DE1798339A1

DE1798339A1 - Steuersystem fuer einen elektromechanischen Wandler

Info

Publication number: DE1798339A1
Application number: DE19681798339
Authority: DE
Inventors: Benson Glendon M
Original assignee: Physics International Co
Current assignee: Physics International Co
Priority date: 1967-09-27
Filing date: 1968-09-27
Publication date: 1971-12-02
Also published as: US3500799A; DE1798339C3; DE1798339B2; FR1585514A; SE362471B; GB1250524A; GB1250523A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. r.

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

SBPO

8 MÜNCHEN 27, DEN

Physics International Company, möhlstrasse 22, rufnummer 433921/22 27OO Merced Street, San Leandro,
California / USA

Steuersystem für einen elektromechanischen Wandler

Die Erfindung betrifft ein System zur Ein- und Ausschaltung elektromechanischer V/andler mit großer Genauigkeit und Geschwindigkeit. Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung bei el ektr ο expansiven V/andlern geeignet, die extrem kurze Ansprechzeiten haben.

Verbesserte elektromechanisehe Wandler erlauben eine Verbesserung und Vereinfachung vieler Maschinenfunktionen und Verfahren, beispielsweise der Kraftstoffeinspritzung in Verbrennungsmaschinen. Derartige V/andler arbeiten unter Verwendung elektroexpansiver, also beispielsweise piezoelektrischer oder ferroelektrischer Elemente, die eine sehr schnelle Ansprechzeit haben. Eine volle Ausnutzung der verbesserten Wandler sowie ihrer kurzen Ansprechzeit erfordert ein Steuersystem, das genau, vielseitig, unempfindlich und einfach ist.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Steuersystem mit diesen geforderten Eigenschaften zu schaffen.

Gelöst v/ird diese Aufgabe durch ein Steuersystem für einen elektromechanischen Wandler mit einem aktiven elektroexpansiven Element zur Betätigung mechanischer Elemente, das gemäß der Erfindung aus einer zeitweise an das elektroexpansive Element zu dessen Ausdehnung anschaltbaren Spannungsquelle, einer Kur'zschlußvorrichtung für das elektroexpansive Element zu dessen Übergang in den Ruhezustand und einer Schaltvorrichtung zur Steuerung der abwechselnden Anschaltung der Spannungsquelle und Kurzschließung des elektrοexpansiven Elementes besteht.

Die Erfindung ist insbesondere zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in Verbrennungsmaschinen mit elektroexpansiven Wandlern geeignet, die eine Kraftstoffpumpe und/oder Kraftstoff ventile betätigen. Da die Erfindung ein für derartige Wandler geeignetes elektrisches Steuersystem darstellt, kann die Kraftstoffeinspritzung sehr genau und präzise durch die Umdrehungszahl, die Betriebstemperatur, das abgegebene Drehmoment und ähnliche Werte der Verbrennungsmaschine gesteuert v/erden.

Die elektrische Steuerung der Kraftstoffeinspritzung ermöglicht die Verwendung von Pestkörperanordnungen zur Steuerung der ' Maschinendrehzahl, derartige Anordnungen sind weniger der Ab-

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nutzung unterworfen als die bisher verwendeten mechanischen. Daher ermöglicht die Erfindung eine viel längere Lebensdauer von Steuervorrichtungen als dies bisher möglich war,

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung an Hand der Piguren hervor. Es zeigen:

Pig. 1 das Schaltschema eines gemäß der Erfindung ausgebildeten

Steuersystems,
Pie;. IA einen teilweise schematischen Seitenschnitt eines elektromechanischen Betätigungsorgans, für das die

Erfindung besonders geeignet ist, Pi.;:. 2 das Schaltschema einer anderen Ausführungsforu des

erfindungsgemäßen Steuersystems, Pi-:;. 3 das Schaltschema eines Hehrfachsteuersystems mit dem Prinzip der in Pig. 2 gezeigten Anordnung zur Steuerung

der Kraftstoffeinspritzung in eine Verbrenntuigsmaschine, gig. 3A eine Abwandlung der in Pig. 2 gezeigten Schaltung, die zur Steuerung der Zündung einer Verbrennungs-

maschine geeignet ist,
Pig. 4 das Schaltschema einer v/eiteren Ausführungsform

eines Steuersystems gemäß der Erfindung, Fig. 3 das Schaltschema eines Steuersystems mit digitaler

Betätigung eines Wandlers,
Pig. 5A, 5B und 5C Darstellungen der in Pig. 5 gezeigten

Schaltung in verschiedenen Betriebszuständen, Pig. 6 das Schaltschema eines Steuersystems zur digitalen Betätigung eines Wandlers durch eine Wechselstromquelle,

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Pi'g. 6A das S ehalt schema eines Steuersystems mit gegenüber der Anordnung gemäß Fig. 6 vorgesehenen Abänderungen,

Pig. 7 das Schaltschema eines Steuersystems zur sehr schnellen Einschaltung eines elektromagnetischen Betätigungsorgans und

Pig. 8 das Sehaltschema eines Steuersystems mit einer Punktion ähnlich derjenigen der in Pig. 4 gezeigten Anordnung, jedoch mit einigen Abänderungen.

In Pig. 1 ist eine Ausführungsform eines Steuersystems für einen elektroexpansiven piezoelektrischen Wandler dargestellt, ein derartiger Wandler wird in einer anderen Patentanmeldung vorgeschlagen. Der Wandler ist mit einer elektrischen Eingangsklemme 13 verbunden, an die die .erfindungsgemäße Steuerschaltung 'angeschaltet wird. Diese enthält eine Gleichspannungsquelle 14, die eine Spannung im Kilovolt-Bereich erzeugt. Diese Spannung ist an den Klemmen 14a, 14b und 14c abnehmbar. An die Klemmen 14a und. 14c ist ein erster Kondensator 16, an die Klemmen 14b und 14c ein zweiter Kondensator 18 angeschaltet. Die Kondensatoren werden durch die Spannungsquelle 14 aufgeladen, und zwar der Kondensator 16 positiv, der kondensator 18 negativ gegenüber Erde. Zur steuernden Verbindung des Kondensators 16 mit dem Wandler 12 ist ein Schalter 20 zwischen beiden Elementen vorgesehen. Eine variable Impedanz 22 ist mit dem Schalter in Reihe geschaltet, so daß eine Einstellung der Anstiegszeit des über den Schalter 20 auf den Wandler gegebenen Signals

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möglich ist. Eine ähnliche Schaltung ist dem Kondensator 18 zugeordnet, sie besteht aus dem Schalter 24 und der variablen Impedanz 26. Die variablen Impedanzen 22 und 26 ermöglichen eine iinderung der Anschaltegeschwindigkeit des ,/andlers und damit eine Steuerung seiner Betriebseigenschaften.

Die Schalter 20 und 24 sind mit Steuerelektroden 20a und 24a versehen, die an eine Triggerschaltung 28 angeschlossen sind. Die Triggers chaltung 28 ist auf übliche V/eise ausgebildet und mit den Eiii£aii£sleitungen 30a und 30b sowie mit Schaltelementen versehen, die die Eingangssignale auf den Eingangsleitungen in Spannungs- und/oder Stromimpulse geeigneter Größe und Polarität zur Betätigung der Schalter 20 und 24 umsetzen. Die Triggerschaltung 28 enthält ferner einen Impulsgenerator zur Steuerung eines Ausschalters 32, der dem Schalter 20 zugeordnet ist, sowie eines Ausschalters 34, der dem Schalter 24 zugeordnet ist. Die Ausschalter 32 und 34 dienen zur Entladung der in dem Wandler kapazitiv gespeicherten Energie. Der Schalter 32 ist über eine variable Impedanz 36, der Schalter 34 über eine variable Impedanz 38 an Erde geschaltet. Eine voneinander unabhängige Änderung der Impedanzen 36 und 38 ermöglicht zwei ausgeprägte Zeitverläufe zur Steuerung der Entladungsseit und Entladungsgeschwindigkeit des Wandlers. Die Schalter 32 und sind mit Steuerelektroden 32a und 34a versehen, die an die Triggerschaltung 28 angeschaltet sind. Die Triggerschaltung 28 führt diesen Steuerelektroden abhängig von der Ansteuerung

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tiber die Rückkopplungsleitungen 40 und 42 ein Signal au.

Wie aus Pig. IA hervorgeht, sind die Leitungen 40 und 42 mit Fühlern 44 und 46 des Wandlers 12 verbunden. Diese ermöglichen eine Feststellung der jeweiligen Lage eines Servoventils, üie können kapazitiv, induktiv oder mit dem Hall-Effekt arbeiten.

Aus Fig. IA ist zu ersehen, daß der Wandler 12 in einem Ge-P häuse 48 einen elektroexpansiven Modul 50 enthält, der ein fester oder flüssiger Körper ist und bei Anschaltung einer elektrischen Spannung eine Verformung erfährt. Eine Ausführungsform eines Moduls 50 besteht aus einem Körper, der aus einem Stapel Scheiben 52 gebildet ist, die bei Anschaltung einer elektrischen Spannung verformt werden. Zwischen jeweils zwei Scheiben ist eine leitfähige Elektrode vorgesehen, wobei die Elektroden abwechselnd derart beschaltet werden, daß eine Elektrodengruppe 54 mit dem geerdeten Gehäuse 48, die andere fc Elektrodengruppe 56 mit der Eingangsklemme 13 verbunden ist. Zur Verbesserung der Zuverlässigkeit des Wandlers können v/eitere Elektrodengruppen und Scheiben vorgesehen sein. Die Scheiben sind in mechanischer Hinsicht in Reihe, in elektrischer Hinsicht parallel angeordnet, so daß eine .an die Eingangsklemme 13 angeschaltete Spannung eine Verformung des Stapels in axialer Richtung bewirkt. Ob diese Verformung eine Verlängerung oder Verkürzung des Stapels ist, hängt von der Polarität des an die Eingangsklemme 13 angeschalteten

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üi^nala ab. Bind v/eitere Elektroden vorhanden, so können mehrere parallele Stromkreise gebildet werden.

