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Titel : Kraftstoff-Steuereinrichtung für eine
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Verbrennungskraftmaschine Die Erfindung betrifft allgemein ein Kraftstoff-Steuersystem
für die Verwendung bei einer Verbrennungskraftmaschine und bezieht sich insbesondere
auf ein System, daß -funktionell unabhängig von einem bei der Verbrennungskraftmaschine
verwendeten automatischen Choke und einem automatischen Getriebe arbeitet.
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Es sind automatische Getriebe bekannt, die automatisch übliche Synchrondrehzahl-Änderungszahnräder
in Kombination mit einem Kupplungsmechanismus steuern. Die automatischen Getriebe
sind typischerweise so ausgebildet, daß eine mechanische Kopplung entweder zwischen
einem Vergaser oder eine Einspritzpumpe von einem Gaspedal getrennt und entweder
eine Drosselklappe oder ein als Kraftstoff-Steuervorrichtung verwendeter Steuerhebel
durch einen Schrittmotor angetrieben wird. Der Schrittmotor wird von einer elektronischen
Steuereinheit gesteuert, die
Eingangssignale sowohl von einem Sensor
empfängt, der die Betätigung des Gaspedals ermittelt, als auch von einem Sensor,
der das Anlassen der Verbrennungskraftmaschine und deren Gangwechsel ermittelt.
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Die Kraftstoffsteuervorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine,
die wie oben beschrieben, fernbedient wird, ist mit dem Schrittmotor entweder direkt
über ein mechanisches Verbindungsglied gekoppelt. Derartige Anordnungen besitzen
die folgenden Nachteile. Ein automatischer Choke oder eine Kraftstoff-Anreicherungseinrichtung
kann nicht generell verwendet werden , um das Anlassen der Verbrennungskraftmaschine
bei kaltem Wetter zu verbessern. Wenn sie verwendet werden, können der automatische
Choke oder die Kraftstoff-Anreicherungseinrichtung das richtige Funktionieren des
Schrittmotors verhindern. Außerdem können die Drosselklappe oder das Kraftstoff-Steuerventil
nicht in geeigneter Weise arbeiten, wenn das Gaspedal beim normalen Fahren betätigt
wird.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Kraftstoffsteuersystem für die Verwendung bei einer Verbrennungskraftmaschine zu
schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten
Merkmale gelöst. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden,
sind in den nachgeordneten Ansprüchen enthalten.
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Die Erfindung schafft ein Kraftstoffsteuersystem für eine Verbrennungskraftmaschine,
bestehend aus einer Kraftstoffzuführeinrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr
zu einer Verbrennungskraftmaschine, einem ersten Betätigungsglied, das mechanisch
mit der Steuereinrichtung verbunden ist und dazu dient, den Grad des damit gegeführten
Kraftstoffs einzustellen, einer zweiten Betätigungseinrichtung, und aus einer Kupplungseinrichtung,
die mechanisch die erste und die
zweite Betätigungseinrichtung so
koppelt, daß sie alternativ entweder deren gemeinsame oder unabhängige Bewegung
vorsieht.
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Ein Sensor ermittelt die Stellung eines von einer Bedienungsperson
oder von Hand gesteuerten Gaspedals für die Maschine, und eine Steuereinrichtung,
die auf den Sensor anspricht, liefert eine Ausgangsgröße, die von der durch diesen
abgefühlten Gaspedalstellung hängt. Auf die Ausgangsgröße der Steuereinrichtung
spricht ein Antrieb an, der die Bewegung der zweiten Betätigungseinrichtung erzeugt.
Die Verwendung von unterschiedlichen ersten und zweiten Betätigungseinrichtungen
ermöglicht die unabhängige Steuerung der Kraftstoff-Zuführeinrichtung.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Kraftstoff-Zuführeinrichtung
eine drehbare Welle auf, und die erste Betätigungseinrichtung besitzt einen ersten
Hebel mit einem drehfest mit der Welle verbundenen Ende, und die zweite Betätigungseinrichtung
weist einen zweiten Hebel auf, bei dem ein Ende an einem gegenüberliegenden Ende
des ersten Hebels durch die Kupplungseinrichtung gekoppelt ist. Diese Anordnung
sorgt für die gewünschte Wirkungsweise in einer baulich einfachen Form.
