Elektrisch gesteuerte Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem elektro- magnetisch betätigbaren Einspritzventil und einer den Öffnungszeitpunkt des Einspritzventils bestimmenden elektrischen Schalteinrichtung.
Bei derartigen Einspritzanlagen macht es Schwie- rigkeiten, die Einspritzdauer den jeweiligen Betriebs zuständen derart anzupassen, dass die Brennkraft- maschine sowohl bei niedrigen als auch hohen Dreh zahlen und bei kleiner Last ebenso wie bei Voll- last die für den jeweiligen Betriebszustand richtige Brennstoffmenge zugeführt bekommt.
Es ist vor allem schwierig, die für die verschiedenen Betriebszustände charakteristischen, mechanischen Grössen in elek trische umzuwandeln, die zur Beeinflussung der Spritzdauer verwendet werden können.
Diese und andere Schwierigkeiten lassen sich gemäss der Erfindung beheben, wenn zur Bestimmung des Schliessungszeitpunktes des Einspritzventils ein aus wenigstens einem elektrischen Kondensator und einem Widerstand bestehendes Zeitglied verwendet wird, das der Steuerstrecke eines. Transistors parallel geschaltet ist, der in einer Stromzuleitung des Ein- spritzventils liegt.
Die Verwendung eines Transistors bietet vor allem deswegen wesentliche Vorteile, weil sich dann bereits mit verhältnismässig kleinen Kondensatoren und hochohmigen Widerständen die erforderlichen Zeitkonstanten im Zeitglied erreichen lassen. Zur Steuerung des Transistors sind ausserdem wesentlich kleinere Steuerleistungen als bei unmittelbarer Be einflussung des Einspritzventils notwendig.
Man kann deshalb gemäss einer speziellen Ausführungs- form konstante Ladeimpulse unabhängig von den Schaltungsgenauigkeiten des den Öffnungszeitpunkt bestimmenden mechanischen Schalters dadurch er zielen, dass man an den Schalter die Stromspule eines Relais anschliesst, dessen Ruhekontakte im Leitungs zug vom Schalter zum Zeitglied und der daran an geschlossenen Steuerelektrode des Transistors liegen.
Bei dieser Anordnung wird beim Schliessen des Schal ters das Zeitglied über die noch geschlossenen Ruhe kontakte mit einer Ladestromquelle verbunden, jedoch von dieser nach wenigen Millisekunden wie der getrennt, sobald die gleichzeitig an die Lade stromquelle angeschlossene Stromquelle des Relais ein so starkes Feld aufgebaut ist, dass die Ruhekon takte öffnen. Das Zeitglied wird in diesem Fall bei jedem Schliessen des Schalters über eine durch die Ansprechzeit des Relais festgelegte Zeitdauer ge laden.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine elektrisch gesteuerte Einspritzanlage für eine Einzylinder-Brennkraftmaschine in Fig. 1 in einem Schaltschema dargestellt. Fig. 2 zeigt ein Schaubild hierzu.
Die Einspritzanlage besteht im wesentlichen aus folgenden Hauptteilen: einem elektromagnetisch ge steuerten Einspritzventil V, einem Transistor T, einer aus zwei einstellbaren Widerständen R1 und R2 und einem elektrischen Kondensator C zusammengesetz ten Zeitglied Z, einem Relais D sowie einem mecha nisch durch einen von der Brennkraftmaschine ange triebenen Nocken N betätigbaren elektrischen Schal ter S. Die Anlage ist zum Betrieb an einer Gleich stromquelle G bestimmt,
an deren Pluspol eine Be legung des Ladekondensators C, ein Wicklungsende der mit W bezeichneten Stromspule des Relais R sowie dem Emitter E des Transistors. T angeschlos sen sind.
Vom Minuspol der Gleichstromquelle G führt eine Anschlussleitung zu der mit M bezeichneten Magnetwicklung des Einspritzventils V, die mit ihrem anderen Wicklungsende an den Kollektor K des Transistors <I>T</I> angeschlossen ist.
Die Basis<I>B</I> des Transistors ist über einen für die grundsätzliche Wir kungsweise der Anlage unwichtigen Begrenzungs widerstand R, mit dem feststehenden Kontakt d des Relais D und mit dem Ladewiderstand R1 des Zeitgliedes Z verbunden, das der als Steuerstrecke dienenden Emitter-Basisstrecke des in sogenannter Emitterschaltung betriebenen Transistors T parallel liegt.
