DE3110381C2

DE3110381C2 - Kraftstoff-Einspritzsteuersystem für Brennkraftmotoren

Info

Publication number: DE3110381C2
Application number: DE3110381A
Authority: DE
Inventors: Akio Yokohama Kanagawa Hosaka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1981-03-17
Publication date: 1986-07-24
Also published as: JPS56132454A; GB2073318A; GB2073318B; DE3110381A1; US4419976A

Abstract

Ein Treibstoff-Einspritzsteuersystem für einen Brennkraftmotor (E) umfaßt eine mindestens einen Motorbetriebsparameter überwachende Sensoreinheit (24 . . .), mindestens ein Treibstoff-Einspritzventil (10), einen den Treibstoffdruck am Einspritzventil auf einem Wert aus einer Gruppe von Werten haltenden Druckregler (17) und eine Steuereinheit (13), welche das Einspritzventil und den Druckregler mit seinem Ausgangssignal (T) so kontrolliert, daß einerseits der Treibstoffdruck (P ↓i) entsprechend den Motorbetriebsbedingungen veränderbar ist, aber die eingespritzte Treibstoffmenge konstant gehalten wird.

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß der Druckregler (17) den auf einen von wenigstens zwei vorbestimmten Druckwerten (P 1, P 2) einstellbaren Pifferenzdruck (Pi) über dem Einspritzventil (10) konstant hält,

— daß durch die Steuereinheit (13) der Differenzdruck (Pi) auf einen der genannten Druckwerte (Pi, P2) bei Erreichen einer vorbestimmten Motordrehzahl (N) und/oder einer vorbestimmten angesaugten Luftmenge (Q) einstellbar ist,

— und daß ferner durch die Steuereinheit (13) nach Umschaltung auf einen der genannten Druckwerte (Pi, P2) die Öffnungszeit des Einspritzventils (10) in der Weise veränderbar ist, daß cüe eingespritzte Kraftstoffmenge während jeder Öffnung des Einspritzventils (10) unabhängig von der Umschaltung ist.

2. Einspritzsteuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch daß der Druckregler (17) folgende Bauteile aufweist:

— eine mit dem Kraftstoffdruck in Strömungsrichtung hinter dem Einspritzventil (10) beschickte erste Kammer (27),

— eine gegenüber der ersten Kammer durch eine Membran (26) abgetrennte und mit dem Kraftstoffdruck in Strömungsrichtung vor dem Einspritzventil (10) beschickte zweite Kammer (28),

— ein die Druckentlastung in Strömungsrichtung vor dem Einspritzventil (10) kontrollierendes und durch die Membran (26) betätigbares Steuerventil (29) mit einem daran befestigten magnetisch wirksamen Material (32), und

— einen Elektromagneten (30), welcher durch Selektivanziehung des magnetisch wirksamen Materials (32) das Steuerventil und die Membran bewegt und dabei das Steuerventil (29) in Abhängigkeit von dem Differenzdruck (Pj) über dem Einspritzventil (10) so betätigt, daß derselbe auf einem sich in Abhängigkeit von der Elek-

tromagnet-Erregung ändernden Wert gehalten wird.

3. Einspritzsteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (13) den Druckregler (17) so steuert, daß in Abhängigkeit davon, ob die angesaugte Luftmenge (Q) kleiner oder gleich bis größer als ein festgelegter Wert (Q₀) ist, der Differenzdruck (Pi) über dem Einspritzventil (10) auf einem ersten Wert (Pi) oder auf einem zweiten Wert (P₂), der größer als (Pi) ist, gehalten wird.

4. Einspritzsteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (13) den Druckregler (17) so steuert, daß in Abhängigkeit davon, ob die Motordrehzahl (N) kleiner oder gleich bis größer als ein festgelegter Wert (N₀) ist, der Differenzdruck (Pi) über dem Einspritzventil (10) auf einem ersten Wert (P_x) oder auf einem zweiten Wert (P2), der größer als (P{) ist, gehalten wird.

5. Einspritzsteuersystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit das Einspritzventil (10) mittels einer Reihe von mit der Motordrehzahl synchronisierten Impulsen steuert, deren Impulsbreite (T) im wesentlichen dem Wert Q/N proportional ist und in deren Entregungsintervall das Einspritzventil (10) öffnet

6. Einspritzsteuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Druckübergang an dem Einspritzventil (10) von einem ersten Wert (Pi) auf einen zweiten Wert (P₂) die Impulsbreite durch den Wert TJP₂IPi dividiert wird, um die eingespritzte Kraftstoffmenge unabhängig von der Druckumschaltung zu halten.

Die Erfindung bezieht sich aüi ein Kraftstoff-Einspritzsteuersystem für Brennkraftmotoren, wie im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegeben.

Ein derartiges elektronisch arbeitendes KraftstoFf-Einspritzsteuersystem für einen Brennkraftmotor ist bereits aus der GB-PS 14 48 567 bekannt. Bei diesem Steuersystem steuert eine elektronische Steuereinheit in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Brennkraftmotors Einspritzventile und einen Kraftstoff-Druckregler, wobei einerseits dp.r Druck an den Einspritzventilen entsprechend dem Betriebszustand des Brennkraftmotors verändert und andererseits die eingespritzte Kraftstoffmenge konstant gehalten werden. Darüber hinaus wird der Kraftstoff im Ansaugkanal zu einem Einspritzventil durch ein im wesentlichen von dem Ansaugluftdurchsatz Q und der Motordrehzahl N abhängiges Steuersignal festgelegt. Gewöhnlich hat dieses für ein angemessenes Luft/Kraftstoff-Mischungsverhältnis in den Motorzylindern sorgende Steuersignal die Form einer mit den Motorumdrehungen synchronisierten Serie von Impulsen.
Die erwähnte Druckveränderung erfolgt bei dem aus der GB-PS 14 48 567 bekannten Kraftstoff-Einspritzsteuersystem kontinuierlich, so daß zru genauen Einstellung ein Druckregelsystem erforderlich ist, das im allgemeinen eine relativ lange Ansprechdauer besitzt, da tatsächlich vorhandene Druckwerte mit berechneten Druckwerten verglichen und gegebenenfalls nachgestellt werden müssen. Das bekannte Kraftstoff-Einspritzsteuersystem ist daher relativ träge und erfordert darüber hinaus einen Sensor zur Messung des Kraft-

stoffdrucks (vgl. Seite 2, Zeilen 20 bis 50 und 106 bis 109).

Bei einem weiteren aus der GB-PS 14 48 567 bekannten Kraftstoff-Einspritzsystem (Fig.4 und 5 sowie S.5, Zeile 20 ff.) wird die Öffnungszeit der Einspritzventile z. B. in Abhängigkeit der angesaugten Luftmenge bei konstantem Druck verändert Um Schwankungen des Drucks zu erfassen, ist ein Drucksensor vorgesehen, dessen Ausgangssignale mit die angesaugte Luftmenge kennzeichnenden Signalen verglichen werden, um auf diese Weise korrigierte Ventilöffnungszeiten zu bestimmen.

Entsprechend wird auch durch die JP-OS 55-12 269 ebenfalls vorgeschlagen, den Differenzdruck zwischen Ausgangsdruck und Kraftstoffdruck betriebsparameterabhängig von einem Steuergerät aus vorzugeben und diesen Druck konstant zu halten.

Eine Einstellung des Kraftstoffdrucks auf vorbestimmte unterschiedliche Druckwerte ist nicht vorgesehen. Durch den erforderlichen Drucksensor besitzt das Kraftstoff-Einspritzsystem darüber hinaus ebenfalls einen relativ komplizierten Aufbau.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoff-Einspritzsystem der zuerst genannten Art zu schaffen, das einfach im Aufbau und in der Lage ist, schneller auf sich verändernde Betriebsbedingungen des Brennkraftmotors zu reagieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der erwähnte Druckregler den auf einen von wenigstens zwei vorbestimmten Druckwerten einstellbaren Differenzdruck über dem Einspritzventil konstant hält, daß durch die Steuereinheit der Differenzdruck auf einen der genannten Druckwerte bei Erreichen einer vorbestimmten Motordrehzahl und/oder einer vorbestimmten angesaugten Luftmenge einstellbar ist, und daß ferner durch die Steuereinheit (13) nach Umschaltung auf einen der genannten Druckwerte die Öffnungszeit des Einspritzventils in der Weise veränderbar ist, di.3 die eingespritzte Kraftstoffmenge während jeder öffnung des Einspritzventils unabhängig von der Umschaltung ist.

