DE3643154C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ansaugluftmengen- Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem mit zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine in Verbindung stehenden Ansaugluftdurchlaß, einer im Ansaug­ luftdurchlaß angeordneten und in Abhängigkeit von Be­ triebsparametern der Brennkraftmaschine arbeitenden Luftmengen-Steuervorrichtung und einer Betätigungsvorrich­ tung zum Betätigen der Luftmengen-Steuervorrichtung.

Bei einer Ansaugluftmengen-Steuereinrichtung dieser, aus der JP-OS 59-18 227 und der JP-OS 59-28 044 bekannten Art findet außer der in üblicher Weise über ein mit einem Gaspedal verbundenes Drosselventil erfolgenden Ansaugluft­ mengensteuerung eine zusätzliche, betriebsparameterabhän­ gig arbeitende Luftmengen-Steuervorrichtung z. B. in Form eines Vorverdichters Verwendung, der mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine über eine Solenoidkupplung verbun­ den ist. Bei geringer Maschinenlast ist der Vorverdichter zur Verringerung des Brennstoffverbrauchs außer Betrieb und wird erst bei hoher Maschinenlast durch Betätigung der Solenoidkupplung in Betrieb genommen (JP-OS 59-18 227) bzw. wird bei Ermittlung von unter einem drehzahlabhängig vorgegebenen Wert liegenden Druckwerten aus Sicherheits­ gründen über die Solenoidkupplung außer Betrieb gesetzt, da in einem solchen Falle vom Vorliegen einer Störung ausgegangen wird (JP-OS 59-28 044).

Darüber hinaus ist es bekannt, bei Brennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung den Brennstoff mit einem in Rela­ tion zum Ansaugleitungsdruck konstanten Druck einzusprit­ zen (DE-OS 28 08 731) . Dies erfordert die Verwendung einer elektrisch betriebenen, betriebsparameterabhängig geregel­ ten Brennstoffpumpe, die eine im wesentlichen konstante Brennstoffördermenge abgibt und von einer Batterie mit einer normalerweise konstanten Spannung beaufschlagt wird (US-PS 45 54 634). Unter extremen Betriebsbedingungen, wie etwa bei sehr niedrigen Außentemperaturen oder z. B. bei gleichzeitiger Inbetriebnahme von Kraftfahrzeug-Scheinwer­ fern und mehreren elektrischen Hilfsgeräten kann jedoch ein dadurch bedingter Batteriespannungsabfall eine uner­ wünschte Verringerung der Brennstoffördermenge zur Folge haben. Aus diesem Grund wird meist eine relativ aufwendige und damit kostenintensive Brennstoffpumpe hoher Leistung eingesetzt, durch deren Verwendung auch bei verringerter Batteriespannung noch eine ausreichend hohe Brennstofför­ dermenge selbst im Vollastbereich der Brennkraftmaschine gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine An­ saugluftmengen-Steuereinrichtung der eingangs genannten Art für eine Brennkraftmaschine derart auszugestalten, daß eine zuverlässige Gemischaufbereitung unter Verwendung einer Brennstoffpumpe geringer Leistung erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine mit einer Batterie verbundene und mit einer Brennstoffein­ spritzeinrichtung in Wirkverbindung stehende, elektrisch betriebene Brennstoffpumpe, durch eine Detektoreinrichtung zur Erfassung der Spannung der Batterie und durch eine elektronische Steuereinheit zur Steuerung der Betätigungs­ vorrichtung derart, daß die Luftmengen-Steuervorrichtung zur Verringerung der Ansaugluftmenge betrieben wird, wenn die erfaßte Spannung kleiner als ein vorgegebener Wert ist.

Auf diese Weise kann auf die Verwendung einer unter Be­ rücksichtigung von Batteriespannungsabfall konzipierten Brennstoffpumpe hoher Leistung verzichtet und eine kosten­ günstige Brennstoffpumpe geringer Leistung zur Gemischauf­ bereitung eingesetzt werden, da die Brennkraftmaschine auch im Falle eines Batteriespannungsabfalls durch die dann erfolgende Ansaugluftmengensteuerung innerhalb des Leistungsbereichs einer solchen Brennstoffpumpe betrieben werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie­ ben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Ansaugluftmengen-Steu­ ereinrichtung für eine Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise eines in Fig. 1 dargestellten Vorverdichters,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Ansaugluftmengen-Steu­ ereinrichtung für eine Brennkraftmaschine,

Fig. 4 eine Schnittansicht eines in Fig. 3 darge­ stellten Ansaugluftdurchlasses mit einer zuge­ hörigen Ventilanordnung

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Ventilanordnung gemäß Fig. 4 und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Brennstoffördermenge einer elektrisch be­ triebenen Brennstoffpumpe von deren Betriebs­ spannung.

Gemäß Fig. 1 ist in einer Brennkraftmaschine 7 ein Kolben 10 angeordnet, über dem eine Brennkammer 12 ausgebildet ist. Ein Ansaugluftdurchlaß 14 und eine Auslaßöffnung 16 sind mit der Brennkammer 12 jeweils über ein Einlaßventil 15 bzw. ein Auslaßventil 17 verbunden. Im Ansaugluftdurch­ laß 14 sind ein Luftfilter 18, ein Luftdurchflußmesser 20, ein Drosselventil 22, ein mechanisch betriebener Vorver­ dichter 3 a und eine Brennstoffeinspritzeinrichtung 6 in dieser Reihenfolge angeordnet. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel der Ansaugluftmengen-Steuereinrichtung dient der mechanisch betriebene Vorverdichter 3 a als Luftmengen- Steuervorrichtung und ist mit einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 7 über eine Betätigungsvorrichtung in Form einer Solenoidkupplung 4 a verbunden.

Eine elektrisch betriebene Brennstoffpumpe 2 ist mit einer Batterie 1 verbunden, die auch die Spannung für weitere Zusatzgeräte und (nicht dargestellte) Scheinwerfer bzw. Lampen liefert. Die Brennstoffpumpe 2 saugt Brennstoff aus einem Tank 24 an und leitet ihn über eine Zufuhrleitung 26 weiter, die mit der jeweiligen Brennstoffeinspritzeinrich­ tung 6 eines Zylinders 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 in Relation zum Druck im Ansaugluftdurchlaß 14, so daß die Öffnungszeit der Brennstoffeinspritzeinrichtung 6 der eingespritzten Brennstoffmenge proportional ist. Die Brennstoffördermenge der Brennstoffpumpe 2 muß somit die jeweils verbrauchte Brennstoffmenge übersteigen, so daß der Druck auf einem in Relation zum Druck im Ansaugluftdurchlaß 14 im wesentli­ chen konstanten Wert gehalten werden kann.

Die Brennstoffeinspritzeinrichtung 6 und die Solenoidkupp­ lung 4 a werden von einer elektrischen Steuereinheit 32 gesteuert. Die elektrische Steuereinheit 32 kann von einem Mikrocomputer gebildet werden, der eine Zentraleinheit (CPU) 34 mit arithmetischen Funktionen und Steuerfunktio­ nen, einen Festspeicher (ROM) 36 zur Programmspeicherung und einen Schreib/Lese-Speicher (RAM) 38 zur Datenspeiche­ rung aufweist, wobei diese Elemente über eine Sammellei­ tung miteinander verbunden sind und außerdem über die Sammelleitung mit einer Eingabe/Ausgabe-Einheit 40 zum Empfang von Detektorsignalen und zur Abgabe von Steuer­ signalen in Wirkverbindung stehen. Die Detektorsignale können z. B. von dem Luftdurchflußmesser 20, einem Dros­ selventilstellungsfühler 42, einem Maschinenkühlmittel- Temperaturfühler 44, einem Sauerstoffühler 46 und einem (nicht dargestellten) Drehzahldetektor stammen. Ferner ist ein Spannungsfühler 5 zur Erfassung der Spannung der Bat­ terie 1 vorgesehen, der ebenfalls mit der Eingabe/Ausgabe- Einheit 40 der elektrischen Steuereinheit 32 verbunden ist.

