DE69615298T2

DE69615298T2 - Elektronische Steuerschaltung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69615298T2
Application number: DE69615298T
Authority: DE
Inventors: Knut Bartsch
Original assignee: Ficht GmbH and Co KG
Current assignee: BRP US Inc
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: EP0756077B1; JPH09100740A; HK1011400A1; DE69615298D1; CA2181770A1; US5687050A; AU709588B2; AU6052896A; EP0756077A1

Description

Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, und insbesondere eine elektronische Kraftstoffeinspritzsteuerschaltung für einen Verbrennungsmotor.
Es ist allgemein bekannt, elektronisch betätigte oder gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüsen und Pumpen in Verbrennungsmotoren vorzusehen. Verschiedene Arten von Kraftstoffeinspritzdüsen und Kraftstoffpumpen sind bekannt und die elektronischen Steuerungen für diese Einspritzdüsen und Pumpen variieren, abhängig von der Natur der speziellen Einspritzdüse oder Pumpe selbst, und den Anforderungen an die spezielle Anwendung.
Im Fall einer Magnetkraftstoffeinspritzdüse wird die Bewegung des Pumpenkolbens oder Ankers durch den Stromfluss durch eine induktive Einspritzdüsenwicklung oder -spule gesteuert. Typischerweise ist die Einspritzdüsenspule oder -wicklung mit einer Spannungsquelle verbunden, die durch das Verteilungssystem des Motors mit Strom versorgt wird, und außerdem ist sie mit einer bestimmten Einrichtung verbunden, wie etwa einem Schalter zur Steuerung des Stromflusses durch die Wicklung.
Die WO-A-9318290 offenbart einen Verbrennungsmotor mit einer Magnetpumpe, die einen Anker und eine Magnetwicklung umfasst, die den Anker umschließt. Der Anker bewegt sich, ansprechend auf den Stromfluss, durch die Magnetwicklung. Eine Steuerschaltung, die mit der Magnetwicklung verbunden ist, steuert den Stromfluss in der Magnetwicklung durch eine Rückkopplungsschaltung, die mit der Magnetpumpe und mit der Steuerschaltung verbunden ist. Der Anstieg des Stroms in der Steuerschaltung ist im Wesentlichen linear.
Es wurde festgestellt, dass verschiedene Schaltungsparameter, wie etwa die Schaltungstemperatur, der Wicklungswiderstand und Versorgungsspannungswelligkeiten, dafür sorgen können, dass der durch die Einspritzdüsenwicklung fließende Strom schwankt.
Diese Schwankung des durch die Einspritzdüsenwicklung fließenden Stroms ruft unvermeidlich eine Schwankung der Bewegung oder des Hubs des Einspritzdüsenankers und eine entsprechende Änderung der durch diese Einspritzdüse eingespritzten Kraftstoffmenge hervor.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine Verbrennungsmotorbaugruppe bereit gestellt, die eine Magnetpumpe mit einem Anker und einer Magnetwicklung aufweist, die den Anker umschließt, so dass sich der Anker in Reaktion auf den tatsächlichen Stromfluss durch die Magnetwicklung bewegt, wobei unerwünschte Schwankungen des tatsächlichen Stromflusses entsprechende unerwünschte Schwankungen bei der Bewegung des Ankers hervorrufen, und eine Steuerschaltung, die mit der Magnetwicklung für den Nachweis der Schwankungen beim tatsächlichen Stromfluss in der Magnetwicklung und für das Steuern des Stromflusses in der Magnetwicklung als Reaktion auf den nachgewiesenen Stromfluss verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung eine Schabloneneinrichtung zum Erzeugen eines RC-Zeitkonstante-Signals, entsprechend einem gewünschten Magnetwirkungsstromfluss, und einen Vergleicher zum Vergleichen des Stromsignals mit dem Schablonensignal aufweist.
Bevorzugte und/oder optionale Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 einschließlich aufgeführt.
Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines Verbrennungsmotors, der die Erfindung verkörpert.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der elektronischen Steuerschaltung für den Verbrennungsmotor.
Bevor eine Ausführungsform gemäß der Erfindung im Einzelnen erläutert wird, wird bemerkt, dass die Erfindung bezüglich ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionseinzelheiten und die Anordnung der Bauteile beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung angegeben oder in den Zeichnungen gezeigt sind. Die Erfindung kann in anderen Ausführungsformen verwirklicht und in unterschiedlicher Weise praktiziert oder ausgeführt werden. Es wird außerdem bemerkt, dass die Satzwahl und Terminologie, wie sie vorliegend zu Beschreibungszwecken verwendet wird, nicht als beschränkend anzusehen ist.
