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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur
Kraftstoffeinspritzung für einen in ein Kraftfahrzeug
eingebauten Verbrennungsmotor. Diese Vorrichtung eignet
sich insbesondere dazu, das plötzliche Auftreten von
Verbrennungsaussetzern als Folge eines Fehlers in der
Kraftstoffversorgung festzustellen und zu unterbinden.
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Das Auftreten von Verbrennungsaussetzern als Folge einer
fehlerhaften Kraftstoffversorgung, sei es durch Ausfall der
Kraftstoffversorgungsleitung für den Motor oder auch durch
Fehlen von Kraftstoff im Tank, kann zu schädlichen
Auswirkungen auf den Motor führen und insbesondere auf den
in der Abgasleitung eingebauten Katalysatortopf.
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Die Vorschriften hinsichtlich der Umweltverschmutzung für
in Kraftfahrzeugen eingebaute Verbrennungsmotoren führen
heutzutage zu einer weitgehenden Verwendung von
Katalysatortöpfen. Diese in der Auslaßleitung vorgesehenen
Katalysatortöpfe ermöglichen es in der Tat in wirksamer
Weise, die in den Abgasen von Fahrzeugen vorgesehenen
schädlichen Bestandteile unschädlich zu machen.
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Die Katalysatortöpfe weisen jedoch noch den Nachteil auf,
daß sie relativ spröde sind. So werden z. B. die den
eigentlichen Katalysator tragenden monolithischen
Festkörper durch schnelle und ungewöhnliche
Temperaturanstiege zerstört. Derartige Anstiege treten auf
bei Verbrennungsaussetzern, insbesondere als Folge von
einer nicht ausreichenden Kraftstoffzufuhr. Diese
Verbrennungsaussetzer führen dazu, daß dem Katalysatortopf
Luft und unverbrannter Kraftstoff zugeführt wird, die bei
Berührung mit dem Monolithen oxidieren und eine starke
Wärmefreisetzung bewirken.
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Aufgrund der hohen Kosten beim Austausch eines
Katalysatortopfes erscheint es wichtig, wenigstens eine der
Gründe für die Zerstörung des Katalysatortopfes zu
beseitigen und zwar die nicht ausreichende Versorgung des
Motors mit Kraftstoff.
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Ziel der Erfindung ist demzufolge ein System zur
Kraftstoffeinspritzung für in Kraftfahrzeuge eingebaute
Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern, welches es
ermöglicht, das plötzliche Auftreten einer
Kraftstoffunterbrechung festzustellen und zu unterbinden.
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Das System zur Einspritzung von Kraftstoff gemäß der
Erfindung weist eine Zufuhrleitung auf für unter Druck
stehenden Kraftstoff von einem Vorratstank aus bis zu einer
oder mehreren Elektro-Einspritzdüsen hin, welches von einem
Motorsteuerungssystem gesteuert wird, welches die
Öffnungszeit einer jeden Elektro-Einspritzdüse steuert in
Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors. Die
Leitung weist insbesondere eine Druckpumpe, einen
Kraftstoffilter und einen Differential-Druckregler auf,
welcher das Zurückführen von überschüssigem Kraftstoff zum
Tank steuert.
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Erfindungsgemäß ist das System zur Einspritzung dadurch
gekennzeichnet, daß es eine Überwachungsanordnung aufweist,
insbesondere für die Abweichung zwischen dem Druck des
Kraftstoffs in der Zufuhrleitung und demjenigen der
Verbrennungsluft im Einlaßkrümmer, wobei die
Überwachungsanordnung ein Warnsignal abgeben kann, wenn
diese Druckabweichung kleiner als ein vorgegebener
Schwellwert ist (siehe auch US-A-4413248).
