DE3006631C2

DE3006631C2 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3006631C2
Application number: DE19803006631
Authority: DE
Inventors: Tiberiu Dipl.-Ing. 8071 Denkendorf Lohan
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1983-08-25
Also published as: JPS56159528A; EP0034714A1; DE3006631A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvomchtung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in der DE-AS 21 58 093 beschrieben- Diese bekannte Vorrichtung weist eine Anreicherungseinrichtung auf, die in Abhängigkeit von drei Parametern arbeitet, nämlich einem Dehnstoffregler, einem Heizelement und einer Unterdruckkammer. Eine Eigenart dieser bekannten, in ihrem Aufbau verhältnismäßig aufwendigen Kraftstoffeinspritzvorrichtung liegt daran, daß bei noch nicht voll aufgeheiztem Heizelement im Leerlauf ständig eine Anreicherung erfolgt, da der Druckfühler mit Unterdruck beaufschlagt ist

Eine derartige Leerlaufanfettung ist bei einer sich in der Warmlaufphase befindlichen Brennkraftmaschine nicht mehr erforderlich, sobald die Brennkraftmaschine einen stabilen Leerlauf erreicht hat Derartige Vorrichtungen setzen jedoch unter Umständen die Anfettung noch weiter fort, wenn eine kalt gestartete Brennkraftmaschine bereits die normale Leerlaufdrehzahl erreicht hat was nachteilige Folgen für die Abgaszusammensetzung hat Wird die Anreicherungseinrichtung jedoch so abgestimmt, daß solche Leerlaufzustände vermieden werden, besteht die Gefahr, daß das der Brennkraftmaschine zugeführte Gemisch zu einer Gasannahme der Brennkraftmaschine führt, d.h. für einen plötzlichen Obergang vom Leerlauf auf Last zu mager ist

Aus der DE-OS 24 4&310 ist eine Steuerung der Anfettung in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung vorgesehen, die nach Ablauf der Warmlaufphase einsetzt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzung derart auszubilden, daß das Gemisch jeweils nur so stark angereichert wird, wie es für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine erforderlich ist

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß sich nach dem Anlassen einer kalten Brennkraftmaschine der Saugrohrunterdruck mit zunehmender Temperatur zunehmend aufbaut Bei kaltem Moior dauert dies langer als bei warmem Motor. Wenn ein bestimmter Unterdruck erreicht ist, ist dies ein Zeichen dafür, daß die Brennkraftmaschine einen stabilen Leerlauf hat d. h. daß eine Abmagerung des Gemisches ohne Gefährdung des einwandfreien Leerlaufes möglich ist. Entsprechend erzeugt erfindungsgemäß der Druckfühler, welcher bei bekannten, gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen bei Vollast, ά. h. sehr geringem Saugrohrunterdruck, ein Signal zur Anfettung des Gemisches erzeugt, bei einem einem stabilen Leerlauf entsprechenden Saugrohrunterdruck ein Signal, das die über die Anreicherungseinrichtung erfolgende Anfettung außer Wirkung setzt. Die Brennkraftmaschine läuft dann mit magerem Leerlauf, was zu geringem Verbrauch und guter Abgasqualität führt Sobald Gas gegeben wird, bricht der Unterdruck teilweise zusammen und es tritt die Anreicherungseinrichtung, sofern die Brennkraftmaschine noch nicht ihren betriebswarmen Zustand erreicht hat, wieder in Wirkung und fettet das Gemisch an, wodurch gewährleistet ist, daß die Brennkraftmaschine einwandfrei Gas annimmt.

Die Ansprüche 2 und 3 kennzeichnen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wobei sich die Ausführungsfermen gemäß des Anspruchs 3 besonders zur Verwendung mit sogenannter Lambdaregelung eignet, bei der die Gemischzusam-

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mensetzung entsprechend dem Sauerstoffgehalt des Abgases gesteuert wird.

Mit der Erfindung wird in der Warmlaufphase nicht nur Kraftstoff gespart, sondern auch der Schadstoffgehalt der Abgase deutlich vermindert

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert Es stellt dar

F i g. 1 ein Diagramm zur Darstellung der einzelnen Unterdruckbereiche im Saugrohr,

Fig.2 eine erste Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung,

F i g. 3 eine zweite Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung und

F i g. 4 ein Blockschaltbild für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß F i g. 3.

