DE2939013C2

DE2939013C2 - Elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE2939013C2
Application number: DE2939013A
Authority: DE
Inventors: Hatsuo Yokosuka Kanagawa Nagaishi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-09-27
Filing date: 1979-09-26
Publication date: 1984-06-14
Also published as: US4275694A; GB2032138B; JPS5546033A; GB2032138A; JPS627377B2; DE2939013A1

Description

— ein Signalgeber (30), der aui" den öffnung.igrad des Drosselventils (16) und die Maschinendrehzahl anspricht, ein zweites Signal liefert, das dem Ansaugluftstrom entspricht und

— ein Signalauswähler (34) eines der beiden Signale, die dem Ansaugluftstrom entsprechen, an die Kraftzufuhrsteuerschaltung (36) in der Weise weiterleitet, daß das erste Signal normalerweise an die Kraftstoffzufuhrsteuerschaltung (36) geliefert ist und das zweite Signal dann an die Kraftstoffzufuhrsteuerschaltung (36) geliefert ist, wenn die Belastung der Verbrennungskraftmaschine einen vorbestimmten Wert übersteigt.

2. Kraflstoffeinspritzeinrichiung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalauswähler (34) das zweite Signal an die Kraflsloffzufuhrsteuerschaltung (36) nur dann liefert, wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils (16) einen bestimmten Wert überschreitet.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalauswähler (34) das zweite Signal nur dann an die Kraftstoffzufuhrsteuerschaltung (36) liefert, wenn das stromabwärts vom Drosselventil (16) vorhandene Vakuum im Ansaugkanal einen bestimmten Wert überschreitet.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Signalauswähler (34) auf einen Ausfall des Karman'schen Wirbelstromsensors in der Weise anspricht, daß das zweite Signal unabhängig von der Belastung der Verbrennungskraftmaschine an die Kraftstoffzufuhrsteuerschaltung (36) geliefert wird.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalauswähler (34) ein Alarmsignal veranlaßt, wenn der Karman'sche Wirbelstromsensor ausfällt.

Die Erfindung betriffl eine elektronisch gesteuerte Krafistoffeinspriizcinricliiung n;ich dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen aus der DI'OS 24 4b 856 bekannten Kral'lstoffeinsprii/einrichtung ist im Ansaugkanul stromaufwärts vom Drosselventil ein Karman'scher Wirbelsiromsensor ungeordnet, der ein erstes Signal er-/.cud. das dem Ansaiigliiftsirom einspricht. Ferner besitzt die bekannte Kraftsioffeinspritzeinrichtung eine Kraftstoffzuführsteuerschaltung, die in Abhängigkeit vom Meßergebnis für den Ansaugluftstrom für die Verbrennungskraftmaschine, die Lieferung der eingespritzten Kraftstoffmenge steuert

Der Karman'sche Wirbelströmungsmesser nützt die Tatsache aus, daß die Frequenz, bei der der Karman'sche Wirbel durch einen in einer Strömung angeordneten säulenförmigen Gegenstand erzeugt werden, proportional ist der Transportgeschwindigkeit des fließfähigen Mediums. Wenn jedoch Störungen in der Strömung aufgrund der Saugwirkung eines pulsierenden Vakuums entstehen, werden die Wirbel unregelmäßig erzeugt, wodurch Fehler in die Messung der angesaugten Luftmenge eingebracht werden. Wenn die Maschine mit Vollgas oder annähernd Vollgas betrieben wird, wird die dämpfende Wirkung des Drosselventils auf die Pulsation verringert und die Saugwirkung dieser Vakuumpulsation wird über das Drosselventil auf den stromaufwärts liegenden Teil des Ansaugkanals übertragen, so daß in die Messung der angesaugten Luftmenge große Fehler eingebracht werden. Diese Schwierigkeiten treten insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen auf, die eine geringe Zylinderanzahl aufweisen. Diese erzeugen nämlich eine relativ große Saugwirkung der Vakuumpulsation.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine jo äußerst genaue Messung der angesaugten Luftmenge für einen breiten Betriebsbereich der Maschine während des Betriebs erzielt werden kann, so daß in Abhängigkeit von dieser Messung eine genaue Einstellung des Kraftstoff-Lufiverhältnisses möglich ist und damit der j¹; Kraftstoffverbrauch wirtschaftlicher gestaltet und die Entstehung von Abgasen verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten Weiterbildungen der Erfindung.

