DE3247788C3 - Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern und einer der Zylinderzahl entsprechenden Anzahl von Einspritzpumpen gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Kraftstoffeinspritzsystemen für Brennkraft­ maschinen mit mehreren Zylindern und einer der Zylinderzahl entsprechenden Anzahl von Einspritzpumpen werden die Ein­ spritzpumpen während des Betriebes durch eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Nockenwelle angetrieben, wobei die Kraftstoffeinspritzpumpen während des Betriebes im Wechsel Kraftstoff zu der jeweiligen der Einspritzdüsen der Brennkraftmaschine fördern. Dabei sind jeder Kraftstoffeinspritzpumpe mehrere elektrisch betätigte Ventile zugeordnet, die so zu betätigen sind, daß die Zufuhr von Kraftstoff zu den zugeordneten Einspritzdüsen sichergestellt ist. Die Arbeitsweise der Ventile wird so gesteuert, daß die Arbeitsperioden der Ventile und demzufolge die Menge des von den Pumpen geförderten Kraftstoffes entsprechend den Arbeitsparametern der Brennkraftmaschine bestimmt werden können.

Bei einem solchen bekannten Kraftstoffeinspritzsystem werden die Dauer der Kraftstoff-Förderung und demzufolge die Menge des von den Kraftstoffeinspritzpumpen geförderten Kraftstoffes auf der Grundlage verschiedener IST- und SOLL-Parameter der Brennkraftmaschine und Signalen bestimmt, die gleichzeitig innerhalb der Arbeitszyklen der Ventile den Ventilen übermittelt werden (GB 20 41 577 A). Dem liegt die Annahme zugrunde, das Ventile, Pumpen und Düsen in identischer Weise funktionieren, so daß die Menge des jedem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffes gleich ist. Fertigungstoleranzen der verschiedenen Teile führen jedoch zu unterschiedlichen Arbeitscharak­ teristiken mit dem Ergebnis, daß durch die Einspritzdüsen unterschiedliche Kraftstoffmengen austreten. Das führt zu einem unstetigen Arbeiten der Brennkraftmaschine, insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen und kann auch zu einem überhöhten Ausstoß von Schad- und Giftstoffen zusammen mit den Motorabgasen und zu überhöhten Motorgeräuschen führen.

Ein ebenfalls bekanntes Kraftstoffeinspritzsystem für Brenn­ kraftmaschinen mit mehreren Zylindern und mit einer der Zylinderzahl entsprechenden Anzahl von Kraftstoffeinspritz­ ventilen zur Einbringung von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine weist einen Steuerkreis auf, um die Kraftstoffeinspritzventile so zu steuern, daß die Arbeits­ perioden der Einspritzventile und damit die Menge des Kraftstoffs entsprechend SOLL- und IST-Parametern steuerbar sind (Toyota Engine: 4V-EU-E-VG System Troubleshooting Manual, 1978-11, Seiten 1-16, insbes. Seite 5).

Ausgehend vom genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein spezielles Verfahren zum Einstellen der Arbeitsperioden der Kraftstoffeinspritzventile vorzuschlagen, das eine genaue Arbeitsweise der Ventile gewährleistet und dabei baulich einfach und betriebssicher ist.

Der Lösung der Aufgabe dient die Ausbildung eines gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1.

Bei der Erfindung ist sichergestellt, daß jedes der Ventile rechtzeitig betätigt wird, d. h. zu dem für das jeweilige Ventil richtigen Zeitpunkt geöffnet bzw. geschlossen wird und damit die Menge des durch jede Kraftstoffeinspritzdüse geförderten Kraftstoffes exakt dem Sollwert entspricht.

Mit dem Merkmal des Unteranspruchs wird die Erfindung in zweckmäßiger Weise ausgebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung das Kraftstoff­ einspritzsystem eines Zylinders einer Brennkraftmaschine und

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Darstellung der elek­ tronischen Komponenten, die die Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ventiles steuern.

Gemäß Fig. 1 der Zeichnung enthält das System eine Kolbenpumpe mit einem in seinen beiden Axialrichtungen verstellbaren Kolben, wobei das Bezugszeichen 10 die Pumpe in ihrer Gesamtheit kennzeichnet. Der Kolben 12 dieser Pumpe ist in dem Zylinder 11 verstellbar. In üblicher Weise sucht eine nicht dargestellte Feder den Kolben 12 im Zylinder 11 nach außen zu verstellen, um ihn in Kontakt mit einer Nockenscheibe 13 zu halten, die auf der Nockenwelle gelagert ist, um drehzahlabhängig von der Brennkraftmaschine angetrieben zu werden. Der Zylinder 11 ist mit einem Auslaß 14 versehen, der mit einer Kraftstoff­ einspritzdüse 15 über ein federbelastetes Speiseventil 16 in Verbindung steht.

