DE1109952B

DE1109952B - Einspritzanlage fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1109952B
Application number: DEB42272A
Authority: DE
Inventors: Leo Steinke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1956-10-26
Filing date: 1956-10-26
Publication date: 1961-06-29
Also published as: FR1185289A; US2886015A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil und einem den Öffnungszeitpunkt des Einspritzventils bestimmenden, synchron mit der Welle der Brennkraftmaschine betätigten elektrischen Schalter und mit einem einen elektrischen Kondensator und einen Widerstand enthaltenden Zeitglied.

Es sind bereits Einspritzanlagen beschrieben worden, bei denen die Entladung eines Kondensators zur Betätigung von mehreren elektromagnetischen Einspritzventilen in der Weise bewirkt wird, daß ein synchron mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in seine Schließstellung gelangender Schalter vor der jeweiligen Entladung den Kondensator an eine Ladestromquelle anschließt. Für die Ladung des Kondensators steht dabei eine Zeitdauer zur Verfügung, die in demjenigen Zeitpunkt beginnt, in dem der Schalter seine Schließstellung erreicht, und dann wieder endigt, wenn der Schalter durch den mit der Kurbelwelle umlaufenden Nocken wieder geöffnet wird. Diese Zeit ist um so kürzer, je höher die augenblickliche Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Die Ladung des Kondensators bei Beginn des Entladungsvorganges ist daher bei den bekannten Einspritzanlagen verschieden, je nachdem, ob die Brennkraftmaschine schnell läuft und daher eine geringe Ladung ergibt, oder langsam läuft und eine hohe Ladung ergibt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung und Fremdzündung nur dann ihre volle Leistung abzugeben vermögen, wenn sie eine bei allen Drehzahlen etwa gleichbleibende Kraftstoffmenge je Arbeitstakt zugeführt erhalten. Außerdem hat es sich gezeigt, daß Brennkraftmaschinen dieser Art um so sparsamer arbeiten, je genauer die jeweiligen Öffnungszeiten des oder der Einspritzventile eingehalten werden können. Dies ist jedoch bei einer Anlage der bekannten Art nicht möglich, weil durch den unterschiedlichen Kontaktabbrand einerseits und durch den verhältnismäßig langsamen Abfall des Betätigungsstromes am Ende des Einspritzvorganges die Schließungszeitpunkte nur sehr ungenau bestimmt sind.

Zwecks Überwindung dieser — an sich bereits früher erkannten — Unzulänglichkeiten der bekannten, elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzanlagen wird gemäß der Erfindung zur Erzeugung von Ladeimpulsen für das Zeitglied eine Einrichtung vorgesehen, die zwar ebenfalls von einem den Öffnungzeitpunkt bestimmenden Schalter ausgelöst wird, jedoch das Zeitglied über eine vorbestimmte und von der Drehzahl unabhängige Dauer an die Ladestromquelle Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen

Anmelder:

Robert Bosch G.m.b.H.,
Stuttgart W, Breitscheidstr. 4

Leo Steinke, Stuttgart,
ist als Erfinder genannt worden

angeschlossen hält. Während bei den bekannten Einrichtungen der Drehwinkel eines mit der Brennkraftmaschine umlaufenden Nockens denjenigen Zeitpunkt bestimmt, in dem die Ladung des Kondensators unterbrochen wird, soll also nach dem Vorschlag der Erfindung die Ladedauer des Kondensators konstant bleiben und daher drehzahlunabhängig sein. Mit diesem Vorschlag ist die Erfindung jedoch noch nicht vollendet. Ein weiteres, diesen Vorschlag ergänzendes und die Erfindung abschließendes Merkmal sieht vor, daß der Kondensator jeweils nur auf einen Teil, z. B. auf 8O°/o, der Spannung der Ladestromquelle aufgeladen wird. Die Bedeutung dieses zweiten und entscheidenden Merkmals der Erfindung wird an späterer Stelle (Beschreibung der Fig. 3 der Zeichnungen) näher erläutert werden. Zweckmäßigerweise wird als Einrichtung zur Bestimmung der Ladedauer des Zeitgliedes ein elektromagnetisch betätigtes Relais vorgesehen, dessen Ruhekontakte in die Ladezuleitung zum Zeitglied eingeschaltet sind und dessen Stromspule vom mechanisch betätigten Schalter periodisch an die Ladestromquelle angeschlossen wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß infolge der eine konstante Ladezeit liefernden Schalteinrichtung auch bei schwankender Spannung der Ladestromquelle von einer genau definierten, praktisch stets gleich hohen Ladung des Kondensators ausgegangen werden kann und man daher bei der Eingabe von Korrekturgroßen, die für den Betrieb der Brennkraftmaschine im Teillastbereich erforderlich sind, leicht überschaubare Wirkungen bekommt. Dies ist für den prak-

