EP0079078A1 - Elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage - Google Patents

Elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage Download PDF

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EP0079078A1
EP0079078A1 EP82110303A EP82110303A EP0079078A1 EP 0079078 A1 EP0079078 A1 EP 0079078A1 EP 82110303 A EP82110303 A EP 82110303A EP 82110303 A EP82110303 A EP 82110303A EP 0079078 A1 EP0079078 A1 EP 0079078A1
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intake pipe
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/144—Sensor in intake manifold

Definitions

  • the invention relates to an electronically controlled fuel injection system for mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engines with the features of the preamble of claim 1.
  • Known injection systems of this type consist essentially of an intake pipe which is connected to at least one combustion chamber of the engine via the inlet valve path.
  • the fuel is injected into the intake pipe via an electronically controllable injection valve, the control of the injection valve being carried out by means of an electronic control circuit which reacts to a measuring device which in turn is arranged in the intake pipe.
  • the measuring device is designed as a hot wire, which is supplied with current at a specific target temperature (approximately 200 ° C.). Heat is removed from the hot wire by the air flow in the intake pipe, so that it tends to cool down. To keep the temperature of the hot wire constant.
  • a thermal sensor is attached in the immediate vicinity of the hot wire or on it, with which the temperature of the hot wire is measured.
  • the temperature-dependent voltage of the thermal sensor is entered into the electronic control circuit, which in turn - depending on the thermal voltage - regulates the current flowing through the hot wire so that the temperature of the hot wire is kept constant at the desired temperature.
  • the electronic control circuit now regulates the injection valve in such a way that the amount of fuel supplied to the intake pipe is adapted to the amount of air drawn in and an optimally possible combustion mixture is achieved.
  • a disadvantage of the known system is that the measuring element physically present in the intake duct has a disadvantageous effect on the flow conditions in the intake pipe and, furthermore, adjustment of the system is absolutely necessary from time to time, since in the known system only one of the two parameters air quantity / fuel quantity , namely the amount of air is measured.
  • the necessary adjustment is usually carried out by measuring the CO content of the exhaust gas while the engine is running and inferring the mixture composition from the CO content.
  • the invention has for its object to provide a fuel injection system that does not get into the intake duct or through protruding sensing elements and ensures direct and complete measurement of the mixture composition independent of engine parameters or wear and adjustment phenomena optimal mixture setting.
  • the measuring device is an electro-optical spectrometer which records the fuel-air mixture drawn in by the engine its composition (fuel-air) is analyzed and the electronic circuit is a known comparison circuit which compares the mixture-dependent electrical output signals of the spectrometer with a preset target value.
  • An advantage of the fuel injection system is first of all that the intake system can be optimally designed in terms of flow technology, since no mechanical measuring elements are necessary in the intake duct.
  • the light source of the spectrometer and the light-sensitive element are arranged outside the intake pipe cross-section such that the light beam or the like the intake pipe wall by means of windows. enforced.
  • the injection system according to the invention can be used for all mixture-compressing internal combustion engines without adjustment work. It is even possible to retrofit internal combustion engines that are already in operation with this spectrally analytically controlled fuel injection system without great technical effort.
  • the spectrometer is provided with a narrow-band or monochromatic light source, the wavelength of which - for example by filtering - corresponds to the wavelength which is completely or partially absorbed by an optimally composed fuel-air mixture.
  • a photoelectric component for example a photo element or photodiode, is used as the sensor, the spectral sensitivity of which is adapted to the selected light wavelength.
  • Emission spectrometers and extinction spectrometers can be used; it is also within the scope of the invention to carry out the measurement nephelometrically or colorimetrically, i.e. to determine the “amount of droplets” or the “color density” in the air / fuel mixture and to use this variable to control the injection valve.
  • Claims 7 and 8 teach measures which are advantageous for achieving a favorable signal-to-noise ratio during the measurement and by means of which the fuel mixture can be precisely regulated.
  • the phase and / or frequency-selective "lock-in technology” can be used to easily eliminate disturbing motor vibration signals from the measurement signal.
  • Claims 9 and 10 further teach to superimpose or supplement the basic signal determined spectroscopically by further signals, for example in the cold running or idling phase of the engine.
  • the drawing shows a schematic representation of an intake pipe with a spectrometer arrangement and an injection valve as well as the circuit arrangement.
  • the electronically controlled fuel injection system essentially consists of an intake pipe 1, on which an electronically controllable injection valve 2, which is connected to the fuel line 3, is arranged laterally in the usual way.
  • the fuel supplied creates a gasoline-air mixture inside the intake pipe, the composition of which depends on the opening time of the injection valve.
  • the opening time of the injection valve tils 2 is controlled via a control line 4, which is connected to the output 5 of an electronic control circuit 6.
  • the spectrometer 7 essentially consists of a light source 8 and a spectral filter 9 which is optically adjusted to the light source in the beam path and which only allows light of a very specific wavelength to pass through.
  • the light beam 10 passes through the intake pipe at a right angle and strikes the light-sensitive detector 11 which is arranged on the opposite side of the intake pipe 1 and which, depending on the irradiated intensity, generates an electrical voltage signal which is fed via the signal line 12 to the signal input 13 of the electrical control circuit 6.
  • the signal generated by the detector is compared in the control circuit with a setpoint to be determined once, the opening time of the injection valve being readjusted (lengthened or shortened) via the control line depending on the deviation from the setpoint.

