DE2442229B2

DE2442229B2 - Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2442229B2
Application number: DE2442229A
Authority: DE
Inventors: Harro Ing.(Grad.) 7141 Schwieberdingen Herth; Bernd Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Kraus; Wilfried 7257 Ditzingen Sautter; Wolf 7141 Schwieberdingen Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-09-04
Filing date: 1974-09-04
Publication date: 1979-11-15
Also published as: US4073269A; JPS5153126A; FR2284038B1; GB1514232A; SE7509788L; JPS586049B2; SE434543B; FR2284038A1; BR7505655A; DE2442229A1; DE2442229C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Einrichtung zum Regeln der Zusammensetzung des in die Brennräume einer Brennkraftmaschine gelangenden Kraftstoff-Luft-Gemisches durch eine im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnete Sauerstoffsonde, wobei die Einrichtung einen Komparator enthält, dem die Steuerspannung der Sauerstoffsonde zugeführt wird und dessen Ausgang mit dem Eingang eines je nach Ausgangssignal des Komparators in wechselnden Richtungen integrierenden Integrators verbunden ist, dessen Ausgangssignal über den Eingang einer elektronischen Steuereinrichtung ein das Kraftstoff-Luft-Gemisch veränderndes Stellglied beeinflußt.

Soll bei einer Brennkraftmaschine das Massenverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Abgases beeinflußt werden, so geschieht dies bekannterweise mit Hilfe einer im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angebrachten Sauerstoffsonde und mit einer Regeleinrichtung, die abhängig vom Ausgangssignal der Sauerstoffsonde eine entsprechende Vergrößerung bzw. Verringerung der augenblicklich zugemessenen Kraftstoffmeoge zu der zugeführten Luftmenge bewirkt Es ist bekannt, daß sich diese Veränderung des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches sowohl bei mit Vergasern ausgerüsteten Brennkraftmaschinen als auch bei mit Einspritzanlagen versehenen Brennkraftmaschinen vor-• 5 nehmen läßt Die verwendeten Regeleinrichtungen zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches haben vorzugsweise Integralverhalten, so daß bei längerwährender Abweichung des Sollwertes der Abgaszusammensetzung eine immer stärkere Korrektur des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgenommen wird. In der deutschen Offeniegungsschrift 22 10 775 wird eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einer eingangs genannten, bekannten Regeleinrichtung offenbart Mit dieser Regeleinrichtung wird der sprungartige Ausgangsspannungswechsel der Sauerstoffsonde bei λ = 1 erfaßt. Eine geringe Veränderung der Luftzahl durch Variation der Schaltschwelle infolge der endlichen Steilheit der Kennlinie der Sauerstoffsonde ist zwar möglich, jedoch ergibt sich hierbei nur eine Änderung der Luftzahl in Richtung eines fetteren Kraftstoff-Luft-Gemisches und nicht ein erwünschter Varitationsbereich von ca. ±5% um die Luftzahl λ = 1, wodurch die Brennkraftmaschine in einem frei wählbaren Bereich zwischen ca. λ = 0,95 bis 1,05 geregelt werden könnte, bei allen Vorteilen der A-Regelung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Kraftstoffeinspritzanlage der bekannten Art zu entwikkeln, durch die eine Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Abgaszusamrr,enset.Lu:>g in einem Bereich der Luftzahl von ca. λ = 0,95 bis 1.05 regelbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit dem Ausgang des Komparators eine Verzögerungseinrichtung verbunden ist, die bei einem Wechsel des Signals am Ausgang des Komparators für eine bestimmte einstellbare Zeitdauer (t_v) die Umschaltung des Integrators von der einen Integrierrichtung zur anderen Integrierrichtung verzögert.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Gegenstandes gegeben.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoffeinspritzanlage ermöglicht durch elektronische Schaltungsmaßnahmen einen von λ = I nach fett oder mager abweichenden Betrieb der Brennkraftmaschine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeig'.

