DE2250756C3 - Brennkraftmaschine mit einer elektrisch gesteuerten Benzineinspritzanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der CH-PS 4 71966 ist eine elektronisch gesteuerte Benzin-Einspritzeinrichtung für Saugrohreinspritzung bekannt, bei welcher zwar ein in einem Umgehungskanal zur Drosselklappe einer Brennkraftmaschine angeordnetes Steuerventil für Zusatzluft, jedoch keine Zündzeitpunkt-Verstelleinrichtung vorgesehen ist. Aus der DE-OS 17 51049 ist eine für gemischverdichtende, mit Fremdzündung arbeitende Brennkraftmaschine bestimmte Schaltvorrichtung bekannt, die einen beim Zurücknehmen des Gaspedals schließenden Schleppschalter enthält, durch welchen im Schiebebetrieb — solange die Drehzahl der Brennkraftmaschine oberhalb von 1500 bis 2000 U/min bleibt — mittels dann eingeschalteter Elektromagnete eine Zusatzluftdüse geöffnet und eine Leerlaufdüse gesperrt sowie der Zündzeitpunkt verstellt werden. Dort wird somit das Gemisch im Schiebebetrieb bei hohen Drehzahlen so stark abgemagert, daß keine Zündung mehr erfolgen kann. Es hat sich jedoch bei Einspritzanlagen als wichtig erwiesen, daß im Schiebebetrieb auch bei hohen Drehzahlen zur Vermeidung von hohen Schadstoff-Emissionen die Zündvorgänge aufrechterhalten werden müssen, jedoch der Zündvorgang so weit in Richtung Spätzündung verstellt werden muß, daß durch die noch aufrechterhaltenen Zündvorgänge das stark abgemagerte Gemisch kein Antriebsdrehmoment erzeugt und die Bremswirkung des Motors erhalten bleibt Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen vorgesehen.

Aus der US-PS 32 89 659 ist eine Steuereinrichtung für eine mit einem Vergaser arbeitende Brennkraftmaschine bekannt, deren Zündverteiler eine in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugrohr verstellbare Unterbrecherplatte sowie einen Fliehkraftschalter aufweist welcher bei Drehzahlen unterhalb von 1000 U/min den Unterdruck aufhebt und die Drosselklappe dadurch in eine Stellung zurückführt in welcher ein störungsfreier Leerlauf gewährleistet ist und die im Schiebebetrieb bei höheren Drehzahlen vorgesehene Spätverctellung aufgehoben wird. Mit den dort vorgesehenen, bekannten Maßnahmen läßt sich jedoch die oben geschilderte Aufgabe bei Brennkraftmaschinen mit Benzineinspritzung nicht lösen, wenn ein Steuerventil der angegebenen Art vorgesehen ist das im Gegensatz zu bekannten Anordnungen im Schiebebetrieb bei hohen Drehzahlen öffnet und demgemäß einen Verlust an Bremskraftwirkung mit sich bringt Dieser Verlust an Bremskraftwrrkung wird durch die erfindungsgemäße Verstellung des Zündzeitpunktes kompensiert

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiebs näher beschrieben urd erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Saugrohr-Einspritzanlage in ihrem Übersichtsbild,

F i g. 2 bis F i g. 7 jeweils in einem Blockschaltbild ein elektrisches Steuergerät für jeweils ein elektromagnetisch betätigbares Zusatzluftvent.il und eine ebenfalls elektromagnetisch betätigbare Zündzeitpunkt-Verstelleinrichtung,

Fig.8 bis 10 verschiedene Ausführungsbeispiele, bei welchen der im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine entstehende Unterdruck als Servokraft zur Betätigung eines Zusatzlufiventils und einer Zündverstelldose verwendet ist

Die in F i g. 1 dargestellte Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine 10 ist mit einer üblichen Hochspannungszündekirichtung ausgerüstet zu welcher vier Zündkerzen 11 gehören, von denen jeweils eine einem der Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. In unmittelbarer Nähe der nicht dargestellten Einlaßventile der Brennkraftmaschine sitzt auf den zu den einzelnen Zylindern führenden Verzweigungsstutzen des Ansaugrohres 12 je ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil 13. Jedem Einspritzventil wird über eine der bei 14 angedeuteten Kraftstoffleitungen aus einem Verteiler 15 Kraftstoff zugeführt. Der Kraftstoff wird im Verteiler und in den Leitungen 14 durch eine bei 16 angedeutete, elektromotorisch angetriebene Pumpe aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 18 angesaugt und einem dem Verteiler 15 vorgeschalteten Druckregler 17 zugeführt, der die Aufgabe hat, den Druck des vor den Einspritzventilen anstehenden Kraftstoffs auf einem praktisch konstanten Wert von etwa 2 atü zu halten.

