DE1114673B - Steuereinrichtung fuer elektromagnetisch betaetigte Einspritz-ventile an Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Steuereinrichtung für elektromagnetisch betätigte Einspritzventile an Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf die Brennstoffstoffzuführung bei Brennkraftmaschinen, bei denen der Brennstoff einem Brennstoffventil oder mehreren Ventilen unter Druck zugeführt und die Zeitdauer der Ventilöffnung als Funktion eines Motorbetriebszustandes wie Drehzahl, Motortemperatur, Umgebungsdruck, relative Feuchtigkeit oder Ansaugkanaldruck gesteuert wird.
• Es ist bereits eine entsprechende Einrichtung bekanntgeworden, bei der durch periodisches, der Maschinendrehzahl proportionales Öffnen und Schließen des gleichstromgespeisten Primärkreises eines Transformators im Sekundärkreis dieses Transformators Impulse induziert werden, die zum Öffnen der magnetisch betätigten Einspritzventile dienen, denen sie über einen synchron bzw. im proportionalen Verhältnis zur Maschinendrehzahl angetriebenen Verteiler entsprechend ihrer Arbeitsfolge zugeführt werden. Es können dabei im Primär- oder Sekundärkreis in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine veränderbare Widerstände vorgesehen werden, welche die an die Primärwicklung angelegte Spannung und damit die Dauer des Stromimpulses verändern.
• Bei der bekannten Einrichtung war jedoch nicht vorgesehen, den Kern des Transformators aus einem Material hoher Remanenz herzustellen, wie es im Rahmen der Erfindung vorzugsweise zur Anwendung kommt. Es war auch nicht angegeben, daß eine Sättigung des Transformatorkernes stattfinden soll. Bei der bekannten Einrichtung ändert sich der Primärstrom, wenn der Kontakt im Primärkreis nacheinander geöffnet und geschlossen wird, zwischen Null und einem Maximalwert.
• Dieser Maximalwert konnte bei der bekannten Einrichtung allein deshalb nicht im Gebiete der Sättigung liegen, weil bei dem Kern mit hoher Remanenz der Fluß einen konstanten Wert (0s) beibehalten hätte, so daß keine die Ventile öffnende Spannung in der Sekundärwicklung erzeugt wird. Aber auch bei einem geringeren, als dem vollen, Sättigungsgrade hätte sich bei der bekannten Einrichtung die Remanenz störend bemerkbar gemacht, so daß die öffnungs- und Schließzeiten der Einspritzventile ungenau waren. Damit ist auch die Einspritzdauer ungenau, und die Einspritzmenge entspricht nicht dem gewünschten Wert.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der die Einspritzventile mit konstanter Amplitude für eine lediglich von den gewählten Parametern abhängige Zeit betätigt werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Primärinduktionswicklung des Transformators durch einen Mittelabgriff an die Spannungsquelle des Primärkreises angeschlossen ist und daß der Unterbrecher abwechselnd das eine und dann das andere Ende der Induktionsspulenhälften an Masse schließt, derart, daß der Fluß im Kern des Transformators abwechselnd von seinem positiven Sättigungswert (-I- 0s) auf seinen negativen Sättigungswert (- 0s) und umgekehrt geändert wird.
• Gemäß der Erfindung wird also der Kern des Transformators abwechselnd positiv und negativ gesättigt, wobei die Flußänderung konstant ist. Folglich wird im Sekundärkreis eine konstante Spannung induziert, so daß der die Einspritzventile betätigende Strom eine konstante Amplitude hat und damit die auf die Ventile ausgeübte Öffnungskraft konstant ist. Die Ventile werden also mit großer Genauigkeit gesteuert. Die Öffnungszeit wird durch die Zeit bestimmt, die erforderlich ist, um den Fluß im Transformatorkern vom negativen Sättigungswert auf den positiven Sättigungswert oder umgekehrt zu bringen.
• Diese Zeit hängt lediglich von der Amplitude des Primärstromes und damit von den Parametern ab, die Veränderungen des Widerstandes im Primärkreis bewirken. Sie ist also von der Maschinendrehzahl unabhängig.
• Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäß der Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzuführungssystems, Fig. 2 ein Schaubild einer Kennlinie des Flusses in dem in Fig. 1 gezeigten Kern.
