DE2305314A1

DE2305314A1 - OTTO ENGINE WITH FUEL INJECTION, ESPECIALLY FOR VEHICLES

Info

Publication number: DE2305314A1
Application number: DE19732305314
Authority: DE
Inventors: William J Brittain; Thomas J L Dobedoe; Raymond Mitchell; Wilfred T Oliver
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1972-02-03
Filing date: 1973-02-03
Publication date: 1973-08-16
Also published as: DE2305314C2; GB1371842A

Description

PatentanwältePatent attorneys

Dipl.-Ing. W.BeyerDipl.-Ing. W.Beyer

Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.JochemDipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem

Frankfurt am Main . Freiherr-vom-Stein-Str.Frankfurt am Main . Freiherr-vom-Stein-Str.

In Sachen:In matters:

Ford-Werke Aktiengesellschaft
Köln/ Ehein
Ottoplatz 2Ford-Werke Aktiengesellschaft
Cologne / Ehein
Ottoplatz 2

Otto-Motor mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere für Kraftfahrzeuge,Otto engine with fuel injection, especially for motor vehicles,

Die Erfindung betrifft einen Otto-Motor mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere für Kraftfahrzeuge,The invention relates to a gasoline engine with fuel injection, especially for motor vehicles,

Versuche mit Benzineinspritzung wurden schon sehr früh unternommen. Die praktische Entwicklung ist dann in zwei verschiedene Richtungen verlaufen, nämlich zum einen dahingehend, daß der Brennstoff unter niedrigem Druck in das Saugrohr eingespritzt wird (äußere Gemischbildung), und zum anderen dahingehend, daß die Brennstoffeinspritzung unter hohem Druck unmittelbar in die Brennkammer während des Verdichtungshubes erfolgt (äußere Gemischbildung). Der Vorteil der Benzineinspritzung, auch bei Saugrohreinspritzung liegt einmal in der Möglichkeit, den Kraftstoff gleichmäßiger auf alle Zylinder au verteilen und zum anderen in der Erzielbarkeit eines höheren Füllungsgrades, wodurch 4er Brennstoffverbrauch gesenkt wird. Beide Einspritzsysteme führen Jedoch noch nicht zu optimalen Verbrennungsverhältnissen und damit einer Erfüllung an die Abgasreinigungsvorschriften baw, -Anforderungen im Jlahmen der immer strengeren Maßstäbe an den Umweltschutz,Attempts with gasoline injection were made very early on. The practical development is then in two different directions run, namely on the one hand to the effect that the fuel under low pressure in the intake manifold is injected (external mixture formation), and on the other hand to the effect that the fuel injection takes place under high pressure directly into the combustion chamber during the compression stroke (external mixture formation). The advantage of gasoline injection, even with manifold injection, is the ability to use the fuel Distribute it more evenly to all cylinders and, on the other hand, to achieve a higher degree of filling, which reduces fuel consumption by 4. However, both injection systems do not yet lead to optimal combustion conditions and thus fulfillment to the exhaust gas cleaning regulations baw, requirements im Jamming the increasingly strict standards of environmental protection,

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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen, und einen Otto-Motor der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß bei minimalem Brennstoffverbrauch ein Höchstmaß an Abgasreinheit erzielt wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Brennstoffeinspritzung unmittelbar in einen jeden Arbeitszylinder während des Ansaughubes erfolgt.The object of the invention is to eliminate these disadvantages, and to this effect an Otto engine of the type mentioned to train that a maximum of exhaust gas purity is achieved with minimal fuel consumption. According to the invention This object is achieved in that the fuel injection directly into each working cylinder during of the suction stroke takes place.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Messung der in einem jeden Arbeitszylinder wahrend eines jeden Arbeitszyklus eintretenden Luftmenge sowie Mitteln zur Regelung der Brennstoffeinspritzung in den Zylinder in Abhängigkeit von den Meßwerten vorgesehen, und die Regeleinrichtung für die Brennstoffeinspritzung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß unabhängig von der im Augenblick in den Zylinder eintretenden Luftmenge ein im wesentlichen konstantes Luft-Brennstoff-Verhältnis aufrechterhalten wird.In an advantageous embodiment of the invention, there are means for measuring the amount of air entering each working cylinder during each working cycle and means provided for regulating the fuel injection into the cylinder as a function of the measured values, and the regulating device for the fuel injection is preferably designed so that regardless of the moment in maintaining a substantially constant air-fuel ratio as the amount of air entering the cylinder will.

Zur Verminderung der giftigen Abgasbestandteile wird ein sehr mageres Luft-Brennstoff-Verhältnis in der Größenordnung von 20;1 benutzt. Die Vermischung der Füllung, die in dem Arbeitszylinder während des Verdichtungshubes erfolgt, erleichtert den Betrieb bei einer derart mageren Mischung.A very lean air-fuel ratio is of the order of magnitude to reduce the poisonous exhaust gas components of 20; 1 used. The mixing of the filling that takes place in the working cylinder during the compression stroke, makes it easier to operate with such a lean mixture.

