DE2505231C3 - Vorrichtung zur Brennstoffregelung in Brennkraftmaschinen - Google Patents

Vorrichtung zur Brennstoffregelung in Brennkraftmaschinen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln des Verhältnisses der zugeführten Massen von zwei an der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine beteiligten Medien, von welchen eines der Brennstoff ist, bei der in jeder Medienzulaufleitung ein Strömungsstärkendetektor und ein mit einem Steuerorgan versehenes Regelorgan für mindestens eine der Strömungsstärken in Abhängigkeit vom Vergleichsmeßergebnis der Strömungsstärke-Detektoren vorgesehen sind.
Es ist bereits eine elektrische Meßeinrichtung bekannt zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine. Dabei werden von einem impulsartig arbeitenden Ionensender Ionenwolken ausgesendet, deren Laufzeit bis zu einem in Strömungsrichtung dahinter liegenden Detektor gemessen wird. Die Laufzeit ist dabei ein Maß für die Strömungsstärke (DE-PS 20 39 488). Mit einer derartigen Meßvorrichtung läßt sich das Verhältnis von zwei Medien nicht ohne weiteres feststellen.
Es ist ferner eine Vorrichtung zum Regeln des Mengenverhältnisses von Brennstoff und Sauerstoff bekannt (DE-AS 11 78 646), wobei eine mechanische Regelvorrichtung vorgesehen ist, die mit einer Doppelkammerstellvorrichtung für die Brennstoffleitung versehen ist. Jede Kammer dieser Stellvorrichtung enthält einen Kolben, und zu beiden Seiten desselben münden jeweils die Anschlüsse von Venturi-Strömungsmessern in der Sauerstoffleitung bzw. der Brennstoffleitung. Eine derartige Vorrichtung hat den Nachteil, daß das Verhältnis der Strömungsmengen ein für allemal durch die Konstruktion gegeben ist und sich nicht variieren läßt, etwa in Anpassung an weitere Parameter, beispielsweise an die Luftdichte, die Brennstoffart, die Temperatur usw.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der sich auf einfache Weise das Verhältnis von Luft zu Brennstoff variieren läßt und die die Möglichkeit bietet, auch andere Parameter zu berücksichtigen, etwa die Einlaßtemperatur und die Abgastemperatur.
Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß die Strömungsstärke-Detektoren jeweils eine Ionenerzeugerelektrode und mindestens je eine dieser in Strömungsrichtung vorgeordnete bzw. nachgeordnete Ionenfangelektrode aufweisen, wobei die Summe der Ausgänge der Ionenfangelektrode den Eingang der Ionenerzeugerelektrode beeinflußt, während die Diffe- -i^nz dieser Ausgänge an einen Komparator geleitet wird, dessen Ausgang mit dem Steuerorgan verbunden ist, und der Komparator von einer mindestens eine Eigenschaft des einen Mediums berücksichtigenden
Einrichtung und von mindestens einer das Verbrennungsergebnis messenden Einrichtung beeinflußt wird.
Das Prinzip einer ionischen Messung einer Gasmenge, auf dem der Erfindungsgegenstand führt, ist durch das Protokoll einer Sitzung vom 12. Juni 1944 (S. 929 bis 931) der Academie der Sciences Francaise bekannt
Gemäß einer besonderen Ausfflhrungsform der Erfindung sind Vorrichtungen zum Vergleichen der Strömungsstärken als Analog-Verstärker ausgebildet, die auf das Steuerorgan einwirken. Dabei weisen für den Fall, daß die Strömungsstärke-Detektoren jeweils aus einer Ionenerzeugerelektrode und zwei Far.gelektroden bestehen, die symmetrisch zur Ionenerzeugerelektrode angeordnet sind, die Analogverstärker für die Ströme der beiden Fangelektroden vorzugsweise jeweils zwei Ausgänge auf, von denen der eine einen Strom proportional der Summe der von den beiden entsprechenden Fangelektroden gelieferten Ströme abgibt, während der andere Ausgang einen dei Differenz derselben Ströme proportionalen Strom abgibt
Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
Die Figur zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.
Bei der nachstehend beschriebenen Brennkraftmaschine wird die zugeführte Luftmenge durch eine Drosselklappe geregelt, wodurch die Leistung des Motors verändert werden kann. Diese Drosselklappe !st üblicherweise mit dem Gaspedal des Fahrzeugs verbunden. In diesem besonderen Fall wird demnach die zugeführte Kraftstoffmenge über die Luft geregelt.
