DE2641959A1

DE2641959A1 - Ultraschallkraftstoffeinspritzsystem fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2641959A1
Application number: DE19762641959
Authority: DE
Inventors: Francis John Caves
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Overseas Ltd
Priority date: 1975-09-19
Filing date: 1976-09-17
Publication date: 1977-03-24
Also published as: BR7606204A; JPS5260340A; US4127087A; ES451613A1; SE435649B; GB1556163A; CA1069202A; FR2324877B1; SE7610282L; FR2324877A1; IT1068336B

Description

Patenten wäite

Dipl.-Ing. · Dipl.-Chem. Dipl.-!ng.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser 9 6 A 1 9 5 9

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

17. September 1976

PLESSEY HANDEL UNE INVESTMENTS AG
Gartenstraße 2
ZUG / Schweiz

Unser Zeichen: P 2314

Ultraschallkraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftstoffeinspritzsysteme für Verbrennungsmotoren und betrifft insbesondere Systeme, die in Verbindung mit Verbrennungsmotoren mit Einrichtungen zur Kraftstoffeinspritzung mittels Ultraschall benutzt werden.

Gemäß der Erfindung ist ein Ultraschallkraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor gekennzeichnet durch mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen, durch einen piezoelektrischen Wandler, der jeder Düse betriebsmäßig zugeordnet ist, durch einen Oszillator zur Erzeugung eines Ultraschallsignals zum Ansteuern der Wandler und durch eine Torschaltungsanordnung, die auf in Abhängigkeit von Motorbetriebszuständen erzeugte Steuerimpulse anspricht und die Wandler mit Signalstößen aus dem Oszillator versorgt.

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Der Verbrennungsmotor kann mehr als einen Brennraum haben. Wenigstens eine Kraftstoffeinspritzdüse ist für jeden Brennraum vorgesehen und die diesen betriebsmäßig zugeordneten Wandler werden sequentiell gespeist. Statt dessen kann der Verbrennungsmotor nur einen Brennraum haben, der mit zwei oder mehr Düsen versehen ist, die aus der Torschaltungsanordnung sequentiell oder gleichzeitig gespeist werden. In der letztgenannten Anordnung kann eine Düse für Anlaßzwecke benutzt und unter Lastbedingungen durch eine oder mehrere zusätzliche Düsen ergänzt werden.

Die Düsen sind vorzugsweise von einer Bauart/ bei welcher eine Kugel vorgesehen ist, die normalerweise durch den Kraftstoffdruck in dichte Anlage an einen Ventilsitz gedrückt wird und auf das Anlegen eines elektrischen Ultraschallsteuersignals an den Wandler hin, mit welchem die betreffende Düse betriebsmäßig verbunden ist, von dem Sitz gelöst wird, um Kraftstoff in einen Brennraum einzulassen.

Somit wird in einem System, das mehr als einen Brennraum hat, jede Düse der Reihe nach'mit einem Stoß von Impulsen aus dem Oszillator versorgt, wobei die Motordrehzahl in Abhängigkeit von der Länge der Stöße festgelegt wird.

Die Steuerimpulse, von denen einer jeden Signalstoß einleitet, der von dem Oszillator an einen der Wandler abgegeben wird, können durch eine magnetisch betätigte Vorrichtfing erzeugt werden, beispielsweise durch ein Reed-Relais, wobei ein Kontaktbetätigungsmagnet oder Kontaktbetätigungsmagnete an einem geeigneten bewegten Teil des Motors befestigt sind, um Steuerimpulse zu erzeugen, die zum Anzeigen des Beginns jedes Ansaughubes benutzt werden können. Beispielsweise können einer oder mehrere Magnete so angebracht sein, daß sie sich bei einem Motor mit obenliegender Nockenwelle mit letzterer drehen, so daß Reed-Relais sequentiell betätigt werden und die erforderlichen Impulse erzeugen. Bei einem weiteren Verfahren zur Gewinnung solcher Impulse kann ein

