DE2227541A1

DE2227541A1 - Elektronisches brennstoffsteuersystem fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2227541A1
Application number: DE2227541A
Authority: DE
Inventors: Junuthula N Reddy
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1972-06-07
Publication date: 1973-01-11
Also published as: GB1330811A; CA941488A; FR2144407A5; AU4333972A; DE2227541B2; DE2227541C3; IT959982B; JPS5435256B1; AU461616B2; US3822677A

Description

Patentanwalt Karl A. Brose

DioUng.
t-8023 ΛΑΟ.τΛβίϊ - Pulle*

vI/No - 4780-A München, Pullach, den 6. Juni 1972

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48073, Michigan, USA

Elektronisches Brennstoffsteuersystem für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft allgemein ein Gebiet der elektronischen Brennstoffsteuerung für Brennkraftmaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung denjenigen Abschnitt eines BrennstoffSteuersystems, der für die Steuerung der Brennstoffzufuh:RPumpeinrichtung zuständig ist.

Bei BrennstoffSteuersystemen, durch die Brennstoff Kolbenmaschinen bzw. Brennkraftmaschinen auf der Grundlage eines intermittierenden Pulses zugeführt wird, ist es bekannt, daß die Brennstoffpumpen vermittels einer im wesentlichen konstanten Spannung erregt werden, um also den Brennstoff den Brennstoffeinspritzventilen mit einem festen konstanten Druck und Strömungsgeschwindigkeit zuzuführen, die in Einklang mit den maximalen Anforderungen der Maschine stehen. Bei diesen Systemen ist typisch eine Akkumulatoreinrichtung vorgesehen, um die Stabilisierung des Brennstoff druckes zu unterstützen, wobei Rückführleitungen gespeist werden, um diejenige Menge des Brennstoffes in das Brennstoffreservoir zurückzuführen, die über dem Verbrauchsquantum der Maschine liegt. Es ist bekannt _% daß bei derartigen Systemen der zum Brennstoffreservoir des

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Fahrzeugs zurückgeleitete Brennstoff große Wärmemengen enthält, die vom Maschinenraum oder Motorraum des Fahrzeugs an den-Brennstoff abgegeben wurden. Bei diesen Systemen gelangen gewöhnlich aufwendige Einrichtungen oder Mechanismen innerhalb der Brennstofftanks zur Anwendung, um den aufgewärmten Brennstoff von dem im Reservoir befindlichen und auf Umgebungstemperatur befindlichen Brennstoff zu trennen, um Durchs!ebungs-Verdampfurigsverluste und eine allgemeine Zunahme in der Temperatur des Brennstoffs innerhalb des Brennstofftanks zu verhindern. Eine Schwierigkeit, die bei erhöhter Temperatur innerhalb des Brennstoffbehälters oder Reservoirs entsteht, besteht darin, daß Kohlenwasserstoffemissionen hervorgerufen werden, die die Atmosphäre verschmutzen. Ein weiteres Problem besteht natürlich auch darin, daß verlorengehende Brennstoffdämpfe den Wirkungsgrad des Fahrzeugs und die Kilometerzahl herabsetzen. Ein weiteres Problem bei der Rezirkulation von erwärmten Brennstoff in das Brennstoffreservoir besteht in der Tatsache, daß sich Dampfblockierungsbedingungen einstellen können, wenn erwärmter Brennstoff in den Einlaß der Pumpe gezogen wird und dieser Brennstoff daran anschließend verdampft. Es^xist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Steuerschaltung für eine Brennstoffpumpe zu schaffen, und zwar für derartige elektronische BrennstoffSteuersysteme, wodurch die Möglichkeit geschaffen werden soll, daß die Pumpe auf einer mittleren Erregung arbeitet, so daß also der gewünschte Brennstoff fluß und Druckverhältnisse vorgesehen werden, wie dies für die Brennstoffeinspritzung erforderlich ist, wobei jedoch auch die Möglichkeit geschaffen werden soll, daß die Pumpe entsprechend reduzierter Brennstoffströmungsgeschwindigkeiten arbeitet, um die Wärmeanreicherung des Brennstoffs im Brennstoffreservoir herabzusetzen.

