DE3240216A1

DE3240216A1 - Einrichtung zum anreichern des luft-kraftstoff-gemischs einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3240216A1
Application number: DE19823240216
Authority: DE
Inventors: Tomiya Katsuta Itakura; Tomoo Katsuta Ito; Hiroshi Kamifuji; Haruhiko Naka Ibaraki Kobayashi
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1981-11-02
Filing date: 1982-10-29
Publication date: 1983-05-11
Also published as: US4480618A; JPS5867950U; CA1179220A

Description

1. HITACHI, LTD., Tokyo

2. Hitachi Automotive Engineering Co., Ltd., Katsuta-shi, Ibaraki-ken

Japan

Einrichtung zum Anreichern des Luft-Kraftstoff-Gemischs einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Einrichtung zum Anreichern des von einem Vergaser beim Starten einer Brennkraftmaschine gelieferten Luft-Kraftstoff-Gemischs, insbesondere auf eine solche Einrichtung, bei der eine Kraftstoffmengen-Erhöhungsleitung unabhängig von einem grundsätzlich vorhandenen Hauptkraftstoffsystem vorgesehen ist, um die Kraftstoffmenge in der Anfahrphase der Maschine zu erhöhen.

Im Dauerbetrieb einer Brennkraftmaschine (kurz: Maschine) wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Zylinder vom Vergaser zugeführten Gemischs so eingestellt, daß es bei 14,7 liegt. Da jedoch beim Anlassen sowie während des Warmlaufens der Maschine die Kühlwassertemperatur der Maschine niedrig ist, ist es normalerweise notwendig, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner zu machen, um das Gemisch anzureichern. In diesem Fall muß das Verhältnis in Abhängigkeit vom Warmlaufzustand der Maschine und allgemein in

Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur bestimmt werden, während gleichzeitig eine Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit von Änderungen der Umlauffrequenz und des Ansaugunterdrucks über die Zeit vermieden werden sollte.

Die bisher bekannten Einrichtungen zum Anreichern des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Anfahrbetrieb der Maschine können allgemein in zwei Kategorien unterteilt werden. Bei einer ersten Einrichtung wird eine Einlaßbohrung eines Vergasers durch eine Drosselklappe verengt zur Steigerung des Unterdrucks an einem Hauptdüsenteil, um dadurch das Gemisch anzureichern. Die zweite Kategorie umfaßt eine Einrichtung, bei der ein Anreicherungssystem mit einem Auslaß, der sich stromab von der Drosselklappe öffnet, zusätzlich unabhängig von dem grundsätzlich vorhandenen Hauptkraftstoffsystem vorgesehen ist, so daß die Kraftstoffmenge beim Starten der Maschine erhöht wird (vgl. die US-Patentanmeldung Ser.-Nr. 110 469). Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Anfahren (d. h„ das Verhältnis des Gemische in der Anfahrphase der Maschine) elektronisch gesteuert werden soll, ist die erstgenannte Einrichtung insofern nachteilig, als eine gegenseitige Verriegelung zwischen der Maschine und der Drosselklappe sehr kompliziert wird. Andererseits wird bei dem zweitgenannten System die zu erhöhende Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von dem Ansaugunterdruck bestimmt aufgrund der Anordnung, bei der der Auslaß des Anreicherungskanals stromab von der Drosselklappe vorgesehen ist, so daß sich das Problem einstellt, daß das zum Warmlaufen der Maschine geeignete Luft-Kraftstoff-Verhältnis nur innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des

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Ansaugunterdrucks für einen bestimmten Betriebszustand des Motors, der bei der Konstruktion festgelegt wird, gleichmäßig erhalten werden kann.

