DE1811020B2

DE1811020B2 - Einrichtung zum steuern der einspritzdauer bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1811020B2
Application number: DE19681811020
Authority: DE
Inventors: Louis L'etang-La-Ville Monpetit
Original assignee: Societe des Precedes Modernes d'Injection SOPROMI, Les Mureaux Yvelines (Frankreich)
Priority date: 1967-11-27
Filing date: 1968-11-26
Publication date: 1977-12-22
Also published as: US3720193A; ES360758A1; SE344613B; FR1567948A; GB1252129A; DE1811020A1; ES360393A1; BR6804350D0; DE1811020C3

Description

Ϋ,

hingen der im Hauptanspruch gekennzeichneten Einrichtung angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung an einem Ausführur-.^xbeispiel näher erläulert. Es zeigt

F i g. 1 einige Kurven der einzuspritzenden Menge als Funktion der Drehzahl für drei Stellungen des Leistungssteuerorgans des Motors, d.h. in diesem Fall für drei verschiedene Öffnungswinkel der Drosselklappe der Luftzufuhr,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anlage, bestehend aas einem Motor, der mit der erfindungsgemäilen Steuervorrichtung ausgerüstet ist,

Fig. 3 eine schematisierte perspektivische Darstellung der Impulsgebervorrichlung und des Impulsabnehmers,

Fig. 4 die abgewickelte Oberfläche einer Impulsgebervorrichtung mit der hyperbolischen Verteilung der Punkte,

Fig. 5 die abgewickelte Oberfläche nach Fig. 2 mit Überlagerung einer Korrektur auf die hyperbolische Verteilung der Punkte,

F i g. 6 eine schemalische Darstellung des Verfahrens, die Kurven nach F i g. 1 in eine hyperbolische Verteilung zu übertragen,

Fig. 7 eine Kurvenschar entsprechend Fig. 1 für verschiedene Stellungen des Leistungssteuerorgans des Motors.

Aus diesen Figuren sieht man, daß die einzuspritzende Menge q und demgemäß die Einspritzzeit t entsprechend dem Öffnungswinkel θι, B₂ und Θ) der Drosselklappe im Luftansaugrohr verschiedene Funktionen der Drehzahl sind. Die dargestellten Kurven sind willkürlich, entsprechen aber ungefähr dem Verlauf der experimentell aufgenommenen Kurven. Wenn man eine große Anzahl dieser Kurven bestimmt, erhält man eine Flache, die die einzuspritzenden Mengen als Funktion von zwei unabhängigen variablen Größen, nämlich der Drehzahl N unr' dem Öffnungswinkel β der Drosselklappe im Ansaugrohr darstellt.

In F i g. 2 ist ein Motor 4 mit einer elektromagnetischen Einspritzvorrichtung stark schematisiert dargestellt, der ein Ansaugrohr 10 mit einer Drosselklappe 11 umfaßt, die mit dem Gas- bzw. Beschleunigungspedal verbunden ist. Die elektromagnetischen Einspritzdüsen 5 sind in der Ansaugleitung angeordnet, es sind selbstverständlich jedoch auch andere Anordnungen der Einspritzdüsen möglich. Eine durch einen elektrischen Motor 6 angetriebene Hochdruckpumpe 7 fördert den Brennstoff aus einem Behälter 8 und führt ihn unter Druck durch eine Rohrleitung 9 den Einspritzdüsen zu.

