DE2061242C3

DE2061242C3 - Kraftstoff-Einspritz vorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2061242C3
Application number: DE2061242A
Authority: DE
Inventors: Seiji Mito Suda (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-12-12
Filing date: 1970-12-12
Publication date: 1974-03-07
Also published as: DE2061242A1; US3742919A; DE2061242B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bei der die Summe aus einem dem Betriebszustand des Motors entsprechenden Zustandssignal und einem Zeitsignal, das der Zeitspanne vom Beginn der Kraftstoff-Einspritzung an entspricht, das öffnen des Kraftstoffventils steuert.

Aus der Zeitschrift »Funk-Technik«, Nr. 23/1963, Seiten 862 bis 864, ist es bekannt, die jeweils einzuspritzende Kraftstoffmenge mit Hilfe der Öffnungsdauer des Einspritzventils zu steuern, wobei die Öffnungsdauer durch eine zwischen zwei definierten Punkten abgetastete Sägezahnspannung bestimmt wird. Durch Steuerung der Steilheit der Sägezahnflanke läßt sich die Öffnungszeit des Einspritzventils und damit die jeweils eingespritzte Brennstoffmenge variieren.

Aus der französischen Patentschrift Nr. 1512588 ist es ferner bekannt, die Einspritzdauer als Funktion einer Motor-Betriebsbedingung, und zwar der Motordrehzahl, zu steuern, wobei mindestens ein von einem drehzahlabhängigen Signal gesteuerter Transistor in einem die Öffnungszeit des Einspritzventils bestimmenden Zeitglied vorgesehen ist.

Ferner ist schon vorgeschlagen worden, außer von der Motordrehzahl auch vom Unterdruck im Luftansaugrohr und von der Motortemperatur Signale abzuleiten und die Summe dieser Signale zur Bestimmung der Kraftstoff-Einspritzmenge heranzuziehen.

Bei den bisherigen¹ Einspritzvorrichtungen hängt also die jeweils eingespritze Brennstoffmenge gewöhnlich linear oder gemäß einer stetigen Funktion von verschiedenen den Betriebsbedingungen des Motors entsprechenden Parametern ab.

Andererseits ist es beim Betrieb von Kraftfahrzeugen wichtig, zwischen einem wirtschaftlichen Betrieb

in einem Bereich, bei dem in Übereinstimmung mit den Motor-Betriebsbedingungen der Brennstoff möglichst optimal ausgenützt wird, und einem Hochleistungsbetrieb zu unterscheiden, bei dem eine vergleichsweise viel größere Brennstoffmenge einge-

spritzt wird, ohne auf wirtschaftliche Gesichtspunkte Rücksicht zu nehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brennstoff-Einspriticharakteristik an dem kritischen Punkt, dem ein bestimmter Ansaugunterdruck entspricht, unabhängig von den übrigen Zustandsparametern umzuschalten. Erfindungsgemäß ist dazu bei einer Einspritzvorrichtung der eingangs bezeichneten Art der zeitliche Verlauf des Zeitsignals durch den Saugrohrunterdruck steuerbar.

ao In spezieller Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung eine elektrische Schaltung, in der ein durch ein Saugrohrunterdruck-Meßgerät sinschaltbarer Widerstand den Schaltzustand eines den Verlauf des Zeitsignals beeinflussen-

a₅ den Schalteleroents steuert. Um Stöße bei der Umschaltung der Einspritzcharakteristik zu vermeiden, umfaßt die Schaltung einen Kondensator, der den Umschaltvorgang des Schaltelements glättet.

Im nachstehenden werden bekannte Vorrichtungen und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel deir Erfindung einander gegenübergestellt und an Hand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. ) ein Blockschema eines elektrischen Steuersystems einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung,

F i g. 2 ein elektrisches Schaltbild einer Recheneinrichtung.

Fig. 3 a und 3b Arbeitsdiagramme des in Fig. 2 dargestellten Schaltkreises,

Fig. 4 ein Diagramm, in welchem die Kraftstoffmenge über dem Saugrohrunterdruck des Motors aufgetragen ist,

F i g. 5 ein elektrisches Schaltbild einer anderen Recheneinrich tung,

F i g. 6 ein Diagramm der Abhängigkeit der Kraftstoffmenge vom Saugrohrunterdruck bei einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung,

