DE3236586C2 - Kraftstoffzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kraft­ stoffzumeßsystem nach der Gattung des Haupt­ anspruchs. Es ist bekannt, Kraftstoffzumeßsysteme, zu denen Vergaser, auch elektrisch gesteuerte Vergaser, elektrische oder mechanische Kraftstoffeinspritzanlagen und ähnliche Systeme gehören, so auszubilden, daß in Abhängigkeit zur tatsächlichen Ar­ beitshöhe der Brennkraftmaschine über Normalnull eine sogenannte Höhenkorrektur vorgenommen wird, um so die der Brennkraftmaschine jeweils zugeführte Kraftstoffmenge zur Aufrechterhaltung vorgegebener Mischungsanteile des Kraft­ stoffluftgemischs bei abnehmender Luftdichte entsprechend anzupassen, also ebenfalls zu reduzieren. Es wird dadurch vermieden, daß einem Kraftfahrzeug, welches sich in unter­ schiedlichen Höhen bewegt, beispielsweise von der Ebene ausgehend eine Bergfahrt unternimmt, ein zunehmend fetteres Gemisch zugeführt wird, was neben einer Verbrauchserhö­ hung auch Probleme des Umweltschutzes aufwirft.

Bei Kraftstoffeinspritzanlagen sind zur Erfassung der der Brennkraftmaschine tatsächlich zugeführten Luftmenge so­ genannte luftmengenmessende Systeme (Luftmengenmesser) vorgesehen, die eine Korrektur der Einspritzmenge bei abnehmender Luftdichte erforderlich machen. Es ist üb­ lich, in diesem Fall das Ausgangssignal des Luftmengen­ messers der bevorzugt kontinuierlichen Korrektur einer Höhenmeßeinrichtung zu unterwerfen, die auch ein Höhen­ schalter sein kann. Die eingestellte Korrekturgröße be­ zieht sich dabei auf die Abweichung des gemessenen Luft­ mengenmessersignals gegenüber dem theoretischen Wert. Hierbei entspricht das gemessene Luftmengensignal bereits dem theoretischen Wert mit einer Abweichung von rund 5% pro 1000 m.

Bei jeder Brennkraftmaschine gibt es allerdings Betriebs­ zustände, bei deren die zugeführte Kraftstoffmenge nicht durch die sonst in die Bestimmung einbezogenen Betriebs­ parameter der Brennkraftmaschine vorgegeben wird, sondern durch einen maximalen Grenzwert bestimmt wird, der nicht überschritten wird. Angewandt beispielsweise auf Kraft­ stoffeinspritzanlagen bedeutet das, daß bei diesen, bei­ spielsweise wenn es sich um elektrische Einspritzar lagen handelt, von einer separaten Schaltung zeitsynchron zu den unter üblichen Voraussetzungen errechneten und er­ zeugten Kraftstoffeinspritzimpulsen (tp) Einspritzimpulse maximaler Länge (tp_max) erzeugt werden, die nach Zusammen­ fassung an einer Gatterschaltung, reit den t_p-Impulsen einer nachgeschalteten Multiplizierstufe zugeführt werden. Die­ se maximale Impulszeitbegrenzung oder, allgemeiner ausge­ drückt, diese maximal vom Kraftstoffzumeßsystem der Brenn­ kraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge bei speziellen Betriebsbedingungen stellt einer Konstantwert dar, der sich bei normalen Betriebsbedingungen, zu welchen auch eine normale Betriebshöhe gehört, als bezüglich Abgas und Fahrverhalten optimal erwiesen hat.

Die DE 28 03 750 A betrifft "Verfahren und Einrichtung zur Kraftstoffzumessung bei Brennkraftmaschinen" und offenbart Mittel zur Begrenzung der Kraftstoffmenge abhängig von "der Abgaszusammensetzung und/oder der Ist-Luftmenge über ein Lambda-Kennfeld" (Anspruch 11). Es hat sich gezeigt, daß diese Lösungen insbesondere im Hinblick auf die strenger werdenden Abgasvorschriften keine optimalen Lösungen bieten können.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Betriebssicherheit des Kraftstoffzumeßsystems durch geeignetes Verschieben des maximalen Grenzwertes zu erhöhen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffzumeßsystem mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch der Betriebszustand maximaler Kraftstoffzuführung, der bei einer Kraftstoffeinspritzan­ lage durch die größtmögliche Dauer eines separat zur üblichen Rechenschaltung erzeugten tp_max-Impulses vorge­ geben ist, ebenfalls der Höhenkorrektur und somit, physi­ kalisch ausgedrückt, der effektiv vorhandenen Luftdichte unterworfen wird. Hierdurch wird vermieden, daß sich bei Höhenfahrten grundsätzlich bei den Betriebszuständen, bei denen die zugeführte Kraftstoffmenge nicht von einem in beliebiger Weise erzeugten Luftmengenmessersignal ab­ hängig ist, eine zu reichliche Kraftstoffzufuhr und damit eine ungewünschte Abweichung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffluftgemisches in Richtung fett er­ gibt. Die Erfindung vermeidet also eine im Begrenzungs­ bereich beim Betrieb einer Brennkraftmaschine auftretende Überfettung.

