DE2448306A1

DE2448306A1 - Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE2448306A1
Application number: DE19742448306
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Dr Eisele; Otto Dipl Ing Gloeckler; Rudolf Schwaemmle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-10-10
Filing date: 1974-10-10
Publication date: 1976-04-22
Also published as: FR2287587B1; FR2287587A1; DE2448306C2; GB1510177A; JPS5164133A; BR7506597A; US4003350A

Description

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19.8.197* Kh/Kb

Anlage zur ■
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GEfBSi, 1 Stuttgart 1

Eraftstoffelnsprltzarilage

BIe ErflndtEBg besieht sich auf eine ablage für BFennkraftiiasehlnen mit einer· aiafweisend.en RegeleinariLcIatOnig 2ΐπ* Beelnflussting cles eier Brennkraftmaschine ziageführten Kraftstoff-LuEft-GesiIseiie C Λ -Regelung) disren eine ia Mbgasstroni der Breimkraft masetisine angeordnete Sauerstoff sonde.

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Soll bei einer Brennkraftmaschine das Massenverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführt en Kraftstoff-Luft-Gemisches In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Abgases beeinflußt werden» so geschieht dies bekannterweise ialt Hilfe einer Ιηϊ ibgasstrorE der Brennkraftmaschine angebrachten Sauerstoffsonde und Bit einer Regeleinrichtung, die abhängig vom Ausgangssignal der Säuerstoffsonde eine entsprechende Vergrößerung, bzw. Verringerung der augenblicklich abgemessenen Kraftstoffmenge zu der zugeführten Luftisenge bewirkt- Es Ist bekannt» daß sich diese Veränderung; des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-GeElseb.es sowohl bei mit Vergasern ausgerüsteten Brennkraftmaschinen als auch bei mit Einspritzanlagen versehenen Brennkraftmaschinen vornehmen läßt. Die verwendeten Regeleinrichtungen zur Beeinflussung des Bfassenverhältnisses des der Brennkraftmaschine angeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches haben vorzugsweise Integralvarhalten, so daß bei längerwährender Abweichung des Sollwertes der AbgasZusammensetzung eine Immer stärkere Korrektur des PiassenverfaäItmlsses des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgenommen wird. Bei bekannten Kraftstoffeinspritzanlagen dieser Art ist eine Kegelung der Luft zahl auf Λ= 3- vorgesehen. Der Regelbereich der verwendeten lege!einrichtungen zur Beeinflussung des Massenverhältnisses muß hierbei relativ klein gehalten werden,, oh bei den erforderlichen hohen Regelgeschwindigkeiten Störungen Im Fahrverhalten der Brennkraftmaschine.zu vermeiden. Treten an der Brennkraftmaschine oder den Aufbereitungssystemen größere Toleranzen auf, etwa Infolge von Alterung -oder ergeben sich größere Snderungen der Betriebsverhaltnisse der Brennkraftmaschine, z.B. durch Temperatur- oder Druckänderungen der angesaugten Luftmenge, so Ist ein Ausgleich dieser änderungen bei den bekannten Kraftstoffeinspritzanlagen ohne größeren Bauaufwand nicht möglich.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzanlage der bekannten Art zu entwickeln, durch die ohne größeren Bauaufwand ein Ausgleich derartiger Toleranzen und Änderungen der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgenäß dadurch gelöst, daß die Steuerspannung der Sauerstoffsonde einer ersten Regelstufe -zugeführt wird, deren Ausgang am Eingang einer zweiten Regefstufe liegt, deren Ausgangssignal dem Ausgangssignal der ersten Regelstufe überlagert einer elektronischen Steuereinrichtung eingegeben ein das Kraftstoff-Luft-Gemisch veränderndes Stellglied beeinflußt, wobei Regelbereich und Regelzeitkonstante der ersten Regelstufe klein gegenüber Regelbereich und Regelzeitkonstante der zweiten Regelstufe sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,

^jjisbesondere daß als Sollwert spannung der zweiten Regelstufe /eier halbe

maximal möglichen
Betrag der/Ausgangsspannung der ersten Regelstufe dient und Regelbereich und Regelzeitkonstante der ersten Regelstufe den Motorverhältnissen angepaßt sind.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist" derart, daß die Sollwertspannung am Eingang der ersten Regelstufe in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine änderbar ist.

Nach einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausgangsspannung der zweiten Regelstufe zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine .eine Zusatzspannung überlagerbar und über Schaltkontakte zuführbar.

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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage mit einem Prinzipschaltbild ihrer elektronischen Regeleinrichtung,

Fig. 2 eine mechanische Kraftstoffeinspritzanlage mit elektromagnetischer Beeinflussung des Kraftstoff-Luf t-Gerrosches.

