DE2928418C2

DE2928418C2 - Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2928418C2
Application number: DE2928418A
Authority: DE
Inventors: Norio Kameoka Hyogo Endo; Toyoaki Fukui; Takashi Kanagawa Ishida; Takao Himeji Hyogo Miki; Tatsuro Kyoto Hyogo Nakagami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1978-07-13
Filing date: 1979-07-13
Publication date: 1983-02-17
Also published as: JPS5512270A; CA1122675A; GB2027941A; FR2431031B1; US4235205A; AU4901779A; FR2431031A1; JPS586050B2; DE2928418A1; GB2027941B; AU522865B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt (DE-OS 61 299), die nur ein einziges Einspritzventil aufweist Damit dieses Ventil von niederen bis zu höchsten Drehzahlen funktionieren kann, muß das Einspritzventil auch auf sehr kurze Einspritzimpulse reagieren können. Ein solches Einspritzventil ist äußerst empfindlich und in der Herstellung aufwendig.

Es ist ferner eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches bekannt (DE-OS 22 47 090), die eine Mehrzahl von Einspritzventilen verwendet. Diese werden aber mittels der Einspritzimpulse gleichzeitig angesteuert. Auch bei dieser bekannten Einrichtung müssen hohe Anforderungen an die Einspritzventile hinsichtlich deren Ansprechempfindlichkeit und Wiederholungsfrequenz gestellt werden, um die hinreichend zuverlässige Versorgung des Motors mit Kraftstoff in allen Betriebsbereichen, also vom Leerlauf bis zur Höchstdrehzahl sicherzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs vorzuschlagen, durch die einem Motor über einen großen Betriebsbereich hinweg derart Kraftstoff zugeführt werden kann, ohne daß hochwertige Einspritzveniile erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den

kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es sichergestellt daß in dem Bereich des Ansaugrohrs zwischen der Detektorvorrichtung und der AnscMußstelle des Kraftstoffdruckreglers stets ein dem Motorzu stand entsprechendes Kraftstoff-Luftgemisch vorhanden ist, und zwar über einen großen Betriebsbereich des Motors hinweg, ohne daß aufwendige und hochwertige Einspritzventile vorhanden sein müssen, weil diese

ίο nacheinander in Abhängigkeit von dem zur ve;ü.nderlichen Ansaugluftmenge proportionalen elektrischen Signal phasenverschoben angesteuert werden. Die Phasenverschiebung bemißt sich nach der Anzahl der eingesetzten Einspritzventile, wobei in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Impulsbreite jedes Einspritzsignals unabhängig von der Phasenverschiebung gesteuert werden kann.

Es ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Rotationskolbenmaschinen bekannt (DE-OS 23 28 576), bei der zwar die beiden Einspritzventile nacheinander alternierend angesteuert werden, aber lediglich in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotationskolbens, und nicht etwa wie nach Lehre der Erfindung in Abhängigkeit von der Anzahl der eingesetzten Ein spritzventile.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles nachstehend näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Kraft-

Stoffeinspritzeinrichtung;

F i g. 2a eine graphische Darstellung eines Signalverlaufs eines Ausgangs einer Detektorvorrichtung für die Luftrate der Kraftstoffeinspritzeinrichtung; F i g. 2b eine graphische Darstellung einer durch die

JS elektrische Steuerungsvorrichtung an die Einspritzventile angelegten Antriebsimpulsreihe;

F i g. 3 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Funktion der Detektorvorrichtung für die Luftrate; F i g. 4a bis 4e graphische Darstellungen zur Eriäute rung der Steuerung des Betriebs eines Einspritzventils; F i g. 5 eine vergrößerte Teil-Längsschnittansicht der Anordnung der Einspritzventile, und

Fig.6 eine Draufsicht auf Fig.5, betrachtet in Richtung Vl-VI.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 3 ist eine Detektorvorrichtung 4 für die Luftrate auf einer Ansaugleitung 3 zwischen einem Luftreiniger 1 und

einem Drosselventil 2 vorgesehen.

Die Detektorvorrichtung 4 besteht aus einem

so dreieckigen Prisma 4a, das senkrecht zur Strömungsrichtung der Saugluft angeordnet ist, einem als Ultraschallwellenerzeuger dienenden Lautsprecher 4b und einem als Ultraschallwellenempfänger dienenden Mikrofon 4c, die beide unterhalb des dreieckigen Prismas 4a an der Außenwand des Ansaugverteilerrohres 3 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Mit der Bezugsziffer 5 ist ein Saugluftgleichrichter bezeichnet, der zum Gleichrichten des Saugluftstromes vorgesehen ist und somit den stabilen Betrieb der

Detektorvorrichtung 4 sicherstellt.