Vorteilhaft ist ferner, daß die Erfindung kostengünstig mit lediglich geringem zusätzlichen Schaltungsaufwand realisiert werden kann, insbesondere da übliche Kraft­ stoffzumeßsysteme, sofern sie überhaupt eine Höhenkorrek­ tur aufweisen, ohnehin über einen Höhengeber verfügen und daher durch ergänzende Ausnutzung von dessen Ausgangs­ signal kein zusätzlicher Höhengeber erforderlich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung nä­ her erläutert. Es zeigen Fig. 1 in Form eines Diagramms speziell bezogen auf das Ausführungsbeispiel einer Kraft­ stoffeinspritzanlage den höhenkorrigierten Verlauf der Dauer von Einspritzimpulsen und deren Begrenzung auf die maximale Impulsdauer, ergänzt durch Höhenkorrekturmaßnah­ men auch in diesem Bereich, Fig. 2a schematisiert ein Blockschaltbild vorliegender Erfindung und Fig. 2b ein detailliertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur höhenkorrigierten Erzeugung von maximalen Kraftstoffeinspritzimpulsen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung ist am besten aus der Diagrammdarstellung der Fig. 1 ersichtlich; die ver­ schiedenen Kurvenverläufe zeigen die einer Brennkraftma­ schine jeweils in Abhängigkeit zur angesaugten Luftmenge, bezogen auf die Drehzahl, zugeführte Kraftstoffmenge. Geht man zunächst von dem durchgezogen dargestellten Kurvenver­ lauf I aus, dann erkennt man, daß die zugeführte Kraft­ stoffmenge - im Diagramm ist diese als spezielles Ausfüh­ rungsbeispiel bezogen auf die Dauer eines von einer Kraftstoffeinspritzanlage jeweils erzeugten Einspritz­ impulses t_p angegeben -, einen geradlinigen Anstieg der jeweils zuzuführenden Kraftstoffmenge über der auf die Drehzahl bezogenen Luftmenge ergibt. Es versteht sich, daß die Aussage dieses Diagramms lediglich quali­ tativ zu verstehen ist. Ab einem bestimmten Abszissenwert a erfolgt eine Begrenzung der zugeführten Kraftstoffmenge auf einen Konstantwert, unabhängig von in diesem Bereich noch möglichen Luftmengen- oder Drehzahländerungen. Bezo­ gen auf eine Kraftstoffeinspritzanlage ergibt sich für die­ sen Begrenzungsbereich ein maximaler Kraftstoffeinspritz­ impuls t_pmaxo, wobei für diesen Bereich die Erzeugung normaler Kraftstoffeinspritzimpulse t_p dann entweder ab­ geschaltet wird oder die beiden Impulsarten t_p und t_pmax an einer Gatterschaltung oder einem Addierwerk so zusammengefaßt werden, daß für diesen Bereich t_pmax der bestimmende Impuls ist. Die bekannte Höhenkorrektur er­ gibt dann zur Vermeidung einer Überfettung des der Brenn­ kraftmaschine zugeführten Kraftstoffluftgemischs in Ab­ hängigkeit zur jeweiligen Arbeitshöhe über Normalnull eine Abflachung der Kurvenverläufe entsprechend den Kur­ ven II und III; der zunehmende Höheneinfluß ist durch den Pfeil A angedeutet. Bisherige Kraftstoffzumeßsysteme sind so ausgelegt, daß in Verlängerung auch der Kurvenverläufe II und III, wie eng gestrichelt dargestellt, diese auf den gleichen maximalen Grenzwert der zuzuführenden Kraft­ stoffmenge entsprechend der mit t_pmaxo bezeichneten hori­ zontalen Linie stoßen, was unbefriedigend ist.

