DE3539012A1 - Anordnung mit einem elektronischen regler fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Anordnung mit einem elektronischen regler fuer brennkraftmaschinen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem elek­ tronischen Regler für Brennkraftmaschinen, insbeson­ dere für Einspritzmotoren, bei welcher der Regler mit mehreren Sensoren und mindestens einem Stell­ glied funktionell verbunden ist.
Elektronische Regelsysteme für Brennkraftmaschinen bestehen aus mehreren Komponenten, wie beispiels­ weise Sensoren, dem Regler und Stellgliedern, welche bei bekannten Systemen an der Brennkraftmaschine bzw. im Motorraum eines Kraftfahrzeuges verteilt angeordnet sind. Dadurch sind entsprechende Steckver­ bindungen und Leitungen erforderlich, welche Anlaß für Defekte sein können. Außerdem bedeuten die Steck­ verbindungen und die Leitungen einen zusätzlichen Aufwand. Hinzu kommt eine entsprechende Zahl von Schutzgehäusen bzw. Schutzkappen, welche die Kompo­ nenten oder mindestens die Anschlüsse der Komponen­ ten vor äußeren Einflüssen (Feuchtigkeit, Schmutz) schützen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung mit einem elektronischen Regler für Brennkraftmaschinen anzugeben, bei welcher Leitungen und Steckverbindungen auf ein Mindestmaß reduziert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Regler Teil einer Baugruppe ist, die ferner eine Drosselklappen-Anordnung, einen Luftmassensen­ sor und einen Drosselklappen-Stellungssensor umfaßt.
Außer dem Vorteil, daß lange und störanfällige Verbindungsleitungen entfallen, ergibt sich der Vorteil, daß für Wartungs- und Reparaturarbeiten die geschlossene Baugruppe von der Brennkraftmaschine entfernt und beispielsweise auf einem Prüfstand durchgemessen werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Gehäuse mit dem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine verbindbar ist, daß die Drossel­ klappen-Anordnung in einem die Verbindung zwischen dem Gehäuse und Ansaugkanal bildenden Rohrstück vorgesehen ist und daß der Luftmassensensor in dem Gehäuse und der Regler an einer Wand des Gehäuses angeordnet ist. Diese Weiterbildung ermöglicht eine äußerst günstige Verbindung der Baugruppe mit der Brennkraftmaschine.
Eine andere Weiterbildung besteht darin, daß inner­ halb des Gehäuses ein Einspritzventil angeordnet ist, welches dem Regler als Stellglied zugeordnet ist. Diese Weiterbildung läßt sich mit Vorteil bei Einspritzmotoren mit sogenannter Zentraleinspritzung anwenden, bei welcher lediglich ein Einspritzventil für sämtliche Zylinder vorgesehen ist. Die Erfindung läßt sich jedoch auch in vorteilhafter Weise bei Brennkraftmaschinen anwenden, bei denen jeweils für einen Zylinder ein Einspritzventil vorgesehen ist.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß an einer Außenwand des Gehäuses eine Luftfilter-Anordnung anbringbar ist, welche ein kreisförmiges Luftfilter aufweist, und daß der von dem kreisförmigen Luftfilter gebildete Innenraum mit dem Innenraum des Gehäuses über einen Strömungskanal verbunden ist, in welchem der Luftmassensensor angeordnet ist. Dabei ist eine weitere günstige Aus­ führungsform möglich, bei welcher der elektronische Regler auf der Außenwand des Gehäuses angeordnet ist und in den Innenraum der Luftfilter-Anordnung hinein­ ragt.
Hierdurch ist eine gute Kühlung des elektronischen Reglers durch die angesaugte und gefilterte Außen­ luft gegeben.