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Zahnrad verwendet werden, das sich mit dem Motor dreht und Impulse verursacht, wenn jeder Zahn an einem Fühler vorbeigeht, beispielsweise an einer Induktionsspule, einem Optokoppler oder dgl. Das Rad kann Impulse mit einer Frequenz erzeugen, die ein Vielfaches der erforderlichen Frequenz ist. Die Impulse werden dann einer Teilerschaltung zugeführt, um die korrekte Impulsfrequenz zu erzeugen. Ein Zahn kann langer sein als der andere, um den oberen Totpunkt anzuzeigen. In noch einer weiteren Anordnung kann eine mit dem Hall-Effekt arbeitende Vorrichtung benutzt werden, die durch einen rotierenden Magnet getriggert wird, der dem Motor betriebsmäßig zugeordnet ist.

Die Länge jedes Signalstoßes aus dem Oszillator wird in Abhängigkeit von Motorbetriebszuständen gesteuert und ein Steuerverfahren besteht darin, die Impulslänge in Abhängigkeit von den Motorumdrehungen einerseits und von dem Drosselklappenwinkel andererseits einzustellen. Signale zum Anzeigen des Drosselklappenwinkels können mittels eines einfachen Drehpotentiometers und Signale zum Anzeigen von Motorumdrehungen können mittels eines Tachogenerators erzeugt werden, wobei die beiden Parameter berechnet werden, um die Länge der Oszillatorsignalstöße zu steuern.

Ein weiteres Verfahren zur Steuerung der Länge der Oszillatorsignalstöße besteht darin, den Stoß in Abhängigkeit von dem Druck im Ansaugrohr des Motors im Vergleich mit dem Atmosphärendruck zu steuern.

Die Torschaltungsanordnung kann mehrere Triacs enthalten, von denen einer jedem Wandler zugeordnet ist. Die Triacs sind so geschaltet, daß Impulse aus dem Oszillator den Wandlern über die Triacs zugeführt werden, die in Abhängigkeit von den Steuerimpulsen in den leitenden Zustand gesteuert sind.

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Die Steuer- oder Gate-Elektroden der Triacs können mit den Steuerimpulsen jeweils über einen Optokoppler gespeist werden, der für eine gute Isolation sorgt.

Jn einer Ausführungsform weisen die Optokoppler jeweils eine Eingangsphotodiode auf, die mit einem Ausgangsphototransistor optisch gekoppelt ist, und sind so angeordnet, daß die Triacs, denen sie betriebsmäßig zugeordnet sind, jeweils über einen Kopplungstransistor gespeist werden.

Eine Stromquelle für die Optokoppler und für den Kopplungstransistor kann eine Wicklung umfassen, die mit dem Oszillator gekoppelt und so angeordnet ist, daß die Optokoppler und der Kopplungstransistor über einen Gleichrichter gespeist werden, der aus einer Diodenbrückenschaltung bestehen kann, die so geschaltet ist, daß sie als ein Dppelweggleichrichter arbeitet, und es ist eine künstliche Last vorgesehen, die den Oszillator belastet, so daß der Oszillator anschwingt und das Oszillatorausgangssignal auch in dem Fall aufrechterhalten wird, in welchem einer der Triacs nicht leitet und den Oszillator somit nicht mit seinem zugeordneten Wandler belastet.

Verschiedene Arten von Photokopplern können benutzt werden und eine weiter vorgesehene Art von Photokoppler enthält einen Kopplungstransistor, der in Darlington-Schaltung mit dem Phototransistor verbunden ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Systems zur Versorgung

von mehreren ultraschallgesteuerten Kraftstoffeinspritzdüsen aus einem einzelnen Oszillator,

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Fig. 2 ein Kurvendiagramiri/ das zu dem Betrieb der

in Fig. 1 gezeigten Schaltung gehört, und

Fig. 3 eine Schaltung einer weiteren Optokoppler

anordnung, die in der Schaltung von Fig. 1 verwendbar ist.

