DE2206277C3 - Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte, vorzugsv. eise intermittierend arbeitende Kraftstoff einspritzeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der US-PS 34 70 858 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannt, bei welcher die der Brennkraftmaschine zuzuführende Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge variiert wird und zur Erfassung der angesaugten Luftmenge ein Flügelrad vorgesehen ist. In der älteren Anmeldung P 21 61 299.7 ist bereits vorgeschlagen, mittels eines Flügelrades mit optoelektrischem Impulsgeber ein Signal mit einer der Ansaugluftrnenge proportionalen Frequenz zu erzeugen und in Abhängigkeit von diesem Signal elektromagnetisch betätigbare Einspritzventile zu steuern.

Bei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen dieser Art, die die Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Flügelrades messen und als Maß für die Luftmenge die jeweilige Drehzahl des Flügelrades verwenden, kann sich jedoch bei schnellen Änderungen der Luftmenge infolge der Trägheitsmasse des Flügelrades die Drehzahl nur mit Verzögerung ändern und demzufolge die Kraftstoffmenge nicht rasch genug an die Änderung der Luftmenge angepaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wesentlich rascher ansprechende Meßeinrichtung zur Erfassung der in die Brennkraftmaschine gelangenden Ansaugluftmenge zu schaffen.

Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß als Meßeinrichtung im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine ein Wind- oder Flügelrad angeordnet ist, dessen Drehzahl von einer Regeleinrichtung mittels einer elektromagnetischen, von der Regeleinrichtung gespeisten Wirbelstrombremse konstant gehalten wird, wobei der Speisestrom der Wirbelstrombremse als Maß für die Ansaugluftmenge dient und zur Beeinflussung der Steuereinrichtung verwendet ist.

Vorteilhaft kann das Flügelrad an seinem Außenrand einen bevorzugt aus Aluminium hergestellten Ring tragen, der in einen Luftspalt eines elektromagnetisch erregbaren, die Wirbelstrombremse bildenden Magnetkreises eintaucht. In weiterer Ausgestaltung der

Erfindung kann vorgesehen sein, daß der am Außenrand des Flügelrades angebrachte Metallring Aussparungen aufweist, die zur Messung der jeweiligen Istdrehzahl des Flügelrades mittels eines an sich bekannten Drehzahlgebers, beispielsweise eines Fotogebers, Trägerfrequenzgebers oder Induktivgebers benutzt werden.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß durch Änderung der Solldrehzahl für die Regeleinrichtung Korrekturen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern der Brennkraftmaschine eingegeben werden. Wenn der durch den elektromagnetisch erregbaren Magnetkreis fließende Strom ein Gleichstrom ist, kann er in bekannter Weise dazu benutzt werden, die Dauer von Öffnungsimpulsen für das Einspritzventil zu bestimmen, die von der Steuereinrichtung synchron zu den Kurbelwellenumdrehungen der Brennkraftmaschine geliefert werden. Eine andere, ebenfalls in einfacher Weise realisierbare Möglichkeit besteht darin, den durch den Magnetkreis fließenden Strom in rascher Folge ein- und auszuschalten, dabei eine Zweipunktregelung für die Drehzahl des Flügelrades zu erzielen und den sich ergebenden mittleren Stromwert als Meßgröße zur Beeinflussung der Steuereinrichtung zu verwenden. Mit besonderem Vorteil kann der durch den Magnetkreis fließende Strom ein rechteck- oder sinusförmiger Strom variabler Frequenz und konstanter Pulsdauer sein, wobei die Umformung in eine zu der Einspritzmenge proportionale Größe durch Umwandlung in einen Analogwert oder direkt digital erfolgen kann.

Weitere Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

F i g. 1 eine mit anemometrischer Luftmengenmessung arbeitende Benzineinspritzeinrichtung in einem Übersichtsbild und in teilweise schematischer Darstellung,

F i g. 2 ein Übersichtsbild des in F i g. 1 verwendeten Luftmengenmessers und

F i g. 3 ein Schaltbild hierzu,

Fig.4 einen Teil der Regeleinrichtung in ihrem Schaltbild,

F i g. 5 eine abgewandelte Ausführungsform hierzu ebenfalls in ihrem elektrischen Schaltbild,

F i g. 6 ein Zeitschaubild zur Erklärung der Wirkungsweise und

F i g. 7 ein zweites Zeitschaubild für den Bremsstrom der in der Einspritzeinrichtung nach F i g. 1 verwendeten Wirbelstrombremse.

