DE3221707C2

DE3221707C2 - Drosselklappensteuerung für fremdgezündete Verbrennungsmotoren mit elektronisch gesteuerter Kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE3221707C2
Application number: DE3221707A
Authority: DE
Inventors: Takashi Ahsigarakami Kanagawa Ishida; Noboru Tokio/Tokyo Tominari
Original assignee: Mikuni Kogyo Kk Tokio/tokyo Jp
Current assignee: Mikuni Kogyo Kk Tokio/tokyo Jp
Priority date: 1981-06-12
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1986-05-07
Also published as: GB2100343A; FR2507685B1; JPH0131016B2; GB2100343B; CA1174543A; US4430975A; FR2507685A1; DE3221707A1; JPS57206739A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren mit elektronisch gesteuerter, die Luftmenge in Abhängigkeit von der Kraftstoffmenge regelnder Kraftstoffeinspritzung, wobei die Drosselklappe durch einen eigenen, unabhängigen Antrieb, wie einem Schritt-Motor od.dgl., ohne eine direkte Verbindung zwischen Drosselklappe und Fahrpedal verstellt wird, die eine pneumatische Stellvorrichtung (11, 1101, 1102, 1104, 1105, 1106, 1107, 7b), die durch den saugrohrseitigen Unterdruck betätigt die Drosselklappe (7) öffnet und schließt, und ein elektromagnetisches Ventil (1103), das bezüglich seines Öffnungs- und Schließvorgangs durch die Ausgangssignale des Rechenautomaten (10) angesteuert wird, aufweist und wobei die pneumatische Stellvorrichtung (11, 1101, 1102, 1004, 1105, 1106, 1107, 7b) über das elektromagnetische Ventil (1103) durch den Saugrohrunterdruck betätigt wird, um mit der Verstellung der Drosselklappe (7) durch eine Drosselklappenverstellvorrichtung (8) und eine pneumatische Verstellvorrichtung (11) zu erreichen, daß der Verbrauch an elektrischer Energie reduziert und bei einer Veränderung der Arbeitsbedingungen des Motors und der Umweltbedingungen eine Verzögerung bei der Verstellung vermieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren mit elektronisch gesteuerter, die Luftmenge in Abhängigkeit von der Kraftstoffmenge regelnder Kraftstoffeinspritzung, mit einem Fahrpedal, welches den Sollwert für die eingespritzte Kraftstoffmenge vorgibt und nicht mechanisch mit der Drosselklappe verbunden ist, mit Meßeinrichtungen zur Messung der eingespritzten Kraftstoffmenge, des Kennfeldpunktes des Motors und der Umweltbedingungen, deren Ausgangssignale einem programmgesteuerten Rechenautomaten zugeführt werden, dessen Ausgangssignale die im Hinblick auf den Betriebspunkt des Motors zu liefernde Kraftstoff- und Luftmenge steuert

Bekannt ist eine Einrichtung zur Regelung der Drosselklappenstellung, bei der die Drosselklappe grundsätzlich dadurch gestellt wird, daß sie mechanisch mit dem üblicherweise als Gaspedal bezeichneten Fahrpedal verbunden ist Hierbei wird durch die Anwendung einer pneumatischen Stellvorrichtung, die über eine pneumatische und eine elektromagnetische Regeleinrichtung gesteuert wird, die Drosselklappenverstellung dahingehend optimiert, daß die Rückstellung in die Drossel-Position, d. h. in die Position, in der der Vergasereiniaß nahezu vollständig verschlossen ist mit einer gewissen Verzögerung durchgeführt wird, um beispielsweise die Genüschabmagerung im Fahrzeugschiebebetrieb zu vermeiden (US-PS 40 60 063).

Es ist auch eine als sogenannter »Tempomat« bekannte Einrichtung zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit in Abhängigkeit einer vorgegebenen Wunschgeschwindigkeit vorgeschlagen worden, bei der eine Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe über einen elektrischen Stellmotor und ein damit verbundenes Schneckengetriebe und eine Einrichtung zur mechanisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung Verwendung findet und elektrische Schaltungen angewendet werden, mit denen es möglich sein soll, bei derartigen Systemen eine geeignete Steuerung bei gleichzeitiger Kraftstoffverbrauchsreduzierung zu erreichen (US-PS 40 47 507).