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Gemäß einer Besonderheit des erfindungsgemäßen Systems zur
Einspritzung wirkt das von der Überwachungsanordnung
abgegebene Warnsignal auf eine Unterbrecheranordnung ein,
welche den Betrieb der Elektro-Düsen derart steuert, daß
jegliche Kraftstoffeinspritzung unterbunden wird, wenn die
Druckabweichung kleiner als der vorgegebene Schwellwert ist
(siehe auch US-A-4413248, JP-A-60122236).
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Gemäß einer Besonderheit des erfindungsgemäßen Systems zur
Einspritzung wirkt das von der Überwachungsanordnung
abgegebene Warnsignal direkt auf das Motorsteuerungssystem
derart, daß jegliche Kraftstoffeinspritzung unterbunden
wird, wenn die Druckabweichung kleiner als der vorgegebene
Schwellwert ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Systems zur Einspritzung weist die Überwachungsanordnung
einen Differential-Druckfühler auf, der stromabwärts der
Druckpumpe vorgesehen ist. Dieser Druckfühler ist also
direkt mit dem Motorsteuerungsystem verbunden, wobei
letzteres eine Verarbeitungsanordnung aufweist, um den vom
Druckfühler stammenden Druckwert mit einem vorgegebenen als
Schwelle dienenden Referenzwert zu vergleichen und ein
Warnsignal zu erzeugen, wenn der Wert dieses
Differentialdrucks kleiner als der vorgegebene Wert ist.
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Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
des Systems zur Einspritzung weist die
Überwachungsanordnung einen elektrischen Schaltkreis auf,
der mit einem Unterbrecher versehen ist, welcher durch den
Kraftstoffdruck in der Zufuhrleitung gesteuert wird, wobei
das Schließen oder die Öffnung des Unterbrechers als Folge
eines Abfalls des Differentialdrucks unterhalb eines
vorgegebenen Wertes die Erzeugung des Warnsignals bewirkt.
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Gemäß einer Besonderheit des erfindungsgemäßen Systems zur
Einspritzung besteht der Unterbrecher aus dem Druckregler
(siehe auch Anspruch 1).
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Gemäß einer Besonderheit des Systems zur Einspritzung
besteht der Unterbrecher aus einem Druckregler mit einer
Membran, die an der Einspritzdüsenversorgung befestigt ist,
wobei der Regler durch zwei Gehäuseteile gebildet wird aus
einem elektrisch leitenden Material; ein unteres
Gehäuseteil, welches mit der Masse verbunden ist und in
welcher der Kraftstoff zirkuliert und ein oberes
Gehäuseteil, das mit dem Lufteinlaßkrümmer für den Motor in
Verbindung steht und in welchem eine voreingestellte Feder
angeordnet ist, wobei das obere Gehäuseteil mittels einer
elektrischen Verbindung mit dem elektronischen
Motorsteuerungssystem in Verbindung steht und eine
verformbare Membran aus einem elektrisch isolierendem
Material die beiden Gehäuseteile trennt, derart, daß die
Membran in der Lage ist, die beiden Gehäusehälften
elektrisch miteinander zu verbinden entsprechend dem Wert
des Kraftstoffdrucks.
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Gemäß einer Besonderheit des erfindungsgemäßen Systems zur
Einspritzung weist dieses eine Speicheranordnung auf,
welche mit der Überwachungsanordnung für den Druck in der
kraftstoffeinlaßleitung verbunden ist, um plötzlich
auftretende Druckanomalien in der Zufuhrleitung
aufzuzeichnen.
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Gemäß einer Besonderheit des erfindungsgemäßen Systems zur
Einspritzung ist die Speicheranordnung in das elektronische
Motorsteuerungssytem integriert, wobei die in dieser
Anordnung enthaltenen Informationen zugänglich sind durch
den Diagnoseanschluß für das elektronische
Motorsteuerungssystem.
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Gemäß einer Besonderheit des erfindungsgemäßen Systems zur
Einspritzung weist dieses eine Anzeigeanordnung für eine
für den Fahrer des Fahrzeugs bestimmte Nachricht auf, die
mit der Überwachungsanordnung für den Druck in der
Zufuhrleitung verbunden ist, um den Fahrer darauf
hinzuweisen, daß es notwendig ist, sofort den Betrieb des
Motors zu unterbrechen.