Die elektronisch arbeitende Steuereinheit wirkt in Abhängigkeit von Ausgangssignalen der Sensoren so auf das Einspritzventil und den Druckregler ein, daß einerseits dar Druckwert in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen geändert und andererseits die Kraftstoffeinspritzmenge konstant gehalten werden. Der Druckwert kann in einfacher Weise bei Erreichen bestimmter Motorbetriebsbedingungen umgeschaltet werden, ohne daß ein aufwendiges Regelsystem erforderlich ist. Das Kraftstoff-Einspritzsteuersystem kann daher schnell auf sich verändernde Betriebsbedingungen des Brennkraftmotors reagieren. Es besitzt darüber hinaus einen groben Einspritzmengen-Regelbereich und gestattet eine sehr genaue Zumessung der Kraftstoff- Einspritzmenge.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzsteuersystem,

F i g. 2 einen Querschnitt durch einen in F i g. 1 enthaltenden Druckregler, und

F i g. 3 und 4 verschiedene Flußdiagramme zur Arbeitsweise einer in F i g. 1 enthaltenen erfindungsgemäßen Steuereinheit.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Einspritzsteuersystem für einen Brennkraftmotor E umfaßt eine Steuereinheit 13, die mittels eines Steuersignals S₁ ein Einspritzventil 10 aktiviert und öffnet, damit es Kraftstoff in einen hinter einer Drosselklappe 12 gelegenen Bereich eines Luftansaugkanals 11 einspritzt. Der Druck Pi, nämlich der Differenzdruck zwischen dem Kraftstoffzuführdruck am Einspritzventil 10, dem mittels einer Pumpe 14 durch eine Leitung 16 aus einem

ίο Kraftstofftank 15 Kraftstoff zugeführt wird, und dem Druck im Ansaugkanal 11, in den der Kraftstoff eingespritzt wird, wird durch einen Druckregler 17 auf einem Wert aus einer Gruppe vorgegebener Werte gehalten. Dieser Druck wird in der weiteren Beschreibung als Einspritzdruck P, bezeichnet. Der vorgegebene Einspritzdruck Pi, Pi (F i g. 3,4) wird durch ein Steuersignal Si der Steuereinheit 13 geändert. Ein erster Einlaß 18 des Druckreglers 17 ist über eine Leitung 21 mit der Leitung 16 verbunden, ein zweiter Ei:^aß 19 des Druckreglers ist über eine Leitung 22 mit ek:er hinter der Drosselklappe 12, aber vor dem Einspritzventil 10 liegenden Stelle des An saugkanals 11 verbunden, und ein Auslaß 20 des Druckreglers ist über eine Leitung 23 an den Kraftstofftank 15 angeschlossen.

Die Steuereinheit 13 enthält einen Mikrocomputer mit einer zentralen Recheneinheit, einem Schreib/Lesespeicher (RAM), einem Festspeicher (ROM) und einer Eingabe/Ausgabeschaltung. In Abhängigkeit von der Motordrehzahl N (pro Sekunde oder Minute) entspre-

jo chenden Signalen S_n und der Ansaugluftdurchsatzmenge (?(pro Sekunde oder Minute) entsprechenden Signalen Sq erzeugt die Steuereinheit 13 die Steuersignale Si und S2. Ein die Motordrehzahl N elektrisch ermittelnder und an dem Motor E befestigter Fühler 24a überträgt das Signal S_n, und ein Luftdurchsatzfühler 24b in dem Ansaugkanal 11 ermittelt elektrisch die Ansaugluftmenge Q. Zusätzlich können über andere nicht dargestellte Fühler die Motortemperatur, der Motoranlauf u.dgl. elek'risch ermittelt und an die Steuereinheit 13 abgegeben werden.

