DE2061242A1 - Kraftstoff-Einspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Dr. O. Dta«« K. L ScIiIf: Dr. A. ν. FSiitr Dipl. Ing. P. Strehl f 2. BE

Patentanwälte '

8 München 90, Mariahüfplatz 243, Telefon 45 40 40 DA-41 11

Beschreibung 2 0 6 1 ? 4

zu der Patentanmeldung

der Firma
Hitachi Limited

1-5-1» Marunouchi '■ Chiyoda-ku

Tokyo / Japan

betreffend

Kraftstoff-Einspritzvorrichtung Priorität: 12.Dezember 1969, Japan, Nr. 99435

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen und betrifft insbesondere Kraftstoff-Einspritz-' vorrichtungen, welche die Kraftstoffzufuhr im hohen Leistungsbereich regeln und ausgleichen.

Im allgemeinen arbeiten "elektrische Regeleinrichtungen für Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen in der Weise, daß die Bedingungen zur Bestimmung der Kraftstoffzufuhr zu einer Brennkraftmaschine in elektrische Signale umgewandelt werden, von denen aufgrund von Berechnungen ein Ausgangssignal abgeleitet wird, dessen Dauer die Menge des

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dem Motor zugeführten Kraftstoffes entspricht. Durch dieses Ausgangssignal wird das Einspritzventil für den Kraftstoff geöffnet, so daß dem Motor eine angemessene Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Zeit zugeführt wird.

Im Nachstehenden werden bekannte Vorrichtungen und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung einander gegenübergestellt und anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 ein Blockschema eines elektrischen Steuersystems einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung;

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild einer Recheneinrichtung ;

Fig. 3a und 3b Arbeitsdiagramme des in Fig. 2 dargestellten Schaltkreises;

Fig. 4 ein Diagramm, in welchem die Kraftstoffmenge über dem Saugrohrunterdruck des Motors aufgetragen ist; Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild einer anderen Recheneinrichtung;

Fig. 6 ein Diagramm der Abhängigkeit der Kraftstoffmenge vom Saugrohrunterdruck bei einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung;

Fig. 7a und 7b Arbeitsdiagramme der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung; und

Fig. 8 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung.

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Wie aus Pig. 1 hervorgeht, besitzt eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung folgende Elemente: Eine Einrichtung 1, die den Saugrohrunterdruck P abtastet und in ein elektrisches Signal umwandelt; eine Einrichtung 2, die die Motordrehzahl je Minute N ermittelt und in ein elektrisches Signal umwandelt; eine Einrichtung 3» die die Motortemperatur fühlt und in ein elektrisches Signal umwandelt; einen Triggerimpulsgenerator 4, der zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Signal zum Triggern der Einrichtungen 1, 2 und 3 erzeugt, um das Einspritzen des Kraftstoffes in den Motor einzuleiten; eine durch das Triggersignal der Einrichtung 4 betätigte Einrichtung 5, die ein Sägezahn-Zeitsignäl erzeugt; eine Einrichtung 6, der das Zeitsignal der Einrichtung 5 zugeführt wird und die ein Ausgangssignal mit einer Dauer erzeugt, die vom Zeitpunkt der Erzeugung des Triggersignals bis zu dem Zeitpunkt reicht, in welchem die Summe aus dem Zustandssignal und dem Zeitsignal den Abtastwert erreicht; und ein Kraftstoff-Einspritzventil 7, welches in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Einrichtung 6 geöffnet wird, wodurch dem Motor die erforderliche Kraftstoffmenge zugeführt wird.

Bei dieser Anordnung wird für die Abtasteinrichtung 6 ein in Pig. 2 dargestellter Schaltkreis mit einer Esaki-Diode 8 und einem Transistor 9 verwendet. Die Esaki-Diode ist parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 9