Gemäß einem Lösungsvorschlag dieses Problems wurde die Brennstoffpumpe synchron mit dem Yorsehen von Einspritzimpulsen gepulst. Man hat jedoch festgestellt, daß ein derartiges System mit dem Nachteil von Ansprech-Zeitausfallen mechanischer Vorrichtungen wie Brennstoffpumpen behaftet ist, wenn es mit der

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Dämpfung entsprechend langer Leitungsverbindungen kombiniert wird, die zwischen der BrennstoffVersorgungsquelle und den Brennstoffeinspritzpunkten auftritt.

Es ist somit auch Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Steuerschaltung für eine Brennstoffpumpe zu schaffen, die die Möglichkeit schafft, daß die Brennstoffpumpe eine niedrige Pumpmenge, bei hohem Druck während der Zirkulation des Brennstoffes entsprechend dem erforderlichen Einspritzdruck beibehält oder aufrechterhält und deren Erregungswert im wesentlichen synchron mit den Einspritzimpulsen erhöht wird, um ' dadurch die Durchsatzmenge des Brennstoffes zu erhöhen, derart, daß während der Einspritzperioden geeignete Brennstoffmengen bei ausreichendem Druck für die Einspritzung zur Verfugung stehen. Die Erfindung hat sich auch zum Ziel gesetzt, eine Einrichtung zu schaffen, um mit dieser eine Brennstoffpumpe veränderlich zu erregen, die eine Ausgangscharakteristik hat, die proportional zu einem mittleren Erregungswert ist, wobei die mittlere Erregung der Punkte erhöht wird, um eine erhöhte Durchsatzmenge vorzusehen.

Durch die Erfindung wird eine Schaltung geschaffen, die in geeigneter Weise die Brennstoffeinspritz-Befehlsimpulse empfängt und als Antwort hierauf eine Ausgängsspannung mit einem maximalen Wert erzeugt. Nach dem Ende des Einspritz-Steuerimpulses wird eine elektrische Energiespeichereinrichtung in einem konstanten Entladenetzwerk entladen, um die Ausgangsspannung auf einen minimalen Wert zu reduzieren. Diese Schaltung versieht an ihrem Ausgang die Brennstoffpumpe mit Energie, wobei diese Brennstoffpumpe innerhalb des Brennstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine gelegen ist. Wird das Ausgangssparmungssignal einer Brennstoffpumpe zugeführt, ir. welcher die gepumpte Brennstoffmenge eine direkte Funktion der Erregerspannung ist, so kann die Ausgangsgröße der Pumpe moduliert werden, um eine bessere Anpassung an die Brennstoffani'ordei'unßen der zugeordneten Brennkraftmaschine vorzusehen.

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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben eich aus der nun folgenden Beschreibung eines ÄüsfÜhrungeb^i*· spiels unter Hinweis auf die Zeichnung, Es-zeigtJ

Figur 1 ein Brennstoff-Steuersystem einer Brennkraftmaschine» wobei die Steuereinrichtung für die Brennstoffpumpe nach der vorliegenden Erfindung zur Anwendung

.gelangt; . ■ ;. -

Figur 2 eine bevorzugte Ausführungsfarm der Steuereinrichtung für die Brennstoffpumpe nach Figur 1; und

Figur 5 eine Spanrmngsausgangskurve gegenüber der Zeit aufgetragen, und zwar für die Schaltung gemäß Figur 2,

In Figur 1 ist ein elektronisches Brennstoffsteuersystem mit der Steuereinrichtung für die Brennstoffpumpe nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Daß System besteht aus einer Computereinrichtung 10, einem Ansaugfohr-Druckäbtaster 12, einem Temperaturabtaster 14, einer Zeitsteuereinrichtung 16 und aus verschiedenen weiteren Parameter-Abtastern, die mit 18 bezeichnet sind, per Ansaugrohr-Druckabtaster 12 und die züge« ordneten weiteren Abtaster 18 sind an einem Drosselkörper 20 angeordnet. Der Ausgang der Computereinrichtung Ad ist an ein elektromagnetisches Einspritzventilteil 22 gekoppelt j welches im Ansaugrohr 24 montiert ist und so angeordnet ist, um Brennstoff aus dem Brennstofftank 26 über die Brennstoffpumpe 28 und über geeignete Brennstoffleitungen 50 einer Verbrennungskammer 32 einer Brennkraftmaschine (nicht weiter gezeigt) anzuführen. Während das Einspritzventilteil 22 bei diesem Ausführungsbeispiel einen Brennstoffsprühstrahl in ein geöffnetes Einlaßventil 3^· abgibt, so sei hervorgehoben, daß diese Ausführung nur als Beispiel dient und daß auch andere Abgäbeanordnungen verwendet werden können, die bekannt sind. Darüber hinaus ist auf dem Gebiet der elektronischen Brennstoffeinspritzung gut bekannt j daß die i'oiaputereirifiehtung "1 ) eine