F i g. 7 a und 7 b Arbeitsdiagramme der Kraftstoff Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung und F i g. 8 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, besitzt eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung folgende Elemente: Eine Einrichtung 1, die den Saugrohrunterdruck P abtastet und in ein elektrisches Signal umwandelt; eine Einrichtung 2, die die Motordrehzahl N je Minute ermittelt und in ein elektrisches Signal umwandelt eine Einrichtung 3, die die Motortemperatur fühlt um in ein elektrisches Signal umwandelt; einen Trigger impulsgenerator 4, der zu einem bestimmten Zeit punkt ein Signal zum Triggern der Einrichtungen 1 2 und 3 erzeugt, um das Einspritzen des Kraftstoffe in den Motor einzuleiten; eine durch das Triggersigna der Einrichtung 4 betätigte Einrichtung 5, die ein Sä gezahn-Zeitsignal erzeugt-, eine Einrichtung 6, der da Zeitsignal der Einrichtung S zugeführt wird und di ein Ausgangssignal mit einer Dauer erzeugt, die vor Zeitpunkt der Erzeugung des Triggersignals bis ζ

to

15

lern Zeitpunkt reicht, in welchem die Summe aus dem ZLustandssignal und dem Zeitsignal den Abtastwert irreicht; und ein Kraftstoff-Einspritzventil 7, welches in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Einrichtung 6 geöffnet wird, wodurch dem Motor die erforderliche Kraftstoffmenge zugeführt wird.

Bei dieser Anordnung wird für die Abtasteinrichtung 6 ein in F i g. 2 dargestellter Schaltkreis mit einer Esaki-Diode 8 und einem Transistor 9 verwendet. Die Esaki-Diode 8 ist parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 9 mit gleicher Polarität geschaltet. Der Emitter des Transistors 9 ist geerdet. Der Kollektor des Transistors 9 ist mit einer Ausgangsklemmt. 10 und über einen Widerstand 11 mit einer Energiequelle 12 verbunden. Die Basis des Transistors 9 ist mit einer Eingangsklemme 13 verbunden. An der Eingangsklemme 13 liegen eine Spannung E_r (Abtastsignal des Saugrohrunterdrukkes P). eine Spannung E_n (Abtastsignal der Motordrehzahl N), eine Spannung E₇ (Abtastsignal der Temperatur T) und eine Spannung E₁ (Zeitsignal) jeweils über Widerstände 14, 15, 16 bzw. 17. Ferner ist die Eingangsklemme 13 mit einer Anschlußklemme 4' für das Triggersignal verbunden. Der Strom, der auf Grund der Spannung des Zustandssignals des Motors fließt, soll daher kleiner sein f>ls der Spitzenwert der Esaki-Diode 8. Unter dieser Bedingung ist die Vorwärtsimpedanz der Esaki-Diode sehr gering, und daher können die durch die Zustands-Signale hervorgerufenen Ströme addiert werden, ohne daß sie sich gegenseitig stören. Da die Klemmenspannung an der Diode klein ist im Vergleich zur Sperrspannung des Transistors 9, ist die Kollektorspannung hoch, so daß der Ausgangsklemme 10 eine Ausgangsspannung entnommen werden kann.

Wird im obigen Schaltkreis die Spannung E₁ des Zeitsignals durch das Triggersignal zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Einleitung der Kraftstoff-Einspritzung zu Null und wird gleichzeitig der in der Esaki-Diode fließende Strom unter dem Spitzenwert gehalten, so tritt an der Ausgangsklemme 10 ein Ausgangssignal auf, das Einspritzventil 7 wird geöffnet, der kombinierte Strom, der auf Grund der mit der Zeit ansteigenden Spannung E₁ des Zeitsignals fließt, überschreitet den Spitzenwert der Esaki-Diode 8, und der Transistor 9 erhält ausreichende Vorspannung und wird somit leitend. Dadurch wird die Kraftstoffzufuhr so lange aufrechterhalten, bis die Ausgangsspannung an der Klemme 10 verschwindet. Die Dauer der Kraftstoffzufuhr hängt vom Strom des Zustandssignals ab, und auf diese Weise kann die Menge der Kraftstoffzufuhr entsprechend den Bedingungen bzw. entsprechend dem Zustand des Motors geregelt werden.