F ϊ g. 1 zeigt drei Bereiche I₁ II und III des Saugrohrdrucks, wobei der Unterdruck von links nach rechts zunimmt Der Bereich I kennzeichnet den Bereich, in dem der Saugrohrdruck beim Anlassen (geöffnete Drosselklappe) und Beschleunigen liegt Der Bereich Il gibt den Leerlaufbereich bei betriebswarmer Brennkraftmaschine und den Teillastbereir₍h (Konstantfahrtbereich) an, der Bereich III entspricht dem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine.

Der Punkt B, der den Übergang vom Bereich I in den Bereich II angibt entspricht demjenigen Saugrohrdruck, bei welchem sich der Leerlauf der zunächst langsam drehenden kalten Brennkraftmaschine (Unterdruck im Bereich I) stabilisiert Bei Saugrohrunterdrukken, gemäß F i g. 1 rechts von B ist eine besondere Kaltlaufanfettung des Gemisches im Leerlauf nicht erforderlich. Der Punkt B entspricht einem Unterdruck von beispielsweise 03 bar.

Fig.2 zeigt einen Saugrohrabschnitt 1 mit einem konischen Abschnitt 2, durch den Verbrennungsluft in Pfeilrichtung zu einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine strömt und dabei ein Meßorgan 3 betätigt An den konischen Abschnitt 2 schließt sich ein Saugrohrabschnitt 4 an, welcher über ein Verbindungsstück 5 in einen Saugrohrabschnitt 6 mit einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 7 übergeht, die von einem nicht dargestellten Gaspedal her betätigt wird.

Das Meßorgan 3 ist eine quer zur Strömungseinrichtung der Verbrennungsluft angeordnete Platte, die sich im konischen Abschnitt 2 des Saugrohrs in annähernd linearer Abhängigkeit von der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge bewegt

Das Meßorgan 3 steuert unmittelbar ein Zumeßventii 10. Zur Übertragung der Verstellbewegung des Meßorgans 3 dient tin Hebel 11, der um einen Drehpunkt 12 schwenkbar ist und mit einer Nase 13 das als Steue/schieber 14 ausgebildete, bewegliche Ventilglied des Zumeßventils 10 betätigt. Die von der Nase 13 abgewandte Stirnfläche 15 des Steuerschiebers 14 wird von unter einem Steuerdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt, wobei der Steuerdruck die Rückstellkraft auf das Meßorgan 3 hervorruft.

Die Kraftstoffversorgung erfolgt über eine aus einem Kraftstoffbehälter 19 fördernde Kraftstoffpumpe 20, die den Kraftstoff über eine Kraftstoffversorgungsleitung 21 dem Zumeßventii 10 zuführt. Von der Kraftstoffversorgungsleitung 21 zweigt eine Leitung 22 ab, die über ein Druckbegrenzungsventil 23 in den Kraftstoffbehälter 19 führt.

Aus der Kraf:sioffversorgungsleitung 21 gelangt der Kraftstoff in einen im Zumeßventii 10 ausgebildeten Ringkanal 26, welcher iJnterkammern 28 des Zumeß-

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65 ventils 10 mit Kraftstoff versorgt Die LJnterkammern 28, von denen je eine einer Kolben/Zylindereinheit der Brennkraftmaschine zugeordnet ist werden auf einer Seite von einer Membran 29 begrenzt welche jede Unterkammer 28 von einer Oberkammer 30 trennt

Von jeder Oberkammer 30 führt eine Einspritzleitung 31 zu einem nicht dargestellten Einspritzventil. Der Einlaß der EinspritiHtung 31 bildet zusammen mit der Membran 29 ein Differenzdruckventil, das die Druckdifferenz zwischen Unterkammer 28 und Oberkammer 30 auf einem durch eine Feder 32 bestimmten Wert hält, welche die Membran 29 vom Einlaß abhebt Die Unterkammern 28 bzw. der Ringkanal 26 sind mit einer zentralen Bohrung 34 des Zumeßventils 10 verbunden, in der der Steuerschieber 14 derart arbeitet daß ein Steuerschlitz, welcher einen Ringraum 35 über Verbindungskanäle 36 mit den Oberkammern 30 verbindet, bei einer Bewegung des Steuerschiebers 14 gemäß Fig.2 nach rechts zunehmend freigegeben wird.