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Einspritzventileinrichtung, die aus einem oder mehreren Einspritzventilteilen 22 besteht, steuern kann, die dann einzeln oder in Gruppen aus verschiedenen Teilen betätigt werden können und ebenso aufeinanderfolgend, jedoch auch gleichzeitig betätigt werden können. Die Computereinrichtung 10 wird hier durch eine Batterie 36 gespeist, die die Fahrzeugbatterie und/oder das Fahrzeugbatterieladesystem oder eine getrennte Hilfsbatterie sein kann.

Gemäß Figur 1 wird die Brennstoffpumpe 28 durch die Steuereinrichtung 38 für die Brennstoffpumpe gesteuert, und diese Steuereinrichtung empfängt von der elektronischen Computereinheit 10 ein Eingangssignal. Das signal, welches die Steuereinrichtung 38 für die Brennstoffpumpe empfängt, kann z.B. das gleiche Signal sein, welches für das Einspritzventilteil 22 vorgesehen wird. In solchen Systemen, bei denen eine Vielzahl von Einspritzventilen aufeinanderfolgend, enOweder einzeln oder in Gruppen, erregt werden, um die gesamte Brennstoffanforderung für die Brennkraftmaschine vorzusehen, kann die Steuereinrichtung 38 als Eingangsgröße jedes Ausgangssignal der Compu ereinrichtung entweder von einem gemeinsamen Punkt innerhalb der Computereinrichtung'10 empfangen, wenn ein solches Signal zur Verfügung steht, oder über eine geeignete Eingangskopplung von jeder der Einspritzventilteile 22, die aufeinanderfolgend erregt werden.

In Figur 2 ist die Steuereinrichtung 38 für die Brennstoffpumpe von Figur 1 in einem bevorzugten elektrischen Schaltschema veranschaulicht. Die Schaltung besteht aus einem Eingangstransistor 40, einer elektrischen Energiespeichereinrichtung 42 in Form einer Kapazität, einer Ausgangstransistoranordnung 44, einem Steuertransistor 46 für die Entladung der elektrischen Energie und einem VerbraucherwiderstandΛ?. Die Basis des Transistors 46 ist über eine konstante Spannungsabfallvorrichtung 48 mit Masse verbunden, wobei diese Vorrichtung aus einer Vielzahl von Dioden besteht, und ist ebenso, aber einen Widerstand 5-1 mit dem B+ Pol der Stromversorgung

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verbunden. Der Widerstand 50 und die Spannungsabfallvorrichtung 48 arbeiten zusammen, um an der Basis des Transistors 46 eine feste Spannung oder Spannungspotential vorzusehen. Diese feste Spannung hält den Transistor 46 im leitenden Zustand, so daß ein fester Strom durch den Widerstand 47 fließen kann. Hierdurch wird von der Kapazität 42 in einer festen Folge abgezogen, wann immer der Transistor 40 nichtleitend ist.

Die Ausgangstransistoranordnung 44 besteht aus einem ersten Transistor 52, der in Form einer Signalverstärkungseinrichtung arbeitet, und aus einem zweiten Transistor 54, der als Leistungstransistor arbeitet. Für den Fall, daß ein geeigneter Leistungstransistor mit der erforderlichen Signalverstärkung zur Verfügung steht, kann die Ausgangstransistoranordnüng 44 aus nur einem Transistor bestehen. Der Emitter des Leistungstransistors 54 sieht ein Ausgangssignal über den Ausgangsanschluß V₀ vor. Die an diesem Ausgangsanschluß erscheinende Spannung entspricht der Spannung über der Kapazität 42, weniger dem Emitter-Basisspannungsabfall der Transistoren 52 und 54.