Fig. 1 zeigt vier Wandler 1, 2, 3 und 4, die über Triacs 5 bzw. 6 bzw. 7 bzw. 8 gespeist werden. Die Triacs 5 bis 8 werden über Sammelschienen 9 und 10 aus einem Ausgangstransformator 11 eines Ultraschallsteuerosziilators gespeist. Widerstände 12'und 12"und ein Kondensator 13, die innerhalb der gestrichelten Umrißlinie 14 dargestellt sind, welche Bauteile umschließt, die Teil des Oszillators sind, bilden · drei Arme einer Brückenschaltung, deren anderer Arm durch eine Belastung gebildet wird, die den Samme!schienen 9 und durch, den einen oder anderen der Wandler 1 bis 4 dargeboten wird, je nach dem, welcher der Triacs 5 bis 8 leitend ist. In dem Fall,daß keiner der Triacs leitend ist, wird eine künstliche Last durch einen Widerstand 15 gebildet, der ständig· an die Sammelschienen 9 und 10 angeschlossen ist. Die Steuerelektroden 5a, 6a, 7a und 8a der Triacs 5 bis 8 werden über Kopplungstransistoren 16 bzw. 17 bzw. 18 bzw. gespeist, welche über Optokoppler 20 bzw. 21 bzw. 22 bzw. gespeist werden. Jeder Optokoppler enthält eine Photodiode 24 und einen lichtempfindlichen Transistor 25. Die Optokoppler 20 bis 23 werden über Eingangsleitungen 26 bzw. 27 bzw. 28 bzw. 29 gespeist.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung betätigt ein Steuerimpuls auf der Leitung 26 den Optokoppler 20, den Kopplungstransistor 16 und den Triat 5, welcher leitet und den Wandler 1 mit den Sammelschienen 9 und 10 verbindet, an denen das Oszillatorsignal anliegt. Es ist somit zu erkennen, daß der eine oder andere der Wandler 1 bis 4 abhängig davon angesteuert wird, an welche der Leitungen 26 bis 29 ein Steuer-

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impuls angelegt wird. Der Strom für- die Optokoppler und für die Kopplungstransistoren wird über eine Wicklung 30 zugeführt, die mit dem Oszillator induktiv gekoppelt ist und die Optokoppler 20 bis 23 und die Kopplungstransistoren 16 bis 19 über einen Dioden-Doppelwegbrückengleichrichter 31 speist. Da der Oszillator immer über die Sammelschienen 9, 10 mit der künstlichen Last 15 belastet ist, schwingt der Oszillator immer an, selbst wenn keiner der Wandler über einen Triac mit den Sammelschienen verbunden ist, und so kann Strom über die Wicklung 30 dem Doppelweggleichrichter 31 zugeführt werden, wenn der Oszillator anschwingen soll. Der Oszillator enthält Verstärkungselemente, die innerhalb des Blockes 32 dargestellt sind, und Rückkopplungselemente 33.

Der Betrieb der Schaltung wird nun unter Bezugnahme auf die Kurvendiagramme in Fig. 2 beschrieben. In Fig. 2 sind die Ansaughubperioden als Perioden P., P₃, P₃ und P₄ dargestellt, wobei eine Periode zu jedem Zylinder gehört. Eine Steuerimpulserzeugungsanordnung ist vorgesehen, die synchron mit dem Motor arbeitet, um die Steuerimpulsfolgen a, b, c und d zu erzeugen, die an die Leitungen 26 bzw. 27 bzw. 28 bzw. 29 angelegt werden. Die Impulsfolgen können durch irgendeine zweckmäßige Methode erzeugt werden, beispielsweise mittels Reed-Relais, die sequentiell durch einen Magneten betätigt werden, der mit irgendeinem rotierenden Teil des Motors gekuppelt ist, beispielsweise mit der Nockenwelle. Der Oszillator wird mittels an eine Leitung 34 angelegter Impulse synchron gesteuert und erzeugt Schwingungsstöße, wie sie die Kurve e zeigt. Kraftstoff wird nur während der Perioden der Impulse e dem Brennraum zugeführt und es ist somit erforderlich, daß die Länge des Impulses e entsprechend den Betriebserfordernissen des Motors gesteuert wird. Verschiedene Methoden des Einstellens der Impulslänge sind oben erwähnt worden. Es kann aber jede zweckmäßige Einstellmethode benutzt werden.

