DE3620775A1

DE3620775A1 - Kraftstoffzufuehreinrichtung

Info

Publication number: DE3620775A1
Application number: DE19863620775
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Oetting; Reinhard Schulz; Gerhard Jacobs; Hans-Juergen Dipl Ing Schaefer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1986-06-20
Publication date: 1987-01-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffzuführeinrichtung für eine gemischverdichtende, mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einer Regelein richtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kraftstoffzuführeinrichtungen dieser Art sind beispielsweise von mit Drei wegkatalysatoren ausgerüsteten Personenkraftfahrzeugen her bekannt. Bei diesen wird die Kraftstoffzuführeinrichtung von einer Regeleinrichtung in Abhängigkeit von den Signalen einer in der Abgasleitung angeordneten Sauer stoff- oder Lambda-Sonde auf ein für die Nachverbrennung der Abgase in dem Katalysator optimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ = 1 eingeregelt. Hierbei erfolgt jedoch die Messung des Restsauerstoffgehaltes der Abgase pauschal, d. h. in Form eines Mittelwertes und ohne Berücksichtigung der Verbrennung in den einzelnen Zylindern. Ebenso wird auch die Regelung der Kraftstoffzu führeinrichtung pauschal für alle Zylinder vorgenommen.

Insbesondere bei Brennkraftmaschinen, bei denen die Kraftstoffzuführung durch eine den Kraftstoff für alle Zylinder gemeinsam zuführenden Zentral zuführvorrichtung, z. B. durch eine Zentraleinspritzdüse oder einen Vergaser, erfolgt, kann jedoch infolge ungleicher Verteilung des Kraftstoffes oder der angesaugten Luft auf die einzelnen Zylinder eine ungleichmäßige Verbren nung in den Zylindern stattfinden, so daß beispielsweise in dem einen Zylinder ein sehr fettes und in einem anderen Zylinder ein sehr mageres Kraftstoff- Luft-Gemisch verbrennt. Wenn dann die der Brennkraftmaschine nachgeschaltete Lambda-Sonde nur einen Mittelwert des Restsauerstoffgehalts des Abgases erfaßt, können solche unterschiedlichen Verbrennungsverläufe in den Zylindern der Brennkraftmaschine weder erfaßt noch vermieden werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Kraft stoffzuführeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, mit deren Hilfe eine gleichmäßigere Verbrennung in den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine gewährleistet wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentan spruchs 1. Erfindungsgemäß wird also eine selektive, das heißt für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine individuell zugeordnete Messung der aus diesem Zylinder abgegebenen Abgase sowie eine von diesen Meßwerten abhängige selektive Regelung der Kraftstoffzuführung durchgeführt, bei der die zur Erreichung eines vorgegebenen konstanten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses je dem Zylinder zuzumessende Kraftstoffmenge gesondert ermittelt und zeitlich so zugeführt wird, daß diese auch in den betreffenden Zylinder gelangt. Dabei wird der betriebszustandsabhängigen, das heißt beispielsweise dreh zahl-, last- und temperaturabhängigen, Kennfeldsteuerung der Kraftstoffzu messung eine zylinderselektive Lambda-Regelung überlagert, wobei als vor gegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis z. B. ein Wert λ = 1, bzw. bei ent sprechenden Meßsonden auch Werte λ < 1 vorgegeben werden können.

Das Signal der Sonde wird dabei zylinderselektiv in der Regeleinrichtung bewertet, so daß das an der Sonde vorbeiströmende Abgas dem jeweils beende ten Arbeitstakt der einzelnen Zylinder zugeordnet werden kann. Mit den von der Sonde abgegebenen zylinderselektiven Meßwerten wird dann die Länge der Kraftstoffzuführungszeit und/oder die Lage der Kraftstoffzuführung im Ar beitsspiel der Brennkraftmaschine in den zugeordneten Zylindern für die jeweils folgende Verbrennung so beeinflußt, daß das diesem Zylinder zugeführte Kraftstoff- Luft-Gemisch das vorgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht.

Bei Vergasern oder Zentraleinspritzvorrichtungen, die den Kraftstoff gemeinsam für mehrere Zylinder zuführen, werden die selektiv ermittelten Zumeßsignale auf eine gemeinsame Endstufe geführt, die ein der Zuführvorrichtung zuge ordnetes Stellglied entsprechend zeitsynchron ansteuert. Bei einer Mehrstel leneinspritzung oder bei Mehrfachvergasern, bei denen für jeden einzelnen Zy linder oder für einzelne Zylindergruppen eine gesonderte Zuführvorrichtung vorgesehen ist, sind den Signalausgängen der Regeleinheit gesonderte Endstufen zugeordnet, die die jeweiligen Stellglieder der Zuführvorrichtungen ansteuern.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer mit einer erfindungs gemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausgerüsteten Brennkraftmaschine und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer selektiven Lambda-Regelung für eine Zentraleinspritzeinrichtung.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 eine herkömmliche, beispielsweise vierzylindrige, gemischverdichtende Brennkraftmaschine bezeichnet, in deren Ansaugleitung 2 eine Zentraleinspritzvorrichtung 3 in Form eines den Kraft stoff für alle Zylinder der Brennkraftmaschine zuführenden Einspritzventils angeordnet ist. Mit 4 ist ein Luftfilter angedeutet, über den die zur Ver brennung in der Brennkraftmaschine erforderliche Luft aus der Umgebung in die Ansaugleitung 2 angesaugt wird.

5 bezeichnet eine der Brennkraftmaschine 1 nachgeschaltete Abgassammelleitung, in der die aus den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 1 abgegebenen Abgase gesammelt und gemeinsam über einen hier nicht weiter gezeigten Schall dämpfer an die Umgebung abgegeben werden. Gegebenenfalls kann in dieser Abgassammelleitung 5 auch eine katalytische Nachverbrennungseinrichtung in Form eines bekannten Dreiweg-Katalysators angeordnet sein, die die in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe reduzieren soll.

In einem in Strömungsrichtung vorderen Teil der Abgassammelleitung 5 ist eine den Restsauerstoffgehalt der Abgase messende Sauerstoff- oder Lambda- Sonde 6 angeordnet, die über eine Signalleitung mit einer die Zentralein spritzvorrichtung 3 beaufschlagenden Regeleinrichtung 7 verbunden ist. Diese Regeleinrichtung 7 erhält darüber hinaus noch Meßsignale von hier nicht weiter gezeigten Meßgebern, beispielsweise Signale über die Last, die Drehzahl und die Temperatur der Brennkraftmaschine, um in Abhängigkeit von diesen Meßdaten Regelsignale zur Ansteuerung der Zentraleinspritzvorrichtung 3 zu bilden.

In der Fig. 2 ist nun ein Blockschaltbild dieser Regeleinrichtung 7 ange geben, die neben einer Vorsteuereinheit 10 und einem Selektierglied 15 eine Regeleinheit 22 mit den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zuge ordneten Regelstufen 23-26 sowie eine gemeinsame Endstufe 32 aufweist.

Dabei dient die Vorsteuereinheit 10 zur Ermittlung eines Basiswertes t _iO für die Einspritzzeit und/oder die Lage der Einspritzung im Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine, der aus den der Vorsteuereinheit 10 über Signal leitungen 11 bis 13 zugeführten Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine er mittelt und über eine Signalleitung 14 an die Regeleinheit 22 weitergegeben wird. Als Zustandsgrößen werden der Vorsteuereinheit 10 beispielsweise über die Signalleitung 11 ein Lastsignal, über die Signalleitung 12 ein Temperatur signal und über die Signalleitung 13 ein Drehzahlsignal zugeführt, so daß in der Vorsteuereinheit ein zutreffender Basiswert t _iO aus einem dort ge speicherten Kennfeld abgegriffen werden kann.

Die Temperatur- und Drehzahlsignale der Signalleitungen 12 und 13 werden weiter auch dem Selektierglied 15 zugeführt, dem darüber hinaus über eine Signalleitung 16 ein drehzahlsynchrones Referenzsignal, das z. B. das Er reichen des oberen Totpunktes eines ausgewählten Zylinders angibt, und über die Signalleitung 17 die Meßwerte der Lambda-Sonde 6 zugeführt werden. Mit Hilfe dieser Werte können in der Selektiereinheit 15 die Meßsignale der Lambda-Sonde 6 den jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet werden, so daß diese selektierten Lambda-Signale über Signalleitungen 18-21 jeweils den den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Regelstufen 23-26 der Regeleinheit 22 getrennt zuführbar sind. In den Regelstufen, denen auch der von der Vorsteuereinheit 10 abgegebene Basiswert t _iO zugeführt wird, wird mit Hilfe der selektierten Lambda-Werte die zur Erreichung eines vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erforderliche Einspritzzeit und/oder die Lage des Einspritzzeitpunktes für jeden einzel nen Zylinder getrennt ermittelt. Dabei kann, wie dies bei Verwendung von Dreiwegkatalysatoren in der Abgasleitung erforderlich ist, auf ein Luft- Kraftstoff-Verhältnis λ = 1, gegebenenfalls aber auch, sofern entsprechende Sauerstoffmeßsonden verfügbar sind, auf einen davon abweichenden Wert, bei spielsweise λ = 1, 2, geregelt werden. Die Signalausgänge 27-30 der Regel stufen 23-26 der Regeleinheit 22 stehen mit einer Endstufe 32 in Verbin dung, deren Signalausgang 33 mit einem dem Einspritzventil der Zentralein spritzvorrichtung 3 zugeordneten Stellglied verbunden ist.