Das eine Ende des Moduls 50 ist starr mit einer Abschlußplatte 46a des Gehäuses 46 verbunden. Das andere Ende des Stapels führt einen Kolben 58. Dieser ist im Gehäuse 48 in einer gummiartigen Dichtung 60 oder in einer L'ietallbalgendichtung geführt, die eine Bewegung des Kolbens durch axiale Ausdehnung und Zusammenziehung des el?ktrοexpansiven Stapels 50 ermöglicht. Die Dichtung 60 verhindert ferner einen Durchtritt von Flüssigkeit an dem Kolben vorbei, so daß dieser den Abschluß einer flüssigkeitsdichten Kammer 62 bildet. Diese ist mit jeder geeigneten inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt und steht mit einem Ventilkörper 64 in Verbindung, der in einer Ventilkammer 66 verschiebbar vorgesehen ist. Das der Kammer 62 zugewandte Ende des Ventilkörpero 64 ist mit einer gummiartigen Dichtung 68 oder mit einer I.ietallbalgeiidichtung versehen, die eine Bewegung des Ventilkörpers innerhalb der Kammer 66 und einen Durchtritt von Flüssigkeit von der Kammer 62 in die Kammer 66 verhindert. Der Ventilkörper ist derart angeordnet, daß er bei abgeschaltetem Stapel 50 die in Fig. IA gezeigte mittlere Lage einnimmt. Eine Druckfeder 70 hält ihn in dieser Lage. Der Ventilkörper 64 ist aus der mittleren neutralen Lage innerhalb seiner Kammer 66 nach rechts und nach links bewegbar. Mit der Kammer 66 steht eine Eintrittsöffnung 72 in Verbindung, durch die Flüssigkeit unter Druck von einem nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter zuge-

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führt v/ird. Ferner steht mit der Kammer 66 eine Austrittsöffnung 74 in Verbindung. Wird der Ventilkörper 64 nach links bewegt, so gelangt Flüssigkeit unter Druck von der Eintrittsöffnung 72 in den Kanal 74. Die Ventilkammer 66 ist ferner mit einer Austrittsöffnung 76 versehen, die mit der Eintrittsöffnung 72 in Verbindung steht, wenn der Ventilkörper 64 nach rechts bewegt wird. Die Kanäle 74 und 76 wirken auf die beiden Enden einer zweiten Ventilkammer 78, in der ein zweiter Ventilkörper 80 verschiebbar vorgesehen ist. Er ist ähnlich dem Ventilkörper 64 ausgebildet, jedoch hat er einen größeren Querschnitt. Der Ventilkörper 80 verbindet die Eintrittsöffnung 72 mit einer von zwei Austrittsöffnungen 82 und 84. Diese stehen mit den beiden Seiten eines Betätigungskolbens 86 in Verbindung, der in einer zylindrischen Kammer 87 angeordnet ist und dessen Kolbenstange 88 durch das Gehäuse 48 nach außen geführt ist. Ein zu betätigendes mechanisches Element kann mit der Kolbenstange 88 gekoppelt werden. Die Ventilkammern 66 und 78 sind mit Rückflußöffnungen 89 versehen, die bei Bewegung der Ventilkörper in den Kammern eine Rückführung der Flüssigkeit zu ihrem Druckbehälter ermöglicht.

Die Betriebsweise dieses elektromechanischen \/andlers ist folgendermaßen: Befindet sich der elektroexpansive Modul 50 im ausgeschalteten Zustand, so nehmen die Ventilkörper 64 und 80 ihre in Fig. IA dargestellte Lage ein. Unter der Annahme, daß auf die Leitung 30a der Triggerschaltung 28 ein Eingangssignal gegeben wird, das in ein Steuersignal für die

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Steuerelektrode 2üa des Schalters 20 umgesetzt wird, erfolgt eine Schließung dieses Schalters. Me Aufladespannung des Kondensators 16 wird dadurch auf die Eingangskienuae 18 des v/andlers 12 und damit des el elctr ο expansiven Moduls 50 gegeben. Der Modul wird derart verformt, daß der Kolben 58 in Fig. IA nach unten bewegt wird. Dadurch v/ircl dor Ventilkörper 64 gegen die Kraft der Feder 70 nach rechts bewegt. Die Eintrittsöffnung 72 wird mit dem Kanal 76 verbunden. Die Ventilkörper 64 und 80 stehen unter ausgeglichenen Druckeinwirkungen, so daß ihre Be- m wegung nur eine minimale Kraftwirkung erfordert. Die Bewegung des Ventilkörpers 80 setzt sich so lange fort, bis die Fühlvorrichtung 46 die äußerste rechte Lage feststellt. Dadurch wird ein Signal auf die Triggerschaltung 28 über die leitung 42 gegeben, welches eine Betätigung des Entladungsschalters 32 mittels eines geeigneten Steuersignals an der Steuerelektrode 32a bewirkt. Die Entladung des Moduls 50 hat eine Rückkehr des Kolbens 58 und des Ventilkörpers 64 in die in Fig. IA gezeigte neutrale Lage zur Folge. Die Entladungsgeschwindigkeit ist durch die Größe der Impedanz 36 bestimmt. Eine Bewegung des Ventilkörpers 80 nach rechts bewirkt einen Durchgang der Flüssigkeit unter Druck von der Eintrittsöffnung 72 zum Kanal 84, wodurch der Kolben 86 im Zylinder 87 nach rechts bewegt und über die Kolbenstange 88 ein angekoppeltes mechanisches Element betätigt wird. Die Bewegung des Kolbens 86 setzt sich so lange fort, bis der Kolben das Ende seines Hubes erreicht oder bis der elektroexpansive Modul 50 durch eine Spannung entgegengesetzter

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Polarität aus dem Kondensator 18 über den Schalter 24 eingeschaltet wird. Dadurch wird der Kolben 58 nach oben und der Ventilkörper 64 nach links bewegt. Die Flüssigkeit unter Druck läuft nun über den Kanal 74, so daß der zweite Ventilkörper 80 in seine mittlere Lage zurückgeführt wird.

Zur Bewegung der Kolbenstange 88 und des angekoppelten mechanischen Elementes nach links sind folgende Funktionen erforderlich: Der Schalter 24 wird durch Anlegen eines Steuersignals an die Eingangsleitung 30b der Triggerschaltung und ein Steuersignal an der Steuerelektrode 24a geschlossen. Dadurch v/ird der Modul 50 des Wandlers 12 auf eine der negativen Ladung des Kondensators 18 entsprechende negative Spannung aufgeladen, so daß der Kolben 58 aufwärts bewegt wird. Dadurch kann die Feder den ersten Ventilkörper 64 nach links bewegen. Als eine Folge davon wird die Druckflüssigkeit von der Eintrittsöffnung 72 über den Kanal 74 auf die rechte Seite des zweiten Ventilkörpers 80 geleitet. Dieser wird nach links bewegt, wodurch die Druckflüssigkeit über den Kanal 82 auf die rechte Seite des Kolbens 86 gelangt. Erreicht der Ventilkörper 80 seine äußerste linke Lage, so liefert die Fühlvorrichtung 44 über die Leitung 40 ein Signal an die Triggerschaltung 28. Diese erzeugt ein Steuersignal für die Steuerelektrode 34a zur Entladung des Moduls 50 über die variable Impedanz 38. Dadurch wird der Kolben 50 in seine neutrale Lage abwärts bewegt. Die dadurch erzeugte Kraft bewirkt eine Bewegung des Ventilkörpers 64 nach rechts gegen die Kraft der Feder 70, so daß er seine

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neutrale Lage innerhalb der Ventilkammer 66 einnimmt. Auf diese ,/eise wird die Flüssigkeitsströmung durch den Kanal 74 unterbrochen, und die Kraftvvirkung auf den Ventilkörper 80 ist "beendet. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 86 bleibt also konstant, bis der Modul 50 in entgegengesetzter Kiclitung durch Schließen des Schalters 20 verformt wird.

Eine andere Ausführungsform 90 eines Steuersystems nach der Erfindung ist in Pig. 2 dargestellt. Ein elektromechanischer 'wandler 92 enthält als aktives Element einen elektroexpansiven i.iodul mit den im Zusammenhang mit Pig. IA beschriebenen Eigenschaften. An dieser Stelle verwendbare Wandler arbeiten mit aktiven Elementen aus piezoelektrischem Material, wie sie in der US-Patentschrift 5 194 162 und der Patentanmeldung U.S. Ser.Ho. 484 404 vom 1. September 1965 beschrieben sind. Zum Verständnis der in Fig. 2 gezeigten Schaltung sei angenommen, daß der Wandler 92 mit dem Einspritzventil einer Verbrennungsi-iaschine gekoppelt ist. Der Wandler ist an die Hochspannungsquelle 94 über einen Hochspannungsschalter 96 anschaltbar. jjie Hochspannungsquelle 94 ist auf übliche Weise ausgebildet und liefert eine Ausgangsspannung im Kilovolt-Bereich, der Schalter 96 kann eine Funkenstrecke, ein gesteuerter SiIicium-Gleichriehter o.a. sein. Die Spannungsquelle kann uit einer variablen Spannung auf einen Kondensator arbeiten, der wiederum mit der Ausgangsklemme 94 verbunden ist. Das System ist derart ausgebildet, daß eine Schließung des Schalters

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96 die Gleichspannungsquelle mit dem Wandler 92 verbindet und eine Verformung des elektrοexpansiven Stoffes bewirkt, der zur Nutzung dieser Verformung mit einem mechanischen Element gekoppelt ist.

Zur Steuerung bzw. Schließung des Schalters 96 wird ein zeitlich gesteuerter Impuls der Steuerelektrode 96a des Schalters von einer Zeitgebervorrichtung 98 aus zugeführt. Biese kann aus einer optischen oder magnetischen Abtastvorrichtung bestehen, Sie ist in der Zeichnung beispielsweise als magnetische Abtastvorrichtung mit einem Arm 99 dargestellt, der auf einer drehbaren Achse 100 befestigt ist. Die Abtastvorrichtung enthält ein Auswerteelement 101, in dem ein Impuls bei jeder Drehung des Armes 99 erzeugt wird. Ist .der elektromechanische V/andler 92 mit einer Einspritzvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine gekoppelt, so wird die Achse 100 mit einer der Drehzahl der Verbrennungsmaschine proportionalen Drehzahl bewegt. Ein Transformator 102 dient zur Erzeugung eines zur Schließung des Schalters 96 ausreichend starken Signals. Auf diese Weise wird bei jedem in der Abtastvorrichtung 98 erzeugten Signal die Hochspannungsquelle 94 mit dem Wandler 92 verbunden, so daß dieser betätigt wird.