Durch Bemessung .der Luftmenge bei einer jeden Füllung und Regelung der Brennstoffeinspritzung in Abhängigkeit von dem Meßwert ist es möglich, ein im wesentlichen konstantes Luft-Brennstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten,-obgleich Probleme in der Verteilung zwischen den Zylindern sowie vorübergehende Strömungsauswirkungen Veränderungen in der Luftmenge für einen jeden Zylinder von Zylinder zu Zylinder und von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus mit sich bringen.By measuring the amount of air with each filling and It is possible to regulate the fuel injection as a function of the measured value, an essentially constant one Maintain air-fuel ratio, although Problems in the distribution between the cylinders as well as transient changes in the flow effects Bring the amount of air for each cylinder from cylinder to cylinder and from duty cycle to duty cycle with it.

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Eine Verbrennung mit mageren Gemischen, als sie bisher zur Verminderung der giftigen Abgasanteile erforderlich waren, ist dann möglich.Combustion with lean mixtures than was previously possible It is then possible to reduce the amount of poisonous exhaust gas required.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below in connection with the drawing. Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Zylinder eines Mehrzylinder-Otto-Motors gemäß der Erfindung,1 shows a cross section through a cylinder of a multi-cylinder Otto engine according to the invention,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Einspritzregeleinrichtung für den Motor nach Fig. 1,FIG. 2 is a block diagram of the injection control device for the engine according to FIG. 1,

Fig. 3 ein Diagramm, in welchem die Veränderung der verschiedenen die in dem Zylinder angesaugte Luftmenge beeinflussenden Parameter über einem Motorzyklus aufgetragen sind, undFig. 3 is a diagram in which the change in the various that sucked in the cylinder Air volume influencing parameters are plotted over an engine cycle, and

Fig. 4- und 5 Diagramme zur Veranschaulichung des seitlichen Verlaufs der Einspritzung in Abhängigkeit von der Luftmenge in einem Zylinder.4- and 5 diagrams to illustrate the lateral Course of the injection as a function of the amount of air in a cylinder.

Der in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Mehrzylinder-Otto-Motor hat einen aus einer Aluminiumlegierung in einem Stück hergestellten Zylinderblock 10 mit Zylinderkopf. Ein Kolben 11 innerhalb eines jeden Zylinders„.12 arbeitet über ein Pleuel 13 auf eine (nicht dargestellte) Kurbelwelle. In federn Zylinder werden ein Einlaßventil 14 und ein (hinter dem Einlaßventil in Fig, 1 liegendes) Auslaßventil von einer oben liegenden Nockenwelle betätigt·The multi-cylinder Otto engine shown in section in FIG has a cylinder block 10 made of an aluminum alloy in one piece with a cylinder head. A piston 11 within each cylinder “.12 works via a connecting rod 13 on a crankshaft (not shown). In spring cylinders are an inlet valve 14 and a (rear the intake valve in Fig. 1) the exhaust valve is actuated by an overhead camshaft

Zn eine Gewindebohrung 27 ist eine Zündkerze einschraubbar. Die zeitliche Aufeinanderfolge der Öffminga- und Schließbewegungen der Ventile und der Zündung entspricht herkömmlicher Praxis bei modernen Otto-Motoren. Zn a threaded bore 27, a spark plug can be screwed. The chronological sequence of the opening and closing movements of the valves and the ignition corresponds to conventional practice in modern Otto engines.

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Dnc Einlaßventil Ί4 einet; jeden Zylindern befindet eich in einem Suugkan'al 15» der mit einem allen Zylindern gemeinsamen Saugrohr 16 verbunden ist. Ein Wasservergaser 17 ist auf das Saugrohr 16 aufgesetzt, und ein (nicht dargestellter) herkömmlicher Luftfilter sitzt seinerseits"auf dem Wasservergaser. Der Wasservergaser dient zur Befeuchtung der durch ihn zum Motor hindurchtretenden Luft auf einen im wesentlichen konstanten Wert, beispielsweise 100% relative Luftfeuchtigkeit.Dnc inlet valve Ί4 unites; each cylinder is located in a Suugkan'al 15 »which is common to all cylinders Suction pipe 16 is connected. A water gasifier 17 is placed on the suction pipe 16, and a (not shown) Conventional air filters, for their part, sit "on the water carburetor. The water carburetor is used for humidification the air passing through it to the engine to a substantially constant value, for example 100% relative Humidity.

Eine Drosselklappe 18 innerhalb des Wasservergasers ist mit einem (nicht gezeigten) Gaspedal verbunden und regelt den Luftstrom zum Motor in Übereinstimmung mit der Pedalstellung. A throttle valve 18 within the water carburetor is connected to an accelerator pedal (not shown) and controls the airflow to the motor in accordance with the pedal position.

