DE2925786C2 - Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen aus der DE-OS 21 61 299 bekannten Kraftstoffeinspritzanlage wird als Strömungsfühler für den Aiisäugluftstrom eine Turbinenmeßeinrichtung benutzt, die mit einem Rechtecksignal-Generator Verbunden ist, der Rechteck^Steuersignale gleicher Impulsbreite an die Kraftstoffeinspritzdüse mit einer Frequenz gibt, die dem gemessenen Ansaügluftstrom proportional ist. Außerdem ist eine Korrekturschaltung vorgesehen, die die impulsdauer der Rechteck-Steuersignale in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ändern kann.

Aus der DE-OS 22 47 090 ist eine vergleichbare Kraftstoffeinspritzanlage bekannt, bei der der Strömungsfühler als eine Karman'sche Wirbelstrommeßeinrichtung ausgebildet ist.

Aus der DE-PS 19 11 177 und der DE-OS 23 28 576 sind jeweiis Kraftstoffeinspritzanlagen bekannt, bei denen mehrere Kraftst&ffeinspritzventile in der Ansaugleitung angeordnet sind, die nacheinander oder überlappend geöffnet werden, um zum Zwecke der Gemischschichtung in der Brennkammer oder eines sich über einen großen Bereich ändernden Kraftstoffbedarfs bei einer Drehkolbenmaschine die jeweils gewünschte Kraftstoffmenge für einen Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine einspritzen zu können.

Da bei Kraftstoffeinspritzanlagen, bei denen die einzuspritzende Kraftstoffmenge nach Maßgabe des im Ansaugkanal gemessenen Ansaugluftstroms bestimmt wird, sich dieser Ansaugluftstrom zwischen Leerlauf und Vollast der Brennkraftmaschine im Verhältnis von 1 :40 ändern kann, muß auch die einzuspritzende Kraftstoffmenge im gleichen Verhältnis geändert werden, wodurch komplizierte und aufwendige Kraftstoffeinspritzventile erforderlich sind, mit denen die Kraftstoffmenge über einen so großen Bereich annähernd genau geändert werden kam:.

Um derartige komplizierte und aufwendige Kraftstoffeinspritzventile entbehrlich zu machen, wurde mit der DE-OS 29 28 418 eine Kraftstoffeinspritzanalge vorgeschlagen, die mit mehreren Kraftstoffeinspritzventilen in dem Ansaugkanal arbeitet, die nach Maßgabe des mit Hilfe einer Karman'schen Wirbelstrommeßeinrichtung gemessenen Ansaugluftstroms jeweils mit Rechtecksignalen angesteuert werden, die gegeneinander phasenverschoben sein können, und durch Frequenzteilung aus der Frequenz des von der Karman'schen Wirbelstrommeßeinrichtung abgegebenen Impulssignals gebildet werden. C^;ese Kraftstoffeinspritzanlage erfordert daher aber eine relativ aufwendige Ventilbetätigungseinrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Kraftstoffeinspritzanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß ohne Erfordernis eines komplizierten und aufwendigen Kraftstoffeinspritzventils mit Hilfe einer relativ einfachen Steuerschaltung eine genaue und zuverlässige Dosierung des jeweils einzuspritzenden Kraftstoffes über einen großen Bereich des Kraftstoffbedarfs möglich ist.

Bei einer Kraftstoffeinspritzanlage der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage zeichnet sich dadurch aus, daß mit Hilfe des Frequenzvergleichers zwei verschiedene Betriebsbereiche der Ventilbetätigungseinrichtung unterschieden werden. Bei einem ersten Betriebsbereich, bei dem der gemessene Ansaugluftstrom und damit auch die Frequenz des vom Strömungsfühler abgegebenen Impulssingals relativ niedrig ist, ist die Frequenz der Kraftstoffeinspritzung relativ hoch, jedoch die Dauer der jeweiligen Kraftstoffeinspritzung relativ niedrig. Im zweiten Betriebsbereich der Ventilbetätigungseinrich·* tung, bei dem die Frequenz des von dem Strömungsfühler abgegebenen Impulssignais oberhalb der Bezugsfrequenz liegt, wird dagegen die Frequenz der Kraftstoffeinspritzung vermindert und dafür die Dauer einer jeden Kraftsölffeinspritzüng Vergrößert Nach der