Da die durch den Gleichrichter 5 gleichgerichtete Saugluft innerhalb der Ansaugleitung 3 fließt, wird stromabwärts des Prismas 4 eine nicht symmetrische Turbulenz (Karman'sche Wirbelstraße) erzeugt (F i g. 3).

Es ist bekannt, daß die durch die Turbulenz erzeugte Frequenz proportional ist zu der Geschwindigkeit der unter einer festen Bedingung durch die Ansaugleitung 3 strömenden Luft, es wird daher die Geschwindigkeit der

Luft (oder die Volmncridürehflußrate} mitteis Messen der durch die Turbulenz erzeugten Frequenz nachgewiesen.

Unter der Bedingung, daß die Turbulenz einer Frequenz, die proportional ist zur Geschwindigkeit des Luftstromes, stromabwärts vom Prisma 4a erzeugt wird, wird daher die durch den Lautsprecher 46 erzeugte Ultraschallwelle 5w einer Amplitudenmodulation sowie einer Frequenzmodulation unterworfen, die durch die Turbulenz erzeugt werden, und wird dann vom Mikrofon 4c empfangen. Die höheren harmonischen Komponenten werden aus dem modulierten Signal Sour entfernt, indem ein Wellenformschaltkreis 6 einschließlich eines Tiefpasses und dergleichen verwendet wird, und lediglich die moduliert Frequenz als Hüllkurve '⁵ ausgewählt wird, wodurch das Wechselspannungssignal Εω (Fig.2a und 3) nachgewiesen wird, das eine zur Luftdurchflußrate, d.h. zur Luftvolumengeschwindigkeit proportionale Frequenz aufweist, und periodisch schwankt.

Dieses Wechselspannungssignal Εω wird in eine Aufeinanderfolge von Impulsen Ρω (Fig.2b und 4a) umgesetzt, synchronisiert mit seiner Frequer.i (Εω) durch einen Impulserzeugerkreis 7a einer Steuervorrichtung 7, der als elektrische Steuerungsvorrichtung eingesetzt ist, daraufhin umgewandelt in eine Reihe von Antriebsimpulsen Ρω/Λ, die synchron sind mit der geteilten, gleich einem Viertel der Frequenz von Ρω, durch einen Schaltkreis 76. der aus einem Flip-Flop und dergleichen (F i g. 4b) besteht

Die Antriebsimpulse Ρω/4 sind in Aufeinanderfolgen von Antriebsimpulsen Ρ{ω/4)ο, Ρ(ω/4)φ und Ρ(ω/2)2Φ (Fig.4c und 4d) gespalten, weiche Phasen aufweisen, die gegeneinander um ein Drittel einer Periode durch einen Phasenkompensationsschaltkreis Tc verschoben sind; daraufhin werden sie von den Anschlüssen F, C und //der Steuervorrichtung ausgegeben.

Das Zeichen ω bezeichnet eine Winkelgeschwindigkeit entsprechend der zur Luftströmungsgeschwindigkeit proportionalen Frequenz.

Mit Φ wird angezeigt, daß die Antriebsimpulse Ρ{ω/4)ψ um ein '/3 ihrer Periode in bezug auf die Antriebsimpulse Ρ(ω/4)ο verschoben sind und mit 2 Φ wird angegeben, daß die Antriebsimpulse P(<u/4)2* um V₃ ihrer Periode in bezug auf die Antriebsimpulse Ρ(ω/4)ο verschoben sind.

