DE3103183C2

DE3103183C2 -

Info

Publication number: DE3103183C2
Application number: DE3103183A
Authority: DE
Inventors: Noboru Tokio/Tokyo Jp Tominari; Takashi Ohi Kanagawa Jp Ishida
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 1980-01-31
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1988-01-21
Also published as: GB2075713B; ES498936A0; FR2475131A1; CA1162272A; AU548777B2; AU6683181A; IT1170673B; US4524745A; IT8147679A0; GB2075713A; FR2475131B1; BR8100558A; ES8204055A1; JPS56107925A; DE3103183A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisch gesteuertes Brennstoff einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein bekanntes elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritz system gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist als Luft bevorzugungssystem ausgeführt mit einer direkten mechanischen Verbindung zwischen dem Beschleunigungspedal und dem Drossel ventil. Hierbei stellt der Fahrer durch Niederdrücken des Be schleunigungspedals zunächst einmal die Öffnung des Drossel ventils ein und bestimmt so die Luftströmungsmenge. Darauf hin wird die Brennstoffströmungsmenge durch einen Computer entsprechend der Luftströmungsmenge berechnet und dem Motor zugeführt.

Bei einem solchen System können Brennstoffverbrauchs wirtschaftlichkeit und eine reine Verbrennung bei allen Be triebsbedingungen des Motors nicht erhalten werden. Mehr noch ist es schwierig, eine konsistente Brennstoffwirtschaftlichkeit und eine gewünschte niedrige Emissionsdichte zu erzielen, weil der Betriebsmodus eines Drosselventils hinsichtlich des vorübergehenden Betriebs des Motors und das Brennstoffströ mungsmengenmuster, bestimmt entsprechend dem Betriebsmodus des Drosselventils, sowie die Zeitentwicklung des Luft/Brenn stoffverhältnisses (A/F) zu einem bestimmten gegebenen Augen blick die Brennstoffwirtschaftlichkeit und die Emissionsdichte und die Antriebsleistung eines Motorfahrzeuges beeinträchtigen. Sie stören sich häufig gegeneinander. Aus diesem Grund ist es im wesentlichen schwierig, eine Kompatibilität unter diesen Faktoren zu erreichen. Da die Luftströmungsmenge, welche an fänglich durch die Bedienungsperson gewählt wird, häufig stufenweise wunschgemäß verändert wird, und da die Luftdichte wesentlich geringer ist als die des Brennstoffs, kann ein Vergaser schneller auf eine Veränderung der Luftströmungsmenge reagieren als auf einen Wechsel der Brennstoffströmungsmenge, so daß die bei einem gewählten Brennstoff/Luftverhältnis ab gerufene Luft den Motor erreicht, und zwar vor dem Brennstoff wechsel in Assoziation mit dem gewählten Luft-Brennstoff-Ver hältnis. Weiterhin wird bei einem Beschleunigungszustand des Motors der Differenzdruck zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Drosselventils, welches als Luftansaug-Steuer ventil arbeitet, bis zu der Zeit groß, zu der es schrittweise verändert wird, so daß ein großer Anteil der Luft zu Beginn der stufenweisen Änderung des Ventils in das Drosselventil strömt. Beide Situationen resultieren in einem mageren Luft- Brennstoff-Gemisch. Entsprechend ist es notwendig, ein übermäßig mageres Luftbrennstoffgemischverhältnis dadurch zu korrigieren, daß eine große Menge von Brennstoff zuge führt wird, um das Brennstoffgemisch in der Verbrennungskammer des Motors auf einem gewünschten Verbrennungsumfang zu halten. Wenn die Korrektur unzureichend ist, wird die An triebsleistung des Fahrzeuges beeinträchtigt. Wenn die Kor rektur übermäßig ist, werden der Brennstoffverbrauch und die Emissionsdichte erhöht. So ist das Hinzufügen dieser Menge sehr kritisch.

Im Falle des Reduzierens der Drossel (Loslassen des Beschleu nigungspedals) tritt ein entgegengesetztes Phänomen auf, welches gleiche kritische Eigenschaften hat.

Ähnliche Probleme ergeben sich bei einem anderen bekannten Brennstoffeinspritzsystem (DE-OS 24 58 859), bei welchem eben falls eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Be schleunigungspedal und dem Drosselventil besteht.

Wegen der vorgenannten Probleme ist die Luftströmungsmengen bevorzugung, welche weitgehend angenommen wurde, von zweifel haftem Wert. Es wird dementsprechend entsprechend der vorlie genden Erfindung ein Brennstoffbevorzugungssystem verwendet. Ein guter Vergleich zwischen den beiden unterschiedlichen Systemen ist in der Schrift 7 80 346 der Society of Automotive Engineers von D. L. Stivender mit dem Titel "Engine Air Control- Basis of a Vehicular Systems Control Hierarchy" beschrieben.

Das grundsätzliche Brennstoffbevorzugungssystem wurde anfäng lich in der US-Patentschrift 37 71 504 mit dem Titel "Fluidic Fuel Injection Device Having Air Modulator" beschrieben und ist Gegenstand der Schrift 78-WA/DSC-21 der American Society of Mechanical Engineers (ASME) mit dem Titel "An Air Modulated Fluidic Fuel Injection System", und zwar hinsichtlich der mit einem solchen System tat sächlich durchgeführten Versuche. Das in dieser Patent schrift offenbarte Grundkonzept besteht in der Steuerung der Luft-Brennstoffmenge als Funktion der Brennstoffströ mungsmenge im Brennstoffbevorzugungssystem durch Durchführen einer sensormäßigen Erfassung, einer Berechnung und einer Betätigung des Systems durch einen pneumatischen und/oder flüssigen Kreis. Dieses System ist im Vergleich mit dem herkömmlichen Vergaser kostenmäßig günstig.

Während dieses System bezeichnenderweise die Steuerung ge genüber dem Brennstoff-Luft-Verhältnis verbessert, insbe sondere während des Übergangsmotorbetriebs, da das System im wesentlichen mit einer Flüssigkeitssteuerung durchgeführt wird, sind in seiner Ansprechbarkeit auf die von der Bedie nungsperson durchgeführten Änderungen langsam. Der Betätigungs bereich, über den Einstellungen hinsichtlich der Luftströ mungs- und Brennstoffströmungsmenge erzielt werden können, ist begrenzt. Dies wiederum begrenzt die Fähigkeit des Systems in allen Betriebszuständen des Motors geeignet zu funktionieren. Ebenso kann das System die gewählte Brenn stoffströmungsmenge oder Luftströmungsmenge kompensieren oder "fein tunen", um das Luft-Brennstoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit den Kompensationsfaktoren fein einzu stellen, die durch die Motorbetriebsbedingungen bestimmt wer den. Außerdem kann dieses System nicht in zufriedenstellen dem Maße die miteinander in Konflikt stehenden Erfordernisse hinsichtlich des Brennstoffverbrauchs und der niedrigen Emis sionen vereinigen.

Es ist schließlich bekannt (DE-Z.: "Automobil-Industrie", Januar 1979, Seiten 49 bis 56) eine Entkoppelung der Einfluß größen vorzusehen, wobei die starre mechanische Verbindung zwischen Beschleunigungspedal und Drosselventil aufgehoben werden kann, zu dem Zweck, für jeden Betriebspunkt des Motors die Motoreinflußgrößen Luftzahl, Zündwinkel, Füllung und Ab gasrückführung unabhängig voneinander einstellen zu können. Hierbei ist der Weg des Beschleunigungspedals in drei Bereiche unterteilt, und zwar in einen unteren Teillastbereich, einen mittleren Teillastbereich und einen Vollastbereich. Im unteren Teillastbereich wird das Drosselventil nicht betätigt, sondern lediglich der Zündzeitpunkt verstellt. Im mittleren Teillast bereich wird das Drosselventil geöffnet, wobei aber das Luft verhältnis und der Zündzeitpunkt angenähert konstant gehalten werden. Erst im Vollastbereich, in welchem die Füllung konstant bleibt, wird das Brennstoff-Luft-Gemisch zunehmend angefettet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem derart auszuführen, daß für möglichst alle Betriebszustände des Motors günstige Werte von Brennstoff verbrauch und Schadstoffemission erhalten werden. Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehen von einem Brennstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1.