Für fremdgezündete Verbrennungsmotoren mit elektronisch gesteuerter, die Luftmenge in Abhängigkeit von der Kraftstoffmenge regelnder Kraftstoffeinspritzung wurde eine neuartige elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzung vorgeschlagen (DE-OS 3i 03 i83).

Diese neue, elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzung wird nachstehend anliand der F i g. 1 und 2 erklärt wobei mit 1 ein Fahrpedal, mit 2 zum Beispiel ein Potentiometer zur Umwandlung der Stdlungsveränderung des Fahrpedals 1 in ein elektrisches Signal, mit 3 die Kraftstoffversorgungseinrichtung, mit 4 die Regeleinrichtung zur Regelung der Kraftstoffversorgung über die Kraftstoffversorgungseinrichtung 3, mit 5 eine Kraftstoffeinspritzdüse, die mit der Regeleinrichtung 4 verbunden ist und entsprechend in der saugrohrseitigen Hauptgemischleitung 6 angeordnet ist mit 7 eine Drosseiklappe, mit 8 eine Drosselklappenverstellvorrichtung, die aus einem kleinen Verstelimotor, der mit der Drosselklappenwelle Ta beispielsweise durch einen Riementriebmechanismus verbunden ist zur Veränderung des Öffnungsgrades der Drosselklappe 7 besteht mit 9 ein Potentiometer oder ein Wandlungsglied zur Wandlung der betragsmäßigen Verstellung der Drosselklappenverstellvorrichtung 8, d.h. im Endeffekt des Öffnungsgrades der Drosselklappe 7, in ein elektrisches Signal, und mit 10 ein programmgesteuerter Rechenautomat bezeichnet ist

Der programmgesteuerte Rechenautomat 10, der einen Mikroprozessor, spezielle entsprechend geeignete Eingangs- und Ausgangsanschlüsse und ein Speicherwerk umfaßt, nimmt die Ausgangssignale von den Potentiometern 2 und 9, der die Krafts.toffversorgung steuernden Regeleinrichtung 4, der Drosselklappenverstellvorrichtung 8 und der verschiedenen Meßfühler und Sensoren, wie dem Meßfühler zur Erfassung des Kenn-

feld-Arbeitspunktes des Motors und der Umgebungsbedingungen, wie der Temperatur der angesaugten Luft, des Drucks in der Kraftstoffzuleitung, der Motortemperatur und des Unterdruckes im Bereich der Drosselklappe, auf und gibt die entsprechenden SteuerungS; und Sollwert-Signale an die Regeleinrichtung 4 zur Festlegung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, die durch die Verstellung des Fahrpedals, d. h. die Stärke des Niedertretens des Fahrpedais ί durch den Fahrer, vorgewählt ist.

Der programmierte Rechenautomat 10 kontrolliert als Steuereinheit den Öffnungsgrad der Drosselklappe 7 und die Leerlaufdrehzahl im Hinblick auf die eingespritzte Kraftstoffmenge, um optimierte Werte in Abhängigkeit vom KennfekJ-Arbeitspunkt des Motors so zu erreichen, daß, wenn der Fahrer das Fahrpedal 1 niederdrückt, das Ausgangssignal des Potentiometers 2, das der Stärke des Niedertretens des Fahrpedais 1 entspricht, vom Rechenautomaten 10 aufgenommen wird und der Rechenautomat gleichzeitig die Impulslänge und/oder die Frequenz für die Einspritzdüse 5 steuert, womit die Kraftstoffördermenge der Einspritzdüse 5 gesteuert wird, die den Kraftstoff in die sy.ugseiiige Hauptgemischleitung 6 einspritzt, in der sich der Kraftstoff mit der angesaugten Frischluft mischt und das Gemisch dem Brennraum des Motors zugeführt wird.

Der Rechenautomat 10 nimmt die Informationen von den oben angegebenen verschiedenen Meßfühlern und Sensoren in Form von Änderungen der Spannung oder Stromstärke, von digitalen Signalen und/oder von Schwingungs-Signalen auf, verarbeitet diese unter Verwendung der programmierten funktionalen Relationen zwischen den einzelnen Meß- und Steuergrößen und der Luftmenge der angesaugten Frischluft errechnet gleichzeitig die optimale Frischluftmenge, gibt das Ergebnis in Form von elektrischen Steuersignalen auf die Drosselklappenverstellvorrichtung 8 und steuert hierüber, daß die Drosselklappe 7 in die dem notwendigen öffnungswinkel entsprechende Stellung gebracht wird.