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Die Ziele, Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden
Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden Beschreibung
eines nicht begrenzend gemeinten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels hervor im Zusammenhang mit der
beigefügten Zeichnung; es zeigen
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Figur 1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen
Steuerkreises und
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Figur 2 einen senkrechten Schnitt durch den in Figur 1
dargestellten Druckregler.
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In Figur 1 sind nur die für das Verständnis der
vorliegenden Erfindung wichtigen Teile dargestellt.
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Das System zur Kraftstoffeinspritzung für einen
Verbrennungsmotor gemäß Figur 1 weist überlicherweise eine
Zufuhrleitung 10 für unter Druck stehenden Kraftstoff auf,
ausgehend von einem Vorratstank 4 bis zu den Elektro-
Einspritzdüsen 9. Die Elektro-Einspritzdüsen 9 werden durch
ein elektronisches Motorsteuerungssystem 3 gesteuert,
welches die Zeiten für die Öffnung der einzelnen Düsen
steuert und damit die Menge an eingespritztem Kraftstoff.
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Die Zufuhrleitung für den Kraftstoff 10 weist eine
elektrisch betriebene Druckpumpe 9 auf. Innerhalb der Pumpe
5 verhindert ein Sicherheitsventil einen Überdruck sowie
ein am Ausgang vorgesehenes Rückschlagventil die
Zündunterbrechung des Kreises bei Stillstand des Motors.
Die Pumpe 5 leitet den Kraftstoff durch einen Filter 6 zur
Einspritzversorgung 7, welche mit mehreren Düsen in
Verbindung steht. Der Differentialeinspritzdruck zwischen
der Zufuhrleitung für den Kraftstoff und dem Einlaßkrümmer
wird konstant gehalten, unabhängig von der Leistung der
Einspritzdüsen 9 und zwar durch den Druckregler 8, welcher
die Rückkehrleistung zum Tank 4 des überschüssigen
Kraftstoffs überwacht.
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Das erfindungsgemäßen System zur Einspritzung enthält eine
Überwachungsanordnung für den Differentialdruck des die
verschiedenen Elektro-Einspritzdüsen versorgenden
Kraftstoffs und ermöglicht es, ein Warnsignal abzugeben,
wenn der Differentialdruck des Kraftstoffs kleiner als ein
vorgegebener Wert ist. Ein Abfall des Differentialdrucks
des Kraftstoffs entspricht einem Fehlen von Kraftstoff in
der Zufuhrleitung 10, welches schädlich für den Motor sein
kann, wenn die Kraftstoffeinspritzung fortgesetzt wird;
deshalb ist auch die Überwachungsanordnung mit einer
Unterbrecheranordnung verbunden, welche den Betrieb der
Elektroeinspritzdüsen 9 unterbricht, wenn das Warnsignal
erscheint.
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Die Überwachungsanordnung und die Unterbrecheranordnung
bestehen aus einem elektrischen Schaltkreis, der mit einer
vom Differentialdruck des Kraftstoffs in der Zufuhrleitung
10 gesteuerten Unterbrecher versehen ist. Der elektrische
Schaltkreis ist mit dem Motorsteuerungssytem 3 verbunden,
wobei letzteres eine Verarbeitungsschaltung aufweist zur
Ermittlung der Stellung des Unterbrechers, d. h. offen oder
geschlossen, dergestalt, daß ein Warnsignal abgegeben wird&sub1;
welches den Betrieb der Elektroeinspritzdüsen 9 durch das
Motorsteuerungssystem 3 unterbricht.