Dieser Vorgang wird an Hand der Fig. 3 a und 3 b genauer beschrieben. In F i g. 3 a bezeichnet /, den Signalstrom, der für die Dauer t vom Beginn der Kraftstoff-Einspritzung an fließt, während I₁ den Strom des Zustandssignals bezeichnet. Der Gesamtstrom der von der Eingangsklemme 13 zur Esaki-Diode 8 fließt, ist dann I₀. Zum Zeitpunkt t = 0 wird die Esaki-Transistors 9 wird ausreichend groß, id Tistor 9 leitend. Zu die-_β Signalspannung

sem

V Kraftstoffzufuhr kann als Funktion

St tetomt werden. Wenn sich der Strom ~_z 'Sals auf Grund der Änderung der ^esMotors in einen Strom // ändert Gesamtstrom I₀ dementsprechend in ^l_lcha die Esaki-Diode 8 ihreSp.t- ^_6nsichfolglichin X₁', wodurch ^^^führten Kraftstoffes ebenso gean-Dte Stoffzufuhr wird also entep«^ ^* _dMtors geregelt. Die Kraftstoff-Epielsweise im Bereich emesmedn-

^hrunteVdruckes P erhöht sein. Der Beget ^*™^ _der saugrohninterdruck P vertattreichenwe.cn ^ ^^ ¹^f?****'

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Le»»»"« "^D"ⁿ„ _{ht ogen wer}den. ^de™Nennwerte de/oben erläuterten Kraftstoffcu- £'5 *^™£τΛrdie in Fig. 5 dargesteUte Anord- ^^^Χ _Bei dilser Anordnung konnen ^ ₁₅, über welche die Spannung

_grohrunterdrucks und die ildr Moi«d»te^

ist dann I₀. Zum Zeitpunkt t 0 wird d Diode 8 unterhalb des Spitzenwertes I_p durch das Triggersignal betätigt. Es wird daher, wie in Fig. 3b dargestellt, an der Ausgangsklemme 10 eine Signalspannung E₁₁₁₁₁ in einem Bereich abgegeben, in dem der Gesamtstrom I₀ kleiner ist als der Spitzenwert / Erreicht der Gesamtstrom I₀ den Spitzenwert I_p der Esaki-Diode 8, so steigt die Klemmenspannung an der 13 angelegt werden, — 18 und 19 auf Widerstände 14' und 15' umgeschaltet werden. Die Schaltkontakte 18 und 19 werden durch den Saugrohrunterdruck P betätigt. Nach dem Umschalten der Widerstände 14 und 15 auf die Widerstände 14' und 15' wird die Kraftstoffzufuhr entsprechend den Widerstandswerten der Widerstände 14' und 15' geregelt. Der Umwandlungskoeffizient des Stromes des bedingten Signals kann durch Änderung der Widerstandswerte geändert werden. Auf der anderen Seite wird jedoch der absolute Wert des Umwandlungskoeffizienten unvermeidlich geändert, was einen Sprung in der Steuerung bewirkt und in der normalen Kraftstoffzufuhr einen Stoß hervorruft.

Um dies zu vermeiden, ist eine Anordnung erforderlich, bei der zusätzlich zu dem Zustandssignal eine Signal-Vorspannung E_B auftritt, die über einen Kontakt 20 von einem Widerstand 21 auf einen Widerstand 21' umgeschaltet wird, um den Sprung zu vermindern. Diese Anordnung erfordert jedoch eine große Anzahl von Schaltkontakten, ist in ihrem Aufbau notwendigerweise kompliziert und hat eine kurze Lebensdauer. Darüber hinaus ist diese herkömmlich« Vorrichtung unzuverlässig, da auf Grund des diskon tinuierlichen betriebes Stöße auftreten.

Das Wesen und ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel der Erfindung werden im nachstehenden ai Hand der F i g. 6 bis 8 beschrieben. Die Kennwert! der Kraftstoff zufuhr sind die gleichen, wie sie an Han< von Fi g. 4 beschrieben wurden. Im wesentlichen sin diese Kennwerte bei einem Saugrohrunterdruck P i: F i g. 6 für eine maximale Ausgangsleistung durch di gestrichelte Linie Z₁ und für die wirtschaftliche Aus