Auf diese Weise wird den Einspritzleitungen 31 eine zur Größe des Steuerschlitzes vsii damit zur Auslenkung des Steuerschiebers 14 proportionale Kraftstoffmenge zugemessen.

Der auf den Steuerschieber 14 wirkende Steuerdruck wird einer Kammer 42 an der Stirnseite des Steuerschiebers 14 über eine Steuerdruekleitung 43 zugeführt die von der Kraftstoffversorgungsleitung 21 abzweigt und in der eine Abkopplungsdrossel 44 und im Einlaß in die Kammer 42 eine Dämpfungsdrossei 45 angeordnet sind.

Zur Beeinflussung des Steuerdrucks ist ein Wannlaufsteuerventil 46 vorgesehen, dessen Zuleitung 47 zwischen den Drosseln 44 und 45 von der Steuerdruckleitung 43 abzweigt und dessen Ableitung 48 zum Kraftstoffbehälter 19 führt

Das Warmlaufsteuerventil 46 ist ein Rachsitzventil mit einer Membran 49, welche von einer Feder 50 in Richtung auf den Sitz gedrückt wird, so daß sie durch mehr oder weniger weites Anheben vom Sitz ilen in der Zuleitung 47 herrschenden Steuerdruck auf einem konstanten, von der Kraft der Feder 50 abhängigen Wert hält. Die Kraft der Feder 50 ist mittels eines Bimetallgliedes 51 veränderbar, das entsprechend der Motorbetriebstemperatur und/oder mittels einer elektrischen Wicklung 52 elektrisch beheizbar ist und im kalten Zustand die Kraft der Feder 30 und damit den Steuerdruck mindert und im warmen Zustand von der Feder 50 abhebt

Die bisher beschriebene Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist an sich bekannt und wird daher in ihrer Funktion nicht näher erläutert.

Zusätzlich ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Druckfühler 85 versehen, welcher den Druck im Särohr mißt und im Bereich I gemäß F i g. 1 geschlossen ist. Im geschlossenen Zustand des Druckfühlers 85 wird eine an einer Leitung 83 liegende Spannung über eine Leitung 87 an ein Ventil 89 gelegt, welches in der Zuleitung 47 angeordnet ist. Im betätigten Zustand des Ventils 89 wird eine Leitung 91 geöffnet, welche in einen Druckraum 93 eines Arbeitszylinders 95 führt, in dem gegen die Kraft einer Feder 97 ein Kolben arbeitet, dessen Schaft 9&bei unter Druck stehendem Druckraum 93 das dimetallglied 51 von der Feder 50 abhebt. Vom Druckraum 93 führt eine Rückleitung 101 mit einer Drossel 103 zum Kraftstoffbehälter 19.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei geschlossenem Druckschalter 85 das Bimetallelied 51 und damit

die Funktion des Wairmlaufsteuerventils 46 außer Betrieb gesetzt ist. Wenn der Druckfühler 85 bei einem Unterdruck schließt, welcher größer als der durch B markierte Wert gemäß Fig. I ist, im Bereich Il also geschlossen ist, wird mit der beschriebenen Anordnung erreicht, daß im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine bei genügend großem Unterdruck das Warmlaufsteuerventil 46 außer Funktion gesetzt ist, wohingegen es wieder in Funktion tritt, sobald die Drosselklappe 7 betätigt wird, die Brennkraftmaschine also nicht mehr im Leerlauf läuft.

Es versteht sich, daß der Druckfühler 85 auch derart gebaut sein kann, daß er das Ventil 89 über ein Druckintervall zunehmend öffnet, so daß die Gemischanfettung nicht »digital«, sondern entsprechend dem jeweiligen Saugrohrdruck beeinflußt wird.

Im Bereich Hl der Fig. I kann ein weiterer Druckschalter schließen, welcher eine Schubschaltung oder -Abmagerung herbeiführt.

Die Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß F i g. 3 entspricht in ihrer grundsätzlichen Anordnung der der F i g. 2. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 fehlt jedoch das Warmlaufsteuerventil 46. Die Steuerdruckleitung 43 ist über eine Rückleitung 43a unmittelbar mit dem Kraftstoffbehälter 19 verbunden.