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Das elektronische Motorsteuerungssystem 3 weist in
herkömmlicher Weise einen Mikrorechner auf mit einer CPU,
mit einem Arbeitsspeicher, mit einem Festspeicher, mit
Analog- Digital- Wandlern und mit verschiedenen
Eingangsund Ausgangs- Schnittstellen. Das Motorsteuerungssystem 3
erhält Eingangssignale, welche insbesondere den
verschiedenen Betriebsparametern des Motors entsprechen,
führt Rechnungen aus und erzeugt Ausgangssignale,
insbesondere für die Düsen 9.
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Der Unterbrecher besteht aus dem Regler 8, der im einzelnen
in Figur 2 dargestellt ist, wobei letzterer ein
Differentialregler mit einer Membran ist. Erfindungsgemäß
wird er hergestellt durch den Zusammenbau eines unteren
Gehäuseteils 17 und eines oberen Gehäuseteils 13, beide aus
elektrisch leitendem Material; das untere Gehäuseteil 17
ist direkt mit der Masse des Fahrzeugs verbunden und das
obere Gehäuseteil 13 ist mit dem Motorsteuerungssystem über
einen elektrischen Leiter 83 verbunden. Das
Motorsteuerungssystem erzeugt eine vorgegebene Spannung an
Anschlüssen dieses elektrischen Kreises, wobei der Durchlaß
oder nicht eines elektrischen Stromes gesteuert wird.
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Das untere Gehäuseteil 17, das aus einer zylindrischen
Seitenwand besteht, deren unteres Ende durch eine ebene
Bodenwand verschlossen ist, ist direkt am Gehäuse 18 des
Motors angeordnet. Das Gehäuseteil 17 umschließt eine
Kammer, in welcher der von der Einspritzdüsenversorgung
stammende Kraftstoff zirkuliert, wobei sie zu diesem Zweck
mit einer seitlichen Verbindung 47 für die Kraftstoffzufuhr
versehen ist.
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Die Brennstoffkammer weist außerdem eine Rückführleitung 74
zum Tank auf, welche die Bodenwand durchsetzt und sich im
wesentlichen senkrecht in der Achse des Gehäuseteils 17
erstreckt; die Einlaßöffnung der Rückführleitung 74 ist auf
Höhe der Ebene der oberen Dichtung des Gehäuseteils 17
angeordnet, wobei diese Ebene durch das obere Ende bestimmt
wird, welches den Rand der zylindrischen Seitenwand bildet.
Die Rückführleitung 74, die fest mit dem Gehäuseteil 17
verbunden ist, besteht ebenfalls aus elektrisch leitendem
Material.
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Auf dem unteren Gehäuseteil 17 ist das obere Gehäuseteil 13
aufgesetzt. Dieses besteht in ähnlicher Weise aus einer
zylindrischen Seitenwand, deren oberes Ende durch eine
ebene Wand verschlossen ist. Das Gehäuseteil 13 umschließt
eine Kammer, in welcher eine in geeigneter Weise
vorgespannte Druckfeder 14 angeordnet ist, die sich auf dem
Boden abstützt. Die Feder 14 besteht aus leitendem
Material.
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Die durch das obere Gehäuseteil 13 gebildete Kammer mit der
Feder 14 steht andererseits mit dem Einlaßkrümmer des
Motors über einen Durchlaß 32 in Verbindung, welcher die
ebene Wand durchsetzt. Eine elektrische Anschlußbuchse 15
ist mit der Seitenwand des Gehäuseteils 13 verbunden, um
den Anschluß des elektrischen Leiters 83 zu ermöglichen,
welcher den Regler mit der Überwachungsanordnung verbindet.
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Zwischen den beiden Gehäuseteilen 17 und 13 ist eine
verformbare Membran 19 aus elektrisch isolierendem Material
angeordnet. Diese Membran 19 trägt auf ihrer Unterseite ein
Fußteil 11 aus leitendem Material, welches mit der
Eingangsöffnung der Rückführleitung 74 zusammenwirkt und
auf ihrer Oberseite eine Federschale 12, ebenfalls aus
leitendem Material, auf dem sich das untere Ende der Feder
14 abstützt. Das Fußteil 11 und die Schale 12 sind fest mit
der Membran 19 über eine leitende Niete 16 verbunden,
welche die elektrische Verbindung zwischen dem Fußteil 11
und der Federschale 12 gewährleistet.