Bei einem Brennstoffeinspritzsystem gemäß der Erfindung wird die optimale Luftströmungsmenge dadurch gesteuert, daß das Drosselventil entsprechend den Ergebnissen betätigt wird, die von einem Computer anhand eines von der Bedie nungsperson gewählten Brennstoffströmungsverhältnisses und verschiedenen anderen Informationen, wie beispielsweise der Kühltemperatur oder der Zylinderkopftemperatur des Motors, der Atmosphärentemperatur, dem Atmosphärendruck, der Oxidation und/oder reduzierenden katalytischen Tempera tur berechnet wurde. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das System die Luftströmungsmenge so steuern kann, daß das Luft-Brennstoff-Gemisch unmittelbar nach der Be schleunigung reicher und unmittelbar nach der Verzögerung des Motors oder des Fahrzeuges magerer wird, während gleich zeitig sowohl ein geringer Brennstoffverbrauch als auch eine niedrige Schadstoffemission erzielt werden. Dies wird da durch erreicht, daß ein geeignetes Übergangs-Luft-Brenn stoff-Gemisch gewählt wird. Mit dem erfindungsgemäßen System kann der Brennstoffverbrauch und die Emissionsdich te sogar dann bezeichnend verbessert werden, wenn die Be dienungsperson wiederholt eine Beschleunigung und Verzögerung abwechselnd dadurch vornimmt, daß in relativ kurzer Folge das Gaspedal losgelassen oder wieder getreten wird, was insbesondere beim Stadtverkehr häufig der Fall ist. Dabei wird die Luftströmungsmenge rapide als Funktion der Brenn stoffströmungsmenge unmittelbar nach den Gaspedalbewegungen der Bedienungsperson gesteuert.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen an gegeben.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbei spiele. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems für einen Verbrennungs motor mit einer Zündkerzenzündung, konstruiert entsprechend der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer anderen bevorzugten Aus führungsform eines in Fig. 1 verwendeten Meßmechanis mus,

Fig. 3 eine Seitenansicht des in Fig. 2 dargestellten Meßmechanismus,

Fig. 4 eine Vorderansicht des Verbindungsteiles zwischen einem Beschleunigungspedal und einem Drosseldraht, welcher kooperativ mit dem in Fig. 2 dargestellten Beschleunigungspedal betrieben wird,

Fig. 5 eine Vorderansicht eines Gelenkhebels des in Fig. 2 dargestellten Meßmechanismus, wenn er sich in der Leerlauflage befindet,

Fig. 6 eine Vorderansicht der in Fig. 5 dargestellten Brenn stoffmeßöffnung,

Fig. 7 eine Vorderansicht des Gelenkhebels, wenn der Motor mit einer Zwischendrehzahl, beispielsweise einer Drehzahl von 2500 Upm gedreht wird,

Fig. 8 eine Vorderansicht der in Fig. 7 dargestellten Brenn stoffmeßöffnung,

Fig. 9 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungs form des in Fig. 1 dargestellten Meßmechanismus,

Fig. 10 eine graphische Aufzeichnung der Wertetabelle, der Zeittabelle und der Strömungscharakteristik des Ausgangs des in Fig. 9 dargestellten Doppel ventils,

Fig. 11 ein Blockdiagramm des elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems, welches den entspre chend der Darstellung in Fig. 10 betriebenen digi talen logischen Kreis verwendet,

Fig. 12 eine graphische Darstellung der charakteristischen Kurven des elektronisch gesteuerten Brennstoff einspritzsystems gemäß der Erfindung,

Fig. 13 ein Blockdiagramm einer anderen bevorzugten Aus führungsform des elektronisch gesteuerten Brenn stoffeinspritzsystems der in Fig. 1 dargestellten Erfindung,

Fig. 14 ein Blockdiagramm eines noch weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels des elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems der in Fig. 1 dargestell ten Erfindung und

Fig. 15 ein Signalflußdiagramm mit der Darstellung des Betriebs des in Fig. 1 dargestellten Computers.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines elektro nisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems für eine Verbrennungsmaschine mit Zündkerzenzündung, konstruiert entsprechend der Erfindung. Dieses System umfaßt im wesentlichen ein Brennstoffuntersystem mit einem Brennstoff meßmeschnismus, ein Luftströmungsuntersystem mit einem Drosselventil-Servomechanismus, eine Steuereinheit (elektro nischer Computer) und ein Korrekturelement mit vier Haupt elementen.

Jedes der Elemente wird nun im einzelnen beschrieben.

I. Brennstoffuntersystem

Das Brennstoffuntersystem umfaßt einen Meßmechanismus 10 und ein Brennstoffversorgungsuntersystem 20. Der Meßmechanis mus 10 besteht aus einem teleskopisch in einen Zylinder 11 eingesetzten Spulenventil 12, einer in eine obere und unte re Kammer aufgeteilten Differenzdruckkammer 13, einem Motorkaltstarter 14, einem Lenker 16 zum Umwandeln der Be wegungen des Beschleunigungspedals 15 in eine Verschiebung des Spulenventils 12, ein Meß-Spulenpotentiometer 17, wel ches am Ende des Zylinders 11 vorgesehen ist und ein am Ende des Zylinders 11 vorgesehenes Begrenzungspotentiometer. Das Spulenventil 12 hat eine abgeschrägt ausgeschnittene Nut 12 a über seine Länge zwischen dem Brennstoffeinlaß- und der Brennstoffauslaßöffnung, wie dies später noch mehr im einzelnen beschrieben wird. Eine Schraubenfeder 12 b ist an der Stirnseite des Spulenventils 12 zusammengedrückt, um das Spulenventil 12 in die Rückkehrrichtung zu drücken. Das Potentiometer 18 beinhaltet einen Begrenzerservomotor 19, der daran angebracht ist, um die Rückkehrgrenzlage des Spulenventils 12 zu steuern.

Das Brennstoffversorgungsuntersystem 20 besteht entsprechend der Darstellung in Fig. 1 aus einem Brennstofftank 21, einer Brennstoffpumpe 22 , einem Filter 23, einer Leitung 24, einem Entspannungsventil oder Regulator, wie ein Drucksteuer ventil 25, ein in der Leitung 24 vorgesehenes Abstell ventil 26, eine Leitung 27, die von der Abgabeseite des Abstellventils 26 über die obere Kammer der Differenz druckkammer 13 in die Einlaßöffnung des Zylinders 11 führt, eine Leitung 28, die von der Auslaßöffnung des Zylinders 11 zur unteren Kammer der Differenzdruckkammer 13 führt, eine Leitung 29, die von der Ausgangsöffnung der Differenz druckkammer 13 zu einem Injektor 30 führt, welcher in einer Einlaßsaugbohrung 41 vorgesehen ist und ein in der Leitung 29 befindliches Abstellventil 31. Das Drucksteuerventil 25 ist entsprechend der Darstellung in Fig. 1 durch eine Membran 32 in eine obere und untere Kammer aufgeteilt. In die obere Kammer mündet eine Leitung 32 a für das Rückführen des Brennstoffs zum Brenntank 21. Die untere Kammer ist mit einer Vakuumleitung 33 versehen, um die Membran 32 durch das in der Einlaßsaugbohrung 41 bestehende Vakuum zu steuern. Die Mittelpunkte der Leitungen 27 und 28 sind verzweigt, um eine Kurzleitung 34 zu bilden, deren Öffnung durch einen Motorkaltstarter 14 gesteuert wird. Der Motorkaltstarter schließt progressiv die Leitung 24 in Erwiderung auf die Zunahme der Motortemperatur. So ist für das Kaltstarten die Leitung 34 offen, während sie im wesentlichen geschlos sen wird, wenn der Motor eine geeignete Betriebstempera tur erreicht. Eine Leitung 201 repräsentiert die Temperatur erfassende Kupplung des Kaltstarters 14 mit dem Zylinder kopf des Motors, beispielsweise eine Heizrohrvorrichtung.

II. Luftströmungsuntersystem

Das Luftströmungsuntersystem 40 umfaßt einen Luftreiniger 42, der am Ende der Einlaßsaugbohrung 41 montiert ist, ein Drosselventil 43 und einen Servomotor 44 für die Einstellung des Drosselventils. Das Drosselventil 43, der Servomotor 44 und das Potentiometer 46 und ein später noch mehr im ein zelnen beschriebener Differenzdruckmesser 48 bilden eine Luftströmungssteuerung und Kontrolle 45.

III. Steuereinheit

Die Steuereinheit 50, die nachfolgend als "Computer" be schrieben wird, kann ein Analogcomputer oder ein Digital computer sein. Letzterer umfaßt einen Mikroprozessor, ein Eingangs/Ausgangs-Interface und einen Speicher. Diese Einheit steuert das Öffnen des Drosselventils in Erwiderung auf die von der Bedienungsperson gewählte Brennstoffein spritzmenge und in Erwiderung auf verschiedene Korrektur faktoren, wie sie nachfolgend noch angegeben werden. Die Steuereinheit kann weiterhin die zeitliche Zündfolge, den Zündzeitpunkt und den Abgasrezirkulations-Betriebszustand des Motors entsprechend der späteren Beschreibung steuern.