In der Wandung eines jeden Zylinders 12 befindet sich ein M ederdruck-Brenns to ff injektor 19-. Die genaue Lage des Injektors wird in Hinblick auf das Erfordernis einer vernünftig niedrigen (d.h. unter 100 C liegenden) und möglichst gleichförmigen Temperatur für den durch den Injektor hindurchtretenden Brennstoff ausgewählt, um eine frühzeitige Brennstoffverdampfung zu verhindern und die Zumessung der durch den injektor hindurchtretenden Brennstoffmenge zu erleichtern. Der Wassermantel 9 des Zylinderblocks 10 umgibt den Brennstoffinjektor zur Erzielung einer wirksamen Kühlung vollständig. Der Injektor ist vorzugsweise so niedrig wie möglich in der bestehenden Zylinderwandung angeordnet, wobei er vom Kolben für eine ausreichend lange Zeitdauer während der Öffnung des Einlaßventils freigegeben ist, um zu ermöglichen, daß im wesentlichen aller Brennstoff eingespritzt wird, wenn das Einlaßventil geöffnet ist. Dies ermöglicht die Verwendung von Niederdruck-Injektoren und gestattet eine Brennstoff-Luftvermischung während des Verdichtungshubes.In the wall of each cylinder 12 there is a m eder pressure fuel injector 19-. The exact location of the In view of the requirement of a reasonably low (i.e. below 100 C) and possibly uniform temperature for the fuel passing through the injector selected in order to ensure an early To prevent fuel evaporation and the metering of the amount of fuel passing through the injector facilitate. The water jacket 9 of the cylinder block 10 surrounds the fuel injector to achieve an effective Cooling completely. The injector is preferably as low as possible in the existing cylinder wall arranged, being released from the piston for a sufficiently long period of time during the opening of the inlet valve is to allow substantially all of the fuel to be injected when the inlet valve is open is. This enables the use of low-pressure injectors and permits fuel-air mixing during the compression stroke.

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Die Brennstoffinjektoren können herkömmliche, elektromagnetisch betätigte Niederdruck-Injektoren sein, wie sie bei vielen vorhandenen Einspritzsystemen benutzt werden, die Brennstoff in das Saugrohr des Zylinders einspritzen. Das Ventil sollte- jedoch in Hinblick auf den hohen Druck, dem der Injektor während des Verdichtungshubes zu widerstehen hat, nach auswärts öffnen.The fuel injectors can be conventional, electromagnetic be actuated low pressure injectors such as those used in many existing injection systems that Inject fuel into the suction pipe of the cylinder. The valve should - however, in view of the high pressure, the the injector has to withstand during the compression stroke to open outwards.

Die Brennstoffinjektoren 19 sind an ein Brennstoffzuleitungssystem angeschlossen, in welchem ein konstanter Druck in der Größenordnung v<
aufrechterhalten wird.The fuel injectors 19 are connected to a fuel supply system in which a constant pressure of the order of magnitude v <
is maintained.

p.p.

in der Größenordnung von 7kg/cm von einer Brennstoffpumpeon the order of 7kg / cm from a fuel pump

Die Elektromagneten der Brennstoffinjektoren werden von einem elektronischen Logikkreis erregt. Das in Pig. 2 dargestellte Blockschaltbild zeigt die logische Verknüpfung in Verbindung mit einem Zylinder. Für die anderen Zylinder können identische unabhängige Kreise benutzt werden, jedoch ist mindestens ein Teil der Schaltung für alle Zylinder gemeinsam, wie sich an späterer Stelle aus der Beschreibung ergibt.The fuel injector electromagnets are energized by an electronic logic circuit. That in Pig. 2 shown The block diagram shows the logical connection in connection with a cylinder. For the other cylinders identical independent circuits can be used, but at least part of the circuit is common to all cylinders together, as will emerge from the description at a later point.

Die Eingänge zu dem Regelkreis sind von Fühlern oder Energieumwandlern 20 bis 26 gebildet, die auf die Luftgeschwindigkeit im Saugrohr 15» den Luftdruck im Saugrohr, die Lufttemperatur in Saugrohr, die Feuchtigkeit der angesaugten Luft, die Kurbelwellenstellung, die Brennstoffgeschwindigkeit und die.Brennstofftemperatur ansprechen.The inputs to the control loop are from sensors or energy converters 20 to 26 formed, which on the air speed in the intake manifold 15 »the air pressure in the intake manifold, the Air temperature in the intake manifold, the humidity of the air drawn in, the crankshaft position, the fuel speed and the fuel temperature respond.

Die Fühler 20 und 21 für die Luftgeschwindigkeit bzw. den Luftdruck sind dicht beieinander im Saugrohr 15 angebracht. Der Lufttemperaturfühler 22 und der Feuchtigkeitsfühler 23 können an anderen Stellen in der Anaaugleitung liegen und allen Zylindern gemeinsam sein, da die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit innerhalb eines besonderen Motorzyklus nicht wesentlich schwanken,The sensors 20 and 21 for the air speed and the air pressure are mounted close to one another in the suction pipe 15. The air temperature sensor 22 and the humidity sensor 23 can be located in other places in the ventilation line common to all cylinders, as the temperature and humidity are within a particular engine cycle do not fluctuate significantly,

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Die Fühler 25 und 26 für die Brennstoffgeschwindigkeit bzw. die Brennstofftemperatur können entweder im Brennstoffinjektor 19 oder der zu dem Brennstoffinjektor führenden Brennstoffleitung angeordnet sein.The sensors 25 and 26 for the fuel speed and the fuel temperature can either be in the fuel injector 19 or the one leading to the fuel injector Be arranged fuel line.

