DE2255611A1 - Brennkraftmaschine mit luftmengensteuerung - Google Patents

Description

• Brennkraftmaschine mit Duftmengensteuerung Die Erfindung betrifft eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit einer intermittierend arbeitenden Kraftsoffeinspritzeinrichtung mit wenigstens einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil, mit einer elektrischen Steuereinrichtung und mit einem Luftmengenmesser zur Erfassung der in den bzw. in die Zylinder der Brennkraftmaschine gelangendenAnsauglufmenge.
• Bei bekannten Einspritzeinrichtungen ist als Luftmengenmesser eine Stauklappe vorgesehen, welche um eine quer ur Ansaugrichtung am Rande des Offnungsquerschnitts des Ansaugrohres verlaufende Achse schwenkbar gelagert und mit dem Abgriff eines elektrischen Potentiometers gekuppelt ist. Dieses liefert eine von der jeweiligen Ansaugluftmenge abhangige elektrische Spannung, mit welcher die zeitliche Dauer der von der elektrischen Steuereinrichtung gelieferten Öffnungsimpulse für das Einspritzventil demzufolge die bei jedem Öffnungsvorgang des Einspritzventils eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt wird.
• Es sind auch bereits elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtungen bekannt, bei denen der Luftmengenmesser einen dem Ansaugluftstrom ausgesetzten Hitzdrahtwiderstand enthält, der zusammen mit drei weiteren, vom Ansaugluftstrom nicht beeinflussten Widerständen eine Widerstandsmessbrücke bildet, die an einer ihrer beiden Brückendiagonalen von einem einen hohen Verstärkungsgrad aufweisenden Regler gespeist wird, dessen Eingang an der zweiten Brückendiagonale liegt und die Betriebsspannung der Brücke umso stärker erhöht, je grösser die den Hitzdraht abkühlende Ansaugluftmenge ist. Hierbei wird die Temperatur des Hitzdrahtwiderstandes annähernd konstant gehalten, wobei die vom Regler gelieferte Spannung ein Masts für die Ansaugluftmenge darstellt und in der nachgeschalteten elektrischen Steuereinrichtung die Dauer der von der Steuereinrichtung gelieferten öffnungsimpulse für das Einspritzventil bestimmt.
• Wenn die Brennkraftmaschine bei niedrigen, unterhalb von 2000 U/min liegenden Drehzahlen unter Vollast betrieben wird, können insbesondere bei Vier-Zylinder-Brennkraftmaschinen starke Pulsationen im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine auftreten. Durch die Luitpulsation wird sowohl bei liuftmengenmessern, die mittels einer Stauscheibe oder eines Hitzdrahtes in der oben geschilderten Weise die pro Zeiteinheit durchströmende Luftmenge ermitteln, das Ergebnis verfälscht, weil statt des gewünschten arithmetischen Mittelwertes der quadratische Mittelwert angezeigt wird. Dieser Fehler führt zu einer übermässigen Anfettung im Vollast-Bereich bei Drehzahlen, welche unterhalb von etwa 2000 U/min leigen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine einfache Drehzahlkorrektur diesen Nachteil zu beseitigen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass mit oder Drosselklappe ein lastabhängiger Schalter gekuppelt ist, der im Bereich eines Öffnungswinkels der Drosseiklappe zwischen 18° und 270, vorzugsweise-zwischen 20° und 250 seinen Schaltzustand ändert, und dass ein drehzahlabhängiger Schalter vorgesehen ist, der zusammen-mit dem' lastabhängigen Schalter zur Erzielung einer UND-Wirkung verbunden-ist. Wenn beide Schalter mit mechanisch betätigbaren Schaltkontaktpaaren ausgerüstet sind, kann zur Erzielung einer UND-Wirkung eine Serienanordnung der Schaltkontaktpaare gewahlt werden, wobei die Schaltkontaktpaare sich jeweils in der Schließstellung befinden, wenn der Öffnungswinkel der Drosselklappe kleiner als 180 bzw.
• 200 und die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedriger als 1500 U/min ist.