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tischen Betrieb sehr wichtig, weil es möglich sein muß, daß die Regeleinrichtung bei späterer Wartung auf ihre richtige Arbeitsweise, auch in bezug auf den Teillastbereich leicht überprüft werden kann. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, gemäß einem weiteren Vorschlag'der Erfindung an das Zeitglied die Basisstrecke eines zur Steuerung des Magnetventils dienenden Transistors anzuschließen. Da derartige Transistoren an ihrer Emitter-Basis-Strecke bereits mit kleinen Spannungen aus dem völlig gesperrten in den völlig stromleitenden Zustand übergeführt werden können, kann das oben beschriebene Prinzip, die Ladung des Kondensators bereits dann zu unterbrechen, wenn die Ladespannung des Kondensators erst einen Bruchteil der Betriebsspannung erreicht hat, um so leichter verwirklicht werden. Außerdem steht in diesem Falle zum Betrieb des Einspritzventils die volle Spannung der Ladestromquelle zur Verfugung. Da der Entladestrom lediglich zur Steuerung des Transistors verwendet wird und die für den Transistor erforderlichen Steuerströme nur klein sind, reichen auch für lange Entladezeiten Kondensatoren mit verhältnismäßig kleinen Kapazitäten aus. Auch für die Korrekturgrößen kommt man in diesem Falle mit kleinen elektrischen Leistungen aus.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine elektrisch gesteuerte Einspritzanlage für eine Einzylinderbrennkraftmaschine in

Fig. 1 in einem Schaltschema dargestellt;

Fig. 2 und 3 zeigen Schaubilder hierzu.

Die Einspritzanlage besteht im wesentlichen aus folgenden Hauptteilen: einem elektromagnetisch gesteuerten Einspritzventil V, einem Transistor T, einem aus zwei einstellbaren Widerständen R₁ und R₂ und einem elektrischen Kondensator C zusammengesetzten Zeitglied Z, einem Relais D sowie einem mechanisch durch einen von der Brennkraftmaschine angetriebenen Nocken N betätigbaren elektrischen Schalter S. Die Anlage ist zum Betrieb an einer Gleichstromquelle G bestimmt, an deren Pluspol eine Belegung des Ladekondensators C, ein Wicklungsende der mit W bezeichneten Stromspule des Relais R sowie die Emitter-Elektrode E des Transistors T angeschlossen sind. Vom Minuspol der Gleichstromquelle G führt eine Anschlußleitung zu der mit M bezeichneten Magnetwicklung des Einspritzventils V, die mit ihrem anderen Wicklungsende an die Kollektorelektrode K des Transistors T angeschlossen ist. Die Basis B des Transistors ist über einen für die grundsätzliche Wirkungsweise der Anlage unwichtigen Begrenzungswiderstand R₃ mit dem feststehenden Kontakt d des Relais D und mit dem Ladewiderstand R₁ des Zeitgliedes Z verbunden, das der als Steuerstrecke dienenden Emitter-Basis-Strecke des in sogenannter Emitterschaltung betriebenen Transistors T parallel liegt.

Der Ladewiderstand .R₁ liegt in Reihe mit dem Ladekondensator C und dem diesem parallel geschalteten Entladewiderstand i?„. In der Verbindungsleitung zwischen dem mit 3er Basis B verbundenen Ende des Ladewiderstandes R₁ und dem negativen Pol der Gleichstromquelle G sind die Schaltkontakte die des Relais D und alb des Schalters S hintereinander 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 W des Relais D angeschlossen, dessen Ansprechzeit in der unten näher beschriebenen Weise die Aufladedauer des Zeitgliedes bestimmt.

