DE1143058B - Steuereinrichtung fuer elektromagnetisch betaetigte Einspritzventile an Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Brennstoffzuführung bei Brennkraftmaschinen, bei denen der Brennstoff einem Brennstoffventil oder mehreren Ventilen unter Druck zugeführt und die Zeitdauer der Ventilöffnung als Funktion eines Motorbetriebszustandes, wie Drehzahl, Motortemperatur, Umgebungsdruck, relative Feuchtigkeit oder Ansaugkanaldruck, gesteuert wird.

Es ist bereits eine entsprechende Einrichtung bekanntgeworden, bei der durch periodisches, der Maschinendrehzahl proportionales öffnen und Schliessen des gleichstromgespeisten Primärkreises eines Transformators im Sekundärkreis dieses Transformators Impulse induziert werden, die zum öffnen der magnetisch betätigten Einspritzventile dienen, denen sie über einen synchron bzw. im proportionalen Verhältnis zur Maschinendrehzahl angetriebenen Verteiler entsprechend ihrer Arbeitsfolge zugeführt werden. Es können dabei im Primär- oder Sekundärkreis in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine veränderbare Widerstände vorgesehen werden, welche die an die Primärwicklung angelegte Spannung und damit die Dauer des Stromimpulses verändern.

Bei der bekannten Einrichtung war jedoch nicht vorgesehen, den Kern des Transformators aus einem Material hoher Remanenz herzustellen, wie es im Rahmen der Erfindung vorzugsweise zur Anwendung kommt. Es war auch nicht angegeben, daß eine Sättigung des Transformatorkernes stattfinden soll. Bei der bekannten Einrichtung ändert sich der Primärstrom, wenn der Kontakt im Primärkreis nacheinander geöffnet und geschlossen wird, zwischen Null und einem Maximalwert.

Dieser Maximalwert konnte bei der bekannten Einrichtung allein deshalb nicht im Gebiete der Sättigung liegen, weil bei dem Kern mit hoher Remanenz der Fluß einen konstanten Wert (<I>_S) beibehalten hätte, so daß keine die Ventile öffnende Spannung in der Sekundärwicklung erzeugt wird. Aber auch bei einem geringeren als dem vollen Sättigungsgrad hätte sich bei der bekannten Einrichtung die Remanenz störend bemerkbar gemacht, so daß die öffnungs- und Schließzeiten der Einspritzventile ungenau waren. Damit ist auch die Einspritzdauer ungenau, und die Einspritzmenge entspricht nicht dem gewünschten Wert.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der die Einspritzventile mit konstanter Amplitude für eine lediglich von den gewählten Parametern abhängige Zeit betä-

Steuereinrichtung

für elektromagnetisch betätigte

Einspritzventile an Brennkraftmaschinen

Anmelder:

The Bendix Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 25. Oktober 1956 (Nr. 618 363)

David C. Breeding, South Bend, Ind. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

tigt werden. Diese Aufgabe wird gemäß dem deutschen Patent 1114 673, für welches die gleiche — wie vorliegende — Priorität einer Auslandspatentanmeldung beansprucht ist und dessen Gegenstand mit dem vorliegenden Erfindungsgegenstand in teilidentischer Beziehung steht, dadurch gelöst, daß die Primärinduktionswicklung des Transformators durch einen Mittelabgriff an die Spannungsquelle des Primärkreises angeschlossen ist und daß der Unterbrecher abwechselnd das eine und dann das andere Ende der Induktionsspulenhälften an Masse schließt, derart, daß der Fluß im Kern des Transformators abwechselnd von seinem positiven Sättigungswert ( + Φ₅) auf seinen negativen Sättigungswert (— <P_S) und umgekehrt geändert wird.

Es wird also der Kern des Transformators abwechselnd positiv und negativ gesättigt, wobei die Flußänderung konstant ist. Folglich wird im Sekundärkreis eine konstante Spannung induziert, so daß der die Einspritzventile betätigende Strom eine konstante Amplitude hat und damit die auf die Ventile ausgeübte Öffnungskraft konstant ist. Die Ventile werden also mit großer Genauigkeit gesteuert. Die Öffnungszeit wird durch die Zeit bestimmt, die erforderlich ist, um den Fluß im Transformatorenkern vom negativen Sättigungswert auf den positiven Sättigungswert oder umgekehrt zu bringen.

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Diese Zeit hängt lediglich von der Amplitude des Primärstromes und damit von den Parametern ab, die Veränderungen des Widerstandes im Primärkreis bewirken. Sie ist also von der Maschinendrehzahl unabhängig

Der beschriebene Gegenstand des genannten deutschen Patentes ist ebenfalls in der vorliegenden Erfindung enthalten, jedoch, wie sich versteht, gegenwärtig nicht für sich allein beansprucht. Vielmehr ist vorliegend die Aufgabe gestellt, diesen Gegenstand in zweckmäßiger Weise weiterzubilden. Hierzu sieht die Erfindung weiterhin vor, daß die Sekundärwicklung des Transformators über die Basis-Kollektor-Strecke eines Transistors mit den Wicklungen der Elektromagnete für die Einspritzventile verbunden ist, wobei ein Mittelabgriff der Sekundärwicklung über einen Widerstand mit dem Emitter des Transistors in Verbindung steht, während die Enden der Sekundärspulenhälften je über eine Diode an die Basis des Transistors angeschlossen sind.