Der Fühler 24 für die Kurbelwellenstellung kann'eine elektromagnetische Einrichtung sein, die mit dem Schwungrad des Motors gekuppelt ist. Sie erzeugt ein Signal an der Stelle des Arbeitszyklus, an welcher die Brennstoffeinspritzung beginnen kann, d.h. an dem Punkt des Ansaughubes, wenn der Kolben den Injektor freigibt. Signale von dem Kurbelwellen-Stellungsfühler können auch ein elektronisches Zündsystem steuern.The sensor 24 for the crankshaft position can be an electromagnetic one Be the device that is coupled to the flywheel of the engine. It generates a signal at the point the duty cycle at which the fuel injection can begin, i.e. at the point of the intake stroke when the Piston releases the injector. Signals from the crankshaft position sensor can also be an electronic ignition system steer.

Die Messung der Luft- und der Brennstoffgesohwindigkeit auf genaue Weise und bei hoher Drehzahl ist wesentlich für den wirksamen Betrieb des Systems. Ein Beispiel für einen hier verwendbaren Flußmesser ist aus der GB-PS 1 127 568 bekannt. Alternativ hierzu können Hitzdraht- oder Hitzfilm-Anemometer verwendet werden. Derartige Einrichtungen sind gleichfalls bekannt (Hot-Wire-Anemometers, The Review of Scientific Instruments, Mai 1967, Seite 677; P.O.A.L. Davies, M.R. Davis and I. Wold, "Operation of the Constant Resistance Hot-Wire-Anemometers", Institute of Sound and Yibration University of Southampton, Bericht No. 189; J,C, Wyngaard and J.L. Lumley, "A Constant Temperature Hot-Wire Anemometer", Journal of Scientific Instruments, VoI, 4-4-, 1967, Seite 365j B.J. Bellhouse and D.I. Schultz, "The Determination of Fluctuating Velocity in Air with Heated Thin Film Gauges", Journal of Fluid Mechanics, VqI, 2, Teil 2, 1967_t Seite 289),Measuring air and fuel velocities accurately and at high speed is essential to the effective operation of the system. An example of a flow meter that can be used here is known from GB-PS 1 127 568. Alternatively, hot wire or hot film anemometers can be used. Such devices are also known (Hot-Wire-Anemometers, The Review of Scientific Instruments, May 1967, page 677; POAL Davies, MR Davis and I. Wold, "Operation of the Constant Resistance Hot-Wire-Anemometers", Institute of Sound and Yibration University of Southampton, Report No. 189; J, C, Wyngaard and JL Lumley, "A Constant Temperature Hot-Wire Anemometer", Journal of Scientific Instruments, VoI, 4-4-, 1967, p. 365j BJ Bellhouse and DI Schultz, "The Determination of Fluctuating Velocity in Air with Heated Thin Film Gauges", Journal of Fluid Mechanics, VqI, 2, Part 2, 1967 _t page 289),

Die Veränderung der verschiedenen Parameter, welche die in die Zylinder eintretende Luftmengθ während des Ansaughubes beeinflussen, ist in Fig. 3 diagrqwmatisch dargestellt. The change in the various parameters that the Amount of air entering the cylinders during the intake stroke affect is shown in Fig. 3 diagrqwmatically.

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Der Betrag an Luftmenge, der in den Zylinder einströmt, ist über einen bekannten Bereich eine Funktion der Luftgeschwindigkeit, der Lufttemperatur, des Luftdruckes und des Feuchtigkeitsgehaltes. Diese Funktion wird durch einen Luftmengenfluß-Funktionsgenerator 28 erfaßt, dessen Ausgangssignal das Ausmaß an Luftmengenfluß in dem Zylinder darstellt. Der Funktionsgenerator 28 ist mit einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 29 verbunden. Eine Auf- und Abwärts-Zähleinrichtung 30 ist mit ihrem Aufwärts-Eingang an den Spannungs-Frequenz-Umsetzer 29 angeschlossen, so daß die Zähleinrichtung eine Zählung speichert, die die in den Zylinder eingetretene Luftmenge verkörpert.The amount of air entering the cylinder is a function of air velocity over a known range, the air temperature, the air pressure and the moisture content. This function is enabled by a Air flow function generator 28 detects the output signal of the amount of air flow in the cylinder represents. The function generator 28 is connected to a voltage-frequency converter 29. An up and Down counter 30 has its up input connected to the voltage-frequency converter 29, so that the counter stores a count that the embodied the amount of air that has entered the cylinder.