Bei der Startphasen-Anreicherungseinrichtung, die die zusätzliche Kraftstoffleitung mit einem stromab von der Drosselklappe angeordneten Auslaß aufweist, so daß der Kraftstoff mit Unterdruck angesaugt wird, wird die durch die Anreicherungseinrichtung zugeführte Kraftstoffmenge ausschließlich als Funktion des Ansaugunterdrucks bestimmt. Der Luftstrom im Betriebszustand der Maschine wird jedoch in Abhängigkeit sowohl des Ansaugunterdrucks als auch der Umlauffrequenz der Maschine bestimmt. Somit ist es erforderlich, die Anreicherungseinrichtung als ordnungsgemäß koordinierte Funktion des Ansaugunterdrucks und der Umlauffrequenz des Motors zu steuern, um das in Abhängigkeit von dem Warmlaufzustand der Maschine bestimmte erwünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleichmäßig unterhalten zu können.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Einrichtung zum Anreichern eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, das von einem Vergaser in der Anfahrphase der Maschine zugeführt wird, wobei die Einrichtung unabhängig von dem Hauptkraftstoffsystem vorgesehen und in der Lage ist, eine gleichmäßige Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelung so durchzuführen, daß ein Sollwert dieses Verhältnisses in der Anfahrphase der Maschine, z. B. beim Anlassen und beim Warmlaufen, unabhängig von Änderungen des Ansaugunterdrucks und der Umlauffrequenz der Maschine unterhalten wird.

Gemäß der Erfindung wird in Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß unabhängig von dem Hauptkraftstoffsystem, das

ein Gemisch mit einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,7 erzeugt, eine Leitung zur Erhöhung der Kraftstoffmenge beim Anfahrvorgang des Motors vorgesehen ist» Die Leitung umfaßt einen Auslaß stromab einer Drosselklappe des Hauptkraftstoffsystems. Die durch die Leitung zugeführte Kraftstoffmenge wird von einem Steuersignal bestimmt, das durch Korrektur eines Produkts eines Werts, der durch eine Funktion des Ansaugunterdrucks und der Umlauffrequenz der Maschine repräsentiert ist, mit einem durch eine Funktion der Kühlwassertemperatur der Maschine repräsentierten Wert abgeleitet wird. Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung kann eine gleichmäßige Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erreicht werden.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 den Verlauf eines Steuersignals, das bei der Durchführung der Erfindung verwendet wird;

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Saugunterdruck einer Maschine und der Einschaltperiode des Steuersignals;

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Ansaugunterdruck und einem Quotienten der Einschaltperiode, dividiert durch das Steuersignal und die Umlauffrequenz des Motors;

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Kühlwassertemperatur des Motors und dem Kehrwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses;

Fig. 6 das Blockschaltbild einer Steuereinheit; und Fig. 7 ein Ablaufdiagramm, das die Funktionsweise der Einrichtung nach der Erfindung verdeutlicht.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines Vergasers. Dabei werden zuerst die Hauptkraftstoffsysteme erläutert. Ein Hoch-/Mitteldrehzahl-Kraftstoffsystem im Hauptlufttrichter umfaßt einen Luftkanal, der von einem Einlaß 10 des Vergasers zu einem Venturi durch eine Luftdüse 12 und eine Hauptdüse 14 führt, sowie einen Kraftstoffkanal, der von einer Schwimmerkammer 16 zu der Hauptdüse 14 durch eine Haupteinspritzeinheit 18 und den Umfangsspalt der Luftdüse 12 führt. Im Sekundärlufttrichter ist ein ähnliches Kraftstoffsystem vorgesehen. Ein Leerlauf-Kraftstoffsystem umfaßt einen Luftkanal, der vom Einlaß 10 des Vergasers zu einer Unterdruckbohrung 20 und einer Leerlaufbohrung 22 durch einen Kanal 24, eine Belüftungsdüse 26 und einen weiteren Kanal 28 führt, sowie ein Kraftstoffsystem, das von der Schwimmerkammer 16 durch den Umfangsspalt eines Ventilglieds 30 eines elektromagnetisch betätigten Hauptventils 32, die Hauptdüsenbohrung 18 und eine Leerlaufdüsenbohrung 34 zu dem Kanal 28 führt. Ein elektromagnetisch betätigtes Leerlaufventil 36 umfaßt einen Lufteinlaß 38, der mit einem Luftfilter verbunden ist, und ein Ventilglied 40, das von einer Druckfeder 44 normalerweise gegen einen Ventilsitz 42 beaufschlagt ist und aufgrund der Erregung des Elektromagnets von dem Ventilsitz 42 abgehoben wird. Das Ventilglied 40 ist auf einer Membran 46 gelagert. Eine Leitung 48 steht über eine Leitung 50 mit der Leitung 28 in Verbindung. Das Rechteck-Ansteuersignal wird an den Elektromagnet des elektromagnetisch betätigten Leerlaufventils 36 angelegt.