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Nach anderen Ausgestaltungen der Erfindung erlaubt die Kupplungseinrichtung
eine Schwenkbewegung durch den ersten Hebel in einer Richtung unabhängig von dem
zweiten Hebel und erzeugt die Bewegung des ersten Hebels in Abhängigkeit von der
Schwenkbewegung durch den zweiten Hebel in dieser Richtung, und das System weist
eine Vorspanneinrichtung auf, die die Schwenkbewegung des ersten Hebels in einer
dieser einen Richtung entgegengesetzten Richtung veranlaßt. Diese Anordnung erlaubt
die gewünschte unabhängige Steuerung der Betätigungseinrichtungen.
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Nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung besitzt die Kupplungseinrichtung
eine Anschlagfläche an einem Ende des zweiten
Hebels, wobei die
Anschlagfläche für den Angriff an dem gegenüberliegenden Ende des ersten Hebels
in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung durch den zweiten Hebel in der einen Richtung
ausgebildet und angeordnet ist und von Hand zur Veränderung des Abstands zwischen
der Anschlagfläche und dem gegenüberliegenden Ende des ersten Hebels einstellbar
ist. Diese Anordnung erleichtert das Kalibrieren des Steuersystems.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Steuersystem
eine Speichereinrichtung zur Speicherung der von dem Sensor empfangenen Information
auf. Dieses Merkmal beinhaltet eine funktionelle Flexibilität des Systems.
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GemäB einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite
Hebel eine während der Schwenkbewegung des zweiten Hebels bewegte Steuerfläche auf,
und das System enthält eine darauf ansprechende Abtasteinrichtung und einen Schalter,
wobei die Abtasteinrichtung zur Betätigung des Schalters in Abhängigkeit von der
Bewegung des zweiten Hebels in eine von zwei entgegengesetzten Winkelstellungen
ausgebildet und angeordnet ist. Diese Anordnung liefert Ausgangssignale, die die
Ruhestellung und die vollständig geöffnete Stellung der Kraftstoffzuführeinrichtung
repräsentieren.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in
den übrigen Ansprüchen sowie dem anschließenden Beschreibungsteil zu entnehmen,
in dem ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen Figur 1 eine schematische Draufsicht
auf ein Kraftstoff-Steuersystem gemäß der Erfindung an dem Einlaßkrümmer einer Verbrennungskraftmaschine;
Figur 2 eine schematische Vorderansicht auf das Steuersystem; Figur 3 eine schematische
Seitenansicht des Steuersystems; und
Figur 4 ein Diagramm, das
die Betriebskennlinien des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Steuersystems veranschaulicht.
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In Figur 1 ist schematisch ein Vier-Zylindermotor dargestellt. Ein
Einlaßkrümmer 41 ist mit einer flachen Montagefläche 42 für die Montage eines (nicht
dargestellten) Vergasers versehen. In der Fläche 42 sind Luftöffnungen 3a und 4a
und Bolzenlöcher 43 vorgesehen. Ein Träger 45 ist an dem Einlaßkrümmer 41 mittels
eines Bolzens 44 befestigt und trägt seinerseits einen Schrittmotor 6. Mit dem Schrittmotor
6 ist durch einen Leitungsdraht 46 eine elektronische Kontrolleinheit verbunden,
die später beschrieben wird.
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In Figur 2 ist eine Bodenfläche 2b eines Vergasers 2 auf der Fläche
42 des Einlaßkrümmers 41 montiert. Der Vergaser 2 besitzt eine obere Fläche 2a,
auf der ein (nicht dargestellter) Luftfilter installiert ist. Weiterhin kommuniziert
ein primärer Luftkanal 4 mit der Luftöffnung 4a, und ein zweiter Luftkanal 3 kommuniziert
mit der Luftöffnung 3a.