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Abstract

Eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Ansaugrohr (1), einem am Ansaugrohr angeordneten elektrisch steuerbaren Kraftstoffeinspritzventil (2) einer im Ansaugrohr wirksamen Meßvorrichtung und einer eingangsseitig mit dem Meßorgan, ausgangsseitig mit dem Einspritzventil wirkverbundenen elektronischen Steuerschaltung (6) ist zu dem Zwecke, eine Kraftstoffeinspritzanlage ohne in den Ansaugkanal hinein- oder durch diesen hindurchstehende Fühlelemente zu schaffen und eine von Motor oder Verschleißparametern unabhängige optimale Gemischeinstellung zu gewährleisten, mit einer als elektro-optisches Spektrometer (7) ausgebildeten Meßvorrichtung versehen, die das vom Motor angesaugte Kraftstoff-Luftgemisch auf seine Zusammensetzung analysiert, wobei durch die als Vergleichsschaltung ausgebildete elektrische Steuerschaltung die gemischabhängigen elektrischen Ausgangssignale des Spektrometers mit einem voreinstellbaren Sollwert verglichen werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage für gemischverdichtende, fremdzündende Verbrennungskraftmaschinen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1. Bekannte Einspritzanlagen dieser Art bestehen im wesentlichen aus einem Ansaugrohr, das über den Einlaßventilweg mit mindestens einer Brennkammer des Motors verbunden ist. Der Kraftstoff wird über ein elektronisch steuerbares Einspritzventil in das Ansaugrohr eingespritzt, wobei die Steuerung des Einspritzventiles mittels einer elektronischen Steuerschaltung vollzogen wird, die auf eine Meßvorrichtung reagiert, die ihrerseits im Ansaugrohr angeordnet ist. Die Meßvorrichtung ist als Hitzedraht ausgebildet, der stromgespeist auf einer ganz bestimmten Solltemperatur (ungefähr 200°C) gehalten wird. Durch den Luftstrom im Ansaugrohr wird von dem Hitzedraht Wärme abgeführt, so daß dieser zum Abkühlen tendiert. Um die Temperatur des Hitzedrahtes konstant. zu regeln, ist in unmittelbarer Nähe des Hitzedrahtes oder an diesem ein Thermofühler angebracht, mit welchem die Temperatur des Hitzedrahtes gemessen wird. Die temperaturabhängige Spannung des Thermofühlers wird in die elektronische Regelschaltung eingegeben, die wiederum - abhängig von der Thermospannung - den durch den Hitzedraht fließenden Strom so regelt, daß die Temperatur des Hitzedrahtes konstant auf der Solltemperatur gehalten wird. Je höher der Luftdurchsatz durch das Ansaugrohr ist, desto höher ist der Regelstrom, so daß der Regelstrom eine Bezugsgröße für den Luftdurchsatz für das Ansaugrohr ist. Die elektronische Steuerschaltung regelt nun das Einspritzventil so, daß die dem Ansaugrohr zugeführte Kraftstoffmenge an die angesaugte Luftmenge angepaßt und ein möglichst optimales Verbrennungsgemisch erzielt wird.
  • Nachteilig an der bekannten Anlage ist, daß sich das im Ansaugkanal körperlich vorhandene Meßorgan nachteilig auf die Strömungsverhältnisse im Ansaugrohr auswirkt und weiterhin ein Abgleich der Anlage von Zeit zu Zeit unumgänglich notwendig ist, da bei der bekannten Anlage nur einer der beiden Parameter Luftmenge/-Kraftstoffmenge, nämlich die Luftmenge gemessen wird. Der notwendige Abgleich wird in der Regel dadurch vollzogen, daß bei laufendem Motor der CO-Gehalt des Abgases gemessen wird und vom CO-Gehalt auf die Gemischzusammensetzung rückgeschlossen wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzanlage zu schaffen, die ohne in den Ansaugkanal hinein- oder durch diesen hindurchstehende Fühlelemente auskommt und durch unmittelbare und vollständige Messung der Gemischzusammensetzung eine von Motorparametern oder Verschleiß- und Verstellerscheinungen unabhängige optimale Gemischeinstellung gewährleistet.
  • Die Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Meßvorrichtung ein elektro-optisches Spektrometer ist, welches das vom Motor angesaugte Kraftstoff-Luftgemisch auf seine Zusammensetzung (Kraftstoff - Luft) analysiert und die elektronische Schaltung eine an sich bekannte Vergleichschaltung ist, die die gemischabhängigen elektrischen Ausgangssignale des Spektrometers mit einem voreinstellbaren Sollwert vergleicht. Vorteilhaft an der Kraftstoffeinspritzanlage ist zunächst, daß das Ansaugsystem optimal strömungstechnisch gestaltet werden kann, da keine mechanischen Meßorgane im Ansaugkanal notwendig sind. Die Lichtquelle des Spektrometers sowie das lichtempfindliche Element werden außerhalb des Ansaugrohrquerschnittes angeordnet derart, daß der Lichtstrahl die Ansaugrohrwandung mittels Fenstern o.dgl. durchsetzt. Weiterhin vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäße Einspritzanlage für alle gemischverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen ohne Abstimmarbeiten verwendbar ist. Es ist sogar möglich, ohne hohen technischen Aufwand bereits im Betrieb befindliche Verbrennungskraftmaschinen mit dieser spektralanalytisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzanlage nachzurüsten.
