-
Elektrische Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere
von Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff einspritzanlage
für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit wenigstens einer
elektromagnetisch betätigbaren Einspritzvorrichtung, deren Einspritzmenge durch
eine mindestens einen Transistor enthaltende elektrische Einrichtung regelbar ist.
-
Es sind bereits bei Brennkraftmaschinen zur drehzahlabhängigen Regelung
der Drosselklappenstellung dienende Wirbelstrommitnehmer bekanntgeworden, bei welchen
ein zeitlich konstantes Magnetfeld um einen Kurzschlußläufer rotiert und das am
Kurzschlußläufer entstehende drehzahlabhängige, gegen die Kraft einer Feder abgewogene
Moment zur Stellungsänderung der Drossel- bzw. Luftklappe und des Einspritzmengenregelgliedes
einer Einspritzpumpe dient. Es sind außerdem für gemischverdichtende Brennkraftinaschinen
bestimmte, mit Elektronenröhren ausgerüstete Zündeinrichtungen bekanntgeworden,
bei welchen im Verteilergehäuse an Stelle eines Unterbrechernockens eine zylindrische,
mit der Verteilerwelle umlaufende Blende, innerhalb der Blende mit einer Elektronenröhre
verbundene Fotozelle sowie eine außerhalb der Blende angeordnete Lichtquelle vorgesehen
sind.
-
Unter Vereinigung dieser je für sich und in anderem Wirkuri gszusammenhang
bekannten Bauteile kann man bei einer Kraftstoffeinspritzanlage der eingangs beschriebenen
Art eine sehr einfache Regelung der eingespritzten Kraftstoffmengen erzielen, wobei
ein mit einem Dauermagnet ausgerüsteter, mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
gekuppelter Wirbelstrommitnehmer mit drehzahlabhängigem, ent-@@ege» Federkraft auf
ein Steuerorgan einwirkendem Mitnahinemoinent vorgesehen ist und außerdem ein zur
Steuerung dienender Fotozellenwiderstand und eine mit diesem zusammenarbeitende
Lichtquelle vor-(lesehen sind.
-
Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine gute
Ailgleiellung der Einspritzmenge an die je Arbeitstakt der Brennkraftmaschine angesaugte
Luftinenge zu erzielen, bei der die Brennkraftmaschine weder mit nennenswertem Luft-
noch mit Kraftstoff= überschuß arbeitet, wobei die Vorrichtung keinem Verschleiß
untevvorfen sein soll.
-
Dies geschieht bei einer eingangs geschilderten Kraftstoffeinspritzanlage
erfindungsgemäß dadurch, daß in an sich bekannter Weise ein mit einem Dauermagnet
ausgerüsteter, mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekuppelter Wirbelstrommitnehmer
mit drehzahlabhängigem, entgegen Federkraft abtriebsseitig auf ein Steuerorgan einwirkendem
Mitnahmemoment vorgesehen ist, daß in ebenfalls bekannter Weise ein zur Steuerung
dienender Fotozellenwiderstand und eine mit diesem zusammenwirkende Lichtquelle
vorhanden sind und eine als Steuerorgan dienende Blende im Strahlengang zwischen
Lichtquelle und Fotozellenwiderstand angeordnet ist und daß die Blende mit dem Abtrieb
des Wirbelstrommitnehmers verbunden ist und der Fotozellenwiderstand in den Steuerkreis
des Transistors eingeschaltet ist.
-
Es wird bemerkt, daß sich bereits ein älterer Vorschlag mit der Anordnung
von Blenden quer zur Strahlrichtung eines Energie aussendenden Gebers, z. B. einer
Lichtquelle, und eines diesem Geber gegenübergestellten Empfängers, z. B. einer
Fotozelle, bei einer Einspritzanlage der eingangs angegebenen Art befaßt. Eine Drehzahlabhängigkeit
der Blendenverstellung ist beim älteren Vorschlag jedoch nicht behandelt.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die verstellbare Blende
mit einer vor der Fotozelle angeordneten, feststehenden Blende derart zusammenarbeiten,
daß der von den beiden Blenden frei gelassene Durchtrittsquerschnitt für die von
der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen sich in Abhängigkeit von der Motordrehzahl
in der erforderlichen Weise ändert. Wenn man außerdem Fotozelle und Lichtquelle
auf einem gemeinsamen Traggerüst befestigt und mit einem den Öffnungswinkel der
Drosselklappe der Brennkraftmaschine bestimmenden Stellhebel derart kuppelt, daß
finit zunehmendem Drosselklappenöffriungswirkel Lichtquelle und Fotowiderstand näher
an die Schwenkachse der Blende heranrücken, kann man darüber hinaus auch eine befriedigende
Regelung der Einspritzmenge in gleichzeitiger Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl
und vom Öffnungswinkel der Drosselklappe erzielen.