Teilweise in Fig. 1 der Zeichnungen gezeigt ist ein Verbrennungsmotor 2, der die Erfindung verkörpert. Ein Zylinder 6 des Motors 2 ist in Fig. 1 gezeigt. Der Motor 2 umfasst ein Kurbelgehäuse 8, das eine Kurbelkammer 10 festlegt und eine Kurbelwelle 12 aufweist, die darin drehbar ist. Ein Motorblock 14 legt den Zylinder 6 fest. Der Motorblock 14 legt außerdem eine Ansaugöffnung 16 fest, die zwischen dem Zylinder 6 und der Kurbelkammer 10 über einen Überführungsdurchlass 18 in Verbindung steht. Der Motorblock 14 legt außerdem eine Auslassöffnung 20 fest. Ein Kolben 22 ist in dem Zylinder 6 hin- und herlaufend beweglich und mit der Kurbelwelle 12 durch einen Kurbelzapfen 24 antriebsmäßig verbunden. Ein Zylinderkopf 26 verschließt das obere Ende des Zylinders 6 derart, dass eine Verbrennungskammer 28 festgelegt ist. Eine Zündkerze 29 ist auf dem Zylinderkopf 26 angebracht und erstreckt sich in die Verbrennungskammer 28 hinein.
Der Motor 2 umfasst außerdem eine Kraftstoffeinspritzdüse oder eine Pumpe 31, die auf dem Zylinderkopf 26 zum Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 28 angebracht ist. Die bevorzugte Kraftstoffpumpe 31 ist in der US- Patentanmeldung mit dem Titel "COMBINED PRESSURE SURGE FUEL PUMP AND NOZZLE ASSEMBLY" (Anwaltsakte Nr. 72012/7290) gezeigt und erläutert, die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde und auf die hiermit Bezug genommen wird. Die Kraftstoffpumpe oder die Einspritzdüse 31 umfasst (siehe Fig. 2) einen Anker 32 (schematisch gezeigt). Der Anker 32 besitzt allgemein länglichen Verlauf, und er ist in der Kraftstoffeinspritzdüse für eine Längsbewegung angebracht. Die Kraftstoffeinspritzdüse 31 umfasst außerdem eine Magnetwicklung 33, die den Anker 32 umschließt. Die Magnetwicklung 33 ist mit einer elektrischen Stromversorgung (+V) verbunden. Wie an sich bekannt, bewirkt der Stromfluss durch die Magnetwicklung 33 die Bewegung des Ankers.
Der Motor 2 umfasst außerdem eine Steuerschaltung 35 zum Steuern des Betriebs der Kraftstoffpumpe 31. Es wird bemerkt, dass die Steuerschaltung mit einem beliebigen Verbrennungsmotor unter Verwendung einer beliebigen, magnetgesteuerten Kraftstoffpumpe oder einer magnetgesteuerten Kraftstoffeinspritzdüse verwendet werden kann. Allgemein gesagt, umfasst die Steuerschaltung 35 zum Steuern des Stromflusses in der Magnetwicklung 33 eine Schabloneneinrichtung 37 zur Erzeugung eines Schablonensignals, entsprechend einem bevorzugten Magnetwicklungsstromfluss, eine Einspritzdüsen-Ein-/Ausschaltschaltung 39 zum Starten und Stoppen des Betriebs der Kraftstoffpumpe 31, eine Rückkopplungsschaltung 41 zum Messen des Stromflusses durch die Magnetwicklung 33, einen Vergleicher 43 zum Vergleichen des tatsächlichen Stromflusses durch die Magnetwicklung 33 mit dem Schablonensignal, und einen Transistor 45, der mit der Magnetwicklung 33 verbunden ist, um den durch die Magnetwicklung 33, ansprechend auf das Ausgangssignal des Vergleichers 43, fließenden Strom zu steuern.
Mehr im Einzelnen umfasst die Schabloneneinrichtung 37 einen Inverter 46, der mit einem Festkörperschalter 50 über einen Steuereingang 54 verbunden ist. Der Schalter 50 umfasst eine Leitung 58, die mit Masse verbunden ist, und eine Leitung 62. Die Schabloneneinrichtung 37 umfasst außerdem einen Digital/Analogwandler ("DAC") 66, der mit der Leitung 62 des Schalters 50 über einen Widerstand 68 verbunden ist. Ein Mikroprozessor M, wie beispielsweise eine elektronische Verbrennungsmotorsteuerung, ist mit dem DAC 66 verbunden, um das analoge Ausgangssignal des DAC 66 zu steuern. Ein Ladekondensator 70 ist mit der Leitung 62 des Schalters 50 verbunden und parallel zu einer Zenerdiode 74 geschaltet.
Die Einspritzdüsenein-/-ausschaltschaltung 39 umfasst einen Operationsverstärker 78 mit offenem Kollektor, Vorspannwiderstände 82, 86 und 90 und einen Filterkondensator 94. Der Operationsverstärker 78 umfasst einen invertierenden Eingang 98 und einen nicht invertierenden Eingang 102, und er empfängt an den Eingängen 98 und 102 Steuersignale von dem Mikroprozessor zum Initiieren eines Kraftstoffeinspritzvorgangs, d. h., der Mikroprozessor gibt Steuersignale an den Operationsverstärker 78 aus, um den Operationsverstärker 78 ein- und auszuschalten, um ein Signal am Ausgang 104 zu erzeugen, das die Kraftstoffdüse ein- und ausschaltet.
