DE3643154A1 - Ansaugluft-steuervorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ansaug­ luft-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine.

Die Ansaugluftmenge wird normalerweise von einem mecha­ nisch mit dem Gaspedal verbundenen Drosselventil gesteu­ ert. Es ist bekannt, außer diesem Drosselventil eine Ansaugluft-Steuervorrichtung zu verwenden, die in Ab­ hängigkeit von den Laufbedingungen des Motors arbeitet. Es wird z.B. ein Vorverdichter verwendet, der mit einer Ab­ triebswelle des Motors über eine Solenoidkupplung ver­ bunden ist, die zum Betreiben des Vorverdichters betätigt wird, wenn die Motorbelastung hoch ist (s. z.B. die unge­ prüften Japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 59-18227 und 59-28004). In Abwandlung kann ein zweites Ventil auf der stromab gelegenen Seite des Drosselventils verwendet werden, das zur Verbesserung des Volumenwirkungsgrades der in den Motor angesaugten Luft geöffnet wird, wenn die Belastung oder die Drehzahl des Motors hoch ist.

Es ist notwendig, bei einer Brennkraftmaschine mit Brenn­ stoffeinspritzung den Brennstoff mit einem in bezug auf den Druck in der Ansaugluftleitung konstanten Druck ein­ zuspritzen; daher wird bei einem solchen Motor eine elek­ trisch betriebene Brennstoffpumpe verwandt.

Die elektrisch betriebene Brennstoffpumpe ist derart aus­ gelegt, daß sie einen im wesentlichen konstanten Ausgangs­ fluß abgibt und eine konstante Spannung von der Batterie erhält. Nichtsdestoweniger besteht, wie in Fig. 6 der Zeichnung zu sehen ist, ein Problem darin, daß der Aus­ gangsfluß der Pumpe abfallen kann, wenn die Batterie­ spannung sinkt. Ein Sinken der Batteriespannung kann z.B. auftreten, wenn Lichter und mehrere elektrische Hilfsge­ räte gleichzeitig in Betrieb sind. Mit Rücksicht auf die­ sen Spannungsrückgang wurde bisher eine Brennstoffpumpe mit einem unnötig großen Leistungsvermögen eingesetzt, die selbst bei verminderter Spannung einen ausreichend hohen Ausgangsfluß aufrechterhalten konnte. Darüber hinaus wächst der Brennstoffverbrauch merklich an, wenn die Be­ lastung und Drehzahl des Motors hoch sind, so daß das Leistungsvermögen der Brennstoffpumpe weiter vergrößert werden muß, um sicherzustellen, daß die Brennstoffzufuhr nicht zu gering wird, wenn ein Spannungsrückgang in dieser Situation auftritt. Aus diesem Grunde ist es notwendig, eine Brennkraftmaschine mit einer verhältnismäßig großen und damit teuren Brennstoffpumpe auszustatten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die vorstehenden Probleme zu lösen. Erfindungsgemäß wird eine Ansaugluft-Steuervor­ richtung für eine Brennkraftmaschine verwandt, die eine Batterie, eine mit der Batterie verbundene, elektrisch betätigte Brennstoffpumpe, eine mit Brennstoff aus der Brennstoffpumpe versorgte Brennstoffeinspritzvorrichtung, einen mit dem Motorzylinder in Verbindung stehenden An­ saugluftdurchlaß, eine Luftstrom-Steuervorrichtung, die in dem Ansaugluftdurchlaß angeordnet ist und in Abhängigkeit von den Laufbedingungen der Maschine arbeitet, eine Be­ tätigungsvorrichtung zum Betätigen der Luftstrom-Steuer­ vorrichtung, eine Detektorvorrichtung zum Erfassen der Batteriespannung, und eine Steuervorrichtung zum Steuern der Betätigungsvorrichtung in der Weise aufweist, daß die Ansaugluftmenge verkleinert wird, wenn die erfaßte Spannung kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,

Fig. 2 ein Flußdiagramm, das die Arbeitsweise eines in Fig. 1 gezeigten Vorverdichters erläutert,

Fig. 3 eine Ansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,

Fig. 4 eine Ansicht, die einen Ansaugluftdurchlaß gemäß Fig. 3 in einem Schnitt durch ein zweites Drosselventil nach Fig. 3 veranschaulicht,

Fig. 5 ein Flußdiagramm, das die Arbeitsweise des in Fig. 3 gezeigten zweiten Drosselventils erläutert, und

Fig. 6 eine Kurve, die die Beziehung zwischen einer Spannung und dem Ausgangsfluß der Brennstoffpumpe wieder­ gibt.