Fig. I und 2 Kraftstoffeinspritzanlagen in einem Übersichtsbild mit einem Prinzipschaltbild ihrer elektronischen Regeleinrichtung;

Fig. 3 und 4 Prinzipschaltbilder einer monostabilen Kippstufe;
F i g. 5 den zeitlichen Verlauf der Integratorspannung.

Die in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzanlage ist zum Betrieb einer Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine 10 bestimmt und umfaßt als wesentliche

Bestandteile vier elektromagnetisch betätigbare Einspritzventile 11, denen aus einem Verteiler 12 über je eine Rohrleitung 13 der einzuspritzende Kraftstoff zugeführt wird, eine elektronisch angetriebene Kraftstoff-Förderpumpe 15, einen Druckregler 16, der den Kraftstoffdruck auf einen konstanten Wert regelt, sowie eine im Folgenden näher beschriebene elektrische Steuer- und Regeleinrichtung, die durch einen mit der Nockenwelle 17 der Brennkraftmaschine gekoppelten Signalgeber 18 bei jeder Nockenwellenumdrehung zweimal ausgelöst wird und dann je einen rechteckigen elektrischen Öffnungsimpuls S für die Einspritzventile 11 liefert Die in der Zeichnung angedeutete zeitliche Dauer u der Öffnungsimpulse bestimmt die Öffnungsdauer der Einspritzventile und demzufolge diejenige Kraftstoffmenge, welche während der jeweiligen Öffnungsdauer aus dem Innenraum der unter einem praktisch konstanten Kraftstoffdruck von 2 bar stehenden Einspritzventile 11 austritt Die Magnetwicklungen 19 der Einspritzventile sind zu je einem Entkopplungs- ju widerstand 20 in Reihe geschaltet und an eine gemeinsame Verstärkung*- und Leistungsstufe einer elektronischen Steuereinrichtung 21 angeschlossen, die wenigstens einen Leistungstransistor enthSU, welcher mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit den Entkopplungswiderständen 20 und den einseitig an Masse angeschlossenen Magnetwicklungen 19 angeordnet ist.

Bei gemischverdichtenden, mit Fremdzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen der dargestellten Art wird durch die bei einem einzelnen Ansaughub in einen Zylinder gelangende Ansaugluftmenge diejenige Kraftstoffmenge festgelegt, die während des nachfolgenden Arbeitstaktes vollständig verbrannt werden kann. Für eine gute Ausnutzung der Brennkraftmaschine ist es außerordentlich notwendig, daß nach dem Arbeitstakt kein wesentlicher Luftüberschuß vorhanden ist. Um das gewünschte stöchiometrische Verhältnis zwischen Ansaugluft und Kraftstoff zu erzielen, ist im Ansaugrohr 25 der Brennkraftmaschine stromabwärts eines Filters 26. jedoch stromaufwärts ihrer mit einem Gaspedal 27 verstellbaren Drosselklappe 28 ein Luftmengenmesser LM vorgesehen, der im wesentlichen aus einer Stauscheibe 30 und einem veränderbaren Widerstand R besteht, dessen verstellbarer Abgriff 31 mit der Stauscheibe gekoppelt ist. Der Luftmengenmesser LM arbeitet mit der elektronischen Steuereinrichtung 21 zusammen, welche an ihrem Ausgang die Einspritzimpulse f,liefert.

Die elektronische Steuereinrichtung 21 enthält zwei zueinander jeweils in entgegengesetztem Betriebszustand befindliche und hierzu kreuzweise miteinander rückgekoppelte Transistoren, sowie einen Energiespeicher, welcher als Kondensator ausgebildet sein kann, jedoch statt dessen auch als Induktivität realisierbar ist. γ, Die Dauer des jeweiligen Entladevorganges des Energiespeichers ergibt die öffniingsdauer 1, der Einspritzventile. Hierzu muß der Energiespeicher vor jedem Entladevorgang jeweils in definierter Weise geladen werden.

