[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem elektronischen Regler für Brennkraftmaschinen,
insbesondere für Einspritzmotoren, bei welcher der Regler mit mehreren Sensoren und
mindestens einem Stellglied funktionell verbunden ist.
[0002] Elektronische Regelsysteme für Brennkraftmaschinen bestehen aus mehreren Komponenten,
wie beispielsweise Sensoren, dem Regler und Stellgliedern, welche bei bekannten Systemen
an der Brennkraftmaschine bzw. im Motorraum eines Kraftfahrzeuges verteilt angeordnet
sind. Dadurch sind entsprechende Steckverbindungen und Leitungen erforderlich, welche
Anlaß für Defekte sein können. Außerdem bedeuten die Steckverbindungen und die Leitungen
einen zusätzlichen Aufwand. Hinzu kommt eine entsprechende Zahl von Schutzgehäusen
bzw. Schutzkappen, welche die Komponenten oder mindestens die Anschlüsse der Komponenten
vor äußeren Einflüssen (Feuchtigkeit, Schmutz) schützen.
[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung mit einem elektronischen
Regler für Brennkraftmaschinen anzugeben, bei welcher Leitungen und Steckverbindungen
auf ein Mindestmaß reduziert werden.
[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Regler Teil einer Baugruppe
ist, die ferner eine Drosselklappen-Anordnung, einen Luftmassensensor und einen Drosselklappen-Stellungssensor
umfaßt.
[0005] Außer dem Vorteil, daß lange und störanfällige Verbindungsleitungen entfallen, ergibt
sich der Vorteil, daß für Wartungs- und Reparaturarbeiten die geschlossene Baugruppe
von der Brennkraftmaschine entfernt und beispielsweise auf einem Prüfstand durchgemessen
werden kann.
[0006] Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse mit
dem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine verbindbar ist, daß die Drosselklappen-Anordnung
in einem die Verbindung zwischen dem Gehäuse und Ansaugkanal bildenden Rohrstück vorgesehen
ist und daß der Luftmassensensor in dem Gehäuse und der Regler an einer Wand des Gehäuses
angeordnet ist. Diese Weiterbildung ermöglicht eine äußerst günstige Verbindung der
Baugruppe mit der Brennkraftmaschine.
[0007] Eine andere Weiterbildung besteht darin, daß innerhalb des Gehäuses ein Einspritzventil
angeordnet ist, welches dem Regler als Stellglied zugeordnet ist Diese Weiterbildung
läßt sich mit Vorteil bei Einspritzmotoren mit sogenannter Zentraleinspritzung anwenden,
bei welcher lediglich ein Einspritzventil für sämtliche Zylinder vorgesehen ist. Die
Erfindung läßt sich jedoch auch in vorteilhafter Weise bei Brennkraftmaschinen anwenden,
bei denen jeweils für einen Zylinder ein Einspritzventil vorgesehen ist.
[0008] Eine weitere Verbesserung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß an einer Außenwand
des Gehäuses eine Luftfilter-Anordnung anbringbar ist, welche ein kreisförmiges Luftfilter
aufweist, und daß der von dem kreisförmigen Luftfilter gebildete Innenraum mit dem
Innenraum des Gehäuses über einen Strömungskanal verbunden ist, in welchem der Luftmassensensor
angeordnet ist. Dabei ist eine weitere günstige Ausführungsform möglich, bei welcher
der elektronische Regler auf der Außenwand des Gehäuses angeordnet ist und in den
Innenraum der Luftfilter-Anordnung hineinragt.
[0009] Hierdurch ist eine gute Kühlung des elektronischen Reglers durch die angesaugte und
gefilterte Außenluft gegeben.
[0010] Gemäß einer anderen Weiterbildung können im Innenraum der Luftfilter-Anordnung außerdem
ein Drucksensor und/oder ein Temperatursensor angeordnet sein. Außerdem besteht die
Möglichkeit, im Bereich der Drosselklappen-Anordnung einen Motortemperatursensor und/oder
einen Saugrohrtemperatursensor vorzusehen.