Gemäß einer anderen Weiterbildung können im Innen­ raum der Luftfilter-Anordnung außerdem ein Drucksen­ sor und/oder ein Temperatursensor angeordnet sein. Außerdem besteht die Möglichkeit, im Bereich der Drosselklappen-Anordnung einen Motortemperatursensor und/oder einen Saugrohrtemperatursensor vorzusehen. Schließlich kann gemäß einer anderen Weiterbildung die die Drosselklappe tragende Welle mit einem Schalter in Wirkverbindung stehen, der bei der Leer­ laufstellung der Drosselklappe anspricht.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann bei verschiede­ nen Regelsystemen für Brennkraftmaschinen angewendet werden. Eine bevorzugte Anwendung ist die an sich bekannte Regelung der Kraftstoff-Einspritzmenge bei Otto-Motoren mit Kraftstoffeinspritzung. Zur Rege­ lung der Einspritzmenge wird bei den bekannten Regel­ systemen in erster Linie die vom Motor angesaugte Luftmasse herangezogen. Es werden zur Regelung je­ doch auch die Drosselklappen-Stellung, der äußere Luftdruck (also die Höhe), die Motortemperatur, die Außenlufttemperatur, die Motordrehzahl und das Meß­ ergebnis einer Lambdasonde berücksichtigt. Bei den erfindungsgemäßen Anordnungen können mehrere, diese Größen erfassenden Sensoren innerhalb der Baugruppe angeordnet sein. Es können jedoch auch zusätzliche Sensoren (z. B. Motordrehzahl, Lambdasonde) über entsprechende Leitungen mit der Baugruppe verbunden sein.
Die bekannten Regelsysteme lassen sich auch mit einer Leerlaufregelung verbinden, wozu bei der erfin­ dungsgemäßen Anordnung im Bereich der Drosselklap­ pen-Anordnung ein Leerlaufsteller vorgesehen ist.
Ferner ist die erfindungsgemäße Anordnung nicht auf eine mechanische Betätigung der Drosselklappe be­ schränkt. Eine Weiterbildung der Erfindung besteht vielmehr darin, daß der elektronische Regler einen Regler einer elektronischen Gaspedal-Anlage umfaßt und daß die Drosselklappen-Anordnung mit einem elek­ tromotorischen Stellglied versehen ist, welches an einem dafür vorgesehenen Ausgang des elektronischen Reglers angeschlossen ist.
Vorteilhafterweise können die Leitungen zwischen den vorhandenen Sensoren sowie Stellgliedern und dem elektronischen Regler mindestens teilweise innerhalb des Gehäuses geführt sein.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind schematisch in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei welchem als Sensoren lediglich ein Luftmassensensor und ein Drosselklappen-Stellungssensor vorge­ sehen sind,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Sensoren und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Reglers und der Sensorschaltungen.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist ein die Form eines flachen Zylinders aufweisendes Gehäuse 1 auf ein Rohr 2 aufgesetzt, welches eine Drosselklappe 3 enthält, welche auf einer Welle 4 befestigt ist. Oberhalb der Öffnung des Rohres 2 ist ein Kraft­ stoff-Einspritzventil 5 mit einer Düse 6 angeordnet. Das Gehäuse 1 wird von einer Wand 7 nach oben abge­ schlossen, auf welche ein Luftfilter 8 aufgesetzt ist. Das an sich bekannte Luftfilter 8 besteht aus einem kreisringförmigen Filter 9, das einen Hohlraum 10 bildet. Der Innenraum 10 des Luftfilters sowie der Innenraum 11 des Gehäuses 1 sind durch einen Strömungskanal 13 verbunden. Der Strömungskanal ent­ hält einen Luftmassensensor 12 und ist zur Erzielung einer möglichst laminaren Strömung relativ lang aus­ gebildet. Um dieses auf kleinem Raum zu erreichen, ist der Strömungskanal 13 kreisringförmig an der Außenwand des Gehäuses 1 entlanggeführt. An der Ein­ trittsöffnung 14, welche gleichzeitig eine Öffnung in der Wand 7 darstellt, tritt die gefilterte Luft in den Strömungskanal 13 ein, streicht am Sensor 12 vorbei und wird über die Austrittsöffnung 15 in den übrigen Hohlraum 11 des Gehäuses 1 geführt. Der Hohl­ raum 11 dient im übrigen zur Dämpfung der Pulsation im Ansaugkanal.