gangsleistung durch die gestrichelte Linie I₂ dargestellt. Um von der einen Kennlinie für die maximale Ausgangsleistung zur anderen Kennlinie für die wirtschaftliche Ausgangsleistung bei einem Saugrohrunterdruck P₁ überzugehen, benützt man idealerweise die voll ausgezogene Kennlinie I₂. Es ist wünschenswert, den Übergang von der gestrichelten Kennlinie Z₁ zur gestrichelten Kennlinie I₂ kontinuierlich mit einer bestimmten Verzögerungszeit durchzuführen, so daß kein Stoß im Betrieb entsteht. Diese Übergangscharakteristik in der Kraftstoffzufuhr kann dadurch erreicht werden, daß der Umwandlungskoeffizient des Zeitsignals bezüglich der Zeit zweckmäßigerweise so festgelegt wird, wie es an Hand der Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde. Der Umwandlungskoeffizient des Zeitsignals wird beispielsweise beim Saugrohrunterdruck P₁ geändert, so daß der Strom /, des Zeitsignals auf den Strom // umgeschaltet wird, wie dies in Fig. 7 a dargestellt ist. Der Umwandlungskoeffizient des Stromes /, des Zeitsignal wird dabei so festgelegt, daß die Kennwerte der Kraftstoff zufuhr bei dem Saugrohrunterdruck P der gestrichelten Kennlinie I₁ entsprechen. Ebenso wird der Umwandlungskoeffizient des Stromes /,' des Zeitsignals so festgelegt, daß die Kennwerte der Kraftstoff-Zufuhr der gestrichelten Kennlinie J₂ entsprechen. Bei dieser Anordnung wird die Zeit, in welcher die Esaki-Diode 8 ihren Spitzenwert I_p, ausgehend vom kombinierten Strom I₀ aus dem Strom I₁ des Zustandssignals und dem Strom /, (/,') des Zeitsignals, beim Saugrohrunterdruck P₁ erreicht, von I₁ auf t₂ geändert, so daß man eine Ausgangssignalspannung E₁₁₁₁₃ erhält, wie sie in F i g. 7 b dargestellt ist.

Wird der Strom /, des Zeitsignals kontinuierlich mit einer Verzögerungszeit in einen Strom // geändert, so läßt sich der Wechsel der Kennlinien ohne Stoß durchführen.

Dieser Wechsel wird an Hand der Fig. 8 genauer beschrieben, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargesiellt ist. Ein pnp-Transistor 22 wird bei konstantem Strom gesteuert. Der Emitter dieses Transistors ist über einen Widerstand 23 mit einer Stromquelle 24 verbunden. Der Kollektor des Transistors 22 ist mit einer Ausgangsklemme 25 verbunden und über einen Kondensator 26 geerdet. Die Basis des Transistors 22 ist über einen Widerstand 27 mit der Stromquelle 24 und über eine Zenerdiode 28 mit dem Verbindungspunkt zweier Spannungsteilerwiderstände 29 und 30 verbunden. Die Spannungsteilerwiderstände 29 und 30 liegen in Reihe zwischen der Stromquelle 24 und Erde. Parallel zum Spannungsteilerwiderstand 29 liegt ein Abgleichwiderstand 31. Ein in Reihe mit dem Abgleichwiderstand 31 geschalteter Schalter 32 wird durch eine vom Saugrohrunterdruck P betätigte Membrane 33 geschlossen, wenn der Saugiohrunterdruck P unter dem Wert P₁ liegt. Ein Verzögerungskondensator 34 ist parallel zum Spannungsteilerwiderstand 30 geschaltet und hat den Zweck, eine plötzliche Spannungsänderung zu verhindern, die an dem Spannungsteilerpunkt entsteht, wenn der Schalter 32 betätigt wird. Ein npn-Transistor 35 bringt die Spannung an der Ausgangsklemme 25 für das Zeitsignal in einem zum Beginn der Kraftstoffeinspritzung bestimmten Zeitpunkt auf Null. Der Emitter des Transistors 35 ist geerdet, während der Kollektor über einen Widerstand 36 mit der Stromquelle 24 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 35 ist ferner über eine Diode 37 in Vorwärtsrichtung mit dem Kollektor des Transistors 22 verbunden. Dies Basis des Transistors 35 ist über einen Widerstand 38 mit einer Trigger-Eingangsklemme 39 verbunden.

In dem Bereich, in welchem der Saugrohrunterdruck P größer ist als der eingestellte Wert P₁, ist die Klemmenspannung des Spannungsteilerwiderstandes 29 groß. Das Basispotential des Transistors 22, an dessen Basis die durch den Widerstand 27 und die

ίο Zenerdiode 28 geteilte Spannung anliegt, wird konstant auf einem verhältnismäßig kleinen Wert gehalten. Da der Emitter des Transistors 22 mit der Stromquelle 24 über einen Widerstand 23 verbunden ist, hat der Kollektorstrom eine konstante Stromcharakteristik, gemäß der der Kondensator 26 geladen wird. Wird unter diesen Bedingungen an die Klemme 39 zu einem gewünschten Zeitpunkt für den Beginn dei Kraftstoffeinspritzung eine positive Impulsspannung angelegt, die den Transistor 35 leitend macht, so wird

ao die Ladung am Kondensator 26 über die Diode 37 und den Transistor 35 an Erde abgeleitet. Als Folge davon wird die Zeitsignalspannung E₁₁₁₁₁ an der Ausgangsklemme 25 zu Null.

