DE2431607A1 - Kraftstoffeinspritzanlage fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Saugrohr, in dem ein ohne bewegliche Teile arbeitendes Luftmeßorgan und eine willkürlich betätigbare Drosselklappe hintereinander angeordnet sind und mit einer elektrischen Steuereinrichtung, mittels der der gemessenen Luftmenge eine entsprechende Kraftstoffmenge zumeßbar ist, wobei im Saugrohr eine Querschnittsänderung zur Strömungsbeeinflussung, eine Vorrichtung zur Wirbelerzeugung und mindestens ein als Druck-, Temperatur-, Geschwindigkeits- oder AkustikfUhler.ausgebildetes Meßelement angeordnet ist, welches die Wirbelfolge als digital auswertbares Meßsignal erfaßt, das in der elektrischen Steuereinrichtung in eine Steuergröße für die Kraftstoffeinspritzmenge wandelbar ist.
• Zweck derartiger Kraftstoffeinspritzanlagen ist, einer im Saugrohr gemessenen Luftmenge eine entsprechende (proportionale) Kraftstoffmenge zuzumessen, wobei die Proportionalität in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen, insbesondere in Abhängigkeit von giftigen Bestandteilen im Abgas änderbar ist. Dadurch, daß keine beweglichen Teile im Luftmeßorgan verwendet werden, besteht keine Gefahr unerwünschter Reibungseinflüsse zwischen den beweglichen Teilen, c'ie die Regelung nachteilig beeinfllssen könnten.
• Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzanlage dieser Art wird die Luftmenge durch einen in dem Saugrohr angeordneten Hitzdraht gemessen, indem die von der Luftmenge abhängige Abkühlung als Meßgröße für eine Regelung verwendet wird.
• Diese bekannte Anlage hat jedoch den Nachteil, daß die Luft mehr oder weniger nur an einer Stelle des Saugrohres gemessen werden kann, wodurch die Strömungsverhältnisse nur an dieser einen Stelle erfaßt werden. Die elektrische Meßgröße ändert sich zudem nicht linear mit der Luftmenge, sondern in Abhängigkeit einer komplizierten Funktion und muß durch entsprechend aufwendige Steuerungsglieder in die gewünschte, für die Kraftstoffeinspritzmenge brauchbare Steuergröße gewandelt werden. Zudem kommt es bei stark pulsierender Strömung zu unerwünschten überlagerten Impulsen und damit zu einer falschen Anzeige der angesaugten Luftmenge.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzanlage der bekannten Art zu entwickeln, bei der der Meßwert der angesaugten Luftmenge ohne Einfluß der Strömungspulsation ermittelbar ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wirbel folge durch mindestens zwei in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Ebene sich gegenüberliegende Meßelemente und die Differenz der Meßsignale durch einen Differenzverstärker der elektrischen Steuereinrichtung ermittelbar ist.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die insbesondere als Hitzdrahtsonden ausgebildeten Meelemente jeweils in einer Brücken£;chaltung angeordnet und von je einer Regelschaltung auf eine konstante Temperatur einregelbar sind.
• Nach einer anderen vorteilhaften Jusgestaltung der Erfindung ist dem Differenzverstärker ein SI,itzenwertgleichricht er und eine Triggerschaltung nachgeschaltet und die Schalthysterese der Triggerschaltung vot der Amplitude der Wirbelimpulse abhängig.
• Eine weitere vorteilhafte AusgestEltung der Erfindung ist derart, daß die Vorrichtung einen Drall mit Kern (Wirbelfaden) erzeugt und stomaufwärts der Meßelemente in einem Rohrabschnitt engeren Durchmessers angeordnet ist und die Meßelemente in einem sich anschließenden Abschnitt größeren Durchmessers angeordnet sind, durch den der Kern aus dem Rohrzentrum an die Rohrwand ausgelenkt wird, so daß die Meßelemente ein der Frequenz des an der Rohrwand umlaufenden Kerns entsprechendes Meßsignal abgeben und als Vorrichtung im Saugrohr fest angeordnete Leitschaufeln dienen.
• Der bei dieser Meßvorrichtung durch die Vorrichtung entstehende zentrale Wirbelfaden wird durch den Diffusor aus der Rohrachse abgelenkt und bewegt sich in einer spiralförmigen Bahn um die Rohrachse herum. Die Frequenz des Umlaufs ist hierbei direkt proportional der mittleren Geschwindigkeit des den Rohrquerschnitt durchströmenden Volumens. Jedes Malwenn der Wirbelfaden an einem Meßelement vorbeistreift, wird eine Anzeige abgegeben. Erfindungsgemäß wird durch die Auswertung der Differenz der Meßwerte von mindestens zwei Meßelementen am Differenzverstärker eine Unterdrückung des Pulsationssignals erreicht.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzanlage in einem über sichtsbild mit einem Wirelfaden-Luftmeßgerät, Fig. 2 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der Spannung an einem ersten Meßelement darstellt, Fig. 3 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der Spannung an einem zweiten Meßelement darstellt, Fig. 4 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der Differenz der Spannungen an dem ersten und zweiten Meßelement darstellt, Fig. 5 und 6 ein Funktionsschema und einen elektrischen Schaltkreis der elektrischen Steuereinrichtung.