Die Antriebsimpulse Ρ{ω/4)ο, Ρ{ω/4)ψ und Ρ(ω/4)₂* werden kontinuierlich an die Solenoiden 8a jeweils eines ersten, zweiten und dritten Einspritzventil 8 angelegt.

jedes Einspritzventil wird synchron mit den Antriebsimpulsen Ρ(ω/4)ο, Ρ{ω/4)φ oder Ρ(ω/4)2Φ betätigt. Die Impulsbreite τ der Antriebsimpulse wird wahlweise entsprechend der spezifischen Arbeitsweise des Einspritzventils 8 bestimmt

Die Einspritzventile 8 sind derart angeordnet, daß jeder KraftstoffauslaS in eine Anschlußstelle 9a einer Ansaugleitung 9 unterhalb des Drosselventils 2 mündet, jedes Einspritzventil 8 weist ein Ventilgehäuse 86, einen Solenoiden 8a und einen Kolben 8c auf, der mittels einer Feder 8e mit dem Ventilgehäuse 8b verbunden ist, die den Kolben 8c in die Richtung drückt, in der eine mit dem Kolben 8e einstöckig ausgebildete Ventilnadel 8tf den Kraftstoffauslaß erschließt.

Die Antriebsimpulse Ρ(ω/4)ο, Ρ(ω/4)φ und Ρ(ω/4)₂φ werden durch die Steuervorrichtung an den entspre- ^b5 chenden Solenoiden 8a des jeweiligen Einspritzventils 8 angelegt, daraufhin veranlaßt der angetriebene Solenoid 8<7 den Kolben 8c sich um einen bestimmten abstand gegen die Feder 8e zu verschieben, und die Ventilnadel 8c/öffnet den Kraftstoffauslaß 8i Während der Impulsejngang nicht angelegt ist, drückt die Feder 8e den Kolben 8c nach unten, um den Kraftstoffauslaß durch die Ventilnadel 8£/geschlossen zu halten.

Die Einspritzventile 8 sind in getrennter Anordnung in Fig. 1 veranschaulicht in der Praxis sind sie jedoch derart vorgesehen, daß die Kraftstoffauslässe an der Anschlußstelle 9a der Ansaugleitung 9 (Fig.5 und 6) zentralisiert sind.

Ein Kraftstoffdruckregler 10 weist eine erste Kammer 10ό und eine zweite Kammer 10c auf, die durch eine Membrane. 10a unterteilt sind. Die erste Kammer 106 ist mittels eines Kraftstoffzufuhrrohres 11 mit den drei Einspritzventilen 8 verbunden, während die zweite Kammer 10c mittels eines Vakuumrohres 12 mit einer öffnung an der Ansaugleitung 9 nahe dem Kraftstoffauslaß 8/verbunden ist

Die erste Kammer 106 ist mit einem Kraftstofftank 13 verbunden, und zwar durch ein Kraftstoffzuführungsrohr 14, in dessen Leitung eine elektrische Kraftstoffpumpe P vorgesehen ist und weiterhin mit einer Kraftstoffrückführungsröhre 15.

Ein Ventil 10c/ zum Steuern der Kraftstoffrückführungsrate durch Regeln der öffnung der Rückführungsröhre 15 in der ersten Kammer 106 ist an der Membrane 10a in der ersten Kammer 106 festgelegt Eine Feder 1Oi die in der zweiten Kammer 10c zwischen dem auf der Membrane 10a ausgebildeten Federsitz 1Oe und dem Körper des Kraftstoffdruckreglers 10 vorgesehen ist schiebt das Ventil 10c/durch den Federsilz 1Oe und die Membrane 10a in die Richtung, in der das Ventil 10c/ das Öffnungsende der Rückführungsröhre 15 schließt

Wenn der Druck in der Ansaugleitung 9 nachläßt, sinkt der Druck in der zweiten Kammer lOcebenfalls ab, so daß die Membrane 10a gegen die Feder 10/gezogen wird und das Ventil 10c/ öffnet, um einen Teil des Kraftstoffes durch die Kraftstoff rückführungsröhre 15 in den Kraftstofftank 13 rückfließen zu lassen. Daraufhin wird der den Kraftstoff zum Einspritzventil 8 führende Kraftstoffdruck verringert, wodurch eine feste Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffzuführungsdruck zum Einspritzventil 8 und dem Saugdruck nahe dem Kraftstoffauslaß beibehalten wird.

Ein Detektor für den Betriebszustand ist vorgesehen, um die Temperatur des Motorkühlvassers, den Belastungszustand, die Beschleunigungs- und Verminderungsrate sowie den Betriebszustand des Motors anzuzeigen und entsprechend diesen Bedingungen elektrische Signale zu erzeugen.

