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Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage
für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil
und einem mit der Magnetisierungswicklung des Ventils in Reihe geschalteten Leistungstransistors
sowie einem mindestens zwei Transistoren enthaltenden monostabilen Multivibrator,
der durch drehzahlsynchrone Steuerimpulse unter gleichzeitigem Öffnen des Einspritzventils
in seine unstabile Kipplage gebracht wird und nach einer veränderbaren, die Öffnungsdauer
des Ventils bestimmenden Zeitspanne in seinen stabilen Betriebszustand zurückkippt.
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Es sind bereits Kraftstoffeinspritzanlagen der eingangs beschriebenen
Art vorgeschlagen worden, bei denen die Öffnungsdauer der Ventile durch diejenige
Zeit bestimmt werden, die erforderlich ist, bis sich das in einer Drosselwicklung
erzeugte elektromagnetische Feld auf einen Mindestwert abgebaut hat. Es ist auch
schon vorgeschlagen worden, als zeitbestimmenden elektrischen Energiespeicher einen
Kondensator vorzusehen, der das Ventil dann schließt, wenn sich der Kondensator
auf eine bestimmte Spannung aufgeladen oder bis zu einem bestimmten Spannungswert
entladen hat. In diesen Fällen kann man zur Anpassung der öffnungsdauer an die jeweiligen
Betriebbedingungen einen der zum Multivibrator gehörenden Transistoren an eine elektrische
Vorspannung anschließen, die sich beispielsweise mit der Drehzahl oder der Drosselklappenstellung
ändert.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartige Vorrichtungen nicht dazu
ausreichen, den zum raschen Beschleunigen der Brennkraftmaschine erforderlichen
Kraftstoffmehrbedarf bereitzustellen.
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Bei Einspritzanlagen der eingangs beschriebenen Art ist es bereits
bekannt, ein induktives Schaltelement im Zeitkreis des monostabilen Multivibrators
vorzusehen und die Induktivität dieses Schaltelements durch ein auf den Unterdruck
im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine ansprechendes Steuerglied zu verändern. Beim
beabsichtigten Beschleunigen der Brennkraftmaschine treten nur geringfügige Änderungen
des Unterdruckes im Ansaugrohr auf, weil bei niedrigen Drehzahlen die Strömungsgeschwindigkeit
ebenfalls gering ist. Um große Änderungen der Induktivität zu erzielen, muß man
Eisenteile im zugehörigen Magnetfeld verschieben. Wegen der dabei auftretenden Massenkräfte
lassen sich daher bei diesen bekannten Anordnungen keine raschen Änderungen der
Induktivität der Schaltelemente erzielen, zumal die geringen Druckunterschiede nur
kleine Antriebskräfte zur Verschiebung der Eisenteile ergeben. Es sind zwar bereits
unterdruckgesteuerte Beschleunigungsanordnungen bekanntgeworden, bei welchen eine
Druckdose mit einem Kontaktpaar zusammenarbeitet, das parallel zu einem im Zeitkreis
des Multivibrators liegenden Widerstand angeordnet ist. Die Reaktion der Einspritzanlage
auf plötzliches Niedertreten des Gaspedals wird jedoch auch bei diesen bekannten
Anordnungen als träge empfunden, weil die Änderung eines bereits laufenden Einspritzimpulses
nicht oder nur unzureichend möglich ist und weil bei niedrigen Drehzahlen der nächste
Einspritzimpuls .erst mit verhältnismäßig großem zeitlichem Abstand folgt.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Beschleunigungseinrichtung
zu schaffen, welche beim Niedertreten des Gaspedals einen bereits laufenden Einspritzimpuls
verlängert oder einen Einspritzimpuls auszulösen vermag.
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Diese Aufgabe läßt sich bei einer elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzanlage
der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch lösen, daß mit der Drosselklappe
der Brennkraftmaschine ein permanentmagnetischer Impulsgenerator gekuppelt ist,
der bei der Öffnungsbewegung der Drosselklappe eine die Dauer der Ventilöffnungsströme
vergrößernde Steuerspannung liefert.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend an Hand einer
in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellten elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzanlage
näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 ein Schaltbild der Kraftstoffeinspritzanlage,
teilweise nur in schematischer Darstellung, F i g. 2 ein in der Einspritzanlage
nach F i g. 1 verwendetes Einspritzventil im Schnitt.
Die Kraftstoffeinspritzanlage
nach F i g. 1 ist zum Betrieb einer Sechszylinderbrennkraftmaschine 10 bestimmt,
deren Zündkerzen 11 an eine nicht dargestellte Hochspannungszündanlage angeschlossen
sind. In unmittelbarer Nähe der nicht dargestellten Einlaßventile der Brennkraftmaschine
sitzt auf den zu den einzelnen Zylindern führenden Verzweigungsstutzen des Ansaugrohres
20 ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil 21, von denen jedes
über eine der bei 22 angedeuteten Kraftstoffleitungen aus einem Verteiler
23 Kraftstoff zugeführt erhält. Der Kraftstoff wird im Verteiler und in den Leitungen
22 durch eine bei 24 angedeutete, mit der Kurbelwelle 19 der Brennkraftmaschine
gekuppelte Pumpe unter annähernd gleichbleibendem Druck gehalten.