Die in Fig. 1 dargestellte Benzineinspritzeinrichtung so 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 elektromotorisch angetriebene Krafistoff-Förderpumpe 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 jedf N<-\.kenwellenumdrehung zweimal ausgelöst wird und dann je einen rechteckförmigen, elektrischen Öffnungsimpuls 5 für die Einspritzventile 11 liefert. Die in der Zeichnung angedeutete zeitliche Dauer f, der Öffnungsimpulse bestimmt die Öffnungsdauer der Einspritzventile und demzufolge diejenige Kraftstoffmenge, welche während der jeweiligen Öffnungsdauer aus dem Inneriraum der unter einem praktisch konstanten Kraftstoffdruck von 2 atü stehenden Einspritzventile 11 austritt D'ie Magnetwicklungen 19 der Einspritzventile sind zu je einem Entkopplungswiderstand 20 in Reihe geschaltet und an eine gemeinsame Verstärkungs- und Leistungsstufe 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 Magnetwicklungen 19 angeordnet ist.

Bei gemischverdichtenden, mit Fremdzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen der dargestellten Art wird durch die bei einem einzelnen Ansaughub in einen Zylinder gelangende Ansaugluftmenge diejenige Kraftstocfmenge festgelegt, die während des nachfolgenden Arbeitstaktes vollständig verbrannt werden kann. Für 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 einem Filter 26, jedoch vor der mit einem Gaspedal 27 verstellbaren Drosselklappe 28 eine Meßeinrichtung 30 angeordnet. Diese umfaßt ein mehrarmiges Flügelrad 31, das mit einem Drehzahlgeber 32, sowie einer Wirbelstrombremse 33 und mit einer die Bremswirkung der Wirbelstrombremse bestimmenden Regeleinrichtung 34 zusammenarbeitet. Der Drehzahlgeber 31 liefert eine von der Drehzahl des Flügelrades 31 abhängige Information F in Form einer größeren Anzahl von schlanken Spannungsimpulsen 35, die bei jedem Umlauf des Flügelrades in der unten beschriebenen Weise erzeugt werden. Die Regeleinrichtung liefert in Abhängigkeit von der Drehzahlinformation F vermöge ihrer großen inneren Verstärkung einen Bremsstrotn /, welcher bewirkt, daß die Drehzahl des Flügelrades 31 auf einem nahezu konstanten Wert gehalten wird, wobei der Bremsstrom / als Maß für die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge dient und zur Beeinflussung einer nachgeschalteten Steuereinrichtung 36 verwendet wird. Der Signalgeber 18 erzeugt in einer von ihm gesteuerten Schalteinrichtung 37 rechteckförmige Schaltimpulse 38 die sich jeweils über eine halbe Kurbelwellenumdrehung erstrecken und sich im Abstand T_k einer halben Kurbelwellenumdrehung wiederholen.

Über die Dauer der Impulspausen Tk wird jeweils in der Steuereinrichtung 36 ein nicht dargestellter Kondensator mit einem zum Bremsstrom / proportionalen Ladestrom geladen, so daß am Kondensator eine in Fig. 1 angedeutete Spannung entsteht, welche dem Integral des Bremsstroms /über der Zeit 7* entspricht und demzufolge zu derjenigen Luftmenge proportional ist, die während eines Ansaugtaktes in einen der Zylinder der Brennkraftmaschine gelangt und die während des nachfolgenden Arbeitstakte!, in diesem Zylinder ohne Rückstände verbrennbare Kraftstoffmenge bestimmt. Da die Dauer t, der einzelnen Öffnungsimpulse 5 der Einspritzventile 11 zur jeweiligen Einspritzmenge proportional sind, kann die Dauer t, der Öffnungsimpulse in einfacher Weise dadurch bestimmt werden, daß die jeweils während einer Pausendauer 7* auf dem Kondensator angesammelte Energie mit einem konstanten Entladestrom abgebaut wird. Dieser konstante Entladestrom bewirkt, daß die Entladezeit des Kondensators und demzufolge die

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Öffnungsdauer t,- in einem linearen Zusammenhang mit der angesaugten Luftmenge steht.

Die am Ausgang der Steuereinrichtung 36 sich ergebenden Öffnungsimpulse werden in einer nachfolgenden Verstärkerstufe 39 verstärkt und über den Leistungstransistor 22 an den Magnetwicklungen 19 der Einspritzventile 11 zur Wirkung gebracht.

