DE3228393C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie in der - nicht vorveröffentlichten - DE-OS 31 03 183 vorgeschlagen wird.

Bei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen für Brennkraftma­ schinen stellt sich das Problem der Regelung der Motor­ drehzahl bei nur geringer Leistung der Maschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung derart weiterzu­ bilden, daß auch bei reduzierter Leistung der Brenn­ kraftmaschine die Regelung der Drehzahl zuverlässig er­ folgt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zum Stand der Technik wird ergänzend auf die DE-OS 24 31 865 und die DE-OS 27 39 674 verwiesen, die eine Kraft­ stoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen zum Inhalt haben, bei der in Abhängigkeit von der eingespritzten Kraftstoffmenge und von weiteren Betriebsparametern der Maschine die jeweils erforderliche Ansaugluftmenge ein­ gestellt wird, wobei keine mechanische Verbindung zwi­ schen dem Gaspedal und der Drosselklappe besteht.

Ferner zeigt und beschreibt die US-PS 38 34 361 ein Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem eine Hilfssteuerein­ richtung einen Notbetrieb der Brennkraftmaschine ermög­ licht, wenn die Hauptsteuereinrichtung defekt ist.

Schließlich vermittelt die DE-AS 22 04 192 die Lehre, die Drosselklappe über einen Stellmotor zu verdrehen und an der Drosselklappenwelle Kupplungen anzubringen.

Die Erfindung weiter ausbildende Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Be­ schreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert ist. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen einer zweiten und einer dritten Aus­ führungsform der Kraftstoffein­ spritzvorrichtung nach der Erfin­ dung;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer an der Wel­ le einer Drosselklappe angebrachten Kupplung, und

Fig. 5 eine Draufsicht auf dieselbe.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, in welcher die Mitte einer Luftansaugleitung 1 in zwei Abschnitte geteilt ist, welche entsprechend mit einer Haupt-Drossel-Klappe 2 und einer Hilfs-Drossel-Klappe 3 versehen sind, wobei ein Haupteinspritzventil 4 und ein Hilfseinspritzventil 5 stromabwärts von den Drossel-Klappen angeordnet sind, so daß sie einander gegenüberliegen. Anstelle eines ein­ zigen Haupteinspritzventils 4 können auch mehrere Haupt­ einspritzventile vorgesehen sein, von denen jeweils ei­ nes in jedem der zu den einzelnen Zylindern der Brenn­ kraftmaschine führenden Verzweigungsstutzen der Luftan­ saugleitung angeordnet sind.

Die Bewegung eines Gaspedals 6 durch den Betreiber (Fahrer) wird über ein Glied 7 auf ein Kraftstoff- Kommandopotentiometer 8 übertragen und die Ausgangs­ spannung, die diesem entspricht, wird auf eine Haupt­ steuereinrichtung 10 und eine Hilfssteuereinrichtung 11 gegeben.