IV. Korrekturelement

Das Korrekturelement besteht aus einem Potentiometer 46 zum Erfassen der Öffnung des Drosselventils 43, einen Dif ferenzdruckmesser 48 in einer Leitung 47, die von der Vorderseite der Einlaßsaugbohrung 41 zu den Rückseiten des Drosselventils 43 verläuft, einen Sauerstoffsensor 51, welcher an der Abgas-Leitung 49 vorgesehen ist, einen Ansaug luft-Temperatursensor 53, einen Sensor 53 für den absoluten Atmosphärendruck, einen Kaltstarter 14, welcher im Inneren einen Regler 57 und ein Umschaltventil enthält, einen Sensor für die Motorkühltemperatur, einen Zündzeitregler 57 und einen Sensor 58 für die Temperatur des Zylinderkopfes des Motors. Außerdem kann zu dem elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystem ein EGR-Steuerventil 54, ein katalytischer Wandler 55 und ein Sensor 55 a für die Tempe ratur des reduzierten Katalysators hinzugefügt sein.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 59 eine Einlaß leitung und 60 einen Verbrennungsmotor mit Zündkerzen zündung.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 sind die Elemen te des obigen Paragraphs IV elektrisch mit dem Computer und seinen bezüglichen Komponenten verbunden. In Fig. 1 bedeutet D ein Ausgangssignal, welches vom Spulenpotentio meter 17 ausgeht, zum Computer 50 führt und eine von der Bedienungsperson gewählte Brennstoffströmungsmenge reprä sentiert. E ist ein Ausgangssignal vom Computer 50 zum Begrenzerservomotor 19 zur Begrenzung der von der Bedie nungsperson gewählten Brennstoffströmungsmenge. F ist ein Ausgangssignal vom Begrenzerpotentiometer 18 zum Computer 50, repräsentierend die tatsächliche Brennstoffbegrenzungs stellung eines Begrenzungselementes.

Betriebsweise

Die Betriebsweise der Anlage gemäß der vorstehend be schriebenen Konstruktion wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Wenn eine Bedienungsperson das Beschleunigungspedal 15 drückt, bewegt der Lenker 16 das zylindrische Spulenventil 12 mit seiner Nut 12 a im Zylinder 11 des Meßmechanismus 10 nach links. Dementsprechend strömt der durch die Lei tungen 24 und 27 herangebrachte Brennstoff von der Ein laßöffnung der Nut 12 a durch die Ausgangsöffnung in die Lei tung 28 und dann in die Differenzdruckkammer 13. Zu diesem Zeitpunkt wird die Brennstoffströmngsmenge durch den Öff nungsbereich bestimmt, welcher durch die Einlaßöffnung und die Nut 12 a gebildet wird. Da die Differenzdruckkammer 13 den Brennstoff mit dem Differenzdruck Δ PC an der Vorderseite und Rückseite der Öffnung zwischen der oberen Kammer und der unteren Kammer erzeugt, wird dieser immer unabhängig von der Größe des Öffnungsbereiches der Ein laßöffnung des Zylinders 11 konstant gehalten. Der so zugemessene Brennstoff wird durch die Leitung 29 in den Injektor 30 eingeführt und an der Lufteinlaßöffnung in die Einlaßleitung 59 eingespritzt und nach dem Vermischen mit der Saugluft in die Brennkammer des Motors 16 einge bracht. Gleichzeitig erfaßt das Meßspulpotentiometer 17 die Verschiebung der Spule 12 und fördert den erfaßten Aus gang als Brennstoffmengensignal D in den Computer 50.

Der Computer nimmt dieses Brennstoffmengensignal sowie eine Vielzahl von Informationen in Form der Spannung, des Stromes, des Digitalsignals und/oder des Frequenzsignals oder dgl. von den Sensoren auf, die in den Paragraphen II und IV beschrieben wurden. Der Computer integriert dieses Signal in Übereinstimmung mit deren Funktionsverhältnis zur Luftströmungsmenge, berechnet die optimale Luftströmungs menge zu jeder gegebenen Zeit und gibt die Resultate in Form von elektrischen Signalen an den Drosselventil-Servo motor 44 des Luftströmungsreglers 45 ab, um dadurch den Servomotor 44 zur Erzielung einer geeigneten Drosselstellung anzutreiben. In der Zwischenzeit erfaßt der Differenzdruck messer 48 stets die Druckdifferenz zwischen der Vorder seite und der Rückseite des Drosselventils in Form eines Signals Δ PS und der Computer 50 berechnet kontinuierlich den optimalen Wert der Luftströmungsmenge und so der Dros selöffnung, die erforderlich ist, um diese durch das Signal Δ PS zu erzielen, welches die tatsächliche Luftströ mungsmenge und das Signal der Drosselventilstellung R repräsentiert, die gleichzeitig durch das Drosselventil potentiometer 46 erfaßt wird, wobei das Potentiometer 46 die tatsächliche Drosselstellung repräsentiert, um so den Servomotor 44 einem Kommandoausgang zuzuführen.

Fig. 15 illustriert mehr im einzelnen die Signalbehandlung und die vom Computer 50 durchgeführte Berechnung. Ein Brennstoffkommandosignal D vom Potentiometer 17 wird in den Computer eingegeben, welcher daraus eine anfängliche Luftströmungsmenge berechnet, um ein geeignetes Brennstoff luftgemisch für den Motor einzustellen. Die Berechnung der anfänglichen Luftströmungsmenge kann unter Verwendung einer arithmetischen Vorrichtung durchgeführt werden. Bei Verwendung eines Digitalcomputers kann eine Tabellenablese funktion erfolgen. Dabei sind verschiedene Luftströmungs mengenwerte in Übereinstimmung mit verschiedenen Brennstoff einlaßkommandos gespeichert. Nach der anfänglichen Berech nung der Luftströmungsmenge wird die berechnete Luftströmungs menge in Übereinstimmung mit dem vom Sensor 56 herangeführten Erfassungssignal für die Motortemperatur für die entsprechen de Motortemperatur korrigiert. Diese Korrektur schafft eine geringe Abweichung von der anfänglich berechneten Luft strömungsmenge. Nach der Korrektur des Luftströmungsmengen signals wird es substraktiv mit einem tatsächlichen Luft strömungsmengensignal kombiniert, welches vom Computer aus dem vom Sensor 48 erhaltenen Δ PS Signal und aus dem vom Sensor 46 erhaltenen Drosselöffnungslagensignal R berechnet wird. Zusätzliche Verfeinerung der berechneten tatsächlichen Luftströmung kann erfolgen, wenn die Umge bungstemperatur durch einen Sensor 42 und der Umgebungs druck durch einen Sensor 53 in die Berechnung eingegeben werden. Der Unterschied zwischen der gewünschten Luftströ mungsmenge A _d, berechnet durch den Computer, und die tat sächliche Luftströmungsmenge A _a, welche durch den Computer ebenso berechnet worden ist, werden als ein Ausgangssignal zum Antrieb des Drosselservomotors 44 verwendet, um die Drossel in eine gewünschte Stellung zu bringen. Wie bei der Berechnung der anfänglichen Luftströmungsmenge kann sowohl die Korrektur für die Motortemperatur und die Berechnung der tatsächlichen Luftströmungsmenge gleicherweise bei Ver wendung eines Digitalcomputers eine gespeicherte Plan tabelle sein, in der ein vorbestimmter Ausgangswert für vorbestimmte Kombinationen von Eingangssignalen für ver schiedene Parameter angezeigt sind.

Statt eines gespeicherten Programm/Data-Digitalcomputer, beispielsweise ein Mikroprozessor und ein zugehöriges Interface und Speicher, kann der Computer 50 ein Analog computer sein, welcher den erforderlichen Ausgang durch Berechnung von Analogwerten abgibt, und zwar unter Verwen dung eines elektronischen Kreises. Für die Anwendung eines Digitalcomputers können die von verschiedenen Sensoren kommenden Analogsignale durch einen A/D-Wandler in digitale Ausgänge umgewandelt und durch den Computer in eine arithme tische Sektion umgerechnet werden. Die Computerausgänge können durch einen D/A-Wandler in einen Analogwert umge wandelt werden, um dadurch einen Analog-Servomotor des Drossel-Servoelementes anzutreiben. Wenn ein Schrittmotor verwendet wird, um das Drosselventil anzutreiben, kann dieser als ein Servomotor ohne D/A-Wandler angetrieben werden oder es kann eine Bang-Bang-Steuerung zusammen mit einem preiswerten Gleichstrommotor verwendet werden. Das Drosselventil kann leicht durch irgendeine dieser bekannten Verfahren auf eine gewünschte Öffnung eingestellt werden.

Der Computer 50 kann nicht nur die Öffnung des Drosselven tils bestimmen, sondern kann auch einen EGR-Mengenbefehl und einen Frühzündungsbefehl erzeugen, um einen weichen Motorbetrieb, einen wirtschaftlichen Brennstoffverbrauch und eine gewünschte Emissionsdichte sicherzustellen.

