DE2442229A1

DE2442229A1 - Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE2442229A1
Application number: DE2442229A
Authority: DE
Inventors: Harro Ing Grad Herth; Bernd Dipl Ing Kraus; Wilfried Sautter; Wolf Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-09-04
Filing date: 1974-09-04
Publication date: 1976-03-18
Also published as: BR7505655A; JPS5153126A; FR2284038B1; DE2442229C3; DE2442229B2; SE7509788L; GB1514232A; SE434543B; JPS586049B2; FR2284038A1; US4073269A

Description

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29.7.1974- Kh/Sw

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 STUTTGART 1

Kraftstoffeinspritzanlage

Die Erfindung bezieht sich auf.eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Integralverhalten aufweisenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches (λ-Regelung) durch eine im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnete Sauerstoffsonde.

Soll bei einer Brennkraftmaschine das Massenverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Abgases beeinflußt werden, so geschieht dies bekannterweise mit Hilfe einer im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angebrachten Sauerstoffsonde und mit einer Regeleinrichtung, die abhängig vom Ausgangssignal der Sauerstoffsonde eine entsprechende Vergrößerung bzw. Verringerung der -augenblicklich zugemessenen Kraftstoffmenge zu der zugeführten

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Luftmenge bewirkt. Es ist bekannt, daß sich diese Veränderung des Massenverhältnises des Kraftstoff-Luft-Gemisches sowohl bei mit Vergasern ausgerüsteten Brennkraftmaschinen als auch bei mit Einspritzanlagen versehenen Brennkraftmaschinen vornehmen läßt. Die verwendeten Regeleinrichtungen zur Beeinflussung des Massenverhältnises des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches haben vorzugsweise Integralverhalten, so daß bei längerwährender Abweichung des Sollwertes der Abgaszusammensetzung eine immer stärkere Korrektur des Massenverhältnises des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgenommen wird. Bei bekannten Kraftstoffeinspritzanlagen dieser Art ist nur eine Regelung der Luftzahl auf ^= 1 vorgesehen. Eine geringe Veränderung der Luftzahl durch Variation der Schaltschwelle infolge der endlichen Steilheit der Kennlinie der Sauerstoff sonde ist zwar möglich, jedoch ergibt sich hierbei nur eine Änderung der Luftzahl in Richtung eines fetteren Kraftstoff-Luft-Gemisches und nicht ein erwünschter Variationsbereich von ca.— 5 % um die Luftzahl λ = 1, wodurch die Brennkraftmaschine in einem frei wählbaren Bereich zwischen ca. X= 0,95 "bis 1,05 geregelt werden könnte, bei allen Vorteilen der λ-Regelung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoff einspritzanlage der bekannten Art zu entwickeln, durch die eine Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung in einem Bereich der Luftzahl von ca. A= 0,95 "bis 1,05 regelbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerspannung der Sauerstoffsonde einem Komparator eingebbar ist, dessen Ausgang am Eingang eines Integrators und einer elektronischen Schaltungsanordnung liegt, die eine monostabile Kippstufe enthält und bei einem Spannungssprung am Ausgang des Komparators für eine bestimmte einstellbare Zeit, der Standzeit der monostabilen

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Kippstufe, die umschaltung des Integrators verzögert, der an den Eingang einer elektronischen Steuereinrichtung gekoppelt ein das Kraftstoff-Luft-Gemisch veränderndes Stellglied beeinflußt. .

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung "besteht darin, daß bei einem positiven Spannungssprung am Ausgang des Komparators der Eingang des Integrators' während der Standzeit der monostabilen Kippstufe über einen Transistor kurzschließbar ist. . .-

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist derart, daß bei einem negativen Spannungssprung am Aus- · gang des Komparators der Eingang des-Integrators während der Standzeit der monostabilen Kippstufe: über einen Tran-sistor auf hohem Potential haltbar ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Standzeit der monostabilen Kippstufe in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmenge und/oder der Drehzahl änderbar.