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An den dargestellten Anordnungen können im Rahmen der Erfindung verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, von denen eine in Fig. 3 gezeigt ist, in welcher gleiche Teile wie in Fig. 1 gleiche Bezugszeichen tragen. Es kann eine andere Photokoppleranordnung vorgesehen sein, wie sie innerhalb der gestrichelten Umrißlinie 35 dargestellt ist, wobei ein Kopplungstransistor 36 in Darlington-Schaltung mit einem lichtempfindlichen Transistor 37 verbunden und mit einer Photodiode 38 optisch gekoppelt ist. Die anderen Teile der Schaltung entsprechen den in Fig. 1 gezeigten Teilen, so daß der Optokoppler 35

den Triac 5 speist. Die anderen Triacs 6,7 und 8 sind in gleicher Weise mit nicht dargestellten Optokopplern verbunden .

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 können den Wandlern 1 bis Kondensatoren 1a bis 4a parallelgeschaltet sein, um Herstellungstoleranzen zu kompensieren, so daß jeder Wandler seinem zugeordneten Triac die gleiche Impedanz darbietet.

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Leerse ite

Claims

Patentansprüche :

Ultraschallkraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen, durch einen piezoelektrischen Wandler, der jeder Düse betriebsmäßig zugeordnet ist, durch einen Oszillator zum Erzeugen eines Ultraschallsignals zum Ansteuern des Wandlers und durch eine Torschaltungsanordnung, die im Gebrauch auf in Abhängigkeit von Motorbetriebszuständen erzeugte Steuerimpulse anspricht und die Wandler mit Signalstößen aus dem Oszillator versorgt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen von einer Bauart sind, bei welcher eine Kugel durch Kraftstoffdruck normalerweise dicht gegen einen Ventilsitz gedrückt wird und auf das Anlegen eines elektrischen Ultraschallsteuersignals an den Wandler hin, dem die Düse betriebsmäßig zugeordnet ist, gelöst wird, damit einem Brennraum Kraftstoff zugeführt wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltungsanordnung so aufgebaut ist, daß die Kraftstoffeinspritzdüsen sequentiell gespeist werden, so daß das System für die Verwendung in BetriebsZuordnung zu einem Verbrennungsmotor geeignet ist, der mehr als einen Brennraum hat, wobei eine Kraftstoffeinspritzdüse für jeden Brennraum vorgesehen ist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Verbrennungsmotor mit einem Zahnrad, das so angeordnet ist, daß es mit dem Motor rotiert und beim Vorbeigang jedes Zahns an einem Fühler Impulse verursacht, die der Torschaltungsanordnung zugeführt werden.

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-JB-
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler eine Induktionsspule umfaßt.
6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler einen optischen Detektor umfaßt.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltungsanordnung mehrere Triacs enthält, von denen einer jedem Wandler zugeordnet ist und die so geschaltet sind, daß Impulse aus dem Oszillator den Wandlern über die Triacs zugeführt werden, die auf die Steuerimpulse hin in den leitenden Zustand gesteuert v/erden.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden der Triacs mit den Steuerimpulsen jeweils über einen Optokoppler versorgt werden.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

die Optokoppler jeweils eine Eingangsphotodiode enthalten, die jeweils mit einem Ausgangsphototransistor optisch gekoppelt und so angeordnet sind, daß sie die Triacs, welchen sie betriebsmäßig zugeordnet sind, jeweils über einen Kopplungstransistor speisen.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle für den Optokoppler und für den Kopplungstransistor eine Wicklung umfaßt, die mit dem Oszillator gekoppelt und so angeordnet ist, daß sie den Optokoppler und den Kopplungstransistör über einen Gleichrichter speist, der aus einer Diodenbrückenschaltung besteht, die so geschaltet ist, daß sie als Doppelweggleichrichter arbeitet.
11. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Optokoppler einen Kopplungstransistor enthält, der in Darlington-Schaltung mit dem Phototransistor verbunden ist.

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- ver -
12. System nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Wandler ein Kondensator parallelgeschaltet ist, so daß die jedem Triac dargebotene Kapazität im wesentlichen die gleiche ist.

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