Eine Spannungsquelle speist einen Diskriminator 14, der Impulse von einem Impulsabnehmer 13 empfängt und der sie zu einem Impuls zur Steuerung der Einspritzung umformt, der entsprechend der Zündfolge über einen Verteiler 16 und die Leitungen 17 den Einspritzdüsen zugeführt wird. Der Impulsabnehmer 13 ist mit der Bewegung des Gaspedals 12 gekoppelt, während die Impulsgebervorrichtung 1 mit ucn rotierenden Teilen des Motors verbunden ist, um die Impulse in Abhängigkeit von der MotordrehzaH zu steuern. In I" i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Impulsgebervorrichtung 1 dargestellt, wobei sie aus einem 'transparenten Zylinder ! besteht, dessen Achse 4 mit den rotierenden Teilen des Motors verbunden ist. Dieser Zylinder 1 besitzt auf seiner Oberfläche e ic Schar von Linien 3, die so angeordnet sind, daß sie in dem Impulsabnehmer 13 Impulse bewirken, die die einzuspritzende Brennstoffmenge bestimmen. In dem dargestellten Beispiel ist eine Lichtquelle 18 vorgtsehen, die auf einen Empfänger 19 wirkt, wobei letztere eine besonders schnell arbeitende Fotodiode oder einen besonders schnell arbeitenden Fototransistor umfaßt. Es ist natürlich möglich, andere für eine hohe Schaltfrequenz geeignete analoge Vorrichtungen zu verwenden, wie z. B. einen Impulsabnehmer, bei dem Infrarotstrahlung verwendet wird.

Im folgenden ist das Prinzip des Steuerverfahrens erklärt. Hätte der Motor für jede Stellung der Ansaugluf'.drosselklappe unabhängig von der Drehzahl des Motors eine konstante Füllung, so wären die Kurven θι, Ö; und Θ ι in F i g. 1 horizontale Geraden, und die Einspritzdauer müßte über den ganzen Drehzahlbereich konstant sein. Wenn man jetzt F i g. 4 betrachtet, in der eine Abwicklung des in Fig. 3 gezeigten Zylinders der Impulsgebervorrichtung 1 gezeigt ist, sieht man, daß Reihen von Punkten 2 auf diese Oberfläche übertragen wurden. Jede Reihe entspricht einem öffnungswinkel θ der Drosselklappe. Diese Punkte 2 erzeugen in der Impulsabnehmervorrichtung 13 Impulse, die von ihr zu dem Diskriminator 14 übertragen werden, der diese Impulse in einen elektrischen Rechteckimpuls umformt, der die Einspritzdüsen steuert. Dieser Diskriminator 14 ist so ausgelegt, daß das elektrische Rechtecksignal nur dann andauert, wenn der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen aus dem Impulsabnehmer 13 kleiner ist als eine vorgegebene Zeit Tr. Um eine konstante Einspritzdauer zu erhalten, muß sich daher der Abstand zwischen den Punkten auf dem Zylinder der Impulsgebervorrichtung 1 nach einem hyperbolischen Gesetz vergrößern, da der Abstand zwischen zwei Punkten einem Drehwinkel entspricht, der vom Motor in einer Zeit durchlaufen wird, die umgekehrt proportional der Drehzahl des Motors ist. Daraus folgt, daß der Abstand zwischen zwei Punkten und demgemäß der Drehwinkel, der ihm entspricht, proportional mit der Drehzahl des Motors ansteigen muß, um eine konstante Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten zu erhalten, d. h. Tr = konstant = ~ K, wobei Tr die Bezugszeit, K ein fester

Proportionalitätsfaktor, A der Drehwinkel der Kurbelwelle und N die Drehzahl ist. Mit dieser Anordnung erhält man demnach eine konstante Einspritzzeit, unabhängig von der Drehzahl des Motors. Dieses Steuerverfahren ist zum Beispiel bei Dieselmotoren anwendbar. In diesem Fall ist der Impulsabnehmer 13 nicht mit einer Drosselklappe in der Ansaugleitung verbunden, sondern allgemein mit dem Leistungssteuerorgan des Motors, das im allgemeinen der Regler bzw. die Steuerung der Drehzahl der Einspritzpumpe ist.

