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Anlage zur Patentanmeldung Luftmengenmesser, insbesondere für eine
intermittierend arbeitende Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine Die
Erfindung betrifft einen Luftmengenmesser, insbesondere für eine elektrisch gesteuerte,
intermittierend arbeitende Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit
wenigstens einem elektromagnetisch betAtigbaren Einspritzventil - vorzugsweise mit
mehreren Einspritzventilen, von denen je eines einem der Zylinder zugeordnet ist
- und mit einem zur Magnetisierungswicklung des Ventils in Reihe liegenden Leistungstransistor
sowie mit einer diesem vorgeschalteten Transistorschalteinrichtung, die synchron
zu den Kurbelwellenurndrehungen er Brennkraftmaschine unter gleichzeitigem öffnen
des Einspritzventils eingeschaltet und für eine die jeweilige Einspritzmenge bestimmende
Zeitdauer in diesem.Zustand
während der Entladezeit eines elektrischen,
als Kapazität oder als Induktivität ausgebildeten Energiespeichers gehalten wird,
der vor jedem Entladevorgang in definierter Weise geladen wird.
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-Ein wesentlicher Vorteil derartiger, elektrisch gesteuerter Einspritzanlagen
besteht darin, daß die beim Ansaughub zusammen mit der Ansaugluft in jeden einzeln-en
Zylinder der Brennkraftmaschine gelangende Kraftstoffmenge sehr -genau an die angesaugte
Luftmenge angepaßt werden kann und daß demzufolge bei guter Ausnutzung der Leistungsfähigkeit
der Brennkraftmaschine die Einstellung so getroffen werden kann, daß die Auspuffgase
ein Minimum an gesundheitsschädlichen Anteilen enthalten.
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Bei bekannten Einspritzanlagen wird die angesaugte Luftmenge nicht
direkt gemessen, sondern dadurch ermittelt, daß ein in Änsaugrichtung hinter der
Drosselklappe an das Ansaugrohr angeschlossener induktiver Druckfühler den dort
herrschenden Ansaugluftdruck mißt,. wobei die den jeweiligen Luftdruckwerten entsprechende
Induktivität einer zu diesem Druckwandler gehörenden Eisendrossel die Dauer des
instabilen Betriebszustandes eines Steuermultivibrators bestimmt, der in einer zu
den Kurbelwellenumdrehungen synchronen Folge ausgelöst wird.
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Wegen der in starken Maße geschwindigkeitsabhängigen Strömungswiderstande
sind bei den bekannten Einspritzanlagen verhältnismäßig aufwendige elektronische
Schalteinrichtungen erforderlich, welche zur drehzahlabhängigen Korrektur der vom
Saugrohrdruckfühler eingestellten, vor jedem ArbeitstaIt einzuspritzenden Kraftstoffmengen
dienen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Einspritzsystem
der eingangs beschriebenen Art eine wesentliche Vereinfachung der elektrischen,
die Dauer der öffnungsimpulse bestammenden Steuereinrichtung zu erzielen. Dies läßt
sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß die Schalteinrichtung mit einem Luftmengenmesser
zusammenarbeitet, der eine in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine angeordnete
Stauscheibe enthält, die entgegen einer Rückstellkraft durch den tnsaugluftstrom
verstellbar ist und daß elektrische, mit der Stauscheibe zusammenarbeitende Mittel
vorgesehen sind, mit denen der vom Buftmengenmesser erfaßte zeitliche Mittelwert
der Ansaugluftmenge in eine zu der pro Hub entfallenden Luftmenge proportionale,
am Energiespeicher auftretende elektrische Größe umgewandelt wird.