Auf der Zwischenwand 7 ist ein elektronischer Regler 15 angeordnet, der bezüglich seiner Funktion bekannt ist und im einzelnen nicht näher beschrieben zu werden braucht. Dem elektronischen Regler 15 werden als Eingangsgrößen die Meßsignale des Luftmassen­ sensors 12 und eines Drosselklappen-Stellungssensors 16 zugeführt. Der Drosselklappen-Stellungssensor 16 besteht in an sich bekannter Weise aus einem Poten­ tiometer, dessen Schleifer mit der Drosselklappen- Welle 4 gekoppelt ist. Ferner ist für eine Umschal­ tung der Regelung für den Leerlaufbetrieb ein Schal­ ter 17 in ebenfalls bekannter Weise mit der Drossel­ klappen-Welle 4 verbunden und an den elektronischen Regler 15 angeschlossen.
Die Ausgangssignale des Reglers 15 werden über kurze Leitungen dem Kraftstoff-Einspritzventil 5 zuge­ führt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kraftstoff-Einspritzventil 5 mit einem System­ druckregler 18 kombiniert. Zur Verbindung mit einem Kraftstofftank 19 dienen die Kraftstoffzuleitung 20 und die Kraftstoffrückleitung 21. Schließlich wird über eine ebenfalls lediglich schematisch dargestell­ te elektrische Leitung 22 dem Regler 15 Betriebs­ spannung zugeführt. Um eine Auswirkung von Schwankun­ gen der Spannung des Bordnetzes auf den Regler zu vermeiden, ist der Regler 15 mit einer Spannungs­ stabilisierungs-Schaltung (in Fig. 1 nicht darge­ stellt) versehen.
Zur Verdeutlichung des Verlaufs des Strömungskanals ist in Fig. 1a ein Querschnitt durch das Gehäuse 1 dargestellt, in welchem auch ein Strömungsgleichrich­ ter 41 und ein Schutzgitter 42 gezeigt ist, welche in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber fortgelassen wurden.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 setzt ein Regel­ system mit mehr Möglichkeiten voraus. Dazu wird dem Regler 15 außer den im Zusammenhang mit Fig. 1 erläu­ terten Eingangsgrößen noch über einen im Innenraum 10 des Luftfilters 8 angeordneten Drucksensor 24 eine Information über den Außenluftdruck, also die Höhe, gegeben.
Ebenfalls im Innenraum 10 des Luftfilters 8 ist ein Temperatursensor 25 vorgesehen, welcher die Tempera­ tur der Ansaugluft ermittelt.
Für verschiedene bekannte Regelsysteme wird als eine der Eingangsgrößen die Motortemperatur benötigt. Hierfür kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung stellvertretend die Saugrohrtemperatur in der Nähe der Drosselklappen-Anordnung durch einen weiteren Sensor 26 ermittelt werden.
Schließlich kann das Regelsystem noch eine soge­ nannte elektronische Gaspedal-Anlage umfassen, bei welcher die Stellung des Gaspedals in eine elek­ trische Größe umgewandelt wird, welche über einen Regler auf die Drosselklappe einwirkt. Hierzu kann der Regler 15 entsprechend ausgelegt sein und einen zusätzlichen Ausgang aufweisen, an welchem ein elek­ tromotorisches Drosselklappen-Stellglied 27 ange­ schlossen ist.
Fig. 3 zeigt schematisch, teilweise als Blockschalt­ bild, die elektrische Schaltung der Anordnungen nach den Fig. 1 und 2. Einige der in Frage kommenden Sensoren benötigen zu ihrem Betrieb elektrische Schaltungen, welche speziell an die Art der Sensoren angepaßt sind. Es sind ferner Sensoren bekannt, welche sehr kleine elektrische Signale abgeben, die vor ihrer weiteren Auswertung verstärkt werden müs­ sen. Hierzu werden häufig direkt an den Sensoren elektrische Schaltungen angeordnet. Wegen des kompak­ ten Aufbaus der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, derartige Schaltungen mit dem Regler 15 innerhalb eines Gehäuses 31 zusammenzufassen.