erfindungsgemäßen Lehre wird dieses in schaltungstechnisch relativ einfacher und zuverlässiger Weise dadurch erreicht, daß mit Hilfe des Frequenzvergleichers festgestellt wird, ob die Frequenz des vom Strömungsfühler abgegebenen Impulssignals unterhalb oder oberhalb einer Bezugsfrequenz liegt. Der Impulsgenerator erzeugt ein Einspritzimpulssignal mit einer ersten Impulsbreite immer dann, wenn die Frequenz des Impulssignals des Strömüngsfühlers unterhalb der Bezugsfreque-.z liegt Liegt die Frequenz des Impulssignals des Strömungsfühlers dagegen oberhalb der Bezugsfrequenz, so erzeugt der Impulsgenerator ein Einspritzimpulssignal mit einer zweiten Impulsbreite, die gleich dem Multiplikationsergebnis, bzw. dem Produkt, der ersten Impulsbreite mit dem Teilerverhältnis ist, durch das die Frequenz des Irnpülssignals des Strömungsfühlers immer dann geteilt wird, wenn die Frequenz des Strömungsfühlers oberhalb der Bezugsfrequenz liegt. In diesem Fall wird die Treiberschaltung für das Kxaftstoffeinspritzventil mit einer Einspritzfrequenz angesteuert, die gleich der frequenzunterteilten Frequenz des irnpuissignals des Strömungsföhlers ist Gleichzeitig wird jedoch die von dem Impusgenerator abgegebene Einspritzimpulsbreite mit dem Teilerverhältnis multipliziert, um eine entsprechend größere zweite Impulsbreite zu erhalten. Liegt dagegen die Frequenz des von dem Strömungsfühler abgegebenen Impulssignals unterhalb der Bezugsfrequenz, so wird die Treiberschaltung unmittelbar mit dieser Frequenz angesteuert, die damit gleich der Einspritzfrequenz der Treiberschaltung ist Andererseits ist die Impulsbreite der von der Treiberschaltung abgegebenen Kraftstoffeinspritzimpulse nur relativ klein, nämlich gleich dei ersten Impulsbreite der von dem Impulsgenerator abgegebenen Einspritzimpulse. Auf diese Weise läßt sich in sehr einfacher Weise und ohne das Erfordernis eines aufwendigen und komplizierten Kraftstoffeinspritzventils die Kraftstoffmenge über einen sehr großen Mengenbereich genau und zuverlässig dosieren.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen abgegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Kraftstoffeinspritzanlage.

Fig. 2A bis 2C die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspriizan.ege.

F : g. 3 einen Schnitt einer Karman'schen Wirbeistrommeßvorrichtung,

Fig.4 einen Schnitt eines Ausführungsbeispiels des Kraftstoffeinspritzvenwls und

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in F i g. 4.

In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine Karman"sche Wirbelstrommeßvomchtung 20 aufweist, die im Ansaugkanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist und ein Impulssignal Sa liefert, dessen Frequenz proportional zum Ansaugluftstrom ist. Die Strömungsmeßvorrichtung 20 liefert beispielsweise ein Signal mit einer Frequenz von 50 H? bei minimalem Ansaugluftstrom und ein Signal mit einer Frequenz von 1000 Hz bei maximalem Ansaugluftstrom.

Das Signal Sa liegt an einem ersten und einem zweiten Frequenzteiler 21 und 22, die die Frequenz des Signals Ss im Verhältnis 1 und 4 jeweils teilen, und Ausgangssignale Sb und 5c eitler Schaltung 23 mit Schalterfunktion liefern. Das Signal Sa liegt auch an einem Freqüenzvergleicher 24, der die Frequenz der-Signals Sa mit eine! Bezügsfrequenz vergleicht Im von der Strömungsmßßvorrichtung 20 über 500 Hz mit zunehmendem Ansaugluftstrom ansteigt, liegt das Impulssignal 5c vom zweiten Frequenzteiler 22 an der Treiberschaltung 30, um die Kraftstoffeinspritzungen zeitlich zu steuern, und es ändert sich die Impulsbreite des Einspritzimpulssignals Sd auf einen Wert der viermal so groß wie die Impulsbreite des Einspritzimpulssignals Sd bei einer Frequenz des Impulssignals 5a unter 500 Hz ist Da die Kraftstoffeinspritzung mit

ίο 500 Hz bei maximalem Ansaugluftstrom erfolgt, besteht keine Notwendigkeit, ein Hochgeschwindigkeitskraftstoffeinspritzventil vorzusehen.