Gatter 32, 33 und 3^ verbinden jeweils eine entsprechende Stufe der Zähleinrichtung 30 mit einem Impulsgenerator 35· Ein Signal vom ersten Gatter 32 veranlaßt den Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen mit einem relativ niedrigen Verhältnis zwischen Signal und Pause. Ein Signal vom zweiten Gatter 33 ruft ein mittleres Signal-Pausen-Verhältnis hervor, und ein Signal vom dritten Gatter 34- bewirkt ein entweder hohes Signal-Pausen-Verhältnis oder eine fortgesetzte Signalgebung (d.h, ein Signal-Pausen-Verhältnis von der Große "unendlich"). Der Ausgang des Impulsgenerators 35 wird einem Verstärker 36 aufgegeben, an den der Elektromagnet 37 des Brennstoffinjektors 19 angeschlossen ist.Gates 32, 33 and 3 ^ each connect a corresponding one Stage of the counter 30 with a pulse generator 35. A signal from the first gate 32 causes the pulse generator to generate pulses with a relatively low Relationship between signal and pause. A signal from the second gate 33 calls for an intermediate signal-to-space ratio and causes a signal from the third gate 34- either a high signal-to-space ratio or continued signaling (i.e., a signal-to-space ratio from the great "infinite"). The output of the pulse generator 35 is fed to an amplifier 36, to which the electromagnet 37 of the fuel injector 19 connected.

Der Verstärker 36 hat einen ausreichenden Verstärkungsfaktor, so daß "die Amplitude der von ihm erzeugten Impulse genügend groß ist, um den Brennstoffinjektor voll zu öffnen. Jedoch ist die Frequenz der Impulse größer als der Betrag, dem das Brennstoffventil zu folgen vermag, so daß das Signal-Pausen-Verhältnis des Impulsgenerator die vom Brennstoffinjektor eingenommene Stellung bestimmt und demzufolge die drei verfügbaren Signal-Pausen-Verhältnisse drei Flußgrößen durch das Ventil schaffen.The amplifier 36 has a sufficient gain factor so that "the amplitude of the pulses it generates is large enough to fully open the fuel injector to open. However, the frequency of the pulses is greater than the amount that the fuel valve can follow, so that the signal-pause ratio of the pulse generator determines the position assumed by the fuel injector and consequently the three available signal-to-space ratios create three sizes of flow through the valve.

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Der augenblickliche Brennstofffluß (Flußmenge) wird durch das Ausgangssignal eines Brennstofffluß-Punktionsgenerators 38 dargestellt, das von der Brennstoffgeschwindigkeit und der Brennstofftemperatur abhängig ist. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 38 wird in ein frequenzmoduliertes Signal innerhalb eines Spannungs-Frequenz-Umwandlers 39 umgesetzt und dem Abwärts-Eingang 40 der Zähleinrichtung aufgegeben.The instant fuel flow (flow rate) is through the output of a fuel flow puncture generator 38 shown, that of the fuel speed and depends on the fuel temperature. The output signal the function generator 38 is in a frequency modulated Signal converted within a voltage-frequency converter 39 and the down input 40 of the counter given up.

Die Schaltung ist so ausgebildet, daß die Frequenz am Eingang 31 für eine gegebene Größe des Luftmengenstroms in einem vorbestimmten Verhältnis zur Frequenz am Eingang für dieselbe Größe des Brennstoffmengenflusses steht. Dieses vorbestimmte Verhältnis ist dasselbe wie das vom System erzeugte Luft-Brennstoff-Verhältnis. Ein mageres Luft-Brennstoff-Verhältnis in der Größenordnung von 20:1 wird verwendet, um die gefährlichen Abgasanteile (d.h. unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyd sowie Stickstoffoxyde) zu minimieren·The circuit is designed so that the frequency at the input 31 for a given size of the air flow is in a predetermined ratio to the frequency at the input for the same size of the fuel flow. This The predetermined ratio is the same as the air-fuel ratio produced by the system. A lean air-fuel ratio on the order of 20: 1 is used to reduce the hazardous emissions (i.e. unburned Hydrocarbons and carbon monoxide as well as nitrogen oxides) to minimize·

Auf diese Weise ruft für ein Luft-Brennstoff-Verhältnis von 20:1 eine bestimmte in den Zylinder eingespritzte Brennstoffmenge eine zwanzig£ach größere Zählung hervor als die Aufwärtszählung, die vonstatten geht, wenn dieselbe Menge an Luft in den Hotpr strömt.This way it calls for an air-fuel ratio of 20: 1 a certain amount of fuel injected into the cylinder produces a count twenty-eight greater than that Up counting that occurs when the same amount air flows into the hotpr.

An ^eder Stelle des Arbeitszyklus speichert somit die Zähleinrichtung eine Zählung, die die in den Zylinder einströmende Luftmenge wiedergibt, für welche Brennstoff noch nicht in dem erforderlichen Luft-Brennstoff-Verhältnis eingespritzt worden ist.The counting device thus saves at every point in the working cycle a count that shows the amount of air flowing into the cylinder for which fuel is left has not been injected at the required air-fuel ratio.