Für Motoren mit Fremdzündung sind die Kurven der Einspritzdauer jednch keine horizontalen Geraden sondern haben den in F i g. 1 dargestellten Verlauf. In diesem Fall wird der Abstand zwischen zwei Punkten ir Abhängigkeit von den in F i g. 1 gezeigten Kurver korrigiert, indem diese Punkte vorwärts oder zurücl versetzt werden, wie in F i g. 5 schematisiert gezeigt ist Daraus ergibt sich, daß jede Kurve für einen Winkel (■ durch eine eigene Reihe von Punkten 2 auf dem Zylinde der Impulsgebervorrichtung 1 dargestellt wird. Nimm man an, daß diese Kurven für eine begrenzte Zahl voi Stellungen der Drosselklappe experimentell bestimm worden sind, so hat man natürlich nur eine begrenzt Anzahl von Punktreihen 2. Mit einer ausreichende Anzahl von Reihen von Punkten 2 kann man jedoch ein

gültige Interpolation für jede beliebige Stellung des Impulsabnehmers 13 durchführen, indem man die Punkte 2 durch Linien 3 verbindet, die in Fig.4 und 5 gestrichelt und in F i g. 3 in vollen Linien dargestellt sind.

Es ist selbstverständlich, daß die Abstände der Punkte bzw. der Linien so gewählt sein müssen, daß die Steuerung im wesentlichen kontinuierlich ist, weshalb die Bezugszeit Tr kleiner als 1% der kleinsten Einspritzdauer sein muß und umgekehrt die Frequenz der durch die Punktreihen bzw. Linien erzeugten Impulse mindestens 1O⁵ Hertz sein muß (wenn als kleinste Einspritzdauer etwa 10 ^J see angenommen wird). Dies kann zum Beispiel durch eine fotografische Herstellung der Linien 3 auf dem Zylinder der Impulsgebervorrichtung 1 erreicht werden.

Es ist zu bemerken, daß der transparente Zylinder z. B. durch eine Scheibe ersetzt werden kann, auf welcher das Programm auf einer vielspurigen Magnetschicht aufgezeichnet wird. Dieselbe Vorrichtung kann übrigens dazu verwendet werden, mittels einer geeigneten Codierung eine automatische Steuerung der Vorzündung zu erhalten.

Die Bestimmung der Korrektur der Verteilung der Punkte 2 als Funktion des Öffnungswinkels Θ der Drosselklappe geschieht durch eine konforme Abbildung bzw. Transformation der Kurve t(N) nach einem vorbestimmten Gesetz. In Fig.6 ist eine solche Übertragung dargestellt, und man sieht, daß allen Werten der Drehzahl N ein Winkel A zugeordnet wird, dereine Funktion

(I)

der Einspritzdauer f ist, d. h., bis auf einen multiplikativen Faktor ist für den in der F i g. 6 dargestellten Punkt

A₅= /Vv ίί

Der Wert dieses Winkels ist auf der Achse OA als Punkt 5' aufgetragen.

Wenn man andererseits annimmt, daß man jedem Werte von A eine Funktion g(A) zuordnet, die die Verteilung der Punkte darstellt, so erhält man für eine kleine Veränderung dA des Winkels A eine Reihe von Impulsen

dH = R(/l)d/l (II)

Um die zeitliche Verteilung der Impulse bei dem Wert A zu erhalten, was einer Verschiebung der Fläche mit den zwei Dimensionen g(A) und (A) nach der Drehzahl N entspricht, erhält man unter Berücksichtigung der Formel (1)

^dW ■ ^dA ■- N. (...)

d/

df

Die für einen Wert von A pro Zeiteinheit bei der Geschwindigkeit N erhaltene Zahl von Informationen Γ) bzw. Impulsen ist demnach

F(A,N) =

Mit Hilfe des Diskriminator 14 kann man es dann so einrichten, daß bei jeder Frequenz F(N.A), die höher ist als eine bestimmte Bezugsfrequenz Fr. eingespritzt wird, und daß bei jeder Frequenz F(NA), die kleiner ist als Fr, keine Einspritzung stattfindet.