• Wenn-der Luftmengenmesser in der eingangs beschriebenenWeise mit einer schwenkbaren Stauklappe ausgerüstet ist, kann in weiterer Ausgestaltung-der Erfindung ein drehzahlabhängiger Schalter dadurch geschaffen werden, dass mit der Welle der Stauklappe ein mechanisch betätigbarer Schalter derart in Wirkverbindung gebracht wird, dass dieser Schalter seinen Schalter zustand ändert, wenn die Stauklappe um einen Schwenkwinkel zwischen 50 und 609, vorzugsweise um etwa 55 -- 570 ausgelenkt wird.
• Zweckmässig umfasst der drehzahlabhängige Schalter wenigstens eine zur Stauklappenwelle konzentrischen Kontaktbahn und einen auf dieser leitenden, mit der- Stauklappenwelle verschwenkbaren Schleifkontakt.
• Weitere Ausgestaltungen und zweckmässige Weiterbildungen ergeben sich aus dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
• Es zeigen: Fig. 1 eine Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine mit ihrer elektrischen Benzin-Einspritzeinrichtung in einem Übersichtsbild und in teilweise schematischer Darstellung, Fig. 2 ein Schaubild zur Erklärung der Wirkungsweise des in der Einspritzeinrichtung nach Fig. 1 verwendeten lastabhängigen Schalters und des drehzahl abhängigen Schalters, Fig. 3 eine Skizze für die Wirkungsverbindung dieser beiden Schalter, Pig. 4 eine praktische Ausführungsform für die beiden Schalter und Fig. 5 ein Wirkungsschema für einen z.B. in Abhangigkeit von der Zündung arbeitenden Drehzahlschalter.
• Die dargestellte Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine 10 ist mit einer elektrisch gesteuerten Benzineinspritzeinrichtung ausgerüstet. Diese umfasst als wesentliche Bestandteile vier elektromagnetisch betätigbare Einspritzventile 11, denen aus einem Verteiler 12 über je eine Rohrleitung 13 der einzuspritzende Kraftstoff zugeführt wird, eine elektromotorisch angetriebene Kraftstofförderpumpe 14, einen Druckregler 15, der den Kraftstoffdruck auf einen konstanten Wert regelt, sowie eine im fol--genden näher beschriebene elektronische Steuereinrichtung 16, die durch einen mit der Nockenwelle 17 der Brennkraftmaschine gekuppelten Signalgeber 18 bei jeder Nockenwellenumdrehung zweimal ausgelöst wird und dann je einen rechteckförmigen, elektrischen Öffnungsimpuls S für die Einspritzventile 11 liefert.
• Die in der Zeichnung angedeutete zeitliche Dauer ti der Offnungsimpulse bestimmt die Öffnungsdauer der Einspritzventile und demzufolge diejenige Kraftstoffmenge, welche während der jeweiligen Öffnungsdauer aus dem Innenraum der unter einem praktisch konstanten graftstoffdruck -von 2 atü stehenden Einspritzventile 11 austritt. Die Magnetwicklungen 19 der Einspritzventile sind zu je einem Entkopplungswiderstand 20 in Reihe geschaltet und an eine gemeinsame Verstärkungs- und Leistungsstufe angeschlossen, die wenigstens einen bei 21 angedeuteten Leistungstransistor enthält, welcher mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit den Entkopplungswiderständen 20 und den einseitig'an Masse angeschlossenen Magnetwicklungen 19 angeordnet ist.
• Bei gemischverdichtenden, mit Fremdzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen der dargestellten Aft wird durch die bei einem einzelnen Ansaughub in einen Zylinder gelangende Ansaugluftmenge diejenige Kraft-stoffmenge festgelegt, die während des nachfolgenden Arbeitstakt es vollständig verbrannt werden kann.
