-
Elektronische Steueranlage für die C, Kraftstoff-Einspritzung in Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine 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.
-
Bei Kraftstoff-Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen ist es erforderlich,
daß die pro Arbeitshub der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge in
einem bestimmten Verhältnis zu der pro Arbeitshub angesaugten Luftmenge, steht.
Je nach der Art des benutzten Kraftstoffes, der Art des Arbeitsverfahrens und der
Methode der Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches muß dieses Verhältnis zur Erzielung
günstigsten Wirkungsgrades, zur Vermeidung von Schäden an der Brennkraftmaschine
und aus anderen Gründen dem theoretisch günstigsten Verhältnis von Kraftstoff- zu
Luft-Menge mit größeren oder geringeren Toleranzen entsprechen. Bei Brennkraftmaschinen,
welche hohe Anforderungen an die genaue Einhaltung eines bestimmten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses
stellen, bereitet die präzise Einhaltung dieses Verhältnisses über die gesamte Betriebsdauer
der Brennkraftmaschine große Schwierigkeiten, wenn die Brennstoffmenge durch einen
mechanisch arbeitenden Reguliennechanismus bestimmt wird, da dieser Mechanismus
einerseits in der Herstellung wegen der erforderlichen engen Toleranz mechanischer
und im allgemeinen vergleichsweise kleiner Bauteile hohe Kosten verursacht und andererseits
durch sein Arbeiten im Betrieb einem gewissen Verschleiß unterworfen ist.
-
Es sind deshalb bereits Reguliervorrichtungen vorgeschlagen worden,
welche nicht auf mechanischem, sondern auf elektronischem Wege die Einhaltung des
vorgeschriebenen Benzin-Luft-Gemisches nach Zusammensetzung und Menge für die verschiedenen,
z. B. durch die Drehzahl und das Drehmoment der Brennkraftmaschine besehreibbaren
Betriebspunkte der Brennkraftmaschine anstreben. Einige dieser Vorrichtungen bewirken
eine je nach der geforderten Kraftstoffmenge verschieden lange öffnung eines
Magnetventils oder eine verschieden lange und/oder verschieden intensive Betätigung
einer magnetischen Pumpe im Takt der Matorumdrehungen.
-
Eine dieser elektronischen Steuerungen für Einspritzanlagen der beschriebenen
Art verwendet zum Zweck der Variation der elektrischen Impulse in ihrer Länge und/oder
Intensität einen Regulierwiderstand, welcher von dem im Ansaugrohr des Motors herrschenden
Unterdruck mechanisch verstellt wird, sowie zusätzlich einen oder mehrere mechanisch
betätigte Regulierwiderstände, deren Widerstands-werte von der Drosselklappenstellung
und der Stellung verschiedener mechanischer Druck- und Temperatur-C Creber abhängen.
Obwohl die Verwandlung der verschiedenen Widerstandswerte in die Länge des elektrischen
Impulses für die Betätigung der magnetischen Einspritzungsorgane elektronisch vorgenommen
wird, haftet dieser Anlage noch der Nachteilan, daß die Vielzahl mechanischer Regulierwiderstände
zu durch mechanische Einwirkungen, z. B. Verschmutzung und Abnutzung, bedingten
Betriebsstörungen Anlaß geben kann.
