DE2224005A1

DE2224005A1 - Regeleinrichtung zur beeinflussung der kraftstoffaufbereitung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2224005A1
Application number: DE2224005A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Phys Dr Knapp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-05-17
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1973-11-29
Also published as: JPS4949021A; GB1423855A; US3866587A

Description

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3-5.1972 Ka/Kb

Anlage zur
Patent anirceldung

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7 Stuttgart 1

Regeleinrichtung zur Beeinflussung der Kraftstoffaufbereitung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Heizleistung von Heizelementen zur Erwärmung des einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffes.

Bei der Kraftstoffaufbereitung für Brennkraftmaschinen wird versucht, durch Erwärmung des Kraftstoffes die Kraftstoff— mehrmenge während des Kaltstartvorganges und der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine möglichst gering.zu halten. Dabei muß der Kraftstoff, der der Brennkraftmaschine zugeführt werden soll, auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden,

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da er sonst entweder crackt oder beim Austreten aus einem Einspritzventil nicht vollständig verdampft. Zur thermischen Aufbereitung des Kraftstoffes sind deshalb Heizelemente vorgesehen, die vor der Einspritzstelle des Kraftstoffes in die Verbrennungsräume der Brennkraftmaschine angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Regelung der Heizleistung der genannten Heizelemente eine Einrichtung zu entwickeln, die es erlaubt, die Heizleistung so zu regeln, daß eine große Temperaturkonstanz des austretenden Kraftstoffes erreicht wird. Dabei ist zu berücksichtigen, daß der Kraftstoffdurchfluß durch eine Einspritzeinrichtung je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine etwa in einem Verhältnis von 1 : schwanken kann. Allerdings erfolgt eine zusätzliche Aufbereitung des Gemischs bei höheren Durchsätzen durch die Umströmung des Einlaßventils der Brennkraftmaschine, so daß die angestrebte Nachregelung: nur etwa bis zum 10-fachen Leerlaufdurchsatz voll wirksam sein muß. B'erner ist bei der Entwicklung der Regeleinrichtung darauf zu achten, daß erhebliche Spannungsscnwankungen des Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges aus geregelt v/erden müssen, da gerade während der Startphase einer Brennkraftmascnine die Spannung erheblich sinkt und somit die Heizleistung mit der Absenkung der Betriebsspannung ebenfalls nachläßt. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe der Regeleinrichtung ein Durchbrennen des Heizelementes zu verhindern, das insbesondere dann gefährdet ist, wenn der Kraftstoffzufluß zu der Einspritzeinrichtung unterbrochen ist. Schließlich 'soll mit Hilfe der Regeleinrichtung auch ermöglicht werden, bei Übergangsvorgängen, beispielsweise bei ßeschleunigungsvorgängen, bei denen innerhalb kurzer Zeit eine erhebliche Mehrmenge an Kraftstoff durch die Einspritzeinrichtung fließt, eine intensivere Heizung zu erreichen, da in der Einspritzeinrichtung ein Dampfpolster auftritt, das eine gewisse Verzögerung ergibt, wobei der austretende Dampf auch durch den bei einen Übergang auftretenden Druckanstieg häufig zur Kondensation

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Die genannten Aufgaben werden dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung wenigstens ein Heizelement zusammen mit einem Vergleichswiderstand einen ersten Zweig einer Brückenschaltung bildet, deren Brückendiagonale mit den Eingängen eines Operationsverstärkers verbunden ist, der in Abhängigkeit von der Brückendiagonalspannung eine Änderung der Brückenspeisespannung und damit der Speisespannung für das Heizelement auslöst. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann bei Verwendung einer Vielzahl von Heizdüsen für die Regelung der Heizleistung jeder einzelnen Heizwicklung verwendet werden. Es kann aber auch aus Ersparnisgründen die Temperatur einer einzigen Einspritzeinrichtung ermittelt werden und danach sämtliche · Heizwicklungen geregelt werden, Diese Möglichkeit wird für zweckmäßig gehalten, da es sich herausgestellt hat, daß in den einzelnen Einspritzeinrichtungen hinsichtlich der Temperatur keine großen Unterschiede auftreten.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus dem Stromlaufplan einer Regeleinrichtung zur Regelung der Heizleistung der. Heizelemente, bei der die Temperatur eines einzelnen Heizelementes' ermittelt wird und sämtliche vorgesehenen Heizelemente nach dieser Temperatur geregelt werden.