Jedes der Einspritzventile 13 enthält eine nicht dargestellte Magnetisierungswicklung, deren eines Ende an Masse liegt, während das andere Ende jeder der Wicklungen über Anschlußleitungen 19 mit einem von vier Widerständen 20 verbunden ist. Die Widerstände 20 sind zusammen an den Kollektor eines bei 21 dargestellten Leistungstransistors angeschlossen, der von einem im folgenden näher beschriebenen elektronischen Regel- und Steuergerät über einen Transistorverstärker 22 mit rechteckförmigen Steuerimpulsen 23 bei

jeder Umdrehung der Kurbelwelle 24 versorgt wird und cL.bei einen die Einspritzventile 13 über die Dauer dieser Impulse öffnenden Strom liefert. Zur Öffnungsdauer proportional ist die bei jedem Einspritzvorga.ig in das Ansaugrohr und von dort in die Zylinder gelangende Einspritzmenge, die den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepaßt werden muß.

Die hierzu dienende Steuereinrichtung 25 ist in F i g. 1 mit unterbrochenen Linien umrahmt und besteht im wesentlichen <;as einem monostabilen Kippgerät, das einen ersten Kipptransistor Tl vom pnp-Typ und einen zweiten Transistor T2 mit der gleichen Zonenfolge enthält Die Emitter beider Transistoren sind über eine Plusleitung 26 mit dem Pluspol einer als Betriebsstromquelle dienenden, nicht dargestellten Fahrzeugbatterie mit einer Nennspannung von 12,6 Volt verbunden. Vom Kollektor des ersten Transistors Ti führt ein Arbeitswiderstand 2-f *ind vom Kollektor des zweiten Transistors 7'2 ^in Arbeitswiderstand 28 zu einer gemeinsamen, mit Masse verbundenen Minusleitung 29, die an den Minuspol der Fahrzeugbatterie angeschlossen ist

Im Ruhezustand des Kippgeräts 25 wird der Transistor Tl c'lirch den von seiner Basis zur Minusleitung 29 führenden Widerstand 30 leitend gehalten; der Transistor 7*2 ist dann gesperrt Der instabile, die Öffnungsdauer der Magnetventile 13 bestimmende Kippvorgang des Kippgerätes wird dann eingeleitet, wenn der mit halber Kurbelwellendrehzahl umlaufende Nocken 31 den ihm zugeordneten Schaltarm 32 entgegen d£r Kraft einer Rückholfeder gegen seinen mit der PlusKiitui>g 26 verbundenen Gegenkontakt drückt und dal'er den Steuerkondensator 33, der sich bis zu dieserri Zeitpunkt über einen mit der Plusleitung 25 verbundenen Widerstand 35 aufladen konnte, an seiner negativ geladenen Elektrode mit der Plusleitung verbindet DiuWch wird der Transistor 7*1 gesperrt, der Transistor 7*Ä und zusammen mit ihm auch der Leistungstransistor 2l werden stromleitend und die Magnetventile 13 geöffntt· Die Magnetventile schließen dann wider, wenn die Transistoren 7*1 und T2 des monostabilen Kippgerät·^ in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren.

Dieser Zeitpunkt richtet sich nach der Induktivität der in den Kollektorkreis des Transistors 7*2 eingeschalteten Primärwicklung 37, die zusammen mit einer Sekundärwicklung 38 und einem verstellbaren Eisenkern 39 einen Translormator bildet. Der Eisenke-n 39 ist über ein Gestänge 40 mit der Membran einer Druckdose 41 gekoppelt, die in Ansaugrichtung unmittelbar hinter der mit einem Gaspedal 36 betätigbaren Drosselklappe 48 an das Ansaugrohr 12 angeschlossen ist und unter Verkleidung der Induktivität diesen Eisenkern um so weiter zwischen der Primär- und Sekundärwicklung herauszieht, je niedriger der im Ansaugrohr herrschende absolute Druck ist.