• In der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage wird eine Brennkraftmaschine 1 über ein Saugrohr 2 und einen Filter 3 mit Luft versorgt. Diese angesaugte Luftmenge wird durch ein Luftmeßorgan 4 gemessen und ihr über eine Kraftstoffzumeß- und Verteilereinheit 5 eine entsprechende Kraftstoffmenge möglichst dicht vor den Motoreinlaßventilen beigegeben. Die Kraftstoffzumeßeinheit 5 wird durch eine Elektroförderpumpe 6 über eine Leitung 7 aus einem Kraftstoffbehälter mit Kraftstoff versorgt, dessen Druck durch ein Druckregelventil 8 regelbar ist.
• Im Luftmeßorgan II werden Wirbel erzeugt, deren Frequenz (Wirbelfolge) durch Hitzdraht-Meßelemente 9 erfaßt und als digitales Meßsignal einer elektrischen Steuereinrichtung zugeführt werden, deren Ausgangsgröße die Kraftstoffzumeß-und Verteilereinheit 5 ansteuert und dort bei Analogsteuerung ein Proportionalmagnetventil versorgt oder als Direkt-Digitalsteuerung ein getaktetes Magnetventil betätigt.
• Bei dem dargestellten Luftmesser wird die Luft strömung durch ein festitehendes Eintrittsleitrd 12 in Rotation um die Rohrachse versetzt, so daß die tangentiale Geschwindigkeit zur Rohr:nitte hin zunimmt. Dadurch entsteht um die Rohrachse ein rasen drehender Wirbelkern (Wirbelfaden). Beim Einströmen in eine navhfolgende Rohrerweite ung 13 (Diffusor) wird der Wirbelkern aus der Rohrachse abgelenkt und bewegt sich in einer spiralfrmigen Bahn weitgehend a der Rohrwand um die Rohrachse herum. Auf einer Schnittebene senkrecht zur Diffusorachse beschreibt der Wirbelkern dabei eine Kreisbahn. Die Frequenz des Umlaufs ist direkt proportional der mittleren Geschwindigkeit im Rohrquerschnitt des durckgesetzten Volumens. Die Meßelemente 9 sind in diesem Diffuscr gegenüberliegend angeordnet uld werden je nach durchgesetzter Luftmenge mehr oder weniger häufig vom Wirbelkern berührt. Infolge der höheren Geschwindigkeit im Wirbelkern wird beim Durchgang des Wirbelkerns der Hitzdraht stärker abgekühlt als von der übrigen Strömung. Diese digitalen Meßsignale werden in der elektrischen Steuereinrichtung 10 verstärkt, geformt und einem nachfolgenden Trigger zugeführt. Im Anschluß an den Diffusor ist im Saugrohr ein Austrittsleitrad 15 angeordnet mit dem die Drallströmung wieder gleichgerichtet wird.
• In Figur 2 ist der Verlauf der Signalspannung U1 über der Zeit t eines ersten Meßelementes 9 und in Figur 3 der Verlauf der Signalspannung U2 eines zweiten Meßelementes 9 dargestellt. Dabei werden die durch den Wirbelfaden im Diffusor 13 an den Meßelementen 9 erzeugten Impulse a durch die Pulsation b überlagertW~ährend die Pulsation b von beiden Meßelementen gleichzeitig erfaßt wird, erfolgen die Wirbelfadenilnpulse a zeitlich nacheinander, infolge der einander gegenüberliegend angeordneten Meßelemente 9. Bildet man mit Hilfe eines Differenzverstärkers die Differenz # U aus den Signalspannungen U1 und U2 so ergeben sich die Wirbelfadenimpulse a entsprechend Figur 4 ohne Beeinflussung durch die Pulsation.
• Die insbesondere als Hitzdrähte .usgebildeten Meßelemente 9 werder von einem Strom durchflossen und sind hierfür in je einer Brückenschalvung 18,19 angeordnet (Fig.5).
• Die Hitzdrähte werden von je einer Regelschaltung 20 und 21 (uf konstanter Temperatur gehalten. Die Signalspannungen werden an den Ausgängen A und B der einzelnen BrückenLchaltungen 18 und 19 abgegriffen und einem Differenzverstar-ker 24 zugeführt. Am Ausgang des Differenzverstärkers liegt ein Spitzenwertyleichrichtzr 25 und eine Triggerschaltung 26.
• Die wirksame Schalthysterese der jeweils bei über oder Untersct;reiten der Schaltschwellen in die entsprechende Schaltlage kippenden TriggerschaLtung kann u.U. von der Amplitude der Wirbelfadenimpulse abhängig gemacht werden.