In der Zeichnung
ist als Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung eine elektrische Kraftstoffeinspritzanlage
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung der Einspritzanlage
mit ihrem elektrischen Schaltbild, F i g. 2 ein Schaubild für die mit der Anlage
nach F i g. 1 erzielbaren Einspritzmengen in Abhängigkeit von der Drehzahl und der
Drosselklappenstellung der Brennkraftmaschine.
-
Die Einspritzanlage ist zum Betrieb einer in F i g. 1 mit 10 bezeichneten,
mit einer nicht dargestellten Hochspannungszündanlage ausgerüsteten Vierzylinderbrennkraftmaschine
bestimmt, auf deren mit 11 angedeutetem Ansaugfilter für die Ansaugluft ein elektromagnetisch
betätigbares Einspritzventi112 sitzt. Das Einspritzventil hat eine in den Ansaugluftstrom
mündende Spritzdüse 13 und einen an einem Eisenkern 14 sitzenden Ventilkegel
15. Der einzuspritzende Kraftstoff fließt dem Magnetventil über ein Rohr 16 zu,
das an den Auslaß einer nicht dargestellten Förderpumpe angeschlossen ist. Diese
hält den Kraftstoff im Magnetventil 12 unter praktisch gleichbleibendem Druck. Zum
Abheben des die Einspritzdüse 13 verschließenden Ventilkegels 15 von seiner Sitzfläche
dient eine Magnetisierungswicklung 18, die mit ihrem einen Ende an die mit einer
12-Volt-Batterie 20 verbundene Minusleitung 21 angeschlossen ist. Ihr anderes Wicklungsende
ist mit einem bei 25 angedeuteten, mit nicht dargestellten Transistoren bestückten
Verstärker 25 verbunden, der einen zum Abheben des Ventilkegels von seinem Sitz
ausreichenden Strom J zu liefern vermag, sooft und solange er von der im folgenden
näher beschriebenen Kippeinrichtung eine ausreichende Steuerspannung erhält.
-
Die Kippeinrichtung enthält zwei Transistoren T1 und T2 vom P-n-p-Typ.
Der Transistor T1 ist über eine Siliziumdiode 30 und einen Koppelkondensator31 von
0,1 &.F mit dem beweglichen Schaltarm 32 eines Steuerschalters verbunden, dessen
zugehöriger Schaltnocken 33 mit der Nockenwelle 34 der Brennkraftmaschine gekuppelt
ist. Der feststehende Kontakt 35 des Steuerschalters liegt an der Minusleitung 21
der Kippeinrichtung, während der bewegliche Schaltarm32 zusammen mit einer Belegung
des Koppelkondensators 31 über einen Widerstand 37 von 20 kOhm an die gemeinsame
Plusleitung 38 der Kippeinrichtung angeschlossen ist. Von der Verbindungsleitung
der anderen Belegung des Koppelkondensators 31 und der Siliziumdiode 30 führt ein
Widerstand 40 von 5 kOhm zur Plusleitung 38. Ein weiterer Widerstand 41 von
ebenfalls 5 kOhm liegt zwischen der Basis des Transistors T1 und der Plusleitung
38, an die außerdem auch der Emitter des Transistors T1 über einen Widerstand 42
von 500 Ohm angeschlossen ist. Darüber hinaus verbindet ein Widerstand
44 von 5 kOhm den Emitter des Transistors T1 mit der Minusleitung
21.