Elektrοexpansive und insbesondere piezoelektrische Wandler stellen eine kapazitive Belastung dar, so daß nach einmal erfolgter Aufladung der jeweilige Modul bis zur Entladung in

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seinem verformten Zustand vcrbluiüt. Zur gesteuerten Entladung ist ein aweiter Hochspannungsschalter 104 vorgesehen, der mit dem V/andler 92 verbunden ist und über das Element 106 eine Verbindung nach Erde schafft. Der Schalter 104 ist mit einer Steuerelektrode 104a versehen, die bei Ansteuerung eine Schließung des Schalters und eine Verbindung zwischen dem Y/andler und Erde bewirkt, so daß der V/andler entladen und seine Verformung rückgängig gemacht wird. Es sei bemerkt, daß die Ladungs- und Entladungswege für den V/andler 92 über variable Impedanzen verlaufen. Diese ermöglichen eine Änderung der Ein- und Ausschaltegeschwindigkeit des Wandlers 92.

Auf der Achse 100 ist eine zweite magnetische Abtastvorrichtung 108 vorgesehen, die aus einem Arm 109 besteht. Dem Arm 109 ist eine elektrische Auswertevorrichtung 110 zugeordnet, die bei Drehung der Achse 100 elektrische Impulse erzeugt. Hit der Auswertevorrichtung 110 ist ein Transformator 111 verbunden, der ein zur Schließung des Schalters 104 ausreichend starkes Steuersignal für die Steuerelektrode 104a erzeugt. Der Arm ist auf der Achse 100 befestigt und gegenüber der Abtastvorrichtung 98 derart angeordnet, daß zwischen einem Einsehalte- und einem Ausschaltesignal für den Wandler 92 ein vorgegebener Zeitraum liegt. Bei Verbrennungsmaschinen wird die Achse 100 mit einer der Drehzahl der Maschine proportionalen Drehzahl getrieben, so daß die mit dem Wandler 92 bewirkte Einspritzung genau zur richtigen Zeit und für die richtige Dauer erfolgt.

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Die Lage der Auswerteeleraente 101 und 110 ist umuih'^vjivoneinander einstellbar, so daß eine genaue Einstellung der Ein- und Aus schal te zeit des Wandlers 92 relativ zur Lage der Achse 100 möglich ist.

Das in Fig. 2 gezeigte Steuersystem arbeitet also extrem einfach, schnell, genau und ist innerhalb eines ausreichenden Bereiches zur Anpassung an alle gewünschten Betriebsei^enschäften einstellbar.

Ein Steuersystem der in Pig. 2 gezeigten Art kann leicht für eine Mehrzylinder-Verbrennungsmaschine verwendet v/erden, wie sie in Pig. 3 dargestellt ist. Diese Verbrennungsmaschine hat vier Zylinder, von denen jeder mit einer elektrοexpansiv betätigten Einspritzeinrichtung 116 versehen ist. Jede Einspritzvorrichtung hat eine Eingangskiemme 116a, über die eine elektrische Ansteuerung eines elektrοexpansiven Moduls erfolgt, so daß dieser entweder ein Kraftstoffventil oder den Kolben einer Einspritzpumpe betätigen kann. Eine Schaltung 90, wie sie in Pig. 2 dargestellt ist, dient zur Steuerung der Einspritzventile und ist jeweils einem Ventil zugeordnet. Die aus den Betriebseigenschaften der Maschine abgeleiteten Steuersignale werden den Steuerschaltungen über die Welle 100 zugeführt, die über die Kopplung 118 mit der Kurbelwelle 122 der Maschine verbunden ist. Die Steuersysteme 90, 90*, 90" und 90*'^f sind den verschiedenen Einspritzventilen 116 zugeordnet und enthalten die in Pig. 2 dargestellten Arme

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99 uiiu 109, uie Über die ,Zelle lüü gedreht werden. I)ie jeweilige La^e der Arue auf der welle 10ü ist einstellbar, so dab eine genaue Einstellung dar Einspritzzeit in die Zylinder möglich ist. Dadurch ergibt sich ein Betrieb mit .hohem Wirkungsgrad. Das in Fig. 3 gezeigte System enthält weitere bekannte Elenente, beispielsweise einen Kraftstofftank 124» der über eine Ausgangsleitung 126 uit einem Kraftstoff-Filter 128 verbunden ist. Eine i-iuape 1'jSO treibt den gefilterten Kraftstoff in eine Hochdruckleitung 132. Die Leitung 132 ist mit einer Anzahl Anschlüssen 134 versehen, die den Kraftstoff zu den verschiedenen l^ncrrit^ventilen 116 leiten. Die Ventile sind mit Abfühniii;;sleitungeii versehen, die gemeinsam in eine Abführungs-1eitune 136 einmünden, welche wiederum in die Hauptrückführungsleitung 13o geführt ist. Die Hochdruckleitung 132 enthält ein Ablaßventil 140, dessen Ausgangsleitung gleichfalls mit der laickführungsleitung 158 verbunden ist.

Beim Betrieb der Maschine 114 erzeugt die Pumpe 130 den Kraftstoff druck in der Leitung 132, so daß dieser auch an den Ventilen der elektromechanischen Wandler 116 auftritt. Die Welle 100 wird durch die Drehung der Kurbelwelle 122 gedreht. Die jeweiligen Wandler werden nacheinander geladen und entladen, so daß der Kraftstoff in der jeweils richtigen Menge und zur jeweils richtigen Zeit in die Zylinder der Verbrennungsmasehine gelangt. Da jede Steuerschaltung 90, 90', 90" und 90'" Arme 99 und 109 (Fig. 2) zur Öffnung und Schließung der Ventile 116

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enthält, kann die Öffnung und Schließung leicht eingestellt und genau gesteuert werden, indem die Arme auf der Welle 100 entsprechend eingestellt oder die,Abtastvorrichtungen 101 und 110 gegeneinander versetzt werden. Auf diese Weise wird ein wirksamer Maschinenbetrieb jederzeit sichergestellt. Da dieses Steuersystem auch an andere Mechanismen, wie z.B. Zentrifugalvorschübe, Unterdruckantriebe o.a., anschaltbar ist, ist auch ein Einsatz in bereits vorhandene Maschinen dieser Art möglich.

Fig. 3A zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuersystems, die insbesondere für eine Zündanlage geeignet ist. Da die Schaltung bis auf einen noch zu erklärenden Unterschied identisch mit derjenigen aus Pig. 2 ist, sind die Bezugszeichen aus Fig. 2 mit jeweils einem Index verwendet. Ein gesteuerter Silicium-Gleichrichter 104* dient zur Steuerung der Entladung des Wandlers 92'. Die Steuerelektrode 104a des Gleichrichters ist über den Transformator 111* mit der Signalabtastvorriehtung 108' verbunden. Im Zuge der Entladungsleitung ist die Primärwicklung 141p eines Transformators vorgesehen, der ferner die Sekundärwicklung 141s trägt. Die Sekundärwicklung ist mit einer Ausgangskiemme T verbunden, die mit der Zündkerze desselben Zylinders verbunden ist, Cvjv. eier ./aiidlcr 92' zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung zugeordnet ist. Es ist zu erkennen, daß beim Betrieb einer VerbrennungsDiaschine mit der in Fig. 3A gezeigten Schaltung die Abtastvorrichtung 98' ein zeitlich richtig bemessenes Ladesignal für den elektroexpansiven Wandler 92' liefert, so daß das Kraftstoffeinspritz-

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ventil durch, dessen Steuerung geöffnet v/ird oder die Einspritzpumpe den Kraftstoff einspritzt. Nach einer geeigneten Zeit, die durch den zeitlichen Zusammenhang zwischen der Auswertevorrichtung 108 und der Auswertevorrichtung 98 bestimmt ist, wird das Signal dem gesteuerten Silicium-ü-leichrichter 104' zugeführt, so daß der V,^randlermodul über die Primärwicklung 141p entladen wird. Dies hat zwei Polgen:

1. Die Kraftstoffeinspritzung v/ird durch Schließen des Ventils oder Ausschaltung der Pumpe über den elektroexpansiven Modul des Wandlers 92' unterbrochen,

2. die Sekundärwicklung 141s wird von der Primärwicklung her erregt, so dais ein Steuersignal für die Zündkerze an der Ausgangskiem^ie T erscheint. Auf diese V/eise kann das erfindungsgemäße Steuersystem leicht zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung eingerichtet werden.

Eine v/eitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt . Diese ist insbesondere für Dieselmotore geeignet, wozu sie einen v/echselstromgenerator 142 mit einem Rotor 144 enthält, der proportional zur Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine (nicht dargestellt) angetrieben wird. Mit dem Hotor 144 werden Pole oder Leiterschienen 146a und 146b gedreht, die die zwischen einer Feldspule 148 und ihr gegenüberstehenden Statorpolen 150 erzeugten Kraftlinien schneiden. Der Generator

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benötigt durch die stationären Feldspulen 148 geringer Induktion und die stationären Statorspulen 150 keinen Kommutator oder Schleifringe, so daß sich eine kompakte und zuverlässig arbeitende Einheit mit einer guten Feldsteuermüglichkeit ergiut. Der Generator erzeugt einen Spannungsanstieg durch das Schneiden von Kraftlinien zwischen den stationären Polen mit den Leitern 146a und 146b sowie durch die Verstärkung der Kraftlinien bei Einschaltung des Feldstromes. Hierzu ist ein Schalter 152 vorgesehen, der als Transistor dargestellt ist und eine Batterie W 154 an die Feldspule 148 des Generators anschaltet. Der Schalter 152 ist mit einer Steuerelektrode 152a versehen, der zur Schliessung des Schalters ein Impuls von der Auswertevorrichtunß 156 zugeführt wird, die als magnetischer Abtaster dargestellt i

Dieser ist mit einem Aru 158 versehen, der mit einer ,/eile 159 an einer Abtastspule 160 vorbeibewegt wird und in dieser beim jeweiligen Vorbeilauf ein Signal erzeugt. Gleichzeitig wird also der Schalter 152 geschlossen und die Feldspule 148 eingeschaltet. Schneidet der Leiterstab 146b des Rotors 144 die Kraftlinien zwischen dem Statorpol 150 und der eingeschalteten Feldspule 148, so wird am Stator ein Impuls erzeugt, der über eine Diode 162 dem elektroexpansiven Wandler 164 zugeführt wird, welcher die Öffnung eines Kraftstoffventils (nicht dargestellt) in einem Dieselmotor oder die Betätigung einer Kraftstoffeinspritzpumpe bewirkt.