Gleichzeitig wird die Druckdifferenz zwischen dem Unterdruck vor und hinter der Drosselklappe 7 ständig gemessen. Unter Verwendung dieses Meßsignals und des Meßsignals der gleichzeitig ständig gemessenen Stellung der Drosselklappe errechnet der Rechenautomat 10 ständig die optimalen Werte und gibt die entsprechenden Steuersignale auf die Drosselklappenverstellvorrichtung 8. Die Menge ö-sr einströmenden Frischluft, die durch die Druckdifferenz des Druckes vor und hinter der Drosselklappe 7 und dem Öffnungswinkel der Drosselklappe 7 bestimmt wird, wird vom Rechenautomaten 10 über nie Verstellung an die funktionalen Relationen angeglichen, die im Speicher des Rechenautomaten 10 fest abgespeichert sind, indem die Eingangssignale der Meßfühler zur Messung der erwähnten Druckdifferenz, die Ausgangssignale zur Drosselklappenverstellvorrichtung 8 oder die elektrischen Signale vom Potentiometer oder Wandler 9, der mit der Drosselklappenverstellvorrichtung 8 verbunden ist, ständig mit den gespeicherten Daten verglichen werden und eine entsprechende Steuerung erfolgt

Bei den bekannten Verbrennungsmotoren dieser Art wird, wie oben beschrieben, die Drosselklappe 7 über den Rechenautomaten indirekt gesteuert, geöffnet und geschlossen, um immer eine optimale Öffnungsstellung der Drosselklappe 7 zu erreichen. Hierbei hat es sich aber als nachteilig erwiesen, daß in dem Fall, wenn die Drosselklappenversiellvorrichtung 8 aus einem kleinen Servo-Motor oder Schru-Motor besteht und die Welle des Motors und die Drosselklappenwelle 7a durch eine Übertragungseinrichtung, wie einen Riementrieb, Zahnradtrieb oder Nockentrieb, verbunden sind, nicht nur der Verbrauch an elektrischer Energie ansteigt, sondei η sich auch Verzögerungen beim Ansprechen auf die Ausgangs-Steuersignale nicht vermeiden lassen.

Ausgehend von einer Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe der eingangs beschriebenen Gattung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Verbrauch an elektrischer Energie zu reduzieren, wobei unter alien Betriebsbedingungen die Ansprechzeit der Steuerungselemente verringert werden soll und die Drosselklappensteuereinrichtung in bezug auf ihre Abmessungen klein ausgebildet sein soll und auch in dem Falle, daß der Verstellmotor ausfällt, sicherstellen soll, daß die Drosselklappe günstig geöffnet und geschlossen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Eine pneumatische Stellvorrichtung ist bei normalen Betriebsbedingungen des Motors in der Lage, die Drosselklappe immer in geeigneter günsvt^er Weise zu verstellen, aber sie ist nicht in der Lage, die Drosselklappe im Hinblick auf die verschiedenen Operationsbedingungen des Motors, wie beim Start des Motors, beim Abnehmen des Unterdrucks od. dgL, in geeigneter Weise zu verstellen. Dieser Nachteil der pneumatischen Stellvorrichtung wird durch die Verwendung einer elektrischen Drosselklappenverstellung parallel zur pneumati- ' sehen Stellvorrichtung beseitigt

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die pneumatische Stellvorrichtung eine Membran-Kammer, die mit einer Unterdruck-Kammer über das elektromagnetische Ventil verbunden ist, eine Membran, die als Teil der Membran-Kammer ausgebildet ist und einen Verbindungs-Mechanismus, der die Membran und die Drosselklappe verbindet auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Unterdruckkammer über ein Schirmventil, daß in der Einlaßöffnung zur Untendruckkammer angeordnet und als Rückschlag-Ventil ausgebildet ist mit der ansaugseitigen Hauptgemischleitung verbunden und weist eine größere Kapazität als die Membran-Kammer auf, so daß in der Unterdruckkammer immer ein hoher Llnterdruck aufrechterhalten werden kann und, wenn die Unterdruckkammer und die Membran-Kammer untereinander durch die Verstellung des elektromagnetischen Ventils verbunden sind, die Membran schnell und günstig verschoben werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Untcransprüchen hervor und sind nachstehend beschrieben.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Kraftstoffversorgungs- und Steuerungsvorrichtung mit der Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe in einem Blockschaltbild und

Fig.2 die Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe in einer scb*"matischen Ansicht.

