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Kraftstoffeinspritzanlage
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für, insbesondere mit Saugrohreinspritzung arbeitende, Brennkraftmaschinen, mit mindestens einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil und mit einem die jeweilige Offnungsdauer des Einspritzventils bestimmenden monostabilen Steuermultivibrator, der von wenigstens einer sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine ändernden Grösse in seiner Kippdauer beeinflussbar ist und von einem mit der Brennkraftmaschine gekuppelten Signalgeber ausgelöst wird, und mit einer selbsttätigen Sperrvorrichtung, durch welche Einspritzvorgänge dann verhindert werden, wenn die Drosselklappe in Leerlaufstellung steht und wenn gleichzeitig die Brennkraftmaschine mit wesentlich über der Leerlaufdrehzahl liegender Geschwindigkeit läuft.
Bei derartigen Kraftstoffeinspritzanlagen kann die bei jedem Arbeitshub in einen Zylinder der Brennkraftmaschine gelangende Kraftstoffmenge den jeweiligen Arbeitsbedingungen sehr genau angepasst werden. Hiebei ist vor allem von Vorteil, dass die von dem monostabilen Steuergerät eingestellte jeweilige öffnungsdauer des oder der Einspritzventile den Änderungen der Betriebsbedingungen sehr rasch folgt. Beim praktischen Betrieb hat es sich zur Vermeidung von unerwünschten Abgasanteilen als wünschenwert erwiesen, eine selbsttätige Sperrvorrichtung vorzusehen, durch welche Einspritzvorgänge dann verhindert werden, wenn die Drosselklappe der Brennkraftmaschine in Leerlaufstellung steht und wenn gleichzeitig die Brennkraftmaschine mit wesentlich über der Leerlaufdrehzahl liegender Geschwindigkeit läuft.
Ein derartiger, als Schiebebetrieb bezeichneter Betriebszustand tritt bei einer Fahrzeugbrennkraftmaschine dann auf, wenn die Antriebsräder des Fahrzeuges mit der Brennkraftmaschine fest gekuppelt sind und das Fahrzeug trotz fehlenden Antriebes sich infolge seiner Massenträgheitskräfte fortbewegt und dabei die als Bremse wirksam werdende Brennkraftmaschine antreibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in ihrem Aufbau einfache, jedoch in ihrer Wirkungsweise zuverlässige Sperrvorrichtung zu schaffen. Erfindungsgemäss wird hiezu vorgeschlagen, dass als Sperrvorrichtung ein monostabiler Schaltmultivibrator vorgesehen und zwischen dem Signalgeber und dem Steuermultivibrator angeordnet ist. Ein solcher monostabiler Schaltmultivibrator kann in einfacher Weise aufgebaut werden und beim Kippen vom stabilen in den labilen Zustand den die Einspritzdauer bestimmenden Steuermultivibrator auslösen, solange die für den Eintritt der Sperrwirkung vorgesehenen beiden Betriebsbedingungen, nämlich eine weit über der Leerlaufdrehzahl liegende Drehzahl der Brennkraftmaschine bei gleichzeitiger Leerlaufstellung der Drosselklappe, nicht gegeben sind.
Zweckmässigerweise enthält das monostabile Schaltgerät einen als Zeitglied dienenden Kondensator und einen Schalttransistor, der an seiner Basis, vorzugsweise über einen Gleichrichter, mit dem Kondensator und ausserdem über einen Widerstand mit einer den Schalttransistor in seinen stabilen Betriebszustand zurückführenden Betriebsstromleitung verbunden ist und ausserdem ein mit der Drosselklappe gekuppelter Schalter vorgesehen ist, welcher in der Leerlaufstellung der Drosselklappe den Entladevorgang des Kondensators stark verzögert.
Hiedurch lässt sich ohne weiteres erreichen, dass das Schaltgerät bei der gewünschten, beträchtlich über der Leerlaufdrehzahl liegenden
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Maschinendrehzahl in seinen labilen Schaltzustand übergeht, bei welchem sich an das Ende des vorausgehenden Impulses bereits der Anfang des nächstfolgenden Impulses ohne Pause anschliesst und daher auf den an den Ausgang des Schaltgerätes angeschlossenen Steuermultivibrator kein
Auslöseimpuls mehr weitergeleitet werden kann. Die für den Übergang in den Sperrzustand erforderliche Vergrösserung der Entladezeitkonstante des Kondensators lässt sich in besonders einfacher Weise dadurch erzielen, dass an den Kondensator ein Entladetransistor angeschlossen ist, dessen
Stromleitungszustand von dem mit der Drosselklappe gekuppelten Schalter beeinflussbar ist.