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Im Bereich zwischen Leerlauf und Betrieb bei Höchstdrehzahl und voller
Last ändert sich die in die Brennkraftmaschine gelangende Ansaugluftmenge etwa im
Verhältnis 1 : 40. Da es schwierig wäre, einen solch großen Xnderungsbereich mit
Hilfe eines elektrischen, Vroportional hierzu veränderbaren Energiespeichers zu
erfassen, bringt die erfindungsgemäße unmittelbare Umwandlung des dem zeitlichen
Mittelwert der erfaßten Ansaugluftmenge proportionalen Signals in eine zu der pro
Ansaughub entfallend, Luftmenge proportionale; elektrische, am Energiespeivher auftretende
Größe eine erhebliche Erhöhung.
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der Genauigkeit mit sich. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ist vorgesehen, daß die zur Umwandlung dienenden Mittel einen synchron mit der Kurbelwellenumdrehung
betätigbaren Ladeschalter umfassen, der über einen festgelegten, vorzugsweise konstanten
Drehwinkel der Kurbelwelle hinweg den Energiespeicher mit einer Aufladequelle verbindet.
Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn in bekannter Weise als Energiespeicher
ein Kondensator verwendet wird. in diesem
Falle kann der Luftmengenmesser
in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit ei.r- verstellbaren Widerstand gekuppelt
sein, der eine beim £:. oder Entladevorgang des Kondensators sich ändernde elektr
e Größe beeinflußt.
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Bei der praktischen Verwirklichung der Erfindung können zwei verschiedene
Wege beschritten werden. Der erste Weg besteht darin, daß die Aufladung des Kondensators
mit einem Strom erfolgt, der proportional zum zeitlichen Mittelwert der Luftmenge
ist und daß die Entladung mit konstantem Entladestrom erfolgt. Der zweite Weg besteht
darin, daß die Aufladung des Kondensators mit konstantem Strom und die Entladung
mit einem Entladestrom erfolgt, der proportional zum Reziprokwert des zeitlichen
Mittelwertes der Ansaugluftmenge ist. Dieser zweite Weg ist deswegen besonders vorteilhaft,
weil hier etwaige Anderungen der Stellung der Drosselklappe und demzufolge Änderungen
des zeitlichen Mittelwerts der Ansaugluftmenge, die während des die Impulsdauer
beeinflussenden Entladevorgangs eintreten, sich umnittelbar auf die Entladezeit
auswirken.
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Um die Emission schädlicher Abgase möglichst gering halten zu können,
ist es erforderlich, daß vor allem im Leerlauf der Brennkraftmaschine die Ansaugluftmenge
möglichst genau erfaßt wird. Man bekommt einen hinreichend kleinen, über den ganzen
Meßbereich konstanten, relativen MeBfehler, wenngemäß einem weiteren Vorschlag der
Erfindung der Luftmengenmesser derart gestaltet wird, daß im Verstellbereich der
Stauscheibe der öffnungsquerschnitt sich in Strömungsrichtung exponentiell erweitert.
Eine besonders günstige Anordnung ergibt sich, wenn die Stauscheibe als eine schwenkbare
Klappe ausgebildet ist, deren Schwenkachse vorzugsweise vertikal verläuft. In diesem
Falle kann mit der Staischeibe in einfacher Weise ein
Schleifer
gekoppelt werden, der auf dem veränderbaren Widerstand entlang gleitet.
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Aus dem exponentiellen, Verlauf des öffnungsquerschnitts ergibt sich
die Notwendigkeit, daß sich der abgegriffene Widerstandswert exponentiell mit dem
Verstellweg des Schleifers ändert. Da die Herstellung eines exponentiellen Potentiometers
erhebliche Schwierigkeiten bereitet, ist gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung
vorgesehen, daß ein lineares Potentiometer verwendet wird, welches an mehreren,
über die Schleifbahn wenigstens annähernd gleichmäßig verteilten Stützstellen Abgriffe
enthält, und daß zu dem linearen Potentiometer die Reihenschaltung aus mehreren
festen Einzelwiderständen parallel liegt, welche eine von Abgriff zu Abgriff exponentiell
ansteigende Teilspannung ergeben, so daß sich insgesamt eine exponentielle Potentiometerkennlinie
mit linearer Interpolation zwischen den Stützstellen ergibt.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine elektrisch
gesteuerte, intermittierend arbeitende Eraftstoffeinspritzanlage dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 die Einspritzanlage in einem übersichtsbild und
in teilweise schematischer Darstellung, Fig. 2 ein Prinzipschaltbild ihrer elektronischen
Steuereinrichtung, und Fig. 3 ein Zeitdiagramm für die in der Anlage nach Fig. 1
und 2 abspielenden Vorgänge.
