DE2061242B2

DE2061242B2 - Kraftstoff-einspritzvorrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2061242B2
Application number: DE19702061242
Authority: DE
Inventors: Seiji Mito Suda (Japan) F02m 7 08
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-12-12
Filing date: 1970-12-12
Publication date: 1973-08-02
Also published as: DE2061242C3; DE2061242A1; US3742919A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bei der die Summe aus einem dem Betriebszustand des Motors entsprechenden Zustandssignal und einem Zeitsignal, das der Zeitspanne vom Beginn der Kraftstoff-Einspritzung an entspricht, das öffnen des Kraftstoffventils steuert.

Aus der Zeitschrift »Funk-Technik«, Nr. 23/1963, Seiten 862 bis 864, ist es bekannt, die jeweils einzuspritzende Kraftstoffmenge mit Hilfe der Öffnungsdauer des Einspritzventils zu steuern, wobei die Öffnungsdauer durch eine zwischen zwei definierten Punkten abgetastete Sägezahnspannung bestimmt wird. Durch Steuerung der Steilheit der Sägezahnflanke läßt sich die Öffnungszeit des Einspritzventils und damit die jeweils eingespritzte Brennstoffmenge variieren.

Aus der französischen Patentschrift Nr. 1 512588 ist es ferner bekannt, die Einspritzdauer als Funktion einer Motor-Betriebsbedingung, und zwar der Motordrehzahl, zu steuern, wobei mindestens ein von einem drehzahlabhängigen Signal gesteuerter Transistor in einem die Öffnungszeit des Einspritzventils bestimmenden Zeitglied vorgesehen ist.

Ferner ist schön vorgeschlagen worden^ außer von der Motordrehzahl auch vom Unterdruck im Lüftansaugrohr und von der Motortemperatur Signale abzuleiten und die Summe dieser Signale zur Bestimmung der Kraftstoff-Einspritzmenge heranzuziehen.

Bei den bisherigen Einspritzvorrichtungen hängt also die jeweils eingespritze Brennstoffmenge gewöhnlich linear oder gemäß einer stetigen Funktion von verschiedenen den Betriebsbedingungen des Motors entsprechenden Parametern ab.

Andererseits ist es beim Betrieb von Kraftfahrzeugen wichtig, zwischen einem wirtschaftlichen Betrieb

in einem Bereich, bei dem in Übereinstimmung mit den Motor-Betriebsbedingungen der Brennstoff möglichst optimal ausgenützt wird, und einem Hochleistungsbetrieb zu unterscheiden, bei dem eine vergleichsweise viel größere Brennstoffmenge einge-

spritzt wird, ohne auf wirtschaftliche Gesichtspunkte Rücksicht zu nehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brennstoff-Einspritzcharakteristik an dem kritischen Punkt, dem ein bestimmter Ansaugunterdruck entsüricht, unabhängig von den übrigen Zustandsparamnern umzuschalten. Erfindungsgemäß ist dazu bei einer Einspritzvorrichtung der eingangs bezeichneten Art der zeitliche Verlauf des Zeitsignals durch den Saugrohrunterdruck steuerbar.

ao In spezieller Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung eine elektrische Schaltung, in der ein durch ein Saugrohrunterdruck-Meßgerät einschaltbarer Widerstand den Schaltzustand eines den Verlauf des Zeitsignals beeinflussenden Schaltelements steuert. Um Stöße bei der Umschaltung der Einspritzcharakteristik zu vermeiden, umfaßt die Schaltung einen Kondensator, der den Umschaltvorgang des Schaltelements glättet.

Im nachstehenden werden bekannte Vorrichtungen und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung einander gegenübergestellt und an Hand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein Blockschema eines elektrischen Steuersystems einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung,

F i g. 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,

F i g. 6 ein Diagramm der Abhängigkeit der Kraftstoffmenge vom Saugrohrunterdruck bei einer erfinöungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung,

F i g. 7 a und 7 b Arbeitsdiagramme der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung und

F i g. 8 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung.

