DE1206204B - Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F02d

Deutsche Kl.: 46 c2 - 87

1 206 204
B 737541 a/46 c2
4. Oktober 1963
2. Dezember 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine für Brennkraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren mit Saugrohreinspritzung, bestimmte Kraftstoffeinspritzanlage mit einer monostabilen, einen Eingangstransistor und einen Ausgangstransistor umfassenden Kippeinrichtung zur Erzeugung impulsförmiger Versorgungsströme für die elektromagnetisch betätigte Einspritzeinrichtung, deren Spritzdauer von einem zur Kippeinrichtung gehörenden Zeitglied bestimmt wird, das einen mit seiner Primärwicklung in den Kollektorkreis des Ausgangstransistors eingeschalteten Transformator enthält, dessen Sekundärwicklung im Basisstromkreis des Eingangstransistors liegt.

Bei bekannten Kraftstoffeinspritzanlagen dieser Art weist der zum Zeitglied gehörende Transformator einen gegenüber seinem Eisenkern mit einem Luftspalt angeordneten Anker auf, der mit Hilfe einer an das Saugrohr der Brennkraftmaschine angeschlossenen Membrandose mit steigendem Unterdruck weiter von dem Eisenkern entfernt wird und dabei eine Ver- ao ringerung der Induktivität der Primärwicklung des Transformators bewirkt. Eine derartige Anordnung gestattet zwar eine einfache Anpassung der Einspritzmengen an die jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, weil die eine Änderung der Induktivität und damit eine Änderung der Spritzdauer bewirkende Steuergröße, der Unterdruck im Ansaugrohr, sowohl von der Drehzahl der Brennkraftmaschine als auch von deren Drosselklappenstellung und daher von der Last abhängig ist. Außer von diesen hauptsächlichen Betriebsdaten der Brennkraftmaschine hängt der Kraftstoffbedarf auch von der jeweiligen Betriebstemperatur ab. Um auch bei kalter Brennkraftmaschine einwandfreie Fahreigenschaften zu erzielen, ist es notwendig, eine wesentlich größere Benzinmenge einzuspritzen, als bei derjenigen Arbeitstemperatur, die sich nach einer etwa 5 bis 10 Minuten dauernden Anfahrzeit einstellt. Diese Mehrmengen sollen etwa der Temperaturdifferenz gegenüber der bei 60° C liegenden unteren Grenze der Arbeitstemperatur proportional sein. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten als Zeitglied einen Transformator aufweisenden Kraftstoffeinspritzanlagen so zu ergänzen, daß bei einer Arbeitstemperatur von beispielsweise 60° C oder mehr die vom Zeitglied in Abhängigkeit vom Unterdruck eingestellte Einspritzdauer konstant bleibt, jedoch unterhalb dieser Temperatur um einen festen Wert, beispielsweise um 2% je Grad Untertemperatur vergrößert wird.

Es ist bereits bekannt, in elektronischen Steueranlagen mit einem zur Bestimmung der öffnungs-Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage
für Brennkraftmaschinen

Anmelder:

Robert Bosch G. m. b. H.,

Stuttgart 1, Breitscheidstr. 4

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Hermann Scholl, Stuttgart

dauer von elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventilen dienenden Multivibrator mit Kondensatorkopplung die Zeitkonstante des Kondensatorkreises durch einen parallelgeschalteten, veränderbaren Widerstand mit zunehmender Motortemperatur zu verkleinern, wobei der Abgriff des Widerstandes mittels einer in wärmeleitender Verbindung mit dem Motor stehenden Bimetallfeder verstellt wird und außerdem ein mit dem Anlaßschalter gekuppelter Elektromagnet zur Verstellung auf Kraftstoffmehrmenge vorgesehen ist. Es ist ferner bei Multivibratoren für Einspritzanlagen bekannt, in dem Ladeoder Entladestromkreis eines als zeitbestimmendes Glied verwendeten Kondensators einen temperaturabhängigen Widerstand vorzusehen, durch welchen mit zunehmender Temperatur die Impulslänge verkleinert wird.

Beiden Vorschlägen ist gemeinsam, daß sich innerhalb der für den Betrieb der Brennkraftmaschine in Betracht kommenden Temperaturbereiches die Impulsdauer kontinuierlich mit der Motortemperarur ändert. Eine Begrenzung des Temperatureinflusses auf einen Bereich, der im Sinne der obengeschilderten Aufgabe auf eine feste, noch weit unterhalb der Betriebstemperatur liegende Grenztemperatur von etwa 60° C beschränkt ist, wird bei diesen bekannten Vorschlägen weder beabsichtigt noch erreicht.

