DE1811020C3

DE1811020C3 - Einrichtung zum Steuern der Einspritzdauer bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1811020C3
Application number: DE1811020A
Authority: DE
Inventors: Louis L'etang-La-Ville Monpetit (Frankreich)
Original assignee: Societe des Procedes Modernes dInjection SOPROMI
Current assignee: Societe des Procedes Modernes dInjection SOPROMI
Priority date: 1967-11-27
Filing date: 1968-11-26
Publication date: 1978-08-24
Also published as: DE1811020B2; ES360758A1; US3720193A; FR1567948A; BR6804350D0; SE344613B; DE1811020A1; GB1252129A; ES360393A1

Description

düngen der im Hauptanspruch gekennzeichneten Einrichtung angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. 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 aus einem Motor, der mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ausgerüstet ist,

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

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

F i g. ä die abgewickelte Oberfläche nach F i g. 2 mit Überlagerung einer Korrektur auf die hyperbolische Verteilung der Punkte,

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

F i g. 7 eine Kurvenschar entsprechend F i g. 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, 02 und 0j 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 Fläche, die die einzuspritzenden Mengen als Funktion von zwei unabhängigen variablen Größen, nämlich der Drehzahl N und dem Öffnungswinkel θ der Drosselklappe im Ansaugrohr darstellt.

In Fig.2 ist ein Motor 4 mit einer elektromagnetischen Einsp-itzvorrichtung stark schematisiert dargestellt, der ein Ansaugrohr 10 mit einer Drosselklappe 11 umfaßt, die mit dem Gas- bzw. Beschleunigungspedal verbunden ist. Die elektromagnetischen Einspritzdüsen S 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 jie 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 I mit den rotierenden Teilen des Motors verbunden ist, um die Impulse in Abhängigkeit von der Motordrehzahrl zu steuern. In Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel der Impiiisgebervorriehlung 1 dargestellt, wobei sie aus einem transparenten Zylinder 1 besteht, dessen Achse 4 mit den rotierenden Teilen des Motors verbunden ist. Dieser Zylinder 1 besitzt auf seiner Oberfläche eine Schar von Linien 1 die so angeordnet sind, daß sie in dem Impulsabnehmcr 13 Impulse bewirken, die die einzuspritzende Brennstoffmenge bestimmen. In dem dargestellten Beispiel ist eine Lichtquelle 18 vorgesehen, die auf einen Empfänger 19 wirkt, wobei letztere eine besonders schnell arbeitende Fotodiode oder eintn 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.

ίο Im folgenden ist das Prinzip des Steuerverfahrens erklärt Hätte der Motor für jede Stellung der Ansaugluftdrosselklappe unabhängig von der Drehzahl des Motors eine konstante Füllung, so wären die Kurven θι, 02 und 03 in Fig. 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 F i g. 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 0 der Drosselklappe. Diese Punkte 2 erzeugen in der Impulsabnehmervorrichtung 13 Imprbe, die von ihr zu dem Diskriminator 14 übertragen verden, der diese Impulse in einen elektrischen Rechteckimpuls umformt, der die Einspritzdüsen steuert. Dieser Diskriminator 14 ist so ausgelegt, daß das elektrische Rechtecksigual nur dann andauert, wenn der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen aus dem Impulsabnehmer 13 kleiner ist als eine vorgegebene Zeit Tr. Um

jo 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,

li 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

= -jy 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 f/lotors. Dieses Steuerverfahren ist zum Beispiel bei Dieselmotoren anwendbar. In diesem Fall ist der Impulsabnehmer 13

-,o 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 jedoch keine horizontalen Geraden, sondern haben den in Fig. 1 dargestellten Verlauf. In diesem Fall wird der Abstand zwischen zwei Punkton in Abhängigkeit von den in Fig. 1 gezeigten Kurven korrigiert, indem diese Punkte vorwärts oder zurück

t,o versetzt werden, wie in F i g. 5 schematisiert gezeigt ist. Daraus ergibt sich, daß jede Kurve für einen Winkel θ durch eine eigene Reihe von Punkten 2 auf dem Zylinder der Impu.lsgebervorrichtung i dargestellt wird. Nimmt man an, daß diese Kurven für eine begrenzte Zahl von

μ Stellungen der Drosselklappe experimentell bestimmt worden sind, so hat man naiürlich nur eine begrenzte Anzahl von Punkt! cihen ?.. Mit einer ausreichenden Anzahl von Reihen von Punkten 2 kann man jedoch eine

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

Es ist selbstverständlich, daß die Abstände der Punkte ozw. der Linien so gewählt sein müssen, daß die Steuerung irr. 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 10"' Hertz sein muß (wenn als kleinste Einspritzdauer etwa 10 'see angenommen wird). Dies kann zum Beispiel durch eine fotografische Herstellung der Linien 3 auf dem Zylinder der Impulsgebervorrichtung 1 erreicht werden.

