DE1109953B - Elektrisch gesteuerte Kraftstoff-Einspritzanlage fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem elektromagnetisch betätigten Einspritzventil sowie mit Einrichtungen zur Anpassung der Einspritzmenge an die angesaugte Luftmenge. Bei 5 Kraftstoffeinspritzanlagen muß die je Arbeitstakt der Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge so bemessen werden, daß das Optimalverhältnis vom Kraftstoff zur angesaugten Luftmenge eingehalten wird, wenn die Brennkraftmaschine sparsam arbeiten soll.

Eine einfache Regelung der Einspritzdauer von elektromagnetischen Einspritzventilen läßt sich dadurch erreichen, daß erfindungsgemäß die Einrichtungen zur Anpassung der Spritzmenge an die angesaugte Luftmenge einen an sich bekannten elektrisehen Heißleiterwiderstand enthalten, der von einem Hilfsstromkreis beheizt wird und in dem zu messenden Ansaugluftstrom derart eingebaut ist, daß er seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Menge der Ansaugluft ändert.

Es sind bereits Meß- und Regelgeräte für strömende Flüssigkeiten und Gase bekanntgeworden, bei denen ein beheizter Widerstand in eine die Strömung führende Rohrleitung eingebaut ist, dessen elektrischer Leitwert mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit sich in weiten Grenzen ändert und als Meßgröße ausgenutzt wird. Von derartigen, an sich bekannten Widerständen wird beim Gegenstand der Erfindung Gebrauch gemacht, um die von einer Brennkraftmaschine je Arbeitstakt angesaugte Luftmenge zu bestimmen und die je Arbeitstakt in die Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge der angesaugten Luftmenge anzupassen. Der besondere Vorteil besteht in diesem Falle darin, daß nicht nur die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft und damit die jeweilige Drehzahl und Drosselklappenstellung der Brennkraftmaschine, sondern gleichzeitig auch die Temperatur und Feuchtigkeit der Ansaugluft sowie der ebenfalls die Kraftstoffmenge beeinflussende Außenluftdruck in der sich infolge Abkühlung einstellenden Leitwertänderung des beheizten Widerstandes praktisch verlustlos als Regelgröße erfaßt werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer elektrischen Einspritzanlage mit einer Einrichtung zur Regelung der Spritzzeiten des Einspritzventils in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmenge;

Fig. 2 zeigt die Einrichtung in schematischer Darstellung, während in

Elektrisch gesteuerte
Kraftstoff-Einspritzanlage
für Brennkraftmaschinen

Anmelder:

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

Dipl.-Ing. Robert Bosch, Gerungen (Kr. Leonberg), Ulrich Aldinger und Dipl.-Ing. Karl Volk, Stuttgart, sind als Erfinder genannt worden

Fig. 3 eine andere Vorrichtung zur Regelung der Spritzzeit dargestellt ist;

Fig. 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer solchen Einrichtung; in

Fig. 6 ist eine Brückenschaltung zur Gewinnung einer luftmengenabhängigen Regelgröße dargestellt.

Die Einspritzanlage nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus folgenden Hauptteilen: einem elektromagnetisch gesteuerten Einspritzventil V, einem Transistor T, einer 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 betätigten elektrischen Schalter S. Außerdem enthält die Anlage eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Spritzzeiten des Einspritzventils V, die im wesentlichen aus dem Heißleiterwiderstand 10 und einer in Fig. 2 näher dargestellten Heizspule 12 besteht.

Die Anlage weist eine Gleichstromquelle G auf, an deren Pluspol eine Belegung des Ladekondensators C, ein Wicklungsende der mit W bezeichneten Stromspule des Relais D sowie die Emitter-Elektrode E des pnp-Transistors T angeschlossen sind. Vom Minuspol der Gleichstromquelle G führt eine Anschlußleitung zu der mit M bezeichneten Magnetwicklung des Einspritzventils V, die mit ihrem an-

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deren Wicklungsende an die Kollektorelektrode K des Transistors Γ angeschlossen ist. Die Basis B des Transistors ist über einen für die grundsätzliche Wirkungsweise der Anlage unwichtigen Begrenzungswiderstand i?3 mit dem feststehenden Kontakt d des Relais D und mit dem Ladewiderstand A₁ des Zeitgliedes Z verbunden, das der als Steuerstrecke dienenden Emitter-Basis-Strecke des in sogenannter Emitterschaltung betriebenen Transistors T parallel ist.