Die Sekundärwicklung 38 ist mit einem Wicklungsende über eine Diode 45 an die Basis des Transistors 7*1 und mit ihrem anderen Ende an den Verbindungspunkt zweier zwischen der Plusleitung 26 und der Minusleitung 29 liegender Widerstände 43, 44 angeschlossen. Sobald der Schaltarm 32 seinen Gegenkontakt berührt und über eine Diode 42 den Transistor Tl sperrt, kann der Transistor T2 einen über die Primärwicklung 37 fließenden Strom liefern, der mit einer zur Induktivität umgekehrt proportionalen Geschwindigkeit ansteigt und in der Sekundärwicklung 38 eine Spannung induziert, die den Transistor 7*2 unabhängig von der weiteren Stellung des Schaltarms 32 stromleitend hält und zwar so lange, bis der Strom in der Primärwicklung 37 annähernd den Sättigungswert erreicht hat Die induzierte, den Transistor Tl über die Diode 45 sperrende Spannung wird mit zunehmender Annäherung an diese Sättigung kleiner und sinkt schließlich soweit ab, daß die negative, durch die Widerstände 43, 44 eingestellte Basisvorspannung am Transistor Tl überwiegt und den Transistor Tl in seinen ursprünglichen, leitenden Zustand zurückkehren läßt Sobald dies eintritt, wird der Leistungstransistor 21 gesperrt und der Einspritzvorgang beendet

Um bei diesem Einsspritzsystem den aus der Druckdose 41 und dem in seiner Induktivität veränderbaren Transformator bestehenden Druckwandler auch dann zur Bestimmung der Einspritzmenge verwenden zu können, wenn die Brennkraftmaschine in dem eingangs beschriebenen Schiebebetrieb zum Beispiel bei Fahrt bergab oder beim Abbremsen von der Masse des Fahrzeugs mit einer Drehzahl angetrieben wird, die trotz geschlossener Drosselklappe wesentlich über der Leerlaufdrehzahl liegt, ist ein in F i g. 1 bei 50 angedeutetes Zusatzluftventil vorgesehen, das in einem um die Drosselklappe 48 herumführenden Umgehungskanal liegt zu welchem die beiden Kanalabschnitte 57 und 58 gehören. Außerdem ist eine Zündzeitpunkt-Verstelleinrichtung 51 vorgesehen, die im wesentlichen aus einer um die Nockenwelle 53 der Brennkraftmaschine drehbaren Tragplatte 54 für einen Zündunterbrecher 55 besteht, welcher mit einem vierhöckrigen Unterbrechernocken 56 auf der Nockenwelle 53 zusammenarbeitet

Zur Betätigung des Zusatzluftventils 50 und der Zündzeitpunkt-Verstelleinrichtung 51 ist ein gemeinsames Steuergerät 60 vorgesehen. Am Ausgang dieses Steuergeräts liegt ein mit dem Zusatzluftventil 50 gekuppelter Elektromagnet 61 und ein zur Betätigung der Zündverstelleinrichtung 51 dienender zweiter Elektromagnet 62. Zur Definition des Schiebebetriebes können die in den F i g. 2 bis 7 jeweils durch ein kleines Kästchen angegebenen Informationen dem Steuergerät 60 eingegeben werden, beispielsweise nach F i g. 2 mit Hilfe eines Drehzahlgebers 63 und eines Drosselklappengebers 64, wobei der Drehzahlgeber als ein Schalter ausgebildet sein kann, der bei abfallender Drehzahl der Brennkraftmaschine seinen Schaltzustand ändert, wenn die Drehzahl unter einen festgelegten, jedoch über der Leerlaufdrehzahl liegenden Mindestwert von beispielsweise 1000 U/min absinkt. Der Geber 64 kann ebenfalls als Schalter ausgebildet sein, wobei dieser Schalter mit der Drosselklappenwelle gekuppelt sein kann und seinen Schaltzustand ändert, wenn die Drosselklappe in die Leerlaufstellung zurückkehrt, in welcher sie das Ansaugrohr 12 praktisch abschließt und die zur Aufrechterhaltung der Verbrennungsvorgänge in den Zylindern der Brennkraftmaschine erforderliche Zusatzluft durch das dann in seine Offenstellung gehende Zusatzluftventil 50 bereitgestellt wird.
Nach F i g. 3 kann anstelle eines Drehzahlschalters 63 ein Ganginformationsgeber 65 vorgesehen sein, welcher ein von dem jeweils eingelegten Gang eines nicht dargestellten, an die Brennkraftmaschine angeschlossenen Getriebes abhängiges Signal für das Steuergerät 60 liefert und mit einem Kupplungsinformationsgeber 66 zusammenwirkt, welcher beim Betätigen einer ebenfalls nicht dargestellten, zwischen der Brennkraftmaschine 10 und dem Schaltgetriebe angeordneten Kupplung ein Steuersignal liefert

Wenn die Brennkraftmaschine mit einem automatischen Getriebe verbunden ist, kann nach Fig.4 ein Geber 67 vorgesehen sein, der von der jeweiligen Schaltstufe zur Abgabe eines Steuersignals an das Steuergerät 60 veranlaßt wird.