EGR-Mengensteuerung wird durch den Computer bewirkt, indem ein EGR-Steuersignal berechnet wird, welches an das EGR-Steuerventil 54 angelegt wurde, und zwar in Über einstimmung mit vom RPM-Sensor (Verteiler 57) und dem Brennstoffkommando-Eingang (bei 17) angelegten Signalen.

Die Temperatur des katalytischen Wandlers wird ebenso in die Berechnung von Sensor 55 eingegeben. Als Ergebnis der Berechnung der Abgasmengennotwendigkeit in Abhängigkeit von deren verschiedenen Parameter wird ein Ausgangs signal formuliert, welches an das EGR-Steuerventil 54 angelegt wird, um auf geeignete Weise die Abgasrezirkula tion zu steuern und um ein gewünscht niedriges Emissions niveau zu erzielen. Wenn ein katalytischer Wandler im Mo tor verwendet wird, welcher ein im wesentlichen stöchiometri sches Motorluftfeldverhältnis für einen ordnungsgemäßen Betrieb erfordert, kann ein Signal vom Sauerstoffsensor 51 ebenso bei der grundsätzlichen Luftmengenberechnung angewandt werden, die vom Computer durchgeführt wird, um ein geeignetes Absetzen vorzusehen, damit sichergestellt ist, daß ein im wesentlichen stöchiometrisches Luft-Brenn stoffverhältnis durch das angewendete optimale Luftfeld mengensignal erzielt wird, welches an das Drosselventil 44 angelegt wird. Dies wird in Fig. 15 durch den Ausgang des Sensors 51 illustriert, welcher auf die Korrektur berechnung angewendet wird, die das Luftströmungssignal A _d erzeugt.

Die Frühzündungssteuerung wird ebenso in Fig. 15 dargestellt. In diesem Fall wird das Brennstoffkommandosignal vom Sensor 17 an einen Frühzündungssteuerkreis angelegt, welcher ein am Verteiler 57 angelegtes Frühzündungssignal bildet. Dieser Steuerkreis stellt ebenso eine bestimmte Voreinstel lung für vorbestimmte Niveaus des angelegten Brennstoff kommandosignals 17 ein. Entsprechend kann, wie zuvor dis kutiert, die Vorzündungssteuerung als Ablesetabelle durch geführt werden, die Zeitkorrekturen für verschiedene Niveaus von Brennstoffkommandosignalen enthält, die in einem Compu ter 50 gespeichert sind.

Entsprechend der Darstellung im unteren rechten Abschnitt der Fig. 15 kann der Computer ebenso ein offenes und ge schlossenes Signal für die Ventile 26 und 31 formulieren. Diese Ventile sind vorgesehen, um exakt den Brennstoff strom anzuhalten, wenn der Motor aus ist. Entsprechend nimmt der Computer beispielsweise ein Signal vom Zündschalter auf, anzeigend ob der Motor an oder aus ist und verwendet zweckdienlich ein Steuersignal zum Öffnen der Ventile 26 und 31, wenn der Motor an ist und schließt die Ventile, wenn der Motor aus ist.

Vom Leerlaufbetrieb zu einem Teillastzustand des Motors bewegt sich der Betätigungshub des Beschleunigungspedals bei der Betätigung druch die Bedienungsperson in einem Ver hältnis von 1 : 1 zum Verschieben des Spulenventils. Jedoch in einem Bereich, in dem die Drossel im Hochlastzustand des Motors weit geöffnet ist, wird die Verschiebung des Spulenventils begrenzt und herabgesetzt, wie dies nachfol gend noch beschrieben wird, um die Brennstoffströmungsmenge zu begrenzen. Dies bedeutet, daß das Spulenventil seinen vollen Hub einnimmt, um eine Brennstoffströmungsmenge vor zusehen, die für die maximale Motordrehzahl erforderlich ist, wenn die Drossel weit geöffnet ist. Wenn entsprechend die Motordrehzahl nicht maximal ist, d. h. bei einer maxima len Drehzahl von 6000 Upm beispielsweise bei einer Motor drehzahl von 3000 Upm, wenn das Spulenventil bei einem Ver hältnis von 1 : 1 des Eindrückhubes des Beschleunigungspedals in Erwiderung auf das Kommando der Bedienungsperson für volle Öffnung der Drossel verschoben wird, ist die dem Motor zugeführte Brennstoffströmungsmenge das Doppelte der erforderlichen Brennstoffströmungsmenge, bei der das Luft- Brennstoffgemisch ein übersättigtes Luft-Brennstoffverhältnis hat. Als Ergebnis ergibt sich ein abnormaler Motorbetrieb mit übermäßiger Emissionsdichte.

Daher muß die Verschiebung des Spulenventils begrenzt werden. Um dieses Problem zu lösen, formuliert der Compu ter 50 ein Brennstoffmengengrenzsteuersignal vom einge gebenen Brennstoffmengensignal D und der Motordrehzahl (Motor RPM) (Fig. 15). Dieses Grenzsteuersignal reprä sentiert eine geeignete Begrenzung der Verschiebung des Spulenventils 12 nach links, um sicherzustellen, daß für jede gegebene Drehzahl keine übermäßige Brennstoffmenge dem Motor zugeführt wird. Dieses Grenzsteuersignal betätigt den Begrenzer-Servomotor 19, der an der linken Stirnsei te des Spulenventils 12 angebracht ist (siehe Fig. 1). Diese Brennbegrenzungsberechnung (dargestellt in Fig. 15) kann ebenso in Form einer Ablesefunktion einer Tafel von gespeicherten Grenzwerten gegen verschiedene Drehzahlwerten sein. Zu dieser Zeit erfaßt das Begrenzerpotentiometer 18 die tatsächliche Grenzlage des Servomotors 19 und führt das erfaßte Signal zum Computer 50 zurück, welcher den Begrenzerservomotor 19 auf die genaue Grenzlage ein stellt, die für den Servomotor 19 berechnet wurde. Wenn so das Drosselventil voll geöffnet wird, stellen der Be grenzerservomotor 19 und das Begrenzerpotentiometer 18 immer sicher, daß dem Motor nicht mehr Brennstoff zuge führt wird als notwendig ist, um ein angemessenes Luft- Brennstoffverhältnis (A/F) zu erreichen, und zwar sogar in jedem Zustand des Motors infolge des weit geöffneten Drosselventils und des übermäßig eingedrückten Hubes des Beschleunigerpedals durch die Bedienungsperson.

Der Motorkaltstarter 14 kann ein Bypass-Ventil 14 a unter bringen, welches die Verkürzungsleitung 34 zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Meßspule 12 nach dem Betrieb öffnet, beispielsweise einer Thermowax-Kapsel in Erwide rung auf die Kühltemperatur oder die Temperatur des Zylin derkopfes und der atmosphärischen Temperatur entsprechend der Erfassung durch die Sensoren 56, 58 und 52.

Die Öffnung des Bypass-Ventils 14 a wird von einem Potentio meter auf dieselbe Weise erfaßt wie beim Begrenzerpotentio meter 18 oder dem Meßpotentiometer 17. Das erfaßte Signal wird zum Computer rückgeführt, welcher dieses während des Kaltstartens als Brennstoff-Strömungskommando bei der Berechnung des Luftströmungssignals A _d verwendet, welches zum Servomotor 44 abgegeben wird, um eine geeignete Öffnung desselben zu erzielen. Es ist festzustellen, daß das Bypass- Ventil 14 a des Kaltstarters 14 ebenso durch einen Servo motor, einen Impulsmotor oder ein pneumatisches Betätigungs glied oder dgl. auf dieselbe Weise ersetzt werden kann, wie der Begrenzerservomotor 19 oder der Drosselventil-Servomotor 44 ohne Verwendung der Thermowax-Kapsel. Diese Betätigungs glieder können das Ventil durch das Ausgangskommando vom Computer 50 antreiben, nach Berechnung des Signals vom Kühltemperatursensor 56. Die diesbezüglichen Einzelheiten werden zum Zweck der Vereinfachung der Beschreibung weggelas sen.

Nun wieder zu Fig. 1, die das Verhältnis unter den jeweili gen Untersystemen einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt. Der Injektor 30 befindet sich stromab wärts des Drosselventils 43. Der Injektor 30 kann jedoch stromaufwärts des Drosselventils angeordnet sein. Jedoch in diesem Fall kann der erfaßte Wert des Differenzdruckes Δ PS infolge der umgekehrten Wirkung des atomisierten Brenn stoffes und des Vakuumbrennstoffes an der Vorder- und Rück seite des Drosselventils verändert werden, um dadurch die Sensorgenauigkeit der Luftströmungsmenge entsprechend ab zusenken. Es ist ebenso festzustellen, daß die Einzelpunkt injektion ersetzt werden kann durch eine sog. Mehrpunkt injektion, um Brennstoff in die verschiedenen Zylinder einzuspritzen, indem das Innere des Meßmechanismus 10 leicht modifiziert wird.