[0011] Schließlich kann gemäß einer anderen Weiterbildung die die Drosselklappe tragende
Welle mit einem Schalter in Wirkverbindung stehen, der bei der Leerlaufstellung der
Drosselklappe anspricht.
[0012] Die erfindungsgemäße Anordnung kann bei verschiedenen Regelsystemen für Brennkraftmaschinen
angewendet werden. Eine bevorzugte Anwendung ist die an sich bekannte Regelung der
Kraftstoff-Einspritzmenge bei Otto-Motoren mit Kraftstoffeinspritzung. Zur Regelung
der Einspritzmenge wird bei den bekannten Regelsystemen in erster Linie die vom Motor
angesaugte Luftmasse herangezogen. Es werden zur Regelung jedoch auch die Drosselklappen-Stellung,
der äußere Luftdruck (also die Höhe), die Motortemperatur, die Außenlufttemperatur,
die Motordrehzahl und das Meßergebnis einer Lambdasonde berücksichtigt. Bei den erfindungsgemäßen
Anordnungen können mehrere, diese Größen erfassenden Sensoren innerhalb der Baugruppe
angeordnet sein. Es können jedoch auch zusätzliche Sensoren (z. B. Motordrehzahl,
Lambdasonde) über entsprechende Leitungen mit der Baugruppe verbunden sein.
[0013] Die bekannten Regelsysteme lassen sich auch mit einer Leerlaufregelung verbinden,
wozu bei der erfindungsgemäßen Anordnung im Bereich der Drosselklappen-Anordnung
ein Leerlaufsteller vorgesehen ist.
[0014] Ferner ist die erfindungsgemäße Anordnung nicht auf eine mechanische Betätigung der
Drosselklappe beschränkt. Eine Weiterbildung der Erfindung besteht vielmehr darin,
daß der elektronische Regler einen Regler einer elektronischen Gaspedal-Anlage umfaßt
und daß die Drosselklappen-Anordnung mit einem elektromotorischen Stellglied versehen
ist, welches an einem dafür vorgesehenen Ausgang des elektronischen Reglers angeschlossen
ist.
[0015] Vorteilhafterweise können die Leitungen zwischen den vorhandenen Sensoren sowie Stellgliedern
und dem elektronischen Regler mindestens teilweise innerhalb des Gehäuses geführt
sein.
[0016] Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind schematisch in
der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es
zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei welchem als Sensoren lediglich ein Luftmassensensor
und ein Drosselklappen-Stellungssensor vorgesehen sind,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Sensoren und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Reglers und der Sensorschaltungen
[0017] Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
[0018] Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist ein die Form eines flachen Zylinders aufweisendes
Gehäuse 1 auf ein Rohr 2 aufgesetzt, welches eine Drosselklappe 3 enthält, welche
auf einer Welle 4 befestigt ist. Oberhalb der Öffnung des Rohres 2 ist ein Kraftstoff-Einspritzventil
5 mit einer Düse 6 angeordnet. Das Gehäuse 1 wird von einer Wand 7 nach oben abgeschlossen,
auf welche ein Luftfilter 8 aufgesetzt ist. Das an sich bekannte Luftfilter 8 besteht
aus einem kreisringförmigen Filter 9, das einen Hohlraum bildet. Der Innenraum 10
des Luftfilters sowie der Innenraum 11 des Gehäuses 1 sind durch einen Strömungskanal
13 verbunden. Der Strömungskanal enthält einen Luftmassensensor 12 und ist zur Erzielung
einer möglichst laminaren Strömung relativ lang ausgebildet. Um dieses auf kleinem
Raum zu erreichen, ist der Strömungskanal 13 kreisringförmig an der Außenwand des
Gehäuses 1 entlanggeführt. An der Eintrittsöffnung 14, welche gleichzeitig eine Öffnung
in der Wand 7 darstellt, tritt die gefilterte Luft in den Strömungskanal 13 ein, streicht
am Sensor 12 vorbei und wird über die Austrittsöffnung 15 in den übrigen Hohlraum
11 des Gehäuses 1 geführt. Der Hohlraum 11 dient im übrigen zur Dämpfung der Pulsation
im Ansaugkanal.