Die in Fig. 1 dargestellte elektrisch gesteuerte 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 elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe 1*1, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 15 fördert, einen Druckregler 16, der den Kraftstoffdruck auf einen konstanten Wert regelt, sowie eine im folgenden näher beschriebene elektronische 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 J für die Einspritzventile 11 liefert. Die in der Zeichnung angedeutete · zeitliche Dauer t. 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 Entkopplungswiderstand 20

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in Reihe -geschaltet und an eine gemeinsame Verstärkungsimd Leistungsstufe einer elektronischen Steuereinrichtung 21 angeschlossen,, die wenigstens einen Leistungstransistor enthält, welcher mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit den Entkopplungswiderständen 20 und den einseitig an Masse angeschlossenen Magnetwieklungen·.19 angeordnet ist.

Bei geiaischverdiehtenden» mit Fremdzündung arbeitenden . Brennkraftmaschinen der dargestellten Art wird durch die bei eines einzelnem Ansaughub in einen Zylinder gelangendeÄnsaugluftmenge diejenige Kraftstoffmenge festgelegt., die während des nachfolgenden Arbeitstaktes vollständig verbrannt werde« kann. Pur eine gute Ausnut suing der Brennkraftmaschine ist es außerordentlich notwendig, daß nach" dem Arbeitstakt kein wesentlicher LuftÜberschuß vorhanden ist. XJiTL das gewünschte stöchiometrische Verhältnis zwischen Ansaugluft und Kraftstoff zu erzielen, ist im Ansaugrohr 25 der Brennkraftmssihine stromabwärts eines Filters 26». Jedoch stromaufwärts ihrer mit einem Gaspedal 2| 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, weiche an ihrem Ausgang die Einspritzimpulse t. 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

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auch als Induktivität realisierbar ist. Die Dauer des jeweiligen Entladevorganges des Energiespeiehers ergibt die Öffnungsdauer t; 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 Ansaugimb entfallende Luftmenge enthält,, erfolgt die Aufladung durch einen im dargestellten Äusfwhrungsbeispiel in Form des Signalgebers l8 wiedergegebenen Ladeschalter,, der synchron mit den Kurbelwellenumdrehungen betätigt wird und bewirkt, daß. der Energiespeieher während der sieh über einen festgelegten, konstanten Brehwinkel der· Kurbelwelle hinweg erstreckenden Ladeimpulse LJ irrit 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 ¥erwirklichung aus einem bistabilen» von den Zündimpulsen jeweils inseine entgegengesetzte Betriebslage gelangenden Multivibrator bestehen kann* über einen Kurbelwellenwinkel von l8O° geschlossen und anschließend über den gleichen Brehwinkel hinweg geöffnet ist.

Eine möglichst exakte Regelung einer gewünschten Luftzahl

X läßt sich nun dadurch erreichen» daß im Ibgasrohr 33 der Brennkraftmaschine 10 eine Sauerstoffsonde 3^ angeordnet ist, die in. Abhängigkeit von der Abgas zusammensetzung eine Steuerspannung liefert und am Eingang einer ersten Regelstufe liegt, der als S oHwertspannung über eine Leitung 37 eine von der Fahrzeugbatteriespannung unabhängige,, eingeprägte Spannung vorgebbar ist. Der Ausgang der ersten Regelstufe 36 ist über eine Diode 38 an die elektronische Steuereinrichtung 21 und gleichzeitig an den Eingang einer zweiten Regelstuf e 39 gekoppelt. Als Sollwertspannung kQ der zweiten

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maximal möglichen Regelstufe dient der halbe Betrag der/^Ausgangsspannung der ersten Regelstufe 36. Das Ausgangssignal der zweiten Regelstufe 39 wird über eine Diode 41 dem Ausgangssignal der ersten Regelstufe 36 überlagert und der elektronischen Steuereinrichtung 21 zugeführt. Die erste Regelstufe 36 und die zweite Regelstufe 39 enthalten je einen Komparator und einen Integrator. Die erste Regelstufe 36 ist so ausgelegt, daß sie gegenüber der zweiten Regelstufe 39 einen kleinen Regelbereich und eine kleine Regelzeitkonstante zum Ausgleich dynamischer Fehler aufweist, während die zweite Regelstufe 39 mit großem Regelbereich und großer Regelzeitkonstante zum Ausgleich der Toleranzen und Drifterscheinungen dient.

Eine Verarmung oder Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches z.B. während des Warmlaufes oder bei Leerlauf - oder Schubbetrieb, kann durch Veränderung des Sollwertes der ersten Regelstufe 36 oder durch Eingriff am Ausgang der zweiten Regelstufe 39 erfolgen. Eine derartige Überlagerung von Zusatzspannungen kann über eine Leitung 44 mit einem Widerstand 45 oder einer Diode 47 oder über Schaltkontakte 46, z.B. durch einen Drosselklappenschalter, erreicht werden.