Durch Ändern der Einschaltperiode dieses Ansteuersignais wird die Dauer, während der das Ventilglied 40 von dem Ventilsitz 42 abgehoben ist, d. h. die Öffnungsrate des Leerlaufventils 36, so geändert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (L/K-Verhältnis) des durch das Leerlaufkraftstoff system zugeführten Kraftstoffs geändert wird. Wenn der Elektromagnet des Hauptventils 32 erregt wird, wird das Ventilglied 30 von einem Ventilsitz 52 abgehoben, der eine Axialbohrung 54 aufweist, so daß die durch diese Bohrung strömende Kraftstoffmenge erhöht wird. Das Rechteck-Ansteuersignal wird an den Elektromagnet des Hauptventils 32 angelegt. Durch Ändern der Einschaltperiode dieses Ansteuersignals wird die Dauer, während der das Ventilglied 30 von dem Ventilsitz 52 abgehoben ist, d. h. die Öffnungsrate des Hauptventils 32, geändert unter Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des durch das Hoch-ZMitteldrehzahl-Kraftstoffsystem zugeführten Gemischs.

Der Vergaser ist ferner mit einem Kraftstoffanreicherungssystem ausgerüstet zur Erhöhung des Kraftstoffanteils beim Anfahrvorgang des Motors unabhängig von den vorstehend erläuterten Hauptkraftstoffsystemen. Das Kraftstoffanreicherungssystem umfaßt eine Anfahrkraftstoffmenge-Erhöhungsleitung 64, die mit der Schwimmerkammer 16 in Verbindung steht, die als Kraftstoffvorrat dient? die Leitung 64 weist eine Öffnung 62 stromab von einer Drosselklappe 60 auf. Diese Leitung 64 kommuniziert ferner mit der Einlaßleitung 10 des Vergasers durch eine Belüftungsdüse 66, die höher als der Flüssigkeitsspiegel in der Schwimmerkammer 16 liegt. Die Belüftungsdüse 66 dient nicht nur zur Verbesserung der Zerstäubung des Kraftstoffs beim Anfahr-Anreicherungsvor-

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gang, sondern sie verhindert auch ein Überlaufen des Kraftstoffs, das sonst bei der Beendigung des Vorgangs der Erhöhung der Kraftstoffmenge eintreten kann. Der aus der Auslaßbohrung, also der Anreicherungsdüse, der Kraftstoffmengen-Erhöhungsleitung 64 austretende Kraftstoff wird von einem elektromagnetischen Ventil 68 bestimmt, das aus einer Erregerwicklung 70 und einem Ventilglied 72 besteht. Wenn die Erregerwicklung 70 elektrisch erregt wird, wird das Ventilglied 72 nach links in der Figur verschoben und wird damit von einem ortsfesten Element 74 wegbewegt. Letzteres weist einen Strömungsweg 76 auf, der im Querschnitt dreieckig ist. Die Anfahrkraftstoffmenge-Erhöhungsleitung 64 wird wirksam, wenn das Ventilglied 72 nach links verschoben wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch diese Leitung 64 zugeführten Gemischs liegt im wesentlichen in einem Bereich von 1:2.

Den Eingängen einer Steuereinheit 80 wird ein Ansaugunterdruck-Signal P von einem Druckfühler 82 zugeführt, der den Ansaugunterdruck erfaßt, ferner ein Umlauffrequenz-Signal N von einem Umlauffrequenz-Detektor 84, der die Drehzahl des Motors erfaßt, sowie ein Temperatursignal T von einem Temperaturfühler 86, der die Temperatur des Motorkühlwassers erfaßt. Aufgrund dieser Eingangssignale erzeugt die Steuereinheit 80 ein Rechteck-Steuersignal S (vgl. Fig. 2), dessen Impulsdauer in Abhängigkeit von den oben genannten Eingangsgrößen bestimmt wird. Das elektromagnetische Ventil 68 wird während der Einschaltperiode oder des Intervalls D, des Steuersignals S geöffnet. Auf diese Weise wird der Strom des angereicherten Kraftstoff-Luft-Gemischs aus der Anreicherungsdüse 62 in Abhängigkeit von der Einschaltdauer D. des Steuersignals S bestimmt.