  • Im einfachsten Falle ist das Spektrometer mit einer schmalbandigen oder monochromatischen Lichtquelle versehen, deren Wellenlänge - beispielsweise durch Filterung - der Wellenlänge entspricht, die von einem optimal zusammengesetzten Kraftstoff-Luftgemisch ganz oder teilweise absorbiert wird. Als Sensor dient ein fotoelektrisches Bauteil, beispielsweise Fotoelement oder Fotodiode, deren spektrale Empfindlichkeit der gewählten Lichtwellenlänge angepaßt ist. Es können Emissionsspektrometer sowie Extinktionsspektrometer Anwendung finden, es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Messung nephelometrisch oder colorimetrisch vorzunehmen, d.h. die "Tröpfchenmenge" oder die "Farbdichte" im Luft-Kraftstoffgemisch zu bestimmen und mittels dieser Größe die Einspritzventilsteuerung vorzunehmen.
  • Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, in jeder der beiden Gemischkomponenten durch zwei Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge Übergänge, Schwingungen oder Rotationen unterschiedlicher Moleküle oder Atome anzuregen und aus dem Verhältnis der beiden getrennt gemessenen Signale die jeweilige Gemischzusammensetzung zu ermitteln bzw. über das Einspritzventil zu regeln.
  • Die Ansprüche 7 und 8 lehren Maßnahmen, die zum Erzielen eines günstigen Signal-Rauschverhältnisses bei der Messung vorteilhaft sind und durch welche eine genaue Regelung des Kraftstoffgemisches erfolgen kann. Insbesondere duch die phasen- und/oder frequenzselektive "Lock-in-Technologie" können störende Motorvibrationssignale leicht aus dem Messignal eliminiert werden. Die Ansprüche 9 und 10 lehren weiterhin, das spektroskopisch ermittelte Grundsignal durch weitere Signale zu überlagern oder zu ergänzen, beispielsweise in der Kaltlauf- oder Leerlaufphase des Motors.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnungsfigur zeigt in schematischer Darstellung ein Ansaugrohr mit Spektrometeranordnung und Einspritzventil sowie die Schaltungsanordnung.
  • Die elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage besteht im wesentlichen aus einem Ansaugrohr 1, an welchem in üblicher Weise seitlich ein elektronisches steuerbares Einspritzventil 2 angeordnet ist, welches mit der Kraftstoffleitung 3 verbunden ist. Durch den zugeführten Kraftstoff wird im Inneren des Ansaugrohres ein Benzin-Luftgemisch erzeugt, dessen Zusammensetzung von der Öffnungszeit des Einspritzventiles abhängig ist. Die Öffnungszeit des Einspritzventils 2 wird über eine Steuerleitung 4 geregelt, die mit dem Ausgang 5 einer elektronischen Steuerschaltung 6 verbunden ist.
  • Das Spektrometer 7 besteht im wesentlichen aus einer Lichtquelle 8 und einem der Lichtquelle im Strahlengang optisch nachgestellten Spektralfilter 9, welches nur Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge durchläßt. Der Lichtstrahl 10 durchsetzt das Ansaugrohr rechtwinklig und trifft auf den auf der gegenüberliegenden Seite des Ansaugrohres 1 angeordneten lichtempfindlichen Detektor 11, welcher abhängig von der eingestrahlten Intensität ein elektrisches Spannunssignal erzeugt, welches über die Signalleitung 12 dem Signaleingang 13 der elektrischen Steuerschaltung 6 zugeführt wird.
  • In der Steuerschaltung wird das vom Detektor erzeugte Signal mit einem einmal zu ermittelnden Sollwert verglichen, wobei abhängig von der Abweichung vom Sollwert die Öffnungszeit des Einspritzventiles über die Steuerleitung nachgeregelt (verlängert oder verkürzt) wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1 Ansaugrohr
    • 2 Einspritzventil
    • 3 Kraftstoffleitung
    • 4 Steuerleitung
    • 5 Ausgang
    • 6 Steuerschaltung
    • 7 Spektrometer
    • 8 Lichtquelle
    • 9 Spektralfilter
    • 10 Lichtstrahl
    • 11 Detektor
    • 12 Signalleitung
    • 13 Signaleingang