In der Figur sind Heizelemente 1, 2 und 3 von drei Heizelementen angedeutet. Diese Heizelemente 1, 2 und 3 sind mit einer gemeinsamen Stromversorgungsleitung 4 verbunden, wobei die Stromversorgung über die Kollektor-Emitter-Strecke von je einem Transistor 5, 6 und 7 erfolgt, deren Kollektoren mit einer zweiten Stromzuführungleitung 8 verbunden sind. Die Basen der Transistoren 5,6 und 7 sind parallel geschaltet und mit der Bezugselektrode eines Transistors 9 verbunden, die

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über einen Widerstand 10 an die gemeinsame Stromzuführungsleitung 4 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 9 ist mit der gemeinsamen Stromzuführungsleitung 8 verbunden und die Basis des Transistors 9 ist mit dem Verbindungspunkt eines weiteren Heizelementes 11 und eines Vergleichswiderstandes 12 verbunden. Das Heizelement 11 bildet zusammen mit dem Vergleichswiderstand 12 einen ersten Brückenzweig einer Brückenschaltung, in deren zweiten Brückenzweig zwei Festwiderstän- · de 13 und 14 angeordnet sind. Der Verbindungspunkt des Heizelementes ■11 und des Widerstandes 14 ist mit der gemeinsamen Stromzuführungsleitung 4 verbunden und der Verbindungspunkt des Vergleichswiderstandes 12 und des Pestwiderstandes 13 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 15 an die gemeinsame Stromzuführungs leitung 8 angeschlossen. Die Brückendiagonale der Brückenschaltung ist an die Eingänge eines Operationsverstärkers 16 angeschlossen und zwar ist der Verbindungspunkt 17 des Vergleichswiderstandes 12 und des Heizelementes 11 an den Pluseingang des Operationsverstärkers und der Verbindungspunkt 18 des Festwiderstandes 13 und des Festwiderstandes 14 an den Minuseingang des Operationsverstärkers 16 angeschlossen. Vom Ausgang des Operationsverstärkers 16 führt eine Leitung zu der Basis eines Transistors 19, dessen Emitter mit der gemeinsamen Stromzuführungs leitung 4 verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand 20 an die gemeinsame Stromzuführungsleitung 8 angelegt ist. Außerdem führt von dem Kollektor des Transistors 19 eine Leitung zu der Basis des Transistors 15. Weiterhin ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers ein Widerstand 21 verbunden, der in Reihe zu einem Kondensator 22 geschaltet ist, der wiederum an den Verbindungspunkt des Vergleichswiderstandes 12 und des Festwiderstandes 13 angeschlossen ist. Der Widerstand 21 und der Kondensator 22 bilden einen Rückkopplungs zweig für den Operationsverstärker l6. Außerdem ist der Widerstand 21 mit einer ersten Elektrode eines Kondensators' 23 verbunden, dessen zweite Elektrode mit dem Abgriff 24 eines Potentiometers 25 Verbindung hat. Das Potentiometer ist zwischen den Versorgungsleitungen 4 und 8

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angeschlossen. Der Abgriff 24 des Potentiometers 25 ist über eine Stange 26 mit dem Beschleunigungshebel 27 einer weiter nicht dargestellten Brennkraftmaschine verbunden, so daß der Abgriff 2*1 des Potentiometers 25 in Abhängigkeit von der Stellung des Beschleunigungshebels 27 bzw. in Abhängigkeit von der Stellung einer mit dem Beschleunigungshebel 27 verbundenen weiter nicht dargestellten Drosselklappe verschoben wird.

.Bei der Dimensionierung der Schaltung ist darauf zu achten, daß die Brückenschaltung stark unsymmetrisch ausgeführt wird. Dies bedeutet, daß das Heizelement 11 beispielsweise einen Wider3tandswert von 0,5 Ohm haben kann, während der Vergleichswiderstand 12 einen Wert von 0,05 0hm haben soll, damit der Leistungsverlust an dem Vergleichswiderstand 12 relativ gering ist. Bei der Dimensionierung ist weiter darauf zu achten, daß bei relativ geringen Kraftstoffdurchsatz beim Start der Brennkraftmaschine .trotz der dabei beispielsweise von 12 V auf 8 V abgesunkenen Versorgungsspannnung die gewünschte Temperatur der Heizelemente 1, 2, 3 und 11 erreicht \\rird. Eine Spannungserhöhung auf etwa 13 V nach dem Anlaufen der Brennkraftmaschine steht dann als Regelreserve für den erhöhten Kraftstoffdurchsatz nach dem AnlaßVorgang der Brennkraftmaschine zur Verfügung. Für die.Nachregelung ist es unter. Umständen schon ausreichend, wenn diese nur bis zu einem mittleren Kraftstoffdurchsatz durch die Einspritzeinrichtung erfolgt. Die Ansprüche der Brennkraftmaschine an die Aufbereitung des ihr zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches gehen mit wachsendem Kraftstoffdurchsatz zurück, da die erhöhte Luftgeschwindig keit bzw. der Saugrohrunterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine zur Gemischaufbereitung beiträgt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltanordnung ist folgende. Bei Temperaturveränderung des einzuspritzenden Kraftstoffes ändert sich der Widerstandswert des Heizelementes 11. Dadurch tritt eine Brückenverstimmung ein, die durch den Operationsverstärker 16 erfaßt wird. In Abhängigkeit

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von dem Vorzeichen der vorliegenden Regelabweichung wird der Operationsverstärker ein Ausgangssignal bereitstellen,' das über den Transistor 19 und den Transistor 15 die Brückenspeisespannung verändert. Wenn beispielsweise bei einer Temperaturabnahme

des einzuspritzenden Kraftstoffes der Widerstandswert des Heizelementes 11 geringer wird, dann wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers sich in Richtung des Potentials der unteren Stromzuführungsleitung 4 verschieben. Dadurch .wird der Transistor 19 weiter leitend, so daß die Spannung an der Basis des Transistors 15 sinkt. Bei sinkender Spannung an der Basis des Transistors 15 wird aber die Spannung am Emitter des Transistors 15 steigen, so daß die Speisespannung der Brücke erhöht wird. Dadurch wird auch die Spannung am Verbindungspunkt 17 des Vergleiehswiderstandes 12 und des Heizelementes 11 steigen und die Heizleistung des Heizelementes 11 erhöht. Über den Transistor 9 und die Transistoren 5, 6 und 7 wird außerdem für einen größeren Stromfluß über die Heizwicklungen 1, 2 und 3 gesorgt, so daß auch deren Heizleistung entsprechend dem Leistungsanstieg des Heizelementes 11 steigt. Bei stärkerem Stromfluß über die Heizelemente 1, 2, 3 und 11 wird aber für eine stärkere Erwärmung des einzuspritzenden Kraftstoffes gesorgt. Da die Wärmeübergänge an dem Heizelement 11 mit einer bestimmten Trägheit behaftet sind, die zu Regelschwingungen der Einrichtung führen können, ist der Rückkopplungszweig mit dem Widerstand 21 und dem Kondensator 22 vorgesehen, der durch Gegenkopplung Regelschwingungen verhindern soll.