Wie aus Fig. 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 N je Minute 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-Zeitsignal 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

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 Zeitpunkt /, verschwindet die Signaispannung ^£°Die Menge der Kraftstoffzufuhr kann als Funktion der Zeit i, bestimmt werden. Wenn sich der Strom / des Zustandssignals auf Grund der Änderung der Bedingungen des Motors in einen Strom I₅ ander;, ändert sich der Gesamtstrom /„ dementsprechend rn /' Die Zeit i„ in welcher die Esaki-Diode 8 ihre Spitzenwert I erreicht, ändert sich folglich in f/, wodurch die Menge des zugeführten Kraftstoffes ebenso geändert wird. Die Kraftstoffzufuhr wird also entsprechend den Bedingungen des Motors geregelt. Die Kraftstoffmenge Q soU beispielsweise im Bereich eines niedn- °en 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 r. ;sem Bereich wird die zugeführte Kraftstoff menge Q nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten bestimmt. Der Bereich mit kleinem Saugrohrunterdruck ist derjenige, in welchem eine

Strom, der auf Grund der Spannung des Zustands- a₅ hohe Leistung verlangt wird. In diesem Bereich soll signals des Motors fließt, soll daher kleiner sein als der a.so die zugeführte Kraftstoff menge Q die ma*™*"⁶ Spitzenwert der Esaki-Diode 8. Unter dieser Bedin- Leistung erbringen, ohne daß wirtschaftliche fc.rtorgung ist die Vorwärtsimpedanz der Esaki-Diode sehr dernisse in Betracht gezogen werden, gering, und daher können die durch die Zustands-Si- Die Kennwerte der oben erläuterten Kraitstortzu-

gnale hervorgerufenen Ströme addiert werden, ohne 30 fuhr können durch die in Fig. 5 dargestellte Anoradaß 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 E₁ 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 Strom unter dem Spitzenwert gehalten, so tritt an der Ausgangsklemme 10 ein Ausgangssignal auf, das Einspritzventil 7 wild geöffnet, der kombinierte Strom, der auf Grund der mit der Zeit ansteigenden Spannung E₁ des Zeitsignals fließt,

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 Kraftstoffinenge zugeführt wird.

Bei dieser Anordnung wird für die Abtasteinrichtung 6 ein in F i g. 2 dargestellter Schaltkreis mit einer Esaki-Diode 8 und einem Transistor 9 verwendet. Die Esaki-Diode 8 ist parallel zur Basis-Emiiter-Strecke des Transistors 9 mit gleicher Polarität geschaltet. Der Emitter des Transistors 9 ist geerdet. De/ 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 E_P (Abtastsignal des Saugrohrunterdrukkes F). eine Spannung E_n (Abtastsignal der Motordrehzahl N), eine Spannung E_T (Abtastsignal der Temperatur T) und eine Spannung E₁ (Zeitsignal) jeweils über Widerstände 14, 15, 16 bzw. 17. Ferner ist die Eingangsklemme 13 mit einer Anschlußklemme 4' für das Triggersignal verbunden. Der nung erreicht werden. Bei dieser Anordnung können die Widerstände 14 und 15, über welche die Spannung E_P des Abtastsignals des Saugrohrunterdrucks und die Spannung E_n des Abtastsignals der Motordrehzahl an die Eingangsklemme 13 angelegt werden, mit Hilfe von Schaltkontakten 18 und 19 auf Widerstände 14' und 15' umgeschaltet werden. Die Schaltkontakte 18 und 19 werden durch den Saugrohrunterdruck P betätigt. Nach dem Umschalten der Widerstände 14 und 15 auf die Widerstände 14' und 15' wird die Kraftstoffzufuhr entsprechend den Widerstandswerten der Widerstände 14' und 15' geregelt. Der Umwandlungskoeffizient des Stromes des bedingten Signals kann durch Änderung der Widerstandswerte geändert wer-

überschreitet den Spitzenwert der Esaki-Diode 8, und 45 den. Auf der anderen Seite wird jedoch der absolute

Wert des Umwandlungskoeffizienten unvermeidlich geändert, was einen Sprung in der Steuerung bewirkt und in der normalen Kraftstoffzufuhr einen Stoß hervorruft.

Um dies zu vermeiden, ist eine Anordnung erforderlich, bei der zusätzlich zu dem Zustandssignal eine Signal-Vorspannung E_B auftritt, die über einen Kontakt 20 von einem Widerstand 21 auf einen Widerstand 21' umgeschaltet wird, um den Sprung zu ver-

der Transistor 9 erhält ausreichende Vorspannung und wird somit leitend. Dadurch wird die Kraftstoffzufuhr io lange aufrechterhalten, bis die Ausgangsspannung an der KJemme 10 verschwindet. Die Dauer der Kraftstoffzufuhr hängt vom Strom des Zustandssignalr ab, und auf diese Weise kann die Menge der Kraftstoffzufuhr entsprechend den Bedingungen bzw. entsprechend dem Zustand des Motors geregelt wer den.