hs ist zu bemerken, daß der transparente Zylinder 7. B. durch eine Scheibe ersetzt werden kann, auf welche*- 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 F i g. 6 ist eine solche Übertragung dargestellt, und man sieht, daß allen Werten der Drehzahl Λ/ein Winkel A zugeordnet wird, dereine Funktion

A = Af

der Einspritzdauer I ist. d. h.. bis auf einen multiplikativen Faktor ist fürden in der F i g. 6 dargestellten Punkt

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

Um die zeitliche Verteilung der Impulse bei dem Wert A zu erhalten, was einer Verschiebung der Fläche mit den zwei Dimensionen g(A) und (,4J nach der Drehzahl N entspricht, erhält man unter Berücksichtigung der Formel (I)

dH dA

df df

N .

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

FiA.N) = g(A)

Mit Hilfe des Diskriminators 14 kann man es dann so einrichten, daß bei jeder Frequenz F(N.A). die höher ist als eine bestimmte Bezugsfrequenz Fr₁ eingespritzt wird, und daß bei jeder Frequenz F(N.A). die kleiner ist als Fr. keine Einspritzung stattfindet.

In Fig. 6 ist ein Beispiel einer geometrischen Konstruktion gezeigt. Die Bezugsdrehzahl N_K 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 N=, und der Geraden Fr 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^.N_K/ 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 zeigt drei dieser Kurven für die Öffnungswinkel θι, Θ2 und θ entsprechend Fig. 1. Wie man sehen kann, fällt die Funktion g(A) für einen Wert von A sehr plötzlich aul Null, was einer gewissen Überdrehzahlregelung de< Motors entspricht.

Hierzu 4 I51att Zeichnuneen

Claims

,1 Patentansprüche;

1. Einrichtung zum Steuern der Einspritzdauer bei Brennkraftmaschinen mit durch elektrische Rechteckimpulse 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 I ο ausgebildeten Impulsgeber angeordnet sind, und ein Impulsabnehmer in Abhängigkeit von der Stellung des Leistungssteuerorgans relativ zum Impulsgeber und quer zu dessen Rotationsbewegung verschiebbar ist, und die Impulsgeberelemente, die die Einspritzung freigebenden Rechteckimpulse 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 Diskriminatorvorrichtuag (14) vorgesehen ist, die der elektromagnetisch gesteuerten Einspritzung (5, 16, 17) Rech- ro teck-Einspritzimpulse nur dann zuführt, wenn die Zeitintervalle zwischen den von dem Impulsabnehmer (13) gemeierten Impulsen geringer als eine vorgegebene Bezugszeit (Tr)snvL

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- i"> zeichnet, 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 lmpulsabnehmer(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 Impulsabnehmer (13) eine w 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 ">^Γΐ Lichtquelle außerhalb des Zylinders des Impulsgeber angeordnet ist.

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

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der die Impulsgebcrelemente bildenden Punktreihen (2) oder Linien (3) voneinander sich hi 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 von der Brennkraftmaschine angetriebenen, in Form einer rotierenden Fläche ausgebildeten Impulsgeber angeordnet sind, und ein Impulsabnehmer in Abhängigkeit von der Stellung des Leistungssteuerorgans relativ zum Impulsgeber und quer zu dessen Rotationsbewegung verschiebbar ist, und die Impulsgeberelemente, die die Einspritzung freigebenden Rechteckimpulse auslösen, in Richtung der Relativbewegung zwischen Impulsgeber und Impulsabnehmer eine unterschiedliche Verteilung aufweisen.

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 Zahl dieser Scheiben ist begrenzt, so daß die Stufung der Impulse in vielen Fällen, z. B. bei Rennwagenmotoren, 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 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 und elektrischen Mitteln, die die Genauigkeit und Empfindlichkeit der Steuerung ungiir n\g beeinflussen.

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

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 Relativbewegung zwischen Impulsgeber und Impulsabnehmer vergrößert, und daß eine auf die Zeitintervalle zwischen den von dem Impulsabnehmer gelieferten Impulsen ansprechende Diskriminatorvorrichtung vorgesehen ist, die der elektromagnetisch gesteuerten Einspritzung Rechteck-Einspritzimpulse nur dann zuführt, wenn die Zeitintervalle zwischen den von dem Impulsabnehmer gelieferten Impulsen geringer als eine vorgegebene Bezugszeit sind.

Mit Hilfe der als Punktreihen oder Linien ausgebildeten Impulsgeberelemente und ihrem sich entsprechend der Erfindung vergrößernden Abstand voneinander wird im Zusammenwirken mit den elektromagnetisch gesteuerten Einspritzdüsen und den Rechtcck-F.inspritzimpulsen eine sehr genaue Steuerung des Motors in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors und unabhängig davon von der Stellung des Leistungssteuerorgans erreicht.

In den Unteranspriichen sind vorteilhafte Weiterbil-