Eine ebenfalls vorteilhafte.Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Spannungssprung am Ausgang des Komparators während der Standzeit der monostabilen Kippstufe der Eingang des Integrators abtrennbar ist.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoffeinspritzanlage ermöglicht durch elektronische Schaltungsmaßnahmen einen von X= 1 nach fett oder mager abweichenden Betrieb der Brennkraftmaschine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

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Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Kraftstoffeinspritzanlagen in einem Übersichtsbild mit einem Prinzipschaltbild ihrer elektronischen Regeleinrichtung;

Fig. 5 und 4- Prinzipschaltbilder einer monostabilen Kippstufe;

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Integratorspannung.

Die in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzanlage ist zum Betrieb einer Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine 10 bestimmt und umfaßt als wesentliche Bestandteile vier elektromagnetisch betätigbare Einspritzventile 11, denen aus einem Verteiler. 12 über je eine Rohrleitung 13 der einzuspritzende Kraftstoff zugeführt wird, eine elektronisch angetriebene Kraftstoff-Förderpumpe 15) einen Druckregler 16, der den Kraftstoffdruck auf einen konstanten Wert regelt, sowie eine im Folgenden näher beschriebene elektr ische Steuer- und Regeleinrichtung, die durch einen mit der Nockenwelle 1? der Brennkraftmaschine gekoppelten Signalgeber 18 bei jeder Nockenwellenumdrehung zweimal ausgelöst wird und dann je einen rechteckigen elektrischen öffnungsimpuls S für die Einspritzventile 11 liefert. Die in der Zeichnung angedeutete zeitliche Dauer t. der Öffnungsimpulse bestimmt die Öffnungsdauer der Einspritzventile und demzufolge diejenige Kraftstoffmenge, welche während der jeweiligen Öffnungsdauer aus dem Innenraum der unter einem praktisch konstanten Kraftstoffdruck von 2 bar stehenden Einspritzventile 11 austritt. Die Magnetwicklungen 19 der Einspritzventile sind zu je einem Entkopplungswiderstand 20 in Reihe geschaltet und an eine gemeinsame Verstärkungsund Leistungsstufe einer elektronischen Steuereinrichtung 21 angeschlossen, die wenigstens einen Leistungstransistor

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enthält, welcher mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit den Entkopplungswiderständen 20 und den einseitig an Masse angeschlossenen Hagnetwicklungen 19 angeordnet ist.

Bei gemischverdichtenden, mit Fremdzündung -arbeitenden Brennkraftmaschinen der dargestellten Art wird durch die bei einem einzelnen Ansaughub in einen Zylinder gelangen-. de Ansaugluftmenge diejenige Kraftstoffmenge festgelegt, die während des nachfolgenden Arbeitstaktes vollständig verbrannt werden kann. Für eine gute Ausnutzung der Brennkraftmaschine ist es außerordentlich notwendig,, daß nach dem Arbeitstakt kein wesentlicher Luftüberschuß vorhanden ist. Um das gewünschte stöchiometrische Verhältnis zwischen Ansaugluft und Kraftstoff zu erzielen., ist im Ansaugrohr 25 der Brennkraftmaschine stromabwärts eines Filters 26, jedoch stromaufwärts ihrer.mit einem Gaspedal 27 verstellbaren Drosselklappe 28 ein Luftmengenmesser LM vorgesehen, der im wesentlichen aus einer Stauscheibe 30 und einem veränderbaren Widerstand R besteht, dessen verstellbarer Abgriff 31 mit der Stauscheibe gekoppelt ist. Der Luftmengenmesser LM arbeitet mit der elektronischen Steuereinrichtung 21 zusammen, welche an ihrem Ausgang die Einspritzimpulse t. liefert. .

Die elektronische Steuereinrichtung 21 enthält zwei zueinander jeweils in entgegengesetztem Betriebszustand befindliche und hierzu kreuzweise miteinander rückgekop- ,< pelte Transistoren, sowie einen Energiespeicher, welcher als Kondensator ausgebildet sein kann, jedoch- statt dessen auch als Induktivität realisierbar ist. Die Dauer, des jeweiligen Entladevorganges des Energiespeichers ergibt die Öffnungsdauer t- der Einspritzventile. Hierzu muß der. Energiespeicher vor jedem Entladevorgang jeweils in definierter Weise geladen werden.