In Fig. 6 ist ein Beispiel einer geometrischen Konstruktion gezeigt. Die Bezugsdrehzahl Nr ist dabei eine Parallele zu der Achse O,g(A) und die Bezugsfrequenz Fr eine Parallele zu der Achse O. N. Der Punkt P wird als Schnittpunkt der Geraden /Vs und der Geraden F« erhalten. Die Gerade O.P wird verlängert, um die Gerade Nr bei M einzuschneiden. Anschließend zieht man eine Parallele zu A.O.N durch den Punkt M und eine Parallele zu t.O,g(A) durch 5', wodurch man den Punkt 5" erhält, der den Wert bzw. Punkt g(A%NR, bestimmt. Auf diese Weise kann man Punkt für Punkt die Kurve der Verteilung der Impulse g(A.N) für einen gegebenen Wert des öffnungswinkels θ der Drosselklappe des Ansaugstutzens bestimmen. Die F i g. 7 zeigi drei dieser Kurven für die öffnungswinkel θι, θ₂ und θ entsprechend Fig. 1. Wie man sehen kann, fällt dit Funktion g(A) für einen Wert von A sehr plötzlich aul Null, was einer gewissen Überdrchzahlrcgelung de Motors entspricht.

Hici/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Steuern der Einspritzdauer bei Brennkraftmaschinen mit durch elektrische Rechteckimpuise erregter elektromagnetisch gesteuerter Einspritzung, deren Dauer eine Funktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Stellung des Leistungssteuerorgans ist, wobei Impulsgeberelemente auf einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, in Form einer rotierenden Fläche ausgebildeten Impulsgeber angeordnet sind, und ein Impulsabnehmer in Abhängigkeil von der Stellung des Leistungssteuerorgans relativ zum Impulsgeber und quer zu dessen Rotationsbewegung verschiebbar ist, und die Impulsgebereleinente, die die Einspritzung freigebenden Rechleckimpulse auslösen, in Richtung der Relativbewegung zwischen Impulsgeber und Impulsabnehmer eine unterschiedliche Verteilung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsgeberelemente in Form von im Abstand voneinander angeordneten Punktreihen (2) oder Linien (3) angeordnet sind, deren Abstand voneinander sich in der einer steigenden Leistung entsprechenden Richtung der Relativbewegung zwischen Impulsgeber (1) und Impulsabnehmer (13) vergrößert, und daß eine auf die Zeitintervalle zwischen den von dem Impulsabnehmer (13) gelieferten Impulsen ansprechende Diskriminatorvorrichtung (14) vorgesehen ist, die der elektromagnetisch gesteuerten Einspritzung (5, 16, 17) Rechteck-Einspritzimpulse nur dann zuführt, wenn die Zeitintervalle zwischen den von dem Impulsabnehmer (13) gelieferten Impulsen geringer als eine vorgegebene Bezugszeit (Tr)s\nd.

2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (1) als transparenter Zylinder ausgebildet ist, auf dessen Oberfläche die Impulsgeberelemente in Form von dunklen, etwa parallel zur Rotationsachse verlaufende Punktreihen oder Linien (3) ausgebildet sind, die von dem Impulsabnehmer (13) optisch erfaßt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsabnehmer (13) eine Infrarotstrahlungsquelle (18) umfaßt, die im Inneren des zylindrischen Impulsgebers (1) angeordnet ist und einen Empfänger (19), der gegenüber der Infrarotstrahlungsquelle (18) außerhalb des Zylinders des Impulsgebers angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der lmpulsabnehnier (13) eine Lichtquelle (18) umfaßt, die im Inneren des Zylinders des Impulsgebers (1) angeordnet ist und einen Empfänger (19) in Form einer besonders schnell arbeitenden Fotodiode oder eines besonders schnell arbeitenden Fototransistors, der gegenüber der Lichtquelle außerhalb des Zylinders des Impulsgebers angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungssteuerorgan der Brennkraftmaschine (4) die Drosselklappe (11) für die Ansaugluft ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der die Impulsgebereiemenie bildenden Punktreihen (2) oder Linien (3) voneinander sich nach einem im wesentlichen hyperbolischen Gesetz vergrößert.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern der Einspritzdauer bei Brennkraftmaschinen mit durch elektrische Rechteckimpulse erregter elektromagnetisch gesteuerter Einspritzung. Nach einer aus der '> CH-PS 3 60 847 bekannten Einrichtung, von der der Oberbegriff des Hauptanspruchs ausgeht, ist die Dauer der Einspritzung eine Funktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Stellung des Leistungssteuerorgans, wobei Impulsgeberelemente auf einem