• Fur eine gute Ausnutzung der Brennkraftmaschine ist es ausserdem notwendig, dass nach dem Arbeitstakt kein wesentlicher Luftüberschuss vorhanden ist. Um das gewünschte stöchiometrische Verhältnis zwischen Ansaugluft und Kraftstoff zu erzielen, ist im Ansaugrohr 22 der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung hinter deren Filter 23, jedoch vor ihrer mit einem Gaspedal 24 verstellbaren Drosselklappe 25 ein Luftmengenmesser Ifl vorgesehen, der im wesentlichen aus einer Stauklappe 26 und einem veränderbaren Widerstand 27 besteht, dessen verstellbarer Abgriff 28 mit der Stauscheibe gekuppelt ist. Der Luftmengenmesser LM arbeitet mit der Transistorschalteinrichtung 16 zusammen, welche an ihrem Ausgang die Steuerimpulse S liefert, die über eine Verstärkungsstufe 29 dem Leistungstransistor 21 zugeführt werden.
• Der zum Luftmengenmesser 1M gehörende Widerstand 27 wird an konstanter Spannung betrieben. Mit steigender Ansaugluftmenge Q wird die Stauklappe 26 um einen steigenden Schwenkwinkel P ausgelenkt. Dabei wird mit dem Abgriff 28 eine mit der Luftmenge ansteigende Steuerspannung für die Uransistorschalteinrichtung 16 abgenommen. Die Transistorschalteinrichtung 16 enthält einen nicht dargestellten, als Energiespeicher dienenden Kondensator, welchem jeweils wahrend der im Taktgeber 30 erzeugten Ladeperioden Tk ein in seiner Höhe von der jeweils am Widerstand-27 abgegriffenen Spannung abhängiger Ladestrom zugeführt wird. Nach dem Ende einer solchen Ladeperiode wird der Kondensator über eine Konstantstromquelle entladen. Während des Entladevorgangs fällt die Spannung am Kondensator linear ab.
• Am Ende der Entladeperiode, deren Dauer Ti derjenigen der Öff- -nungsimpulse S entspricht, erreicht die Spannung des Kondensator den Wert Null und beendigt somit den bei Beginn des,Entladevorgangs ausgelösten Öffnungsimpuls S.
• Praktische Versuche haben ergeben, dass mit einer solchen Steuerung der währen der Öffnungsimpulse S eingespritzten Kraftstoffmengen das angestrebte stöchiometrische Verhältnis in befriedigender Weise erreicht werden kann. Lediglich im unteren Drehzahlbereich bei Drehzahlen unterhalb von 2000 U/min kann es zu einer Überfettung des Kraftstoffluftgemisches kommen, die zu einer erhöhten Abgasemission führt. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine im unteren Drittel des Drehzahlbereiche tritt nämlich bei Vollast eine starke Luftpulsation auf, die zur Folge hat, dass von dem Luftmengenmesser IM statt des arithmetischen Mittelwerts der Luftmenge der quadratische Mittelwert angezeigt wird. Es hat sich als ausreichend erwiesen, den Vollastbereich durch einen mit der Drosselklappe 25 gekuppelten, lastabhängigen Schalter 31 zu signalisieren, der dann seinen Schaltzustand ändert, wenn der Drosselklappenöffnungswinkel α grösser als 250 wird. Um die angestrebte Abmagerung des Kraftstoffluftgemisches nur im Bereich unterhalb von 2000 U/min eintreten zu lassen, ist ausserdem noch ein drehzahrabhängiger Schalter 32 vorgesehen, der beim Unterschreiten oder Überschreiten dieser Grenzdrehzahl seinen Schalt zustand ändert und demzufolge die erforderliche Information über die Drehzahl n liefert. In der aus Fig. 3 erkennbaren Weise werden die beiden Informationen über die Drehzahl n und den Drosselklappenöffnungswinkel α einem UND-Glied 33 zugeführt, das in einem die Öffnungsdauer Ti der Einspritzimpulse S verkürzenden Sinne auf die Transistorschalteinrichtung 16 einwirkt, wenn gleichzeitig der Drosselklappenöffnungswinkel α grösser als 25° und die Drehzahl kleiner als 2000 U/min ist.
• Eine Untersuchung der Abhängigkeit des Schwenkwinkels # von dem Öffnungswinkel rG der Drosselklappe 25 hat gezeigt, - dass nach Fig. 2bei grossen Öffnungswinkeln der Schwenkwinkel nur langsam zunimmt. -In Fig. 2 ist dieser Zusammenhang durch acht verschiedene Kurvenzüge verdeutlicht. Es gelten: Kurve 1 für n = 1000 U/min Kurve 2 n = 1500 U/min Kurve 3 n = 2000 U/min Kurve 4 n - 2500 U/min Kurve 5 n = 3000 U/min Kurve 6 n = 3500 U/min Kurve 7 n = 4000 U/min Kurve 8 n = 4500 U/min.