Wie bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist ein Entladungsschalter 166 vorgesehen, der einen Entladungsstromv/eg

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üüer eine variaole Impedanz 170 nach Erde 168 schließt und den :,^raiidler auf diese V/eise zur Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung im geeigneten Moment entlädt. Zur richtigen zeitlichen Steuerung des Schalters 166 ist eine zweite Abtastvorrichtung 172 vorgesehen, die als magnetischer Abtaster dargeatellt ist. Sie enthält einen rotierenden Ana 174 auf der Welle 159. Eine Abtastspule 176 erzeugt beim jeweiligen Vorbeilauf des Ar:is ein Signal. 7ie bereits Geschrieben, kann die Lage des Anas 174 gegenüber dem Ana 158 (und/oder die relative Lage der Spulen 160 und 176 gegeneinander) eingestellt werden, so daß die Dauer.der Einschaltung des elektrοexpansiven Wandlers 164 geregelt werden kann.

Die vorstehend beschriebenen Steuersysteme liefern einen besseren './irkuiigsgrad beim Betrieb von Verbrennungsmaschinen. Sie sind in gleicher Weise für uotore mit Funkenzündung wie für Lieselinotore geeignet.

Bei einen mit Punkenzündung arbeitenden Vergasermotor hängt der Betrieb hauptsächlich von der Betätigung der Drosselklappe ab. Bei Personenwagen liegen über 95 )j der Betriebszeit bei einem Leisxuii--;spegel, der sich aus der Stellung der Drosselklappe und dem damit verbundenen Kraftstoffdurchfluß ergibt. Daher bleibt die Luftströmung (kg Luft/sec.) in den Motor fast unabhängig von der Drehzahl bei Vorgabe eines bestimmten öffnungswinkels üer Drosselklappe. Aus diesem Grunde ändert

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• sich die pro Arbeitszyklus verbrauchte Luft umgekehrt mit der Drehzahl "bei konstanteia öffnungswinkel. Damit ergibt sich auch eine umgekehrte Änderung der pro Arbeitszyklus zugeführten Kraftstoffmenge mit der Drehzahl bei konstantem Öffnungswinkel der Drosselklappe, vorausgesetzt, daß das Kraftstoff-Luft-Verhältnis für diese Einstellung unabhängig von der Drehzahl bleibt. Durch die mit den Auspuffgasen erfolgende Luftverdünnung sinkt der Luftverbrauch pro Arbeitszyklus schneller als quadratisch mit der Geschwindigkeit ab. Diese W Verdünnung hat ein fetteres Kraftstoff-Luft-Gemisch mit abnehmender Luftdichte zur Folge, und die Luftverdünnung erhöht sich mit ansteigender Drehzahl bei konstantem Öffnungswinkel der Drosselklappe.

Für den Betrieb während der Zeit, zu der die Drosselklappe als eine nicht kritische Durchflußöffnung arbeitet, steigt die erforderliche Kraftstoffmenge pro Einspritzung weniger als quadratisch mit abfallender Drehzahl bei konstanter Einstelfe lung der Drosselklappe an und hängt nur von der Drehzahl ab. Die Kraftstoff menge kann explizit durch die Drehzahl und die Drosselklappeneinstellung für einen Motor ausgedrückt werden, der bei weit geöffneter Drosselklappe einen konstanten volumetrischen Wirkungsgrad hat. Besondere Motorausführungen verursachen bei diesen Beziehungen eine Abweichung zweiter Ordnung, die leicht kompensiert werden kann.

Als Ergebnis der vorstehenden Überlegungen bezüglich kritischer und nicht kritischer Drosselklappenöffnung kann die Steuerung des

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itb'syst eras für Verbrennungsmotore mit Funkenzündung nun fur Einspritzsysteme bestirnt werden, die piezoelektrisch betätigte Ventile enthalten.

Es sei angenommen, daß ein derartiges Einspritzsystem mit konstantem Kraftstoffdruck arbeitet. Dann ist die pro Einspritzung zugeführte ^raftstoffmenge proportional der Dauer der Einspritzung oder umgekehrt proportional der Drehzahl für eine konstante Drehwinkeldauer. Es wurde jedoch gezeigt, daß die pro Arbeitszyklus erforderliche Kraftstoffmenge umgekehrt proportional der Drehzahl bei konstanter Drosselklappenstellung ist. Der Kraftstoffbedarf kann also erfüllt werden, wenn die Einspritzdauer einer konstanten Anzahl von Drehwinkeln (oder Nockenwinkeln) für jede Drosselklappeneinstellung unabhängig von der Drehzahl im vollständigen Betriebsbereich entspricht, in dem die Drosselklappe als eine kritische Durchflußöffnung wirkt. Da die Einspritzdauer in Drehwinkeln durch die Winkellage der Abtastvorrichtung 172 gegenüber der Abtastvorrichtung 156 bestimmt ist, wird diese Steuerung bei fester Abtastvorrichtung durch einfache mechanische Kopplung der Drosselklappe mit dem nicht rotierenden Gehäuse der Abtastvorrichtung 172 und Beibehaltung eines konstanten KraftstoffZuführungsdrucks mit einem einfachen Druckregulator erreicht. Im praktischen Fall erfordert eine derartige Steuerung eine Kraftstoffeinspritzung von ca. drei Drehwinkeln bei Leerlaufdrehzahl von 600 für einen heißen Motor und von 120 Drehwinkeln bei 6000 Umdrehungen, wobei über 65 $ des Spitzendrehmomentes für eine Umdrehungszahl von 6000 erzeugt werden. 109849/0372

Wenn die Drosselklappenöffnung zu einer nicht kritischen Durchflußöffnung wird, so muß die pro Arbeitszyklus eingespritzte Kraftstoff menge als eine Funktion abnehmender Drehzahl bei konstanter Drosselklappeneinstellung zurückgestellt werden. Dies wird durch Drehung der Abtastvorrichtung 172 in Richtung der Abtastvorrichtung 156 erreicht, wozu ein Drehzahmesser verwendet wird, der beispielsweise mit Fliehkraftgewichten arbeitet, oder indem ein elektronischer Integrator zu dieser Nachstellung der Abtastvorrichtung 172 dient.

Die Betriebsweise kann besser dargestellt v/erden, wenn die !Funktion"eines Motors bei einer bestimmten Drosselklappeneinstellung über den gesamten Drehzahlbereich betrachtet v/irci. Bei 600 Umdrehungen entwickelt der Motor im wesentlichen Vollgas drehmoment und kann praktisch auf diesen Bereich beschränkt bleiben. Bei zunehmender Drehzahl verstellt der Zentrifugalvorschub die Abtastvorrichtung 172, bis 3000 Umdrehungen erreicht sind. Hier erreicht die Drosselklappe ihre kritische Öffnung, und das Drehmoment beträgt ca. 60 $ des Vollgasdrehmomentes bei 3000 Umdrehungen. Ein weiterer Anstieg der Drehzahl erfordert keine weitere Verstellung der Abtastvorrichtung 172, und die Einspritzdauer wird zwischen 3000 und 6000 Umdrehungen auf 64 Drehwinkel konstant gehalten. Andere Drosselklappeneinstellungen erzeugen dieselbe Steuerwirkung, wobei die Drosselklappe die kritische Strömung bei kleineren Drehzahlen mit kleineren Einstellungen erreicht. Die kritische

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:jtrö:.:un.r wird bei einer einheitlichen Drehzahl und Drosselklappen-einstellung erreicht, wenn andere Variable konstant gehalten werden. Bestii^.te Motorausführungen mit üesonderen Ansaug- und Kraft stoff-Luft-Liischungsbedingungen erfordern geringfügige Abänderungen dieser Steuervorschriften. Diese können durch einl'acne Verstellung erreicht v/erden, da die Gesamtsteuerungseigenschai'ten durch die erfindungsgemäße Anordnung zu verwirklichen sind. Beispiele derartiger Abänderungen sind: Kraftstoffdruckverringerung bei Leerlauf und Betrieb mit niedriger Drehzahl und geringer Belastung, wodurch die Einspritzdauer in Drehwinkeln erhöht wirdJ höherer Kraftstoffdruck bei höherer Drehzahl zur Anreicherung dea Kraftstoff-Luft-G-emisches für höhere Leistung und höheres DrehmomentJ Kompensation der Abgasrückführung oder 3U starker Ventilüberlappungen.

Drei zusätzliche Steuermöglichkeiten bekannter Art sind geeignet, dem I.Iotor annehmbare Leistung bei allen Betriebsbedingungen su geben. Die erste besteht in einer Einrichtung zum Start des heiiSen Motors. Ss handelt sich dabei um einen Mechanismus zur vollständigen Rückstellung der Abtastvorrichtung 172, was normalerweise durch den Zentrifugalvorschub erreicht v/erden kann. Eine zusätzliche Kompensation kann durch Verringerung des Ki'aftstoffzuführuiigsdruckes verwirklieht werden. Die zweite StGuermöglichkeit besteht in einer Kaltstarteinrichtung, die den KraftstoffZuführungsdruck erhöht, um eine feinere Zerstäubung bei geringen Temperaturen zu erreichen. Der Kraftstoffsu-

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führungsdruck wird durch den Druckregulator eingestellt. Eine zusätzliche Kraftstoffeingabe kann durch Vorstellung der Abtastvorrichtung 172 erfolgen. Die dritte Steuereinrichtung kompensiert die Motor- und Lufttemperatur und kann beispielsweise einen Thermistor enthalten, der die an den Wandler 164 angelegte Spannung erhöht, inden der Feldstrom in der Feldspule 148 des Generators erhöht wird, oder sie enthält eine Druckdose, die den Druckregulator "betätigt. Ein Temperaturfühler zur Anzeige der kombinierten Wirkung von Luft- und Motortemperatur kann an der Einlaßventilöffnung vorgesehen werden.

Hochleistungsmotore mit ausgezeichneten Ansaugverhältnissen werden durch zwei Drosselklappen gesteuert, die auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Die eine beeinflußt zwei bis ca. zehn Prozent, die andere ca. zehn bis hundert Prozent des Strömungsquerschnittes,

Y/eitere Kompensationsvorrichtungen für Änderungen der Höhe oder des atmosphärischen Druckes können dem erfindungsgemäßen Steuersystem leicht zugeordnet v/erden. Ein einfacher Druckfühler kann verwendet v/erden, der den Kraftstoff druck bei abnehmendem atmosphärischen Druck reduziert oder bei turbogeladenen Motoren erhöht, indem der Druckregulator entsprechend eingestellt wird.