Um dem Regler ein Differentialverhalten zu geben, daß bei Übergangsvorgangeni beispielsweise bei plötzlichem Beschleunigen der Brennkraftmaschine, für eine schnelle Nachregelung der Temperatur des einzuspritzenden Kraftstoffes sorgt, ist das Differenzierglied aus dem Potentiometer 25 und dem Kondensator 23 vorgesehen. Bei plötzlicher Bewegung des Beschleunigungshebels 27 und bei damit erfolgender Verstellung der Drosselklappe im Ansauprohr einer Brennkraftmaschine wird der Abgriff

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2^ des Potentiometers 25 verstellt. Die daraus resultierende Spannungsänderung am Abgriff 2k wird über den Kondensator weitergegeben und führt zu einer plötzlichen kurzzeitigen Veränderung der Brückenspeisespannung und zwar so lange, bis der Kondensator 23 aufgeladen ist.

Besonders zweckmäßig ist die beschriebene Schaltung auch zur Verhinderung des Durchbrennens der Heizelemente 1, 2, und 11. Bei Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu einer weiter nicht dargestellten Einspritzvorrichtung für den Kraftstoff tritt eine starke Erwärmung der Heizwicklung 11 ein. Das Heizelement 11 wird stark erwärmt und sein Widerstandswert wächst. Dadurch wird die Brücke verstimmt und über den Operationsverstärker 16 und die Transistoren 19 und 15 die Brückenspeisespannung stark abgesenkt, so daß auch das .Potential an dem Verbindungspunkt 17 des Heizelementes 11 und des Vergleichswiderstandes 12 absinkt. Bei absinkendem Potential an dem Verbindungspunkt 17 wird der Transistor 9 stark leitend und an den Basen der Transistoren 5, 6 und 7 liegt ein positives Potential an, das die Transistoren 5j 6 und 7 sperrt. Dadurch wird der Stromfluß durch die Heizelemente 1,2,3 und 11 unterbrochen.

Die Schaltung kann bei Verwendung einer Vielzahl von Heizdüsen auch für die Regelung der Heizleistung jeder einzelnen Heizwicklung verwendet werden, indem für jedes Heizelement 1,2,3 bzw. 11 je eine der beschriebenen Regelschaltungen vorgesehen ist. , ■ _Λ '

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Claims

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Ansprüche

/1. ^Einrichtung zur Regelung der Heizleistung von Heizelementen zur Erwärmung des einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Heizelement (11) zusammen mit einem Vergleichswiderstand (12) einen ersten Zweig einer Brückenschaltung bildet, deren Brückendiagnonale mit den Eingängen eines Operationsverstärkers (16) verbunden ist, der in Abhängigkeit von der Brückendiagonalspannung eine Änderung der Brückenspeisespannung und damit der Speisespannung für das Heizelement (Ii) auslöst.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung Proportional-Differential-Verhalten aufweist, wobei zur Erzeugung des Differential-Verhaltens ein Differenzierglied (23, 25) vorgesehen ist, welches die Bewegung einer Drosselklappe im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine differenziert,
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied einen Kondensator (23) und ein an die Betriebsspannung angelegtes Potentiometer (25) aufweist, dessen Abgriff (24) mit dem Kondensator (23) verbunden ist und über eine mechanische Verbindung (26) bei Bewegung der Drosselklappe bzw. des Beschleunigungshebels (27) verstellbar ist.

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4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Brückenspeisespannung über wenigstens einen dem Operationsverstärker (16) nachgeschalteten Verstärker (15,19) erfolgt. '
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (16) die Steuerelektrode eines ersten Transistors (19) verbunden ist, dessen Ausgangselektrode mit der Steuerelektrode eines zweiten Transistors (15) verbunden ist, dessen Bezugselektrode an den Verbindungspunkt des ersten -und des zweiten Brückenzweiges angelegt ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers (16) und den Verbindungspunkt des ersten'und des zweiten Brückenzweiges ein Rückkopplungsρfad insbesondere mit einem Kondensator (22) und einem Widerstand (21) geschaltet ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbindungspunkt des Vergleichswiderstandes (12) und des Heizelementes (11) die Steuerelektrode eines Transistors (9) angeschlossen ist, mit dessen Bezugselektrode die Basis wenigstens eines Transistors (5,6,7) verbunden ist, über dessen Kollektor-Emitter-Strecke der Heizstrom für wenigstens ein weiteres Heizelement (1,2,3)

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