Die Figur zeigt den Luftansaugkanal 1 der Maschine. Die Luft gelangt durch Elektroden, die eine ionische Meßzelle bilden, wobei 2 eine Ionenerzeugerelektrode mit hohem Potential ist, während 3 und 4 Fangelektroden sind.
Die Luft gelangt nach dem Durchlauf durch die Meßzelle durch die Drosselklappe 5, die eine Einstellung der Leistung des Motors ermöglicht, und gelangt sodann an ein Einspritzventil 6 für Brennstoff. Der eigentliche Motor ist in Form eines Kreises, der um seine Drehachse 7 rotiert, dargestellt. Die Gase gelangen durch einen Auslaßkanal 8 am Ausgang des Motors nach draußen; in diesem Kanal befindet sich eine Sonde 9 zum Messen der Zusammensetzung dieser Auspuffgase.
Die von den Fangelektroden 3 und 4 gesammelten Ströme IA 1 und IA 2 werden in einen integrierenden elektronischen Verstärker 10 geschickt, der zwei Eingänge 3a bzw. 4a aufweist Am ersten Ausgang 11 dieses Verstärkers 10 erhält man einen Strom, der proportional der Summe der Eingangsströme IA 1 und IA 2 ist, während man am zweiten Ausgang 12 dieses Verstärkers 10 einen Strom erhält, der proportional der Differenz dieser beiden Eingangsströme ist Diese Differenz stellt ein Maß der durch die Leitung 1 ankommenden Luftströmungsstärke dar.
Der Ausgang U des Verstärkers 10 ist mit dem Eingang Ua eines Kompara*o\s ti verbunden, dessen anderer Eingang 14 einen stabilisierten Bezugsstrom IRA erhält Dieser Komparator 13 ist bei 15 an eine nicht dargestellte Hochspannungsquelle angeschlossen, und sein Ausgang 16 ist mit der Ionenerzeugerelektrode 2 verbunden.
Der Ausgang 12 des Verstärkers 10 ist mit dem Eingang 12a eines Komparators 17 verbunden, dessen anderer Eingang 18 dazu bestimmt ist, die der Menge des verbrauchten Kraftstoffes entsprechende Information zu empfangen. Der Ausgang 19 dieses Komparators 17 ist mit der Wicklung 20 des Einspritzventils 6 verbunden, und zwar über einen Modulator 21, der nur dann erforderlich ist, wenn das Einspritzventil 6 diskontinuierlich mit veränderbarer Impulsrate und Impulsbreite arbeitet
Das Einspritzventil 6 wird über eine Speiseleitung 22
ίο mit Kraftstoff versorgt, die an den Ausgang einer ionischen Meßzelle 23 angeschlossen ist; der Eingang dieser Meßzelle ist an eine Kraftstoffpumpe 24 angeschlossen, und der Kraftstoff gelangt durch eine Speiseleitung 25 hinein.
Die Meßzelle 23, die analog der ersten, im Luftansaugkanal 1 angeordneten Meßzelle ausgebildet ist, umfaßt eine Ionenerzeugerelektrode 26 und zwei Fangelektroden 27 und 28. Die durch die Fangelektroden 27 bzw. 28 gesammelten Ströme /51 bzw. /52 werden in einen integrierenden elektronischen Verstärker 29 geschickt, der zwei Eingänge 27a und 28a sowie zwei Ausgänge 30 und 31 aufweist Der am Ausgang 30 verfügbare verstärkte Strom ist proportional der Summe der Eingangsströme /51 und /52, während der am Ausgang 13 verfügbare verstärkte Strom proportional ihrer Differenz ist Diese Differenz stellt eine Messung der Brennstoff-Strömungsstärke dar. Der Ausgang 30 ist mit dem Eingang 30a eines Komparators 32 verbunden, dessen anderer Eingang 33 einen stabilisierten Bezugsstrom IRS empfängt der von einem Regelorgan, im vorliegenden Fall einem Stellglied 34, stammt. Der Ausgang 35 des Komparators 32 ist mit der Ionenerzeugerelektrode 26 der Meßzelle 23 verbunden. Der Komparator 32 wird an der Stelle 36 durch eine nicht dargestellte Hochspannungsquelle gespeist, die eventuell dieselbe sein kann wie die den Komparator 13 an der Stelle 15 speisende Hochspannungsquelle.