Das erfindungsgemäße Steuersystem kann bei ventilgesteuerten und bei Einspritziao tor en mit Funkenzündung verwendet werden,

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bei denen piezoelektrisch betätigte "Ventile für die Kraftstoffeinspritzung dienen.

Das Steuersystem für Dieselmotore (Kompressionszündung) ist wesentlich einfacher, da die Luft- und die Kraftstoffströ'mung nicht so genau wie bei den anderen Verbrennungsmotoren reguliert werden müssen. Die Steuerung des tatsächlichen Einspritzvorganges ist jedoch kritisch und erfordert eine genaue Steuerung des Einspritzzeitpunktes, der Einspritzdauer und der Einspritzgeschwindigkeit. Diese G-rößen sind bei Motoren mit Funkenzündung für das vorstehend beschriebene Einspritzsystem nicht sehr kritisch. Daher ist die Betriebsweise des Steuersystems anders und wird im folgenden für ein piezoelektrisch betätigtes Einspritzsystem beschrieben, welches mit einem Generator der in Pig. 4 mit 142 bezeichneten Art als Spannungsgenerator arbeitet.

Es seien zwei Betriebszustände betrachtet! Der eine bei veränderlich angezeigtem Drehmoment oder veränderlich angezeigtem mittleren effektiven Druck (veränderlicher IMEP) und bei konstanter Drehzahl, der andere bei veränderlicher Drehzahl und konstantem BiEP. Einen veränderlichen IMEP bei konstanter Drehzahl erhält man mit einem festen Kraftstoffzuführungsdruck und veränderlichem Einspritzdruck (Druck an der Düsenöffnung) sowie veränderlicher Auslasezeit. Der Einspritzdruck wird durch Änderung der an den elektroexpansiven Wandler 164 angelegten Spannung geändert, wodurch wiederum der Hub des Auslaßventils und damit der Druckabfall an diesem Ventil geändert

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wird. Die Auslaßdauer wird durch Änderung der Anzahl der Drehwinkel bei geöffnetem Auslaßventil geändert, was durch die Winkelstellung der Abtastvorrichtung 172 gesteuert wird. Diese wird durch Drehung des Gehäuses der Abtastvorrichtung 172 in einem Drehsinn analog der Drehung des Verteilers einer üblichen Motorzündung bei der Zündungseinstellung erreicht. Mit anderen Y/orten, die übliche Vorrichtung dreht die Abtastvorrichtung 172, wobei eine zusätzliche Kompensation durch. Veränderung W der Generatorspannung erreicht wird.

Ein konstanter DiEP bei variabler Drehzahl wird in erster Linie durch Steuerung des Kraftstoffzniführungsdruckee zu den Einspritzern erreicht, also durch Steuerung des Druckes der Hochdruck-Kraftstoffpumpe.

Diese Steuerungseigenschaften sind besser durch die folgenden Parameter zu erkennen, auch wenn sie etwas unrealistisch sind.

TABELLE , ;

Drehzahl 600 1200 3600

Angezeigter mittlerer 1,75 1,75 1,75 effektiver Druck (IMEP)

(at) 8,75 8,75 8,75

35,0 35,0 35,0

Die Steuerung des Druckes von 1,75 bis 8,75 at bei einer konstanten Drehzahl von 1200 bis 3600 erfolgt durch Komüination der Einstellung des Ventilhubes und der Ventilzeit. Beispiels-

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weise kann der Kraftstoffdruck bei 1200 Umdrehungen 280 at und der Einspritzdruckabfall an der Düsenöffnung ca. 245 at bei L.,75 at IMEP betragen. Die Auslaßdauer bei 125 at kann 9 Drehwinkel betragen. Wird der IKEP von -8,75 auf 35 at erhöht, so erhöht sich die Ventilzeit von 9 auf 26 Drehwinkel zur Reduzierung der Geschwindigkeit des Druckanstieges. Zusätzlich kann eine Pilotladung durchgeführt werden. Der Einspritzdruck übersteigt jedoch nicht 280 at,

\7ird die Drehzahl erhöht, so erscheint es günstig, die Kraftstoffmenge in derselben Anzahl von Drehwinkeln durchzusetzen. Aus diesem Grunde und wegen des festen Düsenquerschnittes muß der Kraftstoffdruck dann uu den Faktor 9 erhöht werden, so daß der Druckabfall an der Diisenöffnung 9 (245) oder etwas über 2100 at für IME?-Werte von 8,75 Ms 35,0 at ist. Dieser Anstieg des Einspritzdruckes gewährleistet auch,daß die Tropfengröße des eingespritzten Kraftstoffes ausreichend reduziert ist, um die physikalische Verzögerungszeit, gemessen in Drehwinkeln, fast unabhängig von der Drehzahl zu halten. Es kann auch möglich M sein, innerhalb dieses Drehzahlbereiches die chemische Verzogerungszeit innerhalb derselben Zahl von Drehwinkeln durch xilotladung und Einstellung der Luftturbulenz beizubehalten.

Ein Verfahren zur Verringerung dieses erforderlichen hohen Einspritzdruckes bei hoher Drehzahl besteht darin, eine variable Düseiiüffnung zu verwenden, so da.i der effektive Düsenquerschnitt

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mit dem Einspritzdruck ansteigt. Eine derartige Düsenausführung ist beispielsweise eine Mehrfachdüse, wie sie in einer anderen Patentanmeldung vorgeschlagen wird. Steigt beispielsweise der Düsenquerschnitt um den Faktor 2 bei einem Drehzahlanstieg von 1200 bis 3600 an, so ist der erforderliche Kraftstoffdruckanstieg ca. 2,25 bzw. von 280 auf 630 at. Dieser Druckanstieg kann sur Beibehaltung der physikalischen Verzögerungszeit innerhalb einer festen Zahl von Drehwinkeln bei diesem Drehzahlbereich nicht ausreichen, da die Verringerung der Tropfengröße ungenügend ist. Jedoch kann durch Verwendung eines hochfrequenten Signals an dein piezoelektrischen Wandler eine schnelle Druckänderung an der Einspritzdüse erzeugt werden, die die Tropfengröße so verringert, daß die physikalische Verzögerungszeit auf einer festen Zahl von Drehwinkeln beibehalten werden kann.

Es sei nun der Betrieb des Steuersystems unterhalb der Drehzahl 1200 betrachtet. Verringert sich die Drehzahl von 1200 auf 600, so bleibt der KraftstoffZuführungsdruck konstant auf ca. 280 at, jedoch verdoppelt sich die Einspritzzeit für eine feste Anzahl von Drehwinkeln. Um eine gute Kraftstoffzerstäubung und -verteilung zu erreichen, muß der Druckabfall an der Düsenöffnung beispielsweise auf ca. 245 at gehalten werden. Eine Möglichkeit hierzu besteht in der Ausnutzung einer Eigenschaft dieses Einspritzsystems, die sich in einer oszillatorischen Entladung bei geringeren Drehzahlen zeigt. Werden die Parameter des Systems richtig gewählt, so kann die oszillatorische Entladung bei ca. 1200 Umdrehungen beginnen und bis hinunter auf 600 Umdrehungen

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ausgeprägter werden, bei dieser Drehzahl ist die effektive Auslaßzeit dieselbe wie bei 1200 Umdrehungen, jedoch auf einen doppelten Z-eiträum verbreitert, wodurch die Auslaiodauer über dieselbe Anzahl von Drehwinkeln beibehalten wird. Andererseits kann der Feldstrom des Generators stärker pulsiert werden und . die zv/eite Abtastvorrichtung 172 kann früher geschaltet werden, um einen Kraftstoffdurchsatz innerhalb der halben Anzahl Drehwinkel zu erreichen, die bei 1200 Umdrehungen erforderlich ist. Diese Ergebnisse können nur durch praktische Versuche bestätigt werden. Es ist ferner zweifelhaft, daß ein IMEP-Wert von 35,0 at bei 600 Umdrehungen in einem schnell laufenden Dieselmotor herrscht.

Das Anlassen schafft völlig andersartige Verhältnisse. Hier ist es günstig, einen hohen Einspritzdruck (zumindest 280 at), eine gewisse Überladung und möglicherweise eine Piloteinspritzung durch ein besonderes Paar von beispielsweise Magnetabtastern zu erzeugen. Diese werden in eine bestimmte Winkelstellung bezüglich der Auswertevorrichtungen 9ö und 100 gebracht, die die primäre Einspritzung zeitlich steuern. Ein Verfahren zur Verwirklichung dieser Eigenschaften besteht darin, einen Oszillator für das Feld des Generators mit der Drehzahl zu schalten. Dadurch wird eine Anzahl besonderer Einspritzungen kurzer Dauer und hohen Druckes entweder über die normale Durchflußzeit der Einspritzung, geraessen in Drehwinkeln, oder über eine dazu verschiedene Anzahl von Drehwinkeln erzeugt.

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Eine zeitliche Voreilung oder Verzögerung- kann durch gemeinsame Drehung der Abtastvorrichtungen 156 und 172 ohne Veränderung der Einspritzdauer erreicht werden. Bei erhöhter Drehzahl ist eine zeitliche Voreilung zur Beibehaltung des Verbrennungs-Spitzendruckes an derselben Winkelsteilung der Kurbelwelle sowie für möglichst hohen Wirkungsgrad erforderlich.

•Normalerweise sind keine zusätzlichen Steuervorrichtungen beispielsweise für die Motor- und Lufttemperaturkompensation erforderlich. Jedoch kann ein Lufteintritts-Druckfühler nahe der Eintrittsöffnung nicht nur zur Kompensation von Änderungen des Eintrittsdruckes, die in erster Linie durch Turboladung erzeugt werden, sondern auch zur Verhinderung einer Überladung und zu starker Abgas-Rauchentwicklung während der Turboladungs-Verzögerungszeit günstig sein, die auftritt, wenn die Drosselklappe plötzlich geöffnet wird.

Das vorstehend beschriebene Steuersystem kann in gleicher Weise zur Steuerung der Einspritzung und zum Pumpen von Flüssigkeiten mit piezoelektrischen Pumpen der in der US-Patentschrift 3 194 162 oder in der Patentanmeldung U.S.Ser.No. 484 404 vom 1. September 1965 beschriebenen Art verwendet werden.