Die Gatter 32 bis 34 werden durch ein bistabiles Schaltglied 41 geöffnet und geschlossen. Der Kurbelwellen-Stellungsfühler schaltet das bistabile Schaltglied mittels eines monostabilen Schaltgliedes 42 an einem Punkt imThe gates 32 to 34 are through a bistable switching element 41 open and closed. The crankshaft position sensor switches the bistable switching element by means of a monostable switching element 42 at a point in the

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Arbeitszyklus des Motors ein, "wenn die Brennstoffeinspritzung beginnen kann. Das bistabile Schaltglied 4-1 öffnet dann die Gatter 32 bis 34-.Duty cycle of the engine on "when the fuel injection can begin. The bistable switching element 4-1 then opens the gates 32 to 34-.

An den Ausgang des Luftmengen-Funktionsgenerators 28 ist ein Niveaumeßglied 4-3 angeschlossen, welches ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Luftmengenstrom unter eine vorbestimmte Höhe fällt, welche das Schließen des Einlaßventils anzeigt. Ein Zeitverzögerungsglied 44, das vom Niveaufühler 4-3 beeinflußt wird, schaltet das bistabile Schaltglied 4-1 aus, wodurch die Gatter 4-2 bis 44 nach einem kurzen Zeitverzug geschlossen werden. Diese Zeitverzögerung ist lang genug um sicherzustellen, daß das Einlaßventil vollständig geschlossen ist, bevor die Einspritzung aufhört, jedoch kurz genug, um das System am Versuch der Brennstoffeinspritzung zu hindern, nachdem der Druck im Zylinder begonnen hat, infolge des Verdichtungshubes des Kolbens anzusteigen, oder, wenn der Kolben den Injektor überdeckt.At the output of the air quantity function generator 28, a level measuring element 4-3 is connected, which has an output signal generated when the air flow rate falls below a predetermined level, causing the inlet valve to close indicates. A time delay element 44, which is influenced by the level sensor 4-3, switches the bistable switching element 4-1 off, whereby the gates 4-2 to 44 after a short time delay getting closed. This time delay is long enough to ensure that the inlet valve is complete is closed before injection stops, but short enough to keep the system from attempting fuel injection to prevent after the pressure in the cylinder has started to increase due to the compression stroke of the piston, or when the piston covers the injector.

Es ist ein wichtiges Merkmal des Motors, daß die Einspritzung zu Beginn des Verdichtungshubes beendet ist _% weil das System auf der Wirkung des Verdichtungshubes basiert, die Luft und den Brennstoff im Zylinder richtig zu.durchmischen.It is an important feature of the engine that the injection is completed at the beginning of the compression _stroke% because the system is based on the effect of the compression stroke, zu.durchmischen the air and fuel in the cylinder properly.

Das Zeitverzögerungsglied 24- betätigt auoh am Ende des Ansaugvorganges und der Brennstoffeinspritzung ein monostabiles Schaltglied 4-5. Das monostabile Schaltglied 4-5 stellt die Zähleinrichtung 30 auf Null zurück und bereitet sie damit auf den nächsten iÄrbeitsZyklus vor.The time delay element 24- actuated auoh at the end of the suction process and the fuel injection a monostable switching element 4-5. The monostable switching element 4-5 provides the counter 30 returns to zero and prepares it with it for the next work cycle.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist in den Pig. 4- und 5 veranschaulicht. Zu Beginn des Ansaughubes des Kolbens beginnt die Luft, in den Zylinder einzutreten, und die Zähleinrichtung 30 speichert eine Zählung, die repräsentativ für die Luftmenge im Zylinder ist. Die Brennstoffein-The way the circuit works is in the Pig. 4- and 5 illustrated. At the beginning of the piston intake stroke, the air begins to enter the cylinder and the counter begins 30 stores a count representative of the amount of air in the cylinder. The fuel

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spritzung beginnt nicht augenblicklich sondern mit Verzögerung, bis der Injektor vom Kolben freigegeben ist. In diesem Zeitpunkt v/erden die Gatter 32 bis 34 durch den Kurbelwellen-Stellungsanzeiger 34- geöffnet. Im Schwachleistungsbetrieb (Fig. 4), wenn die Drosselklappe 18 nur teilweise geöffnet wird, wird die Zählung, die während der Öffnung der Gatter 32 bis 34- entsteht, von mittlerer Größe sein und dazu ausreichen, das Gatter 33 anzudrehen, wodurch ein mittlerer Wert 48 an Brennstofffluß erzeugt wird. Dieser mittlerer Wert an Brennstofffluß bleibt erhalten, bis eine genügend große Anzahl von Brennstoffflußeinheiten in der Zähleinrichtung ausgezählt sind, wodurch die Zählung auf ein Niveau vermindert wird, auf welchem nur noch das Gatter 32 eingeschaltet ist. Brennstoff wird dann weiterhin in einem niedrigen Ausmaß 46 eing«; spritzt.Injection does not start immediately but with a delay until the injector is released from the piston. At this point in time, the gates 32 to 34 are grounded by the Crankshaft position indicator 34- open. In low-power operation (Fig. 4), when the throttle valve 18 only is partially opened, the count produced during the opening of gates 32 to 34- will be of medium size and be sufficient to turn gate 33, producing an average value 48 of fuel flow. This mean value of fuel flow is maintained until one sufficiently large number of fuel flow units in the Counting device are counted, whereby the count is reduced to a level at which only the Gate 32 is on. Fuel will then continue to be added to a low degree; splashes.

