<Desc/Clms Page number 1>
Elektronische Steueranlage für die Kraftstoff-Einspritzung in Brennkraftmaschinen
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Kraftstoffmechanische Einwirkung, z. B. Verschmutzung und Abnutzung, bedingten BetriebsstörungenAnlass geben kann.
Es sind daher weitere Vorschläge bekanntgeworden, welche zum Ziele haben, die Zahl der mechanisch betätigten Regulierwiderstände herabzusetzen. So wird z. B. vorgeschlagen, den Regulierwiderstand, welcher dazu dient, die elektronische Steuereinrichtung so zu beeinflussen, dass bei kalter Brennkraftmaschine mehr Kraftstoff eingespritzt wird, durch einen Heissleiter zu ersetzen, wobei für den Abgriff der Drosselklappenstellung und des im Ansaugrohr herrschenden Unterdruckes nach wie vor mechanisch betätigte Verstellwiderstände benutzt werden.
Nach einem weiteren Vorschlag wird die Abhängigkeit des in einer Glocke aus leitfähigem Material durch einen von der Brennkraftmaschine über ein festes Übersetzungsverhältnis angetriebenen und durch den Fahrfusshebel mehr oder minder tief in die Glocke eintauchenden rotierenden Magneten entwickelten Drehmomentes benutzt, um entgegen der Rückstellkraft einer Spiralfeder die Kopplung zwischen zwei Spulen zu verändern, von denen die eine mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird und die andere je nach ihrer Stellung an den Enden ihrer Wicklung eine mehr oder minder grosse Wechselspannung erzeugt.
Diese Wechselspannung kann bei passender Wahl der mechanischen Abmessungen und Übersetzungsverhältnisse der pro Takt erforderlichen Kraftstoffmenge proportional gemacht werden und bewirkt nach Umsetzung in eine ihr proportionaler Länge des Betätigungsimpulses für das magnetische Organ die Abgabe der für den jeweiligen, durch Drehzahl und Fahrfusshebelstellung beschriebenen Betriebspunkt der Maschine richtigen Kraftstoffmenge. Gemäss diesem Vorschlag sind zwar keine mechanischen Verstellwiderstände vorgesehen, jedoch ist auch hier die Möglichkeit zu Verschleisserscheinungen, welche die Genauigkeit beeinträchtigen können, bestehen geblieben, insofern, als die verschiedenen Lagerstellen des rotierenden Magneten und der durch die Wirbelströme mitgenommenen Glokke dem Verschleiss unterworfen sind.
Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass eine mechanische Kraftübertragung zwischen dem Motor und dem rotierenden Magneten bestehen muss, so dass sich diese Anlage nur schwierig an Brennkraftmaschinen verwenden lässt, die keine Vorrichtung zum drehzahlstarren Antrieb von Nebenaggregaten besitzen.
Es ist auch bereits eine Steueranlage für die Kraftstoffeinspritzung bekanntgeworden, bei der die Betriebsparameter in elektrische Leitwerte umgewandelt und diese sodann auf mechanischem Wege additiv zusammengefasst werden. Doch ergeben sich hier die gleichen Schwierigkeiten durch die einem Verschleiss unterworfenen mechanischen Teile.
Allen diesen Vorschlägen haften noch weitere Nachteile an. Die Messwandler für die Umsetzung der Drosselklappenstellung in einen elektrischen Ausgangswert müssen eine nicht lineare Kennlinie be- sitzen, weil die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge dem Öffnungswinkel der Drosselklappe nicht proportional ist. Dieser nicht proportionale Zusammenhang kann durchaus auch noch von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängen. Selbst mit nicht linearen Messwandlern kann also nicht immer eine einwandfreie Gemischzusammensetzung erzielt werden. Nicht lineare Ventellwiderstände sind jedoch schwierig mit der erforderlichen Genauigkeit herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels möglichst einfacher Messwandler zwei oder mehr der das Motor-Kennlinienfeld beschreibenden Betriebsparameter so zu verknüpfen, dass an möglichst vielen Punkten des Betriebskennlinienfeldes der Brennkraftmaschine das richtige Kraftstoff-Luft-Gemisch hergestellt wird. Diese Aufgabe wird durch die erwähnten, nicht linearen Zusammenhänge zwischen den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und der die Kraftstoffmenge pro Arbeitstakt bestimmenden elektrischen Impulslänge erschwert.