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnung stellt E eine Spannungsquelle dar, die über einen Schalter 10 an mehrere parallel geschaltete veränderbare Widerstände angeschlossen ist, die entsprechend mit R1, R., R3 und R4 bezeichnet sind. Die Widerstände R1, R2, R3 und R4 sind gemeinsam mit RT bezeichnet. Der Ausgang von RT ist über einen Widerstand RS an Masse (oder ein Bezugspotential) angeschlossen. Der Ausgang von RT ist an die Mitte einer primären Induktionswicklung 12 angeschlossen. Diese Induktionswicklung 12 ist um einen Kern 14 mit hoher Remanenz gewickelt. Der Kern 14 hat eine im wesentlichen rechteckige Hysteresiskurve, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Eine zweite Induktionswicklung 16 ist ebenfalls um den Kern -14 gewickelt und auf diese Weise induktiv mit der Primärwicklung 12 gekoppelt. Das eine Ende der sekundären Induktionswicklung 16 ist an Masse und das andere Ende an mehrere Magnetspulen 18 angeschlossen, die elektromagnetisch betätigten Brennstoffeinspritzventilen 19 zugehörig sind. Die einzelnen Magnetspulen sind mit 18 a, 18 b, 18 c, 18 d, 18 e, 18f, 18 g und 18 h bezeichnet. Das Schaubild stellt die Anordnung beispielsweise für einen 8-Zylinder-Motor dar.
• Die Magnetspulen 18 sind entsprechend an Segmente 20a, 20b, 20c, 20 d, 20e, 20f, 20g und 20h durch geeignete (nicht dargestellte) Leiter angeschlossen, die in der Verteiler- und Schaltereinheit 22 angeordnet sind. In der Einheit 22 ist ein synchron mit der halben Maschinendrehzahl umlaufender Schleifarm 24 angeordnet, welcher nacheinander die Kontakte 20 überschleift. Der Arm 24 ist an Masse angeschlossen. In der Einheit 22 sind mehrere Segmentkontakte 26 angeordnet, die abwechselnd an entgegengesetzte Enden der primären Induktionswicklung 12 angeschlossen werden. Die Teile der primären Induktionswicklung zwischen ihrem Mittelanschluß an RT und ihren Enden sind mit 12a und 12 b bezeichnet. Der Schleifarm 24 kommt nacheinander mit den Segmentkontakten 26 in Berührung, wodurch dieTeile 12a und 12b derPrimärinduktionswicklung abwechselnd an Masse angeschlossen werden.
• Das Spannung-Fluß-Zeit-Verhältnis in dem Kern 14 ist durch die folgende Gleichung gegeben: wobei U die angelegte Spannung, n die Anzahl der Drahtwindungen, (P der Kernfluß, t die Zeit, K eine Konstante mit der Dimension eines Widerstandes ist, oder wobei ei), der Sättigungsfluß ist.
• Daher ist der gesamte Fluß von der negativen zur positiven Sättigung gleich 2 0s und einem Spannung-Zeit-Produkt proportional. Somit ist die Zeitdauer t, der Flußänderung von der negativen zur positiven Sättigung des Kernes der angelegten Spannung umgekehrt proportional. Der in der sekundären Induktionswicklung 16 induzierte Strom ist gleich Daher wird durch Änderung der Spannung an dem Widerstand RS eine entsprechend geänderte Zeitdauer des Stromflusses in der Sekundärinduktionswicklung 16 erhalten. Die Spannung an R5 wird durch die Potentiometer RT gesteuert.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird R1 in Abhängigkeit von Änderungen der Maschinentemperatur, R2 in Abhängigkeit von Änderungen der Umgebungstemperatur, R3 in Abhängigkeit von Änderungen des Ansaugkanaldruckes und R4 in Abhängigkeit von Änderungen des Luftdruckes der Umgebungsluft verändert. Bei verschiedenen Einbauten kann RT durch Fortlassen von bestimmten Potentiometern R1, R2, R3 oder R4 geändert werden, und in einigen Fällen können zusätzliche Widerstände verwendet werden, die in Abhängigkeit von anderen Maschinenarbeitsbedingungen, wie Öldruck, Auslaßtemperatur, Verbrennungskammertemperatur und Auslaßdruck usw. veränderbar sind.