Bei liochleistungsbetrieb (Fig. 5) reicht die Zählung in der Zähleinrichtung zu Beginn der Brennstoffeinrichtung aus, um ein hohes Ausmaß 4-7 an Brennstoff fluß durch das Gatter 34- hervorzurufen. Der Brennstofffluß sinkt über die Zwischengröße 48 auf das niedrige Ausmaß 46 ab, wenn die Brennstoffeinspritzung die Luftansaugmenge einholt, und die Zählung in der Zähleinrichtung 30 nimmt ab.In high-power operation (Fig. 5), the count is sufficient in the counter at the start of the fuel installation to a high degree of 4-7 fuel flow through the Gate 34- to cause. The fuel flow sinks above the intermediate size 48 down to the low level 46 when the fuel injection catches up the air intake amount, and the count in counter 30 decreases.

Das richtige Arbeiten der vorbeschriebenen Schaltung hängt von der Geschwindigkeit ab, mit welcher die verschiedenen Betriebsvorgänge ausgeführt werden können. Bei maximaler Drehzahl des ffotors beträgt die Dauer des Ansaughubes etwa 2 Willisekunden. Wenn dieses System nioht genügend schnell arbeitet, wird eine beträchtliche Zählung in der Zähleinrichtung 30 in dem Augenblick zurückbleiben, wenn die Brennstoffeinspritzung aufhört, und diese Zählung wird den Luftüberschuß im Zylinder darstellen, wodurch das Gemisch ärmer aij.8 der vorbestimmte Wert ausfällt.The correct operation of the circuit described above depends on the speed with which the various Operations can be performed. The duration of the suction stroke is at the maximum speed of the ffotype about 2 williseconds. If this system is not enough working quickly becomes a sizable count in the Counter 30 lag behind at the moment when fuel injection stops and this count will represent the excess air in the cylinder, causing the Mixture poorer aij.8 the predetermined value fails.

Ein Weg, um dieses Problem zu überwinden, ist die MessungOne way to overcome this problem is by measurement

309833/0 421 Fo 8438/30*Ί*Ί973309833/0 421 Fo 8438/30 * Ί * Ί973

23053H23053H

der innerhalb eines Arbeitszyklus angesaugten Luftmenge und die Einspritzung einer entsprechend bemessenen Brennstoffmenge beim nächsten Arbeitszyklus. Die Differenz z-wisehen den aufeinanderfolgenden Zyklen kann nicht ausreichen, um das gewünschte Luft-Brennstoff-Verhältnis umzukippen. Ein solches System könnte in einem '-'Einzyklus¹¹-Betrieb (d.h. Einspritzung des abgemessenen Brennstoffs innerhalb desselben Zyklusses, in welchem die Messung erfolgt) bei niedriger Drehzahl arbeiten, wo der Betrieb langsamer, jedoch die Veränderung von Zyklus zu Zyklus größer ist, und auf ⁿNachfolgezyklus"-Betrieb umschalten, wenn die Drehzahl der Maschine ansteigt.the amount of air sucked in within one work cycle and the injection of a correspondingly measured amount of fuel in the next work cycle. The difference z-wise in the successive cycles may not be sufficient to overturn the desired air-fuel ratio. Such a system could operate in a '-' one cycle ¹¹ operation (ie, injecting the metered fuel within the same cycle in which the measurement is made) at low speed, where the operation is slower but the change from cycle to cycle is greater, and Switch to ⁿ follow-up cycle "operation when the speed of the machine increases.

Eine alternative Ausführungsform des Systems versucht, vom ersten Teil des Ansaughubes vorwegzunehmen oder zu extrapolieren,-was die gesamte Luftmenge am Ende des Zyklus sein wird, und den Brennstoff in Übereinstimmung mit einem solchen errechneten Wert einzuspritzen·.An alternate embodiment of the system seeks to anticipate or decrease the first part of the intake stroke extrapolate what the total amount of air at the end of the Cycle, and inject the fuel in accordance with such a calculated value ·.

Eine einfache Abänderung der Schaltung nach Fig. 4- verwendet die in der Zähleinrichtung verbleibende Zählung am Ende des Zyklus, um den nächsten Zyklus zu kompensieren und dadurch das gewünschte Mischungsverhältnis bei hoher Drehzahl aufrechtzuerhalten. Das monostabile Schaltglied 4-5 ist dabei weggelassen, so daß die Zähleinrichtung nicht am Ende des Ansaughubes auf Null zurückgestellt wird. Auf diese Weise wird jede Zählung, die in der Zähleinrichtung verbleibt, innerhalb des nächsten Zyklus hinzugenommen, und die volle Einspritzung beginnt in einem größeren Ausmaß oder verbleibt in einem größeren Ausmaß für eine längere Zeit. Am Ende dieses nächsten Zyklus wird die Zähleinrichtung immer noch einen Buckstandbetrag zählen, der angenähert gleich dem Rückstand am Ende des vorhergehenden Zyklus sein wird, so daß dann die korrekte Menge an Brennstoff eingespritzt worden ist. Wenn dieA simple modification of the circuit of Fig. 4- is used the count remaining in the counter at the end of the cycle to compensate for the next cycle and thereby maintaining the desired mixing ratio at high speed. The monostable switching element 4-5 is omitted, so that the counter is not reset to zero at the end of the suction stroke. This way, every count that is in the counter remains, added within the next cycle, and full injection begins in one greater extent or remains to a greater extent for a longer time. At the end of this next cycle the counter will still have a buck stand amount count that is approximately equal to the residue at the end of the previous cycle so that the correct amount of fuel has then been injected. If the