Der zweite Transistor T2 dagegen ist mit seinem Emitter unmittelbar an
die Plusleitung 38 angeschlossen; sein Kollektor liegt zusammen mit dem Eingang
des Verstärkers 25 am einen Ende eines Widerstands 45 von 5 kOhm, der zur Minusleitung
21 führt. Außerdem ist der Kollektor dieses Transistors T2 durch einen Widerstand
46 von 10 kOhm mit der Basis des Transistors T1 verbunden. Zwischen den beiden Transistoren
befindet sich ein Zeitglied, das die Kippdauer der Kippeinrichtung bestimmt und
aus einem Kondensator 50 von 0,1 #tF und zwei zueinander in Reihe geschalteten,
zum Kondensator 50 parallelliegenden Widerständen 51 und 52 besteht. Vom Verbindungspunkt
P des Widerstands 51, der in Abhängigkeit vom Druck der Außenluft mit Hilfe
einer nicht dargestellten Druckdose stufenlos veränderbar ist und einen Höchstwert
von 100 kOhm hat, und der einen Belegung des Kondensators 50 führt ein Widerstand
54 von 1,2 kOhm zum Kollektor des Transistors T1. Außerdem ist der Punkt P noch
über eine Leitung 55 mit dem einen Ende eines mit 60 bezeichneten Fotozellenwiderstands
verbunden, dessen anderes Ende über eine Leitung 56 an die Minusklemme der Batterie
20 angeschlossen ist. Der Fotozellenwiderstand 60 sitzt in einem Gehäuse 61 mit
offener unterer Stirnseite, der ein kleiner Scheinwerfer 62 gegenübersteht. Die
Austrittsöffnung des Scheinwerfers 62, der in seinem Inneren eine Glühlampe 63 enthält,
ist mit einer feststehenden Blende 65 teilweise abgedeckt. Unter dieser liegt eine
bei 64 angedeutete Milchglasscheibe. Zwischen dem Fotozellengehäuse 61 und dem Scheinwerfergehäuse
62 befindet sich eine schwenkbare sektorförmige Blende 67, die auf der Abtriebswelle
68 einer mit der Nockenwelle 34 gekuppelten Wirbelstromkupplung sitzt. Die Wirbelstromkupplung
hat einen mit der Nockenwelle 34 umlaufenden trommelförmigen Dauermagnet 70. Dieser
taucht in einen aus Blech bestehenden Mitnehmerbecher 71 so weit hinein, daß sein
Magnetfeld die Becherwände durchsetzen und in diesem Wirbelströme erzeugen kann,
wenn der Trommelmagnet gegenüber dem Becher gedreht wird. Die Wirbelströme in den
Becherwänden haben zur Folge, daß das sich drehende Kraftlinienfeld des Dauermagnets
den Becher 71 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 72 mitzunehmen versucht und
dabei die Blende weiter aus dem Strahlengang zwischen dem Scheinwerfer 62 und dem
Fotozellengehäuse 61 ausschwenkt. Das Fotozellengehäuse 61 und der Scheinwerfer
62 sind an einem mit 75 bezeichneten Traggerüst befestigt. Dieses ist mit einem
Fußhebel 76, der zum Öffnen der Drosselklappe 77 im Ansaugluftkanal der Brennkraftmaschine
in der angedeuteten Pfeilrichtung I niedergetreten werden muß, durch ein Gestänge
78 derart verbunden, daß die Strahlenachse des Scheinwerfers in eine gleichachsig
zur Mitnehmerwelle 68 liegende Endstellung gebracht werden kann, wenn der Fußhebel
in seine Vollaststellung niedergetreten wird. In diesem Belastungsfall der Brennkraftmaschine
bleibt der Durchtrittsquerschnitt für die auf die Fotozelle 60 auftreffenden Lichtstrahlen
praktisch gleich groß, auch wenn die sektorförmige Blende 67 mit zunehmender Drehzahl
der Brennkraftmaschine stark geschwenkt wird.
-
Im einzelnen arbeitet die Einspritzanlage folgendermaßen Sooft der
mit der Nockenwelle 34 der Brennkraftmaschine umlaufende Steuernocken 33 den beweglichen
Schaltarm 32 gegen seinen feststehenden Kontakt 35 drückt und dabei den über den
Widerstand 37 gehenden Stromkreis schließt, wird der vorher gesperrte Transistor
TI kurzzeitig in stromleitenden Zustand gebracht. Sein hierbei einsetzender Kollektorstrom
J1 ist über den Fotozellenwiderstand 60 geführt und erzeugt an diesem einen
Spannungsabfall, durch welchen der vorher geöffnete Transistor T2 in seinen Sperrzustand
gebracht wird. Dies kommt dadurch zustande, daß während des Sperrzustandes des Transistors
T1 der zum Zeitglied gehörende Kondensator 50 auf eine Spannung von etwa
8 V aufgeladen wird. Diese Ladespannung addiert sich zu der
am Fotowiderstand
60 beim Einsetzen des Stromes J1 entstehenden Steuerspannung und hebt das Potential
der Basis des Transistors T2 auf einen über dessen Emitterpotential von 12 V liegenden
Wert an, so daß der Transistor T2 keinen Strom mehr zu führen vermag. Die an seinem
Kollektor entstehende sprunhafte Änderung seines Kollektorpotentials bewirkt, daß
der Verstärker 25 einen im Schließzeitpunkt des Schaltarms 32 einsetzenden, zum
Abheben des Ventilkegels 15 ausreichenden Stromimpuls liefert, so daß Kraftstoff
aus dem Einspritzventil 12 in das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine spritzt. Die
von den Transistoren T1 und T2 gebildete Kippeinrichtung kehrt erst dann in ihren
Ruhestand zurück, bei dem der Transistor T1 wieder gesperrt ist, wenn sich der Kondensator
50 über seine Parallelwiderstände 51 und 52 so weit entladen hat, daß das Basispotential
des Transistors T2 unter den Wert des Emitterpotentials von 12 V absinkt. In diesem
Zeitpunkt beginnt der Transistor T2 wieder stromleitend zu werden und schließt gleichzeitig
mit dem Einspritzventil 12 auch über den Widerstand 46 den Transistor T1, bis bei
einer erneuten Kontaktgabe des Schaltarms 32 der nächste Steuerimpuls den beschriebenen
Vorgang erneut auslöst.