Der Ladewiderstand R₁ liegt in Reihe mit dem Ladekondensator C und dem diesem parallel geschalteten Entladewiderstand R₂. In der Verbindungsleitung zwischen dem mit der 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 Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Spritzzeiten des Einspritzventils V in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmenge enthält einen Heißleiter 10, der im Ansaugluftkanal 11 der Brennkraftmaschine angeordnet ist (Fig. 2). Der Heißleiter ist mit einer Heizspule 12 umwickelt, die an einer Hilfsstromquelle 13 liegt. Durch den in der Heizspule 12 fließenden Strom wird der Heißleiter 10 auf eine Temperatur gebracht, bei der er einen wesentlichen niedrigeren Widerstand aufweist als in kaltem Zustand. Je nachdem, mit welcher Strömungsgeschwindigkeit die im Ansaugluftkanal 11 strömende Ansaugluft, die in Fig. 2 mit Pfeilen A angedeutet ist, am Heißleiterwiderstand vorbeistreicht, vermag der Heißleiterwiderstand die von der Heizspule 12 erzeugte Wärme wieder abzugeben. Seine jeweilige Temperatur und daher sein in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur sich ändernder elektrischer Widerstand ist daher ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit im Ansaugrohr und somit auch der angesaugten Luftmenge, da der Durchlaßquerschnitt des Ansaugrohres unveränderlich ist.

Die Wirkungsweise der Anlage ist folgende: So oft die Brennkraftmaschine ihren Arbeitstakt erreicht, bringt der Nocken H den Schaltarm α 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 durch die nicht dargestellte Pumpe unter Druck gesetzter Kraftstoff durch die Düse O hindurch in die Ansaugleitung der Maschine (oder in den Verbrennungsraum) spritzt. Die Dauer des Spritzvorgangs und damit die je Arbeitstakt eingespritzte Kraftstoffmenge hängt davon ab, wie lange die an der Emitter-Basis-Strecke liegende Steuerspannung U₁, oberhalb desjenigen Grenzwertes U₀ liegt, bei dem der Kollektorstrom gerade noch ausreicht, die Düsennadel

ίο gegen den Druck der Schließfeder in der Offenstellung zu halten. Dies richtet sich in erster Linie nach der Höhe der Spannung U_c, auf welche der Ladekondensator C über den Ladewiderstand R₁ während der Ladezeit aufgeladen wurde und wie schnell er sich über den Entladewiderstand R₂ entlädt. Die Ladezeit des Zeitgliedes entspricht der Ansprechzeit des Relais D, da die Kontakte e/d öffnen, sobald das Magnetfeld der Spule W aufgebaut ist. Die Spritzzeit ist um so länger, je höher die Entladezeitkonstante des aus dem Kondensator C und dem Widerstand R._? gebildeten Zeitgliedes ist. Da der Heißleiterwiderstand 10 zum veränderbaren Widerstand R₂ parallel liegt, solange die Kontakte des Schalters Q geschlossen sind, ergibt sich eine kleine Entladezeitkonstante, wenn der Heißleiterwiderstand infolge kleiner Strömungsgeschwindigkeit im Ansaugrohr einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist. Dagegen wird die Entladezeit und damit auch die Spritzzeit wesentlich größer, wenn im Ansaugluftkanal die Strömungsgeschwindigkeit größer ist und infolgedessen der Heißleiter einen hohen Widerstand aufweist.

Da die Strömungsgeschwindigkeit im Saugrohr auch von der Drehzahl abhängig ist und deshalb in die Regelung mit eingeht, kann man gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung den Drehzahleinfluß dadurch berücksichtigen, daß man in die Anordnung nach Fig. 1 einen Fliehkraftregler 16 einschaltet, der mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekuppelt ist und bei steigender Drehzahl über ein Gestänge 17 den Schleifer 18 eines in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien dargestellten veränderbaren Widerstand 19 derart verstellt, daß der Erhöhung des Widerstandes des Heißleiters 10 durch Verkleinerung des Widerstandswertes des Widerstandes 19 entgegengewirkt wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit infolge Drehzahlerhöhung z. B. bei Bergabfahrt steigt.

Eine andere Möglichkeit, den Drehzahleinfluß zu kompensieren, besteht darin, die Heizleistung des Heizwiderstandes 12 bei steigender Drehzahl ebenfalls zu erhöhen. Dies kann man dadurch erreichen, daß man als Heizstromquelle 13 einen Generator verwendet, der eine mit steigender Drehzahl steigende Spannung liefert. Man kann auch in den Heizstromkreis einer Heizstromquelle 13 mit fester Spannung einen veränderbaren Widerstand einschalten, dessen Abgriff ähnlich wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel durch einen Fliehkraftversteller 16 über ein Gestänge bei steigender Drehzahl in Richtung auf kleinere Widerstandswerte verstellt wird und dadurch die Heizleistung vergrößern.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel verwendet parallel zum Ansaugrohr 30 ein Nebenstromrohr 31, dessen Mittelabschnitt von einem rohrförmigen Heißleiterwiderstand 32 gebildet wird, auf den eine mit 33 bezeichnete Heizspule aufgewickelt ist. Um die erforderliche Größe des durch den Heißleiterwiderstand 32 strömenden Anteils der Ansaugluft einstellen zu können, ist eine schwenkbare Klappe

34 im Hauptstromrohr 30 vorgesehen, deren Neigung zur Rohrachse verändert und dann durch nicht dargestellte Mittel festgelegt werden kann.