Der Detektor zum Nachweis des Betriebszustandes weist einen Sensor \%a zum Feststellen der Temperatur des Motorkühlwassers auf, einen Sensor 166 zum Feststellen des Belastungstiiveaus, einen Sensor 16czum Nachweisen der Beschleunigungs- und der Geschwindigkeitsverminderungsrate und einen Sensor 16c/ zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration im Abgas. Eine Impulsbreitenmodulationsvorrichtung 16 empfängt die Informationssignale von den Sensoren 16a bis 16c/ und setzt diese zusammen, um den Betriebszustand zu beurteilen, und erzeugt elektrische Signale durch eine vorher programmierte Rechenvorrichtung.

Der Steuerkreis 16 ist in der Steuervorrichtung 7 enthalten.

Die Eingangssignale von den Sensoren 16a bis 16c/ werden dui.h die Krntakte A. B, C und D in der Vorrichtung 16 eingegeben und dann /um Haupt-Steuerkreis der Steuervorrichtung 7 gesandt.

Der Haupl-Stcucrkrcis moduliert die vorbestimmte Impulsbreite r der Antriebsimpulse /'(iij/4)o, Ρ{ωΙ4).ρ und Ρ(ω/4)2Φ, die an die F.inspntzventile 8 entsprechend den elektrischen Signalen angelegt werden, die durch die Vorrichtung 16 der Detektorvorrichtung des Betriebszustandes abgegeben werden.

Die Antriebsimpulse Ρ(ω/4)ο, Ρ(ο)Ι4)φ und Ρ(ω/4)2* mit modulierter Impulsbreite weiden von den Kontakten F. G und Hder Steuervorrichtung angegeben und an die jeweiligen Einspritzventile 8 angelegt.

In F i g. I werden mit den Bezugsziffern 17 und 18 ein Motor eines Kraftfahrzeuges und ein Auspuffrohr bezeichnet.

Eine derart ausgebildete Kraftstoffzufuhreinrichtung wandelt die Durchflußrate oder die Volumendurchflußrate der durch den Luftreiniger 1 gesaugten Ansaugluft in ein Wechselspannungssignal Cw (Fig. 2a) mit einer Frequenz um, die proportional ist zur Luftdurchflußrate der Detektorvorrichtung 4; daraufhin wird das Wechselspannungssignal Co) in ein Impulssignal Pid (F i g. 2b und 4a) umgewandelt.

Die Impulse Po> werden in Antriebsimpulse P(u>/4) umgewandelt, wobei ein Viertel der Frequenz der Impulse Ρω durch Teilen der Impulse Pm erzeugt wird. Die Antriebsimpulse P(w/4) werden dann in drei Aufeinanderfolgen von Impulsreihen Ρ(ω/4)ο, Ρ(ω,Ά)φ und Ρ(ωΙ4)ΐΦ gespalten, die um ein Drittel einer Frequenz gegeneinander verschoben sind, daraufhin an das erste bis dritte Einspritzventil 8 angelegt, so daß deren jedes synchron mit den entsprechenden Antriebsimpulsen betätigt wird, wodurch der Kraftstoff zur Anschlußstelle 9a der Ansaugleitung 9 in regelmäßiger Ordnung zugeführt wird. Die Einspritzventile 8 arbeiten daher bei einer geteilten, niedrigeren Frequenz, und zwar mit einem Viertel der Frequenz von Pb). proportional zur Frequenz der Motorumdrehungen bei Betrieb des Motors bei höchster Geschwindigkeit. Die Einspritzventile 8 arbeiten somit in stabiler Weise, sogar bei höchster Geschwindigkeit cies Motors, da die auf sie wirkende Last verringert wird.

Der Kraftstoffdruck zu den Einspritzventilen 8, d. h. der Kraftstoffdruck in der ersten Kammer 106 des Kraftstoff-Druckreglers 10, wird auf folgende Weise gesteuert.

Die Differenzkraft zwischen einer durch das Vakuum im Ansaugrohr erzeugten Zugkraft und der auf die Membrane wirkenden Federkraft der Feder 10/" öffnet oder schließt das Ventil 10t/, wenn der Kraftstoffdnick in der ersten Kammer 106 jeweils unter oder über der Differenzkraft liegt, wodurch der Kraftstoffdruck in der ersten Kammer 10Λ in etwa auf dem Stand der Differenzkraft gehalten wird. Kraftstoff mit gesteuer

tem Druck wird den Einspritzventilen 8 zugeführt, und der eine feste Druckdifferenz in be/.ug auf den Druck des Ansaugrohres aufweisende Kraftstoff wird in die Ansaugleitung 9 eingespritzt.