Die Basis des Transistors 40 ist über einen Eingangswiderstand 56, eine Eingangsdiode 58 und einen Eingangsanschluß 60 an eine geeignete Triggerimpulsquelle gekoppelt, die sich innerhalb der elektronischen Steuereinheit 10 befindet. Bei Systemen, bei denen die Einspritzung von allen Zylindern im wesentlichen gleichzeitig erfolgt, kann diese Eingangsgröße von einer der Einspritzventilvorrichtungen stammen, oder bei Systemen, bei denen die Einspritzventile aufeinanderfolgend erregt werden, kann der Eingangsanschluß 60 an denjenigen' Abschnitt der elektronischen Steuereinheit angeschlossen sein, in welchem die Einspritzimpulsbreite errechnet wird. Bei solchen Systemen, bei denen eine Vielzahl von Einspritzventilen aufeinanderfolgend erregt werden, kann eine alternative Anordnung verwendet werden, wobei eine Vielzahl von Dioden parallel geschaltet sind und die Kathode jeder Diode an ein geeignetes Einspritzventil 22 angeschlossen ist und die Anode jeder Diode mit dem Eingangswiderstand 56 verbunden ist. Der Lastwider-

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stand 62 ist zwischen dem Emitter des Transistors 40 und dem B+ Pol der Stromversorgung geschaltet» Der Aüsgangsanschluß Vq kann an irgendeine geeignete Brennstoffpumpe' angeschlossen sein,, deren Stromungskapazität proportional 2ü dem Betrag eines angelegten Erregersignals ist*

Nach dem Empfang eines Triggersignals am Eingangsanschluß 60, welches Signal bei diesem Ausführuhgsbeispiel den Anschluß 63 auf Masse oder auf ein gemeinsames niedriges Potential bringt, f ngt der Transistor 40 zu leiten an, und es fließt Strom in die Kapazität 42, und zwar relativ schnell, so daß die Kapazität 42 im wesentlichen auf den Wert der B+ Spannung aufgeladen wird. Der Transistor 46 ist in den leitenden Zustand vorgespannt, und es fließt demnach durch diesen ein Strom. Nach dem Ende des Triggersignais am Anschluß 60 wird der Transistor 40 ausgeschaltet,und die Spannung über der Kapazität 42 fängt an abzunehmen, und zwar aufgrund der Entladung derselben Über den Transistor 46. Die über der Kapazität 42 erscheinende Spannung wird über den Emitter-Basisübergang des Transistors 52 geleitet und ebenso über den Emitter-Basisübergang des Transistors 54 zum Ausgangs*· anschluß V_Q.

In Figur 3 ist eine graphische Darstellung der Ausgangs-⁵-spannung, aufgetragen gegenüber der Zeit, veranschaulicht. Die aufgetragene Spannung ist diejenige, &ie ^am Ausgangsanschluß Vg von Figur 2 erscheint. In der graphischen Darstellung gemäß Figur 3 ist auch eine Kurve gezeigt, die kennzeichnend für die Triggerfrequenz ist. Der als eine Triggerdauer bezeichnete Zeitintervall entspricht der Zeit, die für einen vollständigen Maschinenzyklus, geteilt durch die gesamte Anzahl der diskreten Einspritzungen, erforderlich ist, und der wahrend diesea? Zeit-* Periode auftreten muß. Auf del» vertikalen Achse dieser graphischen Darstellung ißt auch der Wert eingezeichnet^ welcher die B+ Cpannuiig kennzeichnet ,und ebenso ein zweiter mit V^ feezeich* net er Wert. Während eines Zeitintervalls T entsprechend 0 bis' t,j wurde ei η Mnüpritzimpuls durch die elektrolilsclie C teuer*«

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einheit 10 erzeugt, und dieser geeignete Impuls wurde am Anschluß 6J empfangen. Wie zuvor erwähnt, hat sich die Kapazität 42 auf einen Wert aufgeladen, der nahe bei dem B+ Spannungswei't liegt, und diecor Wert bleibt während des Zeitintervalls des Empfangene des Einspritzbefehls am Anschluß 6) konstant. Zum Zeitpunkt t. endet der Einspritzbefehl und die über der Kapazität 42 erscheinende Spannung beginnt abzufallen, und zwar aufgrund des Stromflusses durch den Transistor 46. Hierdurch wi ■ d bewirkt, daß die am Ausgangsanschluß Vq erscheinende Spannung linear von einem maximalen konstanten Wert auf den mit Vy, bezeichneten Wert abfällt. Dieser Wert ist eine Punktion des Stromflusses durch den Transistor 46, der aus der Kapazität 42 stammt, und ebenso eine Funktion des Zeitintervalls von t. bis t\->. Der Zeitpunkt t_o entspricht darin dem nächsten Triggerzyklus der Fahrzeugmaschine. V/ie man erkennt, nimmt die mittlere Spannung, die am Ausgangsanschluß Vs erscheint und daher die mittlere Erregung, die zum Treiben der Brennstoffpumpe 28 zur Verfugung steht, mit zunehmender Impulsbreite zu (Impulsbreite T = 0 bis zum Zeitpunkt ty,) und auch mit zunehmender Umdrelmngszahl der Maschine zu, welches einer Abnahme des Zeitintervalls von 0 bis tp entsprechen kann. Somit empfängt in beiden Situationen, bei denen eine erhöhte Brennstoffabgabe an die Maschine erforderlich ist, die Brennstoffpumpe 28 zusätzlich elektrische Energie, und zwar zusätzlich zu derjenigen, die normal empfangen wird, und sie pumpt daher mit einer größeren mittleren Kapazität, um die Bedürfnisse der zugeordneten Maschine zu befriedigen.