Der Erfindung gelingt es nun durch Einführung einer höhen­ korrigierten Abnahme auch der maximal jeweils zugeführten Kraftstoffmenge weitere Grenzwerte dieser maximalen Kraft­ stoffmenge als Funktion der jeweiligen Arbeitshöhe einzufüh­ ren, wobei im Diagrammfall zusätzliche, maximale Kraftstoff­ mengen unterhalb der für Normalnull geltenden maximalen Kraftstoffmenge (t_pmaxo) dargestellt sind, nämlich t_pmax1 und t_pmax2 - dies führt zu im Diagramm mit x und y bezeich­ neten t_pmax-Korrekturwerten. Es versteht sich, daß die t_pmax- Höhenkorrektur kontinuierlich analog verlaufend eingeführt werden kann oder in Abstufungen. Es versteht sich ferner, daß eine solche ergänzend höhenkorrigierte Begrenzung der maximal jeweils zugeführten Kraftstoffmenge zu einer Brenn­ kraftmaschine alle möglichen Arten von Benzin- oder Diesel­ einspritzanlagen sowie Vergasersysteme umfaßt, die jeden­ falls eine Einrichtung zur Begrenzung der maximalen Kraft­ stoffzumeßmenge aufweisen, die durch Zuführung eines Höhen­ korrektursignals so beeinflußt werden kann, daß sich in beliebiger Funktionsabhängigkeit zu diesem Reduzierungen der maximal zugeführten Kraftstoffzumeßmengen mit steigen­ der Arbeitshöhe erzielen lassen.

Die weitere Erläuterung bezieht sich speziell auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 2a und 2b und damit auf eine elektrische Kraftstoffeinspritzanlage, wodurch die Anwendung der Erfindung jedoch nicht als auf eine Kraft­ stoffeinspritzanlage begrenzt anzusehen ist.

Die Fig. 2a zeigt eine impulserzeugende Schaltung S, die so ausgebildet ist, daß sie bei Triggerung mit einem drehzahlsynchronen Signal jeweils einen Impuls vorgege­ bener Dauer erzeugt, der bei Verwendung für die maximal einer Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge bei einer Einspritzanlage als t_pmax bezeichnet wird. Die impulserzeugende Schaltung S kann als vorzugsweise monostabile Kippstufe ausgebildet sein und erhält von einer vorgeschalteten Auslöseschaltung As entsprechende Triggerimpulse zugeführt. Es sei noch erwähnt, daß zur zeitgleichen Synchronisierung des Erzeugungsbeginns der t_pmax-Impulse durch die Schaltung S die ihr zugeführten Triggerimpulse entweder identisch sind mit den Trigger- Auslöseimpulsen, die im elektrischen Steuergerät der Kraftstoffeinspritzanlage die Erzeugung der Kraftstoff­ einspritzimpulse t_p veranlassen oder zu diesem jedenfalls in geeigneter Weise zeitsynchron erzeugt sind. Daher ist es auch möglich, an einer der monostabilen Kippstufe zur t_pmax-Erzeugung nachgeschalteten Gatterschaltung G die t_pmax-Impulse und die normalen t_p-Impulse zusammenzufas­ sen, wobei die Gatterschaltung so ausgebildet ist, daß im Begrenzungsbereich die t_pmax-Impulse Vorrang haben. Dem Ausgang A der Gatterschaltung ist dann in diesem speziel­ len Anwendungsfall die sogenannte Multiplizierstufe der Kraftstoffeinspritzanlage nachgeschaltet. Durch die Zu­ führung des Ausgangssignals eines Höhengebers HG zur im­ pulserzeugenden Stufe S ergibt sich eine gewünschte Ab­ hängigkeit von t_pmax = f (Höhe), und damit auch im Begren­ zungsbereich auf eine maximale Kraftstoffzumeßmenge eine Höhenkorrektur, wie in Fig. 1 gezeigt.

Bei dem detaillierten Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 2b ist eine vereinfacht dargestellte monostabile Kippstufe gezeigt, die einen Komparator K auf der Basis eines Operationsverstärkers enthält. Dem einen Eingang des Komparators K wird ein konstantes Bezugspotential von einem Spannungsteiler aus R1 und R2 zugeführt, der andere, nämlich der Minuseingang des Komparators K liegt an der Reihenschaltung eines Widerstandes Ro mit einem Konden­ sator C1 und ferner über ein elektrisches Schaltungsele­ ment, welches auch einstellbar sein kann und bei dem dar­ gestellten Ausführungsbeispiel einen Widerstand zur Hö­ henkorrektur R_HK umfaßt, am Ausgang des Höhengebers. Die an dem Ausgang des Höhengebers zur Verfügung stehende und über R_HK dem Minuseingang des Komparators zugeführte Spannung ist ein Maß für die momentane Betriebshöhe über Normalnull. An dem Minuseingang ist schließlich noch der Kollektoranschluß eines Auslösetransistors T1 angeschlos­ sen, dessen Basis von der Auslöseschaltung As die zu den t_p-Impulsen zeitgleichen Triggerimpulse zugeführt sind.