Es sei bemerkt, daß bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele die Dauer und zeitliohe Steuerung der

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Einspritzung proportional der Dauer und zeitlichen Steuerung eines elektrischen Impulses ist. Pa viele Verfahren zur genauen Steuerung elektrischer Signale bekannt sind, ist die Erfindung insbesondere zur Verwendung für solche Verbrennungsmasohinen geeignet, bei denen veränderliche Betriebsbedingungen vorliegen. Beispielsweise können elektrische Fühler zur Bestimmung der !Drehzahl, des KraftstoffZuführungsdruckes, des Drehmomentes und der Zusammensetzung der Abgase vorgesehen sein. Diese Parameter können über elektronische Schaltungen in elektrische Signale umgesetzt werden, die eine zeitliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und/oder der Zündung ermöglichen. Der technische Fortschritt der durch die Erfindung möglichen Steuerung besteht darin, daß die Zeit für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung proportional der Zeit bzw. der Dauer eines elektrischen Signals ist.

In Pig. 5 ist ein elektrοexpansiver Wandler 202 der in Pig. IA gezeigten Art in einem erfindungsgemäßen Steuersystem vorgesehen. Dieses enthält eine Spannungsquelle 204, deren negativer Pol bei 206 geerdet und mit einer der Klemmen 208 des Moduls 202 dauernd verbunden ist. Eine Anzahl Kondensatoren 210A, 210B und 210C ist in der Schaltung vorgesehen. Die Kondensatoren können in einem ersten Schaltzustand parallel zueinander und zur Batterie 204 sowie dem Modul 202 und in einem zweiten Zustand in Serie zueinander und mit der Batterie 204 geschaltet •.verüen, wobei diese Serienschaltung parallel zum elektroexpan-

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siven Modul liegt. Zur Verwirklichung dieser Sehaltzustände sind jedem Kondensator drei Schalter zugeordnet.

Dem Kondensator 210A ist ein oberer Ladeschalter 212A, ein unterer Ladeschalter 214A und ein Umkehr-Entladungsschalter 216A zugeordnet. Die Steuerelektroden der Schalter sind mit einer Steuerschaltung 218A verbunden, die in einem ersten Zustand die Schalter 212A und 214A schließt und den Schalter P 216A öffnet, in einem zweiten Zustand die Schalter 212A und 214A öffnet und den Schalter 216A schließt. In der gleichen V/eisG sind dem Kondensator 210B ein oberer Ladeschalter 212B, ein unterer Ladeschalter 214B und ein Umkehr-Entladungsschalter 216B zugeordnet. Eine Steuerschaltung 218B ist zur Steuerung der Schalter 212B, 214B und 216B vorgesehen. Dem Kondensator 210C sind der obere Ladeschalter 212C, der untere Ladeschalter 214C und der Umkehr-Entladungsschalter 216C sowie eine Steuerschaltung 218C zugeordnet.

Die !Funktion des in Pig. 5 gezeigten Steuersystems kann an Hand der Fig. 5A, 5B und 5C besser verstanden werden. Am Anfang sind die Schaltungen 218A, 218B und 2IbC in einem Ruhezustand, in dem die Schalter 212 und 214 geschlossen, die Schalter 216 geöffnet sind. In diesem Zust&nd sind die Kondensatoren 210A, 210B und 210C zueinander und zur Batterie 204 sowie zum Modul 202 parallel geschaltet. In diesem Zustand haben der Modul und jeder Kondensator eine Anfangsladung entsprechend der Spannung der Quelle 204, die im fol-

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genden mit "e" bezeichnet wird. Bei diesem Ladezustand befindet sich der Modul 202 in einem ersten mechanischen Zustand.

Zur Ladung des Moduls 202 auf eine Spannung 2e und Abgabe einer mechanischen Leistung wird die Steuerschaltung 218C angesteuert und öffnet die Schalter 212C und 214C, während der Schalter 216G geschlossen wird, so daß sich ein in Pig. 5A gezeigter Schaltzustand ergibt. Die Batterie 204 ist mit dem Kondensator 210G in Reihe geschaltet und eine Spannung vom Wert 2e liegt am Modul 202.

Zur weiteren Ausdehnung des Moduls 202 wird eine Spannung vom Wert 3e angeschaltet, wozu die Steuerschaltung 218B angesteuert wird und die Schalter 212B und 214B öffnet, den Schalter 216B schließt. Es ergibt sich der in Pig. 5B gezeigte Schaltzustand, so daß die Spannungsquelle 204, der Kondensator 210B und der Kondensator 210C in Reihe geschaltet sind. Diese Reihenschaltung liegt an dem Modul 202. Schließlich wird eine Spannung des Wertes 4e an den Modul angeschaltet, indem die Steuerschaltung 218A angesteuert wird und die Schalter 212A und 214A öffnet, den Schalter 216A schließt. Es ergibt sich der in Pig. 5 gezeigte Schaltzustand, bei dem die Batterie und die drei Kondensatoren miteinander in Reihe geschaltet sind und diese Reihenschaltung an den Modul 202 angeschaltet ist, so daß dieser maximale Spannung erhält. In Pig. 5 ist die Ausgangsleitung 220 der Steuerschaltung gestrichelt dargestellt, was andeuten soll, daß weitere Schaltstufen vorgesehen sein können,

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um ein größeres Vielfach der Spannung e an den Modul 202 anzuschalten. Jede Stufe enthält einen Kondensator 210, die Schalter 212, 214 und 216 in vorstehend beschriebener Schaltung und.eine Steuerschaltung 218. Das in Pig. 5 gezeigte Steuersystem kann also die verschiedenartigsten Ausgangsspannungswerte erzeugen, da'die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Steuerimpulsen für die Schaltungen 218 entsprechend verändert werden kann. Derartige Spannungen können insofern als digitale Werte bezeichnet v/erden, als die abgegebene mechanische Leistung jeweils dann einen Schaltschritt erfährt, wenn eine der Schaltungen 218 angesteuert wird.

Ein weiteres Steuersystem zur Erzeugung eines digital abgestuften Ausgangssignals ist in Pig. 6 für einen Modul 222 dargestellt. Dieser enthält eine Anzahl Stufen, von denen drei mit 224a, 224b und 224c bezeichnet sind. Jede Stufe enthält eine Gruppe keramischer Scheiben 226 sowie eine Anzahl untereinander verbundener Elektroden 228. Jede Stufe ist individuell mit der Steuerschaltung über eine Sicherung 230 verbunden, um auch dann einen Betrieb des Moduls sicherzustellen, wenn eine der Stufen kurzgeschlossen wird oder anderweitig ausfällt.

Das Steuersystem enthält eine Wechselstromquelle 232 konstanter Prequenz, die an die Primärwicklung eines Stelltransformators 234 angeschlossen ist. Seine Sekundärwicklung ist mit einem Gleichrichter 236 verbunden, der an einem Kondensator 238 liegt. Zum Verbinden des Kondensators 238 mit den Stufen des Moduls

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sind 3ehaltelemente vorgesehen. Der Stufe 224a ist der Schalter 240a, der Stufe 224b der Schalter 240b und der Stufe 224c der ■ Schalter 240c zugeordnet. Jeder Schalter hat eine Steuerelektrode 242, die jeweils mit einer Triggerschaltung 244 verbunden ist. Diese ist in üblicher V/eise ausgebildet und arbeitet wie oben beschrieben. Ihre Auslassleitung 246 ist mit einem Entladungsschalter 248 verbunden. Dieser bewirkt eine Verbindung einer jeden Stufe des Moduls-mit Erde über eine variable Impedanz

Zum Verständnis der IHinktion der in Pig. 6 gezeigten Schaltung sei angenommen, daß der Modul 22k: elektrisch entladen, der Kondensator 238 voll geladen und die Schalter 240a, 240b und 240c durch die Triggerschaltung 244 geöffnet sind. Der Schalter 248 ist gleichfalls geöffnet. Die Triggerschaltung 244 schließt zuerst den Schalter 240a zur Ladung der Stufe 224a des Lioduls 222 auf eine der Ladespannung des Kondensators 238 entsprechende Spannung. Dadurch erfährt der Modul eine Verlängerung, die eine entsprechend abgestufte axiale Bewegung seines einen Endes zur Folge hat, v/elches durch die Abschlußplatte 252 dargestellt ist. 'Jährend des nächsten Zyklus der Ladespannung der Spannungsquelle 232 wird der Kondensator 238 wieder geladen. Die Triggerschaltung 244 wird zur Schließung des Schalters 240b gesteuert, so daß die Stufe 224b des Moduls geladen wird. Dadurch dehnen sich die keramischen Scheiben der üöiixe 224b aus und bewirken eine Verlängerung zusätzlich zu derjenigen der Stufe 224a, so da.;· die Abschlussplatte 2:32 weiter-

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bewegt wird. In "beschriebener Weise wird durch Schließung des Schalters 240c die Spannung des Kondensators 238 an die Stufe 224c des Moduls 222 gelegt. Dadurch wird der Modul 222 nochmals ausgedehnt.

Zur Entladung des Moduls und Übergang in seine Normallage wird ein Steuerimpuls über die Leitung 246 auf den Schalter 248 gegeben, der eine Verbindung nach Erde über die variable Impedanz 250 erzeugt. Im Zuge dieser Verbindung sind die Dioden 254 angeordnet, die zur Entkopplung der verschiedenen iJtu.fen wahrend deren Ladung dienen.und eine gleichzeitige Entladung aller Stufen des Moduls ermöglichen. Die Entladungsgeschwindigkeit und der EntladungsZeitpunkt sind durch geeignete Einstellung der Impedanz 250 steuerbar.