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Die Membran 19 ist entlang ihres Umfangs zwischen den
Verbindungsebenen der Gehäuseteile 17 und 13 mittels einer
Klemmanordnung 37 eingeklemmt. Die Klemmanordnung 37
gewährleistet die Befestigung der beiden Gehäuseteile 17
und 13. Die Klemmanordnung 37 besteht aus einem
isolierendem Material und trägt zur elektrischen Isolierung
zwischen den Seitenwänden der Gehäuseteile 17 und 13 durch
die Zwischenschaltung der Membrane 19 bei.
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Unter Berücksichtigung der obigen Beschreibung und der
Figuren 1 und 2 wird nun die Wirkungsweise des
Unterbrechers - Druckreglers 8 beschrieben.
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Wenn der Kraftstoffdruck die Summe aus dem eingestellten
Druck der Feder 14 und dem Druck übersteigt, welcher im
Einlaßkrümmer herrscht (aufgrund der Verbindung des
Durchlasses 32) wird die Membran 19 nach oben gedrückt und
komprimiert die Feder 14, wobei das Fußteil 11 den Eingang
der Rückführleitung 74 freigibt. Das Anheben des Fußteils
11 bewirkt also eine Rückführung an Kraftstoff zum Tank 14,
wobei die Rückführmenge direkt durch den Wert der Anhebung
gesteuert wird, begleitet von einer entsprechenden
Verringerung des Kraftstoffdrucks. In den anderen Fällen
ruht das Fußteil 11 auf dem Eingang der Rückführleitung 74
und verhindert jegliche Kraftstoffrückführung.
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Die Kammer der eingestellten Feder ist mit dem
Einlaßsammler derart verbunden, daß die Druckdifferenz
beiderseits des Einspritzdüsenventils konstant gehalten
wird; deren Durchflußleistung hängt also nunmehr nur noch
von ihrer Öffnungszeit ab.
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Parallel zur Funktion als Druckregler übernimmt die
Anordnung 8 also die Rolle eines Unterbrechers, der durch
den Differentialdruck des Kraftstoffs gesteuert wird.
Aufgrund seiner Ausgestaltung gewährleistet der Regler 8
das Fließen eines elektrischen Stromes über den Draht 83
zwischen den beiden Gehäuseteilen 13 und 17 ausschließlich
dann, wenn sich das Fußteil auf der Rückführleitung 74
abstützt.
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Aus dem vorstehenden geht die Betriebsweise der
Überwachungsanordnung gemäß der Erfindung wie folgt hervor.
Der Regler stellt einen elektrischen Unterbrecher dar,
welcher das Fließen eines Stromes vom unteren Gehäuseteil
17 zum oberen Gehäuseteil 13 über die Leitung 17, das
Fußteil 11, die Niete, den Federteller 12 und die Feder 14
ausschließlich dann ermöglicht, wenn sich das Fußteil 11
auf der Leitung 74 abstützt, d. h. wenn der
Differentialdruck des Kraftstoffs nicht ausreichend ist.
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Die Stellung des Unterbrechers, d. h. geschlossen oder
offen, informiert also direkt und einfach darüber, ob
Kraftstoff in der Zufuhrleitung fehlt oder nicht und
ermöglicht dadurch dem Motorsteuerungssystem eine
vorprogrammierte Strategie durchzuführen im Hinblick auf
eine Verhinderung des plötzlichen Auftretens einer
Kraftstoffunterbrechung mit allen nachteiligen Folgen für
den Motor und insbesondere für den Katalysatortopf in der
Abgasleitung.