Des weiteren ist die Kraftstoffversorgungsleitung 21 über eine Leitung 33 unmittelbar mit dem den Steuerschieber 14 umgebenden Ringraum 35 verbunden. Der Ringkanal 26 ist über eine gesonderte Leitung 25, in der eine Drossel 24 sitzt, mit der Kraftstoffversorgungsleitung 21 verbunden. Von dem Ringkanal 26 führt eine Rückleitung 37 zum Kraftstoffbehälter 19. In der Rückleitung 37 ist ein Drosselventil in Form eines getakteten Magnetventils 38 angeordnet, welches von einem Steuergerät 39 mit konstantem Taktverhältnis oder mit einem Taktverhältnis ansteuerbar ist, welches von der Sauerstoffkonzentration abhängt, welche eine Sauerstoffmeßsonde 40 in einem Abgasrohr 41 der Brennkraftmaschine feststellt.

Insoweit ist auch diese Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in herkömmlicher Weise aufgebaut, so daß ihre Funktion nicht im einzelnen beschrieben wird. Die Steuerung der Gemischzusammensetzung erfolgt bei dieser Ausführungsform über das Tatkverhältnis des Magnetventils 38, wobei das Gemisch bei zunehmender relativer Öffnungszeit des Magnetventils fetter und bei abnehmender relativer Öffnungszeit magerer wird.

Zur Anfettung des Gemisches bei noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine ist in ebenfalls bekannter Weise, wie beispielsweise in der DE-OS 24 23 110 beschrieben, ein Temperaturfühler 54 vorgesehen, welcher bei einer unter einem vorbestimmten Wert liegender Temperatur im Saugrohr oder Kühlwasser schließt und dadurch den Betrieb des Steuergerätes 39 derart einstellt daß dieses das Magnetventil 38 nicht mehr mit einem von der Sauerstoffkonzentration im Abgas abhängigen Taktverhältnis, sondern mit einem konstanten Taktverhältnis ansteuert, welches einer fetten Gemischzusammensetzung entspricht Der Temperaturfühler 54 ist nicht, wie an sich bekannt, unmittelbar mit Masse verbunden, sondern über einen Druckfühler 185, welcher bei einen Unterdruck größer als B gemäß F i g. 1 öffnet und den Temperaturfühler 54 dadurch unwirksam macht. Damit wird erreicht, daß eine Gemischanreicherung bei noch nicht betriebswarmen Motor nur im Unterdruckbereich I erfolgt, also bei unbefriedigendem Leerlauf oder bei betätigtem Gaspedal. Fig.4 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung gemäß F i g. 3.

Die Sauerstoffmeßsonde 40 ist mit einem Eingang eines Komparators 60 verbunden, an dessen anderem Eingang eine einstellbare Spannungsquelle 62 liegt. Der Ausgang des Komparators 60 ist mit einem Integrator 64 verbunden, dessen Ausgang einem Eingang a eines weiteren Komparators 66 zugeführt ist. Ein weiterer Eingang e des Komparators 66 ist mit einem Sägezahngenerator 68 verbunden. An einem zusätzlichen Eingang b des Komparators 66 liegt der Temperaturfühler 54 und in Reihe mit diesem der Druckfühier 155. Der Ausgang des Kornparaiors 66 ist über eine Endstufe 78 mit dem Magnetventil 38 verbunden.

Die Funktion der Anordnung ist folgende:

Wenn der Eingang b von Masse getrennt ist, ist der Eingang a wirksam und der Komparator 66 steuert das Magnetventil 38 mit einem Taktverhältnis an, welches durch die Ausgangsspannung des Integrators 64 relativ zu der des Sägezahngenerators 68 gegeben ist. Dieses Taktvcrhältnis hängt somit von der Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde 40 und damit der Zusammensetzung des Abgases ab.

Sobald der Temperaturfühlet 54 und der Druckfühler geschlossen sind, also bei unter der Betriebstemperatur steigender Temperatur der Brennkraftmaschine und bei einem Saugrohrdruck im Bereich I gemäß F i g. 1 wird der Eingang a unwirksam und der Komparator 66 steuert das Magnetventil 38 mit einem konstanten, einem fetten Gemisch entsprechenden Taktverhältnis an. Sobald Gas gegeben wird und/oder die Betriebstemperatur den Sollwert erreicht, hört die Anfettung auf und wird der Eingang a wieder wirksam.