In Fi g. I und 2 ist mit 11 eine pneumatische Verstellvorrichtung bezeichnet, die durch die Ausgangssignale des Rechenautomaten 10 gesteuert wird ur.d die eine Unterdruck-Kammer 1102, die mit dem Innenraum der saugseitigen Hauptgemischleitung 6 hinter der Drosselklappe 7 verbunder ist, eine Membran-Kammer 1104, die mit der Unterdruck-Kammer 1102 über ein elektromagnetisches Dreiwegeventil 1103, das durch die Aus-

gangssignale des Rechenautomaten IO gesteuert sich öffnet und schließt, verbunden ist. eine Membranfeder

1105 und eine Membran 1106 aufweist. Die Membran

1106 ist über eine Verbindungsstange 1107 und einen armartigen Hebel 7b. der auf der Drosselklappen«.eile 7a befestigt ist. mit der Drosselklappenwelle 7.7 verbunden.

In F i g. 2 ist mit 801 ein Servo-Motor, wobei auch ein Schritt-Motor Verwendung finden kann, mit 802 eine Riemenscheibe, die fest auf der Welle des Motors 801 montiert ist. und mit 803 ein Treibriemen, der um die Riemenscheibe 802 und die Riemenscheibe 7c. die fest auf der Drosselklappenwelle la montiert ist, gespannt ist. bezeichnet. Die Bauteile 801, 802, 803, 7c bilden die Drosselklappenverstellvorrichtung8.

Die Kapazität der Unterdruck-Kammer 1102 ist so gewählt, daß die Kapazität der Unterdruck-Kammer 1102 wesentlich größer als die Kapazität der Membran-Kammer 1104 ist. damit in der Unterdruck-Kammer !!02 durch das Schirmvpntil 1101. das als Rückschlag- τη ventil ausgebildet ist. jederzeit ein gleichbleibender, hoher Unterdruck aufrechterhalten werden kann.

Das elektromagnetische Dreiwegeventil 1103 kann in eine erste Betriebsstellung, bei der. während die Membran-Kammer 1104 über das elektromagnetische Dreiwegeventil 1103 mit der Umgebungsatmosphäre verbunden ist. die Verbindung zwischen der Membran-Kammer 1104 und der Unterdruck-Kammer 1102 unterbrochen ist, in eine zweite Betriebsstellung, bei der. während die Membran-Kammer 1104 mit der Unterdruck-Kammer 1102 über das Dreiwegeventil 1103 verbunden ist, die Verbindung zwischen der Membran-Kammer 1104 und der Umgebungsatmosphäre unterbrochen ist, und in eine dritte Betriebsstellung, bei der die Unterdruck-Kammer 1102, die Membran-Kammer 1104 und die Umgebungsatmosphäre zueinander keine Verbindung haben, geschaltet werden.

Bei einer Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe, deren Aufbau und grundsätzliche Arbeitsweise voranstehend beschrieben worden ist. wird vom Rechenau- +0 tomaten 10. wenn der Rechenautomat 10 vom Fahrer über das Fahrpedal 1 ein Eingangs-Befehlssignal erhält, eine rechnerische Operation in der beschriebenen Weise unter Verarbeitung der auf den Motorbetriebszustandsdaten und Umgebungsbeding'ingen zu diesem Zeitpunkt beruhenden verschiedenen Eingangssignale durchgeführt und als Ergebnis Steuersignale zum Öffnen und Schließen an den Motor 801 abgegeben. Gleichzeitig werden vom Rechenautomaten 10 Steuersignale an das elektromagnetische Dreiwegeventil 1103 abgegeben, das dann aus seiner ersten Betriebsstellung in seine zweite Be'.riebsstellung geschaltet wird, so daß. während sich der Motor 801 in der durch den Drehrichtungspfeil angedeuteten Richtung dreht, andrerseits auch die Verbindungsstange 1107 durch die Verschiebung der Membran 1106 in die durch den Richtungspfeil angedeutete Richtung gezogen wird, und die Drosselklappe 7 auf diese Weise aus der gestrichelt gezeichneten Position durch die zwei Verstellkräfte, nämlich der des Motors 801 und der der Membran 1106, in eine geeignete günstige Position verdreht wird.