Je nach Art der Anwendung kann es vorteilhaft sein, die zu den einzelnen Sensoren gehörenden Schaltungen - im folgenden Sensorschaltungen genannt - jeweils als separate Bausteine 32, 33, 34 aufzubauen, welche lediglich durch wenige Leitungen mit dem Regler 15 und dem jeweils zugehörigen Sensor 12, 26, 16 verbun­ den sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei einer Anpassung der erfindungsgemäßen Anordnung an beispielsweise verschiedenen Brennkraftmaschinen, für welche verschiedene Sensoren erforderlich sind, lediglich ein oder mehrere der Bausteine 32, 33, 34 auszuwechseln sind. Zur Verbindung der jeweiligen Sensorschaltung 32, 33, 34 mit dem Regler 15, wel­ cher auch gleichzeitig die Versorgung der Sensor­ schaltungen mit der Betriebsspannung übernimmt, erfolgt grundsätzlich mit drei Leitungen. Davon sind zwei für die Betriebsspannung bzw. Masseverbindung und eine dritte zur Leitung des Ausgangssignals der jeweiligen Sensorschaltung zum Regler 15. Diese Leitung kann ein der Meßgröße analoges oder im Falle der digitalen Signalverarbeitung im Regler auch ein digitales Signal führen. In diesem Fall wäre in der Sensorschaltung ein Analog-Digital-Wandler vorzuse­ hen.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung sind drei Sensoren vorgesehen. Ein Luftmassensensor 12 besteht aus einem ersten temperaturabhängigen Leiter 35 und einem zweiten temperaturabhängigen Vergleichsleiter 36. Beide Leiter sind vom Luftstrom umströmt. Der Leiter 35 wird mit einem von der Sensorschaltung 32 zugeführten Strom auf eine konstante, wesentlich über der Temperatur der Luft liegenden Temperatur aufgeheizt. Die Sensorschaltung 32 beinhaltet eine Reglerschaltung, in welcher über die Temperaturab­ hängigkeit des Widerstandswertes des Widerstandes 35 die Temperatur ermittelt und der dem Widerstand 35 zugeführte Strom im Sinne einer Konstanthaltung der Temperatur geregelt wird. Die Größe des Stromes ist dann ein Maß für die Luftmasse. Zur Kompensation des Einflusses der Lufttemperatur ist in der Nähe des Leiters 35 ein Vergleichsleiter angeordnet, welcher jedoch von einem geringen Strom durchflossen wird, so daß er praktisch nicht über die Lufttemperatur hinaus erwärmt wird. Mit der Sensorschaltung 33 ist ein temperaturabhängiger Widerstand 37 verbunden, welcher beispielsweise als Motor bzw. Saugrohrtem­ peratursensor 26 dient. Er ist Teil einer Brücken­ schaltung, welche im übrigen in der Sensorelektronik 33 angeordnet ist.
Schließlich ist die Sensorschaltung 34 mit einem Potentiometer 38, welches als Drosselklappen-Stel­ lungsgeber dient, verbunden. In dem Gehäuse ist fer­ ner eine an sich bekannte Spannungsstabilisierungs- Schaltung 39 angeordnet, welche über den Eingang 22 mit dem Bordnetz verbunden ist und für den Regler 15 sowie die Sensorschaltungen 32, 33, 34 eine stabili­ sierte Betriebsspannung zur Verfügung stellt. Der Ausgang 40 des Reglers 15 ist mit dem Einspritzven­ til 5 (Fig. 1, Fig. 2) verbunden.
In anderen Fällen kann es günstiger sein, die Sensor­ schaltungen 32, 33, 34 nicht als separate Bausteine aufzubauen, sondern in den Regler 15 zu integrieren. Dieses hat den Vorteil, daß auch die Löt- bzw. Steck­ verbindungen zwischen den Bausteinen 32, 33, 34 und dem Regler 15 entfallen können. Zur Anpassung des Reglers 15 an verschiedene Sensoren wären dann Ände­ rungen im Regler 15 selbst erforderlich.