Der mit dem feststehenden Kontakt b zusammenarbeitende Schaltarm α des Schalters S wird vom umlaufenden Nocken N betätigt. Dieser ist mit der Kurbelwelle der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine 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: So oft die Brennkraftmaschine ihren Arbeitstakt erreicht, bringt der Nocken N den Schaltarm a in seine Schließstellung und schaltet dadurch die Gleichstromquelle sowohl an die Basiselektrode B des Transistors als auch über den Widerstand R₁ an das Zeitglied sowie an die Stromspule W des Relais D. Durch die angelegte Spannung wird der vorher gesperrte Transistor leitend, und der über die Magnetspule M fließende Kollektorstrom hebt die Düsennadel P des Einspritzventils V entgegen der Kraft einer nicht dargestellten Schließfeder von ihrem Sitz ab, so daß unter Druck stehender Kraftstoff durch die Düse O hindurch in den Verbrennungsraum oder in die Ansaugleitung der Maschine spritzt. Die Dauer des Spritzvorganges und damit die je Arbeitstakt eingespritzte Kraftstoffmenge hängt davon ab, wie lange die an der Emitter-Basis-Strecke liegende Steuerspannung U_b oberhalb desjenigen Grenzwertes U₀ liegt, bei dem der Kollektorstrom gerade noch ausreicht, die Düsennadel gegen den Druck der Schließfeder in der Offenstellung zu halten. Dies richtet sich in erster Linie danach, wie hoch der Ladekondensator C über den Ladewiderstand R₁ während der Ladezeit aufgeladen wurde und wie schnell er sich über den Entladewiderstand R₂ entlädt.

Der besondere Vorteil dieser Anlage besteht darin, daß nur der Öffnungsaugenblick des Einspritzventils, 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 Kraftstoffmenge wird dagegen unabhängig von der Nokkenform 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 Ruhekontakte cld ausreichendes Magnetfeld im Relais aufgebaut hat. Nur während dieser durch die Baugrößen des Relais und die Höhe der Spannung der Gleichstromquelle G festgelegten Ansprechzeit ist das Zeitglied Z und die Basis B des Transistors an die Gleichstromquelle angeschlossen. Der Kondensator C nimmt dabei aus der Gleichstromquelle über den Widerstand R₁ Ladung auf und erreicht bis zum Öffnen der Relaiskontakte c und d eine Ladespannung, deren Höhe noch unterhalb der Spannung der Gleichstromquelle liegt, jedoch ausreicht, an Stelle der inzwischen abgeschalteten Gleichstromquelle den Transistor T noch kurzzeitig in leitendem Zustand zu halten.
In dem Schaubild nach Fig. 2 ist unter Vernachlässigung des Widerstandes i?₃ dargestellt, wie sich die Höhe der an der Basiselektrode B wirksamen Steuerspannung U_b in Abhängigkeit von der Zeit t ändert.

Man ersieht daraus, daß sich die durch einen dicken waagerechten Strich angedeutete Schließungszeit t_s der Schalterkontakte alb mit der Schließungszeit t_D der Relaiskontakte e/d während der Ansprechzeit des Relais D überdeckt. Die Ansprechzeit beginnt im Schließungsaugenblick t_± des Schalters S und endigt im Öffnungszeitpunkt t₂ des Relais D. Sie ist im Schaubild mit t_L = 5 Millisekunden = 5 · 10 ~³ Sek. angedeutet. Während dieser Zeit t_L wird der Kondensator C aus der Gleichstromquelle G geladen; seine Spannung steigt dabei annähernd geradlinig entsprechend der mit einer unterbrochenen Linie angedeuteten Zeitkonstante T₁ auf den Wert U₁ an, die bei einer Größe des Ladekondensators C von 100 μΡ und einer Größe des Ladewiderstandes R₁ von 50 Ohm den Wert von ,R₁ ■ C = 5 · 10 ~³ Sek. hat. Während dieser Zeit ist am Transistor als Steuerspannung U_b die Spannung Uq der Gleichstromquelle wirksam. Sobald das Relais D im Zeitpunkt t₂ öffnet und die Gleichstromquelle abschaltet, wird das Potential der Basiselektrode im wesentlichen nur noch durch die Spannung U_c des Ladekondensators C bestimmt, der sich über den Entladewiderstand R₂ von etwa 150 Ω 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 T₁ angedeutet Der Kollektorstrom im Transistor sinkt während des Entladevorgangs ebenfalls ab und erreicht im Zentpunkt i₃ bei einem Basispotential U_b = U₀ einen Wert, der nicht mehr genügt, um die Düsennadel P in der Offenstellung zu halten, so daß das Einspritzventil V schließt. Die Spritzzeit t_v erstreckt sich daher von I₁ bis t_z.