Modifizierung des Meßmechanismus

Die Konstruktion und der Betrieb bevorzugter anderer Aus führungsformen.

Fig. 13 und 14 zeigen andere bevorzugte Ausführungsfor men des elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems der vorliegenden Erfindung.

I. Brennstoffuntersystem

Bei diesen Ausführungsformen wird die Brennstoffströmungs menge durch einen Computer 50 bemessen, welcher zunächst eine erforderliche Brennstoffströmungsmenge und dann eine optimale Brennstoffströmungsmenge berechnet. Brennstoff wird durch eine Pumpe 22 und ein Filter 23 zu einer Vielzahl von Solenoid-Ventiltypinjektoren 25 gebracht, die an den Einlaßöffnungen der jeweiligen Zylinder eines Motors 60 montiert sind. Übermäßiger Brennstoff wird einem Druck begrenzungsventil 25 zugeführt, um festzusetzen, daß der Brennstoffdruck in der Injektorleitung stets auf einem vor bestimmten konstanten Wert bleibt. Die Brennstoffinjektions mengen von den jeweiligen Injektoren 30 werden vom Compu ter 50 gesteuert, der den Ausgang eines mit dem Ende einer Stange 16 eines Beschleunigungspedals 15 verbundenen Potentio meters 16 a aufnimmt, für verschiedene Faktoren, wie bei spielsweise Temperatur, Saugluft-Absolutdruck usw. korrigiert und die Zeitdauer zum Öffnen der Ventile der jeweiligen In jektoren 30 bestimmt, um eine gewünschte Brennstoffströmungs menge zu erzielen. Der Computer 50 kann ebenso die maximale Zeitdauer zum Öffnen der Ventile der jeweiligen Injektoren 30 hinsichtlich der Motordrehzahl oder der Anzahl der Um drehungen pro Minute des Motors einstellend, um dadurch die Brennstoffströmung wie bei dem zuvor genannten Ausführungs beispiel zu begrenzen. In diesem Fall kann das Brennstoff injektionssignalmuster, angewandt auf die jeweiligen In jektoren, die Strömungsmenge in Übereinstimmung mit einem Drehzahltrigger steuern, wobei eine EIN-Zeitdauersteuerung eine vorbestimmte Frequenz mit variabler Impulsbreite, eine Brennstoffströmungsmengensteuerung mit Frequenzmodulation einer konstanten EIN-Zeitdauer oder ein zusammengesetztes Steuermuster hat, welches die beiden letzteren Techniken verwendet.

II. Luftströmungsuntersystem

Ein Luftströmungsuntersystem 40 entsprechend der Darstellung in Fig. 13 verkörpert dieselbe Konstruktion wie das System in Fig. 1. Ein Luftströmungsuntersystem 40 der Darstellung in Fig. 14 umfaßt einen herkömmlichen Luftströmungssensor 48 a für einen elektrischen Ausgang (Gleichstromausgang), proportional zur Saugluftmenge, oder einen Karman-Turbulenz- oder Überschallfrequenzvariationsausgang, anstatt einer Erfassung der Differenzdruck-Luftströmung. Das Bezugszeichen 57 a bezeichnet einen Verteiler, welcher einen Motordreh zahlsensor und einen Zündzeitpunktregler enthält.

III. Steuereinheit

Der Computer 50 nimmt nach der Berechnung der Brennstoff strömungsmenge die Luftströmungsmenge auf, welche vom zu vor genannten Luftströmungsuntersystem erfaßt wurde, be rechnet diese mit verschiedenen Korrektursignalen, die gleichzeitig aufgenommen wurden und instruiert einen Servo motor 44 wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit einem optimalen Drosselwinkel.

Drossel-Servo-Untersystem

Der Servomotor 44 in einem Drossel-Servomechanismus kann ein Gleichstrom-Servomotor sein. Jedoch kann auch ein Schrittmotor vorteilhafterweise verwendet werden. Der Schrittmotor kann einen Schrittwinkel von (1/2)ⁿ mit Zahnrädern, angebracht durch geeignete Reduzierung der Winkelschritte oder durch geeignete Auswahl des Antriebs typs des Motors. Daher kann der Schrittmotor einen weichen Betrieb mit ausreichend kleinen Schrittwinkel sicherstellen.

Startuntersystem

Die Ausführungsformen gemäß Fig. 13 und 14 verwenden dasselbe Startuntersystem wie dies in Fig. 1 verwendet wird, jedoch ist ein getrenntes Startuntersystem entsprechend Fig. 1 nicht notwendig, wie dies nachfolgend noch beschrie ben wird.

Da der Computer 50 immer verschiedene Korrekturfaktoren, wie beispielsweise der atmosphärische Druck, die Temperatur, die Motorkühltemperatur usw. aufnimmt, kann dieser die Zeit dauer des Öffnens des Injektors 30 berechnen, um die Zeit dauer in Übereinstimmung mit diesen Korrekturfaktoren zu erhöhen oder zu vermindern und um ebenso gleichzeitig den Schrittmotor oder den Gleichstromservomotor zu betreiben, damit auf geeignete Weise die Luftströmungsmenge bestimmt werden kann. Daher kann der Computer, wenn ein kalter Motor gestartet wird und der Motor aufgewärmt wird, eine aus reichende Kaltstart- und Aufwärm-Luftströmungsmenge und ein Luft-Brennstoffmischungsverhältnis A/F nur durch sein Programm und ohne jeglichen zusätzlichen Mechanismus ein stellen. Dies bedeutet, daß der Computer mit einem Start- oder Aufwärmmuster programmiert werden kann oder andere Faktoren des Motors in jedem Zustand korrigieren und die Betätigungsräder antreiben kann, um gewünschte Resultate zu erzielen.

Obwohl die Ausführungsformen gemäß Fig. 13 und 14 jeweili ge Injektoren für die Zylinder verwenden, kann ein einzelner Injektor in der Einlaßsaugbohrung 41 unmittelbar hinter dem Drosselventil 43 angeordnet sein, um den Brennstoff ent sprechend der Darstellung in Fig. 1 einzuspritzen. Weiterhin können die jeweiligen Injektoren 30 durch Strömungsmittel-Strömungswerte entsprechend der Darstel lung in Fig. 9 ersetzt werden, die tatsächlich als Injek toren 30 funktionieren.

Nun wird auf Fig. 2 bis 8 Bezug genommen, in denen ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Meß mechanismus gezeigt wird, welches beim elektronisch ge steuerten Brennstoffeinspritzsystem gemäß der Erfindung Verwendung findet, und zwar unter Anwendung eines Dreh ventils anstelle eines Spulenventils.

In Fig. 2, die den Drehmeßmechanismus im Schnitt zeigt, ist das Kommando oder die Bewegung des von der Bedienungs person einzudrücknden Beschleunigungspedals 15 über einen Drosseldraht 61, welcher an einer in Fig. 4 dargestellten Anlenkung befestigt ist, mit seinem äußeren Kabel auf ge eignete Weise mit einer Konsole 62 und mit seinem inneren Kabel mit einem Terminal 63 verbunden. Da das Terminal 63 an einem Hebel 64 befestigt ist, dreht sich der Hebel 64 entsprechend der Darstellung in Fig. 4, 5 oder 7 im Uhrzeigersinn gegen eine Feder 66, die sich am Hebel 64 und an einem Körper 65 abstützt. Das Einstellende des Leer laufbetriebes des Motors wird durch eine Einstellschraube 68 vorgenommen, welche an einer Konsole 67 installiert ist. Die Konsole 67 ist am Körper 65 befestigt, und zwar bei geschlossener Lage des Hebels 64, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Die Welle 70 kann über ein Lager 71 weich gedreht werden, und zwar integriert mit einem Hebel 73, welcher an dieser über eine Mutter 72 am linken äuße ren Ende befestigt ist. Eine Rolle 74 ist am Hebel 73 be festigt, um den Hebel 64 über eine Feder 75 mit dem Hebel 73 zu verbinden. Dementsprechend kann die Rolle 74 sich in Berührung mit der linken Seitenfläche des Hebels 64 entsprechend der Darstellung in Fig. 5 drehen. Der Brenn stoff wird durch ein Paar von stationären Lochventilen 76 bemessen, die im Körper 65 installiert sind und von einem Drehventil 77 zum Bestimmen der Öffnung des Loches nach der Drehung desselben hinsichtlich den stationären Loch ventilen 76 auf solche Weise, daß das Loch des Ventils 76 schmäler ist als die Öffnung 78, wie dies in Fig. 6 oder 8 dargestellt ist. Andererseits ist die Öffnung des Dreh ventils 77 weiter als die Öffnung 79, so daß der Überlap pungsbereich der Öffnungen 78 und 79 der Bemessungsbereich wird, um dadurch eine wirksame Bemessungsöffnung zu bilden.