Aus der DE-OS 20 38 888 ist zwar die Steuerung der Einspritzimpulslänge in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Drosselöffnungssensors, der den Öffnungsgrad des Drosselventils angibt, bekannt, jedoch wird bei Vy dieser bekannten Steuerung kein Signalauswähler verwendet der ein erstes vom Karman'schen Wirbelstromsensor kommendes Signal normalerweise an die Kraftstoffzufuhrsteuerschaltung liefert und ein zweites vom Öffnungsgrad des Drosselventils abhängiges Signal dann liefert, wenn die Belastung der Verbrennungskraftmaschine einen bestimmten Wert überschreitet. Insofern können auch mit dieser bekannten Steuerung Schwierigkeiten nicht beseitigt werden, die beim Auftreten von Fehlern bei der Messung der Ansaugluft in Maschinen, welche im Ansaugkanal mit einer Wirbelablösungseinrichtung ausgestattet sind, entstehen.

In der älteren Patentanmeldung P 27 42 763.0-13 sind ferner eine erste Steuerschaltung, die die Brennstoffeinspritzvorrichtung in Abhängigkeit von den Ausgangssibo gnalen des Meßgerätes für den Ansaugluftstrom und der Maschinendrehzahl betätigt und eine zweite Steuerschaltung, die die Brennstoffeinspritzvorrichtung in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Druckdetektors und der Maschinendreh/.ahl betätigt, \orgesehlatv> gen. Durch eine Wählschaliung wird die erste Steuer Schaltung ausgewählt, wenn die Ansaugliifimengc unter dem vorgegebenen Wert liegt und die /weite Steuerschaltung, wenn die Ansaugliil'imcngc über dem vorge-

gcbcnen Wert liegt

Das in der älteren Palentschrift vorgeschlagene Brennstoffeinspritzsystem verwendet zur Messung des Ansaugluftstroms eine in der Ansaugleitung vorgesehene starre Druckmeßplatte und eine die Meßplatie gegen die Luftströmung drückende Feder. 3ei starken Änderungen der Ansaugluftmenge in Abhängigkeit von der öffnung des Drosselventils besteht die Gefahr, daß das Meßgerät für die Ansaugluft die Ansauglufimenge über den gesamten Öffnungsbereirh des Drosselventils ungenau mißt. Dies hat seinen Grund darin, daß das Meßgerät für die Ansaugluftmenge so gestaltet ist, daß es seine vollständig geöffnete Position erreicht, wenn die Ansaugluft etwa den halben maximalen Wert erreicht hat. Höhere Ansaugluftmengen können daher nicht mehr genau gemessen werden. Die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung muß dann in Abhängigkeit von anderen Strömungsdruckdetektoren gesteuert werden. Die Problematik, welche der älteren Patentanmeldung zugrunde liegt, ist daher anders als bei der Erfindung. Dies hat seinen Grund insbesondere auch darin, daß in der älteren Patentanmeldung die Ansaugluft mit einem anderen Meßgerät ermittelt wird als bei der Erfindung, bei welcher ein Karman'scher Wirbelstromsensor zum Einsatz kommt.

In vorteilhafter Weise kann die elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung der Erfindung bei Verbrennungskraftmaschinen mit einer geringen Zylinderanzahl verwendet werden. Außerdem läßt sich die Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem geringen Aufwand herstellen.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Ansaugsystem einer Maschine, in welchem ein Karman'scher Wirbelströmungssensor eingebaut ist;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;

F i g. 3 eine Kurvendarstellung der Drosselöffnung gegenüber der Maschinendrehzahl zur Erläuterung des Betriebs der Signalauswähleinrichtung;

Fig.4 den Bereich, in welchem die Genauigkeit der Ansaugluftmessung des Karman'schcn Wirbelströniungssensors unzureichend ist;

F i g. 5 in teilweise geschnittener Darstellung und als Blockschaltbild ein zweites Ausführungsbe'spiel der Erfindung, bei welchem die Signalauswähleinrichtung mit einem druckempfindlichen Schalter ausgerüstet ist:

F i g. 6 ein Blockschaltbild, das einen Sensor zur Messung der Änderungsgeschwindigkeit der Drosselöffnung darstellt und

Fig.7 ein Blockschaltbild mit einer Sicherheitseinrichtung, welche Fehler des Karman'schen Wirbelströmungssensors feststellt.

