DE2448306C2

DE2448306C2 - Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE2448306C2
Application number: DE2448306A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. Dr. 7143 Vaihingen Eisele; Otto Dipl.-Ing. 7253 Renningen Glöckler; Rudolf 7015 Korntal Schwämmle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-10-10
Filing date: 1974-10-10
Publication date: 1983-12-08
Also published as: US4003350A; BR7506597A; FR2287587A1; JPS5164133A; GB1510177A; DE2448306A1; FR2287587B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bekannt sind aus der DE-OS 22 16 705 »Verfahren und Vorrichtung zum Entgiften der Abgase einer Brennkraftmaschine« mit einer Integralverhalten aufweisenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches durch eine im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnete Meßsonde, deren Steuerspannung eine erste Regelfunktion durchläuft, sowie ein zweiter Regler für die Temperatur im Abgasrohr, wobei auch der zweite Regler das Kraftstoff-Luft-Gemisch beeinflußt. Grundgedanke des bekannten Verfahrens und der⁶⁰ dazugehörenden Vorrichtung ist es, daß die Betriebstemperatur der Reaktoren im Warmlauf schnell erreicht und bei niedrigen Außentemperaturen sicher gehalten wird. Während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine ist in der Regel eine Regelung des⁶⁵ Kraftstoff-Luft-Gemisches auf λ = 1 vorgesehen. Der Regelbereich der verwendeten Regeleinrichtungen zur Beeinflussung des Massenverhältnisses muß hierbei relativ klein gehalten werden, um bei den erforderlichen hohen Regelgeschwindigkeiten Störungen im Fahrverhalten der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Treten an der Brennkraftmaschine oder den Aufbereitungssystemen größere Toleranzen auf, etwa infolge von Alterung oder ergeben sich größere Änderungen der Betriebsverhältnisse der Brennkraftmaschine, z. B. durch Temperatur- oder Druckänderungen der angesaugten Luftmenge, so ist ein Ausgleich dieser Änderungen bei der obengenannten und den übrigen allgemein bekannten Kraftstoffeinspritzanlagen ohne größeren Bauaufwand nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzanlage zu entwickeln, durch die ohne größeren Bauaufwand zum einen eine Anpassung der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine an Temperatur- und Druckänderungen sowie zum anderen ein Ausgleich von Toleranzen möglich ist

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Vorteile und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage mit einem Prinzipschaltbild ihrer elektronischen Regeleinrichtung und

F i g. 2 eine mechanische Kraftstoffeinspritzanlage mit elektromagnetischer Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.

Die in F i g. 1 dargestellte elektrisch gesteuerte 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 elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe 14, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 15 fördert, einen Druckregler 16, der den Kraftstoffdruck auf einen konstanten Wert regelt, sowie eine im folgenden näher beschriebene elektronische Steuer- und Regeleinrichtung, die durch einen mit der Nockenwelle 17 der Brennkraftmaschine gekoppelten Signalgeber 18 bei jeder Nockenwellenumdrehung zweimal ausgelöst wird und dann je einen rechteckigen elektrischen Öffnungsimpuls / für die Einspritzventile 11 liefert. Die in der Zeichnung angedeutete zeitliche Dauer I, 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 Verstärkungs- und Leistungsstufe einer elektronischen Steuereinrichtung 21 angeschlossen, die wenigstens einen Leistungstransistor enthält, welcher mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit den Entkopplungswiderständen 20 und den einseitig an Masse angeschlossenen Magnetwicklungen 19 angeordnet ist.

. Bei gemischverdichtenden, mit Fremdzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen der dargestellten

durch die bei einem einzelnen Ansaughub in einen Zylinder gelangende 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 ksin 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, weiche an ihrem Ausgang die Einspritzimpulse ti liefert.

Die elektronische Steuereinrichtung 2\ enthält zwei zueinander jeweils in entgegengesetztem Betriebszustand befindliche und hierzu kreuzweise miteinander rückgekoppelte 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 r, der Einspritzventile. Hierzu muß der Energiespeicher vor jedem Entladevorgang jeweils in definierter Weise geladen werden.