Dieser Vorgang wird an Hand der Fig. 3 a und 3 b 55 mindern. Diese Anordnung erfordert jedoch eine genauer beschrieben. In F i g. 3 a bezeichnet /, den Si- große Anzahl von Schaltkontakten, ist in ihiem Auf-

~ ~ bau notwendigerweise kompliziert und hat eine kurze

Lebensda-er. Darüber hinaus ist diese herkömmliche

gnalstrom, der für die Dauer ί vom Beginn der Kraftstoff-Einspritzung an fließt, während I₁ den Strom des Zustandssignals bezeichnet. Der Gesamtstrom der Vorrichtung unzuverlässig, da auf Grund des diskon-

ist dann I₀. Zum Zeitpunkt f=0 wird Diode 8 unterhalb des Spitzenwertes /_p Triggersignal betätigt. Es wird daher, wie in Fig. 3 b

die Esakidurch das

von der Eingangsklemme 13 zur Esaki-Diode 8 fließt, 60 tinuierlichen betriebes Stöße auftreten

~ -.--._.. Das Wesen und ein bevorzugtes Ausführungsbei

spiel der Erfindung werden im nachstehenden an Hand der Fig. 6 bis 8 beschrieben. Die Kennwerte

dargestellt, an der Ausgangsklemme 10 eine Signal- der Kraftstoffzufuhr sind die gleichen, wie sie an Hand spannung E_aus in einem Bereich abgegeben, in dem 65 von Fig. 4 beschrieben wurden. Im wesentlichen sind der Gesamtstrom I₀ kleiner ist als der Spitzenwert I_p. diese Kennwerte bei einem Saugrohrunterdruck P in Erreicht der Gesamtstrom I₀ den Spitzenwert I_p der
Esaki-Diode 8, so steigt die Klemmenspannung an der gestrichelte

diese Kennwert g

Fig. 6 für eine maximale Ausgangsleistung durch die

gestrichelte Linie Z₁ und für die wirtschaftliche Aus

gangsleistung durch die gestrichelte Linie I₂ dargestellt. Um von der einen Kennlinie für die maximale Ausgangsleistung zur anderen Kennlinie für die wirtschaftliche Ausgangsleistung bei einem Saugrohrunterdruck P₁ überzugehen, benützt man idealerweise die voll ausgezogene Kennlinie I₃. Es ist wünschenswert, den Übergang von der gestrichelten Kennlinie Z₁ zur gestrichelten Kennlinie I₁ kontinuierlich mit einer bestimmten Verzögerungszeit durchzuführen, so daß kein Stoß im Betrieb entsteht. Diese Übergangscharakteristik in der Kraftstoffzufuhr kann dadurch erreicht werden, daß der Umwandlungskoeffizient des Zeitsignais bezüglich der Zeit zweckmäßigerweise so festgelegt wird, wie es an Hand der Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde. Der Umwandlungskoeffizient des Zeitsignals wird beispielsweise beim Saugrohrunterdruck P₁ geändert, so daß der Strom /, des Zeitsignals auf den Strom /,' umgeschaltet wird, wie dies in Fig. 7a dargestellt ist. Der Umwandlungskoeffizient des Stromes /₍des Zeitsignals wird dabei so festgelegt, daß die Kennwerte der Kraftstoffzufuhr bei dem Saugrohrunterdruck P der gestrichelten Kennlinie /, entsprechen. Ebenso wird der Umwandlungskoeffizient des Stromes /,'des Zeiteignais so festgelegt, daß die Kennwerte der Kraftstoff-Zufuhr der gestrichelten Kennlinie I₁ entsprechen. Bei dieser Anordnung wird die Zeit, in welcher die Esaki-Diode 8 ihren Spitzenwert L, ausgehend vom kombinierten Strom /„ aus dem Strom 7, des Zustandssignals und dem Strom /, (/,') des Zeitsignals, beim Saugrohrunterdruck P₁ erreicht, von f, auf t, geändert, so daß man eine Ausgangssignalspannung E_n, erhält, wie sie in Fig. 7b dargestellt ist.

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

Dieser Wechsel wird an Hand 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 verbunden. 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 Zenerdtode 28 nth dem Verbindungspunkt zweier Spannungsteilerwiderstände 29 und 30 verbunden. Die Spannungsteilerwiderstände 29 und 30 liegen in Reihe zwischen der Stromquelle 24 and EnIe. Parallel zum SpanfitmgsteOerwidemead 19 liegt ein Abgteichwider· stand 31. Ein in Reine mit dem Abgleichwiderstand 31 geschalteter Schalter 32 wird durch eine vom Saugrohrunterdruck P betätigte Membrane 33 geschlossen, wenn der Saugrohrunteruck P unter dem Wert P, liegt. Ein Verzögerungskondeosator 34 ist parallel zum Spannungsteilerwiderrtaad 30 geschaltet und hat den Zweck« eine plötzliche Spamnmgsändenmg zu verhindern, die an dem SpantmngsteQerpunkt entsteht, wenn der Schalte- 32 betätigt wird. Ein npn-Transistor 35 bringt die Spannung an der Ausgangsklemme 25 für das Zeitsignal in einem zum Beginn der Kraftstoffeinspritzung bestimmten Zettpunkt auf NuIL 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 fern« über eine Diode 37 in Vorwärtsrichtung mit dem Kollektor des Transistors 22 verbunden. Dies Basis des Transistors 35 ist über einen Widerstand 38 mit einer Trigger-Eingangsklemme 39 verbunden.