[0019] Auf der Zwischenwand 7 ist ein elektronischer Regler angeordnet, der bezüglich seiner
Funktion bekannt ist und im einzelnen nicht näher beschrieben zu werden braucht. Dem
elektronischen Regler 15 werden als Eingangsgrößen die Meßsignale des Luftmassensensors
12 und eines Drosselklappen-Stellungssensors 16 zugeführt. Der Drosselklappen-Stellungssensor
16 besteht in an sich bekannter Weise aus einem Potentiometer, dessen Schleifer mit
der DrosselklappenWelle 4 gekoppelt ist. Ferner ist für eine Umschaltung der Regelung
für den Leerlaufbetrieb ein Schalter 17 in ebenfalls bekannter Weise mit der Drosselklappen-Welle
4 verbunden und an den elektronischen Regler 15 angeschlossen.
[0020] Die Ausgangssignale des Reglers 15 werden über kurze Leitungen dem Kraftstoff-Einspritzventil
5 zugeführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kraftstoff-Einspritzventil
5 mit einem Systemdruckregler 18 kombiniert. Zur Verbindung mit einem Kraftsofftank
19 dienen die Kraftstoffzuleitung 20 und die Kraftstoffrückleitung 21. Schließlich
wird über eine ebenfalls lediglich schematisch dargestellte elektrische Leitung 22
dem Regler 15 Betriebsspannung zugeführt. Um eine Auswirkung von Schwankungen der
Spannung des Bordnetzes auf den Regler zu vermeiden, ist der Regler 15 mit einer Spannungsstabilisierungs-Schaltung
(in Fig. 1 nicht dargestellt) versehen.
[0021] Zur Verdeutlichung des Verlaufs des Strömungskanals ist in Fig. 1a ein Querschnitt
durch das Gehäuse 1 dargestellt, in welchem auch ein Strömungsgleichrichter 41 und
ein Schutzgitter 42 gezeigt ist, welche in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber fortgelassen
wurden.
[0022] Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 setzt ein Regelsystem mit mehr Möglichkeiten
voraus. Dazu wird dem Regler 15 außer den im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten
Eingangsgrößen noch über einen im Innenraum des Luftfilters 8 angeordneten Drucksensor
24 eine Information über den Außenluftdruck, also die Höhe, gegeben.
[0023] Ebenfalls im Innenraum 10 des Luftfilters 8 ist ein Temperatursensor 25 vorgesehen,
welcher die Temperatur der Ansaugluft ermittelt.
[0024] Für verschiedene bekannte Regelsysteme wird als eine der Eingangsgrößen die Motortemperatur
benötigt. Hierfür kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung stellvertretend die Saugrohrtemperatur
in der Nähe der Drosselklappen-Anordnung durch einen weiteren Sensor 26 ermittelt
werden.
[0025] Schließlich kann das Regelsystem noch eine sogenannte elektronische Gaspedal-Anlage
umfassen, bei welcher die Stellung des Gaspedals in eine elektrische Größe umgewandelt
wird, welche über einen Regler auf die Drosselklappe einwirkt. Hierzu kann der Regler
15 entsprechend ausgelegt sein und einen zusätzlichen Ausgang aufweisen, an welchen
ein elektromotorisches Drosselklappen-Stellglied 27 angeschlossen ist.
[0026] Fig. 3 zeigt schematisch, teilweise als Blockschaltbild, die elektrische Schaltung
der Anordnungen nach den Figuren 1 und 2. Einige der in Frage kommenden Sensoren benötigen
zu ihrem Betrieb elektrische Schaltungen, welche speziell an die Art der Sensoren
angepaßt sind. Es sind ferner Sensoren bekannt, welche sehr kleine elektrische Signale
abgeben, die vor ihrer weiteren Auswertung verstärkt werden müssen. Hierzu werden
häufig direkt an den Sensoren elektrische Schaltungen angeordnet. Wegen des kompakten
Aufbaus der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, derartige Schaltungen mit
dem Regler 15 innerhalb eines Gehäuses 31 zusammenzufassen.