Das in der Fig. 1 dargestellte Ansaugsystem enthält einen Ansaugkanal 10, dessen eines Ende an Atmosphärenluft über einen Luftreiniger 12 liegt. Das entgegengesetzte Ende ist mit einer Ansaugverteilereinrichtung 14 an der Maschine, welche zu den vier Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine führt, angeschlossen. Der Ansaugkanal 10 enthält ein Drosselventil 16, einen Karman'schen Wirbelströmungssensor 18 stromaufwärts vom Drosselventil 16 und einen Luftströmungsrcgier 20 stromabwärts vom Karman'schen Wirbelströmungssensor 18 zur Regelung des Ansaugluftstroms. Ein Drosselöffnungssensor 22, der in Form eines Potentiometers vorgesehen sein kann, steht in Antriebsverbindung mit dem Drosselventil 16 und ermittelt den Öffnungsgrad ili\s Di (j.sselvcnliles b/.w.'dcr Drosselklappe 16.

Der Karman'sehc Wirbclströmungssensor 18 enthält ein säulenförmiges Bauteil 18a. in welchem eine Durchgangsbohrung 186 mit einem dünnen heißen Draht 18c vorgesehen ist Wenn eine Trennung des fließfähigen Mediums abwechselnd zu beiden Seitenflächen des säulenförmigen Bauteils 18a auftritt, werden Karman'sche Wirbel erzeugt. In der Durchgangsbohrung 18f> tritt eine Luftströmung auf. durch die der heiße Draht 18c gekühlt wird, so daß sich der Widerstandswert des Drahtes ändert. Ein aus der Widerstandsänderung abgeleitetes Signal wird an eine Signalaufbereitungsschaltung 24 weitergeleitet, in welcher eine Formung der Wellenform stattfindet.

Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, wird das Ausgangssignal der Signalaufbereitungsschaltung 24 an einen Digital-Analogwandler 26 weitergeleitet, in welchem eine Umwandlung von der digitalen in die analoge Form stattfindet. Der Digital-Analogwandler spricht auf Atmosphärendruck an und es werden die Meßergebnisse für die Ansauglufttemperatur zur Korrektur der Volumenmessung der Ansaugluft verwendet, um ein Meßergebnis für die Luftmengenströmung zu gewinnen. Hierzu besitzt der Digital-Analogwandler 26 einen Eingang für den Atmosphärendruck und einen Ansauglufttemperatursensor 28. Eine Strömungsableitungsschaltung 30 empfängt Eingangssignale vom Drosselöffnungssensor 22 und einem Maschinendrehzahlsensor 32. Diese Schaltung leitet ein Meßergebnis für die Ansaugluftströmung ab in Abhängigkeit von den Meßergebnissen für die Drosselöffnung und die Maschinendrehzahl. Die Strömungsableitungsschaltung 30 spricht auf Atmosphärendruck und auf die Meßergebnisse für die An- sauglufttempcratur an und korrigiert das Volumenmeßergebnis für die Ansauglufiströmung in ein Meßergebnis für den Luftmengenstrom. Hierzu besitzt die Strömungsableitungsschaltung 30 einen zusätzlichen Eingang für den Atmosphärendruck und den Ansauglufttemperatursensor 28. Die Pegel der Bezugsspannungen des Digital-Analogwandlcrs 26 und der Strömungsableitungsschaltung 30 sind gleich gewählt.

Die Ausgangssignale des Digital-Analogwandlers 26 und der Strömungfablcitungsschaltung 30 werden an eine Signalwahleinrichtung 34 geliefert, die in Abhängigkeit von der Drosselöffnung und der Maschinendrehzahl arbeitel. Diese Schaltung wählt eines der Signale, welche die Ansaugluftströmung anzeigen und welche vom Digital-Analogwandler 26 und der Strömungsableilungsschaltung 30 geliefert werden, aus. Die Signalauswählschaltung 34 besitzt zusätzliche Eingänge, welche mit dem Drosselöffnungssensor 22 und dem Maschinendrehzahlsensor 32 verbunden sind. Der Ausgang der Signalauswählschaltung 34 ist mit einer Kraftstoffzufuhrsteucrschaltung 36 verbunden. Diese arbeitet in Abhängigkeil von dem Signal, das die Ansaugluftströmung anzeigt, und erzeugt einen Einspritzimpuls für jedes Einspritzventil eines jeden Zylinders #1 bis # 4 synchron mit der Drehung der Maschine. Der Einspritzim-

bo puls besitzt eine Impulsbreite die in Abhängigkeit vom Meßergebnis für die Ansaugluftströmung gewählt ist und in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsbedingungen der Maschine, wie beispielsweise Drosselöffnung, Maschinendrehzahl und Kühlwassertemperatur,

b5 korrigiert wird, so daß das Kraftstoffeinspritzventil eine geeignete Kraftstoffmenge in jeden Zylinder einspritzt, um ein opiimalcs Verhältnis für das Kraftstoff-Luftgemisch zu erzielen.