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Eine übliche Drosselklappe mit einer Ventilwelle 21 reguliert die
Zufuhr des Gas- oder Kraftstoffgemischs, das durch den primären Luftkanal 4 in die
Zylinder der Verbrennungskraftmaschine angesaugt wird. Das Öffnen der Drosselklappe
wird durch den Antrieb des Schrittmotors 6 in Abhängigkeit von der Betätigung eines
Gaspedals 31 gesteuert. Die Ventilwelle 21 ist mit einem Ende eines ersten Betätigungshebels
23 schwenkbar verbunden, der durch eine (nicht dargestellte) Rückzugsfeder in eine
ruhende Stellung vorgespannt ist.
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Ein gegenüberliegendes Ende des ersten Betätigungshebels 21 ist mit
einem Ende eines zweiten Hebels 22 über eine Kupplung gekoppelt, die aus einer an
einem Ende des zweiten Hebels 22 gebildeten querlaufenden Nase 22a und einem Einstellbolzen
14
besteht, der sich im Gewindeeingriff mit der Nase 22a befindet.
Der Bolzen 14 ist für den Anschlag an eine querlaufende Nase 23a an dem gegenüberliegenden
Ende des ersten Betätigungshebels 23 vorgesehen. Ein gegenüberliegendes Ende des
zweiten Betätigungshebels 22 ist frei drehbar auf der Ventilwelle 21 montiert. Ein
Bolzen 10 verbindet ein Ende des zweiten Hebels 22 mit einem Ende eines Verbindungsglieds
9. Das andere Ende des Verbindungsglieds 9 ist über einen Bolzen 8 mit einem Arm
7 verbunden, der an einer Spindel 5 des Schrittmotors 6 befestigt ist, welcher ein
Untersetzungsgetriebe enthält.
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Der Schrittmotor 6 empfängt Steuersignale, die von einer elektronischen
Steuereinheit 30 geliefert werden. Die Steuersignale enthalten Signale, die die
Betätigungsstellungen des Gaspedals 31 darstellen. Zu diesen Stellungen gehören
eine Ruhestellung und eine Vollgasstellung bzw. eine vollständig geöffnete Stellung
der Drosselklappe. Um die Steuersignale zu erzeugen, ist mit dem Gaspedal 31 ein
beschleunigungs- bzw. Gassensor 32 verbunden, der aus einem Potentiometer besteht,
das in Abhängigkeit von der Gasbetätigung eine Widerstandsänderung liefert. Die
Widerstands änderung dient über einen Analog-Digital-Wandler in Form von Digitalsignalen
als Eingang für die elektronische Steuereinheit 30.
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Auf die elektronische Steuereinheit 30 werden auch Digitalsignale
gegeben, die einen Anfahrzustand des Fahrzeugs, einen Zustand des Geschwindigkeitswechselgetriebes
und einen Betriebszustand einer Kupplungsvorrichtung anzeigen.
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Um die Ruhestellung und die vollständig geöffnete Stellung der Drosselklappe
abzufühlen, ist an dem gegenüberliegenden Ende des zweiten Hebels 22 eine flügelartige
Steuerfläche 20 gebildet. Beide Enden der Steuerfläche 20 weisen konkave Abschnitte
20a und 20b zur Betätigung eines Schalters 16 auf, wie nachfolgend beschrieben wird.
Die Steuerfläche 20 ist einer an einem Winkelhebel 18 befestigten Abtastrolle passend
zugeordnet.
Eine Haltewelle 17 hält den Winkelhebel 18 schwenkbar gegenüber einem Halter 50.
Der Halter 50 ist an dem in Figur 1 dargestellten Einlaßkrümmer 41 befestigt.
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Auf dem Halter 50 ist ebenfalls mit Bolzen 51 der Schalter 16 gehaltert.