• Eine entsprechende Schaltung für Wechselspannungsdifferenzverstärker und Triggerschaltung mit amplitudenabhängiger Hysterese zeigt Fig. 6. Um eine eventuelle Gleichstrolr drift der Signale zu unterdrücken, kann es vorteilhaft sein, den Differenzverstärker 24 nur die Wechselstromkomponente der Signale auswerten zu lassen. Die Wechselstromkomponenten der an A und B anliegenden Spannungssignale werden über Kondensatoren 29 und 30 dem Differenzverstärker 24 zugeführt, der das an A und B gleichzeitig auftretende Gleichtaktsignal, hervorgerufen durch die Pulsation der Ansaugder luft, unterdrückt und nur die Differenz/Wirbelfadensignale verstärkt. Diese Differenz ist am Ausgang des Differenzverstärkers 24 als Spannung gegen die halbe Versorgungsspannung ab zugreifen. über die Dioden 31 und 32 und die Kondensatoren 33 und 34 wird eine Spitzenwertgleichrichtung des Differenzsignals erreicht, so daß an den Kondensatoren 33 und 34 stets der Spitzenwert des positiven bzw. negativen Differenzsignals abgegriffen werden kann.
• Der Ausgang des Differenzverstärkers 24 wird über den Widerstand 35 dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 36 zugeführt, der als Schaltverstärker mit Hysterese wirkt, wobei die Hysterese vom Verhältnis der Widerstinde 37 und 38 sowie von der Spannung abhängt, an die Qer Widerstand 37 in den beiden Schaltendlagen des Verstärkers 36 angelegt wira.
• Liegt de;7 Ausgang des Verstärkers 36 auf positivem Potentia, dann wird über einen Widerstand 39 die Basis eines Trcnsistors 40 ebenfalls zum positiven Potential gezogen. Der Transistor 40 wirkt dann als Doppeldiode, so daß die Basis des Transistors 40 nur auf einen Spannungswert gezcgen werden kann, der um eine Diodenstrecke positiver als die Spitzenwert spannung an dem Kondensator 33 ist. Die Spannung am Emitter des Transistors 40 ist demgegenüber eine Diodenspannung negativer und hat somit den gleichen Wert wie die Spannung am Kondensator 33. Da der Emitter des Transistors 40 mit dem Hysteresewiderstand 37 in Verbindung steht, ist die Hysterese von dem augenblicklichen Differenzspannungsspitzenwert abhängig. Für den zu dem Transistor 40 komplementren Transistor 41 und dem Kondensator 34 gilt sinngemäß das Gleiche. Am Ausgang 42 der Triggerschaltung können dann die aufbereiteten Differenzimpulse abgenommen werden.

Claims (6)

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Saugrohr, in dem ein ohne bewegliche Teile arbeit endes Luftmeorgan und eine willkürlich betätigbare Drosselklappe hintereinander angeordnet sind und mit einer elektrischen Steuereinrichtung, mittels der der gemessenen Luftmenge eine entsprechende Kraftstoffmenge zumeßbar ist, wobei im Saugrohr eine Querschnittsänderung zur Ströraungsbeeinflussung, , eine Vorrichtung zur Wirbelerzeugung und mindestens ein als Druck-, Temperatur-, Geschwindigkeits- oder Akustikfühler ausgebildetes Meßelement angeordnet ist, welches die Wirbelfolge als digital auswertbares Meßsignal erfaßt, das in der elektrischen Steuereinrichtung in eine Steuergröße für die Kraftstoffeinspritzmenge wandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelfolge durch mindestens zwei in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Ebene sich gegenüberliegende Meßelemente (9) und die Differenz der Meßsignale durch einen Differenzverstärker (24) der elektrischen Steuereinrichtung (10) ermittelbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die insbesondere als Hitzdrahtsonden (9) ausgebildeten Meßelemente jeweils in einer Brückenschaltung (18,19) angeordnet und von je einer Regelschaltung (20,21) auf eine konstante Temperatur einregelbar sind.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzverstärker (24) ein Spitzenwertgleichrichter (25) und eine Triggerschaltung (26) nachgeschaltet ist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalthysterese der Triggerschaltung (26) von der Amplitud der Wirbelimpulse abhängig ist.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach aspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich ung (12) einen Drall mit Kern (Wirbelfaden) er:eugt und stromaufwärts der Meßelemente (9) in einem Roblrabschnitt engeren Durchmessers angeordnet ist und die Meßelemente (9) in einem sich anschließenden Abschnitt (13) größeren Durchmessers (Diffusor) angeordnet sind, durch den der Kern aus dem Rohrzentrum an die Rohrwand ausgelenkt wird, so daß die Meßelemente (9' ein der Frequenz des an der Rohrwand umlaufenden Kerns entsprechendes Meßsignal abgeben.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung (12) im Saugrohr festangeordnete Leitschaufeln dienen.