Die Schaltung der Fig. 2b vervollständigt sich durch einen weiteren vom Ausgangsanschluß A1 des Kippglieds oder Kom­ parators K gegen Masse geschalteten Transistor T2, der auch ein im elektrischen Steuergerät für die Erzeugung der Einspritzimpulse vorhandener Endtransistor sein kann und daher in dieser Schaltung lediglich gestrichelt dar­ gestellt ist. Mit positiver Spannung ist der Ausgang des Komparators K über einen Widerstand R verbunden.

Es ergibt sich dann die folgende Funktion der Schaltung, wobei dem Eingang des Transistors T1 zur Auslösung auch der t_p-Impuls selbst zugeführt sein kann. Zu Beginn eines jeden Einspritzimpulses sperrt sowohl der Transistor T1 als auch der Transistor T2, wodurch der Ausgangsanschluß A1 über den Widerstand R positives Potential bekommt, was der positiven Einschaltflanke des am Ausgang A1 er­ zeugten Einspritzimpulses entspricht. Ergibt sich hier nur der Normalbetrieb ohne Eintritt in den Begrenzungs­ bereich (t_pmax), dann ergibt sich durch die niedergehende Flanke des den Transistor T2 hierdurch wieder leitend schaltenden t_p-Impulses, daß am Ausgang A1 der dortige Impuls ebenfalls endet, was einer lediglichen Weitergabe des t_p-Impulses jeweils entspricht. Dauert der t_p-Impuls jedoch über eine vorgegebene, maximale Zeitdauer an und gelangt somit in den Begrenzungsbereich, dann wird die monostabile Kippstufe wirksam, denn zu Beginn eines je­ den Einspritzimpulses sperrt auch T1 und gibt damit den Kondensator C1 zur Aufladung auf positives Potential frei. Es läuft dann eine Zeit ab, deren Dauer zusätzlich abhängig ist von der über den Widerstand R_HK vom Höhen­ geber HG zugeführten, höhenabhängigen Spannung. Sobald dann am Minuseingang des Komparators K ein hinreichend positives Potential - bezogen auf den Pluseingang des Komparators - vorliegt, schaltet dessen Ausgang auf niedri­ ges Potential oder Massepotential um, und zwar unabhängig davon, ob am Transistor T2 der t_p-Impuls noch andauert. Die monostabile Kippstufe der impulsgebenden Schaltung S bestimmt daher mit Vorrang die Dauer des t_pmax-Impulses und sie macht diesen t_pmax-Impuls ergänzend noch abhängig von der jeweiligen Arbeitshöhe. Dabei kann das Ausmaß des Höheneinflusses durch entsprechende Bemessung und/oder Einstellung des Widerstandes R_HK festgelegt werden.

Claims (5)

1. Kraftstoffzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine mit Mitteln zum Bereitstellen eines Kraftstoffmengensignals, mit Mitteln (S) zur Bereitstellung eines maximalen Grenzwertes für das Kraftstoffmengensignal und mit Mitteln zur Begrenzung des Kraftstoffmengensignals auf den maximalen Grenzwert, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Grenzwert (maximale Kraftstoffzumeßmenge, tpmax) ausgehend von einem die Luftdichte angebenden Signal bestimmt wird.

2. Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Kraftstoffzumeßmenge (tpmax) konntinuierlich mit zunehmender momentaner Betreibshöhe über Normalnull reduziert wird.

3. Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine drehzahlsynchron und zeitgleich mit dem von einer Einspritzanlage erzeugten Einspritzimpuls (tp) getriggerte impulserzeugende Schaltung (S) vorgesehen ist, die für den Begrenzungsbereich der maximalen Kraftstoffzumeßmenge einen Kraftstoffeinspritzimpuls maximaler Dauer (tpmax) erzeugt, wobei das Ausgangssignal eines Höhengebers zusätzlich derart ausgewertet ist, daß sich eine Reduzierung der Dauer des maximalen Einspritzimpulses in Abhängigkeit zur jeweiligen Arbeitshöhe über Normalnull ergibt.

4. Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die impulserzeugende Schaltung eine monostabile Kippstufe mit einem Komparator (K) ist, mit einer RC-Gliedkombination (Ro, Cl) an seinem einen Eingang, deren Zeitkonstante ergänzend vom Ausgangssignal eines Höhengebers (HG) bestimmt ist.

5. Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den einen Eingang des an seinem anderen Eingang von einem Spannungsteiler (R1, R2) mit konstantem Potential versorgten Komparators (K) ein Auslösetransistor (T1) angeordnet ist, der zeitgleich mit jedem Einspritzimpuls zur Sperrung getriggert wird und daß der Ausgang des Komparators nach Ablauf der so gebildeten Zeitschaltung die Dauer des jeweiligen tpmax-Impulses beendet, unabhängig von der Dauer des normalen Einspritzimpulses (tp).