Claims (10)

1. Elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage für gemischverdichtende, fremdzündende Verbrennungskraftmaschinen mit
- mindestens einem über den Einlaßventilweg mit mindestens einer Brennkammer der Maschine verbundenen Ansaugrohr (1),
- einem am Ansaugrohr angeordneten elektrisch steuerbaren Einspritzventil (2) zur Zuführung des Kraftstoffes,
- einer im Ansaugrohr (1) wirksamen Meßvorrichtung sowie
- einer eingangsseitig mit dem Meßorgan, ausgangsseitig mit dem Einspritzventil wirkverbundenen elektronischen Steuerschaltung (6), dadurch gekennzeichnet, daß
- die Meßvorrichtung ein elektro-optisches Spektrometer (7) ist, welches das vom Motor angesaugte Kraftstoff-Luftgemisch auf seine Zusammensetzung (Kraftstoff - Luft) analysiert und
- die elektrische Steuerschaltung (6) eine Vergleichsschaltung ist, die die gemischabhängigen elektrischen Ausgangssignale des Spektrometers (7) mit einem voreinstellbaren Sollwert vergleicht.
2. Einspritzanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Spektrometer (7) ein Emissionsspektrometer mit schmalbandiger oder monochromatischer Lichtquelle (8) ist.
3. Einspritzanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Spektrometer (7) ein Extinktionsspektrometer ist.
4. Einspritzanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtstrahl (10) des Spektrometers (7) das Ansaugrohr (1) etwa rechtwinklig durchsetzt.
5. Einspritzanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtstrahl (10) des Spektrometers (7) das Ansaugrohr (1) in spitzem Winkel zur Rohrachse durchsetzt.
6. Einspritzanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Lichtstrahlen (10) unterschiedlicher Wellenlänge zur Anregung unterschiedlicher Atom-/Molekülarten das Ansaugrohr (1) durchsetzen.
7. Einspritzanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtquelle (8) als gepulste Lichtquelle hoher Leistung ausgebildet ist.
8. Einspritzanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Messung phasen- und/oder frequenzselektiv erfolgt.
9. Einspritzanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektronische Steuerschaltung (6) weitere Motorparameter zur Steuerung des/der Einspritzventile (2) heranzieht.
10. Einspritzanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangssignal der elektronischen Steuerschaltung (6) während der Start- und Leerlaufphase durch weitere Signale überlagert wird.
EP82110303A 1981-11-10 1982-11-09 Elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage Expired EP0079078B1 (de)

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DE3144667 1981-11-10

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JP (1) JPS58501914A (de)
DE (2) DE3144667A1 (de)
WO (1) WO1983001655A1 (de)

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