Damit die Entladedauer bereits unmittelbar die notwendige Information über die auf den einzelnen Ansaughub entfallende Luftmenge enthält, erfolgt die Aufladung durch einen im dargestellten Ausführungsbeispiel in Form des Signalgebers 18 wiedergegebenen Ladeschalter, der synchron mit den Kurbelwellenumdrehungen betätigt wird und bewirkt, daß der Energiespeicher während der sich über einen festgelegten, konstanten Drehwinkel der Kurbelwelle hinweg erstreckenden Ladeimpulse L] mit einer Aufladequelle verbunden ist, welche 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 gewünschten >° 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 einer ersten Regelstufe 36 liegt, der « als Sollwertspannung über eine Leitung 37 eine von der Fahrzeugbatteriespannung unabhängige, eingeprägte Spannung vorgebbar ist. Der Ausgang der ersten Regelsti'fe 36 ist über eine Diode 38 an die elektronische Steuereinrichtung 21 und gleichzeitig an den Eingang einer zweiten Regelstufe 39 gekoppelt. Als Sollwertspannung 40 der zweiten Regelstufe dient der halbe Betrag der maximal möglichen Ausgangsspannung der ersten Regelstufe 36. Das Ausgangssignal der zweiten Regelstufe 39 wird über eine Diode 41 dem Ausgangs- ^h5 signal der ersten Regelstufe 36 überlagert und der elektronischen Steuereinrichtung 21 zugeführt. Die erste Regelstufe 36 und die zweite Regelstufc 39 enthalten je einen Komparator und einen Integrator. Die erste Regelstufe 36 ist so ausgelegt, daß sie gegenüber der zweiten Regelstufe 39 einen kleinen Regelbereich und eine kleine RegeJzeitkonstante zum Ausgleich dynamischer Fehler aufweist, während die zweite Regelstufe 39 mit großem Regelbereich und großer Regelzeitkonstante zum Ausgleich der Toleranzen und Drifterscheinungen dient.

Eine Verarmung oder Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches z. B. während des Warmlaufes oder bei Leerlauf- oder Schubbetrieb, kann durch Veränderung des Sollwertes der ersten Regelstufe 36 oder durch Eingriff am Ausgang der zweiten Regelstufe 39 erfolgen. Eine derartige Überlagerung von Zusatzspannungen kann über eine Leitung 44 mit einem Widerstand 45 oder einer Diode 47 oder über Schaltkontakte 46, z. B. durch einen Drosselklappenschalter, erreicht werden.

Die Möglichkeit eines erfindungsgemäßen Eingriffes in eine mechanisch gesteuerte Kraftsioffeinspritzanlage zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ist in F i g. 2 dargestellt. Dabei strömt die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung in ein Saugrohr 50, das einen konischen Abschnitt 51 mit einem darin angeordneten Meßorgan 52 aufweist und weiterhin durch einen Verbindungsschlauch 53 und einen Saugrohrabschnitt 54 mit einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 55 zu einem oder mehreren nicht dargestellten Zylindern einer Brennkraftmaschine. Das Meßorgan 52 ist eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete Platte, die sich im konischen Abschnitt 51 des Saugrohres-nach einer annähernd linearen Funktion der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge bewegt, wobei für eine konstante am Meßorgan 52 angreifende Rückstellkraft sowie einen konstanten vor dem Meßorgan 52 herrschenden Luftdruck der zwischen dem Meßorgan 52 und der Drosselklappe 55 herrschende Druck ebenfalls konstant bleibt.

Das Meßorgan 52 steuert unmittelbar ein Zumeß- und Mengenteilerventil 57. Zur Übertragung der Verstellbewegung des Meßorgans 52 dient ein mit ihm verbundener Hebel 58, der um einen Drehpunkt 59 schwenkbar gelagert ist und bei seiner Schwenkbewegung mit einer Nase 60 das als Steuerschieber 61 ausgebildete bewegliche Ventilteil des Zumeß- und Mengenteilerventils 57 betätigt.