Da sich der Ansaugluftstrom aufgrund einer Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine von etwa

600 Umdrehungen pro Minute beim Leerlauf auf etwa 6000 Umdrehungen pro Minute bei maximaler Leistung der Brennkraftmaschine auf das lOfache ändert, und sich darüber hinaus aufgrund Änderungen in den Lastverhältnissen auf das vierfache ändert, ändert sich der Ansaugluftstrom insgesamt vom kleinsten Wert bis zum größten Wert auf das 40fache. Es is' daher erforderlich, die einzuspritzende Kraftstoffmenee vom kleinsten Wert auf den größten Wert um das 4Oi ache zu ändern. Eine Begrenzung des Änderungsbereichs für die eingespritzte Kraftstoffmenge aufgrund des Aufbaues des Kraftstoffeinspritzventils führt zu schlechten Kraftstoffluftmischverhältnissen und zu einer schlechten Kraftstoffluftverteilung. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzanlage ist eine

derartige Gefahr dadurch ausgeschlossen, daß die Häufigkeit der Kraftstoffeinspritzungen erhöht und die Menge an Kraftstoff, die bei jeder Kraftstoffeinspritzung bei niedrigem Ansaugluftstrom eingespritzt wird, herabgesetzt wird, während bei hohem Ansaugluftstrom die Häufigkeit der Kraftstoffeinspritzungen herabgesetzt und die Menge an Kraftstoff erhöht wird, die bei jeder Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird.

Anhand von Fig. 3 wird im folgenden im einzelnen eine Karman'sche Wirbelstrommeßvorrichtimg beschrieben. Eine Karman'sche Wirbeilstrommeßvorrichtung nutzt die Tatsache aus, daß die Häufigkeit, mit der KTman'sche Wirbel durch einen säulenförmigen Gegenstand im Fluidstrom erzeugt werden, proportional zur Geschwindigkeit des stromenden Fluids ist.

Im Fluiddurchlaß 40 ist eine typische Karman'sche Wirbelstrommeßvorrichtung vorgesehen, dis einen zylindrischen Wirbelgenerator 41, der mit einer durchgehenden Bohrung 42 ausgebildet ist. und einen Heizdraht 43 aufweist, der durch die Bohrung 42 verläuft. Durch die Bohrung 42 tritt eine Fluidströmung auf. die eine Änderung des Widerstandes des Heizdrahtes 4Ϊ immer da>m bewirkt, wenn ein Karman'scher Wirbel gebildet wird. Die Häufigkeit oder die Periode, mit der die Karman'schen Wirbel erzeugt werden, wird aufgenommen und die Fluidströmung wird über die Widerstandsänderung gemessen.

Da durch den Wirbelgenerator 41 starke Wirbel erzeugt werden, so daß das Fluid stromabwärts vom Wirbelgenerator 41 stark verwirbelt wird, werden die Luft und der Krr'tstoff vollständig vermischt, wenn der Kraftstoff an einem Bereich stromabwärts vom Wirbelgenerator 4i eingespritzt wird. Da die erzeugten Wirbel abgeschwächt werden, v/enri sie vom Wirbelgenerator 41 fortwandernj sollte die Einspritzdüse des Kraftstoffeinspritzventils so nahe am Wirbelgenerator wie möglich anj<?ordhp.t sein. Eine ausreichende Verwirbelung kann dann erhalten werden, wenn die Einspritzdüse in einem Abstand / zwischen einem

Hinblick auf die Stabilität der Steuerung wird es bevorzugt, die Bezugsfrequenz hysteretisch derart festzulegen, daß die Frequenz des Signals Sa mit einer höheren Bezugsfrequenz bei ansteigender Frequenz und mit einer niedrigeren Bezugsfrequenz bei abnehmender Frequenz Verglichen wird, wie es in Fig.2B dargestellt ist. Der Frequenzvergleicher 24 erzeugt beispielsweise ein zweites Signal, wenn die Frequenz des Signals Sa von der Wirbelstrommeßvorrichtung über 500 Hz steigt, und erzeugt ein erstes Signal, wenn die Frequenz des Signals 5a auf unter 400 Hz abnimmt.

Die Schaltung 23 mit Schalterfunktion läßt das Signal Sc vom zweiten Frequenzteiler 22 hindurch, wenn der Frequenzvergleicher 24 das zweite Signal erzeugt, und läßt das Signal Sb vom ersten Frequenzteiler 21 hindurch, wenn der Frequenzvergleicher 24 das erste Signal erzeugt.