An sich ist die Verwendung von Transistoren im Zusammenhang mit der elektromagnetisch gesteuerten Saugrohreinspritzung von Brennkraftmaschinen bereits bekannt.

Das Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäß der Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer die Erfindung enthaltenden Steuerung für das Brennstoffsystem,

Fig. 2 eine Kennlinie bestimmter Arbeitsbedingungen und

Fig. 3 eine Kennlinie der in die Sekundärwicklung des in Fig. 1 gezeigten Transformators induzierten Spannung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen sind in Fig. 1 eine Spannungsquelle E, ein Transformator T, eine Unterbrecher-Verteiler-Einheit S, ein Transistor A und mehrere elektrisch betätigbare Ventile V dargestellt. Die Spannungsquelle ist über einen Verstellwiderstand 10 mit dem Mittelabgriff der Primärinduktionswicklung 12 verbunden, die auf einen Kern 14, der verhältnismäßig hohe Remanenz hat, aufgebracht ist. Der Widerstand 10 ist in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Motors, wie der Maschinentemperatur, der Umgebungstemperatur, der relativen Feuchtigkeit, dem Umgebungsdruck, dem Druck in dem Ansaugkanal, der Auspufftemperatur, Druck oder Menge der Ansaugluftströmung, oder einer Kombination der entsprechenden Werte veränderbar. Die Enden der Primärinduktionswicklung 12 sind jeweils mit Ringleitern 16 und 18 verbunden, die abwechselnd an aufeinanderfolgende Segmentkontakte 20 angeschlossen sind. Ein auf einer Welle 24 angeordneter Arm 22 überschleift nacheinander die Kontakte 20, wodurch die Enden der Primärinduktionswicklung abwechselnd bei 28 an Masse (oder ein Bezugspotential) gelegt werden. Die Welle 24 läuft synchron oder proportional zur Maschinendrehzahl um. Der Zweck des fortlaufenden Kontaktwechsels des Schleifarmes 22 liegt darin, daß ein Stromfluß in dem Teil 12A der Primärinduktionswicklung 12 in einer Richtung und dann in dem Teil 12B der Primärinduktionswicklung in der entgegengesetzten Richtung veranlaßt wird. Wenn somit Strom im Teil 12A fließt, wird der Kern 14 in der einen Richtung erregt, und wenn Strom im Teil 12S fließt, wird der Kern in der entgegengesetzten Richtung erregt und gesättigt. Da der gesamte Fluß von der negativen zur positiven Sättigung des Kernes 14 einem Spannungs-Zeit-Produkt proportional ist, kann durch Veränderung der an die Primärinduktionswicklung 12 angelegten Spannung mittels des Widerstandes 10 die Zeit, welche der Fluß in dem Kern 14 zur Änderung von der Sättigung in der einen Richtung bis zur der Sättigung in der anderen Richtung benötigt, beliebig geändert werden. Der Kern 14 ίο ist aus einem Werkstoff mit hoher Remanenz ausgeführt, um eine im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife zu erzeugen, wie dies schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Wie ebenfalls in Fig. 2 zu erkennen ist, erfolgt bei Verminderung des Stromes auf Null, wenn der Schleifarm 22 die Berührung mit dem Kontakt 20 unterbricht, zunächst keine wesentliche Flußänderung, so daß dann im wesentlichen keine Gegenspannung in der Induktionswicklung auftritt. Auf den Kern 14 ist eine ao zweite Induktionswicklung 26 gewickelt, so daß bei Stromfluß in der Primärinduktionswicklung eine Spannung in der Sekundärwicklung induziert wird, wenn sich der Fluß ändert. Eine Kennlinie der in der Sekundärwicklung bei einer gegebenen, an die Primärwicklung angelegten Spannung induzierten Spannung ist in Fig. 3 gezeigt. Die Breite oder Zeitdauer der induzierten Spannungsimpulse kann durch Veränderung der an die Primärwicklung angelegten Spannung genau gesteuert werden. Der Emitter des Transistors A ist mit der Spannungsquelle E über einen Spannungsteiler mit den Widerständen R₂, R₃ verbunden. Die Werte sind so ausgewählt, daß der Transistor A sich in einem normalerweise nichtleitenden Zustand befindet. Der Ermitter ist außerdem über den Widerstand A₂ mit einem Mittelabgriff der Sekundärinduktionswicklung 26 verbunden. Die Basiselektrode des Transistors A ist über einen Strombegrenzungswiderstand R₁ und ein Paar nur in einer Richtung leitender Dioden 30 bzw. 32 mit den Enden der Sekundärinduktionswicklung 26 verbunden. Die Kollektorelektrode des Transistors A ist mit jedem Elektromagnet verbunden, die mit 34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34/, 34g und 34Λ in den elektrisch betätigten Brennstoffventilen bezeichnet sind. Die Anzahl der Ventile V entspricht meist der Anzahl der Motorzylinder, zu denen das Brennstoffzuführungssystem den Brennstoff zuteilt. Elektromagnetwicklungen 34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34/, 34g und 34h sind durch geeignete Leitungen (nicht dargestellt) entsprechend an Kontakte 36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36/, 36g und 36/z des Verteilers S angeschlossen. Der Schleifarm 22 überstreicht nacheinander die Kontakte 36a, 366, 36c, 36d, 36e, 36/, 36g und 36Λ, wodurch die Elektromagnetwicklungen 34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34/, 34g und 34h bei 28 nacheinander an Masse angeschlossen werden.