[0027] Je nach Art der Anwendung kann es vorteilhaft sein, die zu den einzelnen Sensoren
gehörenden Schaltungen - im folgenden Sensorschaltungen genannt - jeweils als separate
Bausteine 32, 33, 34 aufzubauen, welche lediglich durch wenige Leitungen mit dem Regler
15 und dem jeweils zugehörigen Sensor 12, 26, 16 verbunden sind. Diese Anordnung
hat den Vorteil, daß bei einer Anpassung der erfindungsgemäßen Anordnung an beispielsweise
verschiedenen Brennkraftmaschinen, für welche verschiedene Sensoren erforderlich sind,
lediglich ein oder mehrere der Bausteine 32, 33, 34 auszuwechseln sind. Zur Verbindung
der jeweiligen Sensorschaltung 32, 33, 34 mit dem Regler 15, welcher auch gleichzeitig
die Versorgung der Sensorschaltungen mit der Betriebsspannung übernimmt, erfolgt
grundsätzlich mit drei Leitungen. Davon sind zwei für die Betriebsspannung bzw. Masseverbindung
und eine dritte zur Leitung des Ausgangssignals der jeweiligen Sensorschaltung zum
Regler 15. Diese Leitung kann ein der Meßgröße analoges oder im Falle der digitalen
Signalverarbeitung im Regler auch ein digitales Signal führen. In diesem Fall wäre
in der Sensorschaltung ein Analog-Digital-Wandler vorzusehen.
[0028] Bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung sind drei Sensoren vorgesehen. Ein Luftmassensensor
12 besteht aus einem ersten temperaturabhängigen Leiter 35 und einem zweiten temperaturabhängigen
Vergleichsleiter 36. Beide Leiter sind vom Luftstrom umströmt. Der Leiter 35 wird
mit einem von der Sensorschaltung 32 zugeführten Strom auf eine konstante, wesentlich
über der Temperatur der Luft liegenden Temperatur aufgeheizt. Die Sensorschaltung
32 beinhaltet eine Reglerschaltung, in welcher über die Temperaturabhängigkeit des
Widerstandswertes des Widerstandes 35 die Temperatur ermittelt und der dem Widerstand
35 zugeführte Strom im Sinne einer Konstanthaltung der Temperatur geregelt wird. Die
Größe des Stromes ist dann ein Maß für die Luftmasse. Zur Kompensation des Einflusses
der Lufttemperatur ist in der Nähe des Leiters 35 ein Vergleichsleiter angeordnet,
welcher jedoch von einem geringen Strom durchflossen wird, so daß er praktisch nicht
über die Lufttemperatur hinaus erwärmt wird. Mit der Sensorschaltung 33 ist ein temperaturabhängiger
Widerstand 37 verbunden, welcher beispielsweise als Motor bzw. Saugrohrtemperatursensor
26 dient. Er ist Teil einer Brückenschaltung, welche im übrigen in der Sensorelektronik
33 angeordnet ist.
[0029] Schließlich ist die Sensorschaltung 34 mit einem Potentiometer 38, welches als Drosselklappen-Stellungsgeber
dient, verbunden. In dem Gehäuse ist ferner eine an sich bekannte Spannungsstabilisierungs-Schaltung
39 angeordnet, welche über den Eingang 22 mit dem Bordnetz verbunden ist und für den
Regler 15 sowie die Sensorschaltungen 32, 33, 34 eine stabilisierte Betriebsspannung
zur Verfügung stellt. Der Ausgang 40 des Reglers 15 ist mit dem Einspritzventil 5
(Fig. 1, Fig. 2) verbunden.