Bei dem in F i g. 2 in seinem Blockschaltbild wiedergegebenen Ausführungsbeispiel für die Meßeinrichtung 30 ist vorgesehen, daß das Flügelrad 31 an seinem Außenrand eine aus Aluminium hergestellte, dünne Ringscheibe 42 trägt, die in einen elektromagnetisch erregbaren, als Wirbelstrombremse 33 wirkenden Magnetkreis 43 eintaucht. Zur Messung der Drehzahl des Flügelrades 3! sind an der Ringscheibe 42 zahlreiche !5 Aussparungen 44 vorgesehen, in deren Drehbereich ein induktiver Drehzahlgeber 45 liegt. Dieser Drehzahlgeber ist durch einen nicht näher bezeichneten, konstanten Gleichstrom erregt. Jedesmal wenn eine der Aussparungen 44 zwischen die nicht näher bezeichneten Pole des zum Drehzahlgeber 45 gehörenden Eisenkerns tritt, wird dessen Induktivität stark erniedrigt, so daß in der Wicklung 46 ein dem Gleichstrom überlagerter Spannungsstoß entsteht, der einer Impulsformerstufe 50 zugeführt wird und einen an die Impulsformerstufe angeschlossenen monostabilen Multivibrator 51 in seine instabile Kipplage bringt. Am Ausgang des Multivibrators 51 stehen sehr kurze Zählimpulse zur Verfügung, deren Impulsdauer durch die fest eingestellte Dauer des instabilen Kippzustandes des Multivibrators festgelegt ist. Diese Zählimpulse werden einem Integrierglied 52 zugeführt. Am Ausgang dieses Integriergliedes entsteht eine Gleichspannung, deren Höhe zu der jeweiligen Drehzahl des Flügelrades porportional ist. Damit bereits kleine Abweichungen der Drehzahl des Flügelrades von dem einzuhaltenden, konstanten Sollwert starke Veränderungen des Bremsstromes /verursachen, ist die Ausgangsspannung des Integriergliedes 52 dem negativen (invertierenden) Eingang 54 eines Operationsverstärkers 55 über einen Begrenzungswiderstand 56 zugeführt.

Der positive (nichtinvertierende) Eingang 57 des Operationsverstärkers 55 ist über einen Widerstand 58 an den Abgriff eines Spannungsteilers angeschlossen, welcher an der konstant gehaltenen Spannung Ub liegt « und aus den beiden Spannungsteilerwiderständen 61 und 62 besteht. Mit diesem Spannungsteiler wird die Solldrehzahl für das Flügelrad 31 vorgegeben. Die jeweils am Ausgang des Operationsverstärkers 55 entstehende Spannung wird durch eine oder mehrere Verstärkerstufen 63 verstärkt und der Wicklung 64 des als Wirbelstrombremse wirkenden Eisenkreises 43 zugeführt. Der hierbei durch diese Wicklung fließende Bremsstrom J ist um so stärker, je mehr die zur Istdrehzahl des Flügelrades 31 proportionale, vom Integrierglied 52 gelieferte Spannung den am Spannungsteiler 61, 62 eingestellten Sollwert der Drehzahl überschreitet

Der Operationsverstärker 55, welcher zusammen mit der bzw. den Verstärkerstufen 63, dem Impulsformer 50, dem monostabilen Multivibrator 51 und dem Integrierglied 52 die in Fig. 1 bei 34 angedeutete Regeleinrichtung bildet ist durch ein Netzwerk, das aus den Widerständen 65 und 66 und den Kondensatoren 67 und 68 besteht derart rückgekoppelt daß diese Schaltung als PID-Regler (PROPORTIONAL-INTEGRAL-DIF-FERENTIAL-Regler) arbeitet An den beiden Eingängen 54 und 57 des Operationsverstärkers findet ein

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60 Vergleich zwischen der Soll- und der Istdrehzahl statt. Je nach der Abweichung wird der Bremsstrom / im Magnetkreis 43 nachgestellt, wobei infolge der sehr großen Verstärkung des Operationsverstärkers bereits minimale Abweichungen genügen, um den Bremsstrom in weiten Grenzen ändern zu können und hinter dem bzw. den Verstärkerstufen 63 eine stark veränderbare Steuerspannung zu gewinnen, welche zu der Ansaugluftmenge proportional ist und als Steuergröße am Eingang der Steuereinrichtung 36 wirksam wird.

In Fig.3 ist in einem Schaltbild dargestellt, wie die vorher beschriebene Meßeinrichtung im einzelnen aufgebaut sein kann.