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Damit die Entladedauer "bereits unmittelbar die notwendige Information über die auf den einseinen Ansaughub entfallende Luftmenge enthält, erfolgt die Aufladung durch einen Im dargestellten Ausführungsbeispiel in Form des Signalgebers 13 wieder gegebenen Ladeschalter, der synchron mit den Kurbel well enumdrehungen betätigt wird und bewirkt, daß der Energiespeicher während der sich über einen festgelegten, konstanten Drehwinkel der Kurbelwelle hinweg erstreckenden Ladeimpulse LI mit einer Aufladequelle verbunden ist, wel-' ehe während dieser Ladeimpulse jeweils einen Ladestrom liefert. Im vorliegenden Fall sei angenommen, daß der Signalgeber 18, welcher bei der praktischen Verwirklichung aus einem bistabilen, von den Zündimpulsen jeweils in seine entgegengesetzte Betriebslage gelangenden Multivibrator bestehen kann, über einen Kurbelwellenwinkel von 180* geschlossen und anschließend über den gleichen Drehwinkel hinweg geöffnet ist.

Eine .möglichst exakte Regelung einer geiirünschten Luftzahl λ läßt sich nun dadurch erreichen, daß im Abgasrohr 33 der Brennkraftmaschine 10 eine Sauerstoffsonde 34- angeordnet ist, die in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung eine Steuerspannung liefert und am Eingang eines !Comparators 35 liegt, dessen Ausgang über eine Diode 36 an den Eingang eines Integrators 37 und einer monostabilen Kippstufe 38 gekoppelt ist. Die Diode 36 liegt mit ihrer Anode über einem Widerstand an der positiven Zuleitung und mit ihrer Kathode am Ausgang des Komparators 35· Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 38 ist mit der Basis eines Transistors 40 verbunden,, dessen Emitter an Masse und dessen Kollektor am Eingang des Integrators 37 liegt. Die Ausgangsspannung des Integrators beeinflußt über die elektronische Steuereinrichtung 21 die Einspritzimpulse t· .

TJm nun mit einer Sauerstoff sonde, die exakt bei A= 1 einen Spannungssprung liefert, mit einer Luftzahl von λf 1 fahren

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zu können, muß man bei einem Spannungssprung die Umschaltung des Integrators 37 für eine bestimmte Zeit t verzögern. Mit der in Fig. 1 vorgeschlagenen Schaltung kann die Luftzahl λ auf einen Wert νοηλ>1 geregelt werden. Dies erfolgt dadurch, daß bei einem positiven Spannungssprung am Ausgang des Komparators 35 die monostabile Kippstufe 38 getriggert wird, deren Ausgang den Eingang des Integrators 37 über den Transistor 40 für die Zeit t , die der Standzeit der monostabilen Kippstufe 38 entspricht, auf Nullpotential hält. Während dieser Zeit t läuft also der Integrator 37 weiter in Richtung mageres Gemisch, obwohl von der Sauerstoffsonde 34 bereits eine Steuerspannung in Richtung fetteres Gemisch kam.

In Fig. 2 ist eine elektronische Regeleinrichtung dargestellt, bei der die gegenüber Fig. 1 gleichbleibenden Teile durch gleiche Bezugs zeichen gekennzeichnet sind und die eine Regelung der Luftzahl auf Werte von^<1 (fettes Gemisch) ermöglicht. Hierbei liegt, eine Diode 42 mit ihrer Anode am Ausgang des Komparators 35> "und der Ausgang der monostabilen Kippstufe 38 ist mit der Basis eines Transistors 41 verbunden, dessen Emitter an der positiven Zuleitung und dessen Kollektor mit dem Eingang des Integrators 37 gekoppelt ist. Die Regelung auf ein fetteres Gemisch wird dadurch erreicht, daß bei einem negativen Spannungssprung am Ausgang des Komparators 35 der Eingang des Integrators 37 für eine bestimmte Zeit t auf einem hohen Potential gehalten wird. Hierdurch läuft der Integrator noch weiterhin in Richtung fettes Gemisch, obwohl durch die Sauerstoffsonde 34 bereits ein Spannungssignal in Richtung abmagern kam. Den zeitlichen Verlauf der Integratorspannung bei einer λ<1 Regelung zeigt die Fig.