Wird der Transistor 35 nichtleitend, so wird dei

as Kondensator 26 durch den konstanten Kollektorstrom des Transistors 22 aufgeladen, die Klemmenspannung steigt und die Zeitsignalspannung £_m wird als Funktion der Zeit an der Ausgangsklemme 25 abgegeben. Danach wird der Saugrohrunterdruck P unter den eingestellten Wert Pl verringert. Hierdurch wird die Membraneinrichtung 33 betätigt und dei Schalter 32 geschlossen, wodurch der Widerstand 31 parallel zum Spannungsteilerwiderstand 29 geschaltet und die Klemmenspannung des Widerstandes 31 vermindert wird.

Der verminderte Wert dieser Klemmenspannung dient zur Erhöhung des Basispotentials des Transistors 22. Der eingestellte Wert des konstanten Stromes, der im Kollektor des Transistors 22 fließt, und die Ladespannung am Kondensator 26 (d. h. die Ausgangsspannung E₁₁^ an der Ausgangsklemme 25) werden folglich vermindert, so daß eine Stromänderung des Zeitsignals von I, in I,' erfolgt, wie es in F i g. 7 a dargestellt ist. Hierbei wird die Spannungsänderung

am Spannungsteilerpunkt der Widerstände 29 und 3« durch den Kondensator 34 verzögert. Durch entsprechende Bestimmung des Wertes des Kondensators 34 ist es also möglich, die Kennlinien für die Kraftstoff-Zufuhr ohne Stoß ruhig und gleichmäßig zu wechseln Bei der vorstehenden Ausführungsform wird eir Schaltkreis mit einer Esaki-Diode und Transistorer für die Addier- und Abtasteinrichtungen verwendet Es kann jedoch auch eine andere Schaltung, etwa eir Verstärkerkreis, der mehrere Eingangssignale, wii beispielsweise ein Zustandssignal und ein Zeitsignal addieren kann, zusammen mit einer Schaltung verwendet werden, die zum Abtasten des Signalwerte! dient. Oder es kann eine Schaltung verwendet werden in welcher entweder das Zeitsignal oder das Zu stands-Signal zum Vorspannen des abgetasteten Wer tes verwendet wird.

Auch die in der vorbeschriebenen Ausführungs form verwendete Einrichtung zur Erzeugung d« Zeitsignals kann nach dem jeweiligen Anwendungsf al

abgewandelt werden.

Gemäß der Erfindung wird der Umwandlungskoef fizient des Zeitsignals gegen die Zeit mit Hilfe eine! bestimmten Saugrohrunterdruckes geändert, wodurcl

die Charakteristika der Kraftstoffzufuhr durch einfache Verfahren ausgeglichen werden können.

Die Erfindung schafft also eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei welcher die Einspritzzeit des Kraftstoffes mit Hilfe von Zustande-Signalen des Motors gemäß Motordrehzahl, Tempera-

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tür usw. sowie mit Hilfe eines Sägezahnsignals berechnet wird. Die Änderung des Sägezahnsignals wire dabei entsprechend dem Saugiohrunterdruck und dei Motortemperatur gesteuert, wobei sich ein Ausgleicl der Leistung und der Temperatur im Verhältnis zi anderen Zustandssignalen erzielen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bei der die Summe aus einem dem Betriebszustand des Motors entsprechenden Zustandssignal und einem Zeitsignal, das der Zeitspanne vom Beginn der Kraftstoff-Einspritzung an entspricht, das öffnen des Kraftstoffventils steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf des Zeitsignals durch den Saugrohrdruck steuerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektrische Schaltung, in der ein durch ein Saugrohrunterdruck-Meßgerät (33) einschaltbarer Widerstand (31) den Schaltzustand eines den Verlauf des Zeitsignals beeinflussenden Schaltelements (22) steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen Kondensator (34) umfaßt, der den Umschaltvorgang des Schaltelements (22) glättet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein in den Ladekreis eines Kondensators (26) eingeschalteter Transistor (22) ist, dessen Basis an den Verbindungspunkt zweier Spannungsteilerwiderstände (29,30) angeschlossen ist, wobei der einschaltbare Widerstand (31) parallel zu dem einen und der Glättungs-Kondensator (34) parallel zu dem anderen Spannungsteilerwiderstand liegt.