Die Rückkopplungsschaltung 41 umfasst einen Widerstand 106, der in Reihe zu der Magnetwicklung 33 und dem Transistor 45 geschaltet ist. Der Operationsverstärker 110 ist mit dem Widerstand 106 durch Widerstände 114 und 118 verbunden, um die Spannung über dem Widerstand 106 als Eingangssignal für den Operationsverstärker 110 zu empfangen. Die Widerstände 114, 118, 122 und 126 sind mit dem Operationsverstärker 110 verbunden, um den Operationsverstärker 110 vorzuspannen und die Verstärkung zu wählen. Der Operationsverstärker 110 umfasst einen Ausgang 130.
Der Vergleicher 43 weist einen nicht invertierenden Eingang 134 auf, der mit der Leitung 62 des Schalters 50 verbunden ist, und einen invertierenden Eingang 138, der mit dem Ausgang 130 des Operationsverstärkers 110 der Rückkopplungsschaltung 41 verbunden ist. Das Ausgangssignal 142 des Vergleichers 43 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 78 der Einspritzdüsenein-/-ausschaltschaltung 39, mit dem Transistor 45 und einem "Hochzieh"-Widerstand 146 verbunden, der den Ausgang 142 des Vergleichers 43 und den Ausgang 104 des Operationsverstärkers 78 mit einer elektrischen Stromquelle (+V) verbindet.
Wenn das System im Betrieb ruht, d. h., wenn die Kraftstoffeinspritzdüse nicht mit Strom versorgt ist, ist der Schalter 50 geschlossen und die Leitung 62 des Schalters 50 ist über die Leitung 58 auf Masse gelegt. In diesem Zustand ist das Analogspannungsausgangssignal des DAC 66 über den Schalter 50 auf Masse gelegt und durch den Kondensator 70 wird keine Spannung erzeugt oder gespeichert. Da an den Eingängen 98 und 102 des Einspritzdüsenein-/-ausschaltverstärkers 78 kein Signal von dem Mikroprozessor anliegt, erzeugt der Verstärker 78 keinerlei Ausgangsignal, und die Kraftstoffeinspritzdüse wird nicht erregt. Da der Operationsverstärker 78 entgegengesetzt vorgespannt ist (d. h., das invertierende Eingangssignal ist größer als das nicht invertierende Eingangssignal), weist der Transistor 45 keinen Vorspannstrom auf und ist deshalb ausgeschaltet, wodurch verhindert wird, dass die Magnetwicklung 33 Strom leitet.
Wenn der Mikroprozessor ermittelt, dass eine Kraftstoffeinspritzung erforderlich ist, erzeugt er ein Einspritzsteuersignal am Eingang des Inverters 46 und am nicht invertierenden Eingang 102 des Operationsverstärkers 78 der Einspritzdüsenein-/-ausschaltschaltung 39. Dies veranlasst den Operationsverstärker 78 dazu, ein Ausgangssignal zu erzeugen, und dieses Ausgangssignal spannt den Transistor 45 vor, damit dieser Strom leitet, wodurch die Kraftstoffeinspritzdüse mit Energie bzw. Strom versorgt wird.
Ungefähr zur selben Zeit veranlasst das Einspritzdüsensteuersignal am Inverter 46 den Schalter 50 dazu, zu öffnen. Durch Öffnen des Schalters 50 wird der nicht invertierende Eingang 134 des Vergleichers 43 von Masse getrennt und erlaubt damit dem analogen Ausgangssignal des DAC 66, den Kondensator 70 zu laden, um für den Vergleicher 43 eine Referenz bereit zu stellen. Der DAC 66 lädt den Kondensator 70 auf einen Spannungspegel, entsprechend dem idealen Stromflusspegel für die Magnetwicklung 33. Der ideale Stromflusspegel basiert auf Motorbetriebsparametern und -bedingungen und wird durch den Mikroprozessor gewählt. Wenn Strom durch die Magnetwicklung 33, den Transistor 45 und den Widerstand 106 fließt, entwickelt sich eine Spannung über dem Widerstand 106. Diese Spannung wird durch den Operationsverstärker 110 verstärkt und über den Ausgang 130 zum invertierenden Eingang 138 des Vergleichers 43 übertragen. Der Vergleicher 43 erzeugt ein Ausgangssignal auf Grundlage eines Vergleichs des Spannungssignals, das den idealen Stromflusspegel wiedergibt, der von dem Mikroprozessor und dem DAC 66 herrührt, und einem Spannungssignal, das den tatsächlichen Stromfluss von dem Operationsverstärker 110 darstellt, um den Vorspannungspegel des Transistors 45 einzustellen und dadurch den Stromfluss durch den Magneten zu regulieren.
Die Bereitstellung einer Rückkopplungsschleife zum Einstellen des Betriebsstroms für die Kraftstoffeinspritzdüse beseitigt die Effekte oder verringert diese, die Änderungen der verschiedenen Schaltungsparameter bezüglich des Stromflusses durch die Einspritzdüsenwicklung 33 haben können. Das Bereitstellen eines Kraftstoffeinspritzdüsenstroms, der gegenüber Schwankungen von Schaltungsparametern resistent ist, führt zu einem konsistenten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder (c) des Verbrennungsmotors 2 und zu einem konsistenten Betrieb des Verbrennungsmotors 2.
Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen angeführt.