in von der Brennkraftmaschine angetriebenen, in Form einer rotierenden Fläche ausgebildeten Impulsgeber angeordnet sind, und ein Inipulsabnehmer in Abhängigkeit von der Stellung des L.eistungssteuerorgans relativ zum Impulsgeber und quer zu dessen Rotationsbewe-

"> gung verschiebbar ist, und die Impulsgeberelemente, die die Einspritzung freigebenden Rechteckimpulse auslösen, in Richtung der Relativbewegung zwischen Impulsgeber und Impulsabnehmer eine unterschiedliehe Verteilung aufweisen.

-'•ι Bei der bekannten Einrichtung bestehen die Impulsgeberelemente aus einzelnen Scheiben, die zu einer Trommel vereinigt und auf einer mit der Kurbelwelle umlaufenden Welle axial relativ zu dem Impulsabnehmer verschiebbar sind. Die Zah! dieser Scheiben ist

-'"> begrenzt, so daß die Stufung der Impulse in vielen Fällen, z. B. bei Rennwagtnmotoren, zu grob ausfällt. Außerdem erfordert die bekannte Einrichtung verhältnismäßig aufwendige mechanische Mittel

Bei einer anderen bekannten Steuereinrichtung für

)" die Brennstoffeinspritzung in Abhängigkeit von der Stellung der verstellbaren Drosselklappe und der Drehzahl des Motors werden bei Veränderung der Stellung sowohl der Drosselklappe als auch des Leistungssteuerorgans sich ändernde Widerstände über

r. eine Brückenschaltung mit einem festen Widerstand verglichen und dabei ein in die Brennstoffleitung hinter der Einspritzpumpe eingebautes Drosselorgan verstellt. Auch diese bekannte Einrichtung (US-PS 28 56 910) erfordert einen erheblichen Aufwand an mechanischen

■in und elektrischen Mitteln, die die Genauigkeit und Empfindlichkeit der Steuerung ungünstig beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine genauere Steuerung der Einspritr.dauer zu schaffen und außerdem den Aufbau der Einrichtung zu vereinfachen.

•t'i Hierzu ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die Impulsgeberelemente in Form von im Abstand voneinander angeordneten Punktreihen oder Linien angeordnet sind, deren Abstand voneinander sich in der einer steigenden Leistung entsprechenden Richtung der

"••ι Relativbewegung zwischen Impulsgeber und Impulsabnehmer vergrößert, und daß eine auf die Zeitintervalle /wischen den von dem Impulsabnehmer gelieferten Impulsen ansprechende Diskriminatorvorrichtung vorgesehen ist, die der elektromagnetisch gesteuerter

ν· Einspritzung Rechteck-Einspritzimpulse nur dann zuführt, wenn die Zeitintervalle zwischen den von dcir Impulsabnehmer gelieferten Impulsen geringer als eint vorgegebene Bezugszeit sind.

Mit Hilfe der als Punktreihen oder Linien ausgebilde

mi ten Impulsgebereleinente und ihrem sich entsprechend der Erfindung vergrößernden Abstand voneinande wird im Zusammenwirken mit den elektromagneiiscl gesteuerten Einspritzdüsen und den Rcchteck-Ein S[Ji ii/impulscii eine sehr genaue Steuerung des Motor

i") in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors um unabhängig davon von der Stellung de Leistungssteuerorgans erreicht.
In den Unteranspr Jenen sind vorteilhafte Wciterbi