Für den Fall, daß nicht eine in der Fig. 1 angedeutete Zentraleinspritzvor richtung, sondern eine Kraftstoffzuführeinrichtung mit mehreren, einzelnen Zylindern oder einzelnen Zylindergruppen der Brennkraftmaschine zugeordneten und in deren Ansaugrohren angeordneten Einspritzventilen oder Vergasern vorgesehen ist, müßten die Signalausgänge 27-30 der Regelstufen 23-26 über getrennte Endstufen mit den Stellgliedern der jeweils zugeordneten Zuführvorrichtungen verbunden sein.

Abweichend von der in der Zeichnung gezeigten Ausführung, bei der eine einzige Lambda-Sonde 6 in der Abgassammelleitung 5 angeordnet ist, könnten auch mehrere jeweils getrennte Meß-Sonden in den den einzelnen Zylinder zugeordneten Auslaßkanälen vor der Zusammenführung zu der Abgassammellei tung 5 vorgesehen sein. In diesem Fall würden die Meß-Sonden jeweils den Sauerstoffgehalt der den einzelnen Zylindern zugeordneten Abgasmengen erfas sen, so daß eine nachgeschaltete Regeleinrichtung nicht mehr die in der Fig. 2 angedeutete Selektiereinheit 15 aufweisen müßte. Auch wären gege benenfalls andere Meßsonden als die bekannten Lambda-Sonden einsetzbar, falls deren Meßwerte einen Rückschluß auf das Kraftstoff-Luft-Verhältnis der in den Zylindern verbrennenden Gemische ermöglichen.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoffzuführeinrichtung besteht darin, daß durch selektive Regelung der den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemische in allen Zylin dern eine immer gleichbleibende Verbrennung mit einem von den Gegebenheiten der Sauganlage und des Brennraums unabhängigen, konstantbleibenden Luft- Kraftstoff-Verhältnis erreicht werden kann. Bei Verwendung entsprechend angepaßter Meßsonden kann dabei nicht nur auf einen Wert λ = 1, sondern auch auf beliebig andere Werte, beispielsweise auf magere Luft-Kraftstoff- Verhältnisse, geregelt werden, die eine verbrauchsgünstigere Verbrennung ergeben.

Claims

1. Kraftstoffzuführeinrichtung für eine gemischverdichtende, mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einer Regeleinrichtung, bei der die in Abhängigkeit von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Zustands größen zugemessenen Kraftstoffmengen durch die Signale einer in der Abgas leitung der Brennkraftmaschine angeordneten, Meßvorrichtung im Sinne der Erzielung eines vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses korrigierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (6) zur Abgabe von den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine (1) individuell zugeordneten Meßsignalen ausgebildet ist und daß die Regeleinrichtung (7) zur Abgabe von Regelsignalen ausgebildet ist, die die Kraftstoffzuführeinrichtung (3) zur Zuführung von den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine individuell zugeordneten, das vorgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis getrennt in den einzelnen Zylindern erreichenden Kraftstoffmengen beauf schlagen.

2. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (7) eine einen Basiszuführwert in Abhängigkeit von den Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelnde Vorsteuerein heit (10) und eine den Basiszuführwert in Abhängigkeit von den den ein zelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Meßsignalen der Meßvorrichtung (6) korrigierende Regeleinheit (22) mit den einzelnen Zylindern individuell zugeordneten Signalausgängen (27-30) aufweist.

3. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Meßvorrichtung durch eine in einer der Brennkraftmaschine (1) nachgeschalteten Abgassammelleitung (5) angeordnete Sauerstoffsonde (6) gebildet ist und daß die Regeleinrichtung (7) ein eingangsseitig mit der Sauerstoffsonde und ausgangsseitig mit der Regeleinheit (22) verbundenes, im Takt der Brennkraftmaschine angesteuertes Selektierglied (15) zur Auswahl von den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zu geordneten Meßsignalen aufweist.

4. Kraftstoffzumeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführung diskontinuierlich erfolgt und daß der Zeitraum der den einzelnen Zylindern zugeordneten Kraftstoff zuführung in Abhängigkeit von den Signalen der Meßvorrichtung innerhalb des Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine verschiebbar ist.

5. Kraftstoffzumeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer den Kraftstoff für alle Zylinder gemeinsam zuführenden Zentralzuführvor richtung, dadurch gekennzeichnet, daß die den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine (1) zugeordneten Signalausgänge (27-30) der Regel einheit (22) über eine gemeinsame Endstufe (32) mit einem Stellglied der Zentralzuführvorrichtung (3) zur Zuführung von im Takt der Brennkraft maschine zeitlich aufeinanderfolgenden, den einzelnen Zylindern der Brenn kraftmaschine individuell zugeordneten Regelsignalen verbunden sind.

6. Kraftstoffzuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit den Kraftstoff getrennt in die einzelnen Zylindern oder Zylindergruppen der Brennkraftmaschine zugeordneten Ansaugrohre zuführenden Zuführvorrichtun gen, dadurch gekennzeichnet, daß die den einzelnen Zylindern der Brenn kraftmaschine zugeordneten Signalausgänge der Regeleinheit jeweils über getrennte Endstufen mit Stellgliedern der entsprechenden Zuführvorrich tungen verbunden sind.