Die Kraftstoffeinspritzanlage weist einen Impuls- gpTipratnr 25 auf. an dem ein Eingangssignal vom Freqtienzvergleicher 24 liegt und der an seinem Ausgang ein Einspritzimpulssignal Sd liefert. Die Impulsbreite des Einspritzimpulssignals Sd bei Erzeugung des zweiten Signals vom Frequenzvergleicher 24 ist entsprechend dem Teilerverhältnis des zweiten Frequenzteilers 22 viermal so groß wie die Impulsbreite des Einspritzimpulssignals Sdbei Erzeugung des ersten Signals vom Frequenzvergleicher 24. Das Einspritzimpulssignal Sd liegt an einer Korrekturschaltung 26, die die Impulsbreite des Einspritzimpulssignals Sd nach Maßgabe verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine korrigiert, die durch Signale wiedergegeben werden, die von einem Kühlwassertemperaturfühler 27, einem Luftdruckfühler 28 und einem Abgasfühler 39 kommen, und liefert an seinen Ausgang ein Impulssignal Se mit korrigierter Impulsbreite. Das Impulssignal Se liegt an einer Treiberschaltung 30. Die Treiberschaltung 30 liefert ein Einspritzimpulssignal Sf, dessen Impulsbreite durch das Impulssignal Se bestimmt ist. an ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 31 immer dann, wenn ein Steuersignal St von der Schaltung 23 mit Schalterfunktion anliegt, wodurch das Kraftstoffeinspritzventil 31 für eine Zeitdauer betätigt wird, die der Impulsbreite des Impulssignais Sf entspricht. Das Steuersignal Sf ist gleich dem Signal Sc wenn der Frequenzvergleicher 24 das zweite Signal abgibt, oder gleich dem Signal Sb, wenn der Frequenzvergleicher 24 das erste Signal angibt.

F i g. 2A zeigt in einem Diagramm der Ausgangsfrequenz der Strömungsmeßvorrichtung gegenüber der Steuerimpulsfrequenz die Kennlinie des Steuerimpulssignals Si; F i g. 2B zeigt in einem Diagramm der Ausgangsfrequenz der Strömungsmeßvorrichtung gegenüber der Ausgangsimpulsbreite der Strömungsmeßvorrichtung die Kennlinie des Frequenzvergleichers 24, und F i g. 2C zeigt in einem Diagramm der Ausgangsfrequenz der Strömungsmeßvorrichtung gegenüber der Impulsbreite des Einspritzimpulssignals die Kennlinie des Impulsgenerators 25.

Aus den F i g. 2A bis 2C ist ersichtlich, daß das von der Strömungsmeßvorrichtung 20 gelieferte Impulssignal

·> Sa direkt an der Treiberschaltung 30 liegU um die Kraftstoffeinspritzungen zeitlich zu steuern, wenn die Frequenz des Signals Sa bei geringem Ansaugluftstrom niedrig ist. Die Kraftstoffeinspritzungen erfolgen somit bei minimalem Ansaugluftstrom mit einer Frequenz von

in 50 Hz. Dadurch ergeben sich gute Kraflstoffluftmisch-Verhältnisse und eine gute Kraftstoffluftverteilung. Wenn andererseits die Frequenz des Impulssignals Sa gerade erzeugten Wirbel und dem vorhergehenden Wirbel vom Wirbelgenerator 41 angeordnet ist.

Versuche haben gezeigt, daß der Abstand /etwa 4,63 d beträgt, wobei d der Durchmesser des zylindrischen Wirbelgenerators 41 ist. Wenn beispielsweise der Durchmesser des Wirbelgenerators 2 cm beträgt, kann Hip FirnnritzdiKe des Kraftstoffeinspritzventils an einer

2i) Stelle stromabwärts vom Wirbelgenerator 41 innerhalb eines Abstandes von etwa 9 cm angeordnet werden.

Etwa derselbe Wert wird mit Wirbelgeneratoren mit rechteckigem oder dreieckigem Querschnitt erhalten.