Claims (15)

1. Anordnung mit einem elektronischen Regler für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Einspritzmoto­ ren, bei welcher der Regler (15) mit mehreren Sen­ soren (12, 16) und mindestens einem Stellglied (5) funktionell verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (15) Teil einer Baugruppe ist, die ferner eine Drosselklappen-Anordnung (3, 4), einen Luftmassensensor (12) und einen Drosselklappen-Stel­ lungssensor (16) umfaßt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Gehäuse (1) mit dem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine verbindbar ist, daß die Drossel­ klappen-Anordnung (3, 4) in einem die Verbindung zwischen dem Gehäuse (1) und dem Ansaugkanal bilden­ den Rohrstück (4) vorgesehen ist, daß der Luftmas­ sensensor (12) in dem Gehäuse (1) und der Regler (15) an einer Wand (7) des Gehäuses (1) angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß innerhalb des Gehäuses (1) ferner ein Ein­ spritzventil (5) angeordnet ist, welches dem Regler (15) als Stellglied zugeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß an eine Außenwand (7) des Gehäuses (1) eine Luftfilter-Anordnung (8) anbringbar ist, welche ein kreisringförmiges Luftfilter (9) aufweist, und daß der von dem kreisringförmigen Luftfilter (9) gebil­ dete Innenraum mit dem Innenraum des Gehäuses (1) über einen Strömungskanal (13) verbunden ist, in welchem der Luftmassensensor (12) angeordnet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der elektronische Regler (15) auf der Außenwand (7) des Gehäuses (1) angeordnet ist und in den Innenraum (10) der Luftfilter-Anordnung (8) hineinragt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß im Innenraum (10) der Luftfilter-Anordnung (8) ferner ein Drucksensor (24) und/oder ein Tempera­ tursensor (25) angeordnet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich der Drosselklappen-Anordnung (3, 4) ein Motortemperatursensor (26) und/oder ein Saug­ rohrtemperatursensor (26) vorgesehen ist.
8. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mit einer die Drosselklappe (3) tragenden Welle (4) ein Schalter (17) in Wirkverbindung steht, der bei der Leerlaufstellung der Drosselklappe (3) anspricht.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jeweils zu einem Sensor (12, 16, 26) gehörende Schaltungen (32, 33, 34) räumlich mit dem elektronischen Regler (15) zusammengefaßt sind, jedoch funktionell von dem elektronischen Regler getrennte Baugruppen darstellen.
10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die jeweils zu einem Sensor (12, 16, 26) gehörenden elektrischen Schaltungen sowohl räumlich als auch funktionell mit dem elektronischen Regler (15) zusammengefaßt sind.
11. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Einspritzventil (5) mit einem System­ druckregler (18) kombiniert ist.
12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der elektronische Regler (15) einen Leer­ laufregler enthält, an dessen Ausgang ein im Bereich der Drosselklappen-Anordnung (3, 4) angeordneter Leerlaufsteller (28) angeschlossen ist.
13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der elektronische Regler (15) ferner einen Regler einer elektronischen Gaspedal-Anlage umfaßt und daß die Drosselklappen-Anordnung (3, 4) mit einem elektromotorischen Stellglied (27) versehen ist, welches an einen dafür vorgesehenen Ausgang des elektronischen Reglers (15) angeschlossen ist.
14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Leitungen zwischen den vorhandenen Sensoren (12, 16, 17, 24, 25, 26) sowie Stellgliedern (5, 27, 28) und dem elektronischen Regler (15) mindestens teilweise innerhalb des Gehäuses (1) geführt sind.
15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß weitere Sensoren und/oder Stellglieder an den elektronischen Regler anschließbar sind, welche räumlich außerhalb der Baugruppe angeordnet sind.
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