DE2431559B2 - Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit den einzelnen Zylindern der Maschine zugeordneten Brennstoffeinspritzventilen, deren Öffnungsdauer in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines im Auspuff der Maschine angeordneten Sauerstoffühlers mittels einer Rechenschaltung bestimmt wird.

Ein solches Brennstoffemspritzsystem ist beispielsweise aus der DE-OS 20 10 793 bekannt, bei dem zwar eine Rückmeldung zur Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses vorgesehen ist, jedoch alle Brennstoffeinspritzdüsen gemeinsam mit einem Druckregler verbunden sind, so daß das Verhältnis von Luft zu Brennstoff für alle Zylinder nur gleichzeitig auf den stöchiometrisehen Wer! eingeregelt werden kurin, gleichgültig welche Angabe der Saucrstoffühler macht.

Aus der L)IvOS 22 20 264 ist außerdem ein Brennstoffeinspritzsystem bekannt, bei dem zwei Druckregler Verwendung finden. Diese Druckregler sind mit einem Einspritzventil verbunden, durch das die Brennstoffzufuhr während des Anlassens erhöht wird. Hierzu ist einer der Regler so ausgebildet, daß er auf den Anlasserschalter anspricht. Nach einem nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag gemäß der DE-PS 23 49 533, werden die Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine in Gruppen aufgeteilt, be; denen die Öffnungszeiten der Ventile unterschiedlich lange geöffnet werden. Die Brennstoffversorgung erfolgt jedoch über einen gemeinsamen Druckregler.

Diesen bekannten Brennstoffeinspritzsystemen ist gemeinsam, daß das Luft-Brennstoffverhältnis nur auf einen bestimmten Wert eingeregelt werden kann, da der Sauerstoffühler ein Steuersignal erzeugt, das die Brennstoffeinspritzventile so steuert, daß sie ein optimales Luft-Brennstoff verhältnis von ungefähr 14,8 hersteilen und einhalten.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Brennstoffeinspritzsystem so auszubilden, daß es auch auf Luft-Brennstoffverhältnisse eingestellt werden kann, die von dem oben erwähnten Wen abweichen, wodurch die schädlichen Bestandteile in den Auspuffgasen eines Motors wirksam vermindert werden können. Wenn beispielsweise das Verhältnis auf 18,5 eingestellt wird, kann eine niedrigere Co-, HC- und NOx-Emission erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmaien gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Luft-Brennstoff-Verhältnis und dem Gehalt an CO und O2 im Auspuffgas.

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Luft-Brennstoff-Verhältnis und der im Sauerstoffühler erzeugten elektromotorischen Kraft.

F i g. 3 eine schematische Draufsicht des elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems.

Fig. 4 ein elektrisches Schaltschema einer Rechenschaltung des Brennstoffeinspritzsystems.

Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt des Brennstoffdruckreglers des Brennstoffeinspritzsystems.

F i g. 6 eine weitere Ausführungsform eines Brennstoffversorgungssystems des Brennstoffeinspritzsystems.

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Luft-Brennstoff-Verhältnis und dem Brennstoffdruck im Brennstoffversorgungssystem.

Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit des Gehalts von Kohlenmonoxid und Sauerstoff im Auspuffgas vom Luft-Brennstoff-Verhältnis. Man sieht, daß der Gehalt an Kohlenmonoxid mit zunehmendem Luft-Brennstoff-Verhältnis abnimmt, der Gehalt an Sauerstoff dagegen ansteigt. Etwa bei einem Verhältnis von 15 sind die Gehalte beider Gase etwa gleich groß.

In Fig. 2 ist die vom Sauerstoffühler abgegebene elektromotorische Kraft in Abhängigkeit vom Luft-Brennstoff-Verhältnis dargestellt. Man ersieht aus dieser Figur, das bei einem Luft-Brennstoff-Verhältnis von 14,8 eine starke Änderung der elektromotorischen Kraft auftritt, so daß sich dieser Punkt am besten für eine Regelung eignet. Man ersieht auch aus der dargestellten Kurve, daß eine F.inregelung auf ein anderes Verhältnis schwierig wäre, da hier die Änderungen der elektrumotorisihen Kraft nur ger ig sind.