In der Wand des Zylinders 11 ist eine Einspeiseöffnung 17 vorgesehen, die vom Kolben 12 nicht verdeckt ist, wenn dieser nach außen verstellt wird. Die Öffnung 17 steht mit einer Kraftstoffquelle 18 in Verbindung. Außerdem steht mit dem Zylinder 11 ein Überströmventil 19 in Verbindung, das von einer elektromagnetischen Vorrichtung gesteuert wird, deren Wicklung mit 20 bezeichnet ist. Dieses Ventil ist so angeordnet, daß die Wicklung 20 zum Schließen des Ventiles erregt werden muß.

Während des Betriebes wird während einer nach innen gerichteten Bewegung des Kolbens 12 unmittelbar nach dem Verschließen der Öffnung 7 durch den Pumpenkolben der in dem Zylinder 11 enthaltene Kraftstoff unter Druck gesetzt und bei geschlossenem Ventil 19 durch den Auslaß 14 der Einspritzdüse 15 über das Speiseventil 16 zugeführt. Ist bei nach innen gerichteter Kolbenbewegung das Ventil 19 geöffnet, so wird ein nur unzureichender Druck im Pumpenzylinder erreicht und das Speiseventil 16 oder das Ventilglied in der Düse können nicht geöffnet werden und der vom Kolben 12 verdrängte Kraftstoff gelangt über das Überströmventil 19 in eine Drainageleitung. Während der nach außen gerichteten Bewegung des Kolbens gelangt Kraftstoff in den Zylinder 11, sobald die Öffnung 17 freigegeben ist, obwohl gegebenenfalls die Öffnung 17 auch weggelassen werden kann und das Füllen des Zylinders über das Ventil 19 erfolgen kann, das in diesem Fall mit der unter Druck stehenden Kraftstoffquelle 18 verbunden ist.

Der insoweit unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Teil des Systems stellt den Teil des Systemes dar, der für eine Einspritzdüse der Brennkraftmaschine notwendig ist, d. h. um den Kraftstoff einer Einspritzdüse zuführen zu können. Bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern sind die beschriebenen Systemteile in einer der Zahl der Zylinder entsprechenden Anzahl vorhanden, wobei allerdings nur eine einzige Kraftstoffquelle notwendig ist.

Gemäß Fig. 2 der Zeichnung sind die Wicklungen 20 der Ventile 19 mit dem jeweiligen Ausgang eines sogenannten Energiemodules 21 verbunden. Das Modul 21 enthält Beharrungskreise, die betätigt werden können, um einen elektrischen Stromfluß in den Wicklungen 20 als Reaktion auf Signale zu bewirken, die von einem Energieverteiler 22 erzeugt werden. Dem Energieverteiler 22 werden zwei Haupteingangssignale zugeführt, von denen eines von einem Kraftstoffkreis 23 als Teil eines ersten Steuerkreises 23-25 und das andere von einem Sequenzkreis 24 als weiteren Teil des ersten Steuerkreises 23-25 abgeleitet wird. Der Sequenzkreis liefert ein Drehzahleingangssignal an einen Steuerkreis 25 als nochmals weiteren Teil des Steuerkreises 23-25 und letzterer liefert ein Eingangssignal an den Kraftstoffkreis 23. Das Eingangssignal des Sequenzkreises kommt von einem Sensor 26 eines Signalgebers 26-28, der vorgesehen ist, um jederzeit dann ein Pulssignal zu ergeben, wenn eine Markierung 27 auf einem Rad 28 als von der Brennkraftmaschine angetriebenem drehenden Bauteil den Sensor passiert. Das Rad 28 wird mit der halben Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben und ihm sind Markierungen 27 in einer der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine entsprechenden Anzahl zugeordnet. Der Steuerkreis 25 erhält seine Eingangssignale von einem Signalumwandler, der der Drosselsteuerung des Fahrzeuges zugeordnet ist, dem die hier unterstellte Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Während des Betriebes des soweit beschriebenen Systemes bestimmen die dem Energieverteiler 22 vom Sequenzkreis 24 zugeführten Signale den Augenblickszustand der Kraftstoffzuführung und die Einspritzdüse, der Kraftstoff zugeführt wird. Die Dauer des Schließzustandes des Ventiles 19 wird von dem Signal bestimmt, das der Kraftstoffkreis 23 liefert. Der Steuerkreis 25 und der Kraftstoffkreis 23 bilden einen Regler, mit dem die Drehzahl bzw. Umlaufgeschwindigkeit der zugehörigen Brennkraftmaschine bestimmt wird.