Damit die Entladedauer bereits unmittelbar die notwendige Information über die auf den einzelnen Ansaughub entfallende Luftmenge enthält, erfolgt die Aufladung durch einen im dargestellten Ausführungsbeispiel in Form des Signalsgebers 18 wiedergegebenen Ladeschalter, der synchron mit den Kurbelwellenundrehungen betätigt wird und bewirkt, daß dei Energiespeicher wähl ind der sich über einen festgelegten, konstanten Drehwinkel der Kurbelwelle hinweg erstreckenden Ladejmpulse Ll mit einer Aufladequelle verbunden ist, welche während dieser Ladeimpulse jeweils einen Ladestrom liefert Im vorliegenden Fall sei angenommen, daß der Signalgeber 18, welcher bei der praktischen Verwirklichung aus einem bistabilen, von den Zündimpulsen jeweils in seine entgegengesetzte Betriebslage gelangenden Multivibrator bestehen kann, über einen Kurbelwellen winkel von 180° geschlossen und anschließend über den gleichen Drehwinkel hinweg geöffnet ist

Eine möglichst exakte Regelung einer gewünschten Luftzahl λ läßt sich nun dadurch erreichen, daß im Abgasrohr 33 der Brennkraftmaschine 10 eine Sauerstoffsonde 34 angeordnet ist, die in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung eine Steuerspannung liefert und am Eingang eines Komparators 35 liegt, dessen Ausgang über eine Diode 36 asi den Eingang eines Integrators 37 und einer monostabilen Kippstufe 38 gekoppelt ist Die Diode 36 liegt mit ihrer Anode über einem Widerstand 39 an der posili en Zuleitung und mit ihrer Kathode am Ausgang des !Comparators 35. Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 38 ist mit der Basis eines Transistors 40 verbunden, dessen Emitter an Masse und dessen Kollektor am Eingang des Integrators 37 liegt Die Ausgangsspannung des Integrators beeinflußt über die elektronische Steuereinrichtung 21 die Einspritzimpulse ti.

Um nun mit einer Sauerstoffsonde, die exakt bei λ = 1 einen Spannungssprung Meter·., mit einer Luftzahi von λ # 1 fahren zu können, muß man bei einem Spannungssprung die Umschaltung des Integrators 37 für eine bestimmte Zeit U verzögern. Mit der in F 1 g. I vorgeschlagenen Schaltung kann die Luftzahl λ auf einen Wert von λ > 1 geregelt werden. Dies erfolgt dadurch, daß bei einem positiven Spannungssprung am Ausgang des Komparators 35 die monostabile Kippstufe 38 getriggert wird, deren Ausgang den Eingang des Integrators 37 über den Transistor 40 für die Zeit u, die der Standzeit der monostabilen Kippstufe 38 entspricht, auf Nullpotential hält. Während dieser Zeit r, läuft also c.er Integrator 37 weiter in Richtung mageres Gemisch, obwohl von der Sauerstoffsonde 34 bereits eine Steuerspannung in Richtung fetteres Gemisch kam.

In Fig. 2 ist eine elektronische Regeleinrichtung dargestellt, bei der die gegenüber Fig. 1 gleichbleibenden Teile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind und die eine Regelung der Luftzahl auf Werte von λ < 1 (fettes Gemisch) ermöglicht, hierbei liegt eine Diode 42 mit ihrer Anode am Ausgang des Komparators 35, und der Ausgang der monostabilcn Kippstufe 38 ist mit der Basis eines Transistors 41 verbunden, dessen Emitter an der positiven Zuleitung und dessen Kollektor mi* dem Eingang des Integrators 37 gekoppelt ist. Die Regelung auf ein fetteres Gemisch wird dadurch erreicht, daß bei einem negativen Spannjngssprung am Ausgang des Komparators 35 der Eingang des Integrators 37 für eine bestimmte Zeit f, auf einem hohen Potential gehalten wird. Hierdurch läuft -jer Integrator noch weiterhin in Richtung fettes Gemisch, obwohl durch die Sauerstoffsonde 34 bereits ein Spannungssignal in Richtung abmagern kam. Den zeitlichen Verlauf der Integratorspa.inung bei einer λ < I Regelung zeigt die Fig. 5a.