Zweckmässig liegt der Kondensator mit der Emitter-Kollektor-Strecke des Entladetransistors und mit einer ersten Diode sowie einem ersten Emitterwiderstand in Reihe, wobei mit dem Emitterwiderstand der mit der Drosselklappe gekuppelte Schalter verbunden ist.
Da es sich beim praktischen Betrieb als wünschenswert herausgestellt hat, diejenige Brennkraftmaschinendrehzahl, bei welcher die Sperrvorrichtung selbsttätig wirksam wird, bei sinkender Motortemperatur zu höheren Drehzahlwerten hin zu verschieben, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Entladetransistor mit seiner Basis an den Abgriff eines über der Betriebsspannung liegenden ersten Spannungsteilers angeschlossen ist und an seinem Emitter über eine zweite Diode und einen zweiten Emitterwiderstand mit dem Abgriff eines zweiten, über der Betriebsspannung liegenden Spannungsteilers verbunden ist, der einen mit der Brennkraftmaschine in wärmeleitender Verbindung stehenden, temperaturabhängigen Teilwiderstand enthält.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass der die instabile Kipplage des Schaltgerätes bestimmende Kondensator dann geringfügig langsamer entladen wird, wenn der Steuermultivibrator nicht ausgelöst wurde und die Maschinendrehzahl absinkt. Um in diesem Sinne ein Wiedereinsetzen der Einspritzimpulse bei niedrigeren Maschinendrehzahlen zu erreichen und sicherzustellen, dass die Einspritzimpulse bei höher liegenden Drehzahlen gesperrt werden, ist vorgesehen, dass in der Emitterzuleitung des Entladetransistors in Reihe mit einer dritten Diode ein dritter Emitterwiderstand vorgesehen ist und dass an den Steuermultivibrator über einen Koppelkondensator ein Hilfstransistor angeschlossen ist, der eine zum Entladetransistor entgegengesetzte Zonenfolge hat und an seinem Kollektor mit der dritten Diode und dem dritten Emitterwiderstand verbunden ist.
In den Zeichnungen ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine elektronisch gesteuerte Benzineinspritzeinrichtung dargestellt. Es zeigen : Fig. l eine Brennkraftmaschine und die mit ihr zusammenarbeitende Kraftstoffeinspritzanlage in einem Ubersichtsbild und in teilweise schematischer Darstellung, Fig. 2 die elektrische Steuereinrichtung der Kraftstoffeinspritzanlage in ihrem elektrischen Schaltbild.
Die in den Zeichnungen dargestellte Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine--l-trägt auf jedem der vier zu den einzelnen Zylindern führenden Verzweigungsstutzen ihres gemeinsamen Ansaugrohres --2-- je ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil--3--, welchem der
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wird, der aus der ebenfalls nicht dargestellten Sammlerbatterie des von der Brennkraftmaschine antreibbaren Fahrzeuges gespeist wird.
Die Einspritzventile--3--lassen jeweils eine zu ihrer Öffnungsdauer proportionale Kraftstoffmenge in die einzelnen Zylinder gelangen und werden durch elektrische, rechteckförmige Impulse in ihren Öffnungszustand gesteuert. Diese Öffnungsimpulse liefert ein Leistungstransistor --LT--, der hiezu von der nachstehend im einzelnen näher beschriebenen Steuereinrichtung in seinen stromleitenden Zustand gebracht wird, bei welchem er über den in Fig. l mit einem Kreuz angedeuteten Plusleitung der Sammlerbatterie und je einen im einzelnen nicht näher bezeichneten Widerstand den Elektromagnetwicklungen der Ventile Strom zufliessen lässt.
Die elektrische Steuereinrichtung enthält im einzelnen einen die jeweilige Öffnungsdauer der Einspritzventile bestimmenden monostabilen Steuermultivibrator-C-, dessen jeweilige Kippdauer in
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mitIm einzelnen enthält der Steuermultivibrator--C--einen Eingangstransistor--60-- und einen Ausgangstransistor--70--, die beide zum pnp-Typ gehören und mit ihren Emittern an eine gemeinsame, mit dem Minuspol einer zum Betrieb der Zündvorrichtung der Brennkraftmaschine dienenden, in den Zeichnungen nicht dargestellten Batterie verbundenen Minusleitung-M-angeschlossen sind.