In Fig. 5"b ist der zeitliche Verlauf der Integrator span nung bei einer λ>1 Regelung entsprechend Fig. 1 dargestellt.

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Da die Totzeiten des Regelkreises stark vom Luftmengendurchsatz der Brennkraftmaschine 10 abhängen, ist es zweckmäßig, die Verzögerungszeit t_v durchsatz- und/oder drehzahlabhängig zu ändern. Bei einer monostabilen Kippstufe 38 entsprechend der Fig. 3 läßt sich eine derartige Durchsatzabhängigkeit dadurch erreichen, daß der für eine Umladung der zeitbestimmenden Kapazität des Kondensators 45 verantwortliche Stromlüber die durch einen Transistor 46 und einen Widerstand 47 gebildete Stromquelle verändert wird. Über das aus dem Widerstand 49 und dem Kondensator 48 gebildete RC-Glied wird dazu aus den Einspritzimpulsen t. an der Basis des Transistors 46 eine durchsatzabhängige Gleichspannung gewönnen, wodurch der Strom I in der gewünschten Weise beeinflußt wird.

Bei. der in Fig. 4 dargestellten monostabilen Kippstufe wird die Standzeit t durch eine am Punkt A angelegte Spannung variiert, die wiederum wie in der Schaltung nach Fig. 3 aus den Einspritzimpulsen t. abgeleitet wird.

Eine weitere Möglichkeit, die Umschaltung des Integrators zu verzögern besteht darin, daß der Integrator durch die monostabile Kippstufe 38 für eine' bestimmte Zeit t auf seinem gerade erreichten Wert festgehalten wird, wenn am Ausgang des Komparators 35 ein Spannungssprung erfolgt. Der zeitliche Verlauf der Integratorspannung für diesen Fall ist in Fig. 5c dargestellt.

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Claims

.■■■■: . 2Z6 9. . Ansprüche .--.·■·. ; ·;-■··" . ·

1. Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Integralverhalten auf v/eis enden Regeleinrichtung zur Beeinflussung cbe-s . . ■ der Brennkraftmaschine zugeführten Kraf tstoff-Luft^ Gemisches (λ-Regelung) durch eine im Abgasstrom'd'er Brennkraftmaschine angeordnete Sauerstoff-sonde-,, da--; . _■ ■ durch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung der Sauerstoffsonde (34) einem Komparator (35) eingeb-"bar ist, dessen Ausgang am Eingang eines- Integrators -(37) und einer elektronischen Schaltungsanordnung liegt, die eine monostabile Kippstufe" (,38) enthält und bei einem Spannungssprung am Ausgang, des Kompa- ._:-. rators (35) für eine bestimmte einstellbare Zeit (t ),' der Standzeit der monostabilen Kippstufe (38), die Umschaltung des Integrators (37) verzögert, der an den Eingang einer elektronischen Steuereinrichtung (21) ge- · koppelt ein das Kraftstoff-Luft-Gemisch veränderndes Stellglied (11) beeinflußt. ■ ... .

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem positiven Spannungssprung am Ausgang des Komparators (35) der Eingang des Integrators (37) während der Standzeit der monostabilen Kippstufe (38) über einen Transistor (40) kurzschließbar ist.

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3· Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem negativen Spannungssprung am Ausgang des !Comparators (35) der Eingang des Integrators (37) während der Standzeit der monostabilen Kippstufe (38) über einen Transistor (41) auf hohem Potential halfbar ist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Standzeit der monostabilen Kippstufe (38) in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmenge und/oder der Drehzahl änderbar ist.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Spannungssprung am Ausgang des Komparators (35) während der Standzeit der monostabilen Kippstufe (38) der Eingang des Integrators (37) abtrennbar ist. ■/ -,

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