Die geschilderte Aufgabe ist bei einer Einspritzanlage der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei welcher gemäß der Erfindung die Primärwicklung des Transformators mit einem Vorwiderstand in Reihe geschaltet ist und an den Verbindungspunkt der Primärwicklung und des Vorwiderstandes eine der beiden Elektroden eines Gleichrichters angeschlossen ist, der mit seiner anderen Elektrode am Verbindungspunkt von zwei einen Spannungsteiler

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ergebenden Widerständen liegt, von denen wenig- 41 versehen. Dieser sitzt an einer Stellstange 42, die

stens einer in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße mit der nicht dargestellten Membran einer Unter-

der Brennkraftmaschine, insbesondere von deren druckdose 43 verbunden ist. Diese ist mit ihrer Saug-

Betriebstemperatur, veränderbar ist. seite an den Ansaugkanal 20 der Brennkraftmaschine

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der 5 unmittelbar hinter der mit einem Fußhebel 45 verErfindung eine Brennkraftmaschine mit einer Kraft- stellbaren Drosselklappe 46 der Brennkraftmaschine stoffeinspritzanlage dargestellt. Es zeigt angeschlossen und hebt bei steigendem Unterdruck

Fig. 1 ein Schaltbild der Kraftstoffeinspritzanlage, den Anker 41 in der mit einem Pfeil bezeichneten

teilweise in nur schematischer Darstellung, Richtung so an, daß ein sich dann vergrößernder

Fig. 2 ein in der Einspritzanlagenach Fig. 1 ver- io Luftspalt in dem nicht dargestellten Eisenkern die

wendetes Einspritzventil im Schnitt. Die Induktivität der Primärwicklung 40 um so mehr ver-

Fig.3 und 4 zeigen abgewandelte Ausführungs- kleinert, je niedriger der Druck im Ansaugrohr20

beispiele ausschnittsweise in ihrem Schaltbild. wird, d. h. je stärker der Unterdruck ansteigt.

Die Kraftstoffeinspritzanlage nach F i g. 1 ist zum Die Sekundärwicklung 47, die mit der Primärwick-Betrieb einer SechszylinderbrennkraftmaschinelO be- 15 lung 40 auf dem gleichen nicht dargestellten Eisenstimmt, deren Zündkerzenil an eine nicht darge- kern sitzt, ist mit einem ihrer Wicklungsenden an stellte Hochspannungszündanlage angeschlossen sind. die Basis des Eingangstransistors 37 und an den Ver-In unmittelbarer Nähe der nicht dargestellten Ein- bindungspunkt zweier Widerstände 48 und 49 angelaßventile der Brennkraftmaschine sitzt auf den zu schlossen, die als Spannungsteiler zwischen den beiden einzelnen Zylindern führenden Verzweigungs- 20 den Stromversorgungsleitungen des Kippgerätes, stutzen des Ansaugrohres 20 ein elektromagnetisch nämlich der Plusleitung 50 und der Minusleitung 51 betätigbares Einspritzventil 21. Jedem Ventil wird liegen. Diese beiden Leitungen stehen mit einer nicht über eine der bei 22 angedeuteten Kraftstoffleitungen dargestellten 12-Volt-Batterie in Verbindung. Der aus einem Verteiler 23 Kraftstoff zugeführt. Der Transistor 37 liegt mit seinem Emitter unmittelbar Kraftstoff wird im Verteiler und in den Leitungen 22 25 an der Plusleitung 50, während sein Kollektor mit durch eine mit der Kurbelwelle 19 der Brennkraft- der Basis des Transistors 38 über einen Kopplungsmaschine gekuppelte Pumpe 24 unter annähernd widerstand 52 und mit der Minusleitung 51 über gleichbleibendem Druck gehalten! einen Arbeitswiderstand 53 verbunden ist.

Jedes der in Fig. 2 im Schnitt näher dargestellten Von der Plusleitung50 zur Basis des Ausgangs-Einspritzventile enthält in seinem aus magnetisier- 30 transistors 38 führt ein Widerstand 54. Der Emitter barem Werkstoff hergestellten Gehäuse 25 eine Ma- .; dieses Transistors ist unmittelbar an die Plusleitung gnetisierungswicklung26, die den feststehenden Eisen- angeschlossen. Die Steuerimpulse 35 werden am Kolkern 27 und den beweglichen, die Düsennadel 28 lektor des Transistors 38 abgenommen. Damit die tragenden Anker 29 umgibt. Eines der Enden der Steuerimpulse synchron zu den Kurbelwellen-Wicklung 26 ist durch nicht dargestellte Mittel mit 35 Umdrehungen erzeugt werden können, ist ein mit der dem Gehäuse 25 elektrisch leitend verbunden, wäh- Kurbelwelle gekuppelter zweihöckriger Nocken 56 rend das andere Ende jeder der Wicklungen über vorgesehen, der bei jeder Kurbelwellenumdrehung Anschlußleitungen 30 mit einem von sechs Wider- einmal den ihm zugeordneten, mit Masse verbunständen 31 verbunden ist. Jeweils drei der Wider- denen Schaltarm 57 gegen den feststehenden Kontakt stände 31 sind zusammen an den Kollektor eines der 40 58 drückt und dann einen Kondensator 59 mit Masse beiden bei 32 und 33 dargestellten Leistungstransi- verbindet, der mit einer seiner Elektroden an den stören angeschlossen, die zu einem im folgenden Kontakt 58 und über einen Widerstand 60 an die näher beschriebenen elektronischen Regel- und Plusleitung 50 und mit seiner Gegenelektrode an den Steuergerät gehören und ihre angeschlossenen Ein- Verbindungspunkt der beiden Widerstände 48, 49 spritzventile in die Öffnungsstellung bringen, solange 45 und der Sekundärwicklung 47 angeschlossen ist. sie stromleitend sind. Während der zwischen dem Schließungsaugenblick

Das Regel- und Steuergerät enthält außer den und dem nachfolgenden Öffnungsaugenblick verbeiden Leistungstransistoren 32 und 33 einen mit gehenden Zeitspanne wird der Kondensator 59 auf nicht dargestellten Transistoren ausgerüsteten, in der eine dem Teilerverhältnis der beiden Widerstände 48 Zeichnung schematisch angedeuteten Verstärker 34, 50 und 49 entsprechende Teilspannung aufgeladen, dem rechteckförmige Steuerimpulse 35 aus einem Während dieser Zeitspanne ist der Eingangstransistor monostabilen Kippgerät 36 zugeführt werden, dessen 37 stromleitend und hält den Ausgangstransistor 38 instabile Kipplage die Dauer der Steuerimpulse und in seinem Sperrzustand. Sobald der Schaltarm 57 daher auch die Einspritzdauer bzw. die zu dieser vom Kontakt 58 abhebt, wird die im Kondensator 59 proportionale Einspritzmenge der Einspritzventile 21 55 gespeicherte Ladung wirksam, welche den Verbinbestimmt. Im einzelnen enthält das Kippgerät 36 dungspunkt der Widerstände 48 und 49 auf ein einen Eingangstransistor 37 und einen Ausgangs- gegenüber dem Emitter des Eingangstransistor 37 transistor 38 sowie ein für die jeweilige Dauer Γ der positives Potential anhebt. Im Öffnungsaugenblick instabilen Kipplage maßgebendes Zeitglied, das von wird daher der Eingangstransistor 37 gesperrt und einem mit seiner Primärwicklung 40 in den Kollek- 60 der Ausgangstransistor, der mit seiner Basis über den torkreis des Ausgangstransistors 38 eingefügten Trans- Widerstand 52 und den stromlos gewordenen Arbeitsformator gebildet wird. Damit die Induktivität der widerstand 53 an stark negatives Potential gelegt Wicklung 40 in Abhängigkeit von dem jeweiligen, wird, stromleitend und beginnt über die Primärwickmit Drehzahl und Drosselklappenstellung veränder- lung 40 einen Magnetisierungsstrom zu führen, der baren Unterdruck im Ansaugrohr 20 auf verschiedene, 65 bei großer Induktivität rasch auf seinen Ruhestromdem Unterdruck angepaßte Einspritzmengen er- wert ansteigt, der durch die Größe des Wicklungsgebende Werte selbsttätig eingestellt werden kann, Widerstandes und eines mit der Wicklung 40 in Reihe ist der Transformator mit einem verstellbaren Anker geschalteten Vorwiderstandes 61 festgelegt ist. Wäh-

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rend dieses Anstiegs entsteht in der Sekundärwick- standswerte annimmt, so verschiebt sich das Potenlung 47 eine in der Zeichnung durch einen Pfeil an- tial des Punktes S in negativer Richtung. Das Potengedeutete, exponentiell abklingende Spannung U, tial des Verbindungspunktes P steigt mit dem die welche die Basis des Eingangstransistors 37 ebenfalls Primärwicklung 40 durchfließenden Kollektorstrom ins Positive anhebt und mit einer zur Anstiegs- 5 an und erreicht daher um so früher das Potential des geschwindigkeit des Kollektorstromes in der Primär- Verbindungspunktes S, je niedriger die Kühlwasserwicklung proportionalen Geschwindigkeit abfällt. So- temperatur und je niedriger demzufolge das Potenbald die Spannung U dabei den durch das Teiler- tial am Punkt S ist. Wenn jedoch der Gleichrichter Verhältnis der Widerstände 48 und 49 festgelegten 65 stromleitend wird, bevor die instabile, die Dauer T Wert unterschreitet, wird die Basis des Eingangs- io der Steuerimpulse bestimmende Kipplage beendigt transistors 37 erneut negativ und der Eingangs- ist, wird die für den Anstieg des Kollektorstromes transistor kippt in seinen stromleitenden Zustand zu- maßgebende Zeitkonstante sprunghaft vergrößert, rück, wobei er gleichzeitig den Ausgangstransistor 38 Diese Vergrößerung der Zeitkonstante bewirkt eine sperrt. Auf diese Weise entstehen die am Kollektor Verlängerung der Impulsdauer T um einen Betrag Δ Τ, des Ausgangstransistors 38 abgenommenen Steuer- 15 der um so größer ist, je weiter die Betiebstemperatur impulse 35, deren Dauer T von der jeweiligen Induk- unter der Arbeitstemperatur von 60° C liegt, und je tivität der Primärwicklung 40 abhängt und über die früher daher der Gleichrichter 65 stromleitend wird. Steuerstange 42 von der Unterdruckmembran 43 ein- Bei den in den F i g. 3 und 4 ausschnittsweise gestellt wird. Diese Steuerimpulse 35 werden über wiedergegebenen, abgewandelten Ausführungsbeispieden Verstärker 34 und über einen Schaltarm 64, der 20 len sind gleiche oder gleichwirkende Bauelemente von einem mit gleicher Drehgeschwindigkeit wie der mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verNocken 56 umlaufenden, jedoch einhöckrigen Nocken sehen. Während beim Ausführungsbeispiel nach 63 gesteuert wird, abwechslungsweise einem der bei- Fig. 1 der NTC-Widerstand 67 mit der Plusleitung den Leistungstransistoren 32 und 33 zugeführt und 50 verbunden ist, liegt er beim Ausführungsbeispiel bewirken dann in der zu diesem Leistungstransistor 25 nach Fig. 3 zwischen dem Kollektor des Ausgangsgehörenden Ventilgruppe die über die Dauer T an- transistors 38 und dem Verbindungspunkt S, an wel-

haltende Kraftstoffeinspritzung. chen der unveränderbare Widerstand 66 und der

Die Größe der Induktivität der Primärwicklung4(K- Gleichrichter 65 wie nach Fig. 1 angeschlossen ist.

ist in Verbindung mit dem Vorwiderstand 61 so ge-"~ Diese Schaltung bringt den Vorteil mit sich, daß über

wählt, daß der Brennkraftmaschine in betriebs- 30 den NTC-Widerstand 67 nur dann Strom fließen

warmem Zustand, d. h. bei einer Kühlwassertempe- kann, wenn und solange der Transistor 38 sich in

ratur von mehr als 60° C, eine solche große Kraft- seiner instabilen Kipplage befindet. Er ist deshalb

stoffmenge zugeführt wird, daß die Brennkraft- einer um so größeren Eigenerwärmung ausgesetzt, bei

maschine weder mit Luft- noch mit Kraftstoffüber- je höheren Drehzahlen die Brennkraftmaschine be-

schuß arbeitet. Um jedoch auch bei niedrigeren 35 trieben wird und kompensiert dadurch die Verzöge-

Kühlwassertemperaturen einwandfreie Fahreigen- rung, welche infolge der großen Wärmekapazität des

schäften zu erzielen, ist es notwendig, um so größere Kühlsystems entstehen kann.

Zusatzmengen einzuspritzen, je weiter die jeweilige Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist der un-Motortemperatur unter der angegebenen Arbeits- veränderbare Widerstand 66 zwischen dem Verbintemperatur von 60° C liegt. Diese Zusatzmenge soll 40 dungspunkt S und dem Kollektor des Ausgangsje Grad Untertemperatur ungefähr 2% der bei der transistors 38 angeordnet, während der gegenüber der Arbeitstemperatur erforderlichen Kraftstoffmenge Schaltung nach F i g. 3 mit dem Widerstand 66 verbetragen. Diese Korrekturwerte werden dadurch in tauschte Heißleiterwiderstand 67 zwischen der Minusdie Steuereinrichtung eingegeben, daß an den Ver- leitung 51 und dem VerbindungspunktS liegt. Außerbindungspunkt P der Primärwicklung 40 und ihres 45 dem ist im Tausch gegen die Primärwicklung 40 der Vorwiderstandes 61 eine der beiden Elektroden eines Vorwiderstand 61 unmittelbar an den Kollektor des Gleichrichters 65 angeschlossen ist, der mit seiner Ausgangstransistors 38 angeschlossen und ferner ist anderen Elektrode am Verbindungspunkt S von zwei der Gleichrichter 65 mit vertauschter Polarität zwieinen Spannungsteiler ergebenden Widerständen 66 sehen den beiden Verbindungspunkten P und S ange- und 67 liegt, von denen der Widerstand 66 als tem- 50 ordnet. Er hat jedoch die gleiche Wirkung wie dies peraturunabhängiger Widerstand ausgebildet und mit bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 3 der Minusleitung 51 verbunden ist, während der angegeben worden ist.

zweite Widerstand 67 mit dem Kühlwasser der Brenn- Für den Fall, daß als temperaturabhängiger Widerkraftmaschine 10 durch in der Zeichnung nicht dar- stand ein Kaltleiter verwendet wird, muß dieser an gestellte Mittel in wärmeleitender Verbindung steht 55 jener Stelle angeordnet werden, welche der Wider- und als Heißleiter oder NTC-Widerstand ausgebildet stand66 in den Fig. 1, 3 und 4 einnimmt, wohinist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gegen dann der mit ihm zusammen einen Spannungs-Durchlaßrichtung des Gleichrichters 65 so gewählt, teiler ergebende, unveränderliche Widerstand den daß dieser nur dann einen Strom zu führen vermag, Platz mit dem NTC-Widerstand67 der Fig. 1, 3 wenn der Verbindungspunkt P ein höheres Potential 60 und 4 tauscht.

hat als der Verbindungspunkt5 der beiden Wider- Die Anordnung nach Fig. 4 ist deshalb vorteilstände 66 und 67. Die Widerstandswerte dieser bei- haft, weil der Transformator und der NTC-Widerden Widerstände 66 und 67 sind so gewählt, daß bei stand in der Regel räumlich getrennt von der übrigen einer über 60° C liegenden Kühlwassertemperatur Schaltung angeordnet werden müssen. Der einseitige der Gleichrichter 65 dauernd gesperrt bleibt und da- 65 Massenanschluß dieser Bauteile ergibt dann eine Einher der Punkts¹ stets höheres Potential als der Punkt? sparung an Verbindungsleitungen, wodurch der Einhat. Wenn jedoch die Temperatur des NTC-Wider- bau und die Wartung der Steuereinrichtung vereinstandes 67 absinkt und dieser daher höhere Wider- facht wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Für Brennkraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren mit Saugrohreinspritzung, bestimmte Kraftstoffeinspritzanlage mit einer monostabilen, einen Eingangstransistor und einen Ausgangstransistor umfassenden Kippeinrichtung zur Erzeugung impulsförmiger Versorgungsströme für die elektromagnetisch betätigte Einspritzeinrichtung, deren Spritzdauer von einem zur Kippeinrichtung gehörenden Zeitglied be- ίο stimmt wird, das einen mit seiner Primärwicklung in den Kollektorkreis des Ausgangstransistors eingeschalteten Transformator enthält, dessen Sekundärwicklung im Basisstromkreis des Eingangstransistors liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (40) des Transformators mit einem Vorwiderstand (61) in Reihe geschaltet ist und daß an den Verbindungspunkt (P) der Primärwicklung (40) und des Vorwiderstandes (61) eine der beiden Elektroden eines Gleichrichters (65) angeschlossen ist, der mit seiner anderen Elektrode am Verbindungspunkt (S) von zwei einen Spannungsteiler ergebenden Widerständen (66,67) liegt, von denen wenigstens einer (67) in Abhängigkeit von einer Betriebs-

größe der Brennkraftmaschine, insbesondere von deren Betriebstemperatur, veränderbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spannungsteiler ergebenden Widerstände (66,67) in einem von dem Kollektor des Ausgangstransistors (38) zu einer Betriebsstromleitung (51) führenden Stromkreis angeordnet sind, der parallel zu der aus der Primärwicklung (40) und ihrem Vorwiderstand (61) gebildeten Reihenschaltung verläuft.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (61) zwischen dem Kollektor des Ausgangstransistors (38) und der einseitig an Masse angeschlossenen Primärwicklung (40) angeordnet und daß der einen negativen Temperaturkoeffizienten (NTC) aufweisende, temperaturabhängige Widerstand (67) ebenfalls einseitig mit Masse verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1121407;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1147 800;
USA.-Patentschriften Nr. 2 867 200, 2 992 640.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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