Wenn nun in diesem Zustand ein Signal entsprechend der Änderung des Motorbetriebs vom Sensor 16a, \6b. 16c· oder 16<y/u der Vorrichtung 16 gesandt wird, dann sendet dieser ein Ausgangssignal entsprechend dem Eingangssignal zum H.iuptsteuerkreis der Steuervorrichtung, wo die Impulsbreite r der Antriebsimpulse P(to/4)_n. P(o)/4>Mind Ρ(ω/4)_}φ. die an die Einspritzven tile 8 angelegt werden, entsprechend dt-s elektrischen Signals modulier' wird, das von der Vorrichtung 16 abgegeben wird. Daraufhin werden die Antriebsimpulse von den Anschlüssen F. G und Hzu den entsprechenden Einspritzventilen 8 gesandt, um letztere zu betreiben.

Indem die Öffnungsdauer der elektromagnetischen Ventile 8 im Verhältnis zur Impulsbreite gesteuert wird, variiert die Kraftstoffeinspiiizrate entsprechend dem Betriebszusland des Motors, so dali die Kraltstolleinspritzratc in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen des Motors elektronisch gesteuert wird, um für optimale Bedingungen zu sorgen.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoffeinspritzeinrichtung spritzt Kraftstoff in die Ansaugleitung 9 ein, die eine bestimmte, festgelegte Druckdifferenz in bezug auf das Rohrvakuum der Ansaugleitung aufweist, und /war durch die Vielzahl von Einsprit/ventilen 8 (beispieisweise drei), die derart gesteuert werden, daß sie synchron mit einer Frequenz oder dieser folgend betätigt werden, die erzeugt wird durch Teilen in ein Viertel einer Frequenz eines Wechselspannungssignales Εω, proportional zur Menge der Ansaugluft. Weiterhin werden die drei Einspritzventile 8 in regelmäßiger Ordnung betätigt bzw. betrieben, wobei der Antriebszeitpunkt um ein Drittel einer Periode der geteilten Frequenz verschoben ist. Die Einrichtung ist daher in der Lage, für eine äußerst genaue und zuverlässige elektronische Steuerung der Kraftstoffzufuhr über den großen Bereich der Motorbetriebsbedingungen, und zwar vom Leerlauf des Motors bis hin zum Betrieb bei höchster Geschwindigkeit, zu sorgen.

Es liegt auf der Hand, daß die Anzahl der Einspritzventile 8 und das Teilungsverhältnis abhängig von der Art des Motors wählbar ist.

Im vorbeschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Öffnungsdauer der Einspritzventile 8 eingestellt, indem die Impulsbreite entsprechend den Motor-Betriebsbedingungen gesteuert wird, es kann jedoch der Kraftstoffdruck für die Einspritzventile 8 entsprechend den Motor-Betriebsbedingungen gesteuert werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung for eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl elektromagnetischer Einspritzventile zum Steuern der den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge, mit einem Kraftstoffdruckregler zum Beibehalten eines bestimmten, festgelegten Unterschiedes im Druck zwischen dem den Einspritz-Ventilen zugeführten Kraftstoff und der Luft in der Ansaugleitung, mit einer Detektorvorrichtung für die Menge der die Ansaugleitung durchströmenden Ansaugluft zum Erzeugen eines elektrischen Signals mit einer zu der veränderlichen Ansaugluftmenge proportionalen Frequenz und mit einer Steuervorrichtung, die auf die elektrischen Signale von der Detektorvorrichtung hin Einspritzimpulse erzeugt und mit diesen die Einspritzventile ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzventile (8) stromabwärts von der Detektorv&rrichtung (4) und stromaufwärts von der Anschlußsteile des Kraftstoffdruckreglers (10) in der Ansaugleitung (3) angeordnet sind, daß die Steuervorrichtung (7) jedes Einspritzventil (8) einzeln nacheinander mit Einspritzimpulsen einer Frequenz ansteuert die jener des elektrischen Signals von der Detektorvorrichtung (4) oder einer hieraus durch Teilung gewonnenen Frequenz entspricht, und daß die Einspritzimpulse für die verschiedenen Einspritzventile um den Reziprokwert der Anzahl der Einspritzventile zueinander phasenverschoben sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (16) zur Impulsbreiten-Modulation der Einsprkzsignalw, entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (17).