-
Die vom jeweiligen Schließungsaugenblick des Schaltarms 32 bis zum
Schließungsaugenblick des Ventils 12 reichende Kippdauer der Kippeinrichtung
liäiigt außer von der Größe des Kondensators 50 und seiner Entladewiderstände 51
und 52 stark davon ab, wie groß der jeweils wirksame Leitwert des Fotowiderstands
60 ist. Dieser ändert sich in folgender Weise Wenn sich der Fußhebel 76 in der Leerlaufstellung
befindet, nimmt die auf dem Scheinwerfer 62 befindliche Blende eine Stellung ein,
bei der sie einen großen Abstand von der Mitnehmerwelle 68 hat. Die mit 80 bezeichnete
Kante der sektorförmigen Blende 67 geht dabei durch die verlängerte Achse der Mitnehmerwelle
68 und bewegt sich bei steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine in der mit einem
Pfeil 11 angedeuteten Richtung. Die sektorförmige Blende gibt dabei den von
dem Scheinwerfer 62 ausgehenden Lichtstrahlen einen zunehmend größer werdenden Durchtrittsquerschnitt
zum Fotowiderstand 60 frei. Mit zunehmender Belichtungsstärke wächst dessen Leitwert,
so daß der jeweils beim Schließen des Schaltanns 32 einsetzende Strom mit zunehmender
Drehzahl eine immer kleiner werdende Steuerspannung liefert. Der Transistor T2 wird
daher bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine wesentlich früher wieder geschlossen
und liefert dann nur sehr kurze Spritzzeiten und dementsprechend kleine Einspritzmengen.
Wenn dagegen der Fußhebel 76 in seine Vollaststellung niedergetreten wird
und dabei den Scheinwerfer 62 samt dem Fototzellengehäuse 61 gegen die Drehachse
der Mitnehmerwelle 68 und der Blende 67 verschiebt, bis die Achse des Scheinwerfergehäuses
62 mit der Drehachse der Mitnehmerwelle 68 zusammenfällt, so verändert sich der
Durchtrittsquerschnitt für die Lichtstrahlen nur sehr unwesentlich, wenn die sektorförmige
Blende 67 um die Achse der Abtriebswelle 68 geschwenkt wird.
-
Mit der beschriebenen Einspritzanlage können daher in einfacher Weise
die in F i g. 2 dargestellten Regelkennlinien erreicht werden. Diese decken sich
weitgehend mit den zur Erreichung eines stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisches
erforderlichen Kraftstoffmengen und lassen erkennen, daß bei einer in der Leerlaufstellung
einen Öffnungswinkel _@ = 5' ergebenden Stellung des Fußhebels 76 die eingespritzte
Kraftstoffmenge M von etwa 28 mm3 bei 250 U/min auf 7 mm-' bei 750 U/min zurückgeregelt
wird, da schon bei geringer Drehzahlerhöhung und demzufolge bei kleinem Schwenkwinkel
der Blende 67 der Durchtrittsquerschnitt für die auf den Fotowiderstand 60 fallenden
Lichtstrahlen stark wächst. Demgegenüber kann sich, wie oben dargelegt, der Durchtrittsquerschnitt
bei Vollaststellung des Fußhebels 76 kaum ändern; deshalb bleiben die je Hub der
Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmengen annähernd auf gleicher Höhe und
zeigen nur im mittleren Drehzahlbereich eine geringe Erhöhung, die jedoch durchaus
erwünscht und auch beabsichtigt ist. Sie rührt davon her, daß der Ausschnitt der
Blende auf dem Scheinwerfer senkrecht zu der mit Pfeil II angedeuteten Richtung
eine Einbuchtung aufweist und an seinem einen Ende, an dem die Kante 80 der Blende
beim Ausschwenken abläuft, wesentlich breiter als an der Mittelzone ist.