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Jedes der in F i g. 2 im Schnitt näher dargestellten Einspritzventile
enthält in seinem aus magnetisierbarem Werkstoff hergestellten Gehäuse 25 eine Magnetisierungswicklung
26, die den feststehenden Eisenkern 27 und den beweglichen, die Düsennadel
28 tragenden Anker 29 umgibt. Eines der Enden der Wicklung 26 ist
durch nicht dargestellte Mittel mit dem Gehäuse 25 elektrisch leitend verbunden,
während das andere Ende jeder der Wicklungen über Anschlußleitungen 30 mit einem
von sechs Widerständen 31 verbunden ist. Jeweils drei der Widerstände 31 sind zusammen
an den Kollektor eines der beiden bei 32 und 33 dargestellten Leistungstransistoren
angeschlossen, die zu einem im folgenden näher beschriebenen elektronischen Regel-
und Steuergerät gehören.
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Das Regel- und Steuergerät enthält außer den Leistungstransistoren
32 und 33 drei zur Erzeugung von elektrischen, bei 35 angedeuteten
Impulsen dienende Transistoren 36, 37, 38, die mit einer Eisendrossel zusammenarbeiten,
deren Induktivität in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugrohr 20 der Brennkraftmaschine
veränderbar ist. Die Eisendrossel wird von der Primärwicklung 40 eine Transformators
gebildet, der einen verstellbaren Anker 41 hat. Dieser sitzt an einer Stehstange
42, die mit der nicht dargestellten Membran einer Unterdruckdose 43 verbunden
ist. Diese ist mit ihrer Saugseite an den Ansaugkanal 20 der Brennkraftmaschine
unmittelbar hinter der mit einem Fußhebel 45 verstellbaren Drosselklappe 46 der
Brennkraftmaschine angeschlossen und hebt bei steigendem Unterdruck den Kern
41 in der mit einem Pfeil bezeichneten Richtung so an, daß ein sich dann
vergrößernder Luftspalt in dem nicht dargestellten Eisenkern die Induktivität der
Primärwicklung 40 umso mehr verkleinert, je niedriger der Druck im Ansaugrohr
20 wird, d. h. je stärker der Unterdruck ansteigt.
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Die Sekundärwicklung 50, die mit der Primärwicklung 40 auf
dem gleichen nicht dargestellten Eisenkern sitzt, ist über einen in der angedeuteten
Richtung stromdurchlässigen Gleichrichter 52 mit einem ihrer Wicklungsenden an die
Basis des Transistors 36 und an ein Ende eines Widerstandes 54 angeschlossen, während
das andere Wicklungsende zusammen mit dem Widerstand 54 an einem Verbindungspunkt
A liegt. Dieser ist an den Schleifer S
eines Potentiometers 56 angeschlossen,
das einerseits an der gemeinsamen Plusleitung 57 des Regelgeräts liegt und andererseits
an die für das Regelgerät gemeinsame Minusleitung 58 angeschlossen ist. Der Transistor
36 liegt mit seinem Emitter unmittelbar an der Plusleitung 57, während sein
Kollektor mit der Basis des Transistors 37 direkt und mit der Minusleitung 58 über
einen Arbeitswiderstand 59 indirekt verbunden ist. Zurr Emitter des Transistors
37, der mit der Plusleitung 57 über einen Arbeitswiderstand 60 verbunden ist, führt
über eine Halbleiterdiode 61 eine Steuerleitung 62, die an den feststehenden Kontakt
63 eines Schalters angeschlossen ist, dessen Schaltarm 65 ebenso wie die Minusleitung
58 elektrisch leitend mit Masse verbunden ist und durch einen zweihöckrigen, mit
der Kurbelwelle 19 der Brennkraftmaschine gekuppelten Nocken 64 bei jeder Kurbelwellenumdrehung
zweimal geschlossen wird und dabei den mit seiner Basis an den Emitter des Transistors
37 angeschlossenen Transistor 38
stromleitend macht.