Im Rückkopplungszweig zwischen dem Kollektor des Ausgangstransistors--70- und der Basis des Eingangstransistors--60--ist ein Transformator --71-- vorgesehen, dessen
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kurzzeitig stromleitend werden, wobei der mit dem Kollektor des Transistors--50--verbundene Koppelkondensator--52--über eine Diode--57--einen der bei--78--angedeuteten, den Eingangstransistor sperrenden Auslösesignalimpuls zu liefern vermag.
Um den gewünschten Abschneidevorgang bei Leerlaufstellung der in Fig. l bei-9-mit unterbrochenen Linien angedeuteten Drosselklappe und gleichzeitig bei einer über den festgelegten Mindestwert no = 2000 Umdr/min liegenden Drehzahl n zu erzielen, ist ein zum Schaltgerät --A-gehörender Leerlaufschalter--38--vorgesehen, welcher mit dem zum Verschwenken der Drosselklappe-9-dienenden Gaspedal-G-über ein in Fig. l mit strichpunktierten Linien
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zum Emitter des Entladetransistors--30--angeordnet sind.
Ausser der jeweiligen Schaltstellung des Leerlaufschalters --38-- kann noch eine zweite und eine dritte Einflussgrösse auf den Entladetransistor --30-- einwirken. Als zweite Einflussgrösse ist die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine wirksam. Diese wird am Abgriffspunkt --12-- eines aus einem Festwiderstand--21--und einem temperaturabhängigen Widerstand --20-- gebildeten
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seiner Basis an den Abgriff eines aus zwei Widerständen--26 und 27--gebildeten Spannungsteilers angeschlossen ist. Als dritte Einflussgrösse wirkt auf den jeweiligen Leitungszustand des Transistors
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angeschlossen.
Dieser Kondensator kann sich nur dann aufladen, wenn sich der monostabile Steuermultivibrator --C-- in seiner instabilen Kipplage befindet, bei welcher der Eingangstransistor --60-- gesperrt ist und daher dem Kondensator --73-- über den Kollektorwiderstand-65ein Ladestrom zufliessen kann. Sobald der Steuermultivibrator-C--am Ende eines Öffnungsimpulses in seine stabile Betriebslage zurückkehrt und der Eingangstransistor erneut stromleitend wird, sperrt die in diesem Zeitpunkt auf dem Kondensator --73-- sitzende Ladung den Transistor --80-- für eine kurze Zeitspanne, deren Dauer durch die Grösse des Kondensators --73-- und die Grösse des Widerstandes --83-- festgelegt ist.
Im einzelnen arbeitet die elektrische Steuereinrichtung nach Fig. 2 folgendermassen :
Sobald der Schalter --10-- in seine Schliessstellung gelangt, wird der Kondensator-23einseitig an die Minusleitung --M-- angeschlossen. Hiedurch entsteht ein negativer Spannungssprung in Höhe der Batteriespannung am Verbindungspunkt--28--.
Die Diode--24--sperrt und die Diode --25-- öffnet, so dass der negative Sprung auch am Punkt --39-- auftritt. Zwischen den
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so dass er die Impulszeit des monostabilen Multivibrators nach dem Ladungsaustausch nicht mehr beeinflusst, während sich der Kondensator --31-- über den Widerstand --43-- und den Transistor
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30--entlädt.Kondensator --52-- und den Widerständen--53 und 54--bestehende Differenzierglied und über die Diode-57-an den Punkt --68-- übertragen und erzeugt dort den Auslöseimpuls --78--.
Die Diode--62--sperrt und unterbricht den Basisstrom des Transistors--60--, so dass dieser seinerseits gesperrt wird. Der Transistor--70--wird jetzt leitend und der Stromanstieg im übertrager --71- wird über dessen Sekundärwicklung und die Diode --64-- auf den Punkt--68--
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übertragen und hält den Transistor --60-- auch nach Abklingen des Auslöseimpulses gesperrt. Der Kondensator --73-- wird über den Widerstand-65-, die Diode --82-- und die
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Saugrohrunterdruck abhängt, beendet, so kippt der Steuermultivibrator-C-in seine stabile Lage zurück.