Für das Blockschaltbild nach F i g. 5 ist vorgesehen, daß die Brennkraftmaschine 10 in ihrem Ansaugrohr eine schwenkbare, als Luftmengenmesser arbeitende Stauklappe enthält, die mit einem Schalter 68 gekuppelt ist, der bei einem voreinstellbaren Schwenkwinkel φ ίο seinen Schaltzustand ändert. Weiterhin besteht die Möglichkeit nach F i g. 6 zur Definition des Schiebetriebes zusätzlich zu dem mit der Drosselklappe gekuppelten Drosselklappenschalter 64 noch einen Geschwindigkeitsgeber 69 vorzusehen, der beim Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes der Geschwindigkeit ν des von der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen Fahrzeugs seinen Schaltzustand ändert.

Wenn die Auspuffgase der Brennkraftmaschine über einen thermischen und/oder katalytischen, in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Reaktor geführt sind, ist es häufig erwünscht, einen solchen Reaktor während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine schnell aufzuheizen und dadurch zur Wirkung zu bringen. In einem solchen Falle kann mit Vorteil bei kalter Brennkraftmaschine die Verstellung auf Spätzündung nicht nur im Schiebebetrieb, sondern auch im Leerlaufbetrieb angewendet werden. Hierzu kann nach F i g. 7 außer den beiden bereits in F i g. 2 vorgesehenen Gebern, nämlich dem von der Drehzahl π der Brennkraftmaschine abhängigen Drehzahlgeber 63 und dem Drosselklappenschalter 64 noch ein Temperaturfühler 70 vorgesehen sein, der anstelle des Drehzahlschalters 63 das Steuergerät 60 veranlaßt, die Spätverstellung des Zündzeitpunktes durch die Zündverstelleinrichtung 71 herbeizuführen und gleichzeitig das Zusatzluftventil 50 zu öffnen. Ober die genannten drei Geber 63, 64 und 70 hinaus können mit einem zusätzlichen vierten Geber 71 sonstige Informationen dem Steuergerät 60 zugeführt werden. Eine solche Information kann beispielsweise die Temperatur eines in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeordneten thermischen und/oder chemischen Reaktors betreffen.

In der Anordnung nach F i g. 8 ist vorgesehen, daß das Zusatzluftventil 50 ebenso wie die Zündverstelleinrichtung 51 nicht durch einen Elektromagneten 61 bzw. 62 betätigt werden, sondern daß als Servokraft der im Saugrohr 12 der Brennkraftmaschine bei geschlossener oder nahezu geschlossener Drosselklappe 48 entstehende Unterdruck verwendet wird. Zur Steuerung dieser Servokraft ist ein an das Steuergerät 60 angeschlossenes Servoventil 75 vorgesehen, das durch einen im einzelnen nicht näher angedeuteten Elektromagneten betätigt wird und im Einschaltzustand dieses Magneten eine mit dem Zusatzluftventil 50 gekuppelte Druckdose 76 und eine mit der Verstelleinrichtung 51 gekuppelte Zündverstelldose 77 an das Ansaugrohr 12 in Ansaugrichtung hinter der Drosselklappe 48 anschließt.

