DE2248530B2 - Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine - Google Patents
Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine DieselbrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine nach dem Dieselprinzip
arbeitende Brennkraftmaschine, in deren Zylinder je ein elektromagnetisch betätigbares, beim
Einspritzen einen Zündvorgang auslösendes Einspritzventil einmündet, das den Kraftstoff unter konstantem
Druck zugeführt erhält, bei einer vorgegebenen Kurbelwellenstellung geöffnet und anschließend für
eine die jeweilige Einspritzmenge bestimmende Zeitdauer durch ein elektrisches Steuergerät offengehalten
wird, sowie mit einer elektrischen Verstelleinrichtung zur Verschiebung des Einspritz- bzw. Zündzeitpunktes
gegenüber dem oberen Totpunkt des zugehörigen Kolbens der Brennkraftmaschine.
Im Gegensatz zu den bekannten Saugrohreinspritzanlagen für gemischverdichtende
Brennkraftmaschinen, bei denen die jeweils durch ein Einspritzventil zugemessene Einspritzinenge dem zugehörigen
Einlaßventil der Brennkraftmaschine räumlich und zeitlich vorgelagert werden kann, ist es bei nach
so dem Dieselprinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen
notwendig, den Spritzbeginn wegen des mit ihm verbundenen Zündvorgangs bei einem vorgegebenen
Kurbelwellenwinkel möglichst genau einzuhalten. Wegen der von der jeweiligen Drehzahl unabhängigen
Verzögerungen, zu denen vor allem die Anzugszeit der elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventile gehört,
müssen die einzelnen Öffnungsimpulse für die Einspritzventile mit zunehmender Drehzahl linear nach früh
verstellt werden, damit der während einer solchen
m> Verzögerungszeit zurückgelegte Drehwinkel der Kurbelwelle
kompensiert werden kann.
Aus der DE-OS 20 11321 ist eine elektrisch
gesteuerte Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Dieselbrennkraftmaschinen bekannt, bei welcher nicht nur die
b5 einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt, sondern
auch mit zunehmender Drehzahl der Maschine der Einspritzbeginn vorverlegt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in
diesem Sinne arbeitende, in ihrem Aufbau einfache und wirkungsvolle Verstelleinrichtung zu schaffen. Eine
besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich bei einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung dadurch, daß
zwei von der Nockenwelle der Brennkraftmaschine betätigbare Schalter vorgesehen sind, deren Schließpunkte
um einen Kurbelwellenwinkel gegeneinander versetzt sind, der mindestens dem größten erforderlichen
Verstellwinkel entspricht, daß an den zuerst schließenden der beiden Schalter ein monostabiler ι ο
Multivibrator angeschlossen ist, der eine Kippdauer hat,
weiche so groß ist wie die Summe der zu kompensierenden Verzögerungszeiten, und daß an den monostabilen
Multivibrator ein bistabiler Multivibrator angeschlossen ist, der von dem monostabilen Multivibrator am Ende
der Kippdauer zur Einleitung eines Speichervorgangs eingeschaltet und durch den zweiten Schalter zur
Beendigung des Speichervorgangs und zur Einleitung eines Ausspeichervorgangs zurückgeschaltet wird.
Weitere Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus dem nachstehend beschriebenen
und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt
F i g. 1 eine Kraftstoffeinspritzanlage in ihrem Übersichtsbild,
F i g. 2 ein Zeitschaubild zur Erklärung ihrer Wirkungsweise und
F i g. 3 ein Schaltschema für eine in der Einspritzeinrichtung
nach F i g. 1 verwendete, erfindungsgemäße Verstelleinrichtung für den Spritzbeginn,
F i g. 4 ein Schaltschema für eine Verstelleinrichtung, die im Gegensatz zu F i g. 3 digital arbeitet.
Die Einspritzeinrichtung nach F i g. 1 ist zum Betrieb einer als Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges
dienenden, nach dem Dieselprinzip arbeitenden Vierzylinder-Brennkraftmaschine 10 bestimmt, in deren
Zylinder je eines von vier elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventilen 11 einmündet. Jedes der Einspritzventile
steht über eine Rohrleitung 12 mit einem gemeinsamen Verteiler 13 in Verbindung, in welchem
der aus einem Vorratsbehälter 14 von einer Förderpumpe 15 angesaugte Kraftstoff unter Druck gehalten wird,
den ein Regler 16 auf einem konstanten Wert von etwa 80 atü hält.