Da der öffnungswinkel der Drosselklappe 7 von dem Potentiometer oder Wandlerglied 9 in der beschriebenen Weise ständig zum Rechenautomaten 10 zurücksignalisiert wird, wird hierbei, wenn die Drosselklappe 7 eine geeignete günstige Stellung erreicht hat, vom Rechenautomaten 10 ein Befehlssignal ausgegeben, das 4as elektromagnetische Dreiwegeventil 1103 aus seiner zweiten Betriebsstellung in seine dritte Betriebsstellung, schaltet und gleichzeitig den Motor 801 stoppt. Durch diesen Ablauf ist es möglich, daß die Drosselklappe 7 in schneller und geeigneter Weise in eine günstige Position gebracht wird. Die Membran 1106 unterstützt dabei als pneumatischer Servo-Mechanismus die Verstellung des Motors 801.

Wie voranstehend erläutert, wird es ermöglicht, die Öffnung und Schließung der Drosselklappe 7 die Kräfte der Drosselklappenverstellvorrichtung 8 mit dem Motor 801 und der pneumatischen Verstellvorrichtung 11 mit der Membran 1106, die durch den saugrohrseitigen Unterdruck verstellt wird, so zu verwenden, daß auch ein sehr kleiner Motor mit geringer Leistungsaufnahme ohne Probleme verwendet werden und der öffnungswinkel der Drosselklappe 7 immer schnell und sehr günstig gesteuert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Drosselklappe 7 unter allen Umständen sicher geöffnet und geschlossen wird.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die voranstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen. Abweichungen in der Form von verschiedenartigen Ausbildungen der Drosselklappenverstellvorrichtung 8 liegen ebenso im Rahmen der Erfindung wie eine andersgeartete Ausbildung der pneumatischen Verstellvorrichtung 11.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

si 21 /υ/ Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren mit elektronisch gesteuerter, die Luftmenge in Abhängigkeit von der Kraftstoffmenge regelnder Kraftstoffeinspritzung, mit einem Fahrpedal, welches den Sollwert für die eingespritzte Kraftstoffmenge vorgibt und nicht mechanisch mit der Drosselklappe verbunden ist, mit Meßeinrichtungen zur Messung der eingespritzten Kraftstoffmenge, des Kennfeldpunktes des Motors und der Umweitbedingungen, deren Ausgangssignale einem programmgesteuerten Rechenautomaten zugeführt werden, dessen Ausgangssignale die im Hinblick auf den Betriebspunkt des Motors zu liefernde Kraftstoff- und Luftmenge steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe einen elektrischen Stellmotor (801) und eine pneumatische Stellvorrichtung (11,1101,1102,1104, 1105, 1106, !107, Tb) umfaßt und die pneumatische Stellvorrichtung ein elektromagnetisches Steuerventil (1103) aufweist, welches vom Ausgangssignal des Rechenautomaten (10) angesteuert, die Drosselklappe (7) in Abhängigkeit vom saugrohrseitigen Unterdruck öffnet und schließt

2. Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Stellvorrichtung (11) eine Membran-Kammer (1104), die mit einer Unterdruck-Kammer (1102) über das elektromagnetische Ventil (1103) verbunden ist, eine Membran (1106), die als Teil der Membran-Kammer (1134) ausgebildet ist und einen Verbindungs-Mechanisnrjs (1107, Tb), der die Membran (1106) und die Drosseiklapf i (7) verbindet, aufweist

3. Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruck-Kammer (1102) über ein Schirmventil (1101), das in der Einlaßöffnung zur Unterdruck-Kammer (1102) angeordnet und als Rückschlag-Ventil ausgebildet ist, mit der ansaugseitigen Hauptgemischleitung (6) verbunden ist und eine größere Kapazität als die Membran-Kammer (1104) aufweist

4. Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Ventil (1103) als Dreiwegeventil ausgebildet ist

5. Einrichtung zur Steuerung der Drosselklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stellmotor (801) mittels eines Riemenantriebs (802,803, Tc) auf die Drosselklappenwelle (7 a) einwirkt.