In Fig. 5b ist der zeitliche Verlauf der Integratorspannung bei einer λ > 1 Regelung entsprechend F i g. 1 dargestellt.

Da die Totzeiten des Regelkreises stark vom

Lufimengendurchsatz der Brennkraftmaschine 10 abhängen, ist es zweckmäßig, die Verzögeriingszeit /, durchsatz- und/oder drehzahlabhängig zu ändern. Bei einer monostabilen Kippstufe 38 entsprechend der Fig. 3 läßt sich eine derartige Durchsatzabhängigkeit dadurch erreichen, daß der für eine Umladung der zeitbestimmenden Kapazität des Kondensators 45 verantwortliche Strom /über die durch einen Transistor 46 und einen Widerstand 47 gebildete Stromquelle verändert wird. Über das aus dem Widerstand 49 und dem Kondensator 48 gebildete /?C-Glied wird dazu aus den Einspritzimpulsen I₁ an der Basis des Transistors 46 eine durchsatzabhangige Gleichspannung gewonnen, wodurch der Strom / in der gewünschten Weise beeinflußt wird.

Bei der in F i g. 4 dargestellten monostabilen Kippstufe 38 wird die Standzeit f, durch eine am Punkt A angelegte Spannung variiert, die wiederum wie in der

'> Schaltung nach F i g. 3 aus den Einspritzimpulsen I₁ abgeleitet wird.

Eine weitere Möglichkeit, die Umschaltung des Integrators zu verzögern besteht darin, daß der Integrator durch die monostabile Kippstufe 38 für eine

in bestimmte Zeit /, aus seinem gerade erreichten Wert festgehalten wird, wenn am Ausgang des Komparator* 35 ein Spannungssprung erfolgt. Der zeitliche Verlaiil clor Integratorspanming für diesen Fall isl in Γ i ρ. χ dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Einrichtung zum Regeln der Zusammensetzung des in die Brennräume einer Brennkraftmaschine gelangenden Kraftstoff-Luft-Gemisches durch eine im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnete Sauerstoffsonde, wobei die Einrichtung einen Komparator enthält, dem die Steuerspannung der Sauerstoffsonde zugeführt wird und dessen Ausgang mit dem Eingang eines je nach Ausgangssignal des Komparators in wechselnden Richtungen integrierenden Integrators verbunden ist, dessen Ausgangssignal über den Eingang einer elektronischen Steuereinrichtung ein das Kraftstoff-Luft-Gemisch veränderndes Stellglied beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Komparators (35) eine Verzögerungseinrichtung (38) verbunden ist, die bei einem Wechsel des Signals am Ausgang des Komparators (35) für eine bestimmte einstellbare Zeitdauer (t_v) die Umschaltung des Integrators (37) von der einen Integrierrichtung zur anderen Integrierrichtung verzögert.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Signalwechsel in Form eines positiven Spannungsprungs am Ausgang des Komparators (35) der Eingang des Integrators (37) während der Zeitdauer (t_v) über einen Transistor (40) kurzschließbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Signalwechsel in Forr.. eines negativen Spannungssprungs am Ausgang des Komparator^ (35) der Eingang des Integrators (37) wählend der Zeitdauer (t_v) über einen Transistor (41) auf hoher Potential haltbar ist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Signalwechsel am Ausgang des Komparators (35) der Integrator (37) während der Zeitdauer (t_v) durch Stillsetzung auf seinem gerade erreichten Wert festgehalten wird.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer (t_v) in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmenge und/oder der Drehzahl änderbar ist.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerungseinrichtung (38) eine monostabile Kippstufe vorgesehen ist.