Der Ausgang 31 des Verstärkers 29 ist entsprechend der Messung der Kraftstoffströmungsstärke mit dem Eingang 31a eines Verstärkers 37 verbunden, dessen anderer Eingang 38 die Informationen von der Sonde 9 empfängt, die die Auspuffgase analysiert. Derselbe Eingang 38 kann gleichfalls die Informationen eines Meßwertgebers 40 empfangen, der die Luftzulauftemperatur oder die Temperatur der Wände der Zulaufleitung mißt. Der Ausgang 39 des Verstärkers 37, an dem man also ein Signal entsprechend der korrigierten Kraftstoffströmungsstärke empfängt, ist mit dem Eingang 18 des Komparators 17 verbunden, wo der
so Vergleich Luft-Brennstoff stattfindet.
Die Meßzellen zum Messen der Luft- oder Kraftstoffströmungsstärke ebenso wie die Komparatoren werden in bekannter Weise geregelt, so daß bei einer Null-Strömungsstärke kein Strom an den Ausgängen 12 und 31 der Verstärker 10 und 29 anliegt. In Ruhestellung teilen sich die von der zentralen Ionenerzeugerelektrode 2 oder 26 abgegebenen Ionen zwischen den beiden Fangelektroden jeder Meßzelle auf. Sobald eine Fluidströmung beginnt, richten sich die Ionen vorzugsweise zu der Fangelektrode, die in Strömungsrichtung hinter der Ionenquelle angeordnet ist, und an jeder der Ausgänge 12 und 31 liegt ein geringer Strom an. Andererseits gewährleisten die Komparatoren 13 und 32 dl«; Konstanz der Summe der von den Fangelektroden gesammelten Ströme, denn sie empfangen an ihrem ersten Eingang 11a bzw. 30a einen Strom proportional der Summe der von jeder der Meßzellen gesammelten Ströme, und sie empfangen an ihrem zweiten Eingang
14 bzw. 33 einen Sollwert; die Komparatoren 13 und 32 regeln auf diese Weise die an den lonenerzeugerelektroden 2 bzw. 26 anliegende Hochspannung. Unter diesen Bedingungen zeigen die an den Ausgängen 12 und 31 gewonenen Ströme eine physikalische Größe an, die der diese Meßzellen durchquerenden Luft- oder Brennstoffströmungsstärke entspricht.
Die durch den Einfluß der Sonden 9, 40 oder durch das Stellglied 34, das einem Brennstoffwechsel entspricht, korrigierten Strömungsstärkenwerte werden in dem Komparator 17 verglichen, der, etwa über den Modulator 21, die Wirkungsweise des Einspritzventils 6 steuert. Dieses kann in bekannter Weise kontinuierlich oder diskontinuierlich funktionieren. Gleichfalls bekannt ist die Regulierung mit einem konstanten Wert der Ströme IA 1 und IA 2 des Luftströmungsstärkenmessers.
Es können mehrere Einspritzventile 6 entsprechend den verschiedenen Ansaugkanälen bei einer einzigen Meßzelle zum Messen der Luftströmungsstärke vorgesehen sein, andererseits sind auch ebenso viele Zellen wie Einspritzventile denkbar.
Gemäß einer anderen, in der Figur nicht dargestellten Ausführungsform sind die Verstärker 10, 29, 37, 17, die als Analogverstärker ausgebildet sind, ganz oder teilweise einerseits durch Strom-Frequenz-Umwandler der Ströme IAi, IA 2, /51, /52 oder nur ihrer jeweiligen Differenz, ersetzt, und andererseits durch Aufwärts-Abwärts-Zähler, die den Vergleich der Frequenzen ermöglichen, und durch Summierzähler, die einen der Summe der Frequenzen entsprechenden Wert bilden. Die derart gebildeten digitalen Einheiten weisen ebenfalls einen Ausgangsumformer auf, insbesondere für die Bildung variabler Rechteckimpulse, die über die Komparatoren 13 und 32 auf die an die Ionenerzeugerelektroden 2 und 26 gelegte Hochspannung wirken. Die Strom-Frequenz-Wandler selbst können durch Binärkodierer oder ähnliche digitale Baugruppen ersetzt werden, oder sogar entsprechend »stochastischer« Berechnung arbeiten. Obgleich diese Verfahren zu komplexeren System als bei Verwendung der Analogverstärker führen, so können sie doch in manchen Fällen besser anderen Systemen angepaßt werden, die mit einer Brennkraftmaschine verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung ist das Einspritzventil 6, das eventuell mit der Pumpe 24 vereint ist, eine Ionenpumpe. Derartige Pumpen wurden in der technischen Literatur kürzlich beschrieben. Ihr schwacher Druck kann für einen als Vergaser arbeitenden Dosierer ausreichend sein. Die Förderhöhe der Ionenpumpe wird elektrisch gesteuert, so daß sie direkt oder bezüglich der Pumpe 24 im Gegendruck wirkt.