Bei dem vorstehend erläuterten Kraftstoffanreicherungssystem wurde sowohl theoretisch als auch experimentell festgestellt, daß die Einschaltperiode D in Abhängigkeit von dem Ansaugunterdruck und der Umlauffrequenz gemäß Fig. 3 bestimmt werden sollte, so daß das der Temperatur des Kühlwassers entsprechende Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten wird. Ferner wurde gefunden, daß der Quotient, der durch Division der Einschaltdauer D. durch die Umlauffrequenz N erhalten wird, sich in Abhängigkeit vom Änsaugunterdruck P im wesentlichen entsprechend 1:1 ändert, wie durch eine Einzelkurve in Fig. 4 gezeigt ist. D. h., die Größe D./N kann als eine Funktion f(p) des Ansaugunterdrucks P angegeben werden. Wenn also der Motor mit einem vorbestimmten flachen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden soll, sollte die Einschaltperiode D. des Steuersignals S entsprechend der durch die folgende Gleichung gegebenen Bedingung gesteuert werden:

D_t = ftp) .N (1).

Die Kühlwassertemperatur T ändert sich als Funktion der Zeit beim Anfahrvorgang des Motors. Infolgedessen muß der Grad, in dem die Kraftstoffmenge erhöht wird, so gesteuert werden, das das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das der momentanen Temperatur des Kühlwassers entspricht, erreicht werden kann. Zu diesem Zweck muß die Einschaltperiode D, korrigierend durch die Kühlwassertemperatur T modifiziert werden. Die Beziehung zwischen der Kühlwassertemperatur T und dem Kehrwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist in Fig. 5 grafisch dargestellt. Somit wird zuerst ein Korrekturfaktor k(T) auf der Grundlage der Temperatur T bestimmt, so daß das

Verhältnis von Fig. 5 erhalten werden kann, und dann kann die korrigierte Einschaltperiode D. nach Maßgabe des folgenden Ausdrucks bestimmt werden:

D_t = f(p) χ N χ k(T) (2).

Wenn die Kühlwassertemperatur des Motors einen vorbestimmten Wert Tq übersteigt, erfolgt die Steuerung derart, daß k(T) gleich Null wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kraftstoffzufuhr durch das Anreicherungssystem unterbrochen, woraufhin die Kraftstoffzufuhr nur durch das Hauptkraftstoffsystem erfolgt, das so betrieben wird, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei 14,7 gehalten wird.

Fig. 6 ist das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung der Steuereinheit 80. Die Temperatur T des Kühlwassers und der Ansaugunterdruck P werden von einem Multiplexer 90 auf Zeitmultiplexbasis abgerufen und in einem Analog-Digital-Umsetzer bzw. ADU 92 umgesetzt. Die resultierenden Digitalsignale werden in einem RAM (Direktzugriffsspeicher) 96 über eine Steuerlogik 94 gespeichert. Ebenso wird auch die Umlauffrequenz N des Motors in dem RAM 96 über die Steuerlogik 94 gespeichert. Ein Mikroprozessor 98 bestimmt rechnerisch die Einschaltperiode D nach Maßgabe eines in einem ROM (Festwertspeicher) 100 gespeicherten Programms. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Funktion f(p) des Ansaugunterdrucks P und der Korrekturfaktor k(T) in einer Tabelle in Verbindung mit dem Unterdruck P und der Temperatur T aufgelistet sind, wobei diese Tabelle im ROM 100 gespeichert ist. Somit kann die Funktion f(p) oder der Korrekturfaktor k(T) entsprechend einem bestimm ten Unter-

druck P oder einer bestimmten Temperatur T einfach durch Auslesen des entsprechenden Werts aus der gespeicherten Tabelle erhalten werden. Der Mikroprozessor 98 errechnet die Einschaltperiode D_fc des Steuersignals S nach Maßgabe der Gleichung (2), deren Resultat im RAM 96 gespeichert wird. Die Steuerlogik 94 erzeugt das Steuersignal S (Fig. 2) mit der so errechneten Einschaltperiode D,. Die Steuerlogik erzeugt ferner die den Magnetventilen 32 und 36 zugeführten Stellsignale. Da die Steuerlogik an sich bekannt ist, wird sie nicht erläutert.