-
Es sind daher weitere Vorschläge bekanntgeworden, welche zum Ziel
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, während für den Abgriff der
Drosselklappenstellung und des im Ansaugrohr herrschenden Unterdrucks 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 Wiekluno, eine
mehr oder minder große Wechselspannun- erzeugt. Diese Wechselspannung kann bei passender
Wahl der mechanischen Abmessungen und übersetzungsverhältnisse der pro Takt erforderlichen
Brennstoffmenge proportional gemacht werden und bewirkt nach Umsetzung in eine ihr
proportionale Länge des Betätigungsimpulses für das magnetische Organ die Abspritzung
der für den jeweiligen, durch C,
Drehzahl und Fahrfußhebelstellung beschriebenen
Betriebspunktes der Maschine richtigen Kraftstoffmenge. Bei diesem Vorschlag sind
zwar keine mechanischen Verstellwiderstände vorgesehen, jedoch ist auch hier die
Möglichkeit zu Verschleißerscheinun-Cren, welche die Genauigkeit beeinträchtigen
können, bestehen geblieben, insofern, als die verschiedenen Lagerstellen des rotierenden
Magneten und der durch die Wirbelströme mitgenommenen Glocke dem Verschleiß unterworfen
sind. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnuna 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 Kraftstoff-Einspritzung
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 Umsetzunc, der Drosselklappenstellung in einen elektrischen Aus--angswert
müssen eine nichtlineare Kennlinie besitzen, weil die von der Brennkraftmaschine
angesauate Luftmen-e dem öffnun swinkel der Drossel-C C 9
klappe nicht proportional
ist. Dieser nichtproportionale Zusammenhang kann durchaus auch noch von der Drehzahl
der Brennkraftmaschine abhängen. Selbst mit nichtlinearen Meßwandlern kannalso nicht
immer eine einwandfreie Gemischzusammensetzung erzielt werden. Nichtlineare Verstellwiderstände
sind jedoch schwierig mit der erforderlichen Genauigkeit herzustellen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-Crrunde, 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 Brennstoff-Luft-Gemisch hergestellt wird. Die
Lösung dieser Aufgabe wird durch die erwähnten, nichtlinearen Zusammenhänae zwischen
den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und der die Kraftstoffmenge pro Arbeitstakt
bestimmenden elektrischen Impulslänge erschwert.
-
Die genannten Nachteile werden bei einer Steueranlage eingangs geschilderter
Art gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß diese Spannungen als Eingangsgrößen
auf jeweils ein funktionsbestim-C, mendes Diodennetzwerk gegeben werden, daß die
,durch Leitwerte dargestellten Funktionswerte der einzelnen Diodennetzwerke additiv
zu einer resultierenden Funktion zusammengefaßt sind und daß der Leitwert mittels
einer einem RC-Generator entnommenen Wechselspannung abgefragt wird, so daß der
erhaltene Wechselstrom nach Gleichrichtung einen elektronischen Strom-Zeit-Wandier
steuert, dessen Ausgan,-simpulse in ihrer Länge der optimalen Benzinmenge pro Takt
der Maschine proportional sind.
-
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
näher beschrieben. Darin zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung der
erfindungsgemäßen Anordnung, Fig.2 die Schaltung der verwendeten Widerstandsnetzwerke
und F i g. 3 die Schaltung eines 1 0-kHz-Generators. Die Anordnung
besteht aus sechs Stufen 1, 3, 4, 5, 6, 7 (F i g. 1). In die
erste Stufe, den Funktionswandler 1, werden verschiedene, im speziellen Fall
zwei Eingangsgrößen 2, 2' als Parameter 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, die der funktionellen Verknüpfung von Ein-und
Ausgangsgröße dienen. Das einzelne Diodennetzwerk (F i g. 2) besteht aus
parallelgeschalteten Diodenstrecken, welche schrittweise nacheinander durch die
Eingangsgröße geöffnet bzw. geschlossen werden. In Reihe mit den Diodenstrecken
liegen entsprechend dem gewünschten Funktionsverlauf ausgewählte Widerstände, welche
beim öffnen der jeweiligen Diodenstrecke additiv zu einem Summenleitwert beitragen.
Die einzelnen Diodenstrecken sind mit Hilfe von Spannungstellern so vorgespannt,
daß für jede einzelne Diodenstrecke ein bestimmter Eingangswert zum öffnen bzw.