In Γ ig. J bezeichnet das Bezugs/eichen 1 eine Reihenschaltung, 2 und 5 Hiennstoffeinspritzventile, 5

einen Brennstofftank. Die Bezugszeichen 7 und 8 bezeichnen Brennstoffpumpen, 9 ein erstes Druckregelventil, 11 ein zweites Druckregelventil, 13 einen Brennstoffverteiler. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein erstes Auspuffsammeirohr, 17 ein zweites Auspuffsammelrohr. 19 einen Sauerstoffühler. Die Rechenschaltung 1 steuert die Betätigung der Breiaistoffeinspritzventile 2 und 3 während einer geeigneten Zeitdauer zur Einspritzung einer geeigneten Menge von Brennstoff in eine Brennkraftmaschine 21 in Abhängigkeit von Signalen aus einem Unterdruckanzeiger 23, einem Kurbelwinkelanzeiger 25 und einem Sauerstoffühler 19. Das erste Druckregelventil 9 regelt den Druck des von der Brennstoffpumpe 7 geförderten Brennstoffs, damit Brennstoff mit konstantem Druck zum Brennstoffeinspritzventil 2 geliefert wird, das an dem linken Zylinder des Motors 21 angebracht ist. Der Sauerstoffühler 19 ist am ersten Auspuffsammeirohr 15 angebracht, das an den genannten linken Zylinder angeschlossen ist. Das erste Druckregelventil 9 hat die in Fig.5 gezeigte Konstruktion, bei der eine mit einem Ventilsitz 32 versehene Membran 27 in ein Gehäuse 29 eingebaut ist und die innere Kammer in obere und untere Kammern 31 bzw. 33 teilt, in der eine Schraubenfeder in der unteren Kammer 33 eingebaut ist und in der ein überstehendes Rohr 37 in der Kammer 31 mit einem Ventilteil 39 eingebaut ist, der dem Ventilsitz 32 zugewandt ist. Die obere Kammer 31 ist über eine Brennstoffleitung 41 mit der Brennstoffpumpe 7 und über eine Brennstoffleitung 43 mit dem Brennstoffeinspritzventil 2 verbunden, wodurch von der Brennstoff pumpe 7 geförderter Brennstoff eingeführt und zum Einspritzventil 2 herausgelassen wird.

Das vorspringende Rohr 37 ist über eine Brennstoffleitung 45 mit dem Brennstofftank 5 verbunden und läßt Brennstoff aus der oberen Kammer 31 zum Brennstofftank austreten, wenn der Brennstoffdruck ansteigt und die Membran 27 abwärts drückt, um den Ventilsitz 32 vom Ventilteil 39 abzuheben.

Die untere Kammer 33 ist über eine Unterdruckleitung 49 an eine Einlaßleitung 47 der Brennkraftmaschine 21 angeschlossen, wobei die Unterdruckleitung 49 den in der Einlaßleitung 47 erzeugten Unterdruck hierher leitet. Daher bewegt sich die Membran 27 zusammen mit dem Ventilsitz 32 in Abhängigkeit vom Brennstoffdruck und vom Unterdruck, um die aus der oberen Kammer 31 zum Brennstofftank zurückkehrende Brennstoffmenge zu steuern und somit den Brennstoffdruck zu regeln. Der Brennstoffdruck hängt ebenfalls von der Charakteristik der Schraubenfeder 35 ab.

Das zweite Druckregelventil 11 entspricht dem ersten Druckregelventil 9, mit der Ausnahme, daß die Federkonstante der Schraubenfeder des zweiten Druckregelventils U kleiner gewählt wird als diejenige des ersten Druckregelventils, so daß das zweite Druckregelventil 11 den Brennstoffdruck auf einen niedrigeren Wert einregelt als derjenige des ersten Druckregelventils 9. Daher wird durch den Brennstoffverteiler 13 und die Brennstoffleitungen 51 in die mit den Brennstoffeinspril/veitilen 1 versehenen Zylinder bei Betätigung beider Brennstoffeinspritzventile 2 und 3 mit der gleichen /eiidauer Brennstoff mit niedrigeren) 1.ViKk. ii Ii eine geringere Menge von liivnnstoff, durch die entsprechenden Brennstoffemsprit/veniile ! als durch das linke Einspritzventil 2 geliefert.

Wenn der Sauerstoffühler I¹) sein Signal zur Rechenschaltung 1 liefert, halt diese das l.uft-üieniistoff-Verhältnis des linken Zylinders durch Steuerung der Einspritzdauer des Brennstoffeinspritzventils 2 bei ungefähr 14,8. Andererseits wird in die übrigen mit den Brennstoffeinspritzventilen 3 versehenen Zylinder weniger Brennstoff eingespritzt, um somit das Luft-Brennstoff-Verhältnis größer als dasjenige des linken Zylinders zu machen.