Die genannten Nachteile werden gemäss der Erfindung dadurch beseitigt, dass die den Betriebszustand der Maschine kennzeichnenden Grössen in Form elektrischer Spannungen als Eingangsgrösse auf jeweils ein an sich bekanntes funktionsbestimmendes Diodennetzwerk gegeben werden, dass die durch Leitwerte dargestellten Funktionswerte der einzelnen Diodennetzwerke in an sich bekannter Weise additiv zu einer resultierenden Funktion zusammengefasst sind und dass der Leitwert mittels einer aus einem RC-Generator entnommenen Wechselspannung abgefragt wird, wobei der erhaltene Wechselstrom nach Gleichrichtung einen elektronischen Strom-Zeit-Wandler steuert,
dessen Ausgangsimpulse in ihrer Länge der optimalen Kraftstoffmenge pro Takt der Maschine proportional sind und über einen elektronischen Verteiler und mindestens eine Verstärkerstufe elektromagnetische Einspritzventile erregen.
An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung näher beschrieben. Darin zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Anordnung, Fig. 2 die Schaltung der verwendeten Widerstandsnetzwerke und Fig. 3 die Schaltung eines 10-kHz-Generators.
Die Anordnung besteht aus sechs Stufen 1, 3, 4, 5,6, 7 (Fig. 1). In die erste Stufe, den Funk-
<Desc/Clms Page number 3>
tionswandler 1, werden verschiedene, im speziellen Falle zwei, Eingangsgrössen 2, 2'als Para- meter eingegeben, welche den Betriebszustand des Motors charakterisieren, z. B. Drehzahl und Drosselklappenstellung. Diese Eingangsgrössen haben die Form elektrischer Spannungen.
Jeder Funktionswandler besteht aus mindestens zwei an sich bekannten Diodennetzwerken la, 1b, die der funktionellen Verknüpfung von Ein-und Ausgangsgrösse dienen. Das einzelne Diodennetzwerk (Fig. 2) besteht aus parallelgeschalteten Diodenstrecken 31a, 31a'bzw. 31b, 31b', 31b", welche schrittweise nacheinander durch die Eingangsgrösse 2 bzw. 2'geöffnet bzw. geschlossen werden. In Reihe mit den Diodenstrecken liegen entsprechend dem gewünschten Funktionsverlauf ausgewählte Widerstände 32a, 32a' bzw. 32b, 32b', 32b", welche beim Öffnen der jeweiligen Diodenstrecke additiv zu einem Summen-
EMI3.1
verknüpfen, d. h. mit andern Worten eine mehrdimensionale Funktion darzustellen.
Wird das erste
Diodennetzwerk la mit einer Eingangsgrösse 2 beaufschlagt, welche proportional der Drosselklappenstellung eines Verbrennungsmotors ist, und das zweite Diodennetzwerk 1b mit einer Eingangsgrösse 2'beaufschlagt, welche proportional dessen Drehzahl ist, dann ergibt sich eine Ausgangsgrösse Ic, welche charakteristisch für den Betriebszustand ist. Durch die Verwirklichung bestimmter funktioneller Zusammenhänge wird erreicht, dass die Ausgangsgrösse proportional der für den wirtschaftlichsten Betrieb erforderlichen Kraftstoffmenge ist. Mit Vorteil wird für das kontinuierliche Ablesen des jeweiligen Summenleitwertes eine konstante Wechselspannung benutzt. Der abgelesene Summenleitwert erscheint dann in Form eines der Stufe 4 zugeführten Wechselstrom es.
Die zur Abfragung der Dioden- netzwerkeerforderlichekonstanteWechselspannungwirdineinemWechselspannungsgenerator 3 (Fig. 1) erzeugt. Dieser besteht aus einem an sich bekannten RC-Oszillator, welcher als frequenzbestimmendes Glied eine Wien-Brücke enthält.