• Wie in Fig. 2 gezeigt ist, erzeugt der Kern 14 mit hoher Remanenz eine im wesentlichen rechteckige Hysteresiskurve. Dies schafft eine wesentliche Verbesserung der Arbeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da sich dann, wenn der Arm 24 den Kontakt mit einem Segment 26 unterbricht und der Strom in dem zugeordneten Teil der Primärinduktionswicklung 12 auf Null geht, der Fluß nicht ändert und daher keine Stoßwelle einer gegenelektromotorischen Kraft in der Induktionswicklung auftritt.
• In der Praxis wird die Schaltung durch Schließen des Schalters 10 in Betrieb genommen, der der übliche Zündschalter sein kann. Hierdurch wird die Spannungsquelle E an die Widerstände RT angeschlossen. Der Spannungsabfall an RT wird durch die Kombination der Widerstände R1, R2, R3 und R4 gesteuert, die in Abhängigkeit von den Maschinenbetriebsbedingungen verändert werden. Der die Segmente 26 überschleifendeArm 24 verursacht einen Stromfluß zuerst im Teil 12 a und dann 12 b der primären Induktionswicklung 12, wodurch der Kern abwechselnd eine positive und eine negative Sättigung erfährt. Die Zeit, welche der Kern bis zur Sättigung benötigt, ist von der an die primäre Induktionswicklung angelegten Spannung abhängig. Ein Strom wird in die Sekundärwicklung 16 während einer Zeit induziert, die gleich der Zeit ist, in welcher sich der Fluß in dem Kern 14 von der positiven zur negativen Sättigung ändert. Dieser Strom wird den Magnetwicklungen 1'8 während einer gesteuerten Zeitdauer zugeführt. Der Schleifarm 24 schließt die passenden Magnetwicklungen nacheinander in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und in übereinstimmung mit der Zündfolge der Zylinder an Masse.
• In der Steuerung sind keine Röhren oder empfindlichen Elemente vorhanden, und der Aufbau der Induktionswicklungen und Widerstände ist derart, daß eine besondere Zuverlässigkeit und Stabilität der Steuerung geschaffen werden soll, die im wesentlichen von Stößen, Schwingungen oder Temperaturen unbeeinfiußt ist, welche normalerweise bei der Maschinenarbeit auftreten. In der erfindungsgemäßen Steuerung sind verhältnismäßig wenig Teile enthalten, und diese können gedrängt zu einer verhältnismäßig wenig wiegenden Einheit zusammengebaut werden. märinduktionswicklung (12) des Transformators (12, 14, 16) durch einen Mittelabgriff an die Spannungsquelle (E) des Primärkreises angeschlossen ist und daß der Unterbrecher (24) abwechselnd das eine und dann das andere Ende der Induktionsspulenhälften (12 a, 12 b) an Masse schließt derart, daß der Fluß im Kern (14) des Transformators abwechselnd von seinem positiven Sättigungswert (+0s) auf seinen negativen Sättigungswert (- 0S) und umgekehrt geändert wird.
• 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandseinheit (RT) mehrere verstellbare Potentiometer (Ri, R2, R3, R4) besitzt, die zwischen der elektrischen Spannungsquelle (E) und dem Mittelabgriff der Primärinduktionswicklung (12) eingeschaltet und einander parallel geschaltet sind.
• 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (14) der Primär- und Sekundärinduktionswicklungen (12 und 16) aus einem Material mit hoher Remanenz hergestellt ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Zur Brennstoffeinspritzung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Saugrohreinspritzung, dienende Einrichtung mit elektromagnetisch betätigten Einspritzventilen, bei welcher die der Maschine pro Einspritzung zugeführte Brennstoffmenge durch Änderung der Dauer eines den Einspritzventilen zugeführten Stromimpulses verändert wird, bei welcher ferner der Primärkreis eines Transformators mittels eines synchron bzw. im proportionalen Verhältnis zur Maschinendrehzahl angetriebenen Unterbrechers periodisch geöffnet und geschlossen wird, wodurch im Sekundärkreis des Transformators der die elektromagnetischen Einspritzventile betätigende Stromimpuls induziert wird, welcher über einen synchron bzw. im proportionalen Verhältnis zur Maschinendrehzahl angetriebenen Verteiler den Einspritzventilen entsprechend ihrer Arbeitsfolge zugeführt wird, und bei welcher im Primärkreis in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine veränderbare Widerstände vorgesehen sind, welche die an die Primärwicklung des Transformators jeweils angelegte Spannung und damit die Dauer des Stromimpulses verändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Pri-In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 727 707; USA.-Patentschrift Nr. 2 018159.