Eine Beziehung zwischen dem Luft-Brennstoff-Verhältnis und einem geregelten Brennstoffdruck für eine 4-Takt und 6-Zylinder-Brennkraftmaschine ist in Fig. 7 beispielsweise dargestellt, worin das Luft-Brennstoff-Verhältnis des mit dem Brennstoffeinspritzventil 2 verbundenen Zylinders auf 14,8 und der Brennstoffdruck in der Brennstoffleitung 43 auf 25 N/cm² eingeregelt wird, während die übrigen fünf Zylinder entsprechend mit einer geringeren Brennstoffmenge versorgt werden. Wie in Fig. 7 zu sehen, wird das gesamte Luft-Brennstoff-Verhältnis so eingeregelt, daß es beinahe gleich demjenigen der mit den Brennstoffeinspritzventilen 3 verbundenen mageren Zylinder ist Folglich wird die Brennkraftmaschine 21 insgesamt mit magerem Gemisch betrieben, das die schädlichen Bestandteile im Auspuffgas vermindert mit einer resultierenden Zunahme der Leistung des katalytischen Wandlers.

F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Brennstoffversorgungssystems. Das Bezugszeichen 53 bezeichnet eine zwischengeschaltete Brennstoffleitung, die ein erstes Druckregelventil 55 mit einem zweiten Druckregelventil !57 verbindet, die entsprechend den oben genannten ersten und zweiten Druckregelventilen 9 und U entsprechen. Eine Brennstoffleitung 59 ist an den Brennstofftank 5 angeschlossen und führt überströmenden Brennstoff hierher zurück. Eine Brennstoffleitung 61 ist an das linke Brennstoffeinspritzventil 2 angeschlossen, während eine Brennstoffleitung 63 an die Brennstoffeinsprit2:ventile 3 angeschlossen ist. Das Bezugszeichen 65 bezeichnet eine Brennstoffpumpe, die genau die gleiche ist wie die Brennstoffpumpen 7 und 8 des oben genannten Systems. Eine Schraubenfeder 67 des zweiten Druckregelventils 57 hat eine kleinere Federkonstante als eine Schraubenfeder des ersten Druckregelventils 55, so daß die Brennstoffeinspritzventile 3 in der gleichen Weise wie in Fig. 3 gezeigt weniger Brennstoff einspritzen als das Ventil 2.

Als nächstes werden die Konstruktionen und der Betrieb der Rechenschaltung 1 im Hinblick auf Fig.4 erklärt. Das Bezugszeichen 71 bezeichnet einen Generator, der mit dem Kurbelwinkelanzeiger 25 verbunden ist. Der Generator enthält Widerstände 71a, 7\b, 71c und 7\d, einen Kondensator 71g; NAND-Schaltkreise 7\f, 7id, 71/, 7ljund einen Transistor 71e. Die NAND-Schaltkreise 71/und 71ybilden ein Flipflop. Wenn das Kurbelwinkelsignal erzeugt ist, erzeugt der Generator 71 ein Rechtecksignal, das mit der Kurbelwellendrehung synchronisiert ist. Das Bezugszeichen 73 ist ein integrierter Kreis mit Widerständen 73a, 73f>, 73d, 73f, einem Transistor 73c, einem Operationsverstärker 73/' Der integrierte Kreis 73 führt seine Integration aus, wenn ein Ausgangssignal des NAND-Schaltkreises 7iy sich im O-Zustand befindet, und wird zurückgestellt, wenn sich das Signal im L-Zustand befindet. Das Bezugszeichen 75 ist ein Spannungsregelkreis mit einem Widersland 75a und einer /enerdiode T>b. Der Spannungskreis liefert die konstante Spannung, die vom integrierenden Kreis 73 integriert wird. Das l)e/tigs/eichen 72 ist ein .Steuerkreis mit Widerständen 77,·/, 77i 71g, 77Λ und Operationsverstärkern 776 und 77/ Der Operationsverstärker 77/» verstärkt das Ausgangssignal