Jedes der Einspritzventile enthält eine nicht darge- 4r>
stellte, einseitig an Masse angeschlossene Magnetwicklung. Die Magnetwicklungen sind über einen Kontaktverteiler
17 nvt dem Kollektor eines Leistungstransistors 18 verbunden. Dieser liefert während der Dauer
der Öffnungsimpulse Jv, welche von einem Steuergerät 20 bereitgestellt werden, einen solch starken Strom an
die Magnetwicklungen der Einspritzventile 11, daß diese
in ihre Offenstellung gelangen und eine von der Dauer der Öffnungsimpulse Jv abhängige Kraftstoffmenge in
den jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine einspritzen.
Die Dauer der Öffnungsimpulse Jv wird durch das Steuergerät 20 bestimmt. Dieses ist in F i g. 1 stark
vereinfacht dargestellt und besteht im Prinzip aus einem monostabilen Multivibrator mit einem Eingangstransi- t>o
stör 21, einem an dessen Kollektor angeschlossenen Ausgangstransistor 22 sowie einem als Zeitglied
dienenden Transformator 22, dessen Induktivität mit Hilfe einer an das Ansaugrohr 24 der Brennkraftmaschine
angeschlossenen Druckdose 25 um so stärker verringert wird, je weiter der Absolutwert des im
Ansaugrohr herrschenden Ansaugluftdruckes absinkt. Je kleiner der Ansaugluftdruck wird, um so kleiner wird
die Impulsdauer der Öffnungsimpulse Jv.
Im einzelnen arbeitet das Steuergerät 20 folgendermaßen:
Im Ruhezustand wird der Eingangstransistor 21 durch eir.?n von der gemeinsamen Piusleitung 26 über seine
Emitter-Basis-Strecke und seinen Basiswiderstand 27 zur gemeinsamen Minusleitung 28 fließenden Basisstrom
in seinem leitenden Zustand gehalten. Er sperrt dabei den Ausgangstransistor 22. Dann befindet sich
auch der über einen Verstärker 29 an den Ausgangstransistor 22 angeschlossene Leistungstransistor 38 in
seinem Sperrzustand.
Die Auslösung des Steuergeräts 20 erfolgt in einem von der dem Steuergerät vorgeschalteten Verstelleinrichtung
30 bestimmten Zeitpunkt Z, wenn die Atisgangsspannung 31 der Verstelleinrichtung 30 von
Null auf hohe Potentialwerte zurückspringt. Dann wird mit der auf einem Differenzierkondensator 32 sitzenden
Ladung der Eingangstransistor 21 gesperrt, der Ausgangstransistor 22 und der Leitungstransistor 18
stromleitend gemacht, so daß der Einspritzvorgang beginnen und gleichzeitig die Zündung des eingespritzten
Kraftstoffs bewirkt werden kann. Der vom Zeitpunkt Z an exponentiell ansteigende Kollektorstrom
des Ausgangstransistors 22 erzeugt in der Sekundärwicklung 33 des Transformators 23 eine
Rückkopplungsspannung, die den Eingangstransistor 21 über den Auslöse- und Zündzeitpunkt Z hinaus gesperrt
hält Dieser wird unter Beendigung des Öffnungsimpulses Jv erst dann erneut stromleitend, wenn die in ihrem
Verlauf von der Induktivität des Transformators 23 abhängige Rückkopplungsspannung unter einen durch
zwei Spannungsteilerwiderstände 34 und 35 festgelegten Wert absinkt.
Zur Steuerung der Verstelleinrichtung 30 sind zwei mit der Nockenwelle 36 der Brennkraftmaschine
zusammenarbeitende Schalter 51 und 52 vorgesehen, deren Schließpunkte um den aus F i g. 2 ersichtlichen
Winkel oco gegeneinander versetzt sind. Der besseren
Deutlichkeit halber ist für die Schalter S1 und S 2 in den
F i g. 2 und 3 angenommen, daß die Brennkraftmaschine 10 nur einen einzigen Zylinder habe. Während in
Wirklichkeit die Schalter SI und S2 von je einem vierhöckrigen Nocken A/l bzw. Λ/2 bei jeder
Umdrehung der Nockenwelle 36 in gleichmäßigen Abständen viermal geöffnet und viermal geschlossen
werden, ist in den F i g. 2 und 3 nur ein einhöckriger Nocken 41 bzw. 42 angenommen.
