die Brennstoffeinspritzung eines Innenverbrennungsmotors mit einstellbarer Drosselklappe und einer Vielzahl von Zylindern, denen jeweils ein individuell steuerbarer Brennstoffinjektor zugeordnet ist, gekennzeichnet durch:

Mittel zur Erzeugung eines Drosselklappenpositionskontrollsignals, dessen Spannungspegel von der Bewegung der Drosselklappe aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung und umgekehrt bestimmt wird,

Mittel zum Vergleich des Pegels des Drosselklappenpositionskontrollsignals mit einem festen Referenzpegel und zur Erzeugung eines vorgegebenen Musters von logischen Signalen, entsprechend dem Vergleich, eine bistabile Kippschaltung, die ihren Zustand bei jeder Kurbelwellendrehung des Innenverbrennungsmotors ändert, und

Mittel, die auf das vorgegebene Muster der Logiksignale und den Zustand der bistabilen Kippschaltung ansprechen, um selektiv Freigabesignale an die individuell steuerbaren Brennstoffinjektoren zu leiten.

2. Steuerschaltung für die Brennstoffeinspritzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsmittel und die Erzeugungsmittel eine Vielzahl von Vergleicherschaltungen enthalten, die jeweils ein logisches Binärsignal als Ausgang liefern, dessen Zustand sich im Ansprechen auf Änderungen des Spannungspegels des Drosselklappenpositionskontrollsignals wechselt.

3. Steuerschaltung für die Brennstoffeinspritzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur selektiven Erzeugung von Freigabesignalen eine Vielzahl von UND-Gliedern mit zwei Eingängen aufweisen, wobei eine erste Untergruppe dieser UND-Glieder einer ersten ausgewählten Gruppe der Motorenzylinder und eine zweite Untergruppe der UND-Glieder einer zweiten ausgewählten Gruppe von Motorenzylindern zugeordnet ist.

4. Steuerschaltung für die Brennstoffeinspritzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Kippschaltung zwei komplementäre Ausgangssignale aufweist, daß ein erstes der komplementären Ausgangssignale dem einen Eingang der ersten Untergruppe von UND-Gliedern zugeführt wird, daß das zweite der komplementären Ausgangssignale dem einen Eingang der zweiten Untergruppe von UND-Gliedern zugeführt wird und daß das Ausgangssignal einer jeden einzelnen Vergleichschaltung ausgewählten Eingängen der restlichen Eingänge der ersten und zweiten Untergruppe der UND-Glieder zugeleitet wird.

5. Steuerschaltung für die Brennstoffeinspritzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Steuerung eines jeden der individuell steuerbaren Brennstoffinjektoren aufweist und daß die Steuermittel durch ein Ausgangssignal von der ersten und zweiten Untergruppe der UND-Glieder freigegeben werden.

6. Steuerschaltung für die Brennstoffeinspritzung eines Zweireihen-Innenverbrennungsmotors mit einstellbarer Drosselklappe und einer Vielzahl von auf die beiden Reihen verteilten Zylindern, denen jeweils ein individuell steuerbarer Brennstoffinjektor zugeordnet ist, gekennzeichnet durch:

Mittel zum Vergleichen des Spannungspegels des Drosselklappenpositionskontrollsignals mit einem festen Referenzpegel und zur Erzeugung eines vorgegebenen Musters von logischen Signalen, entsprechend dem Vergleich,

eine bistabile Kippschaltung, deren Zustand sich bei jeder Kurbelwellendrehung des Innenverbrennungsmotors ändert und

Mittel, die auf den Zustand der bistabilen Kippschaltung ansprechen, um abwechselnd das vorgegebene Muster der Logiksignale an die individuell steuerbaren Brennstoffinjektoren, die jeder Zylinderreihe zugeordnet sind, zu leiten.