Es läßt sich erkennen, daß durch die vorliegende Erfindung die eingangs definierte Aufgabe gelöst wird. Es sei jedoch hervorgehoben, daß die zuvor beschriebene Ausführungsform nuralf) Beispiel zu gelten hat und daß eine Reihe von Abwandlunger und Änderungen vorgenommen werden können, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Z.B. können dip verschiedenen elektronischen Vorrichtungen, die elektrische Polarität und der Typ der Energiespeichervorrichtung von einem

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Fachmann abgeändert bzw. umgestaltet werden.

Sämtliche in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

-U-

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Patentansprüche

\\j) Elektronisches Brermsfcoffsteuersystem für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus einer Einspribzventilvorrichtung, einer erregbaren Brennstoffpumpvorrichtung, die einer Brennstoff quelle zugeordnet ist, um Brennstoff unter Druck der Einspritzventilvorrichtung zuzuführen, wobei die erregbare Brennstoffpumpe-eine mittlere Durchsatzkapazität aufweist,, die proportional zu einer mittleren Erregung ist, weiter aus Abtastereinrichtungen zum Abtasten der Betriebsparameter der Maschine, einer Computereinrichtung, die auf die Abtaster anspricht und die Brennstoffanforderung der Maschine errechnet und Ausgangsimpulse erzeugt, deren Dauer kennzeichnend für die Brennstoffanforderung der Maschine sind, wobei die Einspritzventileinrichtung auf die Ausgangsimpulse der Computereinrichtung anspricht, um der Maschine Brennstoffmengen zuzuführen, die proportional zur Impulsdauer sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (10, Fig. 2) für die Brennstoffpumpe vorgesehen ist, welche die Ausgangsimpulse der Computereinrichtung empfängt und die erregbare Brennstoffpumpe (28) während des Erscheinens der Ausgangsimpulse der Computereinrichtung entsprechend einem maximalen Wert erregt und die Erregung der erregbaren Brennstoffpumpe (28) während des Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen der Computereinrichtung graduell reduziert, wobei die mittlere Erregung proportional zur Impulsedauer und umgekehrt proportional zum Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen der Computereinrichtung ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (U, Fig. 2) für die Brennstoffpumpe folgende Einrichtungen und Merkmale aufweist: einen Transistorschalter (4J), welcher die Ausgangsimpulse der Computereinrichtung empfängt und für die Dauer dieser Ausgangsimpulse der Computereinrichtung betätigbar ist; eine elektrische Energiespeichervorrichtung (42), die in Reihe mit dem Transistorschalter (40)

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geschaltet ist und in Reihe an eine Quelle (B+, Masse) einer elektrischen Energieversorgung geschaltet ist, daß weiter der Transistorschalter (40) die Energiespeichervorrichtung (4-2) veranlaßt, einen maximalen Energiewert zu speichern, wenn eine Betätigung durch die Ausgangsimpulse der Computereinrichtung stattfindet; eine Energieabflußvorrichtung (46, 47J, die über der Eriergiespeichervorrichtung (42) geschaltet ist und die in dieser gespeicherte Energie allmählich abbaut, und zwar während des Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen der Computereinrichtung; eine Ausgangstransistoranordnung (44), die an die Energiespeichervorrichtung (42)' angeschlossen ist und den momentanen Energiewert, der über der Energiespeichervorrichtung (42) ansteht, der erregbaren Brennstoffpumpe (28) zuführt.
3. Üystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energiespeichervorrichturig (42) aus einer Kapazität und daß die Energieabflußvorrichtung (46, 47) aus einem konstanten Entladenetzwerk besteht.

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