Nach Fig.3 enthält die Verstelleinrichtung 30 einen
monostabilen, eine Standzeit Ti aufweisenden Multivibrator 43, der über ein Differenzierglied 44 an den
Schalter S1 angeschlossen ist, welcher nach F i g. 2 um
den Nockenwellenwinkel «o früher schließt und früher
öffnet als der Schalter S2. Beim Schließen des Schalters
51 wird der monostabile Multivibrator 43 ausgelöst. Nach Ablauf seiner Standzeit Tl wird mit der
rückwärtigen Flanke des vom Multivibrator 43 erzeugten Impulses 45 über ein zweites Differcnzierglied 46 ein
bistabiler Multivibrator 47 ausgelöst. An den Ausgang des bistabilen Multivibrators 47 ist ein Transistor 48
angeschlossen, dessen Kollektor mit einem Speicherkondensator 50 und mit einer zur Ladung des
Speicherkondensators dienenden ersten Konstantstromquelle 49 verbunden ist. Die zweite Elektrode des
Speicherkondensators liegt an der Basis eines Schalttransistors 51 und an einer zweiten Konstantstromquelle
52, die zur periodischen, jeweils sich an einen Ladevorgang des Speicherkondensators anschließen-
den linearen Entladung des Speicherkondensators dient. Der Ladevorgang am Speicherkondensator 50
beginnt jeweils dann, wenn mit der rückwärtigen Flanke eines Impulses 45 der bistabile Multivibrator 47
umgeschaltet und dabei der Transistor 48 gesperrt wird. Dann steigt die Spannung Uc am Speicherkondensator
50 in der aus dem Kurvenzug 2dder F i g. 2 ersichtlichen
Weise linear an. Sobald der um einen Nockenwellendrehwinkel ao versetzt arbeitende Schalter 52 schließt,
wird der bistabile Multivibrator 47 über ein zweites, mit diesem Schalter verbundenes Differenzierglied 54 in die
Ausgangslage zurückgekippt, wobei der Transistor 48 erneut leitend wird. Da hierdurch das Kollektorpotential
des Transistors 48 nahezu auf Null absinkt, wird mit der auf dem Speicherkondensator 70 sitzenden Ladung
der seither stromleitende Schaittransistor 51 so lange
gesperrt, bis sich der Speicherkondensator 50 unter dem Einfluß des von der Entladestromquelle 52 gelieferten
Entladestromes auf eine nahe bei Null liegende Spannung entladen hat. Dann kann der Schalttransistor
51 erneut stromleitend werden und bewirkt den in Fig. 1 bei 31 angedeuteten Spannungssprung, durch
welchen in der oben beschriebenen Weise der Einspritzbeginn und der Zündvorgang in einem der
Zylinder bewirkt wird.
Mit zunehmender Drehzahl wird der Beginn eines Einspritzimpulses und demzufolge der nächste Zündvorgang
auf folgende Weise nach früh verschoben:
Die Standzeit Ti des monostabilen Multivibrators 43
entspricht einem drehzahlabhängigen Winkel <x\ (n), der
mit zunehmender Drehzahl linear größer wird. Dementsprechend
wird die Differenz X0-«ι (n), welche der
Kondensatoraufladung und der zu dieser proportionalen Kondensatorentladung entspricht, mit zunehmender
Drehzahl kleiner. Hierdurch verschiebt sich der Beginn
eines Einspritzimpulses Jv nach früh, wie im Kurvenzug 2eder Fi g. 2 mit unterbrochenen Linien angedeutet ist.
Man hat demgemäß die Möglichkeit, den Winkel cto, um
weichen die beiden Schaher S! und 52 nebeneinander
versetzt sind, so groß zu wählen, daß er der gewünschten größtmöglichen Spritzverstellung entspricht
Durch geeignete Wahl der Standzeit Π des monostabilen Multivibrators 43 kann man dann
diejenige Drehzahl festlegen, bis zu welcher die Spritzverstellung mit der Drehzahl zunehmen soll.
Oberhalb dieser Drehzahl kann dann auf einfache Weise die Spritzverstellung konstant gehalten werden.