Die Möglichkeit eines erfindungsgemäßen Eingriffes in eine mechanisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ist in Figur 2 dargestellt. Dabei strömt die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung in ein Saugrohr 50, das einen konischen Abschnitt 51 mit einem darin angeordneten Meßorgan 52 aufweist und weiterhin durch einen Verbindungsschlauch 53 und einen Saugrohrabschnitt 54 mit einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 55 zu einem oder mehreren nicht dargestellten Zylindern einer

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Brennkraftmaschine. Das Meßorgan 52 ist eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete Platte, die sich im konischen Abschnitt 51 des Saugrohres nach einer annähernd linearen Punktion der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge bewegt, wobei für eine konstante am Meßorgan 52 angreifende Rückstellkraft sowie einen konstanten vor demMeßorgan 52 herrschenden Luftdruck der zwischen dem Meßorgan 52 und der Drosselklappe 55 herrschende Druck ebenfalls konstant bleibt.

Das Meßorgan 52 steuert unmittelbar ein Zumeß- und Mengenteilerventil 57· Zur übertragung der Verstellbewegung des Meßorgans 52 dient ein mit ihm verbundener Hebel 58, der um einen Drehpunkt 59 schwenkbar gelagert ist und bei seiner Schwenkbewegung mit einer Nase 60.das als Steuerschieber 61 ausgebildete bewegliche Ventilteil des Zumeß- und Mengenteilerventils 57 betätigt.

Der von einer durch einen Elektromotor 63 angetriebenen Kraftstoffpumpe 6H aus einem Kraftstoffbehälter 65 geförderte Kraftstoff gelangt über eine Leitung 66 und einen Kanal 67 in eine Ringnut 68 des Steuerschiebers 61. Je nach der Stellung des Steuerschiebers 6-1 überdeckt die Ringnut 68 mehr oder weniger Steuerschlitze 69» die durch Kanäle 70 zu je einer Kammer ¹Jl führen, die durch eine Membran 72 von einer Kammer 73 getrennt ist, wobei die Membran als bewegliches Teil je eines als Gleichdruckventil 7^ ausgebildeten Flachsitzventils dient. Aus den Kammern 71 gelangt der Kraftstoff über Kanäle 75 zu den einzelnen nicht dargestellten Einspritzventilen, die in der Nähe der Motorzylinder im Saugrohr angeordnet sind.

Von der Leitung 66 zweigt eine Leitung 76 ab, in die ein Druckbegrenzungsventil 77 geschaltet ist, das bei zu großem

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Systemdruck Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 65 zurückfließen läßt.

Der Steuerschieber 6l wird auf seiner dem Hebel 58 gegenüberliegenden Stirnfläche durch Druckflüssigkeit beaufschlagt, die als Rückstellkraft für das Meßorgan 52 dient und über eine Leitung 79 mit einer Dämpfungsdrossel 80 auf den Steuerschieber wirkt.

Von der Leitung 66 zweigt eine Steuerdruckleitung 82 ab, in der in Reihe eine Abkopplungsdrossel 83_S die Kammern der Gleichdruckventile Ik> eine Drossel 8^ und ein Magnetventil 85 angeordnet sind. Parallel zum Magnetventil 85 ist in einer Leitung 86 eine Drossel 87 angeordnet, durch die der Kraftstoff aus der Steuerdruckleitung 82 drucklos über die Rücklaufleitung 88 zum Kraftstoffbehälter 65 zurückfließen kann.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage ist folgende:

Bei laufender Brennkraftmaschine wird über das Saugrohr 50, 53 und 5^ Luft angesaugt, durch die das. Meßorgan 52 eine gewisse Auslenkung aus seiner Ruhelage erfährt. Entsprechend der Auslenkung des Meßorgans 52 wird über den ".Hebel 58 auch der Steuerschieber 6l des Zumeß- und Mengenteilerventils 57 verschoben, der die zu den Einspritzventilen strömende Kraftstoffmenge zumißt. Die direkte Verbindung zwischen dem Meßorgan 52 und dem Steuerschieber 6l ergibt ein konstantes Verhältnis von Luftmenge und zugemessener Kraftstoffmenge.