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Drehzahl des Motors ansteigt, wird die Zählung in der Zähleinrichtung 31 am Ende eines jeden Zyklus größer werden, als der wirksame Betrieb vom "Innerzyklus"-Betrieb in den 'Nachfolgezyklus"-Betrieb übergeht.The speed of the motor increases, the count in the counter 31 at the end of each cycle become greater than the effective operation from "inner-cycle" operation into the 'Follow-up cycle' operation passes over.

Die Gesamtheit der Schaltung nach Fig. 2 kann für einen jeden Zylinder vorgesehen sein; es lassen sich jedoch beträchtliche Einsparungen an Schaltungsgliedern durch gemeinsame Zuordnung wenigstens eines Teils der Schaltung auf mehrere Zylinder erzielen.The entirety of the circuit according to FIG. 2 can be provided for each cylinder; However, it can be considerable Savings on circuit elements by jointly assigning at least part of the circuit to achieve multiple cylinders.

Dies ist möglich, weil die Ansaughübe in bestimmter Folge ablaufen. Bei einem Vierzylindermotor beispielsweise reichen zwei Logikkreise, auf je zwei Zylinder augeteilt, aus.This is possible because the suction strokes take place in a specific sequence. In the case of a four-cylinder engine, for example two logic circuits, divided into two cylinders each, are sufficient.

Alle Schaltungselemente der Fig. 2 mit Ausnahme des Luftflußfühlers, des Luftdruckfühlers,des Brennstoffgeschwindigkeitsfühlers und des Einspritz-Elektromagneten können auf diese Weise gemeinsam sein.All circuit elements of Fig. 2 with the exception of the air flow sensor, the air pressure sensor, the fuel speed sensor and the injection solenoid can be common in this way.

Wenn die Schaltung ohne das monostabile Schaltglied 45 verwendet wird, können separate Zähleinrichtungen 30 für einen jeden Zylinder notwendig sein.When the circuit is used without the one-shot switching element 45 separate counters 30 may be necessary for each cylinder.

Patentansprüche /Patent claims /

30 9833/042130 9833/0421

Fo 8438/30,1.1973Fo 8438 / 30.1.1973

Claims

23053H claims

1. Otto engine with fuel injection, in particular for motor vehicles, characterized that the fuel injection is immediate takes place in each working cylinder during the suction stroke

2. Otto engine according to claim 1, characterized that the fuel injection during each duty cycle at least substantially is ended with the closing time of the inlet valve, so that the fuel injection system does not act against the high pressure in the working cylinder during the compression stroke and fuel and air in the working cylinder be mixed thoroughly during the compression stroke.

3. Otto engine according to claim 1 or 2, characterized by means of measuring the in one, each working cylinder during each working cycle incoming air volume and means for regulating the fuel injection in the working cylinder depending on the measured values.

4-. Otto engine according to claim 3i characterized that the amount of fuel injected during each duty cycle depends on the reading depends on the amount of air entering the cylinder during the same cycle.

309833/0421309833/0421

Po 84-38 / January 30, 1973

5. Otto engine according to claim 3, characterized in that the during each
Duty cycle amount of fuel injected from the reading of the fuel injected during the same cycle in the previously ignited
Cylinder entering air volume is dependent.

6. Otto engine according to one of claims 3 to 5> characterized in that the control device for fuel injection is designed so that regardless of the moment in the working cylinder incoming amount of air a substantially constant air-fuel ratio is maintained.

7 · spark-ignition engine according to claim 6, characterized in t that the air-fuel ratio between 18: is 1: 1 and 22nd

8. Otto engine according to claim 7, characterized that the air-fuel ratio is about 20: 1.

9. Otto engine according to ejnem of the preceding claims, characterized in that the
Fuel can be injected through fuel injectors arranged in the wall of each cylinder.

10. Otto engine according to claim 9 »characterized in that the cylinder block with the
The cylinder head consists of one piece and the cooling jacket contained therein encloses the fuel injectors.

11. Otto engine according to one of the preceding claims, characterized in that the
Fuel injection system is a low pressure system that
works at 14kg / cm or less.

309833/0421
Fo 8438 / January 30, 1973:

12. Otto engine according to one of the preceding claims., Characterized by means for maintaining an essentially constant humidity for the sucked air.

13 · Otto engine according to claim 12, characterized daduroh that the means for maintaining the air humidity are formed by a water gasifier are »by which 100% relative humidity in the aspirated air can be maintained.

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Fo 84J8 / January 30, 1973