DE2148310A1

DE2148310A1 - Elektronische ventilsteuervorrichtung, insbesondere fuer brennkraftmaschinen von fahrzeugen

Info

Publication number: DE2148310A1
Application number: DE19712148310
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Anton Ernst Porsche
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1971-09-28
Filing date: 1971-09-28
Publication date: 1973-04-05
Also published as: IT963864B; GB1366045A; FR2155262A5

Description

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-j.»:, r. FORSCHE Nb ■ 1 STUTTGART-ZUFFENHAUSEN . PORSCHESTRASSE 42

Elektronische Ventilsteuervorrichtung . /WS^ejot-t J^lr<t-

für Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen Q 9

Die Erfindung betrifft eine elektronische Ventilsteuervorrichtung, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen, bei welchen die Ein- und Auslaßventile jedes Zylinders durch Elektromagnete betätigt werden, die von einem in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine betriebenen Steuerimpulsgeber über einen Impulsverteiler angesteuert werden.

Durch eine Ventilsteuerung der genannten Art wird der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen erhöht.

Es ist bereits bekannt, die Ein- und Auslaßventile einer Brennkraftmaschine durch Elektromagnete zu betätigen und diese elektronisch anzusteuern (DT-OS 1 526 547). Die Einrichtung zur Ansteuerung der Elektromagnete besteht hierbei aus elektronischen Bauelementen, die durch einen von der Brennkraftmaschine angetriebenen Steuerimpulsgeber angesteuert werden. Es ist in der deutschen Offenlegungsschrift jedoch kein Hinweis gegeben, daß diese Einrichtung gleichzeitig weitere Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine steuert, wie z.B. eine elektronisch gesteuerte Einspritzanlage. Solche elektronisch gesteuerten Einspritzanlagen sind an sich bekannt, jedoch erfolgt die Steuerung der Einspritzventile unabhängig von der Steuerung der Ein- und Auslaßventile der Brennkraftmaschine, was den Bauaufwand einer solchen Brennkraftmaschine erhöht und die Herstellung erheblich verteuert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Einrichtung zu schaffen, mit welcher die Ein- und Auslaßventile einer Brennkraftmaschine sowie die Einspritzventile einer Einspritzanlage gemeinsam elektronisch angesteuert werden können.

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Diese Aufgabe wird bei einer elektronischen Ventilsteuerung, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen, bei welchen die Ein- und Auslaßventile jedes Zylinders durch Elektromagnete betätigt werden, die von einem in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine betriebenen Steuerimpulogeber über einen Impulsverteiler angesteuert werden,dadurch gelöst, daß die die Ansteuerung der Einlaßventile der Brennkraftmaschine bewirkenden Steuerimpulse gleichzeitig eine Steuervorrichtung für elektromagnetisch betätigte Ein-.spritzventile einer Einspritzanlage ansteuern. Vorteilhaft erfolgt die Ansteuerung der Ventile der Brennkraftmaschine sowie der Einspritzventile der Einspritzanlage über elektronische Zeitglieder, die durch ein elektronisches Steuerglied angesteuert werden, wobei die Zeitglieder aus jeweils mindestens zwei hintereinander geschalteten Monoflop -Schaltern bestehen und das elektronische Steuerglied durch einen elektronischen Impulsverteiler gebildet wird. Eine optimale Steuerung der Ventile erhält man dadurch, daß die Zeitglieder durch einen Regelschalter beeinflußt werden, der eine Spannung umgekehrt proportional der Drehzahl der Brennkraftmaschine abgibt, Vorteilhaft werden die Zeitglieder zur Steuerung der elektromagnetischen Einspritzventile zusätzlich durch eine Steuereinrichtung angesteuert, die eins Spannung in Abhängigkeit der Drossell-;lappenstellung der Brennkraftmaschine abgibt, Zweckmäßig wird der elektronische Impulsverteiler durch einen Ringzähler gebildet, der von einem oteuerimpulsgeber angesteuert wird, wobei der Ringzähler aus einzelnen, hintereinander geschalteten Flip -Flop -Schaltern besteh:, Ein weiterer Vorts-.l besteht darin, daß der SteuerimpuZ :.geber duroh einen Unterbrecherkontakt gebildet wird und durch eine vr-r. der Kurb-^: leslie der- Brennkraftmaschine angetriebene Steuerwelle, die zwei um lSO° versetzt zueinander angeordnete Nocken aufweist, betätigt wird. Vorteilhaft kann der S'r-euerimpuisgebsr aucL λ ,.ruh einen induktiven oder fotoelektrischen Geber gebildet vsra.en, Z"-;ssk.T!ä;3ig ist_s daß zwischen dem Steuerimpulsgeber :.id den Zeit.aliedern ein Sicherheitsschalter angeordnet is ■-., der äuroli t>inen Schwellwert-

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schalter gebildet wird. Vorteilhaft ist ferner, daß der Ringzähler sowie die Zeitglieder zur Ansteuerung der Ein- und Auslaßventile der Brennkraftmaschine und der Einspritzanlage als integrierter Schaltkreis ausgebildet sind.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die gekennzeichneten Merkmale eine elektronisch gesteuerte Ventilsteuervorrichtung erhalten wird, bei welcher die Ansteuerung der Einlaßventile der Brennkraftmaschine durch je einen Steuerimpuls erfolgt, der gleichzeitig eine Steuervorrichtung für die Einspritzventile einer Einapritzanlage ansteuert« Sine solche Vorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau, wenige Bauteile und eine weitgehende Betriebssicherheit aus, die zudem wirtschaftlich eingesetzt werden kann, da nur eine Steuereinrichtung für die Ventile der Brennkraftmaschine und für die Einspritzventile der Einspritzanlage benötigt wird . Ein sicherer Schaltungsbetrieb der Ventilsteuervorrichtung wird durch einen zwischen den Zeitgliedern und dem Impulsgeber angeordneten Sicherheitsschalter gewährleistet, der die vom Impulsgeber erzeugten Steuerimpulse erst bei Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine zu dem Ringzähler bzw. zu den Zeitgliedern freigibt. Dadurch werden Fehlsteuerungen insbesondere beim Anlassen der Brennkraftmaschine infolge zu geringer Drehzahl und der dadurch bedingten zu langen Schaltzeiten der Zeitglieder sicher vermieden. Durch die Ausbildung der einzelnen elektronischen Bauteile als integrierter Schaltkreis benötigt die gesamte Schaltung sehr wenig Platz, wodurch diese an jeder geeigneten Stelle der Brennkraftmaschine angeordnet werden kann.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung anhand des Blockschaltbildes einer elektronischen Ventil steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine dargestellt.

Die elektronische Ventilsteuerung 1 besteht aus einem mit einer Stromquelle P verbundenen, von der Kurbelwelle der Brenn-»

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kraftmaschine angetriebenen Steuerimpulsgeber 3* der durch einen Unterbrecherkontakt 4 gebildet wird» Der Unterbrecherkontakt 4 wird von einer zwei Nocken 5 aufweisenden Steuerwelle 6 betätigt, wobei dem Unterbrecherkontakt 4 ein Kondensator 7 zugeordnet ist, dessen wirksame Zeitkonstante das ungewollte Auslösen von falschen Steuerimpulsen durch Kontaktprellen verhindert. Eine Steuerleitung 8 führt vom Impulsgeber 3 zu einem Gatter 9 ^un-d von diesem zu einem als Impulsverteiler ausgebildeten Ringzähler 10» Die Steuerleitung 8 ist ferner mit einem Regelschalter 11 verbunden, dem ein weiteres Gatter 12 nachgeschaltet ist» Zwischen dem Gat-

^ ter 12 und dem Gatter 9 iot ein Sicherheitsschalter 13, der durch einen Schwellwertschalter gebildet wird, eingesetzt. D^r Schwellwertschalter 13 wird von dem Regelschalter 11 angesteuert. Die Gatter 9, 12 weisen eine UND-Schaltcharakteristik aufο Der Regelschalter 11 umfaßt im einzelnen einen nicht näher dargestellten tristabilen Multivibrator, eine nachgeschaltete Abtaststufe, die eine umgekehrt proportionale Spannung der Drehzahl der Brennkraftmaschine abgibt« Der Schwellwertschalter 13 steuert bei einer bestimmten abgegebenen Spannung des Regelschalters 11 entsprechend einer vorbestimmten Drehzahl die Gatter 9* 12, die dadurch geöffnet werden und die Ansteuerung des Ringzählers 10 und über eine Regelleitung _l4 mit dem Regelschalter 11 verbundene,

fc die Ventilsteuerzeiten regelnde Zeitglieder bewirkt» Die Zeitglieder 15 umfassen jeweils zwei in Reihe geschaltete Monoflop -Schalter 16, 17 und 18, 19 für jeweils einen Elektromagneten 20, 21 zur Betätigung des nicht näher dargestellten Ein- und Auslaßventiles der Brennkraftmaschine sowie eine Steuervorrichtung 22, bestehend aus zwei Monoflop -Schaltern 23, 24 für das Einspritzventil 25 einer nicht näher dargestellten Einspritzanlage. Der Ringzähler 10 besteht aus in Reihe geschalteten Flip -Plop -Schaltern 26, 27, 28, 29, von denen jeder einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. So ist beispielsweise der Flip -Flop -Schalter 26 mit den Monoflop -Schaltern 16, 17, 18, 19 und 23 verbunden. Die Monoflop -Scnalter 16, 18 regeln hierbei die Öffnungszeit des Ein- und Auslaßventiles, die Monoflop -Schalter 17, 19

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die öffnung:idauer der Ein- .und Auslaßventile und der Monoflop -Schalter 23 den Öffnungszeitpunkt des Einspritzventiles 25c Die Steuervorrichtung 22 zur Ansteuerung des elektromagnetischen Einspritzventiles 25 ist über eine Steuerleitung 30 mit dem Ausgang des Monoflop -Schalters 16 verbunden. D>r Monoflop -Schalter 23 der Steuervorrichtung 22 wird durch den Regelschalter 11 und der Monoflop -Schalter 2^;i durch ein Steuerglied 31, das durch einen Potentiometer 32 gebildet wird, angesteuerte Das Potentiometer 32 wird von der Drosselklappe -33 des Saugsystems 3²^ der Brennkraftmaschine betätigt. Zwischen den Zeitgliedern 15 und den Elektromagneten 20, 21 der Ein- und Auslaßventile der Brennkraftmaschine sowie der Einspritzventile 25 der Einspritzanlage ist jeweils eine Verstärkerstufe 35* 36, 37 eingesetzt.

Bei Viertaktmotoren werden die Ein- und Auslaßventile innerhalb von zwei Kurbelwellenumdrehungen einmal geöffnet und ge-" schlossen. Bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine wird zunächst durch Betätigen eines nicht dargestellten Zündschalters über nicht gezeigte Zuleitungen die gesamte Ventilsteuervorrichtung 1 mit der Stromquelle 2 verbunden. Bei dem nachfolgenden Anlassen wird durch den Anlasser der Brennkraftmaschine die Kurbelwelle derselben in Drehung versetzt, wodurch die Steuerwelle 6 des Impulsgebers 3 gleichfalls angetrieben wird. Die Nocken 5 der Steuerwelle 6 schließen nach jeder halben Kurbelwellenumdrehung kurzzeitig den Unterbrecherkontakt 4, wodurch die Steuerleitung 8 kurzzeitig mit der Stromquelle 2 verbunden wird. Die dadurch erhaltenen Stromimpulse gelangen zu dem Gatter 9 und gleichzeitig zu dem Regelschalter 11. Der Regelschalter 11 erzeugt entsprechend der Periodendauer, in welcher der Unterbrecherkontakt 4 geschlossen wird, aus den Steuerimpulsen eine entsprechende, der Drehzahl der Brennkraftmaschine umgekehrt proportionale Spannung, die zu dem Gatter 12 und dem Schwellwertschalter 13 gelangt. Ist die Spannung zu klein, d.h. die Anlaßdrehzahl der Brennkraftmaschine im Anlaßmoment noch zu niedrig, :3o bleibt der Schwellwertschalter 13 und die von diesem angesteuerten Gatter 9, 12 geschlossen, so daß der nachfolgende Ringzähler 10 keine

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Steuerimpulse erhält und die Elektromagnete 20, 21 der Ein- und Auslaßventile und des Einspritzventiles 25 nicht betätigt werden. Dadurch werden PehlSteuerungen bei zu langsam laufender Maschine verhindert, da unterhalb einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. einer zu langen Impulsperiode die Zeitkonotanten der einzelnen Zeitglieder 15 zu groß werden. Da innerhalb kurzer Zeit nach dem Betätigen des Anlassers dieser seine volle Leistung abgibt, d.h., auf seine volle Anlaßdrehzahl gelangt,· erreicht die Spannung des Regelschalters 11 den Schwellwert des Schwellwertschalters 13> wodurch dieser die Gatter 9, 12 öffnet, indem gemäß der UND-Logik der Gatter 9, 12 die Regelspannung und die Schwell-,

P wertspannung auf die Diodentore 9, 12 gegeben wird, so daß die vom Impulsgeber j5 erzeugten Steuerimpulse dem Ringzähler 10 zugeleitet werden. Der in dem Ringzähler 10 eintreffende Steuerimpuls gelangt zunächst auf den Flip -Plop -Schalter 26 des zugehörigen Zylinders 1. Ist dieser Schalter 26 leitend, so wird der Steuerimpuls zu den Zeitgliedern 15 der Elektromagnete 20, 21 des Ein- und Auslaßventiles weitergeleitet. Der nächstfolgende Steuerimpuls steuert den Schalter 26 des Zylinders 1 in den nicht leitenden Zustand und gleichzeitig den nachgeschalteten Flip -Flop -Schalter 27 für den Zylinder 2 in den leitenden Zustand. Die folgenden Steuerimpulse schalten die weiteren Flip -Plop -Schalter 28 und 29

fe Jeweils immer um einen Zylinder entsprechend der Zündfolge der Brennkraftmaschine weiter, wodurch exakt die im Moment zu steuernden Ventile des jeweiligen Zylinders angesteuert werden. Da die Ansteuerung und Wirkungsweise für alle Ventile aller Zylinder gleich ist, wird der Einfachheit halber nur die Ansteuerung der Elektromagnete 20, 21 der Ein- und Auslaßventile sowie des Einspritzventiles 25 des Zylinders beschrieben. Der durch den Ringzähler 10 verteilte Steuerimpuls für die Ansteuerung der Elektromagnete 20, 21 und des Einspritzventiles 25 des Zylinders 1 gelangt gleichzeitig auf die den Öffnungszeitpunkt bestimmende Monoflop -Schalter 16, 18, der Zeitglieder 15 der Elektromagnete 20, 21 und setzt diese in Betrieb. Der eintreffende Steuerimpuls erzeugt in dem Monoflop -Schalter 16 einen Impuls, der so lange ver-

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zögert wird, bir; der Öffnungszeitpunkt erreicht ist. Danach steuert der Schalter 16 in seine Ausgangsstellung zurück. Die dabei entstehende negative Impulsflanke des Impulses des Schalters l6 steuert den nachgeochalteten, die Öffnungszeit bestimmenden Monoflop -Schalter 17 an, dessen erzeugter Impuls über die Verstärkerstufe 35- den Elektromagnet 20 des Einlaßventilen erregt und das Einlaßventil entsprechend der Impulslänge des Monoflop »Schalters I7 öffnet. Der auf den Monoflop -Schalter l8 eintreffende Steuerimpuls erzeugt in diesem gleichfalls einen Impuls, der entsprechend zeitlich so lange verzögert wird, bis der entsprechende Kurbelwinkel erreicht ist, bei welchem das Auslaßventil geöffnet werden soll ο Die Impulslänge der Kippstufen I7, 19 entspricht der Öffnungsdauer des Einlaßventiles bzw. des Auslaßventiles. Der weitere Schaltablauf für die Steuerung des Auslaßventiles ist derselbe, wie der zur Ansteuerung des Einlaßventiles. Durch entsprechende Auslegung der Zeitglieder 15 wird der Überschneidungsbereich von Einlaß- und Auslaßventil immer entuprechend der im Moment herrschenden Drehzahl der Brennkraftmaschine eingehalten, so daß eine gute Füllung und Spülung des Zylinders erhalten wird. Die negative Impulsflanke des Monoflop -Schalters l6 im Moment des Öffnungszeitpunktes des Einlaßventiles setzt den Monoflop »Schalter 23 des Einapritzventiles 25 in Betriebe Dadurch wird in dem Monoflop Schalter 23 ein Impuls erzeugt, dessen Länge den Öffnungszeitpunkt des Einspritzventiles 25 bestimmte Der öffnungszeitpunkt ist erreicht, wenn das Einlaßventil geöffnet ist. In diesem Moment schaltet die Kippstufe 23 ab. und deren negative Impulsflanke steuert den nachfolgenden, die Einspritzdauer bestimmenden Monoflop Schalter 24 an, der sofort entsprechend dessen Impulslänge das Einspritzventil 25 öffnet. Der Öffnungszeitpunkt der Ein- und Auslaßventile und des Einapritzventiles 25 sowie die Öffnungszeit der Ein- und Auslaßventile wird über die Regelleitung l4 durch den Regelschalter 11 bestimmt, indem die von diesem entsprechend der im Moment herrschenden Drehzahl der Brennkraftmaschine erzeugte Spannung die Monoflop -.Schalter l6, 17, l8, 19 und 23 -lij.st^.ufir't., und daran Impuls zeitlich verlängert oder ve

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wodurch für jeden Drehzahlbereich der entsprechende Öffnungszeitpunkt bzw. die entsprechende ÖffnungsZeitpunkt der Ventile 20, 21, 25 erhalten wird. Die Einspritzdauer des elektromagnetischen Einspritzventiles 25 wird hierbei über das Steuerglied 51 bestimmt, das entsprechend der Drosselklappenstellung die Impulsdauer des Schalters 24 beeinflußt, so daß bei geöffneter Drosselklappe 33 entsprechend einer hohen Drehzahl der Brennkraftmaschine länger, d.h. entsprechend mehr Kraftstoff eingespritzt wird.

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Claims

Schutzrechtsansprüche Q 9

t 1.,!Elektronische Ventilsteuereinrichtung, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen, bei welchen die Bin- und Auslaßventile jedes Zylinders durch Elektromagnete betätigt werden, die von einem in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine betriebenen Steuerimpulsgeber über einen Impulsverteiler angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ansteuerung der Einlaßventile der Brennkraftmaschine bewirkenden Steuerimpulse gleichzeitig eine Steuervorrichtung (22) für elektromagnetisch betätigte Einspritzventile (25) einer Einspritzanlage ansteuern,
2. Elektronische Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Ventile der Brennkraftmaschine sowie der Einspritzventile (25) der Einspritzanlage über elektronische Zeitglieder (15) erfolgt, die durch ein elektronisches Steuerglied (10) angesteuert werden, wobei die Zeitglieder (15) aus jeweils mindestens zwei hintereinander geschalteten Monoflop-Schaltern (16, 17, 18, 19, 23, 24) bestehen und das elektronische Steuerglied (10) durch einen elektronischen Impulsverteiler gebildet wird.
3· Elektronische Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitglieder (15) durch einen Regelschalter (11) beeinflußt werden, der eine Spannung umgekehrt proportional der Drehzahl der Brennkraftmaschine abgibt.
4. Elektronische Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2 und 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit glieder (15) zur Steuerung der elektromagnetischen Einspritzventile (25) zusätzlich durch eine Steuereinrichtung (31) angesteuert werden, die eine Spannung in Abhängigkeit der Drosselklappenstellung (33) der Brennkraftmaschine abgiht.

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5· Elektronische Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das elektronische Steuerglied (10) bildende Impulsverteiler ein Ringzähler ist, der von einem Steuerimpulsgeber (J) angesteuert wird, wobei der Ringzähler aus einzelnen hintereinander geschalteten Flip-Flop-Schaltern ..(26, 27, 28, 29) besteht.
6„ Elektronische Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerimpulsgeber (3) durch einen Unterbrecherkontakt (4) gebildet wird und durch eine von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebene Steuerwelle (6) betätigt wird, die zwei um l8o° versetzt zueinander angeordnete Nocken (5) aufweist.
7. Elektronische Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerimpulsgeber (3) durch einen induktiven oder.fotoelektrischen Geber gebildet wird.

8» Elektronische Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuerimpulsgeber (3) und den Zeitgliedern (15) ein Sicherheitsschalter (13) angeordnet ist, der durch einen Schwellwertschalter gebildet wird.

9· Elektronische Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2 bis β und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (10) sowie die Zeitglieder (15) zur Ansteuerung der Ein- und Auslaßventile der Brennkraftmaschine und der Einspritzventile (25) der Einspritzanlage als integrierter Schaltkreis ausgebildet'sind. ·

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