Um das Kraftstoff-Luft-Gemisch je nach dem.Abschnitt des Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine reicher oder ärmer halten zu können, ist eine Änderung der Proportionalität zwischen angesaugter Luftmenge und zugemessener

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Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine erforderlich. Die Änderung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kann einerseits dadurch erfolgen, daß die Rückstellkraft am Meßorgan 52 verändert wird oder andererseits durch Änderung der Druckdifferenz am Zumeßventil 68,69. Bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Motorzylindern ist es vorteilhaft, im Zumeß- und Mengenteilerventil 57 die Ventile "Jk als Gleichdruckventile auszubilden. Der Differenzdruck an den Zumeßventilen 68,69 kann in vorteilhafter Weise gemeinsam durch den Druck in der Steuerdruckleitung 82 geregelt und geändert werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Änderung des Differenzdruckes an den Zumeßventilen 68,69 durch Änderung des Differenzdruckes an der Abkopplungsdrossel 83, iadem die durch die Abkopplungsdrossel strömende Flüssigkeitsmenge veränderbar ist. Die Mengenänderung an der Abkopplungsdrossel 83 läßt sich dadurch erreichen, daß ihr eine Drossel 84 und ein Magnetventil 85 mit einer zu diesem parallelen Drossel 87 im Steuerdruckkreislauf 82 nachgeschaltet ist. Bei geschlossenem Magnetventil wird die durch die Abkopplungsdrossel 83 fließende Kraftstoffmenge durch die Drosseln 83,84 und 87 bestimmt. Die bei geöffnetem Magnetventil 85 im Steuerdruckkreislauf fließende Kraftstoffmenge wird nur noch durch die Drosseln 83 und 84 bestimmt, was eine geringere Drosselung und eine erhöhte Druckdifferenz an der Abkopplungsdrossel 83 zur Folge hat, weshalb auch die Druckdifferenz an den Zumeßventilen 68,69 erhöht wird. Die Änderung des Differenzdruckes an der Abkopplungsdrossel 83 läßt sich durch die Variation des Verhältnisses von Öffnungsdauer zu Schließdauer des Magnetventils 85 erreichen. Dabei ergibt sich für ein dauernd geschlossenes Magnetventil eine geringe D^ckdifferenz und ein armes Kraftstoff-Luft-Gemisch, während für ein dauernd geöffnetes Magnetventil die Druckdifferenz am größten und das Kraftstoff-Luft-Gemisch am reichsten ist.

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Eine eventuell notwendige Dämpfung der Drucksprünge ließe sich durch einen nicht dargestellten Speicher im Steuerdruckkreislauf erreichen.

Das Tastverhältnis des Elektromagnetventil 85 läßt sich entsprechend der Ausbildung nach Fig. 1 ebenfalls durch eine nicht dargestellte elektronische Steuereinrichtung ändern, der neben den von Gebern ermittelten Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine die Ausgangssignale der in Form einer Kaskade geschalteten und von einer Säuerstoffsonde angesteuerten ersten und zweiten Regelstufe eingebbar sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Kraftstoffeinsprit zanlage mit zwei in Form einer Kaskade geschalteten Regelstufen ergibt sich der Vorteil einer Vergrößerung des gesamten Regelbereiches der Regelung zum Ausgleich von Serientoleranzen und Alterungsdriften an der Brennkraftmaschine und an dem Aufbereitungssystem. Ein weiterer Vorteil besteht in dem Wegfall von Höhen- und Luftkompensation sowie im Ausgleich von Meßfehlern bei luftmengenmessendenvAufbereitungssystem. Durch die Auslegung der ersten Regelstufe mit kleinem Regelbereich und kleiner Regelzeitkonstante kann eine verbesserte Anpassung der Regelergebnisse an dynamische Fahrzustände erfolgen.

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Claims

Ansprüche

Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Integralverhalten aufweisenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches ( λ -Regelung) durch eine im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnete Sauerstoffsonde, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung der Sauerstoffsonde (3*0 einer ersten Regelstufe (36) zugeführt wird, deren Ausgang am Eingang einer zweiten Regelstufe (39) liegt, deren Ausgangssignal dem Ausgangssignal der ersten Regelstufe überlagert einer elektronischen Steuereinrichtung(21)eingegeben ein das Kraftstoff-Luft-Gemisch veränderndes Stellglied (11,85) beeinflußt, wobei Regelbereich und Regelzeitkonstante der ersten Regelstufe (36) klein gegenüber Regelbereich und Regelzeitkonstante der zweiten Regelstufe (39) sind.
2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sollwertspannung (*ίθ) der zweiten Regelstufe (39) insbesondere der halbe Betrag der maximal möglichen Ausgangsspannung der ersten Regelstufe (36) dient.
3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Regelbereich und Regelzeitkonstante der ersten Regelstufe (36) den Motorverhältnissen angepaßt sind. . -13-

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4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertspannung (37) am Eingang der ersten Regelstufe (36) in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen (44,46) der Brennkraftmaschine, änderbar ist.
5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsspannung der zweiten Regelstufe (39) zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine eine Zusatzspannung (44,46) überlagerbar ist.
6. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung über Schaltkontakte (46) zuführbar ist...,

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