Innerhalb der Luftansaugleitung 11 ist ein Ansaug-Luft- Temperatur-Sensor stromabwärts von einer Luftreinigungs­ einrichtung 9 angeordnet, wobei Drucksensoren 13 und 14, die eine Luftströmungsmeßeinrichtung bilden, strom­ aufwärts und stromabwärts von der Haupt-Drossel-Klappe 2 angeordnet sind. Diese Luftströmungsmeßeinrichtung er­ mittelt den Luftstrom über die Druckdifferenz zwischen Abschnitten vor und nach dem Drossel-Ventil 2. Alterna­ tiv dazu kann die Meßeinrichtung den Luftfluß über das elektrische Ausgangssignal detektieren, welches propor­ tional der angesaugten Luft ist oder unter Verwendung von Frequenzänderungen, die auf der Dichte der Ansaug­ luft basieren und durch Karman's Wirbelstraße, Ultra­ schallwellen usw. hervorgerufen werden. Zusätzlich zum Ansaugluft-Temperatursensor 12 sind ein Kraftstoffzu­ führ-Drucksensor 15, ein Motor-Kühlwasser-Temperatur- Sensor, ein Motor-Drehzahl-Sensor 17 vorhanden. Die Hauptsteuereinheit 10 empfängt Ausgangssignale vom Kraftstoff-Kommandopotentiometer 8, den Luftfluß-Druck­ sensoren 13 und 14 und einem mit einem Drossel-Klappen- Betätigungselement 18 verbundenen Potentiometer oder Ko­ dierer als auch elektrische Signale von den verschiede­ nen Sensoren. Die Hauptsteuereinheit 10 vergleicht die Information mit den vorprogrammierten Speicherwerten und steuert die Betätigungseinrichtung 18, wie einen Gleich­ strommotor oder einen Schrittmotor, auf der Basis der aus dem zugeführten Kraftstofffluß berechneten, notwen­ digen Luftmenge, so daß die Drossel-Klappe 2 eine opti­ male Luftmenge sicherstellt. Die Hilfs-Drossel-Klappe 3 ist mittels einer Stange 19 mit dem Gaspedal 6 derart verbunden, daß sie durch dieses betätigt werden kann; zwischen der Hilfs-Drossel-Klappe 3 und dem Gaspedal 6 ist eine Kupplung 20 angeordnet, welche dann betätigt wird, wenn die Hilfssteuereinheit 11 arbeitet. Bei der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird dann, wenn die Hauptsteuereinheit 10 sich in ihrer normalen Betriebsweise befindet, eine optimale Mischung von Luft und Kraftstoff zum Motor geführt, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis variabel entsprechend den Be­ triebsbedingungen des Motors ist. Wenn die Drossel- Klappen-Betätigungseinrichtung 18 oder die Hauptsteuer­ einheit 10 aus irgendeinem Grunde nicht richtig arbei­ tet, wird ein entsprechender Alarm dafür gegeben. Dar­ aufhin setzt der Betreiber die Hauptsteuereinheit 10 aus­ ser Betrieb und schaltet die Hilfssteuereinrichtung 11 mittels eines Schalters 21 ein. Alternativ dazu, kann die Hilfssteuereinheit 11 Einrichtungen zum Überprüfen des Zustandes der Hauptsteuereinheit 10 enthalten, wobei die Hilfssteuereinheit 11 eingerichtet ist, automatisch die Stelle der Hauptsteuereinheit 10 dann einzunehmen, wenn die Hauptsteuereinheit 10 irgendeine Abnor­ malität zeigt. In jedem Fall wird, wenn eine derartige Abnormalität auftritt, das Ausgabe-Signal des Potentio­ meters 8, welches der Bewegung des Gaspedals 6 ent­ spricht, zur Hilfssteuereinheit 11 geleitet, um das Hilfseinspritzventil 5 zu betätigen und die Hilfs- Drossel-Klappe 3 über die Kupplung 20 zu öffnen. Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, weist die Kupplung 20 ein So­ lenoid 25 auf, welches mit einem Ende einer Drossel- Klappenwelle 27 verbunden ist, und eine Scheibe 26 aus magnetischem Material, welche mit dem gegenüberliegenden Ende einer Welle 28 verbunden ist, die ausgerichtet mit der Drossel-Klappenwelle 27 angeordnet ist. Wenn das So­ lenoid 25 erregt ist, zieht es elektromagnetisch die Scheibe 26 derart an, daß die beiden Wellen 27 und 28 miteinander vereint werden. Ein Hebel 29 ist am anderen Ende der Welle 28 befestigt und das Ende des Hebels 29 ist über die Stange 19 mit dem Ende des Betätigungshe­ bels des Gaspedals 6 verbunden. Ein Stößel 32 ist axial beweglich im Drehbereich des Hebels 29 angeordnet. Gleichzeitig dann, wenn die Kupplung 20 betätigt, d. h. eingerückt ist, wird ein Solenoid 31 für den Stößel 32 angeregt, so daß der Stößel 32 sich gegen die Kraft ei­ ner Feder 33 nach vorne bewegt, um den Drehwinkel des Hebels 29 auf beispielsweise 30° zu begrenzen. Demzufol­ ge hindert der Stößel 32 dann, wenn die Hauptsteuerein­ heit 10 nicht vorschriftsmäßig arbeitet, das Gaspedal 6 daran, tief herabgedrückt zu werden, so daß der Öff­ nungswinkel der Hilfs-Drossel-Klappe 3 für Niederge­ schwindigkeitsbetriebsweise geeignet bleibt. Bei einem derartigen Zustand sendet die Hilfssteuereinheit 11 Si­ gnale entsprechend dem Öffnungswinkel der Hilfs-Drossel- Klappe 3 zum Hilfseinspritzventil 5 und demzufolge wird eine begrenzte Betriebsweise aufrechterhalten. Dement­ sprechend wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Niedergeschwindigkeitsbetriebsweise gesteuert, indem der Öffnungswinkel der Hilfs-Drossel-Klappe 3, die Drehzahl des Motors und die eingespritzte Kraftstoffmenge gemes­ sen wird. Demzufolge kann der Fahrer sein Fahrzeug zu einer Service-Station oder einer ähnlichen Einrichtung in einer niedrigen Betriebsweise, ohne den Motor anzu­ halten, fahren.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung nach der Erfindung. Die Luft­ ansaugleitung 1 ist nicht geteilt und besitzt eine einzige Drosselklappe 2. Die Welle der Drossel-Klappe 2 ist an ihren beiden Enden mit Kupplungen 23 und 24 aus­ gerüstet. Die Kupplung 23 ist mit einer Stange 19 ver­ bunden, welche mit dem Gaspedal 6 verbunden ist. Die Kupplung 24 ist mit der Drossel-Klappen-Betätigungsein­ richtung 18 verbunden. Wenn die Hauptsteuereinheit 10 normal arbeitet, wird die Kupplung 23 abgestellt und die Kupplung 24 betätigt. Demzufolge wird die Drossel- Klappen-Betätigungseinrichtung 18 auf Basis eines über die Hauptsteuereinheit 10 berechneten Optimalwertes be­ trieben. Wenn die Hauptsteuereinheit 10 unregelmäßig ar­ beitet, ersetzt die Hilfssteuereinheit 11 die Hauptsteu­ ereinheit 10 und schaltet über ihr Signal die Kupplung 23 an und die Kupplung 24 aus. Dann wird der Öffnungs­ winkel der Drossel-Klappe 2 direkt durch die Bewegung des Gaspedals 6 bestimmt und eine Kraftstoffeinspritzung in begrenzter Betriebsweise durchgeführt. Demzufolge kann der Fahrer sein Fahrzeug bei geringer Leistung ohne den Motor anzuhalten, fahren. In der in Fig. 2 darge­ stellten Ausführungsform gibt die Hauptsteuereinrichtung 10 oder die Hilfssteuereinrichtung 11 Steuersignale zu einem einzigen Einspritzventil 4, welches stromabwärts von der Drossel-Klappe 2 vorgesehen ist. Anstelle eines ein­ zigen Einspritzventils 4 in der Luftansaugleitung kann auch in jedem der zu den einzelnen Zylindern der Brenn­ kraftmaschine führenden Verzweigungsstutzen der Luftan­ saugleitung ein Einspritzventil vorgesehen sein.