[0030] In anderen Fällen kann es günstiger sein, die Sensorschaltungen 32, 33, 34 nicht
als separate Bausteine aufzubauen, sondern in den Regler 15 zu integrieren. Dieses
hat den Vorteil, daß auch die Löt- bzw. Steckverbindungen zwischen den Bausteinen
32, 33, 34 und dem Regler 15 entfallen können. Zur Anpassung des Reglers 15 an verschiedene
Sensoren wären dann Änderungen im Regler 15 selbst erforderlich.
1. Anordnung mit einem elektronischen Regler für Brennkraftmaschinen, insbesondere
für Einspritzmotoren, bei welcher der Regler (15) mit mehreren Sensoren (12, 16)
und mindestens einem Stellglied (5) funktionell verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (15) Teil einer Baugruppe ist, die ferner eine Drosselklappen-Anordnung
(3, 4), einen Luftmassensensor (12) und einen Drosselklappen-Stellungssensor (16)
umfaßt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (1) mit dem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine verbindbar ist, daß
die Drosselklappen-Anordnung (3, 4) in einem die Verbindung zwischen dem Gehäuse
(1) und dem Ansaugkanal bildenden Rohrstück (4) vorgesehen ist, daß der Luftmassensensor
(12) in dem Gehäuse (1) und der Regler (15) an einer Wand (7) des Gehäuses (1) angeordnet
sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses (1) ferner ein Einspritzventil (5) angeordnet ist, welches
dem Regler (15) als Stellglied zugeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Außenwand (7) des Gehäuses (1) eine Luftfilter-Anordnung (8) anbringbar
ist, welche ein kreisringförmiges Luftfilter (9) aufweist, und daß der von dem kreisringförmigen
Luftfilter (9) gebildete Innenraum mit dem Innenraum des Gehäuses (1) über einen
Strömungskanal (13) verbunden ist, in welchem der Luftmassensensor (12) angeordnet
ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Regler (15) auf der Außenwand (7) des Gehäuses (1) angeordnet
ist und in den Innenraum (10) der Luftfilter-Anordnung (8) hineinragt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (10) der Luftfilter-Anordnung (8) ferner ein Drucksensor (24) und/oder
ein Temperatursensor (25) angeordnet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, daß im Bereich der Drosselklappen-Anordnung (3, 4) ein Motortemperatursensor (26)
und/oder ein Saugrohrtemperatursensor (26) vorgesehen ist.
8. Anordnung nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, daß mit einer die Drosselklappe (3) tragenden Welle (4) ein Schalter (17) in Wirkverbindung
steht, der bei der Leerlaufstellung der Drosselklappe (3) anspricht.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zu einem Sensor (12, 16, 26) gehörende Schaltungen (32, 33, 34) räumlich
mit dem elektronischen Regler (15) zusammengefaßt sind, jedoch funktionell von dem
elektronischen Regler getrennte Baugruppen darstellen.
10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zu einem Sensor (12, 16, 26) gehörenden elektrischen Schaltungen
sowohl räumlich als auch funktionell mit dem elektronischen Regler (15) zusammengefaßt
sind.
11. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil (5) mit einem Systemdruckregler (18) kombiniert ist.
12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Regler (15) einen Leerlaufregler enthält, an dessen Ausgang
ein im Bereich der Drosselklappen-Anordnung (3, 4) angeordneter Leerlaufsteller (28)
angeschlossen ist.
13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Regler (15) ferner einen Regler einer elektronischen Gaspedal-Anlage
umfaßt und daß die Drosselklappen-Anordnung (3, 4) mit einem elektromotorischen Stellglied
(27) versehen ist, welches an einen dafür vorgesehenen Ausgang des elektronischen
Reglers (15) angeschlossen ist.
14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichtnet, daß Leitungen zwischen den vorhandenen Sensoren (12, 16, 17, 24, 25, 26) sowie Stellgliedern
(5, 27, 28) und dem elektronischen Regler (15) mindestens teilweise innerhalb des
Gehäuses (1) geführt sind.
15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Sensoren und/oder Stellglieder an den elektronischen Regler anschließbar
sind, welche räumlich außerhalb der Baugruppe angeordnet sind.