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Fig. 4 zeigt zum Prinzipschaltbild nach Fig. 3 eine unmittelbar realisierte
Ausführungsform, Fig. 5 mehrere Zeitdiagramme für den Lade- und Entladevorgang in
diesem Steuergerät,
Fig. 6 eine andere Ausführungsform mit Spannungssteuerung,
Fig. 7 und 8 zeigen Ausführungsbeispiele für einen Luftmengenmesser, Fig. 9 ein
exponentielles Potentiometer und Fig. 10 dessen Widerstandsverlauf.
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Die dargestellte Benzineinspritzanlage ist zum Betrieb einer Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine
10 bestimmt und umfaßt als wesentliche Bestandteile vier elektromagnetisch betätigbare
Einspritzventile 11, denen aus einem Verteiler 12 über je eine Rohrleitung 13 der
einzuspritzende Kraftstoff zugeführt wird, eine elektromotorsch angetriebene'Kraftstofförderpumpe
15, einen Druckregler 16, der den Kraftstoffdruck auf einen konstanten Wert regelt,
sowie eine im folgenden näher beschriebene elektronische Steuereinrichtung, die
durch einen mit der Nockenwelle 17 der Brennkraftmaschine gekuppelten Signalgeber
18 bei jeder Nockenwellenumdrehung zweimal ausgdiöst wird und dann je einen rechteckförmigen,
elektrischen Öffnungsimpuls S für die Einspritzventile 11 liefert. Die in der Zeichnung
angedeutete zeitliche Dauer l'i der Öffnungsimpulse bestimmt die Öffnungsdauer der
Einspritzventile und demzufolge diejenige Kraftstoffmenge, welche während.der jeweiligen
Öffnungsdauer aus dem Innenraum der unter einem praktisch konstanten Kraftstoffdruck
von 2 atü stehenden Einspritzventile 11 aus tritt. Die MagnetvJicklungen 19 der
Einspritzventile sind zu je einem Entkopplungswiderstand 20 in Reihe geschaltet
und an eine gemeinsame Verstärkungs- und Leistungsstufe 21 angeschlossen, die wenigstens
einen bei 22 angedeuteten Leistungstransistor enthält, welcher mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke
in Reihe mit den Entkopplungswiderständen 20 und den einseitig an Masse angeschlossenen
Magnetlficklungen 19 angeordnet ist.
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Bei gemischverdichtenden, mit Fremdzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen
der dargestellten Art wird durch die bei einem einzelnen Ansaughub in einen. Zylinder
gelangende Ansaugluftmenge diejenige Kraftstoffmenge festgelegt, die während des
nachfolgenden Arbeitstaktes vollständig verbrannt werden kann.
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rür eine gute Ausnutzung der Brennkraftmaschine ist es außerdem notwendig,
daß nach dem Arbeitstakt kein wesentlicher Luftüberschuß vorhanden ist. Um das gewünschte
stöchiometrische Verhältnis zwischen Ansaugluft und Kraftstoff zu erzielen, ist
im Ansaugrohr 25 der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung hinter deren Filter
26, jedoch vor ihrer mit einem Gaspedal 27 verstellbaren Drosselklappe 28 ein Luftmengenmesser
IM vorgesehen, der im wesentlichen aus -einer Stauscheibe 30 und einem veränderbaren
Widerstand R besteht, dessen verstellbarer Abgriff 31 mit der Stauscheibe gekuppelt
ist Der Luftmengenmesser IM arbeitet mit einer Transistorschalteinrichtung TS zusammen,
welche an ihrem Ausgang die Steuerimpulse S für die Leistungsstufe 21 liefert.
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Die Transistorschalteinrichtung enthält nach ihren in Fig. 2 dargestellten
Prinzipschaltbild zwei zueinander jeweils in entgegengesetztem Betriebszustand befindliche
und hierzu kreuzweise miteinander rückgekoppelte Transistoren, nämlicheinen Eingangstransistor
T1 und einen Ausgangstransistor T2 sowie einen Energiespeicher, welcher in den Äusführungsbeispielen
als Kondensator C ausgebildet ist, jedoch statt dessen in einer abgewandelten Schaltung
auch als Induktivität realisiert sein konnte. Die Dauer des jeweiligen Entladevorgangs
ergibt die Öffnungsdauer T. der Einspritzventile. Hierzu muß der Speicherkondensator
C vor jedem Entladevorgang jeweils in definierter Weise geladen werden.
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Damit die Entladedauer bereits unmittelbar die notwendige Information
über die auf den einzelnen Ansaughub entfallende Luftmenge enthält, erfolgt die
Aufladung durch einen im dargestellten Ausfüilrungsbeispiel in Form des Signal gebers
18 wiedergegebenen Ladeschalter, der synchron mit den Kurbelwellenumdrehungen betätigt
wird und bewirkt, daß der Kondensator C während der sich über einen festgelegten,
konstanten Drehwinkel der Kurbelwelle hinweg erstreckenden LadeimpulsrLI mit einer
Aufladequelle verbunden ist, welche während dieser Ladinpulse jeweils einen Ladestrom
JA liefert. Im diagramm nach Fig. 3 ist angenommen, daß der Signalgeber 18, welcher
bei der praktischen Verwirklichung aus einem bistabilen, von den nicht dargestellten
Zündimpulsen jeweils in seine entgegengesetzte Betriebslage gelangenden Multivibrator
bestehen kann, über einen Kurvelwellendrewinkel von 180° geschlossen und anschließend
über den gleichen Drehwinkel hinweg geöffnet ist.
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In Fig. 3 sind die einzelnen Ansaugtakte der Brennkraftmaschine durch
eine Schraffur hervorgehoben. Außerdem ist angenommen, daß jeweils während des Ansaugtaktes
in dem durch Z2 angedeuteten zweiten Zylinder und dem vierten Zylinder Z4 ein Aufladevorgang
stattfindet. Unter der Voraussetzung, daß der Ladestrom JA während des Aufladevorgangs
konstantgehalten wird, steigt die durch zunehmende Ladung entstehende Spannung UC
am Kondensator C mit zunehmender Zeit linear an, wie dies in Fig. 3 erkennbar ist.
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Die Anordnung nach Fig. 2 ermöglicht es, in-unmittelbarem Anschluß
an den Ladevorgang, der jeweils bei 00, 3600, 7200 usf.
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beendet'ist, mit einem von den Ladeimpulsen LJ abgeleiteten Auslöseimpuls
den Entladevorgang einzuleiten, indem der seither stromleitende Ausgangstransistor
T2 gesperrt wird. Gleichzeitig gelangt der seither gesperrte Eingangstransistor
T1
in seinen stromleitenden Zustand, da infolge der Sperrung des
Ausgangstransistors T2 nunmehr ein ausreichender Basisstrom über den Kollektorwiderstand
35 und den Koppelwiderstand 36 zur Basis-Emitter-Strecke des Eingangs transistors
gelangen kann. Die während des Ladevorgange gespeicherte Ladung kann dann über die
in dieser Richtung stromleitende Diode' 3? und die Kollektor-Emitter-Strecke des
Eingangstransistors T1 fließen, wobei der sich einstellende Entladestrom JE durch
eine in Fig. 2 bei E angedeutete Einrichtung konstant gehalten wird. Während des
Entladevorgangs fällt daher die Spannung UC am Kondensator C linear ab. Nach der
die Öffnungsdauer der Ventile bestimmenden Entladezeit Ti steigt das Potential an
der über eine zweite Diode 78 mit der Basis des Ausgangstransistors T2 verbundenen
Elektrode des Kondensators soweit an, daß der Ausgangstransistor T2 erneut stromleitend
werden kann und dabei den Eingangstransistors T1 wieder sperrt. Da die Diode 37
verhindert, daß bei gesperrtem Bingangstransistor T1 über dessen Kollektorwiederstand
39 dem Kondensator Ladestrom zufließen kann, erfolgt der nächste Ladevorgang erst
dann, wenn mit Beginn des nächsten Ladeimpulses LJ bei einen Kurvelwellendrewinkel
von 1800 bzw. 540 die Aufladequelle Ä erneut eingeschaltet wird.
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Von den verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten, welche für die in
Fig. 2 in ihrem Prinzipschaltbild wiedergegebene Schalteinrichtung bestehen, ist
in Fig. 4 eine besonders einfache dargestellt, welche für zwei verschiedene Betriebsweisen
verwendet werden kann, von denen die erste darin besteht, daß die Aufladung des
Kondensators C mit einem Lade--strom JA erfolgt, der proportional zum zeitlichen
Hittelwert der Luftnenge QL ist, wohingegen die Entladung mit konstantem Entladestrom
JE erfolgt
Für diese erste Variante ist zur Erzielung eines konstanten
und von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine unabhängigen Entladestromes
JE ein dauernd stromleitender Transistor T4 vom pnp-Typ vorgesehen, der mit seinem
Emitter über einen Festwiderstand R2 mit der Plus leitung 40 verbunden ist und zum
Betrieb als Emitter-Folger mit seiner Basis an einen festeingestellten, aus einem
Widerstand-41 und einem Widerstand 42 bestehenden Spannungsteiler angeschlossen
ist Der Kollektor des Entladetransistors T4 ist mit der Zuleitungselektrode der
Diode 38 und mit der an diese angeschlossenen Elektrode des Kondensators G verbunde.
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Die in Fig. 2 angedeutete Ladestromquelle A ist in der Schaltung nach
Fig. 4 durch einen Ladetransistor T3 realisiert, der mit seiner Basis an den Abgriff
zweier Follektorwiderstände 47 und -48 angeschlossen ist. Diese beiden Widerstände
liegen im Kollektroskreis eines Schalttrai-istors D5, welcher nur während der von
Signalgeber 18 gelieferten Ladeimpulse LJ stromleitend ist und dann den Ladetransistor
T3 ebenfalls stromleitend macht, jedoch während der zwischen zwei Ladestromimpulsen
liegenden Pausen den Ladetransistor gesperrt hält. Damit der vom. Ladetransistor
gelieferte Ladestrom proportional zur Ansaugluftmenge QL verändert werden kann,
ist in seiner Emitterzuleitung ein veränderbarer Widerstand vorgesehen, welcher
als der von der Stauscheibe veränderbare Widerstand R nach Fig. 1 realisiert ist.
Die notwendige Proportionalität zwischen dem Ladestrom JA und der Luftmenge QL kann
beispielsaieise durch mechanische Bearbeitung erfolgen, wenn der Widerstand als
Dünn- oder Dickschichtwiderstand auf einer keramischen Unterlage hergestellt wird.
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In Fi-g. 5 ist mit dem Kurvenzug b der zeitliche Verlauf der amKondensator
C entstehenden Spannung UC wiedergegeben.-Während der Ladezat TL, welche zum Reziprokwert
der Drehzahl n der Brennkraftmaschine proportional ist, erreicht die Span-JA. TL
QL (1) û = = k . = k' . qL C n Der Spitzenwert û entspricht somit der auf den einzelnen
Ansaugtakt bzw. auf den einzelnen Zylinder entfallenden Luftmenge qL = ##.
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Für die Entladung gilt: JE . Ti (2) û = C Daraus ergibt sich folgende
Beziehung zwischen der Dauer Ti der Öffnungsimpulse und der auf den einzelnen Zylinder
entfallenden Luftmenge qL: (3) Ti =##.TL = k".## = k". qL Hieraus ersieht man, daß
etwaige Änderungen der Größe des Kondensators C die Genauigkeit der Kraftstoffzumessung
nicht beeinflusses können.
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Die in Fig. 4 wiedergegebene Schaltung kann jedoch auch in einer
zweiten Variante betrieben werden, welche darin besteht, daß die Auf ladung des
Kondensators C mit einem Ladestrom erfolgt der auf einen von den Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine unabhängigen, konstanten Wert eingestellt ist, wohingegen
die Entladung mit einem Entladestrom JE erfolgt, der proportional zum Reziprokwert
des zeitlichen Mittelwertes
der Ansaugluftmenge QL ist. Zur Veränderung
des Entladestromes JE wird anstelle des in Fig. 4 mit R bezeichneten Fest-2 widerstands
der von der Stauscheibe 30 mittels des Abgriffs veränderbare Widerstand R in die
Emitterzuleitung zum Entladetransistor T4 eingeschaltet. Es ergibt sich dann der
in Fig. 5e wiedergegebene zeitliche Verlauf der Spannung am Kondensator C, für den
folgende Beziehungen gelten: Bei Aufladung: JA. TL (4) û = = k1 . 1/n C Bei Entladung:
JE . Ti . Ti 1 (5) û = k2 , wobei JE ~ C C . QT. QT Aus den Gleichungen (4) und
(5) ergibt sich die Impulsdauer Ti : JA QL (6) Ti = JE.TL = k3 . n = k4 . qL JE
n Diese zweite Variante bringt aufürund des sich proportional zum Reziprokwert der
Ansaugluftmenge ändernden Entladestromes JE den Vorteil mit sich, daß auch noch
etwaige, wc!hrend des Entladevorgangs eintretende Anderungen der Ansaugluftmenge
(z. B. infolge raschen Öffnens der Drosselklappe) sich unmittelbar auf diesen Entladevorgang
auswirken können, also daß sich sogar während des schon laufenden Entladevorgangs
noch eintretende Änderungen auf die Entladezeit Ti und damit auf den Einspritzvorgang
auswirken. Auf diese Weise wird eine praktisch ohne Verzögerung erfolgende Anpassung
der Einspritzmenge erzielt.
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Während die seither beschriebenen beiden Varianten mit Widerstandssteuerung
-arbeiten, erfolgt die Steuerung bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 mit Hilfe
einer Spannung Ux, wobei der mit der Stauscheibe gekuppelte Widerstand R als Potentiometer
betrieben wird.
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In Fig. 6 sind funktionell übereinsteimmende Bauteile mit den gleichen
Bezugszeichen wie in Fig. 4 versehen. Der Emitter des Lade transistors T3 ist über
einen Festwiderstand 44 und der Emitter des ebenfalls zum pnp-Typ gehörenden Entladetransistors
T4 ist über einen Festwiderstand 45 mit der Plusleitung 40 verbunden. Beide Transistoren
arbeiten als Emitterfolger und können ebenso wie im Ausführungsbeispiel nach Fig.
2 in zwei verschiedenen Varianten betrieben werden. In der ersten Variante ist der
Entladetransistor T4 zur Erzeugung eines konstanten Entladestromes JE mit seiner
Basis an den.
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Abgriff eines Potentiometers P2 angeschlo.ssen, welches zwischen der
Plusleitung 40 und der Minusleitung 50 angeordnet ist. Dies es Potentiometer liefert
eine kons tantbleibende Basisvorspannung U2 für den Entladetransistor und bewirkt,
daß dieser einen konstantbleibenden Entladestrom JE liefern kann. Der Ladetransistor
T hingegen soll bei der ersten Va-5 Variante einen Ladestrom J, liefern, welcher
proportional zu dem von der Stausclieibe ermittelten zeitlichen Mittelwert der Ansaugluftmenge
ist. Hieru wird an der Basis des Ladetransistor eine Spannung U1 zur Wirkung gebracht,
die mittels des von der Stauscheibe veränderbaren Widerstandes R steuerbar ist.
Dieser Widerstand wird unmittelbar als ein im Kollektorkreis des Schalttransistors
T5 liegendes Potentiometer P1 verwendet, wobei der Abgriff 31 des veränderbaren
Widerstandes unmittelbar mit der Basis des Ladetransistors T3 verbunden ist. Die
Wirkungsweise dieser ersten Variante entspricht derjenigen nach Fig. 5b und bringt
gegenüber der
Schalteinrichtung nach Fig. 4 den Vorteil mit sich,
daß ein linear mit der Luftmenge zunehmender Verlauf der Steuerspannung U1 leichter
realisiert werden kann. Vorschläge zur zweckmäßigen Realisierung des Spanrnrngsverlaufs
sind weiter unten noch näher erläutert. Im einzelnen erfolgt während der Ladeimpulse
LJ die Aufladung des Kondensators C mit enem zur - Luftmenge QL proportionalen Ladestrom
JA und erreicht einen *) stanten Entladestrom JE, wodurch sich die oben anhand der
Gleichungen (1) bis (3) erläuterte Linearität zwischen der öffnungsdauer T. und
der durch Division des zeitlichen Mit telwertes QL mit der Drehzahl n entstehenden
Luftmenge qL ergibt, die auf den einzelnen Ansaughub entfällt.
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In der zweiten Variante soll mit konstantem Ladestrom JA aufgeladen
und im Gegensatz hierzu der Entladestrom JE an die jeweilige Ansaugluftmenge angepaßt
werden. Hierzu kann nach Fig. 6 der mit der Stauscheibe 30 gekuppelte Widerstand
R anstelle des Potentiometers P2 in den Basiskreis des Entladetransistors T4 ein
geschaltet und an seinem Abgriff 31 mit der Basis dieses Transistors verbunden werden.
Sobald der Ladestrom JA auf den gewünschten Wert eingestellt ist, bleibt dann das
Potentiometer P1 unverändert.
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Die Arbeitsweise der zweiten Variante macht es notwendig, daß die
Steuerspannung U2 an der Basis des Entladetransistors T4 sich proportional zum Reziprokwert
des von Stauscheibe ermittelten zeitlichen Mittelwertestes der Ansaugluftmenge ndert.
Ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bringt diese zweite Variante den
großen Vorteil mit sich, daß bis zum Ende eines laufenden Impulses noch auftretende
Luftemengenänderungen sich in der Einspritzmenge unmittelbar auswirken können.
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t) Maximalwert UA. Vori Ende jedes Ladeimpulses ab erfolgt die Entladung
mit einem kon-
In den Fig. 1, 7 und 8 sind besonders günstige Ausführungsformen
für den Verlauf des Ansaugrohres 25 im Bereich der Stauscheibe 30 dargestellt. Der
im Verstellbereich der Stauscheibe liegende Teil 55 des Ansaugrohres hat eine solche
Kontur, daß die zwischen der Stauscheibe 30 und der Luftführungswand sich mit zunehmendem
Verstellweg 4 der Stauscheibe sich öffnende, freie Blendenflåche AB, welche in den
Fig. 7a und 8a durch eine Schraffur verdeutlicht ist, exponentiell zum Verstellweg
nach der Gleichung zunimmt: AB = k as, worin k und a Konstanten sind.
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Für einen mit einer Stauscheibe arbeitenden Luftmengenmesser der dargestellten
Art gilt mit ausreichender Genauigkeit die physikalische Gesetzmäßigkeit:
worin AB die frei Blendenfläche, QL die pro Zeiteinheit angesaugte Luftmenge, b
eine Konstante und F die Federkraft bezeichnet, welche durch die in den Ausführungsbeispielen
nach Fig. 7 und 8 in Form einer SpiraLe ausgeführte Rückstellfeder 56 auSgebracht
wird. Diese Federkraft kann im Verstellbereich als nahezu konstant angesehen werden,
so daß der angezeigte, zeitliche Mittelwert der Luftmenge QL = k- eaS ist.
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Der exponentielle Verlauf der Luftführungswand bringt den großen Vorteil
mit sich, daß innerhalb des gesamten Verstellbereiches der relative Anzeigefehler
EQL/QL konstant bleibt, wenn man unterstellt, a3.ß ein durch mechanische Ursachen
bedingter Einstellfehler ## bzw. As nicht ausgeschaltet werden Hohe Genauigkeit
ist aber gerade im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, also bei kleinen Luftmengen,
zur Vermeidung von schändlichen Abgasemissionen besonders wichtig.
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*) (# = Verstellwinkel der Stauscheibe nach Fig. 8).
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist die Stauscheibe 30 an einem
verhältnismäßig langen Führungshebel im radialen Abstand r vom Drehpunkt 57 geführt,
so daß sich ein Verstellweg s = rcp ergibt. In diesem Falle ist die kreisförmige
Stauscheibe 30 wenigstens annähernd zentral in dem Ansaugrohr 25 und der Luftführungswand
55 angeordnet, welche rotationssymmetrisch zu der mit M angedeuteten Mittelashse
ist.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 hingegen hat das Ansaug rohr
rechteckförmigen Querschnitt, wobei die Stauscheibe 30 als etwa quadratische Klappe
ausgebildet ist, die ihre Schwenkachse ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 in der im Betrieb waagrecht verlaufenden unteren Begrenzungswand des Ansaugrohres
hat.
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Wie bei dem mit Spannungssteuerung während des Aufladevorgangs arbeitenden
Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 dargelegt wurde, soll die an der Basis des Ladetransistors
T3 wirksame Steuerspannung U1 zu der jeweils gemessenen Luftmenge proportional sein.
Bei der obengeschilderten, bevorzugten Ausbildung der Luftfüilrungswand mit exponentieller
Kontur ist es daher notwendig, daß die Spannung U1 mit dem Drehwinkel # ebenfalls
exponentiell zunimmt. Da es jedoch schwierig ist, ein Potentiqmeter mit vorgegebenen
exponentiellen Verlauf in der Nassenfertigung mit genügender Genauigkeit herzustellen,
kann man nach dem in Fig. 9 dargestellten Vorschlag ein lineares Potentiometer 60
verwenden, das leicht in Dicksehichttechnik auf einer Keramikunterlage hergesteNt
werden kann. Dieses lineare Potentiometer hat zwischen seinem Anfang 61 und seinem
Ende 62 über die Schleifbahn mehrere wenigstens anannähernd gleichmäßig verteile
Abgriffe. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 sind dies die drei
Abgriffe 63, 64 und 65. Zu dem linearen Potentiometer 60 ist die Reihenschaltung
aus
vier festen Einzelwiderständen 66, 67, 68'und 69 parallelgeschaltet. Das Verhältnis
dieser Widerstände ist so gewählt, daß sie vom Anfang 61 des Potentiometers zu den
einzelnen Abgriffen fortschreitend exponentiell ansteigende Teilspannungen ergeben;
ihre absolute Größe ist so gewählt, daß jeder Teilwiderstand klein gegen den Widerstandswert
des zu ihm parallelen Potentiometerabschnitts ist. Hiermit sind die Potentiale an
den Abgriffen 63, 64, 65 praktisch allein von den Widerständen 66, 67, 68, 69 bestimmt.
In Fig. 10 ist über den Drehwinkel cp der Verlauf der Teilspannung U1 wiedergegeben,
aus dem man sieht, daß bereits mit nur drei Stützpunkten erreicht werden kann, daß
der durch den Linienzug wiedergegebene Spannungsverlauf praktisch nur sehr geringfügig
von dem mit einer unterbrochenen Linie wiedergegebenen exponentiellen Verlauf abweicht.