Der Ladewiderstand R1 liegt in Reihe mit dem Ladekondensator C und dem diesem parallel geschal teten Entladewiderstand R2. In der Verbindungslei tung zwischen dem mit der Basis B verbundenen Ende des Ladewiderstandes R1 und dem negativen Pol der Gleichstromquelle G sind die Schaltkontakte dle des Relais<I>D</I> und ajb des Schalters S hinterein ander in Reihe angeordnet, so dass die Ladung des Zeitgliedes nur dann erfolgen kann, wenn beide Kontaktpaare geschlossen sind.
Zwischen beiden Kontaktpaaren ist die an ihrem anderen Ende mit dem Pluspol der Gleichstromquelle G fest verbundene Stromspule<I>W</I> des Relais<I>D</I> angeschlossen, dessen Ansprechzeit in der unten näher beschriebenen Weise die Aufladedauer des Zeitgliedes bestimmt.
Der mit dem feststehenden Kontakt b zusammen arbeitende Schaltarm<I>a</I> des Schalters<I>S</I> wird vom um laufenden Nocken N betätigt. Dieser ist mit der Kur belwelle der nicht näher dargestellten Brennkraft- maschine gekuppelt, auf deren Zylinderkopf das Einspritzventil V sitzt. Das Ventil ist über eine Druckleitung L mit einer ebenfalls nicht dargestellten Förderpumpe verbunden, die dem Einspritzventil Kraftstoff unter dem .erforderlichen Druck zuführt.
Die Wirkungsweise der Anlage ist folgende: Sooft die Brennkraftmaschine ihren Arbeitstakt erreicht, bringt der Nocken<I>N</I> den Schaltarm<I>a</I> in seine Schliessstellung und schaltet dadurch die Gleich stromquelle sowohl an die Basis B des Transistors, als auch über den Widerstand R1 an das Zeitglied sowie an die Stromspule<I>W</I> des Relais<I>D.</I> Durch die an gelegte Spannung wird der vorher gesperrte Tran sistor leitend, und der über die Magnetspule M flie ssende Kollektorstrom hebt die Düsennadel P des Einspritzventils V entgegen der Kraft einer nicht dargestellten Schliessfeder von ihrem Sitz ab,
so dass gespannter Kraftstoff durch die Düse O hindurch in den Verbrennungsraum oder in die Ansaugleitung der Maschine spritzt. Die Dauer des Spritzvorgangs und damit die je Arbeitstakt eingespritzte Kraftstoff menge hängt davon ab, wie lange die an der Emitter- Basisstrecke liegende Steuerspannung Ub oberhalb desjenigen Grenzwertes U" lieb, bei dem der Kol- lektorstrom gerade noch ausreicht, die Düsennadel gegen den Druck der Schliessfeder in der Offenstel- lung zu halten.
Dies richtet sich in erster Linie dar nach, wie hoch der Ladekondensator C über den Ladewiderstand R1 während der Ladezeit aufgeladen wurde und wie schnell er sich über den Entlade widerstand R2 entlädt.
Der besondere Vorteil dieser Anlage besteht darin, dass nur der Öffnungsaugenblick des Einspritz- ventils, also der Einspritzbeginn durch den Nocken N bestimmt wird. Die Öffnungsdauer des Ventils und damit auch die bei gegebenem Kraftstoffdruck und Düsenquerschnitt jeweils aus ihm austretende Kraft stoffmenge wird dagegen unabhängig von der Nok- kenform und Nockenstellung auf elektrischem Wege bestimmt. Dies wird in erster Linie durch das Relais D erreicht, das etwa 5 Millisekunden braucht, bis der beim Schliessen des Schalters S einsetzende Strom in der Relaisspule W ein zum Öffnen der Ruhekon takte c/d ausreichendes Magnetfeld im Relais aufge baut hat.
Nur während dieser durch die Baugrössen des Relais und die Höhe. der Spannung der Gleich stromquelle G festgelegten Ansprechzeit ist das Zeit glied Z und die Basis B des Transistors an die Gleich stromquelle angeschlossen. Der Kondensator C nimmt dabei aus der Gleichstromquelle über den Wider stand R1 Ladung auf und erreicht bis zum Öffnen der Relaiskontakte c und d eine Ladespannung, deren Höhe noch unterhalb der Spannung der Gleichstrom quelle liegt, jedoch ausreicht, anstelle der inzwischen abgeschalteten Gleichstromquelle den Transistor T noch kurzzeitig in leitendem Zustand zu halten.
In dem Schaubild nach Fig. 2 ist unter Vernach lässigung des Widerstandes R3 dargestellt, wie sich die Höhe der an der Basiselektrode B wirksamen Steuer spannung Ub in Abhängigkeit von der Zeit t ändert.