Eine Feder 80 ist tätig, um exakt das Lochventil 76 mit dem Drehventil 77 in Berührung zu halten, und zwar als Druckfeder zum Verhindern einer Brennstoffleckage außerhalb des Bemessungsbereiches. Das Drehventil 77 beinhaltet eine Radialnut auf einem Teil desselben, um mit einer Klammer 81 in Eingriff zu gelangen, welche am linken Ende der Welle 70 vorsteht. Mit dieser Konstruktion kann die Bedienungs person unmittelbar den Bemessungsbereich durch Eindrücken des Beschleunigungspedals steuern.

Der Brennstoff strömt von der Versorgungsöffnung zum Raum am linken Abschnitt des Drehventils 77 mit einer Öldichtung 82 zur Verhinderung der Leckage von Brennstoff vom Wellen bereich. Da die äußere Peripherie des Lochventils 76 im Preßsitz auf den Körper 65 aufgesetzt ist, um dadurch eine Brennstoffleckage zu verhindern, gelangt der Brennstoff nur durch den Bemessungsbereich in die linke Seite des Lochventils, welches mit O-Ringen in den Kanal des Brenn stoffverteilungskörpers 83 eingesetzt ist und durch einen Satz Schrauben am Körper 65 und im Kanal des Körpers 65 befestigt ist, jeweils zur Verhinderung einer Brennstoff leckage nach außen und in die Kammer 84 des Körpers 83.

Wie aus Fig. 6 und 8 ersichtlich ist, befinden sich die Bemessungslöcher 78 und 79 an vier Stellen (in diesem Fall für vier Zylinder) auf solche Weise, daß die Öffnungs bereiche untereinander innerhalb eines erlaubten Bereiches genau gleich sind, und zwar entsprechend der Zylinder des Motors.

Der Brennstoff wird in die Kammer 84 eingeführt. Eine dün ne Metallplatte 86 wird zwischen die Deckplatten 85 und den Verteilerkörper 83 eingesetzt, um so die Kammern 84 und 87 aufzuteilen. Der Brennstoff wird an der Versorgungs seite durch den durch unterbrochene Linien des Körpers 65 bezeichneten oberen Kanal in die Kammer 67 eingeführt, um dadurch den Brennstoffdruck anzulegen. Eine Düse 88 ist in die Kammer 84 des Körpers 83 preßeingesetzt, wobei eine Feder an der Außenseite der Düse 88 angeordnet ist, um ein Paar mit einem Führungsring 89 auszubilden, um so die Platte 36 unter Druck zu setzen und dadurch einen Frei raum zwischen der Platte 86 und dem Ende der Düse 88 vorzusehen.

Bei solch einer Konstruktion gelangt der Brennstoff durch den Bemessungsbereich und füllt die Kammer 84. Wenn der Brennstoff in der Kammer 84 gleich dem Versorgungsdruck wirkt, wird die Platte 86 konvex zur linken Seite verbogen und zwar im Umfang des Unterdrucksetzens durch eine Feder 90, um dadurch einen Freiraum zwischen der Platte 86 und der Düse 88 mit dem Resultat zu schaffen, daß der Brennstoff zum Auslaß strömt. Daraus resultiert, daß der Brennstoff druck in der Kammer 84 vermindert wird. Wenn der Gesamt druck des Brennstoffdrucks in der Kammer 84 und die Spannung der Feder 90 kleiner wird als der Druck in der Kammer 87, wird die Öffnung am linken Ende der Düse 88 durch die Platte 86 geschlossen, um die Strömung des Brennstoffs zum Aus laß zu beenden. Dieser Begrenzungszyklus wird kontinuier lich mit einer Frequenz von einigen 100 Hertz (Hz) wiederholt, um einen stabilen Ausgang über eine kleine Zeitperiode in der Ordnung von zwei vorzusehen und so eine lastinsensitive Charakteristik hervorzurufen. In Fig. 6 und 8 werden dieselben Vorgänge an vier Stellen durchgeführt, um dadurch für alle vier Stellen dieselbe Brennstoffströmungsmenge zu erzielen.

Ein Begrenzermechanismus für die Situation, bei der die Drossel weit offen ist, muß ebenso auf dieselbe Weise wie für das Spulenventil in Fig. 1 vorgesehen werden. Um diese Funktion durchzuführen, wird folgende Anordnung vor gesehen.

Das Versetzen des Drehventils ist mit der Welle des Potentio meters 92 über eine Wellenverbindung 91 auf dieselbe Weise verbunden wie beim zuvor beschriebenen Spulenventil. Der Ausgang D des Potentiometers 92 in Fig. 2 entspricht dem Ausgang D des Potentiometers 17 in Fig. 1. Gleicherweise entspricht der Eingang F vom Potentiometer 18 in Fig. 1 dem Ausgang F vom Potentiometer 94.

Wenn eine Bedienungsperson das Beschleunigungspedal voll eindrückt, und zwar bei einer Motordrehzahl von 3000 Upm auf dieselbe Weise wie dies zuvor beschrieben wurde, erzeugt der Computer 50 ein Kommandosignal E und leitet dies zum Servomotor 93, um dadurch den an der Ausgangswelle 96 des Servomotors 93 befestigten Hebel 97 zu veranlassen, mit dem linken Teil des Hebels 73 in Berührung zu gelangen, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, und zwar durch eine Stopperrolle, die am Hebel 97 befestigt ist, um da durch jede weitere Drehung des Hebels 73 im Uhrzeigersinn zu begrenzen. Der Servomotor 93 verwendet einen Miniatur motor. Somit kann sogar dann ein angemessener Bemessungs bereich hinsichtlich der Motordrehzahl zur Verhinderung eines übermäßig reichen Brennstoffgemisches erzielt werden, wenn das Beschleunigungspedal durch die Bedienungsperson voll eingedrückt wird.

Fig. 7 zeigt eine Vorderansicht des Gelenkhebels, wenn der Motor betrieben wird. Es ist deutlich sichtbar, daß die Rolle 74 von der Seitenfläche des Hebels 64 getrennt ist. Die Rolle 74 berührt jedoch stattdessen die Seiten fläche des Hebels 73. Ein mit dem Hebel 97 verbundener Verbindungshebel 99 wird mit einem auf der Welle 101 eines Potentiometers 94 befestigten Hebel 100 verbunden, und zwar zum Erfassen des Versetzens der Servomotorwelle, um dadurch stets das Versetzen der Motorwelle als ein Ausgang F zum Computer 5 zurückzubringen.

Beim Brennstoffzuführmechanismus des Spulen- als auch des Drehtyps stehen in der Position zum Begrenzen die Brenn stoffströmungsmenge bereit, so daß sie die Brennstoff strömungsmenge nicht überbemessen, wenn das Drosselventil weit geöffnet ist, um eine Strömungsmittelmenge entsprechend der Motordrehzahl zu dieser Zeit sicherzustellen.

Fig. 5 zeigt den Gelenkhebel des Meßmechanismus (Bemes sungsmechanismus) in der Einstellung auf Leerlaufbetrieb Wenn die Leerlaufdrehzahl des Motors beispielsweise 600 Upm beträgt, besteht keine Möglichkeit des weiten Öffnens der Drossel bei dieser Motordrehzahl (der Motor würde sonst sich in einem gefährlichen Zustand befinden, welcher eine Beschädigung oder ein Überdrehen verursachen würde, was schließlich zur Beendigung des Betriebs führen würde.)

Ebenso wie die minimale Motordrehzahl bei weit geöffneter Drossel im allgemeinen auf 1000 bis 1200 Upm eingestellt, steht die Rolle 98 des Begrenzerhebels in einer Lage in Bereitschaft, die um einen Abstand versetzt ist, der der minimalen Motor-Leerlaufdrehzahl entspricht. Entsprechend ist ein mit "C" in Fig. 5 bezeichneter Spalt oder Frei raum zwischen der Seitenfläche des Hebels 73 und der Begrenzerrolle 98 vorgesehen. Zu dieser Zeit werden die Öffnungen 78 und 79 so im Bemessungsbereich entsprechend der Darstellung in Fig. 6 übereinander gebracht, daß ein geringer Brennstoffdurchströmungsbereich gebildet wird.

In dem Fall, in dem das Spulenventil oder das Drehventil entsprechend der vorstehenden Beschreibung verwendet wird, um einen mechanischen Öffnungsbereich zu steuern, kann der Bemessungsbereich-Begrenzungsmechanismus jeglichen Typs verwendet werden, wie er zuvor beschrieben wurde.

Zusätzlich zum direkten mechanischen Eingang zum Spulen ventil oder Drehventil entsprechend der vorstehenden Be schreibung unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2, ist es ebenso möglich, den Hub des Beschleunigungspedals in eine elektrische Amplitude oder Signal umzuwandeln, welches dem Computer eingegeben wird. Dieser erzeugt das berechne te Ergebnis und leitet dieses dem Servomotor zu, welcher daraufhin unmittelbar das Spulenventil oder das Drehventil antreibt.