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mit gleicher Polarität geschaltet. Der Emitter des Transistors 9 ist geerdet. Der Kollektor des Transistors 9 ist mit einer Ausgangsklemme 10 und über einen Widerstand 11 mit einer Energiequelle 12 verbunden. Die Basis des Transistors 9 ist mit einer Eingangsklemme 13 verbunden. An der Eingangsklemme 13· liegen eine Spannung Ep (Abtastsignal des Saugrohrunterdruckes P), eine Spannung E_n (Abtastsignal der. Motordrehzahl N), eine Spannung Em (Abtastsignal der Temperatur T) und eine Spannung E₊ (Zeitsignal) jeweils über Widerstände 14, 15, 16 bzw. 17· Ferner ist die Eingangsklemme 13 mit einer Anschlußklemme 4' für das Triggersignal verbunden. Der Strom, der aufgrund der Spannung des Zustandssignals des Motors fließt, soll daher kleiner sein als der Spitzenwert der Esaki-Diode 8. Unter dieser Bedingung ist die Vorwärtsimpedanz der Esaki-Diode sehr gering, und daher können die durch die Zustands-Signale hervorgerufenen Ströme addiert werden, ohne daß sie sich gegenseitig stören. Da die Klemmenspannung an der Diode klein ist im Vergleich zur Sperrspannung des Transistors 9, ist die Kollektorspannung hoch, so daß der Ausgangsklemme 10 eine Ausgangsspannung entnommen werden kann.

Wird im obigen Schaltkreis die Spannung E, des Zeitsignals durch das Triggersignal zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Einleitung der Kraftstoff-Einspritzung zu null und wird gleichzeitig der in der Esaki-Diode fließende

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Strom unter dem Spitzenwert gehalten, so tritt an der Ausgangsklemme 10 ein Ausgangssignal auf, das Einspritzventil 7 wird geöffnet, der kombinierte Strom, der aufgrund der mit der Zeit ansteigenden Spannung E+ des Zeitsignals fließt, überschreitet den Spitzenwert der Esaki-Diode 8, und der Transistor 9 erhält ausreichende Vorspannung und wird somit leitend. Dadurch wird die Kraftstoff-Zufuhr so lange aufrechterhalten, bis die Ausgangsspannung an der Klemme 10 verschwindet. Die Dauer der Kraftstoff-Zufuhr hängt vom Strom des Zustands-Signals ab, und auf diese Weise kann die Menge der Kraftstoff zufuhr entsprechend den Bedingungen bzw. entsprechend dem Zustand des Motors geregelt werden.

Dieser Vorgang wird anhand der Fig. 3a und 3b genauer beschrieben. In Fig. 3a bezeichnet I, den Signalstrom, der für die Dauer t vom Beginn der Kraftstoff-Einsrpitzung an fließt, während I₀ den Strom des Zustands-Signals bezeichnet. Der Gesamtstrom, der von der Eingangsklemme 13 zur Esaki-Diode 8 fließt, ist dann I_Q. Zum Zeitpunkt t = 0 wird die Esaki-Diode 8 unterhalb des Spitzenwertes Ip durch das Triggersignal betätigt. Es wird daher, wie in Fig. 3b dargestellt, an der Ausgangsklemme 10 eine Signalspaniuing E_o„_ in einem Bereich abgegeben, in dem der Gesamtstrom I kleiner ist als der Spitzenwert Ip. Erreicht der Gesamtstrom 1_Q den Spitzenwert Ip der Esaki-Diode 8, so steigt die Klemmen-

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spannung an der Esaki-Diode 8 rasch an, und die Basis-Emitter-Vorspannung des Transistors 9 wird ausreichend groß. Auf diese Weise wird der Transistor 9 leitend. Zu diesem Zeitpunt t. verschwindet die Signalspannung

^Eaus·

Die Menge der Kraftstoffzufuhr kann als Punktion der Zeit t₁ bestimmt werden. Wenn sich der Strom I des Zustands-Signals aufgrund der Änderung der Bedingungen des Motors in einen Strom IJ ändert, ändert sich der Gesamtstrom I dementsprechend in I '. Die Zeit t.., in welcher die Esaki-Diode 8 ihren Spitzenwert Ip erreicht, ändert sich folglich in t..', wodurch die Menge des zugeführten Kraftstoffes ebenso geändert wird. Die Kraftstoffzufuhr wird also entsprechend den Bedingungen des Motors geregelt. Die Kraftstoffmenge Q soll beispielsweise im Bereich eines niedrigen Saugrohrunterdruckes P erhöht sein. Der Bereich, in welchem der Saugrohrunterdruck P verhältnismäßig groß ist, stellt den mittleren Leistungsbereich dar, der im allgemeinen der normale Arbeitsbereich des Motors ist. In diesem Bereich wird die zugeführte Kraftstoffmenge Q nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten bestimmt. Der Bereich mit kleinem Saugrohrunterdruck ist derjenige, in welchem eine hohe Leistung verlangt wird. In diesem Bereich soll also die zugeführte Kraftstoffmenge Q die maximale Leistung erbringen, ohne daß wirtschaftliche Erfordernisse in Betracht

gezogen werden.