Wenn anstelle der beim Ausführungsbeispiel erzielten
linearen Abhängigkeit der Spritzverstellung von der Drehzahl ein nichtlinearer Verlauf der Spritzverstellung
gewünscht wird, ist es lediglich notwendig, mit Hilfe eines Funktionsgebers den Aufladestrom oder den
Entladestrom des Speicherkondensators zeitabhängig
zu ändern. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß mehrere auf verschiedene Standzeiten
eingestellte Multivibratoren vorgesehen werden, die vom bistabilen Multivibrator 47 gesteuert werden und
für die Dauer ihrer Standzeit den Entladestrom oder den Aufladestrom auf einen kleineren oder größeren
Wert umschalten.
Bei dem in F i g. 1 wiedergegebenen Steuergerät 20 ist nur eine Anpassung der Impulsdauer der Öffnungsimpulse Jv an den Saugrohr-Druck ρ vorgesehen. Es ist
jedoch ohne weiteres möglich, einen der beiden Spannungsteilerwiderstände 34 oder 35 als temperaturabhängigen
Widerstand auszubilden und mit dem Kühlwasser oder dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine
in wärmeleitende Verbindung zu bringen. Dann kann die Einspritzmenge der jeweils herrschenden
Betriebstemperatur / angepaßt werden. Darüber hinaus ist es möglich, auch andere Betriebsparameter
der Brennkraftmaschine, beispielsweise die Drehzahl π zur Beeinflussung der Impulsdauer der Öffnungsimpulse
ίο Jvheranzuziehen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ist ebenfalls ein monostabiler Multivibrator 43 vorgesehen, der von
dem zuerst schließenden Schalter Sl über ein Differenzierglied 44 gesteuert wird, das in dem Symbol
für den monostabilen Multivibrator 43 durch einen Eingangspfeii angedeutet ist. Außerdem ist ein bistabiier
Multivibrator 47 vorgesehen, dessen erster Eingang 5 ebenfalls über ein Differenzierglied 46 mit einem
Ausgang des monostabilen Multivibrators 43 verbunden ist, während sein zweiter Eingang R mit dem Schalter
52 durch ein im einzelnen in Fig.3 dargestelltes
Differenzierglied verbunden ist.
Anstelle eines Speichers, welcher in Fig.3 durch
einen Speicherkondensator 50 und eine Aufladestromquelle 49 realisiert ist und zur Entspeicherung eine
Entladestromquelle 52 aufweist, ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ein Vor-Rückwärts-Zähler 70
vorgesehen, welcher bis zu vier bit speichern kann. Dieser Zähler ist handelsüblich aufgebaut und schaltet
beim Erreichen von 4 bit, d. h. von fünfzehn Drehzahlinformationsimpulsen Jd auf einen gleich aufgebauten
Zähler 71 weiter. Die Drehzahl-Informationsimpulse /c werden von einem nur schematisch dargestellten, an
seinem umlaufenden Anker 81 zahlreiche Steuerzähne aufweisenden Permancntgcncrator 80 geliefert. Dieser
Drehzahlgeber liefert bei jeder Kurbelwellenumdrehung eine der Zahl seiner Zähne entsprechende Anzahl
von Informationsimpulsen Jd Die Zahl der nach Ablauf der Kippdauer des monostabilen Multivibrators 43 bis
zum Schließen des Schalters 52 in die beiden Zähler 70 und 71 eingespeicherten Informationsimpulse Jd ist zu
der Differenz zwischen dem Kurbelwellendrehwinkel «o
und dem drehzahlabhängigen Winkel αϊ (π) proportional.
Nach dem Schließen des Schalters 52 stellt jeder der jetzt eintreffenden Drehzahl-Informationsimpulse
Jd die Zähler 70 bzw. 71 zurück, bis schließlich beide Zähler auf Null zurückgestellt sind. Dieser Zeitpunkt
wird durch eine Decodier-Einrichtung erfaßt, die im einzelnen acht Negationsglieder 72 und ein 8fach-NAND-Gatter
73 umfaßt. An den Ausgang dieses Gatters ist ein weiteres Negationsglied 74 angeschlossen,
welches an einem der beiden Eingänge eines
dem monostabilen Multivibrator 43 verbunden ist.
Wenn beide Eingänge des Gatters 75 ein L-Signal
haben, gibt das NAND-Gatter 75 einen Auslöseimpuls für den Beginn eines Einspritzvorgangs ab, wie dies in
F i g. 2 für den Zeitpunkt Zangedeutet ist
Der besondere Vorteil einer solchen digitalen Arbeitsweise liegt darin, daß vor alien: bei niedrigen
Drehzahlen die Genauigkeit wesentlich erhöht werden kann gegenüber einer in F i g. 3 dargestellten Speicherung
mit Hilfe eines Speicherkondensators.