Der von einer durch einen Elektromotor 63 angetriebenen Kraftstoffpumpe 64 aus einem Kraftstoffbehälter 65 geförderte Kraftstoff gelangt über eine Leitung 66 und einen Kanal 67 in eine Ringnut 68 des Steuerschiebers 61. Je nach der Stellung des Steuerschiebers 61 überdeckt die Ringnut 68 mehr oder weniger Steuerschlitze 69, die durch Kanäle 70 zu je einer Kammer 71 führen, die durch eine Membran 72 von einer Kammer 73 getrennt ist, wobei die Membran als bewegliches Teil je eines als Gleichdruckventil 74 ausgebildeten Flachsitzventils dient. Aus den Kammern 71 gelangt der Kraftstoff über Kanäle 75 zu den einzelnen nicht dargestellten Eincpritzventilen, die in der Nähe der Motorzylinder im Saugrohr angeordnet sind.

Von der Leitung 66 zweigt eine Leitung 76 ab. in die ein Druckbegrenzungsventil 77 geschaltet ist, das bei zu großem Systemdruck Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 65 zurückfließen läßt.

Der Steuerschieber 61 wird auf seiner dem Hebel 58 gegenüberliegenden Stirnfläche durch Druckflüssigkeit beaufschlagt, die als Rückstellkraft für das Meßorgan 52

dient und über eine Leitung 79 mit einer Dämpfungsdrossel 80 auf den Steuerschieber wirkt.

Von der Leitung 66 zweigt eine Steuerdruckleitung 82 ab, in der in Reihe eine Abkopplungsdrossel 83, die Kammern 73 der Gleichdruckventile 74, eine Drossel 84 und ein Magnetventil 85 angeordnet sind. Parallel zum Magnetventil 85 ist in einer Leitung 86 eine Drossel 87 angeordnet, durch die der Kraftstoff aus der Steuerdruckleitung 82 drucklos über die Rücklaufleitung 88 zum Kraftstoffbehälter 65 zurückfließen kann.

Die Wirkungsweise der in F i g. 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage ist folgende:

Bei laufender Brennkraftmaschine wird über das Saugrohr 50, 53 und 54 Luft angesaugt, durch die das Meßorgan 52 eine gewisse Auslenkung aus seiner Ruhelage erfährt. Entsprechend der Auslenkung des Meßorgans 52 wird über den Hebel 58 auch der Steuerschieber 61 des Zumeß- und Mengenteilerventils 57 verschoben, der die zu den Einspritzventilen strömende Kraftstoffmenge zumißt. Die direkte Verbindung zwischen dem Meßorgan 52 und dem Steuerschieber 61 ergibt ein konstantes Verhältnis von Luftmenge und zugemessener Kraftstoffmenge.