Bemessungsmechanismus unter Verwendung eines elektromag netischen Ventils

Ein Bemessungsmechanismus unter Verwendung eines statischen Steuerprozesses für den variablen Bereich wurde zuvor be schrieben. Nachfolgend wird ein dynamischer Bemessungs mechanismus beschrieben als vollständig unterschiedliche Anordnung einer anderen Ausführungsform des Bemessungs mechanismus.

Wie in Fig. 9 dargestellt, umfaßt der dynamische Bemes sungsmechanismus ein Spulen-3-Wegeventil, angetrieben durch zwei Sätze von elektromagnetischen Solenoiden, die daran angeschlossen sind. Dieses Dreiwegeventil muß nicht eine Spule verwenden, sondern kann auch ein Ventil anderer Art sein.

Die Ventile 1 und 2 werden mit einem Ventilkörper 110 zusammengebracht und durch Muttern 111 daran befestigt. Ein Solenoid 114 wird in einem Solenoidhalter 112 vorge sehen. In den Solenoidschalter 112 ist ein Ventilhalter 115 eingeschraubt, um dadurch das Solenoid 114 zu befestigen. Oberhalb des Solenoids enthält eine Ventilführung 118 einen Ventilanschlag 116 und ein Ventil 117. Sie ist in dem Ventil 115 eingeschraubt. Eine Kappe 119 aus magneti schem Material ist auf das untere Ende des Ventils 117 aufgepreßt, um sich integriert mit dem Ventil 117 zu be wegen. Eine Feder 120 ist so eingestellt, daß sie stets auf das Ventil 117 drückt, wenn das Solenoid 114 nicht erregt ist.

Eine Federspannungs-Steuerschraube 121 wird über eine Riegelmutter 122 gesteuert und wird nach der Steuerung verriegelt. Diese Schraube 121 steuert die Last der Feder, um einen angemessenen Betrieb sicherzustellen. Der Brenn stoff wird von dem Einlaß zugeführt und strömt dann in den Hohlraum 124 der Spule. Wenn das Solenoidventil 2 nicht erregt ist, strömt der Brennstoff in den unteren Hohlraum 124. Der Brennstoff strömt dann durch einen unte ren Kanal 125 in das Ventil 1. Wenn das Ventil 1 nicht zu diesem Zeitpunkt erregt ist, strömt der Brennstoff in den Auslaß.

Wenn nur das Ventil 2 erregt wird, strömt der vom Ein laß kommende Brennstoff in den oberen Hohlraum 124 und durch den oberen Kanal 125 in den oberen Hohlraum des Ventils 1, strömt jedoch nicht in den Auslaß. Zu dieser Zeit wird der Auslaß mit dem unteren Hohlraum des Ventils 1 verbunden und weiter mit dem unteren Kanal 125 in den unteren Hohlraum des Ventils 2. Wenn jedoch der Auslaß nicht mit dem Einlaß in Verbindung steht und nicht mit der Einlaßöffnung überlappt, kann kein Brennstoff von dem obe ren oder unteren Kanal 125 in den Auslaß strömen. Wenn das Ventil 1 dann umgekehrt erregt wird, strömt der Brenn stoff durch den unteren Kanal 125 vom Einlaß zum Auslaß. So wird der Auslaß geöffnet. Wenn beide Ventile gleich zeitig erregt werden, strömt Brennstoff lediglich vom Ein laß zum Auslaß.

Fig. 10 zeigt in seinem oberen Abschnitt die Wertetabelle relativ zum Betrieb der beiden Werte einer Brennstoffbe messungsvorrichtug mit einem logischen Ventil bei der zuvor beschriebenen Betriebsweise. Die Erregung (ein) und die Entregung (aus) des Bemessungsmechanismus zu verschie denen Zeiten ist im Mittelabschnitt der Fig. 10 dargestellt, während die Brennstoffströmungsmenge pro Zeiteinheit gegen die Phasendifferenz 0 der erregten Ventile 1 und 2 konstant ist, im unteren Abschnitt der Fig. 10 darge stellt ist. Entsprechend der graphischen Darstellung im unteren Abschnitt der Fig. 10 wird, wenn die Phasendif ferenz und die Brennstoffströmungsmenge niedrig sind, die Wiederholbarkeit und die Linearität besser, je höher die Frequenz der Erregung der beiden Ventile 1 und 2 ist, um dadurch eine hohe Genauigkeit der Brennstoffströmungs menge sicher zustellen. Im allgemeinen ist im Falle von R < 0 und R»1 die Brennstoffströmungslinearität ent sprechend der Darstellung in gebrochenen Linien in Fig. 10 beeinträchtigt. Dies liegt daran, daß das Anheben und Fallen der Werte im Betrieb einen bestimmten Zeitumfang einnimmt, um dadurch eine Betriebsverzögerung zu verursachen.

Wenn die Antriebsmoden der Ventile nicht bei den EIN- und AUS-Operationen entsprechend der Darstellung in Fig. 10 eingestellt werden, sondern bei einer Sinus kurve oder dgl., wie bei einem Antrieb über eine glatte Vibrationswellenform, wird die Brennstoffströmungs charakteristik bei einer niedrigen Strömungsmenge so, wie dies in unterbrochenen Linien in der Graphik in Fig. 10 dargestellt ist.

Dementsprechend kann der Antriebsmodus der Ventile in einem gewissen Umfang frei gewählt werden. Der Einlaß und der Auslaß des Bemessungsventils kann mit dem Einlaß oder Auslaß des Spulenventils in Fig. 1 als ein Ein satz für das Spulenventil verbunden sein.

Das Blockdiagramm des elektronisch gesteuerten Brennstoff einspritzsystems unter Verwendung eines digitalen Logik ventils entsprechend der vorstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 10 ist in Fig. 11 dargestellt.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, ist ein Beschlenigungs pedal nicht über einen Draht oder ein Gestänge als eine mechanische Verbindung verbunden, sondern der Eindrückhub des Beschleunigers 15 wird beispielsweise über ein Potentio meter 150 in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches dann entweder einem Computer 50 zugeleitet wird, welcher ein erforderliches Brennstoffströmungsmengensignal zum Antrieb der Ventile 10 berechnet oder welches über einen Spannungs-in-Frequenz (V/F)-Wandler (nicht dargestellt) unabhängig vom Computer in ein Frequenzsignal zum direkten Antrieb der Ventile 10 umgewandelt wird, um die Brenn stoffströmung zum Injektor 30 zu steuern. Dies kann leicht in Übereinstimmung mit den herkömmlichen digitalen elektro nischen Techniken durchgeführt werden. Ein Einzelpunkt injektor 30 wird bei dieser Anordnung vom Kostenstandpunkt her bevorzugt. Die Brennstoffversorgungsbegrenzung, welche zuvor beschrieben wurde, kann ebenso leicht bei dieser Anordnung verwendet werden, um die Brennstoffströmungs menge zu steuern. Das Bezugszeichen 11 in Fig. 11 be zeichnet ein Potentiometer.

Dieses System umfaßt weiterhin eine Einlaßsaugbohrung 41, ein Drosselventil 43, einen Servomotor 44 und verschie dene Luftströmungsverbindungen auf dieselbe Weise wie beim in Fig. 1 dargestellten System. Dementsprechend wird dies bezüglich auf die Diskussion der Fig. 1 verwiesen.

Der Brennstoffbemessungsmechanismus kann ebenso leicht mittels eines sogenannten Impulsdauerreglers für einen Solenoid-Injektor in einem EFE-System oder einem "Frequenz regler mit einer konstanten Impulsdauer" verwendet werden, zuzüglich zu einem Mechanismus, verwenden einen unab hängigen Bemessungsmechanismus.

Vorteile und Wirkungen

Das bvorzugte Brennstoffeinspritzsystem der so konstruier ten Art beinhaltet die folgenden Vorteile:

Es zieht Wechsel hinsichtlich der verschiedenen Parameter in Betracht, die den Betriebszustand des Motors beeinträch tigen. Diese verändern sich zeitweilig durch die Drehzahl, die Belastung und die Luft- und Brennstoffströmungsmengen bei der Einstellung des Laufmusters des Motors. Beim Be trieb wird der Motor durch wiederholtes Auflaufen und Abdrosseln in Übereinstimmung mit dem Eindrücken und Los lassen des Beschleunigungspedals beeinträchtigt. Bei einem herkömmlichen Luftströmungsbezugssystem kann eine Ver zögerung hinsichtlich der Zunahme und der Abnahme der Brennstoffströmungsmenge bei solchen Änderungen nicht ver mieden werden, weil diese Brennstoffströmungsmenge durch das Luftströmungsmengenveränderungssignal bestimmt wird, nachdem die Luftströmungsmenge bestimmt worden ist.