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Die Kennwerte der oben erläuterten Kraftstoff-Zufuhr können durch die in Pig. 5 dargestellte Anordnung erreicht werden. Bei dieser Anordnung können die Widerstände 14 und 15, über welche die Spannung Ep des Abtastsignals des Saugrohrunterdrucks und die Spannung E„ des Abtastsignale der Motordrehzahl an die Eingangsklemme 13 angelegt werden, mit Hilfe von Schaltkontakten 18 und auf Widerstände -14' und 15' umgeschaltet werden. Die Schaltkontakte 18 und 19 werden durch den Saugrohrunterdruck P betätigt. Nach dem Umschalten der Widerstände und 15 auf die Widerstände 14' und 15' wird die Kraftstoff-Zufuhr entsprechend den Widerstandswerten der Widerstände 14' und 15' geregelt. Der Umwandlungskoeffizient des Stromes des bedingten Signals kann durch Änderung der Widerstandswerte geändert werden. Auf der anderen Seite wird Jedoch der absolute Wert des Umwandlungskoeffizienten unvermeidlich geändert, was einen Sprung in der Steuerung bewirkt und in der normalen Kraftstoff-Zufuhr einen Stoß hervorruft.

Um dies zu vermeiden, ist eine Anordnung erforderlich, bei der zusätzlich zu dem Zustandesignal eine Signal-Vorspannung Et, auftritt, die über einen Kontakt 20 von einem Widerstand 21 auf einen Widerstand 21' umgeschaltet wird, um den Sprung zu vermindern. Diese Anordnung erfordert jedoch eine große Anzahl von Schaltkontakten, ist in ihrem Aufbau notwendigerweise kompliziert und

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hat eine kurze Lebensdauer. Darüberhinaus ist diese herkömmliche Vorrichtung unzuverlässig, da aufgrund des diskontinuierlichen Betriebes Stöße auftreten.

Das Wesen und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung werden im Nachstehenden anhand der Figuren 6 bis 8 beschrieben. Die Kennwerte der Kraftstoff-Zufuhr sind die gleichen, wie sie anhand von Fig. 4 beschrieben wurden. Im wesentlichen sind diese Kennwerte bei einem Saugrohrunterdruck P in Fig. 6 für eine maximale Ausgangsleistung durch die gestrichelte Linie 1,. und für die wirtschaftliche Ausgangsleistung durch die gestrichelte Linie I₂ dargestellt. Um von der einen Kennlinie für die maximale Ausgangsleistung zur anderen Kennlinie für die wirtschaftliche Ausgangsleistung be'i einem Saugrohrunterdruck P.. überzugehen, benützt man idealerweise die voll ausgezogene Kennlinie 1,. Es ist wünschenswert, den Übergang von der gestrichelten Kennlinie 1.. zur. gestrichelten Kennlinie Ip kontinuierlich mit einer bestimmten Verzögerungszeit durchzuführen, so daß kein Stoß im Betrieb entsteht. Diese Übergangscharakteristik in der Kraftstoff-Zufuhr kann dadurch erreicht werden, daß der Umwandlungskoeffizient des Zeitsignals bezüglich der Zeit zweckmäßigerweise so festgelegt wird, wie es anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde. Der Umwandlungskoeffizient des Zeitsignals wird beispielsweise beim Saugrohrunterdruck P₁