Hiereu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung
für eine nach dem Dieselprinzip arbeitende Brennkraftmaschine, in deren Zylinder je ein
elektromagnetisch betätigbares, beim Einspritzen einen Zündvorgang auslösendes Einspritzventil
einmündet, das den Kraftstoff unter konstantem Druck zugeführt erhält, bei einer vorgegebenen
Kurbelwellenstellung geöffnet und anschließend für eine die jeweilige Einspritzmenge bestimmende
Zeitdauer durch ein elektrisches Steuergerät offengehalten wird, sowie mit einer elektrischen Verstelleinrichtung
zur Verschiebung des Einspritz- bzw. Zündzeitpunktes gegenüber dem oberen Totpunkt
des zugehörigen Kolbens der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß Z'vei von
der Nockenwelle betätigbare Schalter (Sl, S 2) vorgesehen sind, deren Schiießpunkte um einen
Kurbelwellenwinkel (äo) gegeneinander versetzt sind, der mindestens dem größten erforderlichen
Verstellwinkel entspricht, daß an den zuerst schließenden der beiden Schalter ein monostabiler
Multivibrator angeschlossen ist, der eine Kippdauer hat, welche so groß ist wie die Summe der zu
kompensierenden Verzögerungszeiten, und daß an den monostabilen Multivibrator (43) ein bistabiler
Multivibrator (47) angeschlossen ist, der von dem monostabilen Multivibrator (43) am Ende der
Kippdauer zur Einleitung eines Speichervorgangs eingeschaltet und durch den zweiten Schalter (S2)
zur Beendigung des Speichervorgangs und zur Einleitung eines Ausspeichervorgangs zurückgeschaltet
wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den monostabilen Multivibrator (43)
eine Konstantstromquelle (49) angeschlossen ist, die zur Lieferung eines konstanten Ladestromes für
einen Speicherkondensator (50) am Ende der Kippdauer des monostabilen Multivibrators eingeschaltet
wird, und daß mit einer durch den zweiten Schalter einschaltbaren Konstantstromquelle (52)
für die Entladung des Speicherkondensators der am Ende der Entladung liegende Einspritz- bzw.
Spritzzeitpunkt (Z)bestimmt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des monostabilen
Multivibrators (43) über ein Differenzierglied (46) einer der beiden Eingänge eines bistabilen, den
Ladevorgang des Speicherkondensators (50) steuernden Multivibrators (47) angeschlossen ist, der
an seinem zweiten Eingang über ein zweites Differenzierglied (54) mit dem zweiten Schalter (S2)
verbunden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Ausgangsspannung des
bistabilen Multivibrators (47) steuerbarer, mit seinem Kollektor an eine der Elektroden des
Speicherkondensators (50) und an die erste Konstantstromquelle (49) angeschlossener Transistor
(48) vorgesehen ist und mit einem Schalttransistor (51) eine monostabile Kippstufe bildet, der mit seiner
Basis an die andere Elektrode des Speicherkondensators und an die mit dieser verbundene zweite
Konstantstromquelle (52) angeschlossen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
gekuppelter Drehzahlgeber (80) vorgesehen ist, der bei jeder Kurbelwellenumdrehung
eine Vielzahl von Drehzahl-Informationsimpulsen (Jd) Hefen, und daß mindestens ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler
(70) vorgesehen ist, in welchem die nach Ablauf der Kippdauer des monostabilen
Multivibrators (43) erzeugten Drehzahl-1nfornationsimpulse
gezählt werden, und daß mit dem zweiten Schalter (S 2) der Zähler (70) auf Rückwärtszählen
umgesteuert wird und daß schließlich
ίο beim Zählerstand Null der Einspritzvorgang ausgelöst
wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler (70) als
4-bit-Zähler ausgebildet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei 4-bit-Vorwärts-Rückwärtszähler
vorgesehen sind.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zähler (70) eine
Decodiereinrichtung (73) angeschlossen ist, die — vorzugsweise über ein Negationsglied (74) — mit
einem der beiden Eingänge eines UND-Gliedes oder NAND-Gliedes (75) angeschlossen ist, dessen
zweiter Eingang mit einem Ausgang des monostabilen Multivibrators (43) verbunden ist.
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