Um das Kraftstoff-Luft-Gemisch je nach dem Abschnitt des Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine reicher oder ärmer halten zu können, ist eine Änderung der Proportionalität zwischen angesaugter Luftmenge und zugemessener Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine erforderlich. Die Änderung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kann einerseits dadurch erfolgen, daß die Rückstellkraft am Meßorgan 52 verändert wird oder andererseits durch Änderung der Druckdifferenz am Zumeßventil 68, 69. Bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Motorzylindern ist es vorteilhaft, im Zumeß- und Mengenteilerventi! 57 die Ventile 74 als Gleichdruckventile auszubilden. Der Differenzdruck an den Zumeßventilen 68, 69 kann in vorteilhafter Weise gemeinsam durch den Druck in der Steuerdruckleitung 82 geregelt und geändert werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Änderung des Differenzdruckes an den Zumeßventilen 68, 69 durch Änderung des Differenzdruckes an der Abkopplungsdrossel 83, indem die durch die Abkopplungsdrossel strömende Flüssigkeitsmenge veränderbar ist. Die Mengenänderung an der Abkoppelungsdrossel 83 läßt sich dadurch erreichen, daß ihr eine Drossel 84 und ein Magnetventil 85 mit einer zu diesem parallelen Drossel 87 im Steuerdruckkreislauf 82 nachgeschaltet ist. Bei geschlossenem Magnetventil wird die durch die Abkopplungsdrossel 83 fließende Kraftstoffmenge durch die Drosseln 83, 84 und 87 bestimmt. Die bei geöffnetem Magnetventil 85 im Steuerdruckkreislauf fließende Kraftstoffmenge wird nur noch durch die Drosseln 83 und 84 bestimmt, was eine geringere Drosselung und eine erhöhte Druckdifferenz an der Abkopplungsdrossel 83 zur Folge hat, weshalb auch die Druckdifferenz an den Zumeßventilen 68, 69 erhöht wird. Die Änderung des Differenzdruckes an der Abkopplungsdrossel 83 läßt sich durch die Variation des Verhältnisses von Öffnungsdauer zu Schließdauer des Magnetventils 85 erreichen. Dabei ergibt sich für ein dauernd geschlossenes Magnetventil eine geringe Druckdifferenz und ein armes Kraftstoff-Luft-Gemisch, während für ein dauernd geöffnetes Magnetventil 85 die Druckdifferenz am größten und das Kraftstoff-Luft-Gemisch am reichsten ist.

Eine eventuell notwendige Dämpfung der Drucksprünge ließe sich durch einen nicht dargestellten Speicher im Steuerdruckkreislauf erreichen.

Das Tastverhältnis des Elektromagnetventils 85 läßt sich entsprechend der Ausbildung nach F i g. 1 ebenfalls durch eine nicht dargestellte elektronische Steuereinrichtung ändern, der neben den von Gebern ermittelten Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine die Ausgangssignale der in Form einer Kaskade geschalteten und von einer Sauerstoffsonde angesteuerten ersten und zweiten Regelstufe eingebbar sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Kraftstoffeinsprilzanlage mit zwei in Form einer Kaskade geschalteten Regelstufen ergibt sich der Vorteil einer Vergrößerung des gesamten Regelbereiches der Regelung zum Ausgleich von Serientoleranzen und Alterungsdriften an der Brennkraftmaschine und an dem Aufbereitungssystem. Ein weiterer Vorteil besteht in dem Wegfall von Höhen- und Luftkompensation sowie im Ausgleich von Meßfehlern bei luftmengenmessendem Aufbereitungssystem. Durch die Auslegung der ersten Regelstufe mit kleinem Regelbereich und kleiner R.egelzeitkonstante kann eine verbesserte Anpassung der Regelergebnisse an dynamische Fahrzustände erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Integralverhalten aufweisenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches (Lambda-Regelung) durch eine im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnete Meßsonde, deren Steuerspannung eine erste Regelfunktion durchläuft, wobei diese Regelfunktion zusammen mit einer zweiten Regelfunktion das Kraftstoff-Luft-Gemisch beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch von der ersten Regelfunktion (36) und einer Kombination aus erster und zweiter Regelfunktion (39) abhängt.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Regelbereich und Regelzeitkonstante der ersten Regelfunktion (36) klein gegenüber Regelbereich und Regelzeitkonstante der zweiten Regelfunktion (39) sind.

3. Kraftstoff einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sollwert der zweiten Regelfunktion (39) der halbe Betrag der maximal möglichen Ausgangsgröße der ersten Regelfunktion (36) dient.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der ersten Funktion (36) in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen (44,46) der Brennkraftmaschine änderbar ist.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangssignal der zweiten Regelfunktion (39) zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine ein Zusatzwert (44,46) überlagerbar ist.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwert über Schaltkontakte (46) zuführbar ist.

7. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelfunktionen (36,39) durch Regelstufen gebildet werden.

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