In den Fig.4 und 5 ist die Beziehung zwischen der Karman'schen Wirbelstrommeßvorrichtung und dem Kraftstoffeinspritzventil aufgrund dieser Überlegungen dargestellt. Die Karman'sche Wirbelstrommeßvorrichtung wi'it einen Wirbelgenerator 46 mit einer durchgehenden Bohrung 47 und einen Heizdraht 48 auf,

JO der in der Bohrung 47 verläuft. Die Wirbelstrommeßvorrichtung ist im Ansaugkanal 49 angeordnet, der an seiner stromaufwärtsliegenden Sei'ü über einen wabenförmigen Stromregler 50 mit einem nicht dargestellten Luftfilter und an der stromabwärtsliegenden Seite über einen Ansaugkrümmer mit den Ansaugmündungen der Zylinder verbunden ist.

Das Kraftstoffeinspritzventil 51 weist eine Einspritzdüse 52 auf, die durch den Wirbelgenerator 46 verläuft und an der stromabwärtsliegenden Seite des Wirbelgenerators 46 mündet, so daß der Kraftstoff in der durch unterbrochene Linien und Pfeile dargestellten Weise eingespritzt werden kann. Da die Strömung stromabwärts vom Wirbelgenerator 46 durch die Karman'schen Wirbel stark verwirbelt wird, wird der eingespritzte Kraftstoff vollständig mit der eingeführten Luft vermischt Das führt zu einem Kraftstoffluftgemisch mit einer extrem gleichmäßigen Kraftstoffverteilung und einer starken Kraftstoffzerstäubung.

Obwohl vorzugsweise der Kraftstoff fortlaufend eingespritzt wird, um für eine hohe Zerstäubung und eine gute Verteilung zu sorgen, können ausreich, .ide Ergebnisse auch dann erhalten werden, wenn der Kraftstoff synchron mit der Drehung der Kurbelwelle oder der Erzeugung: der Karman'schen Wirbel, d. h. mit

dem Ausgangssignai der Karman'schen Wirbelstrommeßvorrichtung, eingespritzt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Ansaugkanal, der mindestens ein Kraftstoffeinspritzventil und einen Strömlingsfühler aufweist, der ein Impulssignal erzeugt, dessen Frequenz dem Ansaugluftstrom proportional ist, und mit einer Ventilbetätigungseinrichtung, die auf das Impulssignal anspricht, um das Kraftsioffeinspritzventil mit der Frequenz des Impulssignals zu betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbetätigungseinrichtung einen Frequenzvergleicher (24) für das Impulssignal, der ein erstes Ausgangssignal erzeugt, wenn das Impulssignal geringer als eine Bezugsfrequenz ist, und ein zweites Ausgangssignal erzeugt, wenn die Frequenz größer als die Bezugsfrequenz ist, eine Steuereinrichtung (21, 22, 23) zum Hindurchlassen des Impulssignals beim Vorliegen des ersten Ausgangssignals und zum Teilen der t /equenz des Impulssignals mit einem bestimmten Teilerverhältnis sowie "indurchlassen des frequenzunterteilten Impulssignals beim Vorliegen des zweiten Ausgangssignals, einen Impulsgenerator (25), der auf das erste Ausgangssignal anspricht, um ein Einspritzirnpulssignal zu erzeugen, das eine erste Impulsbreite hat und auf das zweite Ausgangssignal anspricht, um ein Einspritzimpulssignal zu erzeugen, das eine zweite Impulsbreite hat, die gleich dem Multiplikationsergebnis aus der ersten Impulsbreite mit dem Teilerverhältnis ist, und eine Treiber -haltung (30) aufweist, die mit der Steuerschaltung (21, 22. 23) un4 dem Impulsgenerator (25) verbunden ist und das Kraftstoffeinspritzventi! (31) jedesmal dann für eine Zeitdauer öffnet, die durch die Impulsbreite der Eiiispritzimpulssigna-Ie des Impulsgenerators (25) bestimmt ist, wenn ein von der Steuerschaltung (21, 22, 23) hindurchgelassenes Impulssignal ansteht.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbetätigungs- w einrichtung eine Korrekturschaltung (26) aufweist, die die Zeitdauer, während der das Kraftstoffeinspritzventil (31) geöffnet ist, nach Maßgabe verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine korrigiert.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzvergleicher (24) die Frequenz des vom Strömungsfühler (20) abgegebenen Impulssignals hysteretisch mit einer geringeren Bezugsfrequenz bei abnehmend ■ Frequenz und mit einer höheren Bezugsfrequenz bei zunehmender Frequenz vergleicht.