Abweichend von der in F i g. 2 dargestellten Möglichkeit, den Drehzahlgeber 32 induktiv auszubilden, ist beim Vorschlag nach F i g. 3 vorgesehen, daß als Drehzahlgeber ein Fototransistor 70 im Drehbereich der Aussparungen 44 an der Ringscheibe 42 des Flügelrades 31 angeordnet ist und jedesmal dann einen Drehzahlimpuls liefert, wenn eine der Aussparungen am Fototransistor 70 vorbeiläuft. Mit dem im Kollektorkreis des Fototransistors liegenden Arbeitswiderstand 71 ist die Basis eines zum Impulsformer 50 gehörenden Eingangstransistors 72 verbunden, der mit seinem Kollektor an eine gemeinsame Plusleitung 40 angeschlossen ist und an seinem Emitterwiderstand 73 über einen Koppelwiderstand 74 mit der Basis eines zweiten Transistors 77 in Verbindung steht, dessen Emitter am Verbindungspunkt zweier als Spannungsteiler wirkender Widerstände 78 und 79 liegt. Mit einem Differenzierglied, das aus einem Kondensator 80 von kleiner Kapazität und aus einem an die gemeinsame Masseleitung 60 angeschlossenen Widerstand 81 sowie einer Diode 82 besteht, ist der monostabile Multivibrator 51 an den über einen Arbeitswiderstand 76 mit der Plusleitung 40 verbundenen Transistor 77 der Impulsformerstufe 50 angeschlossen. Der monostabile Multivibrator 51 enthält einen Eingangstransistor 86 und einen Ausgangstransistor 94, die beide vom npn-Typ sind und mit ihren Emittern unmittelbar an der Minusleitung 60 liegen. Der Eingangstransistor 86 wird im Ruhezustand durch einen seine Basis-Emitter-Strecke durchfließenden Strom leitend gehalten, welcher über einen mit der Plusleitung 40 verbundenen Widerstand 83 und eine mit diesem und der Diode 82 verbundene zweite Diode 84 geführt ist Zur Erzielung definierter Spannungsverhältnisse an der Basis ist außerdem zur Emitter-Basis-Strekke des Transistors 86 ein Basisableitwiderstand 85 vorgesehen. An den über einen Widerstand 87 mit der Plusleitung verbundenen Kollektor des Eingangstransistors 86 sind zwei Widerstände 89 und 90 angeschlossen, deren Verbindungspunkt mit der Basis des Ausgangstransistors 94 in Verbindung steht Am Arbeitswiderstand 93 des Ausgangstransistors 94 liegt eine Diode 92, deren Anode mit einem die instabile Kippzeit des monostabilen Multivibrators 51 bestimmenden Zeitglied verbunden ist; dieses Zeitglied besteht aus einem mit der Plusleitung 40 verbundenen Widerstand 91 und einem mit den beiden Dioden 82 und 84 verbundenen Kondensator 88.

Jedesmal wenn eine der in der Ringscheibe 42 des Flügelrades 31 angeordneten Aussparungen 44 am Fototransistor 70 vorbeiläuft und einen der drehzahlsynchronen Auslöseimpulse für den monostabilen Multivibrator 51 liefert kippt dieser in seinen instabilen Betriebszustand, bei welchem der Eingangstransistor 86 gesperrt and der Ausgangstransistor 94 stromleitend ist Zweckmäßig wird die instabile Kippzek des Multivibra-

tors 51 halb so groß gewählt wie die bei der Solldrehzahl des Flügelrades 31 bis zur Ankunft der nächsten Aussparung 44 benötigte Zeit.

Jeweils während der instabilen Kipplage des Multivibrators 51 kann sich ein Speicherkondensator 97 im Integrierglied 52 über einen ihm vorgeschalteten Widerstand 96 und eine Diode 95 sowie über die dann .stromleitende Emitter-Koliektorstrecke des Ausgangstransistors 94 aufladen. Am Speicherkondensator 97 entsteht demzufolge eine Spannung, deren zeitlicher Mittelwert mit der Drehzahl ansteigt. Mit einem als Emitterfolger geschalteten pnp-Transistor 99, dessen Emitter über einen Widerstand 98 mit der Plusleitung 40 verbunden ist, wird die am Steuerkondensator 97 sich einstellende S^nnun^ dem Ε!η°ΈΠ^σ 54 des OⁿerHtions-Verstärkers 55 zugeführt. An den Ausgang des Operationsverstärkers ist die in F i g. 2 bei 63 angedeutete Verstärkerstufe angeschlossen, welche zwei miteinander in Kaskade geschaltete Transistoren 100 und 102 enthält, von welchen der letztgenannte die Wicklung 64 des als Wirbelstrombremse wirkenden Magnetkreises 43 mit einem Bremsstrom / versorgt, der um so größer ist, je höher die Istdrehzahl des Flügelrades 31 über ihren an den Spannungsteilerwiderständen 61 und 62 eingestellten Sollwert hinaus ansteigt.

Eine zweite Ausführungsform ist in Fig.2 mit unterbrochenen Linien angedeutet. Hier erfolgt die Versorgung der zur Wirbelstrombremse gehörenden Wicklung 64 durch rechteckförmige Brems-Strom-Impulse, die eine variable Frequenz, jedoch eine konstante impulsdauer haben. Hierzu wird die am Ausgang des Operationsverstärkers 55 erscheinende Spannung dazu benutzt, die Standzeit, während der sich der frei schwingende, astabile Multivibrator 106 in einem seiner beiden Betriebszustände befindet, zu beeinflussen. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß der Multivibrator 106 in seinem entgegengesetzten Betriebszustand jeweils für eine konstante Dauer verharrt und den nachgeschalteten Impulsverstärker 107 dazu veranlaßt. Strom durch die Spule 64 des Magnetkreises 43 in Form von Brems-Stromimpulsen konstanter Dauer zu führen. Die Schaltung wirkt derart, daß mit steigender Luftmenge die während des erstgenannten Betriebszustandes des Multivibrators 106 entstehenden, jeweils zwei Brems-Stromimpulse voneinander trennenden Pausen kleiner werden, so daß die Frequenz der Bremsstromimpulse mit steigender Luftmenge zunimmt.

In Fig.4 ist die für den astabilen Multivibrator 106 und den Impulsverstärker 107 vorgesehene Schaltung dargestellt.

Der astabiie Multivibrator 106 umfalit zwei zueinander jeweils in entgegengesetztem Betriebszustand befindliche Transistoren, nämlich einen ersten Transistor 114 und einen zweiten Transistor 126. Beide Transistoren sind vom npn-Typ und liegen mit ihren Emittern unmittelbar an der gemeinsamen Minusleitung 60. Die Basis des ersten Transistors 114 ist mit einem ebenfalls an die Minusleitung 60 angeschlossenen Basisableitwiderstand 113 und außerdem mit der Kathode einer Diode 112 verbunden, deren Anode über einen Widerstand 111 an die Plusleitung 40 angeschlossen ist Vom Verbindungspunkt des Widerstandes 111 und der Diode 112 führt ein Rückkopplungskondensator 116 zum Kollektor des zweiten Transistors 126 und zu dessen mit der Plusleitung 40 verbundenem Arbeitswiderstand 125. Die Kapazität des Kondensators 116 bestimmt zusammen mit der Größe der Widerstände 111 und 125 diejenige Zeitdauer, während welcher sich der astabile Multivibrator in demjenigen seiner beiden zueinander entgegengesetzten Betriebszustände befindet, in welchem der erste Transistor 114 gesperrt gehalten wird und der zweite Transistor 126 stromleitend ist.

Die Dauer des zweiten, hierzu entgegengesetzten Betriebszustandes wird durch den Kondensator 117 bestimmt und kann mit Hilfe des dritten Transistors 122, der vom pnp-Typ ist und mit seinem Kollektor an der über eine Diode 123 mit der Basis des Transistors 126 verbundenen Elektrode des Kondensators 117 angeschlossen ist, eingestellt werden.

Der Transistor 122 ist dazu bestimmt, dieser Elektrode einen in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des über einen Widerstand 118 an seine Basis angeschlossenen, in Fig.4 nicht dargestellten Operationsverstärkers 55 nach F i g. 2 veränderbaren Ladestrom zuzuführen, welcher die Dauer des anderen Betriebszustandes des astabilen Multivibrators 106 um so mehr verkürzt, je größer die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers wird.

Der Impulsverstärker 107 enthält einen ersten Verstärkertransistor 130, dessen Basis über einen Koppelwiderstand 127 mit dem Kollektor des Transistors 126 und über einen Basisableitwiderstand 128 mit der Minusleitung 60 verbunden ist. An den Arbeitswiderstand 129 und den Kollektor des Transistors 130 ist ein zweiter Verstärkertransistor 133 mit seiner Basis über einen Widerstand 131 angeschlossen. Ein Basisableitwiderstand 132 führt zur Minusleitung 60 und sorgt dafür, daß der zweite Verstärkertransistor 133 ebenso exakt im Schalterbetrieb arbeitet wie der erste Verstärkertransistor 130. Die vom zweiten Verstärkertransistor 133 über die Magnetisierungswicklung 64 der Wirbelstrombremse geführten Brems-Stromimpulse haben die von dem Kondensator 116 festgelegte, konstante Impulsdauer und folgen mit einer um so höheren Frequenz aufeinander, je Weiner die Umladezelt des Kondensators 117 durch den zusätzlich eingespeisten Kollektorstrom des Transistors 122 wird. Damit bei steigender Istdrehzahl der Ausgang des Operationsverstärkers 55 in negativer Richtung wandert und dann den Transistor 122 stärker stromleitend machen kann, ist es lediglich erforderlich, die beiden Eingänge gegenüber der in F i g. 2 angegebenen Anordnung miteinander zu vertauschen.

Bei den seither beschriebenen Regeleinrichtungen dient deren Stellgröße als Maß für die angesaugte Luftmenge. Bei analoger Weiterverarbeitung dieses Meßwertes kann sowohl bei der Schaltung nach Fi g. 3 als auch bei derjenigen nach h 1 g. 4 die Spannung am Ausgang des Operationsverstärker!, 55 als Meßwert dienen. Bei digitaler Weiterverarbeitung kann die pro Zeiteinheit oder pro Winkeleinheit sich ergebende Anzahl von Brems-Stromimpulsen am Ausgang des astabilen Multivibrators 106 verwendet werden, wobei die Winkeleinheit auf die Nockenwelle oder die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10 bezogen ist.

Eine weitere einfache Variante der vorher beschriebenen Meßeinrichtung ergibt sich, wenn diese zur Zweipunktregelung verwendet wird, bei welcher nur dann ein Strom durch die Wicklung 64 fließt und die Wirbelstrombremse zur Wirkung bringt, solange die Istdrehzahl größer als die Solldrehzahl ist. Wenn jedoch die Istdrehzahl niedriger liegt, so fließt kein Bremsstrom und die Bremse ist dann ausgeschaltet Wenn nun sehr schnell und genau festgestellt wird, ob die Istdrehzahl

größer oder kleiner als die Solldrehzahl ist, so schaltet die Bremse in rascher Folge aus und ein, so daß der mittlere Bremsstrom J ein zuverlässiges und genaues Maß für die Luftmenge ergibt.

In Fig.5 ist ein Schaltplan für einen derartigen Zweipunktregler wiedergegeben. Dort ist wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 als Eingang ein Fototransistor 70 und ein in gleicher Weise aufgebauter Impulsformer 50 vorgesehen. An den Kollektor des Transistors 77 ist als erstes Zeitglied ein Transistor 144 über eine Diode 142 und einen Kondensator 140 angeschlossen, der sich aufladen kann, solange sich der Ausgangstransistor 77 in seinem Sperrzustand befindet, und mit seiner dann gespeicherten Ladung den Transistor 144 sperrt, wenn der Transistor 77 stromleitend wird. Der Transistor 144 kann erst nach einer Verzögerungszeit erneut stromleitend werden, die durch die Größe des Entladewiderstandes 141 bestimmt ist. An diese erste Verzögerungszeit Γι, die nach F i g. 6 jeweils im Zeitpunkt ίο beim erneuten Leitendwerden des Ausgangstransistors 77 beginnt, schließt sich unmittelbar eine zweite Verzögerungszeit T₂ an. Diese wird durch eine zweite Zeitstufe bereitgestellt, welche von dem Transistor 150 gebildet wird, der an seiner Basis über eine Diode 148 und einen Kondensator 146 an den Kollektor des vorausgehenden Transistors 144 angeschlossen ist. Zusammen mit einem Entladewiderstand 147 bildet der Kondensator 146 das für die Verzögerungszeit T₂ maßgebliche Zeitglied. Unmittelbar auf die zweite Verzögerungszeit T₂ folgt eine dritte, von einem dritten Zeitglied bereitgestellte, wesentlich größere Verzögerungszeit Ti, welche der Transistor 156 in Verbindung mit seinem Koppelkondensator 152 in der für den Transistor 144 geschilderten Weise bewirkt.

Aus den drei Verzögerungszeiten Ti, T₂ und Ti wird eine Summenzeit Ts gebildet. Diese Summenzeit wird der Solldrehzahl gleichgesetzt und mit der zur jeweiligen Istdrehzahl proportionalen Periodendauer Tp verglichen, mit welcher die von den Aussparungen 44 der Ringscheibe 42 bei ihrem Vorbeilauf am Fototransistor 70 erzeugten Lichtimpulse und die von diesen hervorgerufenen Ausgangsimpulse am Kollektor des Ausgangstransistors 77 ausgelöst werden. Diese Ausgangsimpulse sind in dem obersten Kurvenzug 6a der Fig. 6 mit 771 bis 775 bezeichnet Wenn die Periodendauer Tp kürzer als die Summe Ti der Verzögerungszeiten Ti, T₂ und T₃ ist, liegt die Istdrehzahl zu hoch. Dies ist in Fig.6a für die im Zeitpunkt t₂ am Ende des Impulses 772 beginnende und im Zeitpunkt /3 mit der Rückenflanke des Impulses 773 endigende Periodendauer Tp der Fall, während für die nächstfolgende Periodendauer, die mit dem Impuls 774 cndigi, angenommen ist, daß zu diesem Zeitpunkt die Istdrehzahl unter ihren Sollwert abgesunken und demzufolge die Periodendauer Tp 1 größer als die Summe T₅ der drei Verzögerungszeiten ist.

Zur Feststellung, ob der Istwert der Drehzahl des Flügelrades 31 über dem Sollwert liegt und demzufolge der Bremsstrom / eingeschaltet werden muß, ist eine Koinzidenz-Schaltung vorgesehen; diese ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 in relativ einfacher Weise durch einen bistabilen Multivibrator 200 verwirklicht der in F i g. 5 mit unterbrochenen Linien umrahmt ist Er enthält einen Eingangstransistor 170 und einen Ausgangstransistor 177, an dessen den Ausgang des Multivibrators bildenden Kollektor eine Verstärkungsstufe 178 angeschlossen ist, die zur Stromversorgung der Wicklung 64 der Wirbelstrombremse dient. Mit diesem Kollektor ist außerdem ein Arbeitswiderstand 176 und ein Rückkopplungswiderstand 173 verbunden, der an die Anoden zweier Dioden 167 und 168 führt. Von diesen ist die Diode 167 über einen Koppelwiderstand 163 an den Kollektor eines Umkehrstufen-Transistors 160 und über einen Koppelkondensator 164 mit dem Kollektor des zur Impulsformerstufe 50 gehörenden Transistors 77 verbunden. Die andere Diode 168 liegt mit ihrer Kathode an der Basis des Eingangstransistors 170, die mit der gemeinsamen Minusleitung 60 durch einen Basisableitwiderstand 169 verbunden ist. In gleicher Weise ist die Basis des Ausgangstransistors 177 über einen Basisableitwiderstand 175 mit der Minusleitung 60 und außerdem über eine Diode 174 über einen Koppelwiderstand 172 mit dem Kollektor des Eingangstransistors 170 und mit dessen Arbeitswiderstand 171 verbunden. Diese Diode 174 ist an ihrer Anode mit der Anode einer zweiten Diode 166 verbunden, deren Kathode in analoger Weise wie die einen der beiden UND-Eingänge des Eingangstransistors 170 bildende Diode 167 an den Kollektor des Impulsformertransistors 77 über einen Koppelkondensator 165 angeschlossen und außerdem über einen Koppelwiderstand 162 an den Kollektor des zum dritten Zeitglied gehörenden Transistors 156 angeschlossen ist, der sich jeweils in einem zum Umkehrtransistor 160 gegenphasigen Zustand befindet.

Im einzelnen arbeitet der Multivibrator 200 als Koinzidenz-Schalter folgendermaßen: Es wird davon ausgegangen, daß bis zu dem in F i g. 6 erkennbaren Zeitpunkt r₃ die Verstärkungsstufe 178 gesperrt und demzufolge die Wirbelstrombremse wirkungslos sei, wobei bisher der Ausgangstransistor 177 stromleitend und der Eingangstransistor 170 gesperrt war. Im Zeitpunkt fr geht der Impulsformertransistor 77 in den stromleitenden Zustand über und legt dabei die seither positiv aufgeladenen, mit ihm verbundenen Elektroden der Koppelkondensatoren 164 und 165 auf das Potential der Minusleitung 60. Von den beiden Koppelkondensatoren kommt dabei nur derjenige zur Wirkung, der an seiner anderen Elektrode über einen der beiden Koppelwiderstände 162 bzw. 163 ebenfalls mit Minuspotential verbunden ist Dies trifft im Zeitpunkt h für den Umkehrtransistor 160 zu, der dann stromleitend ist.

Die auf dem Kondensator 164 sitzende Ladung bev-irkt, daß der Transistor 170 gesperrt wird und den Transistor 177 stromleitend macht, so daß auch der Verstärker 178 stromleitend wird und den in Fig.6 in der untersten Kurve 6e angedeuteten Bremsstrom liefert.

In F i g. 6 ist für den nachfolgenden Lichtimpuls 774 angenommen, daß infolge der starken Bremswirkung die Drehzahl sehr rasch zurückgeht und demzufolge die bis zum Zeitpunkt Lt reichende Feriodendauer T_pl größer wird als die Summe T, der festeingesteltten Verzögerungszeiten Ti, Ti und T> Wenn daher im Zeitpunkt u der Transistor 77 in seinen leitenden Zustand zurückkehrt, wird bei dem vorher geschilderten FaIi jede der inzwischen positiv aufgeladenen Elektroden der Kondensatoren 164 und 165 mit der Minusleitung 60 verbunden. Es kann sich jedoch nur derjenige Kondensator auswirken, dessen zugehönger Koppelwiderstand 162 und 163 ebenfalls auf Minuspotential liegt Dies ist für den Zeitpunkt U für den Widerstand 162 und demzufolge für den Kondensator 165 der FaIL weil dann der Transistor 156 nach dem Kurvenzug 6d der F i g. 6 mit seinem Kollektorpotential auf Minus Hegt Die auf dem Kondensator 165 gebundene Ladung bringt den Ausgangstransistor 177

in seinen Sperrzustand, so daß auch die Verstärkerstufe 178 gesperrt und der seither fließende Bremsstrom /im Zeitpunkt U unterbrochen wird, wie dies der Kurvenzug 6e in F i g. 6 zeigt.

Infolge des ausgeschalteten Bremsstromes kann sich bei großer Ansaugluftmenge die Drehzahl des Flügelrades 31 rasch erhöhen. Die Erhöhung bewirkt, daß bereits am Ende des nächsten Lichtimpulses 775 im Zeitpunkt is der Bremsstrom / erneut eingeschaltet wird, weil dann die nächste Periodendauer der Lichtimpulse bereits zu Ende ist, während die Verzögerungszeit Tz der dritten Verzögerungsstufe noch läuft und demzufolge der Transistor 156 wie in dem für den Zeitpunkt t₃

geschilderten Fall noch gesperrt ist, der Umkehrtransistor 160 hingegen stromleitend ist und demzufolge die auf dem Kondensator 164 sitzende Ladung den Eingangstransistor 170 zu sperren vermag.

Während in Fig.6 für die einzelnen Bremsstromimpulse ein verhältnismäßig großer Zeitmaßstab gewählt wurde, zeigt der Kurvenzug 7a der Fig. 7 eine Folge von Bremsstromimpulsen J über einem sehr viel kleineren Zeitmaßstab. Die Kurve 7b gibt hierzu den zeitlichen Mittelwert des Bremsstromes wieder, der sehr genau der Ansaugluftmenge entspricht und vor allem mit nur sehr geringer zeitlicher Verzögerung den Änderungen der Ansaugluftmenge folgt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Elektrisch gesteuerte, vorzugsweise intermittierend arbeitende Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil, mit einer elektrischen Steuereinrichtung und mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung der in den bzw. in die Zylinder der Brennkraftmaschine gelangenden Ansaugluftmenge, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeordnetes Wind- oder Flügelrad (31) umfaßt, dessen Drehzahl von einer Regeleinrichtung (34) mittels einer elektromagnetischen, von der Regeleinrichtung (34) gespeisten Wirbelstrombremse (33) konstant gehalten wird, wobei der Speisestrom der Wirbelstrombremse als Maß für die Ansaugluftmenge dient und zur Beeinflussung der Steuereinrichtung verwendet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (31) an seinem Außenrand einen bevorzugt aus Aluminium hergestellten Metallring (42) trägt, der in einen Luftspalt eines elektromagnetisch erregbaren, die Wirbelstrombremse bildenden Magnetkreises eintaucht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der am Außenrand des Flügelrades angebrachte Metallring (42) Aussparungen (44) aufweist, die zur Messung der jeweiligen Istdrehzahl des Flügelrades (31) mittels einer an sich bekannten Einrichtung, beispielsweise eines Photogebers, Trägerfrequenzgebers, Induktivgebers usw. benutzt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung der Solldrehzahl Korrekturen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern der Brennkraftmaschine eingegeben werden.

5. Einrichtung nach Anspiuch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den elektromagnetisch erregbaren Magnetkreis (43, 64) der Wirbelstrombremse (33) fließende Strom (J) ein Gleichstrom ist, der in bekannter Weise die Dauer von öffnungsimpulsen für das Einspritzventil bestimmt, die von der Steuereinrichtung synchron zu den Kurbelwellenumdrehungen der Brennkraftmaschine geliefert werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Magnetkreis (43, 64) der Wirbelstrombremse (33) fließende Strom (J) in rascher Folge ein- und ausgeschaltet wird (Zweipunktregelung) und der sich ergebende mittlere Stromwert als Meßgröße zur Beeinflussung der Steuereinrichtung dient.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Magnetkreis (43,64) der Wirbelstrombremse (33) fließende Strom ein rechteck- oder sinusförmiger Strom variabler Frequenz und konstanter Pulsdauer ist, wobei die Umformung in eine der Einspritzmenge proportionale Größe durch Umwandlung in einen Analogwert oder direkt digital erfolgt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (44) einen Drehzahlgeber steuern, dessen Ausgangsimpulse (771 bis 775) in ihrer Dauer von der tangentialen Länge und der Drehzahl der Aussparungen abhängen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit Beginn jedes Ausgangsimpulses (771 bis 775) eine oder mehrere auf feste Verzögerungszeiten eingestellte Verzögerungsoder Zeitstufen eingeschaltet werden und daß ferner eine Koinzidenz-Schaltung (200) vorgesehen isi, in welcher die bis zum Beginn des nächsten Ausgangsimpulses verstreichende Periodendauer (Tp) mit der fest eingestellten Verzögerungszeit (TJ) verglichen wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenz-Schaltung (200) als bistabiler Multivibrator ausgebildet ist und zwei Eingänge hat, von welchen jeder über einen Koppelkondensator (164, 165) mit dem Ausgang eines Impulsformers (50) verbunden und von denen der eine Eingang über einen Koppelwiderstand (162) mit einer Verzögerungsstufe und der andere Eingang über einen anderen Mitnehmerwiderstand mit dem Ausgang einer Phasenumkehrstufe (160) verbunden ist, die an den Ausgang der Verzögerungsstufe angeschlossen ist.