• Aus Fig. 2 ist zu erkennen, dass bei einer Drehzahl n = 1500 U/min der Schwenkwinkel # der Stauklappe 26 einen Maximalwert von 560 nicht überschreitet, wenn die Brennkraftmaschine unter voller Last läuft und dabei die Drosselklappe 25 vollständig geöffnet ist. Der in Fig. 2 durch eine Schraffur hervorgehobene Bereich, in welchem eine Abmagerung des Kraftstoffluftgemisches erzielt werden soll, ist daher durch Drosselklappenöffnungswinkel cS > 250 und durch Schwenkinkel # der Stauklappe 26 begrenzt, die kleiner sind als 560.
• Unter Ausnutzung der in Fig. 2 angedeuteten Verhältnisse kann daher die in Fig.3 wiedergegebene Prinzipanordnung dadurch verwirklicht werden, dass als drehzahlabhängiger Schalter 32 zwei zur Welle 35 der Stauklappe 26 konzentrische Kontaktbahnen 36 und 37 angeordnet werden, auf welchen ein Schleifkontakt 38 mit seinen beiden Kontaktfingern 39 gleitet. Die aussere Kontaktbahn 37 ist mit ihrem Ende 40 so gegenüber der Stauklappe 26 einstellbar angeordnet, dass der Schleifkontakt 58 die äussere Kontaktbahn verlässt, wenn der Schwenkwinkel tp der Stauklappe 26 grösser als 560 wird. Dann wird die bei kleineren Schwenkwinkeln bestehende Verbindung zwischen den beiden Kontaktbahnen 36 und 37 unterbrochen.
• In ähnlicher Weise kann der in Fig. 1 bei 31 angedeutete, in Abhängigkeit von dem DrosselklappenöffnungswiAkel g betätigbare Schalter ausgebildet werden. Nach Fig. 4 ist mit dem zum Öffnen der Drosselklappe 25 vorgesehenen Gestänge 42 ein Schwenkhebel 43 gekuppelt, der mit dem Drehzapfen 44 eines mehrfingrigen Schleifers 45 verbunden'ist. Den fünf Kontaktfingern 46 des Schleifers 45 sind insgesamt fünf Kontaktbahnen zugeordnet, von welchen die innerste Kontaktbahn 47 dauernd mit dem Schleifer 45 in Berührung steht, wohingegen die weiter aussen liegenden Kontaktbahnen 48, 49, 50 und 51 derart gegeneinander abgestuft sind, dass bei der Öffnungsbewegung der Drosselklappe zuerst die der gemeinsamen Kontaktbahn 47 unmittelbar benachbarte Kontaktbahn mit dieser in Verbindung gelangt, wenn ein Drosselklappenöffnungswinkel von 260 erreicht ist. Bei Vergrösserung des Öffnungswinkels um jeweils 1,5° gelangen nacheinander auch die Kontaktbahnen 49, 50 und 51 in Verbindung mit der inneren Kontaktbahn 47. Es ist demzufolge ohne weiteres möglich, im Winkelbereich zwischen 20 und 260 die Abmagerung des Gemisches stufenweise durchzuführen, sofern gleichzeitig die beiden Kontaktbahnen 36 und 37 des drehzahlabhängigen Schalters Verbindung miteinander haben.
• Eine solche Abmagerung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Kontaktbahnen 47 bis 51 mit zueinander in Reihe liegenden Widerständen verbunden werden, die im Steuerkreis der den Entladestrom der Steuereiflrichtung-16-liegen und eine stufenweise Erhöhung des Entladewiderstandes und demzufolge eine stufenweise Verkürzung der Dauer Ti der Öffnungsimpulse S bewirken-,--wenn-sie über- die'- Kontaktfinger 46 des Schleifer 45 nacheinander kurzgeschlossen werden.