In I¹Ig. 6A ist eine der Schaltung gemäß Fig. 6 in vieler Hinsicht ähnliche Schaltung dargestellt. Daher sind hier gleiche Bezugszeichen verwendet. Eine Wechselstromquelle 256 variabler Frequenz ist an die Primärwicklung eines Stelltransformators 234 angeschlossen. Seine Sekundärspannung wird durch eine Diode 236 gleichgerichtet. Diese ist mit dem Eingang eines Startschalters 258 verbunden. Der Startochalter 258 liegt an einer Steuerleitung 258a, die mit einer Triggerschaltung 260 verbunden ist, deren Funktion im folgenden noch eingehender beschrieben wird. Sie enthält die üblichen Steuer- und Zeitgeberschaltungen, ihre besonderen Eigenschaften otohoii jedoch nicht im Zusammenhang mit der Erfindung. Diu Aiuivxui^ueloictrode' der. Jtart-

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schalters 258 ist mit einer gemeinsamen Leitimg 262 verbunden, die die Eingangselektroden einer Anzahl Triggersehalter, beispielsweise der gesteuerten Siliciuia-G-leichrichter (SCiI) 264a, 264b und 264c miteinander verbindet. Die Ausgänge dieser gesteuerten Silicium-G-leichrichter sind über Sicherungen 230 mit den entsprechenden Stufen des Moduls 222 verbunden. Jeder Schalter 264 hat eine Steuerleitung 266, die Steuerleitung des Schalters 264a ist mit der Triggerschaltung 260 verbunden. Die Steuerleitung 266 des Schalters 264b ist mit einem Verzögerungstrigger 268 variabler Zeitverzögerung verbunden. Dieser hat eine Eingangsleitung 268a, die mit dem Ausgang des Schalters 264a verbunden ist. Er arbeitet derart, daß der Schalter 264b eingeschaltet wird, nachdem der Schalter 264a eingeschaltet ist, wobei die zwischen diesen Vorgängen liegende Zeit steuerbar ist, so daß ein entsprechend digitales Ausgangssignal am Modul 222 erhalten werden kann. Ein zweiter Verzögerungstrigger 270 variabler Zeitverzögerung hat eine Eingangsleitung 270a, die mit dem Ausgang des Schalters 264b verbunden ist und zur Triggerung des Schalters 264c dient, in dem an dessen Steuerleitung 266 ein Impuls gelegt wird, der gegenüber der Einschaltezeit des Schalters 264 b verzögert ist. Dadurch wird der Schalter 264c eingeschaltet, so daß der Modul 222 angesteuert wird. Zur Verbindung der Eingänge aller Schalter 264 mit Erde über eine variable Impedanz 274 ist ein Entladungsschalter 272 vorgesehen. Dieser hat eine Steuerleitung 272a, die mit der Triggerschaltung 260 verbunden ist, so daß eine zeitliche Steuerung der Entladung möglich ist.

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Die Punktion der in Fig. 6A dargestellten Ausführungsfο na der Erfindung ist folgende: Die Y/eehselstromquelle 256 v/ird auf eine Frequenz eingestellt, die der digitalen Frequenz entspricht, mit der der Modul 222 angesteuert werden soll. Die Trigger schaltung 260 v/ird zur Öffnung des Schalters 256 angesteuert, und ein positives Signal wird den Eingängen aller Schalter 264 zugeführt. Die Triggerschaltung gibt einen Einschalteimpuls auf die Steuerleitung 266 des Schalters 264a, ^ so daß dieser eingeschaltet wird. Entsprechend wird das positive Signal über den Schalter 264a der Stufe 224a des Moduls 222 zugeführt. Diese Stufe dehnt sich aus, und die Abschlußplatte 252 wird entsprechend verschoben. Gleichzeitig mit der Einschaltung der Stufe 224a v/ird der Eingang der variablen Yerzögerungsschaltung 268 angesteuert. Nach einer Zeit, die der Verzögerungszeit der eingestellten Verzögerungsschaltung 268 entspricht, wird die Steuerleitung 266 des Schalters 264b angesteuert, so daß dieser eingeschaltet wird. Entsprechend wird die Stufe 224b geladen, und der Modul wird weiter ausge-™ dehnt. Gleichzeitig damit v/ird die variable Zeitverzögerungsschaltung 270 angesteuert, so daß zeitlich verzögert der Schalter 264c eingeschaltet wird. Dadurch wird die Stufe 224c geladen, und der Modul wird nochmals verlängert. Selbstverständlich können weitere Schalter 264 und weitere Stufen 224 dem dargestellten System hinzugefügt werden.

. Ist der Modul 222 völlig ausgedehnt, so kann er durch Ansteuerung des Schalters 272 entladen werden. Dabei werden die Eingänge

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aller gesteuerten Silicium-Gleichrichter über die variable Impedanz 274 an Erde gelegt, so daiö dem Modul keine weiteren SitPiale zugeführt werden können. Die Zeitverzögerungsschaltungen 268 und 270 v/erden über eine Huckst eil-Leitung 276 zurückgestellt, die eine Diode 278 zur Verhinderung von Wechselwirkungen zwischen der Triggerung der Schaltung und der Rückstellung der Verzögerungsschaltungen enthält. Das in Fig. 6A gezeigte Steuersystem ist innerhalb eines großen Bereiches für den Wandler 222 funktionsfähig und ermöglicht insbesondere die Erzeugung praktisch eines jeden Hub-Zeit-Uia'-ram-is. Diese Vielseitigkeit ergibt sich aus der Anwendung einer variablen Triggerfrequenz und einer variablen Zeitverzögerung für jede Stufe. Hierzu trägt noch die Tatsache bei, άαιϊ die Größe des Wandlerhubes durch die mit dem Stelltransformator einstellbare Spannung gesteuert werden kann und die Geschwindigkeit durch die variable Frequenz der Triggerschaltung und des KurzschluiSschalters 272 bestimmt ist.

Bin anderes Steuersystem nach der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. Hs enthält eine Y/echselstromquelle 280, die an die Primärwicldimg eines Transformators 282 angeschlossen ist. Die Primärspannung wird mit einem Gleichrichter 284 gleichgerichtet und dann über einen Schalter in Form des Transistors 286 einem elektromagnetischen Wandler 288 zugeführt. Die sekundäre Hochspannung des Transformators 262 wird mit dem Gleichrichter 2^0 gleichgerichtet und dann dem Kondensator 2^l.i2 zii:;3führt. rjin hochspannun-'-snciialtor in 7or;.. des Jran-

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sistors 294 liegt zwischen dem Kondensator 292 und dem Wandler 288, so daß der Kondensator gesteuert auf den elektromagnetischen Wandler entladen werden kann. Eine Triggerschaltung 296 dient zur Steuerung des Systems und arbeitet folgendermaßen:

Sind beide Schalter 286 und 294 geöffnet, so wird der Kondensator 292 auf eine relativ hohe Spannung aufgeladen, die vom Transformator 282 erzeugt und mit dem Gleichrichter 290 gleichgerichtet wird. Soll der Wandler 288 betätigt werden, so wird

™ die Triggerschaltung 296 zur Schließung des Schalters 294 und zur Entladung des Kondensators 292 auf den Wandler gesteuert. Der Wandler erhält so einen hohen Anfangsstrom. Danach fällt der Strom ab. Bevor dieser Abfall stärker wird, schließt die Triggerschaltung 296 den Schalter 286, so daß der Wandler 288 einen zur Beibehaltung seines Zustandes ausreichenden konstanten Strom erhält. Soll der Wandler weiter ausgedehnt v/erden, so kann der Kondensator 292 nochmals auf den Wandler entladen werden, nachdem er vorher wieder aufgeladen wurde. Das

fc in Pig. 7 gezeigte Steuersystem ermöglicht also die Erzeugung einer starken Anfangskraft, gleichzeitig wird jedoch die insgesamt erforderliche Energie für den Wandler begrenzt. Eine derartige Betriebsweise verhindert eine Überhitzung des Wandlers und der anderen Schaltelemente sowie einen zu starken Leistungsverbrauch.

Das in Fig. 8 gezeigte Steuersystem ist in gewisser Hinsicht dem in Fig. 4 gezeigten ähnlich und enthält einen Wechselgenerator

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302, dessen Rotor 304 auf einer Drehachse 306 gelagert ist. Auf dem Rotor sind einander gegenüberstehende Pole oder Leiterstäbe 308 und 310 vorgesehen. Der G-enerator hat ein Gehäuse 312, in dem der Rotor 304 drehbar gelagert ist. Innerhalb des Gehäuses ist eine Anzahl radial stehender Pole vorgesehen. Bei der in Fig. 8 gezeigten Aus führung sform sind dies ein erster Pol 314, ein zweiter Pol 316 und ein dritter Pol 318.

Auf dem Pol 314 ist eine Wicklung 320 vorgesehen, die an eine M Gleichstromquelle 322 angeschlossen ist. Der Pol 316 trägt eine Hilfswicklung 324, der Pol 318 eine Ausgangswicklung 326. Bei einer Ausführungsform dieses Generators schließt jeder der Leiterstäbe 308 und 310 des Rotors einen Umfangswinkel von ca. 90° ein, der Pol 316 ist vom x^jol 314 ca. 80° entfernt, und der Pol 318 ist vom Pol 316 ca. 120° entfernt.

Zur Steuerung der Betriebsweise des in Fig. 8 gezeigten Steuersystems ist eine Steuerschaltung 328 vorgesehen. Sie liefert für die Wicklung 324 zu bestimmten Zeitpunkten einen Stromimpuls und steuert einen Entladungsschalter 330, dessen Funktion noch eingehender beschrieben wird.

Ein elektroexpansiver Modul 332 bereits beschriebener Art ist mit der Ausgangswicklung 326 über einen gesteuerten Silicium-Gleichrichter 334 verbunden. Dieser hat eine Steuerelektrode 336, die an einem Spannungsteiler 338 liegt. Eine derartige

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Schaltung ermöglicht praktisch jeden Spannungswert an Eingang bzw. an der Anode des Silicium-G-leichrichters 334, bevor dieser in seinen leitfähigen Zustand gesteuert wird. Dadurch wird ein schnell ansteigender Impuls schnell in einen geänderten Zustand überführt. Zur Betätigung des Entladungsschalters 330 führt eine Steuerleitung 340 von der Steuerschaltung 328 zum Entladungsschalter. Dieser ist an die Wicklung 320 über ein stroiurichtun^aabhängiges Element in Form der Diode 342 angeschlossen.

Die in Fig. 8 gezeigte Anordnung hat folgende Jj¹UnICtIOn: Es sei angenommen, daß die Achse 306 mit einer der gewünschten Erregungsfrequenz des Moduls 332 proportionalen Drehzahl gedreht wird entsprechend den Verhältnissen bei einem Verbrennungsiao tor, dessen Kurbelwelle mit der Achse 306 gekoppelt ist. Dann werden in der in Fig. 8 dargestellten Lage des Rotors 304 und der Leiterstäbe 308 und 310 magnetische Kraftlinien die Wicklung 326 schneiden. Bei v/eiterer Drehung erreicht die Spannung schließlich einen zur Triggerung des Silicium-Gleichrichters 334 ausreichenden Wert, wodurch der Modul 332 eingeschaltet wird. Die an ihn angeschaltete Spannung steigt bei weiterer Rotordrehung an, und nach einem Drehwinkel von ca. 80° bewegt sich der Leiterstab 3o8 aus dem Flußbereich zwischen dem Pol 314 und der V/icklung 320 heraus. Dadurch wird das Magnetfeld im Rotor abgebaut, ao daß die Spannung der Ausgangswicklung 326 entsprechend zusammenbricht. Der Modul 332 bleibt geladen, da der Silicium-Gleichrichter 334 einen Stromfluß in entgegengesetzter Richtung ver-

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hindert unu der liitlndungüochalter 330 geöffnet ist. Die /jteu or schaltung 32b kann den /iiitladungsschalter 330 zu jefio - -:e\,i.üis eilten Zeitpunkt schließen.

^ur liitladung des Loduls wird ein entsprechende« Steuersignal ;.,it der Steuerschaltung ;-;_'c: auf die oteuerleitun-ΐ 34"-· gogcba.!, ;'jo 6.C.I der iintladungo sehalt er 330 geschlossen wird. Dadurch v.'ird ein Stromweg vou i.iodul zur /icklung 32u geschlossen. Die .jiier^ie des I.ioduls 332 v/ird gespeichert, da ein wesentlicher Aulen voivlUorgeh:uiu in die Spule 320 ;;elangt, bis ein Leitercuao, 'ueia:->i einweise der Leiters tab 310, v/i ed er eine Lace nahe dei:¹. .^Jol 314 erreicht. Die Diode 342 verhindert eine wechselv.-irlrun.j av/ischon der Vorspannung der "./iclclunü 320 und dem üntladungslcreis.

Bei einen anderen Betriebszustand wird die Hilfswicklung 324 von einen Strom durchflössen, der so gerichtet ist, daß die JAiehttuig des xCraftfeldes an i-ol 516 entgegengesetzt derjenigen des Kraftfeldes aiii Pol 314 ist. Das mit der Y/icklung 324 so erzeugte PeId kompensiert das mit der Wicklung 320 erzeugte Feld teilweise oder völlig. Da der Leiterstab 308 die von der V/ick-ItLUi-: 324 erzeugten Kraftlinien schneidet, die entgegengesetzt geir¹ eiltet sind, wird der 5¹IuB in der Aus gangs wicklung umgekehrt und fällt auf einen negativen 7/ert ab. Der Hilfspol 316 und seine Wicklung 324 ermöglichen also eine Verdoppelung des Ausgangs signals der Wicklung 326. Durch Einstellung des Zeitpunktes

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der Erregung der Wicklung 324 mit der Steuerschaltung 328 im Zusammenhang mit der Rotationslage der Leiterstabe relativ zum Pol 316 ist die Dauer des von der Ausgangawloklung 326 abgegebenen Impulses veränderbar. Es ergibt sich also ein sehr gut steuerbares und vielseitiges System,

Die vorstehend beschriebene Erfindung betrifft ein Steuersystem für elektroexpansive aktive Elemente_f daß extrem genau arbeitet und vielseitig ist. Es wurde zwar in Anwendung auf die Einspritzung von Verbrennungsmas chinen bzw. elektrome chanische Servoventile und Wandler beschrieben, dem !Fachmann sind jedoch auch weitere Anwendungsarten möglich.

Es sei darauf hingewiesen, daß neben den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung zahlreiche Weiterbildungen und andere Ausführungsformen möglich sind, die insgesamt
durch den Grundgedanken der Erfindung umfaßt werden*

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Claims

Patentansprüche:

1. Steuersystem für einen elektromechanischen V/andler mit einem aktiven el ek tr ο expansiven Element zur Betätigung von mechanischen Elementen, insbesondere für die Kraftstoffzuführung und/oder Zündung von Verbrennungsmaschinen, gekennzeichnet durch eine zeitweise an das elektrοexpansive Element (12) zu dessen Ausdehnung anschaltbare Spannungsquelle (14), durch eine Kurzschlußvorrichtung X32, 34) für das elektrοexpansive Element (12) zu dessen Übergang in den Ruhezustand und durch eine Schaltvorrichtung (28) zur Steuerung der abwechselnden Anschaltung der Spannungsquelle (14) und Kurzschließung des elelctr ο expansiven Elementes (12).

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anschaltung der Spannungsquelle (14) an das elektroexpansive Element (12) ein durch einen elektrischen Impuls steuerbares Schaltelement (20, k!4) vorgesehen ist, daß die Kurzschlußvorrichtung (32, 34) ein durch einen elektrischen Impuls steuerbares Schaltelement (32, 34) umfaßt, und daß die Schaltvorrichtung (28) eine Anordnung zur Erzeugung eines elektrischen Impulses enthält, der eine variable Höhe und eine variable Anstiegsgeschwindigkeit hat und zur Steuerung der Schaltelemente (20, 24, 32, 34) dient, so daß die Geschwindigkeit und die Stärke der Betätigung der Schaltelemente (20, 24, 32, 34) und damit die An3chaltungsdauer des elektroexpansiven Elementes (12) variabel sind.

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3· Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Erzeugung eines elektrischen Impulses eine drehbare Achse (100), eine erste elektrische Abtastvorrichtung (98) mit einem auf der Achse (100) befestigten Drehelement (99)» die mit dem die Spannungsquelle (94) anschaltenden Schaltelement (96) verbunden ist, und eine zweite Abtastvorrichtung (108) mit einem auf der Achse (100) befestigten Drehelement (109)» die mit der Kurzschlußvorrichtung (104) verbunden ist, umfaßt, und daß die Abtastvorrichtungen (98, 108) derart auf der Achse (100) gegeneinander verdreht angeordnet sind, daß zwischen ihrer Betätigung ein vorgegebener Zeitraum liegt,

4. Steuersystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abtastvorrichtung (98) gegenüber der zweiten Abtastvorrichtung (108) verstellbar ist.

5. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Schaltelementen (20, 24, 32, 34) variable Impedanzen (22, 26, 36, 38) vorgesehen sind, die die Ansprechgeschwindigkeit des elektroexpansiven Elementes (12) auf eine Zustandsänderung des jeweiligen Schaltelementes (20, 24, 32, 34) beeinflussen.

6. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle aus einem Generator mit einem Stator (150) und einer Feldspule (148) ist, zwischen

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denen ein Kraftfluß erzeugt wird, daß ein zwischen dem Stator (150) und der Feldspule (148) beweglicher Rotor (144) vorge-. sehen ist, und daß die Feldspule (148) durch ein Schaltelement (152) zu vorbestimmten Zeitpunkten ein-- und ausgeschaltet wird.

7. Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (152) eine schnelle Speisung des elektroexpansiven Elementes (164) mit dem Ausgangssignal des Generators bewirkt, und daß für den jeweiligen Schaltzustand ein pulsierendes bzw. ein nicht pulsierendes Feld des Generators erforderlich ist.

8. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Regulierung der Stärke der elektrischen Impulse vorgesehen ist, die durch Betriebsgrößen der zu betätigenden mechanischen Elemente gesteuert wird.

9. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Kurzschlußvorrichtung (104') die Primärwicklung (141p) eines Transformators in Reihe geschaltet ist, dessen Sekundärwicklung (141s) eine Hochspannung z.B. i'ür die Zündung einer zu steuernden Verbrennungsmaschine liefert .

10. Steuersystem nach eineia der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (90) zur Steuerung oar βehaltelemente durch Betriebsgrößen der zu betätigenden

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mechanischen Elemente derart gesteuert wird, daß die !Punktion der Schaltelemente zeitlich von diesen Betriebsgrößen abhängt.

11. Steuersystem nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung eines elektromechanischen Wandlers (222), der aus mehreren, individuell zu betätigenden Segmenten (224) besteht, eine entsprechende Anzahl Schaltelemente (240) zur Anschaltung der Spannungsquelle (232) vorgesehen ist, und daß zur KurζSchließung eine den Segmenten (224) gemeinsame Kurzschlußvorrichtung (248, 250) vorgesehen ist.

12. Steuersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Erzeugung elektrischer Impulse ein durch eine zyklische Spannung gesteuertes Schaltelement (264) und eine damit verbundene einstellbare VerzögerungBschaltung (268, 270) umfaßt, deren Ausgang mit einem Segment (224) des elektromechanischen Wandlers (222) verbunden ist, &o daß eine variable Betätigungszeit eines derart beochalteten Segmentes (224) möglich ist.

13. Steuersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente den elektromechanischen Wandler in einer derartigen Phasenlage zur Spannungsquelle entladen, daß bei der Entladung elektrische Energie zur Spannungsquelle zurückgeführt wird.

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14. Steuersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet» daß eine Wechselspannungsquelle veränderlicher Frequenz und Spannung vorgesehen ist, so daß die Schaltzeiten des elektromechanischen Wandlers durch Frequenzänderung und die Betätigungsdauer durch Spannungsänderung regelbar ist.

15. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 Ms 14» dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsquelle (204) eine Anzahl Kondensatoren (210) zugeordnet ist, die durch Schaltelemente (212, 214» 216) parallel zueinander an die Spannungsquelle (204) anschaltbar und zur Entladung in Iteihe schaltbar sind, und daß eine Schaltung (218) zur separaten Steuerung der Schaltelemente (212, 214» 216) derart vorgesehen ist, daß die Kondensatoren (210) nacheinander auf den elektromechanischen Wandler (202) entladen werden,

16. Steuersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (212, 214, 216) derart gesteuert werden, daß eine schrittweise Entladung des elektromechanischen Wandlers erfolgt.

17. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetisch betätigter V/andler (280) verwendet wird, an den eine Hochspannungsquelle (282) vorübergehend anschaltbar ist und daß zur Haltung des V/andlers (266) in seiner durch die Hochspannungsquelle (282) bewirkten

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Arbeitslage eine Niederspannunßsquella (280) vorgesehen ist, wobei eine Steuerschaltung (296) zur nacheinander erfolgenden Betätigung der zur Anschaltung der Spanntmgsquellen (282, 2öO) vorgesehenen Schaltelemente (2941 286) dient.

18.· Steuersystem nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (294» 286) durch elektrische Impulse gesteuert werden, die hinsichtlich ihrer Stärke und Anstiegszeit variabel ,sind, so daß die Schaltzeiten und die Betätigungedauer des Wandlers mit den entsprechenden Betriebswerten der Schaltelemente (294, 286) regelbar sind.

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