Fig. 12 zeigt die Charakteristiken des herkömmlichen Luftbevorzugungssystems im oberen Abschnitt. Das Luft bevorzugungssteuersystem besitzt eine Verzögerung hinsicht lich des Anhebens der Brennstoffströmungsmenge, d. h. eine Verzögerungszeit T _R und in gleicher Weise die Verzögerungs zeit T _D beim Abfallen der Brennstoffströmungsmenge. Als Resultat wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis A/F des Luft-Brennstoff-Gemisches extrem mager unmittelbar nach dem der Motor beschleunigt worden ist und wird extrem reich unmittelbar nachdem der Motor entsprechend der graphi schen Kurve in dem oberen Abschnitt der Fig. 12 verzögert wurde. Dies nennt man das "Stocken" oder "Einsacken" des Fahrzeugmotors, welches ein ungewünschtes Phänomen ist. Wenn eine Verzögerung hinsichtlich des Abfallens der Brennstoffströmungsmenge beim Fahrzeugmotor auftritt, stößt der Motor schädliche Emissionen wie HC, CO usw. mit einer hohen Dichte aus. Um dieses ungewünschte Phänomen zu be seitigen, wird typischerweise eine Beschleunigungsanreiche rungsvorrichtung verwendet, um dieses Stocken und die Ver zögerung hinsichtlich des Schließens des Drosselventils dadurch zu korrigieren, daß ein Puffer oder ein zusätzli cher Luftbypass verwendet wird, um die verstärkten Aus puffemissionen zu korrigieren.

Andererseits justiert das Brennstoff-Präferenzbrennstoff- Einspritzsystem gemäß der Erfindung das Luft-Brennstoff- Gemisch so, daß es unmittelbar nach dem Beschleunigen des Motors reich wird und unmittelbar nach der Verzögerung des Motors mager wird.

Da zusätzlich der Brennstoff eine höhere Dichte hat und Viskosität als Luft, wird der Strömungswiderstand mit einer entsprechenden Strömungsverzögerung hinsichtlich einer Stufensteuerung der Menge derselben, so wie sie dem Motor zugeführt wird, hoch. Dementsprechend kann die Zeitverzögerung der Luftströmung, die dem Brennstoff folgt, auf geeignete Weise gesteuert werden, um den Brenn stoff im Motor zu begegnen. Daher tritt bei den Fahrzeug motoren nicht das vorgenannte "Stocken" oder "Einsacken" auf. Das Luft-Brennstoffgemisch kann leicht sogar während Übergangsperioden im gewünschten Verhältnis erzielt werden, so daß ein wirtschaftlicher Brennstoffverbrauch und die gewünscht niedrige Emissionsdichte erzielt wird. Diese Charakteristiken werden im unteren Abschnitt der Fig. 12 dargestellt. In diesem Fall kann die Zeitverzögerung T _R beim Abfallen der Luftströmungsmenge mit der Brennstoff strömungsmenge dadurch zusammenfallen, daß ein geeigne tes Steuern der Zunahme der Brennstoffströmungsmenge erfolgt. Im Fall der Verzögerung des Fahrzeugmotors können diese Charakteristiken auf gleiche Weise gesteuert werden. Wie aus dem Vergleich des herkömmlichen Brennstoffein spritzsystems mit dem bevorzugten Brennstoffeinspritz system gemäß der Erfindung hervorgeht, verbrauchte das frühere System in erheblichem Umfang Brennstoff, welcher nicht zum Antrieb des Fahrzeuges besonders während der Ver zögerung beitrug. Das letztere System reduziert jedoch die Brennstoffströmungsmenge unmittelbar nachdem die Bedienungs person das Beschleunigungspedal losgelassen hat, um das Fahrzeug zu verzögern. Sogar wenn der Fahrzeugmotor dieselbe Menge an Brennstoff beim normalen Fahrbetrieb mit dem be vorzugten Einspritzsystem gemäß der Erfindung verbraucht im Vergleich zu herkömmlichen Motorbrennstoffsteuersystemen, kann jedoch der Gesamtbrennstoffverbrauch erheblich reduziert werden, wenn das Fahrzeug wiederholt beschleunigt und ver zögert wird, was insbesondere beim Fahren in der Stadt der Fall ist. Außerdem führt der Betrieb bei Verzögerungen und bei Beschleunigungen zu einer leichten Steuerung der schäd lichen Abgasemissionen.

Claims

1. Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit Zündkerzenzündung für eine Bestimmung der Brennstoffströmungsmenge ent sprechend dem Betätigungshub des Beschleunigungspedals und zum Bestimmen der dem Motor zuzuführenden Luft strömungsmenge in Abhängigkeit vom Motorbetriebszustand, mit einem Brennstoffbemessungsmechanismus für die Wahl einer Brennstoffabgabemenge in Abhängigkeit vom Betä tigungshub des Beschleunigungspedals, mit zumindest einem Brennstoffinjektor zum Einspritzen einer bestimmten Brennstoffmenge in dem Motor, einer Ansaugluftstrom- Sensorvorrichtung zum Erfassen der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite eines Drosselventils, einem Motordrehzahl-Erfassungssensor, mit zumindest einem die Motortemperatur und die Umge bungstemperatur erfassenden Sensor, einem Computer zur wahlweisen Aufnahme der Ausgangssignale vom Brennstoff bemessungsmechanismus, anzeigend die eingespritzte Brenn stoffmenge, und der Ansaugluftstrom-Sensorvorrichtung, anzeigend den tatsächlichen Luftstrom, und zur Aufnahme von Ausgangssignalen der jeweiligen Sensoren zur Berech nung einer optimalen Luftversorgungsmenge, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Drosselventil-Servo- Mechanismus (43, 44) zum Bestimmen der Öffnung des Dros selventils (43) entsprechend dem Ausgang des Computers (50) zum Vorsehen einer optimalen Luftversorgungsmenge für den Motor, und ein Brennstoffbegrenzungsmechanismus zum Begrenzen der einzuspritzenden Brennstoffmenge un abhängig vom Betätigungshub des Beschleunigungspedals, wenn das Drosselventil (43) sich in einem vorbestimmten geöffneten Zustand befindet, vorgesehen ist, und daß dieser Brennstoffbegrenzungsmechanismus zum Begrenzen der Brennstoffmenge unabhängig vom Betätigungshub des Beschleunigungspedals (15) den Computer (50) umfaßt, welcher verschiedene eingegebene Korrektursignale be rechnet und eine Begrenzung der vom Brennstoffeinspritz ventil abgegebenen Brennstoffmenge auf einen berechneten Wert verursacht.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Drosselventil (43) einen Öffnungserfas sungssensor hat, welcher ein Rückführsignal zum Computer (50) liefert, welches für die Öffnung des Drosselventils repräsentativ ist.

3. System nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Drosselventil-Servomechanis mus (43, 44) als Betätigungsglied einen Schrittmotor (44) umfaßt.

4. System nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Drosselventil-Servomechanis mus als Betätigungsglied einen Gleichstrommotor (44) um faßt.

5. System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffbemessungs mechanismus ein Spulenventil (12) und ein Drehventil zur Veränderung einer Bemessungsöffnung umfaßt und daß jedes Ventil ein Teil umfaßt, welches den Bemessungsöffnungsab schnitt bildet und ein zugehöriges Teil für die Bestimmung des Öffnungsbereiches umfaßt.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß der Bemessungsöffnungsabschnitt des Brenn stoffbemessungsmechanismus ein System mit konstantem Druck nach Art einer Düsenklappe ist, um stets den Brennstoff druck vor und hinter dem Bemessungsabschnitt konstant zu halten.

7. System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffbemessungs mechanismus den Computer (50) umfaßt und daß der Betätigungs hub des Beschleunigungspedals (15) als elektrisches Signal zum Computer ausgegeben wird, welcher die Brennstoffmenge berechnet und den berechneten Wert zum Brennstoffeinspritz injektor (30) abgibt.

8. System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffbemessungs mechanismus eine Vielzahl von Solenoidventilen umfaßt, welche in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten logischen Verhältnis untereinander betrieben werden, um die Menge des dem Injektor (30) zugeführten Brennstoffs zu variieren.

9. System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugluftstrom durch den Ausgang eines Differenzdruckmessers (48) bestimmt ist, der die Drücke stromaufwärts und stromabwärts des Drossel ventils (43) erfaßt oder der unmittelbar die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärts und stromabwärts des Drossel ventils liegenden Stelle erfaßt und daß außerdem der An saugluftstrom durch die Öffnung des Drosselventils be stimmt ist.

10. System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer (50) als Rückkopplungssignal die Druckdifferenz vor und hinter dem Drosselventil (43), das Erfassungssignal des Differenzdruck messers (48) oder die Öffnung des Drosselventils (43) auf nimmt, um den Drosselventil-Servomechanismus (43, 44) ent sprechend dem berechneten Ausgang zu betreiben.