Der Transistor --60-- wird leitend und der negative Sprung an seinem Kollektor sperrt über den Kondensator --73-- die Diode --82--, so dass auch der Transistor --80-- sperrt, bis der Kondensator --73-- sich über den Widerstand --83-- entladen hat.
Der Transistor--40--sei immer noch gesperrt. Bei betriebswarmer Brennkraftmaschine ist der temperaturabhängige Widerstand --20-- niederohmig und die Diode --32-- gesperrt, so dass über den Widerstand --33-- kein Entladestrom des Kondensators-31-fliessen kann. Der Schalter --38-- sei geschlossen. Er ist mit der Drosselklappe --9-- gekuppelt und meldet, dass sich diese in Leerlaufstellung befindet. Dann kann auch über den Widerstand --37-- kein Entladestrom des Kondensators --31-- fliessen, da die Diode--36--in Sperrichtung vorgespannt ist.
Solange der Transistor --60-- stromleitend ist, wird die Diode-34-in Sperrichtung vorgespannt und über den Widerstand --35-- fliesst kein Entladestrom des Kondensators--31--.
Wird nach Ablauf eines Impulses des Steuermultivribrators--C--der Transistor--80--über eine bestimmte Zeit gesperrt, so kann über den Widerstand-35--, die Diode --34-- und den Transistor --30-- ein Strom fliessen. Der Kondensator --31-- wird während dieser Sperrzeit des Transistors --80-- schneller entladen.
Ist nach einer durch den Leitungszustand des Entladetransistors--30--bestimmten Zeit der Kondensator --31-- entladen, so wird der Transistor --40-- wieder leitend und der Transistor - gesperrt. Der Schalter --10-- sei wieder geöffnet und der Kondensator-23aufgeladen. Der Ausgangszustand ist wieder erreicht.
Im Gegensatz zu diesem bei jedem Schliessvorgang des Schaltarmes-10-zu einem Öffnungsimpuls an den Einspritzventilen führenden Betrieb bei belasteter Brennkraftmaschine ergibt sich eine Abschneidung bzw. Sperrung der Kraftstoffzufuhr auf folgende Weise :
Ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine so hoch, dass der Transistor--40--noch von der auf dem Kondensator --31-- sitzenden Ladung gesperrt gehalten wird, wenn der Kontakt--10-erneut schliesst, so findet zwischen den Kondensatoren-23 und 31-ein Ladungsaustausch statt, ohne dass der Transistor --40-- leitend wird.
Beim Schliessen des Kontaktes --10-- wird also kein negativer Impuls am Kollektor des dann gesperrt bleibenden Transistors--50--auftreten und der Steuermultivibrator--C--wird nicht ausgelöst. Dann wird aber auch die Zeitstufe --Z-- nicht ausgelöst und über den Transistor --30-- flie5t kein Entladestrom des Kondensators--31--. Die Impulszeit des monostabilen Schaltger+tes --A-- wird grösser, so dass bei Absinken der Drehzahl eine Hysterese entsteht und der Steuermultivibrator erst bei einer niedrigeren Drehzahl wieder ausgelöst werden kann.
Bei kalter Brennkraftmaschine erhöht sich der Wert des temperaturabhängigen, als Heissleiter ausgebildeten Widerstandes-20--. Die Spannung am Spannungsteiler-Punkt --12-- wird positiver. Bei einem bestimmten Schwellwert öffnet die Diode --32-- und ein Teil des Entladestromes des Kondensators-31-fliesst über den Transistor-30-, die Diode-32und die Widerstände --33 und 21--. Die Impulszeit des Multivibrators wird dadurch verkleinert und die Abschneidedrehzahl verschiebt sich zu höheren Drehzahlen hin. Das gleiche gilt für die Wiedereinsetzdrehzahl.
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--9-- geschlossenKondensators --31-- durch den Widerstand-37-zusätzlich erhöht wird.
Die instabile Kippdauer des Schaltgerätes-A-wird dann so klein, dass erst bei einer Drehzahl abgeschnitten wird, die z. B. um den Faktor --2-- oberhalb der zulässigen Höchstdrehzahl der Brennkraftmaschine liegt.
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