Gemäß Fig. 1 ist in eine Brennkraftmaschine 7 ein Kolben 10 eingesetzt, über dem eine Brennkammer 12 gebildet ist. Ein Ansaugluftdurchlaß 14 und eine Auslaßöffnung 16 sind mit der Brennkammer 12 jeweils über ein Einlaßventil 15 bzw. ein Auslaßventil 17 verbunden. Im Ansaugluftdurchlaß 14 sind ein Luftfilter 18, ein Luftstrommesser 20, ein Drosselventil 22, ein mechanisch betriebener Vorverdichter 3 a und ein Brennstoffeinspritzer 6 der Reihe nach angeord­ net. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der mechanisch getriebene Vorverdichter 3 a als Luftstrom-Steuervorrich­ tung tätig und mit einer Abtriebswelle des Motors über eine Solenoidkupplung 4 a verbunden, die als Betätigungs­ vorrichtung wirkt.

Eine Brennstoffpumpe 2 ist mit einer Batterie 1 verbunden, die auch die Spannung für andere Hilfsgeräte und (nicht gezeigte) Lichter liefert. Die Brennstoffpumpe 2 saugt Brennstoff aus einem Tank 24 und leitet ihn an eine Zufuhrleitung 26 weiter, die mit dem jeweiligen Brenn­ stoffeinspritzer 6 für die Zylinder verbunden ist. Die Zufuhrleitung 26 ist weiterhin mit dem Tank 24 über einen Druckregler 28 und eine Rückleitung 30 verbunden. Der Druckregler 28 hält den Druck des Brennstoffs in der Zufuhrleitung 26 im wesentlichen auf einem konstanten Wert bezüglich des Druckes in dem Ansaugluftdurchlaß 14, so daß die Öffnungszeitperiode des Brennstoffeinspritzers 6 pro­ portional zu der Menge des eingespritzten Brennstoffes ist. Es versteht sich, daß die Abgabe der Brennstoffpumpe 2 groß genug sein muß, die jeweils verbrauchte Brennstoff­ menge zu übersteigen, so daß der Druck auf einem bezüglich des Druckes im Ansaugluftdurchlaß 14 im wesentlichen kon­ stanten Wert gehalten wird.

Der Brennstoffeinspritzer 6 und die Solenoidkupplung 4 a werden von einer elektrischen Steuereinheit 32 gesteuert. Die elektrische Steuereinheit 32 kann von einem Mikro­ computer gebildet werden, der eine Zentraleinheit (CPU) 34 mit arithmetischen und Steuer-Funktionen, einen Festspei­ cher (ROM) 36 zur Programmspeicherung und einen Schreib/Lese-Speicher (RAM) 38 zur Datenspeicherung, auf­ weist, wobei diese Teile über eine Sammelschiene mit­ einander verbunden sind, und zwar außerdem mit einer Eingabe- und Ausgabe-Einheit 40 zum Empfang von Detektor­ signalen und zur Abgabe von Steuersignalen. Die Detektor­ signale können z.B. von dem Luftstrommesser 20, einem Drosselstellungsfühler 42, einem Motorkühlmittel-Tempera­ turfühler 44, einem Sauerstoffsensor 46 und einem (nicht gezeigten) Drehzahldetektor kommen. Es ist ein Spannungs­ fühler 5 zum Erfassen der Spannung der Batterie 1 mit der elektrischen Steuereinheit 32 vorgesehen.

Der Brennstoffeinspritzer 6 kann auf bekannte Weise so ge­ steuert werden, daß sich eine optimale Einspritzmenge aufgrund der Erfassung des Luftstrommessers 20 und der Korrektur aus weiteren Laufbedingungen, wie z.B. dem Warm­ lauf des Motors, ergibt. Fig. 2 ist ein Flußdiagramm zur Steuerung der Solenoidkupplung 4 a zum Betätigen des Vor­ verdichters 3 a, die zu vorbestimmten Zeitabständen ein­ setzt. Bei einem Schritt 50 wird abgefragt, ob die erfaßte Spannung der Batterie 1 niedriger als ein vorbestimmter Wert (z.B. 12 V) ist. Wenn die Antwort beim Schritt 50 "Ja" lautet, schreitet das Programm zu einem Schritt 51 fort und beendet den Betrieb des Vorverdichters (S/C) 3 a. Dies wird durch Lösen der Solenoidkupplung 4 a bewirkt, wodurch der Vorverdichter 3 a von der Abtriebswelle des Motors getrennt wird und sich infolge seiner Trägheit frei dreht. In diesem Zustand bewirkt der Vorverdichter keine wesent­ liche Verdichtung, so daß die Ansaugluftmenge auf densel­ ben Wert verringert wird, wie wenn kein Vorverdichter eingebaut ist. Da die Brennstoffmenge aufgrund der An­ saugluft berechnet wird, führt die Verringerung der An­ saugluft zu einer Verminderung der einzuspritzenden Brennstoffmenge. Auf diese Art kann der Ausgangsfluß der Brennstoffpumpe 2, der infolge des Spannungsrückgangs der Batterie 1 verringert sein kann, auf einem Wert über dem der verbrauchten Kraftstoffmenge gehalten werden. Dabei ist angenommen, daß die Brennstoffpumpe 2 kein über­ dimensioniertes Leistungsvermögen besitzt und daß in die­ ser Zeit ein bedeutender elektrischer Leistungsverbrauch stattfindet.

Wenn das Abfrageergebnis beim Schritt 50 "Nein" lautet, schreitet das Programm zu einem Schritt 52 fort, bei dem ermittelt wird, ob die Belastung und die Drehzahl des Motors einer Arbeitsbedingung des Vorverdichters (S/C) entsprechen. Die Ausführung ist derart, daß der Vorver­ dichter 3 a normalerweise arbeitet, wenn die Drehzahl des Motors oder die über den Öffnungswert der Drossel oder über die Ansaugluftmenge erfaßte Motorbelastung höher als ein vorbestimmter Wert ist. Lautet das Abfrageergebnis beim Schritt 52 "Ja", so geht das Programm weiter zu einem Schritt 53, bei dem die Solenoidkupplung 4 a eingekuppelt und so der Vorverdichter 3 a betätigt wird. Lautet das Abfrageergebnis beim Schritt 52 "Nein", so geht das Pro­ gramm zum Schritt 51 über, bei dem der Betrieb des Vorver­ dichters (S/C) 3 a beendet wird.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem ein zweites Drosselventil 3 b als Luftstrom-Steuervorrichtung vorgesehen ist. Wie in Fig. 4 gezeigt, hat der Ansaugluft­ durchlaß 14 eine Trennwand 55, die sich in Längsrichtung über einen Teil des Durchlasses zwischen dem ersten Dros­ selventil 22 und dem Einlaßventil 15 erstreckt (bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel sind zwei Einlaßventile 15 für einen Zylinder vorgesehen). Die Trennwand 55 trennt den Ansaugluftdurchlaß 14 in zwei parallele Durchlässe 14 a und 14 b. Das zweite Drosselventil 3 b ist in einem der paralle­ len Durchlässe 14 a und 14 b angeordnet. Die parallelen Durchlässe gehen in einen einzigen Ansaugluftdurchlaß 14 an den stromaufwärts und stromabwärts gerichteten Enden der Trennwand 55 über. Ein vakuumbetriebenes Betätigungs­ glied 4 b ist als Betätigungsvorrichtung zum Stellen des zweiten Drosselventils 3 b vorgesehen. Der Betriebsunter­ druck wird vom Ansaugluftdurchlaß 14 auf der stromab ge­ richteten Seite des ersten Drosselventils 22 über einen Vakuumbehälter 56 und ein Solenoidventil 58 geliefert. Der Vakuumbehälter 56 besitzt ein Absperrventil 56 a zur Aus­ bildung eines hohen Ansaugvakuums darin; das Solenoidven­ til 58 kann dem vakuumbetriebenen Betätigungsglied 4 b entweder das im Vakuumbehälter 56 ausgebildete Vakuum oder den atmosphärischen Druck zuführen. Wenn das vakuumbe­ triebene Betätigungsglied 4 b mit dem Vakuum in Verbindung gebracht wird, wird die Membran des vakuumbetriebenen Betätigungsglieds 4 b verformt und schließt das zweite Drosselventil 3 b. Das Solenoidventil 58 wird von der elektrischen Steuereinheit 32, die die Zentraleinheit und eine Detektorvorrichtung zum Erfassen der Spannung der Batterie 1 aufweist, gesteuert. Es ist auch möglich eine Spannungserfassungsvorrichtung außerhalb der elektrischen Steuereinheit 32, wie im Beispiel gemäß Fig. 2 gezeigt, vorzusehen. Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Druckfühler 60 als Ansaugluftstrom-Erfassungsvorrich­ tung an Stelle des Luftstrommessers vorgesehen.

Fig. 5 stellt einen Programmablauf zum Steuern des zweiten Drosselventils 3 b dar mit einem grundsätzlich ähnlichen Ablauf wie nach Fig. 2; daher sind die den in Fig. 2 ähnlichen Schritte mit identischen Bezugszeichen bezeich­ net. T-VIS beim Schritt 52 stellt das zweite Drosselventil 3 b dar. Der "T-VIS-Offen-Zustand" wird so eingestellt, daß das zweite Drosselventil 3 b sich öffnet, wenn die Drehzahl und die Belastung des Motors höher als entsprechende vor­ bestimmte Werte sind. VSV stellt das Solenoidventil 58 dar. Das vakuumbetriebene Betätigungsglied 4 b wird mit dem Vakuum in Verbindung gebracht, indem das Solenoidventil 58 eingeschaltet wird und das zweite Drosselventil 3 b schließt. Wenn das zweite Drosselventil 3 b geschlossen ist, ist es möglich, eine Trägheitsverdichtung und eine Verwirbelung zu erzeugen, so daß sich der Verbrennungs­ wirkungsgrad erhöht, während die Ansaugluftmenge durch den infolge des Verschlusses der parallelen Druchlässe ver­ größerten Strömungswiderstandes verringert wird. Durch Abschalten des Solenoidventils 58 wird das vakuumbetrie­ bene Betätigungsglied 4 b mit dem Atmosphärendruck in Ver­ bindung gebracht und das zweite Drosselventil 3 b öffnet sich. Wenn das zweite Drosselventil 3 b offen ist, sind beide parallele Durchlässe geöffnet, so daß sich der Strö­ mungswiderstand verringert und eine große Ansaugluftmenge leicht in den Motor angesaugt werden kann.

Wie vorstehend beschrieben ist es gemäß der Erfindung möglich, die Kosten der Brennstoffpumpe zu verringern, da es nicht erforderlich ist, eine Brennstoffpumpe mit einem großen Leistungsvermögen zu verwenden, die anderenfalls in Anbetracht eines selten auftretenden Zustandes notwendig sein könnte. Erfindungsgemäß kann der Motor innerhalb des Leistungsvermögens der Brennstoffpumpe aufgrund der Wirkung der Luftstrom-Steuervorrichtung selbst dann normal laufen, wenn gelegentlich der Spannungsrückgang auftritt.

Die Erfindung schafft somit eine Ansaugluft-Steuervor­ richtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Batterie, einer elektrisch betriebenen Brennstoffpumpe, einem Brenn­ stoffeinspritzer, einer Luftstrom-Steuervorrichtung, die in Abhängigkeit von dem Laufzustand des Motors arbeitet, und einer Betätigungsvorrichtung zum Betätigen der Luftstrom-Steuervorrichtung. Die Vorrichtung weist ferner eine Detektorvorrichtung zur Erfassung der Batterie­ spannung und eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern der Betätigungsvorrichtung für die Luftstrom-Steuervorrichtung auf, so daß sich die Ansaugluftmenge verringert, wenn die erfaßte Spannung unter einem vorbestimmten Wert liegt.

Claims (6)

1. Ansaugluft-Steuervorrichtung für eine Brennkraftma­ schine, gekennzeichnet durch eine Batterie (1), eine elek­ trisch betriebene, mit der Batterie verbundene Brennstoff­ pumpe (2), eine mit Brennstoff aus der Brennstoffpumpe versorgte Brennstoffeinspritzvorrichtung (6), einen mit dem Motorzylinder in Verbindung stehenden Ansaugluftdurch­ laß (14), eine Luftstrom-Steuervorrichtung (3 a; 3 b), die in dem Ansaugluftdurchlaß angeordnet ist und in Abhängig­ keit von den Laufbedingungen des Motors arbeitet, eine Betätigungsvorrichtung (4 a; 4 b) zum Betätigen der Luftstrom-Steuervorrichtung, eine Detektorvorrichtung (5) zum Erfassen der Batteriespannung, und eine Steuerungsvor­ richtung zum Steuern der Betätigungsvorrichtung derart, daß die Luftstrom-Steuervorrichtung so betrieben wird, daß die Ansaugluftmenge verringert wird, wenn die erfaßte Spannung kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

2. Ansaugluft-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftstrom-Steuervorrichtung ein von dem Motor mechanisch angetriebener Vorverdichter (3 a) ist, und daß die Betätigungsvorrichtung (4 a) eine Sole­ noidkupplung zur selektiven Übertragung der Motorleistung zum Vorverdichter ist.

3. Ansaugluft-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Drosselventil (22) auf­ weist, das stromauf von dem Vorverdichter (3 a) angeordnet ist.

4. Ansaugluft-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein synchron mit dem Motor arbeitendes Einlaßventil (15) und ein Drosselventil (22) aufweist und daß die Luftstrom-Steuervorrichtung (3 b) eine zwischen dem Einlaßventil und dem Drosselventil ange­ ordnete Ventilanordnung ist.

5. Ansaugluft-Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftdurchlaß (14) eine Trennwand (55) aufweist, die sich in Längsrichtung über einen Teil davon erstreckt und den Ansaugluftdurchlaß (14) in zwei parallele Durchlässe (14 a, 14 b) teilt, und daß die Ventilanordnung (3 b) in einem der geteilten parallelen Durchlässe angeordnet ist.

6. Ansaugluft-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (4 b) ein vakuumbetriebenes Betätigungsglied aufweist.