Ein gegenüber der Rolle 19 befindliches gestrecktes Ende des Winkelhebels 18 hält
einen Kontakt 16a des Schalters 16. Der Winkelhebel 18 ist durch eine (in Figur
3 dargestellte) Feder 52, die auf die Haltewelle 17 gewunden ist, zur Drehung normalerweise
im Uhrzeigersinn (in Figur 2) vorgespannt.
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Funktionsbeschreibung Wie durch die Kennlinie 61 in Figur 4 dargestellt,
wird der Beschleunigungs- bzw. Gassensor 32 so voreingestellt, daß er einen maximalen
Widerstand vorsieht, wenn das Gaspedal 31 frei~ gegeben ist oder sich in einer Ruhestellung
befindet, und daß er keinen Widerstand aufweist, wenn das Gaspedal 31 vollständig
niedergedrückt ist. Während des üblichen Fahrens wird der Schrittmotor 6 proportional
zu einer Widerstands änderung des Gassensors 32 gesteuert. Die Widerstandsänderung
wird durch die Winkelstellung des Gaspedals 31 bestimmt, die dadurch die Öffnung
der Drosselklappe steuert. Wenn das Gaspedal 31 ein wenig aus seiner freigegebenen
bzw. Ruhestellung betätigt wird, veranlaßt ein von der elektronischen Steuereinheit
30 geliefertes Signal den Schrittmotor, die Drosselklappe in Öffnungsrichtung in
folgender Weise anzutreiben.
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Der zweite Hebel 22 wird um die Ventilwelle 21 (in Figur 2) im Gegenuhrzeigersinn
verschwenkt und die Druckanlage zwischen dem Einstellbolzen 14 und der zwangläufige
Eingriff zwischen dem Einstellbolzen 14 und der Nase 23a des ersten Hebels 23 erzeugt
deren gemeinsame Bewegung im Gegenuhrzeigersinn.
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Der erste Hebel 23 veranlaßt seinerseits die Drosselklappe dazu, sich
ein wenig aus der Ruhestellung zu öffnen. Gleichzeitig
veranlaßt
die Bewegung des zweiten Hebels 22 aus seiner winkligen Ruhestellung die Steuerfläche
20 dazu, die Rolle 19 aus dem konkaven Bereich 20a zu drücken.
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Dies bringt den Winkelhebel 18 zur Drehung im Gegenuhrzeigersinn um
eine Mittelachse der Hältewelle 17, um dadurch den Kontakt 16a zu schließen. Bis
der Schalter 16 an seinem ersten Arbeitspunkt S1 geschlossen ist, wird ein Signal
in die elektronische Stuereinheit 30 eingegeben, das die Ruhestellung der Drosselklappe
repräsentiert.
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Wie in Figur 4 dargestellt, sind eine Zahl von Schritten des Schrittmotors
6 erforderlich, um den ersten Arbeitspunkt S1 des Schalters 16 zu erreichen. Diese
Schritten werden gezählt und als Leerlaufstellung in dem Speicher der elektronischen
Steuereinheit 30 gespeichert. Wenn sich der Widerstand des Sensors 32 von R1 in
Richtung auf R2 ändert, was der vollständig geöffneten Stellung der Drosselklappe
entspricht, wird der Schrittmotor 6 durch eine Zahl von Schritten gesteuert, die
proportional zu der Änderung des Widerstands sind, um dadurch das öffnen der Drosselklappe
zu vergrößern. Wenn das Gaspedal 31 zur Lieferung eines Sensorausgangs R2 niedergedrückt
ist, ist der Antriebshebel 22 durch den Schrittmotor 6 in eine Winkelstellung bewegt
worden, bei der die konkave Fläche 20b sich in Eingriff mit der Abtastrolle 19 befindet,
um dadurch wiederum den Kontakt 16a des Schalters 16 zu öffnen. In dieser zweiten
Arbeitsstellung S2 wird ein Signal erzeugt, das die Aufgabe eines Schrittsignals
aus der elektronischen Steuereinheit 30 an den Schrittmotor 6 verhindert. Auf diese
Weise erzeugt eine weiteres Niederdrücken des Gaspedals 31 keine weitere Drehung
des Schrittmotors 6.