• Die in Fig. 3 durch ein UND-Glied 33 angedeutete Verknüpfung kann bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 in einfacher Weise dadurch erzielt werden, dass eine der beiden Kontaktbahnen 36 oder 37 des drehzahlabhängigen Schalters mit ger innersten Kontaktbahn 47 des. von dem Öffnungswinkel der Drosselklappe 25 abhängigen Schalters verbunden wird. In diesem Falle ist es zweckmässig, die andere der beiden Kontaktbahnen 36 oder 37 mit dem Anfang oder dem Ende der vorher erwähnten Widerstands-Reihenschaltung zu verbinden. Der mit der Drosselklappe 25 gekuppelte Stufenschalter erlaubt es, auf einfache Weise die Abmagerung mit elektrischen Mitteln stufenweise zwischen 200 und 260 Öffnungswinkel durchzuführen.
• Nach Fig. 5 kann anstelle eines Drehzahlschalters, der mit der Stauklappe 26 gekuppelt ist, ein beliebiger anderer Drehzahlschalter 52 vorgesehen werden. Dieser kann beispielsweise die Drehzahl-Information durch Anschluss an das Zündsystem der Brennkraftmaschine 10 erhalten und in bekannter Weise ein Integrierglied und einen Schwellwertschalter, beispielsweise einen Schmitt-Trigger, enthalten.

Claims (8)

Ansprüche

1. Gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit einer elektrisch gesteuerten, intermittierend arbeitenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit wenigstens einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil, mit einer elektrischen Steuereinrichtung und mit einem Luftmengenmesser zur Erfassung der in den bzw.

in die Zylinder der Brennkraftmaschine gelangenden Ansaugluftmenge, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Drosselklappe (25) der Brennkraftmaschine (10) ein lastabhängiger Schalter (31) gekuppelt ist, der im Bereich eines Öffnungswinkels (α) der Drosselklappe (25) zwischen 18° und 270, vorzugsweise zwischen 200 und 250 seinen Schaltzustand ändert, und dass ein drehzahlabhängiger Schalter (32) vorgesehen ist, der mit dem lastabhängigen Schalter zur Erzielung einer UND-Wirkung verbunden ist.

2. Brennkraftmaschine nach ;anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontaktpaare der beiden Schalter (31, 32) zueinander in Reihe angeordnet sind und sich jeweils bei Drosselklappenöffnungswinkeln von mehr als 25° bzw. 270 und bei Drehzahlen von weniger als 1500 U/min in ihrem Schliesszustand befinden.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Luftmengenmesser, der eine quer zum Ansaugluftstrom angeordnete Stauklappe enthält, die um eine am Rande des Ansaugquerschnitts verlaufende Welle schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der drehzahlabhängige Schalter (32) mit der Welle (35) der Stauklappe (26) in Wirkverbindung steht.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung des drehzahlabhangigen Schalters (32), dass er seinen Schaltzustand ändert, wenn die Stauklappe (26) um einen Schwenkwinkel (#) zwischen 50 und 600, vorzugsweise um etwa 55 bis 570 ausgelenkt wird.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der drehzahlabhängige Schalter (32) aus mindestens einer zur Stauklappenwelle (35) konzentrischen Kontaktbahn (36, 37) und einem auf dieser gleitenden, mit der Stauklappenwelle verschwenkbaren Schleifkontakt (38, 39) besteht.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontakt (38, 39) zwei konzentrisch zur Drosselklappenwelle (35) liegende Kontaktbahnen ( 37) überblickt, von denen eine bei einem Schwenkwinkel des Schleifkontaktes endigt, welcher der Schaltdrehzahl von etwa 1500 U/min entspricht.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Drosselklappenwelle gekuppelte Schalter (31) im Drehbereich der Drosselklappe (25) von einem Öffnungswinkel (α) von 18° bis zu einem Öffnungswinkel von 270 mindestens zwei, vorzugsweise vier Schaltstufen aufweist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere konzentrische Kontaktbahnen (47 bis 51) verschiedener Länge mit einem gemeinsamen Schleifkontakt (45) zusammenarbeiten.