Vorzugsweise wird die Ausgangspannung des Generators dadurch unabhängig von Last, Temperatur und Speisespannungsschwankungen gemacht, dass in die Rückkopplungsleitung 11 (Fig. 3) des RC-Os- zillators 12,13 ein von der Ausgangsspannung steuerbarer Widerstand gelegt ist. Dieser Widerstand wird dargestellt durch die Emitter-Kollektor-Strecke des in Basis-Schaltung betriebenen Transistors 14. Der Transistor 15 dient nur als Impedanz-Wandler und ist an der Funktion nicht beteiligt. Die Steuerung des Emitter-Kollektor-Widerstandes des Transistors 14 geschieht wie folgt : Der vom Oszillator 12,13 gesteuerte Endstufentransistor 16 des Generators verstarkt die Oszillatorspannung.
Von einem im Kollektorzweig dieses Transistors liegenden Transformator 17 wird eine Wechselspannung abgenommen, welche mit Hilfe des Transistors 18 gleichgerichtet wird. Diese gleichgerichtete Wechselspannung wird verglichen mit einer Spannung, die sich zusammensetzt aus der Spannung einer Zener-Diode 19, der Basis-Emitterspannung des Transistor. 2u und einer Spannung, welche am Widerstand 21 variabel abgegriffen werden kann. Beim Auftreten einer Differenz zwischen der Sollwertspannung und der gleichgerichteten Wechselspannung (dem Istwert) wird der Kollektorstrom des Transistors 20 verändert, der seinerseits den Arbeitspunkt des Transistors 14 verändert. Dies hat zur Folge, dass sich die Arbeitssteilheit des Transistors 14 ändert, wodurch die vom Ausgang des Transistors 13 auf den Eingang des Transistors 12 zurückgeführte Spannung geändert wird.
Bei kleiner werdender Generator-Ausgangsspannung wird über den beschriebenen Regelmechanismus der Kollektorstrom des Transistors 14 grösser und damit auch dessen Arbeitssteilheit. Das hat zur Folge, dass die Amplitude des RC-Oszillators grösser wird und über die verstärkte Ansteuerung des Transistors 16 auch die Generator-Ausgangsspannung ihren alten Sollwert wieder anstrebt. Mit Hilfe des im Emitterteiler des Transistors 20 liegenden NTC-Widerstandes 22 wird erreicht, dass die Sollwertspannung temperaturunabhängig wird. Ein Übersteuern des Transistors 14 beim Einschalten des Gerätes infolge eines zu grossen Regelbefehls wird durch das Öffnen der Diode 23 vermieden.
Die Stufe 4 (Fig. 1), welcher der dem Summenleitwert proportionale Wechselstrom zugeführt wird, besteht aus einem an sich bekannten Gleichrichter mit vorgeschaltetem Verstärker. Die Gleichrichtung des der erforderlichen Kraftstoffmenge proportionalen Wechselstromes erfolgt, um in einfacher Weise den nachgeschalteten Strom-Zeit-Wandler ansteuern zu können. In der Stufe 5, dem sogenann- ten Strom-Zeit-Wandler, wird der der Kraftstoffmenge proportionale Gleichstrom in eine der Kraftstoffmenge proportionale Impulsdauer umgewandelt. Die Strom-Zeit-Wandlung wird in an sich bekannter
<Desc/Clms Page number 4>
Weise durch Auf- oder Entladung von RC-Kombinationen mit konstantem Strom bewirkt. Hiebei ist den RC-Gliedern eine mit einer Ansprechschwelle ausgerüstete Schalteinrichtung, z.