Das von der Steuereinheit erzeugte Steuersignal Si hat die Form einer synchron mit den Motorumdrehungen abgegebenen Reihe von Impulsen, deren Impulsbreite T im wesentlichen dem Wert Q/N proportional ist Durch das Steuersignal Si, dessen Frequenz oder welches selbst der Motordrehzahl N proportional ist, wird bei jedem Impuls das Einspritzventil 10 geöffnet, welches eine der Ansaugluftmenge im wesentlichen proportionale Kraftstoffmenge bei konstant gehaltenem Einspritzdruck P-, einspritzt. Das Grundverhältnü zwischen der Ansaugluftmenge und der eingespritzten Kraftstorfmenge ist auf einen erforderlichen Wert vorher festgelegt worden.
Der in F i g. 2 dargestellte Druckregler 17 besitzt ein aus zwei Hälften bestehendes Gehäuse 25, zwischen dessen Gehäusehälften der äußere Umfang einer Membran 26 festgekler.mt ist, welche die Trennwand zwischen einer unteren Kammer 27 und einer oberen Kammer 28 bildet. Die Pumpe 14 liefert Kraftstoff mit einem

eo Druck über die Leitung 21 in die untere Kammer 27 und die Leitung 16. Der Einlaß 19 und die Leitung 22 verbinden die obere Kammer 28 mit dem Ansaugkanal 11 und übertragen den Druck nach dort. Der Auslaß 20 verläuft durch die Bodenwand in die untere Kammer 27 und endet im Mittelbereich der Membran 26, wo ein an der Membran befestigtes Ventilelement 29 den Auslaß 20 öffnet oder schließt, wenn er sich abwechselnd fort- oder heranbewegt. Wenn sich das Ventilelement 29 von

dem Auslaß 20 trennt und ihn damit öffnet, fließt Kraftstoff durch den Auslaß 20 zum Tank 15 zurück, und gleichzeitig fällt der Druck des dem Einspritzventil zugeführten Kraftstoffs. In der oberen Kammer 28 befindet sich innerhalb einer Elektromagnetwicklung 30 ein Stößel 31, der an seinem oberen Ende mit einem magnetisch wirksamen Material verbunden und an seinem unteren Ende mit einem Federsitz 33 versehen ist. Eine zwischen diesem Federsitz 33 und einem auf der Oberseite des Ventilelementes 29 gebildeten zweiten Feder- to sitz 34 eingespannte Feder 35 drückt das Ventilelement 29 auf den Auslaß 20. Bei Erregung des Elektromagneten 30 durch das Steuersignal Sp wird das magnetisch wirksame Material 32 angezogen und drückt den Stößel 31 in Richtung auf den Auslaß 20.

Durch die Druckdifferenz zwischen den Kammern 27 und 28 bzw. den Kraftstoff-Einspritzdruck P,- wird das Veriüieicnicrii 23 iViii dci membran 26 mit der membran 26 von oder zu dem Auslaß 20 bewegt. Mit steigendem Einspritzdruck P₁ bewegt sich das Ventilelement 29 von dem Auslaß 20, so daß mehr Kraftstoff durch den Auslaß 20 zum Tank zurückfließt und den Einspritzdruck P, vermindert, bis der vorgegebene Wert wieder erreicht ist. Fällt dagegen der Einspritzdruck Pi, dann legt sich das Ventilelement 29 auf den Auslaß und läßt den Einspritzdruck P, wieder ansteigen, bis der Sollwert erreicht ist. So wird der Einspritzdruck P, durch Veränderung der Andruckkraft des Ventilelementes 29 über die Erregung des Elektromagneten 30 auf einem vorgegebenen Wert gehalten. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das den Elektromagnet 30 erregende Steuersignal 52 zwei verschiedene Spannungszustände »EIN« und »AUS«, und mit dem Übergang des Steuersignals Si von »AUS« nach »EIN« wird der Wert des Einspritzdruckes P, von dem unteren Wert Fi auf den höheren Wert P^ sn^ehoben. Durch entsⁿrechcnd£ Auswahl der Spannung des Steuersignals 52 und der Stärke der Feder 35 wird das Verhältnis zwischen dem höheren Wert Pj ( = mP\) und dem niedrigen Wert Pi vorgegeben.