Die Fig.3 zeigt die Drosselöffnung in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl, wobei die ausgezogenen Kurven verschiedenen Ansaugluftströmungen und die strichlierten Kurven verschiedenen Maschinensaugunterdrücken entsprechen. Wie aus der F i g. 3 zu ersehen ist. hängt der Ansaugluftstrom im wesentlichen von der Maschinendrehzahl ab und läßt sich insofern allein von der Maschinendrehzahl ableiten oder kann mit hoher Genauigkeit von der Maschinendrehzahl und der Drosselöffnung abgeleitet werden, wenn die Maschine mit hoher Belastung oder im Bereich oberhalb der Linie A, in welchem die Ansauglufiströmungsmessung des Karman'sehen Wirbclströmungssensors 18 niedrig ist, wegen der schon im vorstehenden erwähnten Saugwirkung der Vakuumpulsation, betrieben wird. Andererseits kann der Karman'schc Wirbelströmungssensor 18 eine äußerst genaue Messung der Ansaugluftslrömung ohne Störung in seiner Ausgangswellenform durchführen, wenn die Maschine mit niedriger Belastung bzw. im Bereich unterhalb der Linie A betrieben wird. Insofern läßt sich eine äußerst genaue Messung der Ansaugluftströmung in einem breiten Belriebsbereich der Maschine erzielen, wenn man die Signalauswählschaltung 34 in der Weise auslegt, daß sie in Abhängigkeit von der Drosselöffnung und der Maschinendrehzahl arbeitet, wobei das Signal, welches die Ansaugluftströmung anzeigt, vom Digital-Analogwandler 26 zur Kraftzufuhrsteuerschaltung 36 weitergeleitet wird, wenn die Maschine im Bereich unterhalb der Linie A betrieben wird und das Signal, welches die Ansaugluftströmung anzeigt, von der Strömungsableitungsschaltung 30 zur Kraftstoffzufuhrsteuerschaltung 36 geleitet wird, wenn die Maschine im Bereich oberhalb der Linie A betrieben wird. In der Fig.4 ist die Saugwirkung des in der Maschine herrschenden Unterdrucks gegenüber der Maschinendrehzahl aufgetragen. Die strichlierte Fläche in der Fig.4 bezeichnet den Bereich, in weichem die Genauigkeit der Messung für die Ansauglufiströniung durch den Karman'schen Wirbelsirömungssensor 18 aufgrund der Saugwirkung der Vakuumpulsation gering ist. Dieser Bereich entspricht Vollgas oder angenähert Vollgas.

Aus der Fi g. 3 ist außerdem zu ersehen, daß man die Saugwirkung des Maschinenunlerdrucks verwenden kann, um festzustellen, ob die Maschine mit geringer oder hoher Belastung, d. h. im Bereich unter oder oberhalb der Linie A betrieben wird.

In der F i g. 5 ist ein druckabhängiger Schalter 40 dargestellt, der auf die Saugwirkung des Maschinenunterdrucks anspricht und feststellt, ob die Saugwirkung des Maschinenunterdrucks unterhalb oder oberhalb eines bestimmten Wertes liegt. Der druckabhängige Schalter 40 besitzt ein Schaltergehäuse 42, eine Membran 44, die quer im Innern des Schaltergehäuses 42 angeordnet ist und eine Vakuumkammer 46 bildet, welche über eine Öffnung 48 mit dem Ansaugkanal 10 stromabwärts von der Drosselklappe 16 in Verbindung steht. Ferner besitzt der Schalter einen beweglichen Kontakt 50, der auf der Oberflächenseite der Membran 44 angeordnet ist, die von der Vakuumkammer 46 abgewendet ist. Ferner ist ein stationärer Kontakt 52 vorgesehen, der dem beweglichen Kontakt 50 gegenüberliegt. Ferner drückt eine Feder 54 die Membran 44 in Richtung auf den stationären Kontakt 52 (nach links in der F i g. 5). Auf diese Weise kann der bewegliche Kontakt 50 mit dem stationären Kontakt 52 zur Erzeugung eines Steuersignals an die Signalsauswählschaltung 34 in Kontakt gebracht werden, wenn die Saugwirkung des Maschinenunterdrucks unterhalb eines bestimmten Wertes (beispielsweise 25 mmHg) liegt. Wenn die Saugwirkung des Maschinenvakuums über diesem voreingestellten Wert liegt, wird die Membran 44 in entgegengesetzte Richtung in der Figur nach rechts bewegt gegen die Kraft der Feder 54. Auf diese Weise wird der bewegliche Kontakt 50 außer Berührung mit dem stationären Kontakt 52 gebracht.