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Sofern der Tank 4 mit Kraftstoff oberhalb einer kritischen
Schwelle gefüllt ist, die von der Form des Tanks abhängt,
von der Position der Ansaugöffnung der Pumpe 5 oder aber
von den Bewegungen des Fahrzeugs, ist der Flüssigkeitsdruck
der Pumpe immer größer als der Druck der eingestellten
Feder 14, vergrößert um den auf Höhe des Ansaugkrümmers
herrschenden Druck. Dies bedeutet, daß die Membran 19 nach
oben gedrückt wird und so permanent eine
Kraftstoffrückführung zum Tank ermöglicht. Die Verschiebung
der Membran 9 und damit des Fußteils 11 öffnet den
elektrischen Schaltkreis: kein Strom fließt von einem
Gehäuseteil zum anderen Gehäuseteil.
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Sinkt das Kraftstoffniveau unter die kritische Schwelle im
Tank 4 (oder fällt die Pumpe 5 aus), so fällt der Druck des
Kraftstoffs in der Zufuhrleitung ab: Die Ansaugöffnung der
Kraftstoffpumpe 5 liegt frei, wobei dies Phänomen noch
verstärkt wird durch die durch die Fahrzeugbewegungen
bedingten Füllstandsänderungen (wanken, nicken, etc.).
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Der Abfall des Kraftstoffdrucks setzt sich fort in die
durch das untere Gehäuseteil 17 des Druckreglers 8
gebildete Kammer. Die Membran 19 drückt damit unter der
Einwirkung der voreingestellten Feder und des im
Einlaßkrümmer herrschenden Drucks das Fußteil 11 gegen die
Rückführleitung 74 und verschließt damit deren Öffnung,
wodurch der elektrische Kontakt zwischen den beiden
Gehäuseteilen 17 und 13 hergestellt wird. Das Fließen des
elektrischen Stromes und der Impedanzabfall, der dieses
begleitet, werden damit vom Motorsteuerungssystem 3
festgestellt.
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Nachdem das Motorsteuerungssystem den Abfall des
Versorgungsdrucks des Kraftstoffs festgestellt hat, können
mehrere Strategien durchgeführt werden, um das plötzliche
Auftreten einer Kraftstoffunterbrechung zu vermeiden.
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So kann z. B. die Information bezüglich des Druckabfalls
eine Unterbrechung der Versorgung der Einspritzdüsen mit
Kraftstoff bewirken, indem diesen z. B. die Einspritzzeit
Null auferlegt wird. Damit hält der Motor an bevor die
Kraftstoffversorgung unterbrochen wird und einen
Motorschaden hervorruft.
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Alternativ oder zusätzlich zu dieser Lösung ist es auch
möglich, die Information bezüglich des Druckabfalls zu
verwenden, um eine Anzeigeanordnung für den Fahrer zu
betätigen, welche diesen vor der unmittelbar bevorstehenden
Kraftstoffunterbrechung warnt mit der Notwendigkeit, das
Fahrzeug anzuhalten.
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Es ist auch alternativ oder zusätzlich zu diesen beiden
Lösungen möglich, das von der Überwachungsanordnung
abgegebene Signal zu speichern, um so später Druckanomalien
des Kraftstoffs festzustellen. Die Speicherung kann
insbesondere im Arbeitsspeicher des Motorsteuerungssystems
erfolgen und mittels des Diagnoseanschlusses im
Motorsteuerungssystem abgefragt werden.
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Die Überwachungsanordnung kann also aus einem Druckfühler
bestehen, welcher in der Kraftstoffzufuhrleitung 10
stromabwärts der Druckpumpe 5 angeordnet ist, z. B. auf
Höhe der Einspritzversorgung 7, wobei der Druckfühler
direkt mit dem Motorsteuerungssystem 3 verbunden ist,
welches eine Verarbeitungsschaltung aufweist, um den vom
Druckfühler stammenden Druckwert mit einem vorgegebenen
Referenzwert zu vergleichen und ein Warnsignal zu erzeugen,
wenn der Wert des Druckes kleiner ist als der vorgegebene
Wert ist.