Die Brennstoffeinspritzeinrichtung 6 kann in üblicher Weise derart gesteuert werden, daß sich eine optimale Brennstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit von der vom Luftdurchflußmesser 20 erfaßten Ansaugluftmenge und einer von weiteren Betriebsparametern, wie z. B. dem jeweiligen Warmlaufzustand der Brennkraftmaschine 7 abhängigen Kor­ rektur ergibt.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der Steuerung der Solenoidkupplung 4 a zur Betätigung des Vor­ verdichters 3 a, die in vorgegebenen Zeitintervallen ein­ setzt. Bei einem Schritt 50 wird abgefragt, ob die erfaßte Spannung der Batterie 1 unter einem vorbestimmten Wert (von z. B. 12 V) liegt. Wenn die Antwort beim Schritt 50 "Ja" lautet, geht das Programm auf einen Schritt 51 über und beendet den Betrieb des Vorverdichters (S/C) 3 a. Dies erfolgt durch Auskuppeln der Solenoidkupplung 4 a, wodurch der Vorverdichter 3 a von der Abtriebswelle der Brennkraft­ maschine 7 getrennt wird und sich infolge seiner Trägheit frei dreht. Hierbei bewirkt der Vorverdichter 3 a keine wesentliche Verdichtung, so daß die Ansaugluftmenge auf den gleichen Wert verringert wird, wie er ohne Vorhanden­ sein des Vorverdichters 3 a erreicht wird. Da die Brenn­ stoffmenge in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge berech­ net wird, führt die Verringerung der Ansaugluftmenge zu einer Verringerung der einzuspritzenden Brennstoffmenge. Auf diese Weise kann die Brennstoffördermenge der Brenn­ stoffpumpe 2, die infolge eines Spannungsabfalls der Bat­ terie 1 verringert sein kann, auf einem über der ver­ brauchten Brennstoffmenge liegenden Wert gehalten werden. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die Brennstoffpumpe 2 keine überdimensionierte Nennleistung aufweist und daß in dieser Zeit ein erheblicher elektrischer Stromverbrauch anfällt.

Wenn das Abfrageergebnis beim Schritt 50 "Nein" lautet, geht das Programm auf einen Schritt 52 über, bei dem ermittelt wird, ob Last und Drehzahl der Brennkraftmaschi­ ne 7 einer Arbeitsbedingung des Vorverdichters (S/C) 3 a entsprechen. Hierbei wird der Vorverdichter 3 a in Betrieb genommen, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine 7 oder die über den Öffnungsgrad des Drosselventils 22 oder über die Ansaugluftmenge erfaßte Maschinenlast über einem vor­ gegebenen Wert liegt. Lautet das Abfrageergebnis beim Schritt 52 "Ja", geht das Programm auf einen Schritt 53 über, bei dem die Solenoidkupplung 4 a eingekuppelt und auf diese Weise der Vorverdichter 3 a betätigt wird. Lautet das Abfrageergebnis beim Schritt 52 hingegen "Nein" geht das Programm auf den Schritt 51 über, bei dem der Vorverdich­ ter (S/C) 3 a außer Betrieb gesetzt wird.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Ansaug­ luftmengen-Steuereinrichtung, bei dem eine als weiteres Drosselventil wirkende Ventilanordnung 3 b als Luftmengen- Steuervorrichtung vorgesehen ist. Wie in Fig. 4 im einzel­ nen veranschaulicht ist, weist der Ansaugluftdurchlaß 14 eine Trennwand 55 auf, die sich in Längsrichtung über einen Teil des Ansaugluftdurchlasses 14 zwischen dem Dros­ selventil 22 und dem Einlaßventil 15 erstreckt (bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Ein­ laßventile 15 für einen Zylinder vorgesehen). Die Trenn­ wand 55 trennt den Ansaugluftdurchlaß 14 in zwei parallele Durchlässe 14 a und 14 b. Die Ventilanordnung 3 b ist in einem der parallelen Durchlässe 14 a und 14 b angeordnet.

Die parallelen Durchlässe 14 a und 14 b gehen an den strom­ auf gelegenen und stromab gelegenen Enden der Trennwand 55 in den Ansaugluftdurchlaß 14 über. Ein vakuumbetriebenes Betätigungsglied 4 b ist als Betätigungsvorrichtung zur Verstellung der Ventilanordnung 3 b vorgesehen. Der Be­ triebsunterdruck wird vom Ansaugluftdurchlaß 14 auf der stromab gelegenen Seite des Drosselventils 22 über einen Vakuumbehälter 56 und ein Solenoidventil 58 erzeugt. Der Vakuumbehälter 56 weist ein Absperrventil 56 a zur Erzeu­ gung eines hohen Ansaugunterdrucks auf. Das Solenoidventil 58 kann dann dem Betätigungsglied 4 b entweder das im Vakuumbehälter 56 ausgebildete Vakuum oder den atmosphäri­ schen Druck zuführen. Wenn das Betätigungsglied 4 b mit dem Vakuum beaufschlagt wird, verformt sich die Membran des Betätigungsglieds 4 b und schließt die Ventilanordnung 3 b. Das Solenoidventil 58 wird von der elektrischen Steuerein­ heit 32, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Zentral­ einheit (CPU) und eine Detektoreinrichtung zur Erfassung der Spannung der Batterie 1 aufweist, gesteuert. Es be­ steht jedoch auch die Möglichkeit, eine externe Spannungs­ detektoreinrichtung, wie den Spannungsfühler 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, außerhalb der elektri­ schen Steuereinheit 32 vorzusehen. Weiterhin ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ein Druckmeßfühler 60 anstelle des Luftdurchflußmessers 20 gemäß Fig. 1 als Ansaugluftmengen-Ermittlungseinrichtung vorgesehen.

Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Steuerung der Ventil­ anordnung 3 b in Form eines dem Ablaufdiagramm gemäß Fig. 2 grundsätzlich ähnlichen Ablaufs. In Fig. 5 sind daher dem Ablaufdiagramm gemäß Fig. 2 entsprechende Schritte mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Mit T-VIS ist beim Schritt 52 die Ventilanordnung 3 b bezeichnet. Der "T-VIS- Offen-Zustand" ist derart festgelegt, daß sich die Ventil­ anordnung 3 b öffnet, wenn Drehzahl und Last der Brenn­ kraftmaschine 7 höher als entsprechende vorgegebene Werte sind. Mit SV ist das Solenoidventil 58 bezeichnet. Das vakuumbetriebene Betätigungsglied 4 b wird mit dem Vakuum beaufschlagt, indem das Solenoidventil 58 eingeschaltet wird und die Ventilanordnung 3 b schließt. Wenn die Ventil­ anordnung 3 b geschlossen ist, kann eine Verdichtung und Verwirbelung erzeugt werden, so daß sich der Verbrennungs­ wirkungsgrad erhöht, während die Ansaugluftmenge durch den infolge des Schließens der parallelen Durchlässe 14 a und 14 b vergrößerten Strömungswiderstand verringert wird. Durch Abschalten des Solenoidventils 58 wird das Betäti­ gungsglied 4 b mit Atmosphärendruck beaufschlagt, wodurch sich die Ventilanordnung 3 b öffnet. Im geöffneten Zustand der Ventilanordnung 3 b sind die beiden parallelen Durch­ lässe 14 a und 14 b geöffnet, so daß sich der Strömungswi­ derstand verringert und eine große Ansaugluftmenge leicht von der Brennkraftmaschine 7 angesaugt werden kann.

Claims (6)

1. Ansaugluftmengen-Steuereinrichtung für eine Brennkraft­ maschine, mit einem mit zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine (7) in Verbindung stehenden Ansaugluft­ durchlaß (14), einer im Ansaugluftdurchlaß (14) angeordne­ ten und in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brenn­ kraftmaschine (7) arbeitenden Luftmengen-Steuervorrichtung (3 a; 3 b) und einer Betätigungsvorrichtung (4 a; 4 b) zum Betätigen der Luftmengen-Steuervorrichtung (3 a; 3 b), ge­ kennzeichnet durch eine mit einer Batterie (1) verbundene und mit einer Brennstoffeinspritzeinrichtung (6) in Wirk­ verbindung stehende, elektrisch betriebene Brennstoffpumpe (2), durch eine Detektoreinrichtung (5) zur Erfassung der Spannung der Batterie (1) und durch eine elektronische Steuereinheit (32) zur Steuerung der Betätigungsvorrich­ tung (4 a; 4 b) derart, daß die Luftmengen-Steuervorrichtung (3 a; 3 b) zur Verringerung der Ansaugluftmenge betrieben wird, wenn die erfaßte Spannung kleiner als ein vorgegebe­ ner Wert ist.

2. Ansaugluftmengen-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmengen-Steuervorrich­ tung ein von der Brennkraftmaschine (7) mechanisch ange­ triebener Vorverdichter (3 a) ist und daß die Betätigungs­ vorrichtung (4 a) eine Solenoidkupplung ist, durch die Leistung von der Brennkraftmaschine (7) wahlweise zum Vorverdichter (3 a) übertragbar ist.

3. Ansaugluftmengen-Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverdichter (3 a) stromab von einem die Ansaugluftmenge steuernden Drosselventil (22) angeordnet ist.

4. Ansaugluftmengen-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmengen-Steuervorrich­ tung eine Ventilanordnung (3 b) ist, die stromab von einem die Ansaugluftmenge steuernden Drosselventil (22) angeord­ net ist.

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

6. Ansaugluftmengen-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvor­ richtung ein vakuumbetriebenes Betätigungsglied (4 b) auf­ weist.