Die Steuereinheit 13 führt synchron mit jeder Motordrehung oder mit einer konstanten Signalfrequenz jeweils einen durch das Flußdiagramm von Fig.3 dargelegten Operationszyklus durch. Sie errechnet in einem ersten Schritt /Ί eine dem Wert Q/N (Luftdurchsatz/ Motordrehzahl) proportionale Grundimpulsbreite T_p und danach in Schritt Z₂ auf der Grundlage von Information zur Motortemperatur, zu Motorstartbedingungen u. dgl. Impulsbreiten-Korrekturwerte,die in Schritt /3 zu der Grundimpulsöreite T₉ addiert werden, um durch eine korrigierte Impulsbreite T_e die Kraftstoffeinspritzmenge den bestimmten Motorlaufbedingungen wie Temperatur oder Startphase anzupassen. Im Schritt U wird geprüft, ob der Wert T_c kleiner als ein Wert K/N (K ist eine Konstante) ist bzw. die Luftansaugmenge Q kleiner als der vorgegebene Wert Qo ist, da die korrigierte Impulsbreite T_e i. w. dem Wert Q/N proportional ist Falls die Antwort negativ ist, wird in Schritt Zj T_c durch \^ιΊη geteilt und damit in eine neue kleinere korrigierte Impulsbreite TJ verwandelt, während durch Anderung des Steuersignals S₂ von »AUS« in »EIN« der Kraftstoff-Einspritzdruck P₁ von P\ auf P2 angehoben wird. Da P₂ = mP\ und die Einspritzmenge proportional zu /Pi ist, bleibt die Einspritzmenge trotz geänderten Einspritzdrucks über die Grenze T_c — K/N hinweg unverändert. In Schritt Ze wird die neue korrigierte Impulsbreite Te zu einem Korrekturwert T₅ addiert, um durch eine Spannungsänderung des Steuersignals S·, die endgültige Impulsbreite Tfür Si zu erlangen. Wird dagegen der Schritt /4 positiv beantwortet, dann wird die endgültige Impulsbreite T des Steuersignals Si direkt durch Addition der korrigierten Impulsbreite T₄. zum Korrekturwert T_s gewonnen und mit dem letzten Schritt /7 als Ausgangs-Impulsbreite Tfür das Steuersignal Si ausgegeben.

So wird unter anderem ein großer Regulierbereich für die Kraftstoff-Einspritzmenge durch Zulassung einer Änderung des Einspritzdruckes P, erhalten, wobei im Bereich sehr kleiner Entspritzmengen eine präzise Einspritzmengen-Dosierung möglich ist, da die Impulsbreite 7"relativ größer ist und damit das Verhältnis der Einspritzventil-Öffnungsperiode zur Ansprechzeit des Einspritzventils 10 größer ausfällt.

Eine etwas abgewandelte Steuereinheit 13 arbeitet nach dem Flußdiagramm von F i g. 4, das sich nur in den

llll 11« ι ■ g.

unterscheidet. Bei /3 wird nach der Berechnung T_c in einem Lese/Schreibspeicher (RAM) gespeichert und danach in Schritt /4 geprüft, ob die Motordrehzahl N kleiner als ein auf z. B. 3000 U/min festgelegter Wert Λ/ο ist. Somit werden in F i g. 4 der Kraftstoff-Einspritzdruck P₁ und die Impulsbreite in Abhängigkeit von der Motordrehzahl N verändert.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoff-Einspritzsteuersystem für Brennkraftmotoren zur Einspritzung einer wenigstens annähernd konstanten Kraftstoffmenge, mit

— einem ersten Sensor (24a) zur Ermittlung der Motordrehzahl (N),

— einem Kraftstoff-Einspritzventil (10) zur Kraftsioffversorgung des Motors,

— einem Druckregler (17) zur Einstellung des Drucks des dem Einspritzventil (10) zugeführten Kraftstoffs in Abhängigkeit der Motordrehzahl (N),

— einem zweiten Sensor (24b) zur Ermittlung der vom Motor durch einen Ansaugkanal (1 i) angesaugten Luftmenge (Q) und mit

— einer Steuereinheit (13), die das Einspritzventil (iö) in Abhängigkeit der Motordrehzahl ('.^periodisch öffnet, und durch die die Öffnungszeiten des Einspritzventils wenigstens in Abhängigkeit der Motordrehzahl (N) und/oder der angesaugten Luftmenge (Q) kontinuierlich einstellbar sind,