Das Einspritzventil 6 kann auch als piezoelektrisches Ventil oder anders ausgebildet sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, es muß lediglich eine Dosiersteuerung möglich sein.
Die Vorrichtung nach der Erfindung kann auch z. B. bei Außen-Verbrennungsmotoren nach Art des STIR-LING-Motors angewendet werden. Die Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß man nicht das Ende des Verbrennungsvorgangs abwarten muß, bevor die Dosierung stattfinden kann, denn der Vergleich der Strömungsstärken findet am Eingang statt; umgekehrt wäre es bei Verwendung einer Sonde mit einem einzigen Ausgang.
Wenn eines der Verbrennungsmittel pulverförmig oder in Wasser löslich ist, kann die zusätzliche Verwendung einer Bezugszelle erforderlich werden, in welcher nicht das Verbrennungsmittel, sondern lediglich die Flüssigkeit zirkuliert
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Regeln des Verhältnisses der zugeführten Massen von zwei an der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine beteiligten Medien, von welchen eines der Brennstoff ist, bei der in jeder Medienzulaufleitung ein Strömungsstärkendetektor und ein mit einem Steuerorgan versehenes Regelorgan für mindestens eine der Strömungsstärken in Abhängigkeit vom Vergleichsmeßergebnis der Strömungsstärke-Detektoren vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsstärke-Detektoren jeweils eine Ionenerzeugerelektrode (2; 26) und mindestens je eine dieser in Strömungsrichtung vorgeordnete bzw. nachgeordnete Ionenfangelektrode (3, 4; 27, 28) aufweisen, wobei die S'imme der Ausgänge der Ionenfangelektrodan den Eingang der Ionenerzeugerelektrode beeinflußt, während die Differenz dieser Ausgänge an einen Komparator (17) geleitet wird, dessen Ausgang mit dem Steuerorgan (21) verbunden ist, und der Komparator (17) von einer mindestens eine Eigenschaft des einen Mediums berücksichtigenden Einrichtung (40) und von mindestens einer das Verbrennungsergebnis messenden Einrichtung (9) beeinflußt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (10, 29, 37, 17) zum Vergleichen der Strömungsstärken als Analog-Verstärker ausgebildet sind, die auf das Steuerorgan (21, 20) einwirken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Einrichtungen vorgesehen sind zum Umwandeln der Ausgangsströme der ionischen Strömungsstärke-Detektoren in eine Frequenz oder ein codiertes Signal und zum Weiterleiten dieser umgewandelten Werte an den Komparator und weitere Komparatoren.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, mit Strömungsstärke-Detektoren, die jeweils aus einer Ionenerzeugerelektrode und zwei Fangelektroden bestehen, die symmetrisch zur Ionenerzeugerelektrode angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogverstärker für die Ströme der beiden Fangelektroden jeweils zwei Ausgänge aufweisen, von denen der eine einen Strom proportional der Summe der von den beiden entsprechenden Fangelektroden gelieferten Ströme abgibt, während der andere Ausgang einen der Differenz der selben Ströme proportionalen Strom abgibt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Aufwärts-Abwärts-Zähler umfaßt, der den Vergleich der zu den von den Strömungsstärke-Detektoren abgegebenen Ströme proportionalen Frequenzen durchführt, sowie mindestens einen Summierzähler mit zwei Eingängen, der einen Ausgangswert entsprechend der Summe der den Strömen entsprechenden Frequenzen abgibt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens ein manuelles oder automatisches Stellorgan zum Anpassen an den relativen Brennwert des Brennstoffes.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens einer Sonde zum Messen der Temperatur eines der an der Verbrennung beteiligten Medien oder der Temperatur der Wände einer der Zulaufleitungen hierfür, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (40) auf einen der Regelkreise für das Verhältnis der Medien wirkt
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Sonde (9) zum Analysieren des Verbrennungsproduktes aufweist und daß die Sonde auf einen der Regelkreise für das Verhältnis der Medien wirk:.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
ίο Steuerorgan (21) auf eine Ionenpumpe (6) wirkt, deren Fördermenge elektrisch verstellbar ist, so daß sie entweder direkt wirkt oder einen Gegendruck erzeugt
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