In dem Bereich, in welchem der Saugrohrunterdruck P größer ist als der eingestellte Wert P₁, ist die Klemmenspannung des Spannungsteilerwiderstandes 29 groß. Das Basispotential des Transistors 22, an dessen Basis die durch den Widerstand 27 und die

ίο 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 Stromcharak-

is teristik, gemäß der der Kondensator 26 geladen wird. Wird unter diesen Bedingungen an die Klemme 39 zu einem gewünschten Zeitpunkt für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung eine positive Impulsspannung angelegt, die den Transistor 35 leitend macht, so wird

μ die Ladung am Kondensator 26 über die Diode 37 und den Transistor 35 an Erde abgeleitet. Als Folge davon wird die Zeitsignalspannung E_m an der Ausgangsklemme 25 zu Null.

Wird der Transistor 35 nichtleitend, so wird der

«5 Kondensator 26 durch den konstanten Kollektor-Strom des Transistors 22 aufgeladen, die Klemmenspanr ing steigt und die Zeitsignalspannung E wird als Funktion der Zeit an der Ausgangsklemme 25 abgegeben. Danach wird der Saugrohrunterdruck P un-

3« ter den eingestellten Wert Fi verringert. Hierdurch wird die Membraneinrichti.ng 33 betätigt und der Schalter 32 geschlossen, wodurch der Widerstand 31 parallel zum Spannungsteilerwiderstanc* 29 geschaltet und die Klemmenspannung des Widerstandes 31 ver mindert wird.

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_n an der Ausgangsklemme 25) werden folglich vermindert, so daß eine Stromänderung des Zeitsignais von /, in I₁' erfolgt, wie es in Fi g. 7 a dargestellt ist. Hierbei wird die Spannungsänderung

am Spannungsteilerpunkt der 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 /echseln.

$o Bei der vorstehenden Ausfühningsform wird ein Schaltkreis mit einer Esaki-Diode und Transistoren ISr die Addier- and Ate verwendet. Bs kann jedoch auch eine andere Schattung, etwa ein Verstärkerkreis, der mehrere Eingangssignale, wie

beispielsweise ein Zustandssignal 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 Zu stands-Signal zum Vorspannen des abgetasteten Wer tes verwendet wird.

Auch die in der vorbeschriebenen Ausführungsform verwendete Einrichtung zur Erzeugung des Zeitsignals kann nach dem jeweiligen Anwendungsfall

6j abgewandelt werden.

Gemäß der Erfindung wird der Umwandlungskoeffizient des Zeüngnab gegen die Zeit mit Hufe eines ten Sanrnterdrnckes geändert, wodurch

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die Charakteristika der Kraftstoffzufuhr durch einfache Verfahren ausgeglichen werden können.

Die Erfindung schafft also eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei welcher die Einspritzzeit des Kraftstoffes mit Hilfe von Zustandssignalen des Motors gemäß Motordrehzahl, Tempera-

tür 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 Zustandssignalen erzielen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bei der die Summe aus einem dem Betriebszustand des Motors entsprechenden Zustandssignal und einem Zeitsignal, das der Zeitspanne vom Beginn der Kraftstoff-Einspritzung an entspricht, das öffnen des Kraftstoffventils steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf des Zeitsignals durch den Saugrohxdruck steuerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektrische Schaltung, in der ein durch ein Saugrohrunterdruck-Meßgerät (33) einschaltbarer Widerstand (31) den Schaltzustand eines den Verlauf des Zeitsignals beeinflussenden Schaltelements (22) steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen Kondensator (34) umfafct, der den Umschaltvorgang des Schaltelements (22) glättet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein in den Ladekreis eines Kondensators (26) eingeschalteter Transistor (22) ist, dessen Basis an den Verbindungspunkt zweier Spannungiteilerwiderstände (29,30) angeschlossen ist, wobei der einschaltbare Widerstand (31) parallel zu dem einen und der Glättungs-Kondensator (34) parallel zu dem anderen Spannurgsteilerwiderstand liegt.