Man ersieht daraus, dass sich die durch einen dicken waagrechten Strich angedeutete Schliessungs zeit t5 der Schalterkontakte alb mit der Schliessungs zeit tn der Relaiskontakte eid während der Ansprech zeit des Relais D überdeckt. Die Ansprechzeit beginnt im Schliessungsaugenblick t1 des Schalters S und endigt im Öffnungszeitpunkt t2 des Relais<I>D.</I> Sie ist im Schaubild mit tL = 5 Millisekunden = 5. 10-3 sec angedeutet.
Während dieser Zeit tL wird der Konden sator C aus der Gleichstromquelle G geladen; seine Spannung steigt dabei annähernd geradlinig entspre chend der mit einer unterbrochenen Linie angedeu teten Zeitkonstante z, auf den Wert U1 an, die bei einer Grösse des Ladekondensators C von 100 ,ccF und einer Grösse des Ladewiderstandes R1 von 50 Ohm den Wert von R1 .
C = 5.10-3 sec hat. Während die ser Zeit ist am Transistor als Steuerspannung Ub die Spannung U,; der Gleichstromquelle wirksam. So bald das Relais D im Zeitpunkt t2 öffnet und die Gleichstromquelle abschaltet, wird das Potential der Basiselektrode im wesentlichen nur noch durch die Spannung U, des Ladekondensators C bestimmt,
der sich über den Entladewiderstand R2 von etwa 150 S2 und die zu ihm parallel liegende Reihenschaltung aus dem Emitter-Basiswiderstand des Transistors und dem Ladewiderstand R1 mit einer Zeitkonstante von etwa 10 Millisekunden entlädt. Diese Zeitkonstante ist in der Zeichnung durch eine dünne Linie a1 an gedeutet.
Der Kollektorstrom im Transistor sinkt während des Entladevorgangs ebenfalls ab und er reicht im Zeitpunkt t3 bei einem Basispotential Ub <I>=</I> U" einen Wert, der nicht mehr genügt, um die Düsennadel P in der Offenstellung zu halten, so dass das Einspritzventil<I>V</I> schliesst. Die Spritzzeit t, er streckt sich daher von t1 bis t3.
Wenn man den Ladewiderstand R1 verkleinert, er gibt sich eine in Fig. 2 durch die steiler verlaufende Linie TI, angedeutete, ebenfalls kleinere Ladezeitkon- stante. Bei dieser Einstellung wird der Kondensator C während der unveränderten, durch die Ansprech zeit des Relais festgelegten Ladezeit t2 auf eine we sentlich höhere Spannung U2 aufgeladen, die bei un verändertem Entladewid'erstand das Schliessen des Einspritzventils bis zum Zeitpunkt t4 verzögert.
Eine weitere Verlängerung der Spritzdauer lässt sich da durch erzielen, dass man den Entladewiderstand R2 auf einen höheren Wert einstellt. Es ergibt sich dann eine ebenfalls grössere Entlade-Zeitkonstante, die in der Zeichnung mit einer unterbrochenen Linie 'e2 angedeutet ist und die Steuerspannung Ub erst im Zeitpunkt t, auf den Grenzwert U" abfallen lässt.
Man hat es daher in der Hand, die Einspritz- menge je Arbeitstakt der Brennkraftmaschine durch Einstellung des Lade- und Entladewiderstandes in weiten Grenzen zu regeln.
Eine Möglichkeit, die Regelung automatisch durchzuführen, besteht darin, dem Entladewiderstand R2 einen weiteren Entladewiderstand R4 über einen z. B. drehzahlabhängigen Schalter Q parallel zu schalten. Die Schaltfrequenz dieses Schalters beträgt zweckmässig ein Mehrfaches derjenigen des Schalters S. Durch das Anschalten des Widerstandes R4 kann die Entladezeitkonstante in weiten Grenzen beein- flusst werden.
Sie richtet sich ausser nach der Grösse des Widerstandes R4 vor allem danach, wie das Ver hältnis der öffnungs- zur Schliessungszeit des Schal ters Q gewählt wird.
Es ist selbstverständlich möglich, anstelle des Re lais D einen monostabilen Kippschalter mit einem zweiten Transistor zu verwenden, der die Ladezeit des Zeitgliedes bestimmt.
Eine weitere Möglichkeit zur Regelung besteht darin, als Ladestromquelle G einen Generator vorzu- sehen, dessen Spannung mit steigender Drehzahl ebenfalls steigt.