Eine andere Ausführungsform für den Heißleiter ist in Fig. 4 und 5 dargestellt, die gegenüber derjenigen nach Fig. 3 den Vorteil hat, daß sie im Ansaugrohr wegen ihrer geringen Größe leicht unterzubringen ist.

Der Heißleiter besteht aus feingemahlenen Metalloxyden, insbesondere aus Chromoxyden oder Nickeloxyden, die gepreßt und anschließend bei einer Temperatur von etwa 1000° C zu einem Heißleiterkörper 40 gesintert sind, der etwa ovalen Querschnitt hat und eine zentrale, etwa rechteckige Einschuböffnung zur Aufnahme einer Heizspule 41 aufweist. Die Länge L des Heißleiterkörpers beträgt etwa 4 mm, die größte Querschnittsabmessung d etwa 3 mm. Auf eine 0,2 mm dicke Glimmerscheibe 45 sind etwa zwanzig Windungen eines 0,08 mm starken Konstantan-Drahtes aufgewickelt, die die Heizspule bilden. Zum Anschluß des Heißleiterkörpers sind zwei Anschlußdrähte 43 und 44 vorgesehen, mit denen der Heißleiter in der in Fig. 1 und 2 dargestellten Weise in die elektrische Steuereinrichtung eingeschaltet werden kann. Der besondere Vorteil des dargestellten Heißleiters besteht darin, daß er in Verbindung mit Regeleinrichtungen nach Fig. 1 wegen seiner geringen Wärmekapazität nur sehr kleine Verzögerungszeiten ergibt. Die Regeleinrichtung kann daher sehr rasch auf Änderungen der Luftströmung im Ansaugkanal ansprechen.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Regeleinrichtung liegt ein Heißleiterwiderstand 61, der gemäß Fig. 4 und 5 ausgebildet sein kann, zusammen mit einem Widerstand 64 konstanter Größe in Reihe und bildet den einen Zweig einer nichtlinearen Brücke, deren anderer Zweig von einem Potentiometer 65 gebildet wird. Wenn an die Eingangsklemmen 66 der Brücke eine Speisespannung angelegt wird, erzeugt der Heißleiter an den Diagonalklemmen 67 der Brücke eine Regelspannung, deren Höhe von der Strömungsgeschwindigkeit im Ansaugrohr 68 abhängt. Nimmt der Heißleiterwiderstand 61 nur geringe Temperaturwerte an, weil der Großteil der Wärme, die von seiner an die Heizstromquelle 63 angeschlossenen Heizspule 62 erzeugt wird, durch die Ansaugluft aufgenommen wird, so ist sein Widerstand klein. Bei großer Strömungsgeschwindigkeit ist sein Widerstand dagegen groß. Wenn die Brücke auf einen Mittelwert abgeglichen ist, hat sie daher eine hohe Empfindlichkeit und vermag bereits bei kleinen Strömungsänderungen große Regelspannungen abzugeben.

Die Heißleiterschaltung nach Fig. 6 eignet sich besonders zur Verwendung in Kippschaltungen, die zwei sich gegenseitig sperrende Transistoren in sogenannter Multivibratorschaltung enthalten. Sie hat den Vorteil, daß Änderungen der Speisespannung an den Klemmen 66 ohne Einfluß auf die an den Klemmen 67 abgenommene Regelspannung sind.

Selbstverständlich kann man auch unter sinngemäßer Änderung der Schaltungen die Widerstandsänderung des im Ansaugkanal der Brennkraftmaschine angeordneten Heißleiters in der Weise zur Regelung bzw. Steuerung der Spritzweiten verwenden, daß man die Temperatur des Heißleiters und damit seinen Widerstand trotz veränderlicher Strömungsverhältnisse konstant hält, indem man automatisch die Heizleistung regelt. Die zum Ausgleich der Strömungsänderungen erforderlichen Verstellungen der Heizspannung bzw. des Heizstromes können dann als Stellgröße in die Steuereinrichtung für die Einspritzventile eingekoppelt werden.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kraftstoff-Einspritzanlage, insbesondere Saugrohr-Einspritzanlage, für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem elektromagnetisch betätigten Einspritzventil sowie mit Einrichtungen zur Anpassung der Einspritzmenge an die angesaugte Luftmenge, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen einen an sich bekannten elektrischen Heißleiterwiderstand enthalten, der von einem Hilfsstromkreis beheizt wird und in den zu messenden Luftstrom derart eingebaut ist, daß er seinen elektrischen Leitwert in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Menge der Ansaugluft ändert.

2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiterwiderstand rohrförmig ausgebildet ist und den Mittelabschnitt eines zur Absaugleitung parallel verlaufenden Nebenstromrohres bildet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 396 637;
USA.-Patentschriften Nr. 1 913 131, 2 223 796, 2 285 226.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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