Im Betrieb wird der primären Induktionswicklung 12 eine Spannung aus der Spannungsquelle E zugeführt. Die Größe der Spannung wird als Funktion der Maschinenbetriebszustände durch den Verstellwiderstand 10 oder andere geeignete Mittel geändert. Der Unterbrecher S bewirkt, daß der Strom zuerst in einer Richtung und dann in der entgegengesetzten Richtung fließt, wodurch die Primärinduktionswicklung periodisch erregt wird, um den Kern des Transformators T zuerst in einer Richtung und dann in der entgegengesetzten Richtung zu erregen und zu sättigen. Die für den Fluß in dem Kern 14 zur Ände-

rung von der Sättigung in der anderen Richtung erforderliche Zeit ist, wie schon gesagt, durch Änderung der Größe der Spannung veränderbar, die an die Primärinduktionswicklung angelegt wird. Die Zeit, die erforderlich ist, um den Kern in einer Richtung aus einem Sättigungszustand in der anderen Richtung zu sättigen, bestimmt aber auch die Zeitdauer der in der Sekundärinduktionswicklung 26 induzierten Spannung. Ein Teil der in die Sekundärwicklung induzierten Spannung wird an die Basiselektrode des Transistors A angelegt und ist genügend groß, um zu veranlassen, daß der Transistor A während der Zeitdauer leitet, in der die induzierte Spannung an seine Basiselektrode angelegt wird. Infolge der besonderen Anordnung des Diodenpaares 30, 32 wird der Transistor A unabhängig von der Polarität der in die Sekundärinduktionswicklung 26 induzierten Spannung jeweils leitend. Diese Anordnung gestattet eine fortwährende periodische Arbeit der Steuerung, ohne besondere Rückstellungsvorrichtungen zu Hilfe nehmen zu müssen, die den Fluß in dem Kern 14 auf einen Bezugswert zurückzuführen hätten. Wenn der Transistor A leitet, fließt der Strom von der Kollektorelektrode nacheinander durch die Elektromagnete 34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34/, 34g und 34/1, die betreffenden Kontakte 36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36/, 36g und 36h und den Schleifarm 22 zur Masse.

Claims (1)

1. Patentanspruch.

   Zur Brennstoffeinspritzung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Saugrohreinspritzung, dienende Einrichtung mit elektomagnetisch betätigten Einspritzventilen, bei welcher die der Maschine pro Einspritzung zugeführte Brennstoffmenge durch Änderung der Dauer eines den Einspritzventilen zugeführten Stromimpulses verändert wird, bei welcher ferner der Primärkreis eines Transformators mittels eines synchron bzw. im proportionalen Verhältnis zur Maschinendrehzahl angetriebenen Unterbrechers periodisch geöffnet und geschlossen wird, wodurch im Sekundärkreis des Transformators der die elektromagnetischen Einspritzventile betätigende Stromimpuls induziert wird, welcher über einen synchron bzw. im proportionalen Verhältnis zur Maschinendrehzahl angetriebenen Verteiler den Einspritzventilen entsprechend ihrer Arbeitsfolge zugeführt wird und bei welcher im Primärkreis in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine veränderbare Widerstände vorgesehen sind, welche die an die Primärwicklung des Transformators jeweils angelegt Spannung und damit die Dauer des Stromimpulses verändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärinduktionswicklung (12) des Transformators (T) durch einen Mittelabgriff an die Spannungsquelle (E) des Primärkreises angeschlossen ist und daß der Unterbrecher (22, 20) abwechselnd das eine und dann das andere Ende der Induktionsspulenhälften (12/4, 12S) an Masse (28) schließt derart, daß der Fluß im Kern (14) des Transformators abwechselnd von seinem positiven Sättigungswert ( + 0_S) auf seinen negativen Sättigungswert (—Φ₃) und umgekehrt geändert wird, und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (26) des Transformators über die Basis-Kollektor-Strecke eines — an sich im Zusammenhang mit elektromagnetisch gesteuerter Saugrohreinspritzung von Brennkraftmaschinen bereits bekannten — Transistors (A) mit den Wicklungen (34a bis 34A) der Elektromagnete für die Einspritzventile (F) verbunden ist, wobei ein Mittelabgriff der Sekundärwicklung über einen Widerstand (R₂) mit dem Emitter des Transistors in Verbindung steht, während die Enden der Sekundärspulenhälften je über eine Diode (30 bzw. 32) an die Basis des Transistors angeschlossen sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 727 707;
   »Automotive Industries«, 1. Oktober 1956, S. 49.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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