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geändert, so daß der Strom 1+ des Zeitsignals auf den Strom I.' umgeschaltet wird, wie dies in Fig. 7a dargestellt ist. Der Umwandlungskoeffizient des Stromes I^ des Zeitsignals wird dabei so festgelegt, daß die Kennwerte der Kraftstoff-Zufuhr bei dem Saugrohrunterdruck P der gestrichelten Kennlinie 1.. entsprechen. Ebenso wird der Umwandlungskoeffizient des Stromes I.' des Zeitsignals so festgelegt, daß die Kennwerte der Kraftstoff-Zufuhr der gestrichelten Kennlinie Ip entsprechen. Bei dieser Anordnung wird die Zeit, in welcher die Esaki-Diode 8 ihren Spitzenwert Ip, ausgehend vom kombinierten Strom I_n aus dem Strom I des Zustands-

o s

signals und dem Strom I. (I+') des Zeitsignals, beim Saugrohrunterdruck P₁ erreicht, von t. auf tp geändert, so daß man eine Ausgangs signal spannung E_„_ erhält, wie

aus

sie in Fig. 7b dargestellt ist.

Wird der Strom I. des Zeitsignals kontinuierlich mit einer Verzögerungszeit in einen Strom I.' geändert, so läßt sich der Wechsel der Kennlinien ohne Stoß durchführen.

Dieser Wechsel wird anhand der Fig. 8 genauer beschrieben, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Ein pnp-Transistor 22 wird bei konstantem Strom gesteuert. Der Emitter dieses Transistors ist über einen Widerstand 23 mit einer Stromquelle 24 ver-

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bunden. Der Kollektor des Transistors 22 ist mit einer Ausgangsklemme 25 verbunden und über einen Kondensator 26 geerdet. Die Basis des Transistors 22 ist über einen Widerstand 27 mit der Stromquelle 24 und über eine Zenerdiode 28 mit dem Verbindungspunkt zweier Spannungsteilerwiderstände 29 und 30 verbunden. Die Spannungsteilerwiderstände 29 und 30 liegen in Reihe zwischen der Stromquelle 24 und Erde. Parallel zum Spannungsteilerwiderstand 29 liegt ein Abgleichwiderstand Ein in Reihe mit dem Abgleichwiderstand 31 geschalteter Schalter 32 wird durch eine vom Saugrohrunterdruck P betätigte Membrane 33 geschlossen, wenn der Saugrohrunterdruck P unter dem Wert P^ liegt. Ein Verzögerungskondensator 34 ist parallel zum Spannungsteilerwiderstand 30 geschaltet und hat den Zweck, eine plötzliche Spannungsänderung zu verhindern, die an dem Spannungsteilerpunkt entsteht, wenn der Schalter 32 betätigt wird. Ein npn-Transistor 35 bringt die Spannung an der Ausgangsklemme 25 für das Zeitsignal in einem zum Beginn der Kraftstoff-Einspritzung bestimmten Zeitpunkt auf null. Der Emitter des Transistors 35 ist geerdet, während der Kollektor über einen Widerstand 36 mit der Stromquelle 24 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 35 ist ferner über eine Diode 37 in Vorwärtsrichtung mit dem Kollektor des Transistors 22 verbunden. Die Basis des Transistors ist über einen Widerstand 38 mit einer Trigger-Eingangsklemme 39 verbunden.

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Im dem Bereich, in welchem der Saugrohrunterdruck P größer ist als der eingestellte Wert P^, ist die_t Klemmenspannung des Spannungsteilerwiderständes 29 groß. Das Bsäspotential des Transistors 22, an dessen Basis die durch den Widerstand 27 und die Zenerdiode 28 geteilte Spannung anliegt, wird konstant auf einem verhältnismäßig kleinen Wert gehalten. Da der Emitter.des Transistors 22 mit der Stromquelle 24 über einen Widerstand 23 verbunden ist, hat der Kollektorstrom eine konstante Stromcharakteristik, gemäß der Kondensator 26 geladen wird. Wird unter diesen Bedingungen an die Klemme 39 zu einem gewünschten Zeitpunkt für den Beginn der Kraftstoff-Einspritzung eine positive Impulsspannung angelegt, die den Transistor 35 leitend macht, so wird die Ladung am Kondensator 26 über die Diode 37 und den Transistor 35 an Erde abgeleitet. Als Folge davon wird die Zeitsignalspannung E_„„ an der Ausgangsklemme 25 zu null, aus

Wird der Transistor 35 nichtleitend, so wird der Kondensator 26 durch den konstanten Kollektorstrom des Transistors 22 aufgeladen, die Klemmenspannung steigt und die Zeitsignalspannung E_. _ wird als Funktion der Zeit an der Ausgangsklemme 25 abgegeben. Danach wird der Saugrohrunterdruck P unter den eingestellten Wert P₁ verringert. Hierdurch wird die Membraneinrichtung 33 betätigt und der Schalter 32 geschlossen, wodurch der Widerstand parallel zum Spannungsteilerwiderstand 29 geschaltet und die Klemmenspannung des Widerstandes 31 vermindert wird.