Ein Steuerverfahren zur Durchführung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von Fig. 7 erläutert. Zuerst werden der Ansaugunterdruck P, die Umlauffrequenz N und die Kühlwassertemperatur T, die sich in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors ändern, abgerufen. Dann wird die Funktion f(p) entsprechend dem Eingangs-Ansaugunterdruck P aus der Tabelle ausgelesen zur rechnerischen Bestimmung des Korrekturfaktors k(t) und dann der Einschaltperiode D.. Die so bestimmte Einschaltperiode D_fc wird im RAM 96 gespeichert. Die Serie von Berechnungen kann periodisch wiederholt in einem vorgegebenen Zeitintervall durchgeführt werden. Durch Einstellen des Rechenintervalls derart, daß es kürzer als die Periode T, des einzel-

nen Zyklus des Steuersignals S ist, kann die Berechnung auf der Grundlage der sukzessive fortgeschriebenen Information durchgeführt werden.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung ersichtlich ist, wird eine elektronische Einrichtung vorgeschlagen, mit der die Anreicherungsdüse des Kraftstoffanreicherungssystems Steuer-

bar ist, wobei ein Auslaß stromab von einer Drosselklappe angeordnet ist und die Einrichtung in der Startphase des Motors in Abhängigkeit von dem Ansaugunterdruck, der Umlauffrequenz und der Kühlwassertemperatur des Motors durch Einstellen der Einschaltperiode des Steuersignals betrieben wird, das an das der Anreicherungsduse zugeordnete Magnetventil angelegt wird, und zwar entsprechend der Gleichung (2), so daß dadurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Gemischs in allen Motoranfahrphasen einschließlich der Start- und der Warmlaufphase gleichmäßig steuerbar ist.

Claims

Ansprüche

/i.!Einrichtung zum Anreichern des Kraftstoff-Luft-Gemischs, das von einem Vergaser einer Brennkraftmaschine in deren Anlaßphase zuführbar ist, wobei die Einrichtung unabhängig von dem Hauptkraftstoffzufuhrsystem vorgesehen ist, gekennzeichnet, du-rch eine Leitung (64), die einen mit einem Kraftstoffvorrat (16) kommunizierenden Einlaß (64) und einen Auslaß (62), der sich an einer Stelle stromab von einer Drosselklappe (60) öffnet, aufweist;

ein Organ (68) zur Einstellung des aus dem Auslaß (62) der Leitung (64) austretenden KraftstoffStroms; eine Recheneinheit (80) zur rechnerischen Bestimmung eines Produkts einer Umlauffrequenz (N) der Maschine und eines Werts ff(p)j ,der sich in Abhängigkeit von einem Ansaugunterdruck (P) der Maschine ändert, und zur Korrektur des Produkts um einen Wert {k(T)}- , der sich in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur (T) der Maschine ändert, unter Erzeugung eines Steuersignals (S); und

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eine Einheit (94) zum Ansteuern des Einstellorgans (68) nach Maßgabe des von der Recheneinheit (80) erzeugten Steuersignals (S).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (S) als Produkt des Werts {f(p)| , der von dem Ansaugunterdruck (P) abhängt, der Umlauffrequenz (N) der Maschine und des Werts ^k(T)] , der von der Kühlwassertemperatur (T) der Maschine abhängt, erhalten wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellorgan für den Kraftstoffstrom ein Magnetventil (68) ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinheit (94) das Magnetventil (68) öffnet und schließt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (80) das Steuersignal (S) erzeugt, das die Öffnungsperiode des Magnetventils (68) bestimmt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (80) das Steuersignal (S) auf Null stellt, wenn die Kühlwassertemperatur (T) der Maschine einen Sollwert (T_Q) erreicht.

BAD ORIGINAL
7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Ansteuereinheit (94) das Einstellorgan (68) so beeinflußt, daß der Kraftstoffstrom zu Null wird, wenn das Steuersignal (S) auf Null gestellt wird.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Leitung (64) eine Öffnung (66) stromauf von der Drosselklappe (60) auf einem Pegel, der höher als der Flüssigkeitsspiegel der KraftstoffVersorgung (16) liegt, aufweist.