Schließen der Strecke erforderlich ist. Die beiden getrennten Diodennetzwerke arbeiten
so zusammen, daß sich ihre jeweiligen Leitwerke addieren. Damit wird es möglich,
zwei Eingangsgrößen mit einer Ausgangsgröße zu verknüpfen, d. h. mit anderen
Worten, eine mehrdimensionale Funktion darzustellen. Wird das erste Diodennetzwerk
mit einer Eingangsgröße beaufschlagt, welche proportional der Drosselklappenstellung
der Brennkraftmaschine ist, und das zweite Diodennetzwerk mit einer Eingangsgröße
beaufschlagt, welche proportional deren Drehzahl ist, dann ergibt sich eine Ausgangsgröße,
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
Wechselsparmung benutzt. Der abgelesene Summenleitwert erscheint dann in Form eines
Wechselstromes. Die zur Abfragung der Diodennetzwerke erforderliche konstante Wechselspannung
wird in einem Wechselspannungsgenerator 3 (F i g. 1) erzeugt. Dieser
besteht aus einem an sich bekannten RC-Oszillater, welcher als frequenzbestimmendes
Glied eine Wien-Brücke enthält.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Ausgangsspannung
des Generators dadurch unabhängig von Last, Temperatur und Speisespan7
nungsschwankungen
gemacht, daß in die Rückkopplungsleitung 11 (F ig. 3) des RC-Oszillators
12,13
ein von der Ausgangsspannung steuerbarer Widerstand gelegt ist. Dieser
Widerstand wird dargestellt durch die Emitter-Kollektor-Strecke des in Basisschaltuna
betriebenen Transistors 14. Der Transistor 15 dient nur als Impedanz-Wandler
und ist an der Funktion nicht beteilip-t. Die Steuerung des Emitter-Kolick#or-Widerstandes
des Transi-,tors 14 geschieht wie foln Der vom Oszillator 12, 13 gesteuerte
Endstufentransistor16 des Generators verstärkt die Oszillatorspannung. Von einem
im Kollektorzweig dieses Transistors lie-enden 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 Zenerdiode 19, der Basis-Emitter-Spannung
des Transistors 20 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. Dieses
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 Generatoraus angsspannung wird über
den be-9 c, schriebenen 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 Generatorausgangsspannung ihren alten Sollwert wieder anstrebt.
Mit Hilfe des im Emitterteiler des Transistors 20 liegenden NTC-Widerstandes 22
wird erreicht, daß die Sollwertspannunf temperaturunabhängig wird. Ein übersteuern
des Transistors 14 beim Einschalten des Gerätes infolge eines zu großen Regelbefehls
wird durch das öffnen der Diode 23
vermieden.
-
Der Kern des Ausgangsübertragers (Transformator 17) trägt eine
weitere, mit der Ausgangswicklung fest gekoppelte und die zu stabilisierende Generatorausgangsspannung
hochtransformierende Wicklung 17'.
-
Die Stufe 4 (F i g. 1) 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 sogenannten Strom-Zeit-Wandler, wird der der Benzinmenge proportionale
Gleichstrom in eine der Benzinmenge proportionale Impulsdauer umgewandelt. Die Strom-Zeit-Wandlung
wird in an sich bekannter Weise durch Auf- oder Entladung von RC-Kombinationen mit
konstantem Strom bewirkt. Hierbei ist den RC-Gliedem eine mit einer Ansprechschwelle
ausgerüstete Schalteinrichtung 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 Ausgangsimpuls. Das Ende des Ausgangsimpulses ist dann erreicht,
wenn die Spannung des RC-Gliedes die Schaltschwelle dor nacht-Deschalteten 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 so-enannten 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 weiter-Cleschaltet, 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-Zeit-Wandler kommenden Impulse übereinstimmt. Jeder Ausgang
des elektronischen Verteilers steuert übzr jeweils einen in bekannter Technik ausgeführten
elektronischen Verstärker 7 ein dem betreffenden Verteilerausgang zugeordnetes
elektromagnetisches Einspritzventil 8.
-
Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden di#e von Meßwandlern gelieferten,
den Betriebsparametern der Maschine proportionalen Spannungen mittels der Diodennetzwerke
so verzerrt, daß sich deren Ausgan 'gsgrößen 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 zu-leich auch andere Wandler verwenden zu müssen, da die erforderliche
Anpassung zwischen Wandler und Ansauggröße allein durch die Netzwerke realisiert
wird.