Alternativ dazu kann ein Hilfseinspritzventil 5 strom­ aufwärts von der Drossel-Klappe 2 angeordnet sein, wobei die Steuersignale der Hilfssteuereinrichtung 11 ledig­ lich zum Hilfseinspritzventil 5 geführt werden, wie in Fig. 3 gezeigt. Jedes der Einspritzventile 4 und 5 in den Fig. 1 bis 3 ist vom Typ eines elektromagnetischen Ventils, und dazu eingerichtet, die Kraft-Einspritzmenge durch Änderung der Ventil-Öffnungszeit über einen Solenoid-Erregungsstrom einzustellen. Kraftstoff wird über eine Druck-Regulierungseinrichtung zum Haupteinspritz­ ventil 4 geliefert. Ein Sensor 15 in der Kraftstoffrück­ leitung des Haupteinspritzventils 4 ermittelt den Zufüh­ rungsdruck des Kraftstoffs, wobei überschüssiger Kraft­ stoff über ein Entlastungsventil 22 in der Kraftstoff­ rückleitung zu einem nicht gezeigten Kraftstofftank rückgeführt wird.

Wie weiter oben erwähnt, führt die Hauptsteuereinheit 10 die Berechnung auf Basis der unterschiedlichen Kompensa­ tionsfaktoren (Ansaugluft-Temperatur, Motor-Kühlwasser- Temperatur usw.) durch, um die Ventilöffnungszeit des Einspritzventils einzustellen und die erforderliche An­ saugluftmenge festzustellen. Daher ist es selbst bei An­ lassen bei niederer Temperatur, Warmlaufenlassen usw. möglich, eine optimale Luftmenge aufrechtzuerhalten und ein optimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis lediglich durch Programmieren und ohne irgendwelche zusätzlichen Ein­ richtungen aufrechtzuerhalten. Die Hilfssteuereinheit 11 benötigt keine Eingaben von den Sensoren für die Kompen­ sationsfaktoren und besitzt lediglich eine minimale Funktion zur Durchführung des Einspritzens in der be­ grenzten Betriebsweise entsprechend den Bewegungen des Gaspedals. Daher kann die Hilfssteuereinheit 11 kleiner in Größe und Rechnerkapazität sowie billiger als die Hauptsteuereinheit 10 sein.

Demzufolge ist nach der vorliegenden Erfindung außer der Hauptsteuereinheit in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung die Hilfssteuereinheit eingebaut. Wenn die Hauptsteuer­ einheit unregelmäßig arbeitet, wird auf die Hilfssteuer­ einheit umgeschaltet, um die Gefahr des plötzlichen Ab­ stellens des Motors zu umgehen und um eine begrenzte Be­ triebsweise mit geringer Leistung zu ermöglichen. Wenn die Hilfssteuereinheit die Funktion besitzt, die Abnor­ malität der Hauptsteuereinheit festzustellen und automa­ tisch von der Hauptsteuereinheit auf die Hilfssteuerein­ heit bei Auftreten einer derartigen Abnormalität umzu­ schalten, wird eine größere Sicherheit des Fahrzeugbe­ triebs sichergestellt.

Claims (8)

1. Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzvor­ richtung für Brennkraftmaschinen, mit mindestens einem Kraftstoffeinspritzventil, mit einer elektro­ nischen Steuereinrichtung zur Berechnung der je­ weils erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge und Ansaugluftmenge, mit einem als Potentiometer ausge­ bildeten Gaspedalstellungsdetektor zum Erfassen des Grades, um den das Gaspedal heruntergedrückt ist, mit einer Ansaugluftmengen-Meßeinrichtung und einer Drosselklappen-Anordnung innerhalb der Luftansaug­ leitung der Brennkraftmaschine, mit einer elektro­ magnetischen Drosselklappen-Bestätigungseinrichtung und mit einem mit dieser verbundenen Drosselklap­ pen-Stellungsdetektor, wobei die Ausgangssignale des Gaspedal-Stellungsdetektors, der Ansaugluftmengen- Meßeinrichtung, des Drosselklappen-Stellungsdetek­ tors und von weitere Betriebsparameter der Brenn­ kraftmaschine erfassenden Sensoren der Steuerein­ richtung eingegeben werden, wobei die Steuerein­ richtung in Abhängigkeit von diesen Ausgangssignalen und unter Berücksichtigung vorprogrammierter Spei­ cherwerte die jeweils erforderliche Kraftstoffein­ spritzmenge berechnet und auf Basis der berechneten Kraftstoffeinspritzmenge und von Ausgangssignalen die jeweils erforderliche Ansaugluftmenge berech­ net, und wobei die Drosselklappen-Betätigungsein­ richtung entsprechend der berechneten erforderli­ chen Ansaugluftmenge angesteuert wird zur Zuführung der erforderlichen Luftmenge mittels der Drossel­ klappen-Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfssteuereinrichtung (11) vorgesehen ist, die an­ stelle der Steuereinrichtung (10) arbeitet, wenn die Steuereinrichtung (10) defekt ist, daß eine Welle (27) der Drosselklappen-Anordnung (2, 3) mit­ tels einer Betätigungsstange (19) mit dem Gaspedal (6) verbindbar ist und an ihrem einen Ende eine Kupplung (20, 23) aufweist, welche bei nicht arbei­ tender Hilfssteuereinrichtung (11) ausgerückt ist und somit eine Betätigung der Drosselklappen-Anord­ nung (2, 3) über die Betätigungsstange (19) beim Niedertreten des Gaspedals (6) unterbindet und wel­ che bei arbeitender Hilfssteuereinrichtung (11) durch ein Signal der Hilfssteuereinrichtung (11) eingerückt ist und somit eine direkte Betätigung der Drosselklappen-Anordnung (2, 3) über die Betä­ tigungsstange (19) beim Niedertreten des Gaspedals (6) ermöglicht, und daß eine zusammen mit dem Ein­ rücken der Kupplung (20, 23) betätigte Einrichtung (31-33) bewirkt, daß zur Sicherstellung einer be­ grenzten Betriebsweise der Brennkraftmaschine mit reduzierter Leistung das Gaspedal (6) nicht voll­ ständig durchgetreten werden kann.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Be­ triebsparameter der Brennkraftmaschine erfassenden Sensoren Sensoren für die Motorkühlwassertemperatur (16), die Motorzylinderkopftemperatur, die Motor­ drehzahl (17), die atmosphärische Temperatur (12), den atmosphärischen Druck (13) und den Kraftstoff­ druck (15) in der Kraftstoffzuführungsleitung sind.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugluftmen­ gen-Meßeinrichtung die Ansaugluftmenge entweder aus der Differenz zwischen dem Druck der Ansaugluft vor und nach der Drosselklappen-Anordnung (2, 3) oder durch direkte Messung aus elektrischen, der Luft­ aufnahme proportionalen Signalen oder unter Verwen­ dung von Frequenzänderungen, die auf Änderungen der Dichte der Ansaugluft basieren, ermittelt.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftansaugleitung (1) in zwei parallel zu­ einander liegende Teilleitungen geteilt ist, wobei die eine Teilleitung mit einer ersten Drosselklappe (2) und die andere Teilleitung mit einer zweiten Drosselklappe (3) der Drosselklappen-Anordnung (2, 3) ausgerüstet ist, und wobei die erste Drossel­ klappe (2) durch die elektromagnetische Drossel­ klappen-Betätigungseinrichtung (18) betätigt wird und die Welle der zweiten Drosselklappe (3) über die an ihrem einen Ende angeordnete Kupplung (20) mit dem Betätigungshebel (19) des Gaspedals (6) verbindbar ist.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zusam­ men mit dem Einrücken der Kupplung (20, 23) betä­ tigte Einrichtung (31-33) im Bereich der an ihrem einen Ende eine Kupplung (20, 23) aufweisenden Wel­ le der Drosselklappen-Anordnung (2, 3) befindet und den Drehwinkel der Welle begrenzt.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einteiliger Luftansaugleitung und bei Ausbildung der Drossel­ klappen-Anordnung mit nur einer Drosselklappe (2) die Welle der Drosselklappe (2) an ihrem anderen Ende mit einer weiteren Kupplung (24) versehen ist, über welche die Welle mit der Drosselklappen-Stel­ lungseinrichtung (18) verbindbar ist, wobei die weitere Kupplung (24) bei arbeitender Hilfssteuer­ einrichtung (11) ausgerückt und bei nicht arbeiten­ der Hilfssteuereinrichtung (11) eingerückt ist.

7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftstoffein­ spritzventil (4), welches durch die Steuereinrich­ tung (10) gesteuert wird, entweder stromabwärts von der Drosselklappen-Anordnung (2, 3) in der Luftan­ saugleitung (1) oder innerhalb jedes der zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine führen­ den Verzweigsstutzen der Luftansaugleitung (1) an­ geordnet ist.

8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftstoffein­ spritzventil (5), welches durch die Hilfssteuerein­ richtung (11) gesteuert wird, entweder stromauf­ wärts oder stromabwärts von der Drosselklappen- Anordnung (2, 3) in der Luftansaugleitung (1) an­ geordnet ist.