des Sauerstoffühlers 19, während der andere Verstärker 77/ die beiden Ausgangssignale des Unterdruckanzeigers 23 und des Operationsverstärkers 776 addiert. Das Bezugszeichen 79 ist ein Komparatorkreis mit Widerständen 79a, 79i> und einem Komparator 79c, dessen Ausgang mit dem Eingang des NAND-Schaltkreises 71y verbunden ist. Der Komparator erzeugt ein L-Signal als Ausgang, wenn die Ausgangsspannung des integrierenden Kreises 73 niedriger ist als die Ausgangsspannmng des Steuerkreises 77, während er ein O-Signal erzeugt, wenn die erstere Ausgangsspannung höher ist als die letztere. Wenn der Komparator ein O-Signal erzeugt, wird der NAND-Schaltkreis in den L-Zustand versetzt, wodurch der integrierende Kreis 73 zurückgestellt wird. Das Bezugszeichen 81 bezeichnet einen Treiberkreis mit Widerständen 81a, 81f>, 81c »id, SIf, 81/ und Widerständen 81 e, 81Λ und 81/ Die Basis des Transistors 81 e ist an den Ausgang des NAND-Schaltkreises 7Iy angeschlossen. Wenn sich der Ausgang des NAND-Schaltkreises 71y im L-Zustand befindet, wird der Transistor 81 e leitend gehalten, während die Transistoren 81Λ und 81y nichtleitend gehalten werden. Wenn jedoch einmal der Kurbelwinkelanzeiger 95 ein Signal erzeugt, versetzt erden NAND-Schaltkreis 71/in den L-Zustand und macht somit den Transistor 81 e nichtleitend und die Transistoren 81 h und einleitend, um hierdurch die Einspritzventile 2 und 3 zu betätigen.

Wie oben angegeben, wird die Brennstoffeinspritzung eingeleitet, wenn der Kurbelwinkelanzeiger 25 ein Signal erzeugt, und wird unterbrochen, wenn der Komparatorkreis ein O-Signal erzeugt, wodurch die Einspritzdauer abhängig ist von den Signalen des Unterdruckanzeigers 23 und des Sauerstoffühlers 19, mit dem Ergebnis, daß der Brennstoff in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Ansaugleitung 47 und dem Sauerstoffgehalt im ersten Auspuffsammeirohr 15 gesteuert wird.

In dieser Rechenschaltung kann der Unterdruckanzeiger 23 durch ein in das Ansaugrohr 47 eingebautes Luftdurchsatzmeßgerät ersetzt werden.

Wie oben beschrieben, hat das Brennstoffeinspritzsystem der vorliegenden Erfindung zwei unterschiedliche Brennstoffversorgungssysteme, von denen jedes den Brennstoff mit unterschiedlichem Druck zu jedem der entsprechenden Brennstoffeinspritzventile 2 und 3 liefert, wodurch das gewünschte Luft-Brennstoff-Verhältnis als Ganzes erzielt wird und zur Verminderung der schädlichen Bestandteile in dem aus der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Auspuffgasen beiträgt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit den einzelnen Zylindern der Maschine zugeordneten Brennstoffeinspritzventilen, deren Öffnungsdauer in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines im Auspuff der Maschine angeordneten Sauerstoffühlers mittels einer Rechenschaltung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinder oder eine kleinere Gruppe von Zylindern mit einer getrennten Auspuffleitung (15) versehen sind, in der der Sauerstoffühler (19) angeordnet ist und daß dieser eine Zylinder oder diese kleinere Gruppe von Zylindern über eine erste aus Pumpe (7, 65) und Druckregelventil (9, 55) bestehende Fördereinheit mit Brennstoff unter einstellbarem Förderdruck versorgt werden, und daß die restlichen Zylinder über eine zweite, ebenfalls aus Pumpe (8, 65) und Druckregelventil (11, 57) bestehende Fördereinheit versorgt werden, wobei das Druckregelventil (II, 57) der zweiten Fördereinheit auf einen vorbestimmten, von dem des Druckregelventils (9,55) der ersten Fördereinheit abweichenden Förderdruck eingestellt ist.

2. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregelventile (9, II, 55, 57) zwei durch eine Membran (27) voneinander getrennte Kammern (31,33) aufweisen, von denen eine (31) an die ausgewählte Anzahl der Brennstoffeinspritzventile (2, 3) und an die Brennstoffpumpe (7, 8, 65) angeschlossen und mit einer Auslaßleitung (43) versehen ist.

3. Biennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (11,57) der zweiten Fördereinheit auf einen niedrigeren Förderdruck eingestellt ist als das Druckregelventil (9,55) der ersten Fördereinheit.

4. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die andere, als Steuerdruckkammer dienende Kammer (33) der Druckregelventile (9, 11, 55, 57) an die gemeinsame Lufteinlaßleitung (47) für die Zylinder angeschlossen ist.