B. ein Schmitt-Trigger, nachgeschaltet. Die proportionale Verknüpfung von steuerndem Gleichstrom und Impulslänge geschieht wie folgt : Bedingt durch einen vom Motor abgenommenen Abfrageimpuls, beginnt die Aufladung eines RC-Gliedes und damit gleichzeitig der Ausgangsimpulse. Das Ende des Ausgangsimpulses ist dann erreicht, wenn die Spannung des RC-Gliedes die Schaltschwelle der nachgeschalteten Schalteinrichtung erreicht. Gleichzeitig mit dem Ende des Ausgangsimpulses wird die RC-Kombination schnell entladen, um für einen weiteren Abfrageimpuls bereit zu stehen. In sinngemässer Weise kann der Strom-Zeit-Wandler auch auf der Basis einer RC-Entladung aufgebaut werden.
Die aus der Baugruppe 4 kommenden, in ihrer Länge der Kraftstoffmenge proportionalen Impulse gelangen in die Stufe 6, den sogenannten elektronischen Verteiler. Dieser besteht aus einem an sich bekannten Ringzähler, dessen Stellenzahl mit der Anzahl der Zylinder der zu steuernden Maschine übereinstimmt.
Der Ringzähler wird von Steuerimpulsen weitergeschaltet, die im Takte des Motors von diesem geliefert werden.
Jede Stufe des Zählers ist mit einem (nicht dargestellten) Verstärker verbunden. Das Einschalten einer Zählstufe bereitet das Öffnen der ihr zugeordneten Verstärkerstufe vor.
Gelangt vom Strom-Zeit-Wandler 5 ein Impuls auf die Eingänge aller Verstärker, so kann nur die Stufe den Impuls weiterleiten, die durch die zugeordnete Zählstufe vorbereitet war.
Auf diese Weise werden die ankommenden Impulse zyklisch auf die Ausgänge verteilt. Dies wird dadurch möglich, dass der Takt der Steuerimpulse für den Zähler mit dem Takt der vom Strom-ZeitWandler kommenden Impulse übereinstimmt. Jeder Ausgang des elektronischen Verteilers steuert über jeweils einen in bekannter Technik ausgeführten elektronischen Verstärker 7 ein dem betreffenden Verteilerausgang zugeordnetes elektromagnetisches Einspritzventil 8.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung werden die von Messwandlern gelieferten, den Betriebsparametern der Maschine proportionalen Spannungen mittels der Diodennetzwerke so verzerrt, dass sich derenAusgangsgrössen in einfacher Weise zu einem Wert zusammenfassen lassen, der der Kraftstoffmenge pro Takt proportional ist. Daraus ergibt sich als weiterer Vorteil, dass durch Austausch eines oder mehrerer Diodennetzwerke auf einfachste Weise eine Anpassung an die unterschiedlichen Betriebskennlinienfelder anderer Brennkraftmaschinen erzielt wird, ohne zugleich auch andere Wandler verwenden zu müssen, da die erforderliche Anpassung zwischen Wandler und Ansauggrösse allein durch die Netzwerke realisiert wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektronische Steueranlage für die Kraftstoff-Einspritzung in Brennkraftmaschinen, bei der die jeweils abgegebene Kraftstoffmenge von der Länge eines Impulses bestimmt wird, wobei die Impulslänge der optimalen Kraftstoffmenge pro Takt der Maschine proportional ist, und bei der über eine Verstärkerstufe elektromagnetische Einspritzventile vorzugsweise in der Ansaugleitung erregt werden und den Betriebszustand der Maschine kennzeichnende Grössen (z.
B. die Drehzahl) in Form elektrischer Spannungen auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass diese Spannungen als Eingangsgrössen an jeweils ein an sich bekanntes funktionsbestimmendes Diodennetzwerk angelegt sind, dass die durch Leitwerte dargestellten Funktionswerte der einzelnen Diodennetzwerke in an sich bekannter Weise additiv zu einer resultierenden Funktion zusammengefasst sind und dass der Leitwert mittels einer einem RC-Generator entnommenen Wechselspannung abgefragt wird, wobei der erhaltene Wechselstrom nach Gleichrichtung einen elektronischen Strom-Zeit-Wandler steuert, dessen Ausgangsimpulse in ihrer Länge der optimalen Kraftstoffmenge pro Takt der Maschine proportional sind.