In der Fig.6 ist eine Detektorschaltung 56 dargestcllt.j die die Drosselöffnungsändcrungsgeschwindigkt'it feststellt. Diese Schaltung ermittelt die Geschwindigkeit der Änderung der Drosselöffnung pro Zeiteinheit und erzeugt ein Signal, welches die Änderungsgesehwindigkeil der Drosselöffnung anzeigt. Dieses Signal wird an die Kraftstoffzufuhrsteuerschaltung 36 geliefert, so daß die Impulsbreite des Einspritzimpulses in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit der Drosselöffnung korrigiert wird. Auf diese Weise gewinnt man eine verbesserte Genauigkeit der Steuerung des Mischverhältnisses des Kraftstoff-Luftgemisches.

Wenn ein äußerst dünner heißer Draht als Element des Karman'schen Wirbelströmungssensors 18 verwendet wird, besteht die Gefahr des Bruches des heißen Drahtes 18c Es läßt sich dann keine Steuerung des Kraftstoff-Luftgemisches im Kraftstoffeinspritzsystem er/.ielcn wenn die Maschine bei niedriger Belastung betrieben wird.

Die F i g. 7 zeigt eine Sicherheitseinrichtung, welche den Bruch des heißen Drahtes 18c feststellt. Diese Si-

jo eherheitseinrichiung versetzt die Signalauswählschaltung 34 in einen solchen Zustand, daß sie unabhängig von dem Maschinenbetrieb das Signal, welches die Ansuugluflströmung anzeigt, von der Strömungsableitungsschaltung 30 an die Kraftstoffzufuhrsteuerschal-

j-, tung 36 weiterleitet. Die Sicherheitseinrichtung enthält drei Rcgisiriereinrichlungen bestehend aus einer Widcrstandsbrückenschaltiing 58, in welcher der heiße Draht 18c- des Karman'schen Wirbelströmungssensors 18 enthalten ist. Ferner besitzt die Sicherheitseinrichtung eine Fehlerdetektorschaltung 60, die auf eine Spannungsänderung anspricht, welche beim Bruch des heißen Drahtes 18 auftritt. Die Fehlerdetektorschaltung erzeugt ein Befehlssignal an die Signalauswählschaltung 34. In bevorzugter Weise können Alarmeinrichtungen vorhanden sein, die in Abhängigkeit vom Befehlssignal ein Alarmsignal abgeben, so daß dem Fahrer der Bruch des heißen Drahtes angezeigt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung schafft, mit der die Kraftsloffmenge, weiche in die Maschine eingespritzt wird, in Abhängigkeit vom Meßergebnis für die Ansaugluftströmung gesteuert wird, wobei die Ansaugluftströmung von einem Karman'schen Wirbelströmungssensor gemessen wird, wenn die Maschine mit niedriger Belastung betrieben wird. Wenn die Maschine mit hoher Belastung betrieben wird, erfolgt die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit von der Messung für die Ansaugluftströmung, welche aus den Meßergebnissen für die Drosselöffnung und die Maschinendrehzahl abgeleitet wurden. Das Kraftstoffeinspritzsystem der Erfindung ermöglicht eine äußerst genaue Steuerung der Kraftsioffzufuhr, so daß man einen wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch erzielt. Außerdem können die Ab-

b5 gaswerte erheblich verbessert werden und ein aufwendiger Luftströmungssensor ist überflüssig. Die Krafteinspritzeinrichtung der Erfindung kann bei Verbrennungskraftmaschinen mit geringer Zylinderzahl, bei de-

nen eine relativ hohe Saugwirkung der Vakmimpulsation in Erscheinung tritt, Verwendung finden, da die Ausgangssignale des Karman'schen Wirbelsiromnngsscnsors nur dann verwendet werden, wenn die Maschine mit niedriger Belastung betrieben wird.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Eiektronisch gesteuerte Kraftstoff einspritzeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugkanal, in welchem ein Drosselventil angeordnet ist, einem im Ansaugkanal stromaufwärts vom Drosselventil angeordneten Karman'schen Wirbelstromsensor zur Erzeugung eines ersten Signals, das dem Ansaugluftstrom entspricht, einer Kraftstoffzufuhrsteuerschaltung, die in Abhängigkeit vom Meßergebnis für den Ansaugluftstrom die Lieferung der Kraftstoffmenge steuert, dadurch gekennzeichnet, daß