Es versteht sich, daß der Temperaturfühler 54 mit dem Steuergerät 39 derart zusammenwirken kann, daß sich das vom Temperaturfühler 54 unterhalb der vorbestimmten Temperatur bestimmte Taktverhältnis kontinuierlich mit der Temperatur ändert d.h. mit abnehmender Temperatur einem fetteren Gemisch entspricht. Auch oder der Druckfühler 185 kann derart gebaut sein, daß er die Funktion des Steuergerätes nicht abrupt von »Steuern« auf »Regeln« umstellt, sondern das Taktverhältnis stetig entsprechend der Abweichung des vorhandenen Saugrohrdrucks von einem »Schaltdruck« (z.B. Druck B gemäß Fig. 1) verändert. Dies kann dadurch geschehen, daß der Druckfühler 185 und der Temperaturfühler 54 druck- bzw. temperaturabhängigen Widerstand haben und der an der Klemme b gemäß F i g. 4 liegende Widerstand das Taktverhäitnis bestimmt mit dem der Komparator 66 das Magnetventil 38 steuert

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: ίο 20

1. Kraftstoff einspritzvorrichtung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, welche der von der Brennkraftmaschine durch das Saugrohr angesaugten, von einer Drosselklappe gesteuerten 7rischluft Kraftstoff in einem vorbestimmten Mengenverhältnis zumißt, mit einer Anreicherungseinrichtung, welche im nicht betriebswarmen Zustand der Brennkraftmaschine die der Frischluft zugesetzte Kraftstoffmenge erhöht, und mit einem Druckfühler, welcher den im Saugrohr stromabwärts der Drosselklappe herrschenden Druck mißt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dnickfühler (85,185) auf eine Einrichtung (89,95,39) einwirkt, die bei Oberschreiten eines vorgegebenen, einem normalen Leerlauf der Brennkraftmaschine entsprechenden Saugrohrunterdrucks die Anreicherungseinrichtung (46,38,39,54) außer Wirkung setzt

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer in einer Kraftstoffversorgungsleitung einen Systemdruck aufbauenden Kraftstoffpumpe, einem Meßorgan zur Messung des Durchsatzes der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft, einem vom Meßorgan betätigten, der Kraft-Stoffversorgungsleitung nachgeschaketen Steuerschieber, welcher einem Kraftstoffeinspritzventil einen dem Luftdurchsatz proportionalen Kraftstoffdurchsatz zumißt und gegen einen Steuerdruck arbeitet, der mittels eines die Anreicherungseinrichtung bildenden Warmlaufsteuerventils in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine absenkbar ist, während das Warmlaufsteuerventil im betriebswarmen Zustand der Brennkrafimaschtvre eine definierte Abströmöffnung zur Bildung eines konstanten Steuerdrucks aufweist, dadurch gekea zeichnet, daß der Druckfühler (85) ein Ventil (89) betätigt, welches

in seiner Offenstellung eine Stellantrieb (95) mit unter Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt und dabei einen Zustand des Warmlaufsteuerventils (86) herbeiführt, der dem betriebswarmen Zustand entspricht.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 mit einer in einer Kraftstoffversorgungsleitung einen Systemdruck aufbauenden Kraftstoffpumpe, einem Meßorgan zur Messung des Durchsatzes der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft, einem vom Meßorgan betätigten, der Kraftstoffversorgungsleitung nachgeschalteten Steuerschieber, welcher einem Kraftstoffeinspritzventil einen dem Luftdurchsatz proportionalen Kraftstoffdurchsatz zumißt, und mit einem Magnetventil, welches von einem Steuergerät angesteuert den am Steuerschieber wirksamen Druck entsprechend einem von einem Temperaturfühler erzeugten Temperatursignal unterhalb einer vorbestimmten Temperatur in Richtung einer Gemischanfettung verändert, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Druckfühler (195) enthaltende Schaltung vorgesehen ist, welche bei Überschreiten des dem normalen Leerlauf der Brennkraftmaschine entsprechenden Saugrohrunterdruckes die von dem Temperatursignal hervorgerufene Gemischanfettung aufhebt.