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Wie oben beschrieben, wird der Drehwinkel des Schrittmotors 6 durch
die Betätigung des Gaspedals 31 in einem Bewegungsbereich der Drosselklappe gesteuert,
d.h. aus der Ruhestellung zur vollständig geöffneten Stellung. Diese Steuerung wird
durch zwei Schaltsignale vorgenommen. Das
eine ist ein EIN-Schaltsignal,
das an dem ersten Arbeitspunkt S1 des Schalters 16 zum Abfühlen der Ruhestellung
der Drosselklappe erzeugt wird rund das andere ist ein AUS-Schaltsignal, das an
dem zweiten Arbeitspunkt S2 des Schalters 16 zum Abfühlen der vollständig geöffneten
Stellung der Drosselklappe erzeugt wird.
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Bei der Erfindung sind die Betätigung bzw. der erste Hebel 23, der
mit der Drosselklappe gekuppelt ist, und der Antrieb bzw.
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der zweite Hebel 22, der mit dem Schrittmotor 6 gekoppelt ist, sowohl
für eine gemeinsame als auch eine unabhängige Bewegung vorgesehen. Wenn die Verbrennungskraftmaschine
angelassen und das Gaspedal 31 niedergedrückt wird, erzeugt zunächst der Schrittmotor
6 eine Schwenkbewegung des zweiten Betätigungshebels 22, bis dieser an dem ersten
Hebel 23 anstößt, und dann erzeugen die beiden Hebel 22 und 23 eine gemeinsame Schwenkbewegung
zum Öffnen der Drosselklappe. Daher wird der Schrittmotor 6 keine Fehlfunktion der
automatischen Starterklappenvorrichtung oder dergleichen beim Anlassen des Verbrennungskraftmotors
bei kaltem Wetter verursachen. Wenn weiterhin die Drosselklappe aus der Ruhestellung
bewegt wird, wird eine Signalgröße, die eine Zahl von an den Schrittmotor 6 gelieferten
Schritten darstellt, in dem Speicher der elektronischen Steuereinheit 30 gespeichert,
und dann kann die Winkelstellung des Schrittmotors 6 als Funktion einer Differenz
zwischen dem gespeicherten Signalwert und einem Signalwert gesteuert werden, welcher
eine Zahl von Schritten repräsentiert, die durch den Gassensor 32 später ermittelt
worden sind. Selbst wenn Potentiometer als Gassensoren 32 verwendet werden, die
jeweils eine unterschiedliche Widerstandskennlinie aufweisen, wie durch die Linien
60 und 61 in Figur 4 gezeigt, kann dies daher keine Änderung in der Ruhestellung
der Drosselklappe hervorrufen. Dieses Merkmal erleichtert das sehr einfache Einstellen
der Ausgangsstellung des Gassensors 32 und des Gaspedals 31.
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Die Erfindung hat ferner den Vorteil, daß eine Abweichung aus der
Ruhelage der Drosselklappe und der erste Arbeitspunkt S1 des Schalters 16 leicht
durch den Einstellbolzen 14 eingestellt werden können.
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Offensichtlich sind zahlreiche Modifikationen und Varianten der Erfindung
im Lichte der obigen Darlegungen möglich. Beispielsweise kann die Erfindung auch
mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe verwendet werden, obgleich die beschriebene Ausführungsform
eine Drosselklappe für den Vergaser als Kraftstoffsteuereinrichtung verwendet. In
diesem Fall kann ein mit der Kraftstoffeinspritzpumpe verbundener Steuerhebel durch
den zweiten Hebel 22 betätigt werden, um auf diese Weise einen ähnlichen Effekt
wie oben beschrieben zu schaffen.
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Es ist daher klar, daß die Erfindung auch anders als speziell beschrieben
in die Praxis umgesetzt werden kann.