Wie bereits oben erwähnt, ist die Bauweise der einzelnen in Fig. 1 dargestellten Komponenten so, daß selbst dann, wenn das Leistungsmodul elektrischen Strom den Wicklungen 20 während des jeweiligen Arbeitszyklus zuführt, die Menge des den Einspritzdüsen 15 zugeführten Kraftstoffes veränderlich sein kann. Liefert beispielsweise eine Düse beträchtlich mehr Kraftstoff als die anderen Düsen, so wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine während des Arbeitstaktes des der Düse zugeordneten Zylinders vorübergehend ansteigen, weil mehr Leistung erzeugt wird. Entsprechend wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine zurückgehen, wenn einer Düse weniger Kraftstoff zugeführt wird.

Um eine im wesentlichen gleichmäßige Kraftstoffmenge zu führen, erhält der Energieverteiler 22 weitere Eingangssignale von einem sogenannten Kompensationskreis 29. Die vom Sensor gelieferten Signale werden einem Taktgeber 30 als Teil eines weiteren Steuerkreises 30-32 zugeführt, der seinerseits Signale ergibt, die für die Intervalle zwischen den einzelnen Punkten indikativ sind. Diese Signale werden einem Durchschnittswertbilder 31 des weiteren Steuerkreises 30-32 zugeführt, der auf der Basis mehrerer Zeitintervallsignale ein Durchschnittswertsignal erzeugt, daß dem Signalvergleicher 32 als nochmals weiterem Teil des weiteren Steuerkreises 30-32 zugeführt wird. Zusätzlich erhält der Signalvergleicher 32 vom Taktgeber 30 das aktuelle Signal, das für die Zeit zwischen zwei Pulsen repräsentativ ist. Das Ausgangssignal des Signalvergleichers 32 ist die Differenz zwischen dem Durchschnitts- und dem aktuellen Signal. Das Ausgangssignal des Signalvergleichers wird dem Kompensationskreis 29 zugeführt, wodurch die zeitlichen Bedingungen verringert werden, d. h. die Periode, während der die Wicklung 20 eines Ventiles erregt ist, wenn entschieden ist, daß durch die Düse, die dieser Wicklung zugehörig ist, der Brennkraftmaschine mehr Kraftstoff zugeführt wird, als es an sich der Fall sein sollte. Ist andererseits entschieden, daß durch die Düse weniger Kraftstoff geliefert wird als es an sich der Fall sein sollte, so wird die diesem Ventil zugehörige Wicklung 20 für eine etwas längere Zeitdauer erregt. Der Kompensationskreis erhält außerdem ein Eingangssignal vom Se­ quenzkreis 24, um sicherzustellen, daß die Korrektursignale zur rechten Zeit geliefert werden.

Die oben beschriebene Einstellung ist insbesondere für Brennkraftmaschinen mit niedriger Drehzahl nützlich. Steigt die Maschinendrehzahl an, so kann der Mikroprozessor mit dem weiteren Steuerkreis 30-32 nicht rasch genug ansprechen bzw. zu träge sein, um die notwendigen Berechnungen im notwendigen Zeitpunkt durchgeführt zu haben. In einem solchen Fall wird der für eine geringe Motor­ drehzahl bestimmende Ausgleich unter Berücksichtigung der Tatsache bereitgestellt, daß bei höheren Motordrehzahlen die Intervalle zwischen den von dem Sensor 26 gelierferten Pulsen kürzer sind. Es ist zweckmäßig, daß, wenn die Menge des der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffes veränderlich ist, diese in die im Kompensationskreis 29 durchgeführte Rechnung eingeht.

Claims (1)

1. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern und mit einer der Zylinderzahl entsprechenden Anzahl von Einspritzpumpen, die im Betriebszustand von einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Nockenwelle angetrieben werden, um Kraftstoff im Wechsel zur jeweiligen Einspritzdüse der Brennkraftmaschine zu fördern und mit einer Anzahl elektrisch betätigter Ventile, die den Einspritzpumpen zugeordnet sind und unter Verwendung eines Signalgebers und eines Steuerkreises die Zuführung von Kraftstoff zu den ihnen zugeordneten Einspritzdüsen regeln, wobei für den Steuerkreis ein Signalgeber mit einem Sensor und einem Rad vorgesehen ist, das von der Brennkraftmaschine mit der halben Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben wird und Markierungen in einer der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine entsprechenden Anzahl aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der durch jede Kraftstoffeinspritzdüse geförderten Kraftstoffmenge den im Steuerkreis (23, 24, 25) aus den vom Signalgeber (26-28) gelieferten Impulssignalen gebildeten und einem Energieverteiler (22) für die Ventile zugeführten Steuersignalen im Energieverteiler Differenzsignale überlagert werden, die in einem Signalvergleicher (32) eines weiteren Steuerkreises (30-32) aus Signalen gebildet werden, die vom Signalgeber über einen Taktgeber (30) des weiteren Steuerkreises zum einen direkt als Intervallsignale und zum anderen über einen Durchschnittswertbilder (31) des weiteren Steuerkreises als Durchschnittswertsignale für jeweils mehrere Intervallsignale dem Signalvergleicher zugeführt werden.