Claims

1. Verbrennungsmotorbaugruppe, die aufweist: eine Magnetpumpe mit einem Anker und einer Magnetwicklung, die den Anker umschließt, so daß sich der Anker als Reaktion auf den tatsächlichen Stromfluß durch die Magnetwicklung bewegt, wobei unerwünschte Schwankungen des tatsächlichen Stromflusses entsprechende unerwünschte Schwankungen bei der Bewegung des Ankers hervorrufen; und eine Steuerschaltung, die mit der Magnetwicklung für das Nachweisen der Schwankungen beim tatsächlichen Stromfluß in der Magnetwicklung und für das Steuern des Stromflusses in der Magnetwicklung als Reaktion auf den nachgewiesenen Stromfluß verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuerschaltung umfaßt: eine Schabloneneinrichtung für das Erzeugen eines RC-Zeitkonstante-Signals entsprechend einem gewünschten Magnetwicklungsstromfluß; und einen Vergleicher für das Vergleichen des Stromsignals mit dem Schablonensignal.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung umfaßt: einen Strommeßwiderstand, der mit der Magnetwicklung verbunden ist; und einen Verstärker, der mit dem Strommeßwiderstand verbunden is, wobei der Verstärker ein Stromsignal entsprechend dem Strom erzeugt, der durch die Magnetwicklung fließt.

3. Baugruppe nach Anspruch 1, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Transistor umfaßt, der mit der Magnetwicklung verbunden ist, wobei der Transistor im wirksamen Bereich arbeitet, um den idealen Stromfluß durch die Magnetwicklung und die entsprechende Ankerbewegung als Reaktion auf das RC-Zeitkonstante-Signal genau zu steuern.

4. Baugruppe nach Anspruch 1, außerdem gekennzeichnet durch eine Rückkopplungsschaltung, die mit der Magnetpumpe und der Steuerschaltung verbunden ist, wobei die Rückkoppelungsschaltung ein Signal erzeugt, das die unerwünschten Schwankungen beim Stromfluß in der Magnetwicklung anzeigt.

5. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schabloneneinrichtung umfaßt:

einen Digital-Analog-Wandler für das Erzeugen einer Spannung, die einen idealen tatsächlichen Stromfluß durch die Magnetwicklung anzeigt; und

eine RC-Zeitkonstante-Schaltung für das Aufnehmen der Digital-Analog-Wandlerspannung und das Erzeugen des RC-Zeitkonstante-Signals.