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Unmittelbar vor den einzelnen Schließungszeitpunkten des Schaltarms
65 ist der Transistor 36 stromleitend und hält den Transistor 37 und den mit diesen
gleichphasig arbeitenden Transistor 38 in seinem Sperrzustand. Dies kommt daher,
daß die Basis des Transistors 36 mit dem Schleifer S des Potentiometers 56 über
den Widerstand 54 verbunden ist, der gegenüber der Plusleitung 57 ein negatives
Potential hat. Sobald der Schaltarm 65 durch den Nacken 64 gegen den Kontakt 63
gedrückt wird, erhält die Basis des Transistors 38 über den Gleichrichter 61 und
den Schaltarm 65 das Potential der Masse und macht den seither gesperrten Transistor
38 stark stromleitend. Der Transistor 38 vermag dann einen exponentiell ansteigenden,
über den Widerstand 70 gehenden Kollektorstrom J, zu führen. Dieser durchfließt
die Primärwicklung 40 und erzeugt in dem nicht dargestellten Eisenkern und
in dem Anker 41. des Transformators ein ebenfalls wachsendes magnetisches Feld,
Der Anstieg des Stromes J, erfolgt umso rascher, je größer der Luftspalt und je
kleiner die mit wachsendem Luftspalt abfallende Induktivität der Primärwicklung
40 ist. Bei diesem Stromanstieg wird bei hoher Induktivität der Primärwicklung 40
in der Sekundärwicklung 50 eine Spannung U,1 induziert, die verhältnismäßig langsam
ansteigt, einen hohen Spitzenwert erreicht und dann wieder langsam abfällt. Bei
kleiner Induktivität der Primärwicklung 40 steigt die in der Wicklung 50 induzierte
Spannung wesentlich rascher an, erreicht ihren niedriger liegenden Höchstwert früher
und fällt steiler ab als bei großer Induktivität. Diese Spannung überlagert sich
der mit dem Schleifer S am Potentiometer 56 abgegriffenen Vorspannung
Up.
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Der im Schließungsaugenblick in seinen Sperrzustand gelangende Transistor
36 bleibt daher um so länger gesperrt, je größer die in der Sekundärwicklung 50
induzierte Spannung Ur ist und je weiter der Schleifer S des Potentiometers
56 gegen die Plusleitung 57 hin verstellt wird bzw. je kleiner die Vorspannung Up
ist. Solange jedoch der Transistor 36 gesperrt ist, kann der Transistor 38 einen
Kollektorstrom J, führen, der über den Verstärker 75 und einen durch einen mit Kurbelwellendrehzahl
umlaufenden Exzenter betätigten Schalter einen der beiden Leistungstransistoren
32, 33 stromleitend und die an diesen Leistungstransistor angeschlossene Ventilgruppe
in ihrer Öffnungsstellung hält. Sobald der Transistor 36 wieder stromleitend wird,
gelangen die Ventile wieder in ihre Schließstellung. Dies tritt dann ein, wenn die
induzierte Spannung U, so weit abgeklungen ist, daß sie zusammen mit der am Schleifer
eingestellten Vorspannung Up ein Potential
an der Basis des
Transistors 36 ergibt, das um mehr als 0,5 Volt niedriger als das Potential des
mit der Plusleitung verbundenen Emitters des Transistors 36 ist. Da die Induktivität
der Wicklungen 40 und 50
durch den von Drehzahl und Drosselklappenstellung
abhängigen Unterdruck in der Ansaugleitung 20 mit Hilfe der Membrandose
43 so geändert wird, daß die induzierte Spannung U,. mit größer werdendem
Unterdruck kleiner wird und dann entsprechend kürzere Öffnungszeiten der Ventile
ergibt, wird eine gute Anpassung der Einspritzmengen an den jeweiligen Kraftstoffbedarf
bei den verschiedenen Betriebszuständen erzielt.
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Bei der praktischen Erprobung des seither beschriebenen Teils der
Einspritzanlage hat sich gezeigt, daß die Brennkraftmaschine beim Niedertreten des
Gaspedals 45 nur dann rasch zu folgen vermag, wenn man dafür sorgt, daß beim Niedertreten
des Gaspedals mehr Kraftstoff eingespritzt wird als dem dann augenblicklich vorhandenen
Unterdruck entspricht. Zur Erzielung einer Brennstoffanreicherung beim Beschleunigen
ist mit dem Gaspedal ein als Impulsgenerator wirkender Permanentmagnet
110
gekuppelt, der in eine Spule 111 eintaucht und in dieser nur während
des Niedertretens eine positive Spannung an demjenigen Wicklungsende der .Spule
erzeugt, das mit der Basis eines n-p-n-Transistors 115 verbunden ist. Der
Kollektor dieses Transistors ist unmittelbar an die Plusleitung 57 angeschlossen,
während seine Emitterelektrode an die Minusleitung 58 über einen Arbeitswiderstand
116 angeschlossen ist, der in Reihe mit dem Potentiometer 56 geschaltet
ist. Parallel zum Arbeitswiderstand 116 liegt ein Kondensator 117, der die
Wirkung der in der .Spule erzeugten, beim Niedertreten des Gaspedals entstehenden
Spannungsstöße auf etwa 1 Sekunde verlängert. Durch die Spannungsstöße wird nämlich
der Transistor 115 kurzzeitig stromleitend gemacht. Der von seinem Emitterstrom
im Arbeitswiderstand 116
erzeugte Spannungsabfall hebt das Potential des Anschlußpunktes
A und hält dabei den Transistor 36 länger in seiner Schließstellung, wenn an dessen
Basis die in der Wicklung 50 induzierten Sperrspannungen Ur wirksam
sind. Dadurch wird auf einfache Weise eine vorübergehende Kraftstoffanreicherung
erzielt.