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Λ!

Der verminderte Wert dieser Klemmenspannung dient zur Erhöhung des Basispotentials des Transistors 22. Der eingestellte Wert des konstanten Stromes, der im Kollektor des Transistors 22 fließt, und die Ladespannung am Kondensator 26 (d.h. die Ausgangsspannung E _ an

aus

der Ausgangsklemme 25) werden folglich vermindert, so daß eine Stromänderung des Zeitsignals von I, in I.' erfolgt, wie es in Pig. 7a dargestellt ist. Hierbei wird die Spannungsanderung . am Spannungsteilerpunkt der φ Widerstände 29 und 30 durch den Kondensator 34 verzögert. Durch entsprechende Bestimmung des Wertes des Kondensators 34 ist es also möglich, die Kennlinien für die Kraftstoff-Zufuhr ohne Stoß ruhig und gleichmäßig zu wechseln.

Bei der vorstehenden Ausführungsform wird ein Schaltkreis mit einer Esaki-Diode und Transistoren für die Addier- und Abtasteinrichtungen verwendet. Es kann je-'. doch auch eine andere Schaltung, etwa ein Verstärkerkreis, der mehrere Eingangssignale,, wie beispielsweise ein Zustands-Signal und ein Zeitsignal, addieren kann, zusammen mit einer Schaltung verwendet werden, die zum Abtasten des Signalwertes dient. Oder es kann eine Schaltung verwendet werden, in welcher entweder das Zeitsignal oder das Zustands-Signal zum Vorspannen des abgetasteten Wertes verwendet wird.

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Auch die in der vorgeschriebenen Ausführungsform verwendete Einrichtung zur Erzeugung des Zeitsignals kann nach dem jeweiligen Anwendungsfall abgewandelt werden.

Gemäß der Erfindung wird der Umwandlungskoeffizient des Zeitsignals gegen die Zeit mit Hilfe eines bestimmten Saugrohrunterdruckes geändert, wodurch die Charakteristika der Kraftstoff-Zufuhr durch einfache Verfahren ausgeglichen werden können.

Die Erfindung schafft also eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei welcher die Einspritzzeit des Kraftstoffes mit Hilfe von Zustands-Signalen des Motors gemäß Motordrehzahl, Temperatur usw. sowie mit Hilfe eines Sägezahnsignals berechnet wird. Die Änderung des Sägezahnsignals wird dabei entsprechend dem Saugrohrunterdruck und der Motortemperatur gesteuert, wobei sich ein Ausgleich der leistung und der Temperatur im Verhältnis zu anderen Zustands-Signalen erzielen läßt.

Patentansprüche

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Claims (3)

1. 2061Ή

   Patentansprüche

   J Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, bei der die Summe aus ^y einem dem Betriebszustand des Motors entsprechenden Zustands-Signal und einem Zeitsignal, das der Zeitspanne vom Beginn der Kraftstoff-Einspritzung an entspricht, das Öffnen des Kraftstoffventiles steuert, dadurch gekennze ichnet, daß der zeitliche Verlauf des Zeitsignals durch den Saugrohr-Unterdruck steuerbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektrische Schaltung, in der ein durch ein Saugrohr-Unterdruck-Meßgerät (33) einschaltbarer Widerstand (31) den Schaltzustand eines Schaltelements (22) steuert und ein Kondensator (34) die Umschaltung des Schaltelements verzögert.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Transistor (22) ist, dessen Basis an den Verbindungspunkt zweier Spannungsteilerwiderstände (29, 30) angeschlossen ist, wobei,der einschaltbare Widerstand (31) parallel zu dem einen und der Kondensator (34) parallel zu dem anderen Spannungsteilerwiderstand liegt.

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