Das pneumatisch arbeitende Zusatzventil kann dabei wie in F i g. 9 stark schematisiert dargestellt, in einem Gehäuse 80 zwei Ventilkammern 81 und 82 enthalten, welche durch eine Membran 83 voneinander getrennt sind. Die erste Ventilkammer 81 enthält eine sich gegen die Membran 83 abstützende Druckfeder 84 und kann mit einem Rohrstutzen 85 an einen Eingang 86 des Servoventils 75 angeschlossen werden. An die zweite Venlilkammer 82 ist die zum Umgehungskanal gehörende Anschlußleitung 58 angeschlossen, durch welche vor der Drosselklappe 48 entnommene Luft eintreten kann. Ein anstelle der in F i g. 1 bei 57 angedeuteten Abluftleitung verwendetes Rohrstück 87 ist so weit ins Innere der zweiten Ventilkammer 82 eingeschoben, daß die Zusatzluft durch einen im Zentrum der Membran 83 angeordneten Ventilteller 88 abgesperrt werden kann, wenn die erste Ventilkammer 81 in der Ruhestellung des Servoventils 71 über dessen Ausgangsleitung 89 mit der Umgebungsluft verbunden ist und demzufolge die Druckfeder 84 den Ventilteller 88 gegen die Abluftleitung 87 gespannt halten kann. Wenn das Servoventil 75 vom Steuergerät 60 eingeschaltet wird und dann die erste Ventilkammer 81 über die Leitung 85 mit dem Saugrohr verbindet, kann der Unterdruck wirksam werden und die Membran 83 samt dem Ventilteller 88 so weit von der Abluftleitung 87 abheben, daß Zusatzluft von der Leitung 58 über die Abluftleitung 87 hinter die geschlossene Drosselklappe 48 gelangen kann.

Bei der Zündzeitpunktverstelleinrichtung nach Fig. 10 ist zum Drehen der nach Fig. 1 vorgesehenen Tragplatte 54 für den Zündunterbrecher 55 die Zündverstelldose 77 in Reihe mit einer zweiten Unterdruckdose 91 angeordnet, welche über eine Steuerleitung 92 über eine nicht näher dargestellte Leerlauf-Bohrung an das Ansaugrohr anschließbar ist. Die Zündverstelldose 77 ist in der aus Fig. 8 erkennbaren Weise über eine Saugleitung 94 zusammen mit der Leitung 85 der Druckdose 76 mit dem Anschluß 86 des Servoventils 75 verbunden. Wenn das Servoventil 75 vom Steuergerät 60 eingeschaltet wird, kann der in der Zündverstelldose 77 wirksame I Interdruck eine mit der Tragplatte 54 verbundene Stellstange 95 in Pfeilrichtung bewegen und dabei die Tragplatte 52 so weit verdrehen, daß der Zündzeitpunkt von seiner Grundeinstellung, die bei etwa 5° nach OT (oberer Totpunkt) liegt, in Richtung Spätzündung um 15—20° verschoben wird. Die Zündvorgänge werden dann bei einem Kurbelwellendrehwinkel (KW) von 20 bis 25° nach GT ausgelöst Dies hat zur Folge, daß im Schiebebetrieb die Bremswirkung der Brennkraftmaschine voll erhalten bleibt, obwohl infolge der bei geschlossener Drosselklappe 48 wirksamen Zusatzluft und der hierdurch verursachten, zusätzlich eingespritzten Kraftstoffmenge die Verbrennungsvorgänge in den Zylindern der Brennkraftmaschine aufrechterhalten bleiben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine mit einer elektrisch gesteuerten, intermittierend arbeitenden Benzineinspritzanlage mit mindestens einem Einspritzventil, das in einer zu den Kurbelwellenumdrehungen synchronen Folge geöffnet und für eine von dem hinter der Drosselklappe herrschenden Ansaugluftdruck oder von der Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine abhängige Dauer durch eine elektrische Steuereinrichtung offengehalten wird, sowie mit einer Einrichtung zur Beeinflussung der Brennkraftmaschine im Schiebebetrieb, die ein in einem Umgehungskanal zur Drosselklappe angeordnetes Steuerventil für Zusatzluft und eine Zündzeitpunkt-Verstelleinrichtung umfaßt, die zusammen mit dem Steuerventil Letätigbar ist und den Zündzeitpunkt verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die in bekannter Weise in Richtung Spätzündung wirkende Verstelleinrichtung den Zündzeitpunkt um mindestens 10°, vorzugsweise um 15 bis 20° auf wenigstens 15° nach OT verstellt

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch I₁ bei welcher zur Feststellung des Schiebebetriebes ein Drehzahlgeber und ein Drosselklappengeber vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselklappengeber einen von der Drosselklappenwelle betätigbaren Schalter umfaßt, der seinen Schaltzustand ändert, wenn die Drosselklappe (48) in ihre Schließstellung zurückgekehrt ist

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Drehzahlgebers (63) oder zusätzlich zu einem Drehzahlgeber ein Ganginformationsgeber (65) vorgesehen ist welcher ein von dem jeweils eingelegten Gang eines Getriebes abhängiges Signal liefert