Wenn man den Ladewiderstand R₁ verkleinert, ergibt sich eine in Fig. 2 durch die steiler verlaufende Linie T₁₁ angedeutete, ebenfalls kleinere Ladezeitkonstante. Bei dieser Einstellung wird der Kondensator C während der unveränderten, durch die An-Sprechzeit des Relais festgelegten Ladezeit t₂ auf eine wesentlich höhere Spannung U₂ aufgeladen, die bei unverändertem Entladewiderstand das Schließen des Einspritzventils bis zum Zeitpunkt t_t verzögert. Eine weitere Verlängerung der Spritzdauer läßt sich dadurch 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 T₂ angedeutet ist und die Steuerspannung U_b erst im Zeitpunkt t_s auf den Grenzwert CZ₀ abfallen läßt.

Man hat es daher in der Hand, die Einspritzmenge 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 R.₂ einen weiteren Entladewiderstand R₁ 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 i?₄ kann die Entladezeitkonstante in weiten Grenzen beeinflußt werden. Sie richtet sich außer nach der Größe des Widerstandes i?₄ vor allem danach, wie das Verhältnis der Öffnungs- zur Schließungszeit des Schalters Q gewählt wird.

Es ist selbstverständlich möglich, an Stelle des Relais 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 vorzusehen, dessen Spannung mit steigender Drehzahl ebenfalls steigt.

Um die Bedeutung der erfindungsgemäßen Begrenzung der Kondensatoraufladung für die Wirkungsweise der Einspritzanlage darlegen zu können, sind in Fig. 3 zwei Ladespannungskurven für einen Kondensator dargestellt, die sich bei verschiedenen Werten der Spannung der Betriebsstromquelle einstellen, wenn die Ladezeitkonstante τ = R ■ C unverändert bleibt. Derartige Unterschiede in der Betriebsspannung können sich bei Verwendung der üblichen Sammlerbatterien von Kraftfahrzeugen bekanntlich durch unterschiedlichen Ladungszustand bzw. unterschiedliche Belastung sehr leicht einstellen. Wie Fig. 3 deutlich erkennen läßt, wird der Unterschied zwischen den beiden Spannungswerten A und B, auf den sich der Kondensator im Zeitpunkt t₃ bei unterschiedlicher Betriebsspannung aufladen kann, um so kleiner, je kürzer man die zwischen t_i und t_s sich erstreckende Ladedauer wählt. Durch die erfindungsgemäße Festlegung der Ladezeitdauer auf einen wesentlich kleineren Wert als denjenigen, der zur Aufladung des Kondensators auf die volle Betriebsspannung erforderlich wäre, erreicht man daher nicht nur, daß die Entladung des Kondensators und damit die Entladezeit bzw. die Spritzzeit von der Drehzahl völlig unabhängig wird, sondern auch eine starke Verminderung des Einflusses von Schwankungen der Batteriespannung auf die Einspritzdauer.

Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird bemerkt, daß für die Gegenstände der Unteransprüche ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) losgelöster Schutz nicht begehrt ist. Die Verwendung von Transistoren bei elektrisch gesteuerten Kraftftoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, und zwar bei Anlagen mit drehzahlunabhängigen Einspritzzeiten, ist an sich bekannt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil und einem den Öffnungszeitpunkt des Einspritzventils bestimmenden, synchron mit der Welle der Brennkraftmaschine betätigten elektrischen Schalter und mit einem einen elektrischen Kondensator und einen Widerstand enthaltenden Zeitglied, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Ladeimpulsen für das Zeitglied eine Einrichtung vorgesehen ist, die ebenfalls von dem den Öffnungszeitpunkt bestimmenden Schalter (S) ausgelöst wird und das Zeitglied über eine vorbestimmte und von der Drehzahl unabhängige Dauer an die Ladestromquelle (G) nur so lange angeschlossen hält, daß sich der Kondensator nur auf einen Teil, z. B. auf 80% der Spannung der Ladestromquelle, aufzuladen vermag.

2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Bestimmung der Ladedauer des Zeitgliedes ein elektromagnetisch betätigtes Relais (D) vorgesehen ist, dessen Ruhekontakte (e, d) in die Ladezuleitung

zum Zeitglied eingeschaltet sind und dessen Stromspule (W) vom mechanisch betätigten Schalter (S) periodisch an die Ladestromquelle (G) angeschlossen wird.

3. Einspritzanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied an die Steuerelektrode (B) eines Transistors angeschlos-

sen ist, der mit seiner Emitter^Kollektor-Strecke in einer Stromzuleitung des Einspritzventils liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 727 707; USA.-Patentschrift Nr. 2018159; »Automotive Industries« (1.10.1956), S. 49.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen