DE1526506C - Kraftstoffeinspritzanlage mit elektronischer Steuereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzaniage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen mit Saugrohreinspritzung arbeitenden Kraftfahrzeugmotor, deren elektronische, die Öffnungsdauer wenigstens eines elektromagnetischen Einspritzventil:; bestimmende Steuereinrichtung einen monostabilen Multivibrator enthält, bei welchem die Dauer seiner Ausgangsimpulse in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebspararneter der Brennkraftmaschine — insbesondere von dem im Ansaugrohr hinter der Drosselklappe herrschenden Ansaugluftdruck — veränderbar ist und an den Multivibrator eine elekixonische Impulsverlängerungsstufe angeschlossen ist, die einen sich jeweils an einen Ausgangsimpuls des Multivibrators anschließenden Verlängerungsimpuls liefert, wobei aus den beiden Impulsen ein Summenimpuls gebildet wird, der die Einspritzdauer der Einspritzanlage bestimmt.

Aus der deutschen Patentschrift 1125 718 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage bekannt, bei welcher an einen Steuermultivibrator eine Impulsverlängerungsstufe angeschlossen ist, die aus einem auf eine feste Impulsdauer eingestellten, rnonostabilen Multivibrator besteht, welcher am Ende eines in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung veränderbaren, vom Steuermultivibrator gelieferten Ausgangsimpulses ausgelöst wird. Aus beiden Impulsen wird ein Summenimpuls gebildet, dessen Dauer die Öffnungszeit und demzufolge die bei einem Einspritzvorgang in das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine gelangende Kraftstoftmenge bestimmt. Der zweite, in seiner Dauer festliegende Impuls bewirkt sine additive Korrektur und kann dazu verwendet werden, die konstante Ansprechzeit und Abfallzeit der Ventile zu berücksichtigen oder nur beim Anlauf der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen einer festgelegten Mindesttemperatur den während des Kaltstarts erforderlichen Kraftstoffmehrbedarf zu decken.

Es sind auch bereits Kraftstoffeinspritzanlagen der eingangs beschriebenen Art aus der deutschen Patent-Schrift 1147 800 bekanntgeworden, bei welchen das zum Steuermultivibrator gehörende, als Kondensator ausgebildete Zeitglied an ein Potential, das in Abhängigkeit von der Temperatur der Ansaugluft oder dem äußeren Luftdruck veränderbar ist, in der Weise angeschlossen ist, daß sich bei diesen Potentialänderungen eine multiplikative Änderung der Impulsdauer des Steuermultivibrators ergibt. Weiterhin ist in der französischen Patentschrift 1418 574 für eine Kraftstoffeinspritzanlage der eingangs genannten Art cine selbsttätig wirkende Korrektureinrichtung beschrieben, welche dazu dient, die vom monostabilen Steuermultivibrator gelieferten Ausgangsimpulse in ihrer Dauer an die jeweilige Drehzahl der Brennkraftmaschine auf elektronischem Wege anzugleichen. Die Korrektureinrichtung besteht aus mehreren hintereinandergeschalteten Multivibratoren, welche die Aufgabe haben, eine im Takt der Kurbelwelleuumdrehungen periodisch sich wiederholende, in jeder Periode zunehmende und abnehmende Augenblickswerte einer Steuerspannung mit festgelegten Kurvenverlauf zu liefern, wobei diese Steuerspannung an der Basis eines zum Steuermultivibrator gehörenden Eingangstransistors zur Wirkung gebracht wird und nach dem jeweils vorherrschenden Augenblickwert die Ausgangsimpulse verkürzt oder verlängert.

Es hat sich für verschiedene Anwendungsfälle als zweckmäßig oder gar notwendig erwiesen, die bereits hinsichtlich der Drehzahl korrigierten Ausgangsimpulse in Abhängigkeit von anderen Betriebsparameiern der Brennkraftmaschine, insbesondere von der Temperatur der Ansaugluft oder des Schmieröls bzw. des Kühlwassers jeweils um einen bestimmten Faktor zu verlängern, d. h. multiplikativ zu beeinflüssen, wobei dieser Faktor seinerseits von Betriebsgroßen der Brennkraftmaschine abhängig ist.

Dies läßt sich bei einer Kraftstoffeinspritzanlage

w der eingangs beschriebenen Art mit einer dem Steuermultivibrator nachgeschalteten, Verlängerungsimpuisc liefernden Impulsverlängerungsstufe erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß die Dauer des Verlängerungsimpulses von der Dauer des Ausgangsimpulses abhängt und daß sowohl der Ausgangsimpuls als auch der zugehörige Verlängerungsimpuls einem den Summenimpuls bildenden elektronischen Gatter zugeführt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Impulsverlängerungsstufe einen Kondensator enthalten, der während der Impulsdauer der Ausgangsimpulse des Multivibrators geladen und vom Ende eines Ausgangsimpulses ab entladen wird, wobei die Impulsdauer des von der Verlängerungsstufe gelieferten Verlängerungsimpulses von der Ladespannung dieses Kondensators abhängig ist. Wenn ein linearer Zusammenhang zwischen der Dauer des Ausgangsimpulses und der Dauer des Verlängerungsimpulses erwünscht ist, kann dies in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Kondensator über eine Konstantstromquelle geladen wird, die vorteilhaft als gegengekoppelter Transistor ausgebildet sein kann. Eine besonders genau arbeitende und in ihrem Aufbau einfache Impulsverlängerungsstufe ergibt sich in weilerer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß die Impulsverlängerungsstufe einen Ladetransistor, einen Entladetransistor sowie einen Verstärkungstransistor enthält und daß der Ladetransistor und der Entladctransistor die gleiche Zonenfolge (pnp) aufweisen und mit ihren Emittern über je einen Widerstand mit der gleichen Betriebsstromleitung verbunden sind, der Verstärkungstransistor hingegen die entgegengesetzte Zonenfolge (pnp) aufweist und mit seinem Emitter an die zweite, entgegengesetztes Potential führende Betriebsstromleitung angeschlossen ist und daß ferner die Basis des Verstärkungstransistors mit dem Kollektor des Entladetransistors — vorzugsweise über eine für den Kollektorstrom des Entladetransistors durdilässige Koppeldiode — verbunden ist und daß außerdem der Kondensator zwischen dem Kollektor des Ladetransistors und dem Kollektor des Entiadetransistors angeordnet ist, wobei die den Eingang der Verlängerungsstufe bildende Basis des Ladeiransistors mit dem Ausgang des Multivibrators verbunden ist und der Kollektor des Verstarkungstransistors als Ausgang der Verlängerungsstufe dient.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung betreffen die multiplikative Korrektur von Temperaturschwankungen der Brennkraftmaschine, ferner die additive Korrektur von Schwankungen der Betriebsspannung und die Startanreicherung beim Anlassen. Diese und weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild der Kraftstoffeinspritzanlage, teilweise in nur schematischer Darstellung, und

F i g. 2 bis 5 Diagramme zur trläuterung der Wirkungsweise der Kraftstoffeinspritzanlage nach Fig. 1.

Die Kraftstoffeinspritzanlage nach F i g. 1 ist zum Betrieb einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine 10 bestimmt, deren Zündkerzen 11 an eine nicht dargestellte Hochspannungszündanlage angeschlossen sind. In unmittelbarer Nähe der nicht dargestellten Einlaßventile der Brennkraftmaschine 10 sitzt auf jedem der zu den einzelnen Zylindern führenden Verzweigungsstutzen eines Ansaugrohres 12 ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil 13. Die vier Ventile 13 dienen zusammen als Einspritzeinrichtung. Jedem von ihnen wird über eine Leitung 14 unter konstantem Druck stehender Kraftstoff aus einerr, Verteiler 15 zugeführt. Dieser Kraftstoff wird durch eine Pumpe 16 aus einem Vorratstank 17 angesaugt und in den Verteiler 15 gepumpt. Diese Pumpe kann elektrisch oder, wie dargestellt, von der Brennkraftmaschine 10 angetrieben werden.

Jedes der Einspritzventile 13 ist einpolig an Masse angeschlossen. Die beiden linken Einspritzventile 13 (bezogen auf Fig. 1) sind über je einen Widerstand 18 mit dem Kollektor eines pnp-Leistungstransistors 22 verbunden, und die beiden rechten Einspritzventile 13 sind über je einen Widerstand 19 mit dem Kollektor eines pnp-Leistungstransistors 23 verbunden. Die Emitter der beiden Transistoren 22 und 23 liegen an einer Leitung 24, die mit dem Pluspol einer als Batterie 25 ausgebildeten Betriebsspannungsquelle verbunden ist und die deshalb im folgenden als Plusleitung bezeichnet wird. An den Minuspol der Batterie 25 ist eine Leitung 26 angeschlossen, die mit Masse verbunden ist. Sie wird im folgenden als Minusleitung bezeichnet.

Die Basen der beiden Leistungstransistoren 22 und 23 werden über einen Umschalterkontakt 27, der mit der Nockenwellendrehzahl der Brennkraftmaschine 10 angetrieben wird, abwechselnd mit dem Ausgang eines ODER-Gatters 28 verbunden, das einen npn-Transistor 29 enthält. An dem Eingang dieses ODER-Gatters sind die Ausgänge zweier Mu! ti vibratoren angeschlossen. Dies sind ein erster monostabiler Multivibrator 32 mit zwei npn-Transistoren 33, 34 und ein zweiter monostabiler Multivibrator 35 mit zwei pnp-Transistoren 36,37 und einem npn-Transistor 38. Der zweite Multivibrator 35 arbeitet mit einem Zeitglied 39 zusammen, das einen npn-Transistor 40 enthält. Die Impulsdauer T., des zweiten Multivibrators 35 hängt mit der Impulsdauer des ersten Multivibrators 32 etwa nach der Funktion

T₂ = b-T₁-a

zusammen, wobei α im Ausführungsbeispiel eine Funktion der Spannung an der Batterie 25 ist. Durch diese Maßnahme erhält man in vorteilhafter Weise die gewünschte Variation der Einspritzdauer

T = T₁ + T„

(d. h. der Öffnungsdauer der Ventile 13) von etwa 1 :4, die sonst besonders bei hohen Drehzahlen nur schwer zu verwirklichen ist, wie das eingangs dargelegt wurde. Die Größe b ist im Ausführungsbeispiel eine Funktion der Temperatur der Brennkraftmaschine, die also die Impulsdauer T.-, multiplikativ beeinflußt, während die Spannung an der Batterie 25 einen additiven Einfluß auf die Impulsdauer T., hai.

Außerdem ist noch eine sogenannte Startanreicherung vorgesehen, durch die beim Anlassen die Impulsdauer T., ebenfalls verlängert wird.

Im einzelnen ist die Schaltung nach F i g. 1 wie folgt aufgebaut: Die Emitter der Transistoren 33 und 34 sind direkt an Masse angeschlossen. Die Basis des Transistors 33 ist mit der Kathode einer Diode 43 und, über einen Widerstand 44, mit Masse verbunden. Die Anode der Diode 43 ist mit einem

ίο Verbindungspunkt 45 verbunden, an den die Anoden zweier Dioden 46, 47 angeschlossen sind und der über einen Widerstand 48 mit der Plusleitung 24 in Verbindung steht. Die Kathode der Diode 46 ist über einen Widerstand 49 mit Masse und über einen Kondensator 52 mit einem Verbindungspunkt 53 verbunden, der seinerseits über einen Widerstand 54 an die Plusleitung 24 angeschlossen ist und über einen Unterbrecherkontakt 55 mit Masse verbunden werden kann. Der Unterbrecherkontakt 55 wird von einem zweihöckrigen Nocken 56 bei jeder Umdrehung der Nockenwelle der Brennkraftmaschine 10 zweimal geschlossen und gibt dann jeweils einen negativen Impuls an den Verbindungspunkt 53. Dieser Impuls wird von dem ÄC-Differenzierglied 49, 52 differenziert, wobei die in F i g. 1 eingezeichnete Spannungsform entsteht; die Diode 46 läßt hiervon nur die negative Hälfte durch, die beim Schließen des Kontakts 55 entsteht (Spannung U₁ am Verbindungspunkt 45 [vgl. Fig. 2]).

Die Kathode der Diode 47 ist über die Sekundärwicklung 57 eines Übertragers 58 mit einem Verbindungepunkt 59 verbunden, von dem ein Widerstand 62 nach Masse und ein Widerstand 63 zur Plusleitung 24 führt. Durch Ändern des Potentials am Verbindungspunkt 59 kann die Impulszeit T₁ des Multivibrators 32 multiplikativ verändert werden, z. B. in Abhängigkeit von der Drehzahl.

Der Kollektor des Transistors 33 ist über einen Widerstand 64 mit der Plusleitung 24 und über einen Widerstand 65 mit der Basis des Transistors 34 verbunden, dessen Kollektor über die Primärwicklung 66 des Übertragers 58 und einen mit ihr in Serie liegenden Widerstand 67 an die Plusleitung 24 angeschlossen ist.

Der Übertrager 58 hat einen verstellbaren Eisenkern 68, welcher durch eine Stellstange 69 mit einer Druckmeßdose 72 verbunden ist, die nach Art einer evakuierten Barometerdose aufgebaut und an das Saugrohr 12 angeschlossen ist. Am Eingang des Saugrohrs 12 befindet sich wie üblich eine Drosselklappe 73, die hinter einem Luftfilter 74 angeordnet ist und durch ein Gaspedal 75 betätigt werden kann. Wird das Gaspedal 75 niedergetreten, so wird die Drosselklappe 73 geöffnet und das Vakuum im Saugrohr 12 verringert, so daß der Eisenkern 68 in den Übertrager 58 geschoben wird und sich die Impulsdauer des Multivibrators 32 verlängert, also mehr Kraftstoff eingespritzt wird. Wird umgekehrt die Drosselklappe 73 geschlossen, so wird das Vakuum im Saugrohr 12 größer, und die Druckmeßdose 72 zieht den Eisenkern 68 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles aus dem Übertrager 58 heraus, so daß die Induktivität der Primärspule verringert und die Einspritzdauer entsprechend verkleinert wird.

Die Arbeitsweise des monostabilen Multivibrators 32 nach Fig. 1 ist an sich bekannt, weshalb sie nur kurz beschrieben wird: Wenn der Unterbrecherkontakt 55 geöffnet ist, ist der Transistor 33 im Ruhe-

zustand leitend, und der Transistor 34 ist gesperrt. Wird jetzt der Kontakt 55 geschlossen, so kommt ein negativer Impuls U₁ (vgl. auch F i g. 2) an den Verbindungspunkt 45, sperrt die Diode 43 und damit auch den Transistor 33, wodurch der Transistor 34 leitend wird und beginnt, über die Primärwicklung 66 einen Strom zu führen. Dieser Strom steigt exponentiell auf einen Höchstwert, der durch die Größe des Widerstands der Wicklung 66 und des Widerstands 67 gegeben ist.

Während dieses Anstiegs wird in der Sekundärwicklung 57 eine exponentiell abklingende Spannung induziert, die die Basis des Transistors 33 auf Massepotential hält. Sobald diese Spannung genügend weit abgeklungen ist — diese Zeit hängt von der Induktivität der Primärwicklung 66 und damit der Stellung des Eisenkerns 68 ab —, wird die Basis des Transistors 33 wieder positiver, und dieser Transistor wird wieder stromleitend, wobei er gleichzeitig den Transistör 34 sperrt.

Am Kollektor des Transistors 33 entstehen also positive Spannungsimpulse U₂ (Fig. 2), die mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 synchronisiert sind. Ihre Dauer T₁ ist von der Lage des Eisenkerns 68 abhängig.

Die Basis des Transistors 36 ist direkt mit dem Kollektor des Transistors 33 verbunden. Der Emitter des Transistors 36 ist über einen einstellbaren Widerstand 76 an die Plusleitung 24 angeschlossen. Sein Kollektor ist über einen Kondensator 77, dessen Ladespannung im wesentlichen die Impulsdauer des zweiten Multivibrators 35 bestimmt, mit dem Kollektor des Transistors 37 und über eine Diode 78 mit der Basis des Transistors 38 verbunden. Dabei ist die Kathode der Diode 78 mit der Basis des Transistors 38 und — über einen Widerstand 79 — mit Masse verbunden.

Der Emitter des Transistors 37 ist über einen einstellbaren Widerstand 82 mit der Piusleitung 24 verbunden. Außerdem ist er direkt an die Kathode einer Diode 83 angeschlossen, deren Anode über einen einstellbaren Widerstand 84 mit einem Verbindungspunkt 85 verbunden ist. Letzterer ist mit der Anode einer Zenerdiode 86 verbunden, deren Kathode an der Plusleitung 24 liegt. Außerdem ist der Verbindungspunkt 85 über einen Widerstand 87 an Masse angeschlossen.

Die Basis des Transistors 37 ist über einen Widerstand 88 an die Plusleitung 24 angeschlossen; über zwei Widerstände 91,92, die über einen Verbindungspunkt 93 in Serie liegen, ist sie an Masse angeschlossen. Der Verbindungspunkt 93 ist mit der Kathode einer Diode 94 verbunden, deren Anode an einen Knotenpunkt 95 angeschlossen ist. Dieser Knotenpunkt 95 ist über einen Widerstand 96 mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand) an Masse und über einen Widerstand 97 an die Plusleitung 24 angeschlossen. Außerdem ist er mit der Anode einer Diode 98 verbunden, deren Kathode über einen Widerstand 100 mit Masse verbunden ist. Parallel zur Diode 98 liegt ein Widerstand 103. Die Kathode der Diode 98 ist außerdem mit dem einen Anschluß eines Anlaßschalters 104 verbunden, dessen anderer Anschluß an der Plusleitung 24 liegt.

Der Emitter des Transistors 38 ist mit Masse verbunden. Sein Kollektor liegt über einen Kollektorwiderstand 105 an der Plusleitung 24. Außerdem ist dieser Kollektor über einen Widerstand 106 mit der Basis des Transistors 29 verbunden, an die auch der Kollektor des Transistors 33 über einen Widerstand 107 angeschlossen ist.

Der Kollektor des Transistors 29 ist mit dem Umschalterkontakt 27 verbunden und über einen Kollektorwiderstand 109 an die Plusleitung 24 angeschlossen.

Die Anode der Diode 83 ist mit der Anode einer Diode 112 verbunden, deren Kathode an den Kollektor des Transistors 40 angeschlossen ist, dessen Emitter an Masse liegt. Sein Kollektor ist über einen Kollektorwiderstand 113 mit der Plusleitung 24 verbunden. Seine Basis ist mit der Kathode einer Diode Ü4 und über einen Widerstand 115 mit Masse verbunden. Die Anode der Diode 114 ist über einen Verbindungspunkt 116 und einen Widerstand 117 an die Plusleitung 24 angeschlossen. Über die Serienschaltung eines Kondensators 118 und eines Wider-Standes 119 steht der Verbindungspunkt 116 mit dem Kollektor des Transistors 33 in Verbindung.

Die Einspritzeinrichtung nach F i g. 1 arbeitet wie folgt: Bei jedem Schließen des Unterbrecherkontakts 55 gelangt ein negativer Impuls M₁ (vgl. F i g. 2) zum Verbindungspunkt 45 und sperrt die Diode 43 sowie den Transistor 33 während einer Zeit T₁, wie das bereits beschrieben wurde. Dadurch entstehen am KoI-lektor von Transistor 33 positive Impulse u, (F i g. 2) mit einer zeitlichen Dauer T₁, wobei T₁ wie beschrieben eine Funktion des Vakuums im Saugrohr 12 ist.

Die Impulse W₂ werden über einen Widerstand 107 dem Transistor 29 des ODER-Gatters 28 zugeführt, so daß dieses jeweils während der Dauer der Impulse «., leitend wird und der Kollektor des Transistors 29 etwa das Potential der Minusleitung 26 erhält (Spannung w₇ in F i g. 2). Dadurch wird bei der gezeichneten Stellung des Umschalters 27 der Leistungstransistor22 leitend, und die beiden linken Einspritzventile 13 öffnen, so daß Kraftstoff für die beiden linken Zylinder der Brennkraftmaschine 10 eingespritzt wird. (Stände der Umschaltkontakt 27 in seiner oberen Stellung, so würden die beiden rechten Ventile 13 geöffnet.)

Während der Dauer jedes Impulses «., wird außerdem über das i?C-Glied 119,118 der Transistor 40 leitend gehalten, wobei sich der Kondensator 118 in der durch + und — angedeuteten Weise auflädt. Der Widerstand 119 begrenzt in vorteilhafter Weise den Ladestrom des Kondensators 118. Die Form der Impulse«., wird hierdurch verbessert, weil beim Sperren des Transistors 33 dessen Kollektorpotential schneller ansteigt. Nach Ende eines Impulses w,, d. h., wenn der Kollektor des Transistors 33 wieder negativer wird, wird diese Spannungsänderung über den Kondensator 118 auch auf den Verbindungspunkt 116 übertragen und sperrt die Diode 114 und den Transistor 40 so lange, bis sich der Kondensator 118 über die Widerstände 117, 119 genügend entladen hat und der Transistor 40 wieder leitend wird.

Diese Sperrzeit des Transistors 40 ist beim Ausführungsbeispiel auf etwa 1 Millisekunde bemessen. Dieser Wert hat sich für einige Typen von Brennkraftmaschinen als vorteilhaft erwiesen.

Während der Sperrzeit des Transistors 40 liegt an seinem Kollektor eine positive Spannung, die in Fig. 1 und 2 mit u, bezeichnet ist. Die Impulse M₅ schließen sich zeitlich unmittelbar an die Impulse u.₂ an.

Außerdem erhält bei jedem positiven Impuls m„ der Transistor 36 an seiner Basis ein Potential, das etwa zwischen dem Potential der Minusleitung 26 und der Plusleitung 24 liegt. Nimmt man z. B. an, die Batterie 25 habe eine Spannung von 12 V und die Plusleitung 24 das Potential 0 V (Spannungsreferenzebene), so hat diese Basis etwa ein Potential von — 6 V. Der Emitter des Transistors 36 hat dann wegen des Spannungsabfalls an der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 36 ein etwas positiveres Potential von z.B. —5,4V. Entsprechend fließt im Transistor 36 während der Dauer T₁ des impulses «., ein im wesentlichen konstanter Kollektorstrom, der den Kondensator 77 linear auflädt, so daß seine Spannung linear mit der Zeit zunimmt. Der Transistor 36 dient also als Konstantstromquelle, deren Strom am Widerstand 76 eingestellt werden kann. Die Spannung an der linken Elektrode des Kondensators 77 ist in Fi g.l und 2 mit M₃ bezeichnet.

Beim Ende des Impulses M₂, wenn der Transistor 33 wieder leitend wird, springt das Basispotential des Transistors 36 auf einen wesentlichen negativeren Wert von z. B. —11,5 V, bezogen auf die Plusleitung 24. Entsprechend wird auch der Kollektor dieses Transistors negativer, und dieser Sprung des Kollektorpotentials wird vom Kondensator 77 über die Diode 78 auf die Basis des Transistors 38 übertragen und sperrt diesen, und zwar gleichzeitig mit dem Ende des Impulses M₂. Am Kollektor des Transistors 38 entsteht dann eine positive Spannung M₆, die über den Widerstand 106 auf die Basis des Transistors 29 übertragen wird und diesen weiterhin leitend hält. Dadurch bleiben die beiden linken Einspritzventile 13 weiterhin offen, so daß die Einspritzdauer über die Impulsdauer T₁ des ersten Multivibrators 32 hinaus verlängert wird.

Der Kondensator 77 entlädt sich nun über den Widerstand 82, den Transistor 37 und die Transistoren 36 und 33. Dabei wird die Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 36 invers betrieben, d. h. umgekehrt zur normalen Stromrichtung vom Strom durchflossen.

Durch den zweiten Multivibrator 35 erreicht man verschiedene Vorteile. Der erste Vorteil ist, daß die Bauteile des ersten Multivibrators 32, hauptsächlich der Übertrager 58, für kürzere Impulszeiten T₁ bemessen werden können. Der zweite Vorteil ergibt sich dadurch, daß es mit dem zweiten Multivibrator nach der Erfindung möglich ist, außer den notwendigen additiven Korrekturen, z. B. für die Änderung der Spannung an der Batterie 25, auch noch sogenannte multiplikative Korrekturen vorzunehmen, z. B. für die Änderung der Temperatur der Brennkraftmaschine 10. (Unter einer additiven Korrektur soll eine Korrektur verstanden werden, die die Einspritzdauer im wesentlichen um eine feste Korrekturkonstante verändert. Beispiel: Die Korrekturkonstante betrage bei niedriger Batteriespannung 0,3 msec. Eine Impulsdauer von T = 8 msec wird dann auf 8,3 msec verlängert und eine Impulsdauer von T = 2 msec auf 2,3 msec. Eine multiplikative Korrektur verlängert dagegen im wesentlichen die Impulsdauer T um einen bestimmten Korrekturfaktor, z. B. bei einer bestimmten niedrigen Temperatur der Brennkraftmaschine 10 um 2O°/o. Eine Impulsdauer von T= 8 msec wird dann auf 9,6 msec verlängert und eine Impulsdauer von T = 2 msec auf 2,4 msec.)

Weiterhin ergibt sich bei hohen Drehzahlen der Vorteil, daß die Einspritzung sicherer und gleichmäßiger erfolgt, aus folgenden Gründen:

Wenn bei hohen Drehzahlen viel Krcitstoff eingespritzt werden soll und zur Steuerung der Einspritzventile nur ein einziger Multivibrator vorgesehen ist, hat dieser Multivibrator eine sehr lange Impulsdauer im Verhältnis zur Periodendauer. Ein Impuls dauert dann z. B. 8 msec, und schon 1 Millisekunde nach Impulsende soll ein neuer Impuls beginnen. Deshalb kann sich manchmal der Multivibrator in dieser kurzen Zeit nicht genügend »erholen«, und der folgende Impuls wird verkürzt oder fällt ganz aus. Die Einspritzung wird also unregelmäßig. Nach der Erfindung dagegen setzt sich der Gesamtimpuls für die Einspritzung mit der Zeitdauer T aus zwei Einzelimpulsen zusammen: Einem Einzelimpuls mit der Zeitdauer T₁ vom Multivibrator 32 und einem Einzelimpuls mit der Zeitdauer T₂ vom Multivibrator 35. Diese Einzelimpulse sind kürzer als der Gesamtimpuls, z. B. je 4 msec lang. Soll wie im obigen Beispiel der nächste Einspritzimpuls schon nach 1 msec folgen, so hat jeder der beiden Multivibratoren eine Erholzeit von 4.+ 1 = 5 msec zur Verfügung. Mit der Erfindung ist es also möglich, weit höhere Drehzahlen zu erreichen als bisher und trotzdem den Einspritzvorgang sicher zu beherrschen, wobei trotzdem der Einspritzvorgang für alle Ventile von der Impulsdauer des ersten Multivibrators bestimmt wird.

Ein weiterer Vorteil ergibt; sich schließlich durch das Zeitglied 39 in Verbindung mit dem zweiten Multivibrator 35. Durch dieses Zeiiglied 39 erreicht man, daß bei Zunahme der Impulsdauer T₁ die Impulsdauer T₂ überproportional ansteigt, z. B. nach der Funktion

T₂ = b-T₁-a,

wobei die Konstanten noch weitere Funktionen sein können, z. B. α eine Funktion der Batteriespannung und b eine Funktion der Temperatur der Brennkraft-. maschine 10.

Man erhält dadurch den Vorteil, daß die gesamte Einspritzdauer

T = T₁ + T₂

in einem größeren Verhältnis von Maximal- zu Minimaldauer variabel wird als die Impulsdauer T₁. Eine solche vergrößerte Variationsbreite ist sehr erwünscht, da bei einem Kraftfahrzeugmotor die Einspritzmenge etwa im Verhältnis 4:1 verändert werden muß und eine Änderung der Impulsdauer über einen solch großen Bereich sonst nur schwer zu erreichen ist.

Die genannten einzelnen Vorteile werden wie folgt erreicht: Wenn der Transistor 38 gesperrt wird, ist zunächst auch der Transistor 40 gesperrt, und sein Kollektor ist positiv (vgl. die Spannung M₅ in F i g. 2). Die Diode 112 ist dann gesperrt, während über die Diode 83, den Widerstand 84 und die Zenerdiode 86 ein Strom fließt, der den Emitter- und Kollektorstrom des Transistors 37 erhöht. Der Kondensator 77 wird also rascher entladen, solange der Transistor 40 gesperrt ist.

Wenn der Transistor 40 wieder leitend ist, also nach Ablauf der Zeit T₁, hat sein Kollektor etwa das Potential der Minusleitung 26. Entsprechend fließt vom Verbindungspunkt 85, der durch die Zenerdiode 86 ein konstantes Potential hat, ein Strom über den

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Widerstand 84, die Diode 112 und den Transistor 40 nach Masse. Dieser Strom erzeugt einen Spannungsabfall am Widerstand 84 und gibt der Anode der Diode 83 ein negativeres Potential, so daß diese Diode sperrt. Dadurch wird der Emitter- und Kollektorstrom des Transistors 37 kleiner, und der Kondensator 77 wird entsprechend langsamer entladen.

Wenn sich der Kondensator 77 genügend entladen hat, wird nach einer Zeit T₂ die Basis des Transistors 38 wieder positiv, so daß dieser Transistor wieder leitet und damit sein Kollektor negativ wird. Damit erhält auch das ODER-Gatter 28 keine positive Spannung mehr, und der Transistor 29 wird gesperrt. Der Einspritzvorgang der beiden linken Ventile ist dann beendet. Dieser Einspritzvorgang dauert insgesamt eine Zeit T, die sich aus der Impulsdauer T₁ des ersten Multivibrators 32 und der Impulsdauer T₂ des zweiten Multivibrators 35 zusammensetzt, so daß gilt

T = T₁ + T₂.

F i g. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen T₁ und T₂ bei konstanter Motortemperatur und konstanter Batteriespannung. In einem ersten Bereich, z. B. zwischen einer Impulsdauer T₁ von 0 ... 1 msec (wie sie bei der vorliegenden Anlage im Betrieb nicht vorkommt) herrscht ein linearer Zusammenhang zwischen T₁ und T₂. Diese Zeiten liegen innerhalb der Impulsdauer T₁ des Zeitglieds 39. Oberhalb dieser Impulsdauer steigt dagegen T₂ rascher an als T₁, und zwar beim Ausführungsbeispiel im gesamten Bereich der im Betrieb benutzten Impulsdauern T₁ von 1 bis 3 msec. Diesen entsprechen Impulsdauern T₂ von 0,9 bis 3,5 msec, so daß die gesamte Impulsdauer (entsprechend der Einspritzdauer) von 1,9 bis 6,5 msec variabel ist, also etwa im Verhältnis 1: 3,5. Wie ersichtlich, folgt die Impulsdauer T₂ in dem tatsächlich verwendeten Bereich der Beziehung

T₂ = b ■ T₁ - a .

Durch einen zweiten Multivibrator 35 werden außerdem noch die Schwankungen der Spannung an der Batterie 25 und die Schwankungen der Temperatur der Brennkraftmaschine 10 in entsprechende Änderungen der Impulsdauer T₀ und damit auch der Einspritzdauer T = T₁ + T₂ umgesetzt. Außerdem ist eine Startanreicherung vorgesehen, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch beim Anlassen automatisch mit Kraftstoff anzureichern. Alle diese Korrekturen beeinflussen den Entladekreis des Kondensators 77. Im folgenden werden sie einzeln der Reihe nach beschrieben.

Korrektur von Schwankungen der Betriebsspannung

Schwankungen der Betriebsspannung haben einen Einfluß auf die Kraftstoffeinspritzanlage, weil die Einspritzventile 13 bei größerer Impulsspannung schneller öffnen als bei kleiner Impulsspannung. Da die Betriebsspannung auch die Impulsspannung beeinflußt, bedeutet dies, daß bei gleichbleibender Impulsdauer bei höherer Betriebsspannung mehr Kraftstoff eingespritzt wird als bei niederer Betriebsspannung.

In den F i g. 3 und 4 sind Spannungsverläufe für verschiedene Betriebsspannung U_B dargestellt. Da sowohl der Verlauf der Spannung u.₃ wie der Verlauf der Spannung u₄ von U_B abhängig ist, wurden jeweils die Werte ^f und ~ aufgetragen. Die Kurven stellen

Ub Ub

also Prozente der Betriebsspannung dar (sogenannte normierte Darstellung).

Die Kurve "j- zeigt jeweils den Verlauf der Spannung am Kondensator 77 während der Aufladung mit konstantem Strom. Die Kurve ^j- zeigt die Spannung am Kollektor des Transistors 37 während der Entladung des Kondensators 77. Während der Zeit T₁ ist der Transistor 40 gesperrt. Während dieser Zeit wird die Diode 112 über den Widerstand 113 gesperrt, so daß durch die Diode 83, den Widerstand 84 und die Zenerdiode 86 ein Strom fließen kann, der sich zu dem Strom durch den Widerstand 82 addiert und damit die Entladung des Kondensators 77 während der Zeit T₁ beschleunigt.

Wird die Betriebsspannung U_B erhöht, so ändert

sich der Verlauf der Kurve -~- nicht. Dagegen vergrößert sich der über die Diode 83, den Widerstand 84 und die Zenerdiode 86 fließende Strom überproportional, da die Spannung an der Zenerdiode 86 praktisch konstant ist. Dieser Verlauf von ^j- bei erhöhter Betriebsspannung ist in den F i g. 3 und 4 durch die gestrichelte Kurve dargestellt. Die Geschwindigkeit der Entladung des Kondensators 77 wird also während der Zeit T₁ erhöht und bleibt nach Ablauf der Zeit T₁ gleich. Hierdurch ergibt sich bei erhöhter Betriebsspannung U_B eine Verringerung der Impulsdauer T₉ um die Zeit Δ T. Durch diese Ver-

ringerung wird" erreicht, daß bei erhöhter Betriebsspannung U₁₁ gleich viel Kraftstoff eingespritzt wird wie bei niedriger Betriebsspannung.

F i g. 3 zeigt den Verlauf der Spannungen bei einer langen Impulsdauer, F i g. 4 bei einer kurzen. In beiden Fällen stellen die ausgezogenen Kurven den Verlauf bei einer bestimmten niederen Betriebsspannung und die gestrichelten Kurven den Verlauf bei einer bestimmten höheren Betriebsspannung dar. In beiden Fällen ergibt sich die gleiche Verkürzung Δ Τ der Impulsdauer, d. h., diese Korrektur wirkt additiv. Es hat sich gezeigt, daß eine solche additive Verkürzung optimale Ergebnisse liefert.

Korrektur von Schwankungen der Motortemperatur Die Bildung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bei Brennkraftmaschinen der beschriebenen Art ist von der Temperatur der Brennkraftmaschine abhängig, und zwar ist unterhalb einer bestimmten Temperatur, die vom Brennkraftmaschinentyp abhängig ist, ein Gemisch erforderlich, das mehr Kraftstoff enthält. Ein solches Gemisch wird oft als »fetteres« Gemisch bezeichnet.

Solange die Brennkraftmaschine noch kalt ist, muß also mehr Kraftstoff eingespritzt werden.

Hierfür ist der NTC-Widerstand 96 vorgesehen, der mit der Brennkraftmaschine 10 oder auch ihrem Kühlwasserkreislauf in wärmeleitender Verbindung steht.

Bei niedrigen Temperaturen der Brennkraftmaschine 10, ζ. B. beim Anlassen, hat dieser Widerstand einen hohen Wert, und entsprechend hat auch der Knotenpunkt 95 ein positiveres Potential als der Verbindungspunkt 93, so daß ein Strom über die

Diode 94 fließt. Das Basispotential des Transistors 37 wird dadurch positiver, d. h. der vom Transistor 37 gebildete Widerstand im Entladekreis des Kondensators 77 wird größer, und entsprechend verlängert sich bei tiefen Temperaturen der Brennkraftmaschine 10 die Entladezeit des Kondensators 77 und damit die Impulsdauer T₂. Um zu verhindern, daß bei sehr tiefen Temperaturen zuviel Kraftstoff eingespritzt wird, ist der Widerstand 100 vorgesehen. Wenn bei solchen tiefen Temperaturen der Knotenpunkt 95 positiver wird als die Kathode der Diode 98, so fließt ein Strom über die Diode 98, wodurch ein weiteres Ansteigen des Potentials am Knotenpunkt 95 verhindert wird. Durch diese einfache Maßnahme wird verhindert, daß bei sehr tiefen Temperaturen des Kraftstoff-Luft-Gemisch zu fett wird. Die Diode 98 liegt also zwischen dem Abgriff eines Spannungsteilers 96, 97 und dem Abgriff eines Spannungsteilers 100, 103, 97.

Wenn die Brennkraftmaschine ihre Betriebstemperatur erreicht hat, z. B. 80° C, wird der Widerstandswert des NTC-Widerstands 96 sehr klein, und die Diode 94 sperrt. Oberhalb dieser Temperatur beeinflußt der NTC-Widerstand 96 also die Impulsdauer T₂ nicht mehr. Das Verhältnis der Widerstände 91 und 92 bestimmt diese Temperatur.

Korrektur beim Anlassen

Beim Anlassen wird über den Anlaßschalter 104, den Widerstand 103 und die Diode 94 der Verbindungspunkt 93 positiver gemacht. Dadurch wird, wie oben beschrieben, die Entladezeit des Kondensators 77 vergrößert und dadurch die Impulsdauer T₂ verlängert. Gleichzeitig erhält die Kathode der Diode 98 das Potential der Plusleitung 24, d. h. diese Diode bleibt — unabhängig von der Temperatur der Brennkraftmaschine 10 — während des Anlaßvorgangs gesperrt. Beim Anlassen erhält man also ein sehr fettes Gemisch, wodurch die Brennkraftmaschine 10 leicht startet. Es wird also mehr Kraftstoff eingespritzt, d. h., man erhält eine Kraftstoffanreicherung (Startübermenge) beim Anlassen.

Durch die Erfindung erhält man also eine Kraftstoffeinspritzanlage, die auch bei hohen Drehzahlen sehr gut arbeitet und bei der eine Reihe von Korrekturen, und zwar sowohl additive wie multiplikative Korrekturen, möglich sind, ohne daß sich diese Korrekturen gegenseitig beeinflussen. Weiterhin erhält man mit der erfindungsgemäßen Anlage auch ohne Schwierigkeiten die gewünschte Verstellmöglichkeit der Impulsdauer in einem breiten Bereich.

Claims (15)

Patentansprüche: 55

1. Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen mit Saugrohreinspritzung arbeitenden Kraftfahrzeugmotor, deren elektronische, die Öffnungsdauer wenigstens eines elektromagnetischen Einspritzventils bestimmende Steuereinrichtung einen monostabilen Multivibrator enthält, bei welchem die Dauer seiner Ausgangsimpulse in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine — insbesondere von dem im Ansaugrohr hinter der Drosselklappe herrschenden Ansaugluftdruck — veränderbar ist und an den Multivibrator eine elektronische Impulsverlängerungsstufe angeschlossen ist, die einen sich jeweils an einen Ausgangsimpuls des Multivibrators anschließenden Verlängerungsimpuls liefert, wobei aus den beiden Impulsen ein Summenimpuls gebildet wird, der die Einspritzdauer der Einspritzanlage bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Verlängerungsimpulses von der Dauer des Ausgangsimpulses abhängt und daß sowohl der Ausgangsimpuls als auch der zugehörige Verlängerungsimpuls einem den Summenimpuls bildenden elektronischen Gatter (28) zugeführt werden.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsstufe (35) einen Kondensator (77) enthält, der während der Impulsdauer (T₁) der Ausgangsimpulse des Multivibrators (32) geladen und vom Ende eines Ausgangsimpulses ab entladen wird, wobei die Impulsdauer (T₂) des von der Verlängerungsstufe (35) gelieferten Verlängerungsimpulses von der Ladespannung dieses Kondensators abhängig ist.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (77) über eine Konstantstromquelle (36, 76) geladen wird.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle als gegengekoppelter Transistor (36) ausgebildet ist.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsstufe (35) einen Ladetransistor (36), einen Entladetransistor (37) sowie einen Verstärkungstransistor (38) enthält und daß der Ladetransistor (36) und der Entladetransistor (37) die gleiche Zonenfolge (pnp) aufweisen und mit ihren Emittern über je einen Widerstand (76 bzw. 82) mit der gleichen Betriebsstromleitung (24) verbunden sind, der Verstärkungstransistor (38) hingegen die entgegengesetzte Zonenfolge (npn) aufweist und mit seinem Emitter an die zweite, entgegengesetztes Potential führende Betriebsstromleitung (26) angeschlossen ist und daß ferner die Basis des Verstärkungstransistors (38) mit dem Kollektor des Entladetransistors — vorzugsweise über eine für den Kollektorstrom des Entladetransistors durchlässige Koppeldiode (78) — verbunden ist und daß außerdem der Kondensator (77) zwischen dem Kollektor des Ladetransistors

(36) und dem Kollektor des Entladetransistors

(37) angeordnet ist, wobei die den Eingang der Verlängerungsstufe (35) bildende Basis des Ladetransistors (36) mit dem Ausgang des Multivibrators (32) verbunden ist und der Kollektor des Verstärkungstransistors (38) als Ausgang der Verlängerungsstufe (35) dient.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitglied (39) vorgesehen ist, das vom Multivibrator (32) gesteuert wird und den Entladekreis (82, 37, 36, 33) der Verlängerungsstufe (35) beeinflußt.

7. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied während einer unmittelbar an das Ende eines vom Multivibrator (35) gelieferten Ausgangsimpulses

(u₂) anschließenden Zeit (T₁) den Entladekreis (82, 37, 36, 33) der Verlängerungsstufe (35) im Sinne einer schnellen Entladung beeinflußt.

8. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladekreis des Kondensators (77) in der Weise von der Betriebsspannung — Batterie 25 — der beiden Multivibratoren (32, 35) beeinflußt ist, daß mit steigender Betriebsspannung die Entladezeit (T₂) verkleinert wird.

9. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladekreis (82, 37, 36, 33) der Verlängerungsstufe (35) nur während der Einschaltzeit des Zeitglieds (39) von der Betriebsspannung beeinflußt wird.

10. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an die erste Betriebsstromleitung (24) eine Zenerdiode (86) und an die zweite Betriebsstromleitung ein Widerstand (87) angeschlossen und daß in einer vom Verbindungspunkt (85) dieses Widerstands und der Zenerdiode zum Emitter des Entladetransistors (37) führenden Verbindungsleitung eine direkt an diesen Emitter angeschlossene Diode (83) vorgesehen ist.

11. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der an den Emitter des Ladetransistors (37) angeschlossenen Diode (83) ein — vorzugsweise einstellbarer — Widerstand (84) vorgesehen ist, der an den vorgenannten Verbindungspunkt angeschlossen ist.

12. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5 oder einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einem den Basisstrom des Entladetransistors (37) beeinflussenden Stromkreis ein mit der Brennkraftmaschine (10) in wärmeleitender Verbindung stehender Thermistor (96) vorgesehen und derart angeordnet ist, daß mit steigender Temperatur, der Kollektorstrom des Entladetransistors (37) vergrößert wird.

13. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladetransistor (37) an einen mit der ersten Betriebsstromleitung (24) verbundenen Widerstand (88) angeschlossen ist, der zusammen mit einem zweiten Widerstand (91) und einem dritten, an die andere Betriebsstromleitung (24) angeschlossenen Widerstand (92) einen Spannungsteiler bildet und daß der an die andere Betriebsstromleitung (26) angeschlossene Thermistor (96) mit einem an die erste Betriebsstromleitfung (24) angeschlossenen Widerstand (97) einen Verbindungspunkt (95) hat, an den eine Begrenzungsdiode (94) angeschlossen ist, die mit ihrer zweiten Elektrode an dem Verbindungspunkt (93) des zum Spannungsteiler gehörenden zweiten Widerstandes (91) und dritten Widerstandes (92) liegt.

14. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit der anderen Betriebsstromleitung (26) ein Festwiderstand (100) verbunden und außerdem an einen Schalter (104) angeschlossen ist, der nur während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine (10) geschlossen wird und mit der ersten Betriebsstromleitung (24) verbunden ist und daß ferner mit dem Festwiderstand (100) ein weiterer Widerstand (103) und eine zu diesem parallelliegende Diode (98) verbunden sind, die beide an den Verbindungspunkt (95) des Thermistors (96) und des mit ihm in Reihe liegenden, an die erste Betriebsstromleitung (24) angeschlossenen Widerstandes (97) angeschlossen sind, wobei die parallelliegende Diode (98) in ihrer Sperr-Richtung beansprucht wird, sobald der Schalter (104) schließt.

15. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des monostabilen Multivibrators (32) und der Ausgang der Verlängerungsstufe (35) über je einen Widerstand (106 bzw. 107) mit der Basis eines als ODER-Gatter wirkenden Transistors (29) verbunden sind, der Öffnungsimpulse für die Einspritzeinrichtung (13) liefert, deren Dauer sich jeweils über je einen vom Multivibrator gelieferten Impuls (u₂) und den sich daran unmittelbar anschließenden, von der Verlängerungsstufe (35) gelieferten Impuls (m₆) erstreckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen